|
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
1. Общие сведения 4
2. Измерение активной мощности трехфазных генераторов 26
3. Измерение активной мощности асинхронных двигателей 42
4. Измерение активной мощности в трехфазиых четырехпроводных сетях 59
5. Измерение активной мощности при опытах короткого замыкания 61
6. Измерение активной мощности при опытах холостого хода 67
7. Измерение реактивной мощности 67
8. Особые случаи измерения мощности 77
9. Измерение мощности при поверках ваттметров 87
10. Определение мощности, потребляемой приборами 93
11. Определение мощности, потребляемой обмотками реле 99
12. Определение мощности бытовых электроприборов 100
13. Осциллографирование мощности 101
Приложения 108
Литература 118
ВВЕДЕНИЕ
В технике электрических измерений измерение мощности занимает особое место. Это объясняется, во-первых, его большим практическим значением, во-вторых, сравнительной сложностью, в-третьих, тем, что неправильное включение приборов в ряде случаев не приводит к явно ложным результатам и потому может оказаться незамеченным.
1. Общая методика измерений, основные определения и формулы {§ 1). В силу того, что в последующих параграфах приходится ссылаться на формулы, они перенумерованы.
2. Техника измерений активной мощности: генераторов (§ 2), асинхронных электродвигателей (§ 3), потребителей в сетях трехфазного тока (§ 4), при испытаниях электрооборудования (§ 5 и 6), бытовых электроприборов (§ 12).
3. Техника измерений реактивной мощности (§ 7).
4. В специальном разделе (§ 8) рассмотрено измерение мощности при помощи ваттметров в электроустановках с повышенной частотой. Там же рассмотрены случаи измерения мощности в цепях, содержащих высшие гармонические составляющие тока, а также при резкой асимметрии нагрузки.
5. Техника измерений при поверках ваттметров (§ 9), а также связанные с нею вопросы по определению мощности, потребляемой электроизмерительными приборами (§ 10) и обмотками реле (§ 11).
6. Осциллографирование мощности (§ 13.
В брошюре приводится много примеров, иллюстрирующих технику выбора той или иной схемы, приборов, необходимых для измерений, а также оценки полученных результатов. В приложении даны технические характеристики переносных ваттметров.
Ограниченный объем брошюры не дает возможности осветить все многообразие вопросов, связанных с измерением мощности. Перечень рекомендуемой литературы приведен в конце брошюры.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
При выработке и распределении электрической энергии почти исключительно применяется трехфазная система переменного тока промышленной частоты (50 гц). Поэтому измерение мощности чаще всего производится в цепях переменного тока.
Ваттметры. Измерение активной мощности производится ваттметрами. Переносные ваттметры обычно выполняются однофазными, щитовые — трехфазными.
Однофазный переносный лабораторный или технический ваттметр электродинамической системы имеет неподвижные катушки и подвижную катушку (рамку). По неподвижным катушкам проходит измеряемый (или пропорциональный ему) ток; рамка, соединенная последовательно с добавочным сопротивлением, присоединяется параллельно нагрузке, т. е. измеряет напряжение на ней.
Вращающий момент, создаваемый взаимодействием электродинамических сил, возникающих между неподвижными и подвижной катушкой, равен:
Так как cos ф положителен в пределах от +90° до —90°, то при указанных значениях угла сдвига фаз вращающий момент ваттметра положителен и его стрелка отклоняется в правильном направлении, т. е. слева (от нуля) направо (к наибольшему делению шкалы). Эти пределы по углу охватывают крайние случаи измерения мощности как с отстающим током (при индуктивной нагрузке), так и с опережающим током (при емкостной нагрузке). Для углов ф, больших 90°, косинус отрицателен. Поэтому вращающий момент изменяет знак на обратный. Увеличение угла сдвига между током и напряжением сверх 90° соответствует изменению направления передачи мощности.
Необходимо особое внимание обратить на то, что показания ваттметра также будут отрицательны, если изменить на обратное направление тока в одной из цепей ваттметра: в цепи тока или в цепи напряжения, хотя угол ф при этом и будет меньше 90°. Это свойство ваттметра реагировать на направление мощности (полярность ваттметра) необходимо учитывать при включении его в схему измерений.
Обычно для переносных ваттметров однополярные генераторные зажимы располагаются с левой стороны корпуса прибора и обозначаются звездочкой. При подключении этих зажимов со стороны питания стрелка ваттметра отклоняется вправо, т. е. в направлении передачи мощности.
Переносные ваттметры всегда снабжаются переключателем полярности, изменяющим направление тока в цепи напряжения, что дает возможность при измерении изменять полярность ваттметра без пересоединения проводов питания на его зажимах. Это бывает необходимо при измерении мощности трехфазной установки по схеме двух ваттметров, о чем будет сказано ниже.
Переносные ваттметры, как правило, выполняются многопредельными по току и по напряжению. Нижний предел по току может составлять десятки миллиампер, верхний обычно выше 10 а не делается. По напряжению ваттметры выполняются на пределы от 30 до 600 в. Для измерения посредством трансформаторов тока и трансформаторов напряжения применяются переносные ваттметры с номинальным током 5 а и номинальным напряжением 100 в.
Предел измерения по мощности в ваттах зависит от пределов измерения по току и напряжению. Поэтому шкала переносного (лабораторного) ваттметра градуируется в делениях, число которых чаще всего бывает 75, 100 или 150, а для каждого сочетания пределов по току и напряжению дается постоянная ваттметра, т. е. число ватт, приходящееся на одно деление шкалы.
Современные переносные ваттметры выпускаются отечественными заводами с широкими пределами измерений, с различными параметрами цепей и всех классов точности, начиная от 0,1 и ниже. В приложении приведены типы и параметры наиболее распространенных переносных ваттметров, включая и трехфазные.
Щитовые ваттметры обычно изготовляются трехфазными (по схеме двух ваттметров) и в большинстве своем градуируются для включения с определенными по коэффициенту трансформации трансформаторами тока и трансформаторами напряжения. Для установок низкого напряжения щитовые ваттметры часто изготовляются для включения токовых цепей через трансформаторы тока и для непосредственного включения цепей напряжения (полукосвенное включение).
Возможные случаи измерения мощности. Выработка и передача энергии на высоком напряжении производятся по трехфазной уравновешенной схеме без нулевого провода, при практически симметричной и равномерной нагрузке по фазам.
Распределительные сети 6—10 кв также выполняются трехфазными, трехпроводными. Распределение же энергии на напряжении до 1 000 в производится обычно трехфазными, четырехпроводными линиями (три фазы и нуль), дающими возможность использовать линейные напряжения для включения двигателей, а фазные — для освещения. В связи с развитием электрификации сельского хозяйства получат развитие однофазные сети для питания электродвигателей. Поэтому четырехпроводные сети напряжением до 1 000 в, как правило, имеют неравномерную нагрузку по фазам, а порой и несимметричную. Это особенно относится к заводским сетям, строи-
тельным площадкам, где большую долю однофазной нагрузки составляют сварочные аппараты.
В связи со сказанным возможные случаи измерения мощности трехфазных установок сводятся к следующему:
1. Нагрузка симметрична и равномерна по фазам. Звезда фазных (и линейных) напряжений симметрична, т. е. фазные напряжения сдвинуты друг относительно друга на 120°. Токи нагрузки по фазам равны между собой и имеют во всех фазах одинаковые сдвиги относительно фазных напряжений (полная симметрия).
2. Звезда фазных (и линей ных) напряжений симметрична, как и выше, но токи нагрузки по величине и фазе не равны между собой (простая асимметрия) как для трехфазных трехпроводных, так и трехфазных четырехпроводных установок.
3. Звезда фазных (и линейных) напряжений искажена: фазные напряжения различны по величине и сдвиг между ними отличается от 120°. Токи нагрузки по величине и фазе не равны между собой (сложная асимметрия) для трехфазных трехпроводных и для трехфазных четырехпроводных установок.
Измерение активной мощности при полной симметрии может производиться путем измерения мощности в одной любой фазе. Для определения мощности трехфазного тока полученный результат измерений умножается на Три
Измерение активной мощности при простой асимметрии в трехфазных установках без нулевого провода является наиболее распространенным и охватывает большинство установок высокого напряжения, вырабатывающих, распределяющих и потребляющих электроэнергию. Частным случаем является полная симметрия (например, асинхронный электродвигатель).
Мощность в этом случае могла бы быть получена путем измерения тремя ваттметрами мощности каждой фазы и суммирования результатов измерения. Для получения фазного напряжения пришлось бы цепи напряжений ваттметров включить в звезду.
Однако повсеместное распространение в этом случае получила так называемая схема двух ваттметров (схема Арона), которая дает возможность обойтись двумя ваттметрами, двумя трансформаторами тока и двумя трансформаторами напряжения и, как будет показано ниже, дает правильные результаты и в случае сложной асимметрии в трехфазных установках без нулевого провода.
Поскольку схема двух ваттметров является основной при измерении мощности в трехфазных установках и обладает рядом особенностей, рассмотрим ее подробно.
Схема двух ваттметров. Принципиальная схема двух ваттметров изображена на рис. 3,а.
Как видно из схемы, токовая цепь первого ваттметра включена в фазу 1, причем генераторный зажим (отмеченный звездочкой) присоединен со стороны питания. Цепь напряжения этого ваттметра включена на линейное напряжение между фазами 1 и 2, и ее генераторный зажим присоединен к фазе 1. Токовая цепь второго ваттметра W2 включена в фазу 3, причем ее генераторный зажим также подсоединен со стороны питания. Цепь напряжения второго ваттметра включена между фазами 3 и 2, а ее генераторный зажим присоединен к фазе 3.
Векторная диаграмма схемы двух ваттметров дана на рис. 3,6.
Напомним, что при построении векторных диаграмм условно лринимаются потенциалы концов обмоток трехфазного симметричного источника тока, соединенного в звезду, выше потенциалов начал обмоток, потенциал которых равен нулю. Соответственно этому считают положительным направлением векторов направление от нулевого или от низшего потенциала к высшему, и тогда конец вектора, обозначенный острием стрелки, будет положительным. Вектор обозначается двумя индексами, из которых первый обозначает конец вектора (острие стрелки), а второй — начало. Если начало вектора имеет условный нулевой потенциал, то обычно второй индекс опускается. Так, например, фазное напряжение фазы 1 обозначается U10 или Ul. Линейное напряжение между фазами 1 и 2, являющееся геометрической разностью этих двух фазных напряжений, обозначается ?/,—U2-=U12, и в то же время Uz — и, = UZ1 является таким же вектором, но имеющим противоположное направление.
KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
|
