ных случаев. Мощность соответствующих гармоник тока И Напряже ния ваттметр показывает в этом случае обычным образом.
Высшие гармоники не позволяют получить полной компенсации напряжений (точка А на рис. 10-7,6), но в этом нет и необходимости, так как ваттметр всегда будет работать правильно и без компенса ции. Компенсация служит здесь исключительно для увеличения cos ср, при котором работает основной ваттметр. Даже частичная компен сация реактивной составляющей напряжения обеспечивает работу ваттметра при большом cos ф. Не полностью скомпенсированные высшие гармоники напряжения проникают в ваттметр, проходя сквозь усилитель. Поэтому погрешность измерения при этом может
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
быть в значительной степени уменьшена |
|
|
соответствующим |
подбором усиления. |
|
|
|
|
В обычных ваттметрах главной при |
|
|
чиной |
погрешностей |
|
измерений |
мощно |
|
|
сти при малых cos ф является |
|
большой |
|
|
угол |
ф |
(рис. |
10-7,6) |
|
между |
напряже |
|
|
нием, |
приложенным |
|
к |
потенциальной |
|
|
катушке, |
|
и |
током |
|
токовой |
катушки. |
|
|
В предложенной схеме этот угол может |
|
|
быть сведен к нулю. Усилитель 3 служит |
|
|
для |
усиления |
результирующего |
напря |
|
|
жения |
Uw |
в |
случае |
очень |
малых коэф |
|
|
фициентов |
мощности |
приемника. |
Он |
|
|
дает возможность также измерять мощ |
|
|
ность |
при |
очень |
малых |
напряжениях, |
Uw±l)sin(f>t.()y |
при которых обычный ваттметр не мо |
жет быть применен. Присутствие усили |
Рис. 10-8. Влияние угло |
теля дает ваттметру добавочные важные |
свойства. |
|
Благодаря |
большому |
входно |
вой погрешности воз |
му |
сопротивлению |
усилителя |
измерение |
душного |
трансформато |
мощности |
происходит |
практически |
без |
ра у и усилителя В*' на |
потребления |
тока |
цепью |
потенциальной |
точность |
измерений |
обмотки |
ваттметра. |
|
Мощность, |
необхо |
мощности. |
|
димая |
для привода |
подвижного |
органа |
катушке |
от стороннего |
ваттметра, |
подводится |
к |
потенциальной |
источника, |
каким |
является |
сеть, |
питаю |
щая усилитель. Это свойство является особенно полезным при измерениях малых мощностей при малых напряжениях. Благодаря этому угловая погрешность воздушного трансформатора также мо жет стать очень малой.
Точность всего прибора зависит в основном от точности воз душного трансформатора 2 и в особенности от его угловой погреш ности. Одновременно эта точность в небольшой степени зависит от точности усилителя 3 (Л. 10-11]. Это вытекает из следующего: если вторичная э. д. с. воздушного трансформатора Е отклоняется на угол у от прямой, перпендикулярной току (рис. 10-8), то мощность, которую показывает ваттметр, равна:
Р-, = (Uw + U sin у tg Y) / = UI (cos f + sin f tg Y).
Так как угол у имеет очень малое значение (не больше несколь ких минут), можно принять tgY~Y. откуда угловая погрешность
Wcosf — UI (cos у + Y sin 9)
A t = |
Uns^f |
= ± Y t g ? - |
При угле Y, выраженном в минутах, процентная погрешность составляет:
|
|
|
Д Т , о/о = |
О,0291 Y tg<p. |
(10-38) |
В случае, когда усилитель дает угловое смещение результирую |
щего напряжения |
Uwku |
на угол |
(5 от направления тока |
(рис. 10-8), |
погрешность |
будет |
равна: |
|
|
д |
= (UJ — UWI cos $)/(Uwf) = 1 — cos p=s= 0, |
(10-39) |
так как угол f$ имеет очень малое значение.
По этой причине наибольшие ограничения накладывают на уг ловую ошибку воздушного трансформатора.
Важным преимуществом компенсационного ваттметра является возможность компенсации угловой погрешности измерительного трансформатора тока [Л. 10-18]. При малых коэффициентах мощ ности погрешность равна:
i % = 0,0291 8lg<p, о/0 ; : 0,0291S/cos <f>, %; |
(10-40) |
где б— угловая погрешность трансформатора тока в минутах.
Погрешность (10-40) при малых значениях cos <р может быть значительной (рис. 10-9).
Для уменьшения этой ошибки первичную обмотку воздушного трансформатора включают последовательно с первичной обмоткой трансфор матора тока (рис. 10-10). Со гласно диаграмме на рис. 10-10,6 напряжение Uw, прило женное к потенциальной ка тушке ваттметра, в случае не полной компенсации (±б к ) равно:
Uw = U cos ф/cos бк.
Мощность, измеряемая
ваттметром, равна:
Pw=(U cos ф/cos бк ) X
X/' cos(8±6K)~U/cos фХ X (cos 6=Fsin б tg б„).
(10-41)
0,01 0,02 0,03 0,Вк 0,0S
Рис. 10-9. Погрешность (%) при измерении активной мощности в зависимости от угловой погреш ности б' и коэффициента мощ ности.
Здесь погрешности коэффи |
В |
скобках |
приведены |
ориентировоч |
циента |
трансформации |
была |
ные |
классы |
точности |
т р а н с ф о р м а т о р а |
опущена как пренебрежимо ма |
тока . |
|
|
лая (/'==./). Следовательно, ре |
|
|
|
|
зультирующая угловая |
погрешность этого метода при малых углах |
б и бк |
в несколько раз меньше, чем погрешность по (10-40) класси |
ческого |
метода: |
|
|
|
|
|
|
UI cos <р — Ш cos <р (cos 5 ^ |
sin S tg 8К) |
|
Д о / ° = |
|
ITTros^ |
|
= |
|
= 1 — cos 8 + sin 8 tg 8К |
0, |
(10-42.) |
так как углы б и бк , как правило, имеют очень малые значения. Вместе с тем трансформатор тока не следует включать так, что
бы его вторичная обмотка была соединена последовательно с первич-
Рис. 10-10. Способ правильного включения измерительного транс форматора тока в схему компенсационного ваттметра (а) и век торная диаграмма напряжений и угловых погрешностей (б) (Л. 10-18].
вой обмоткой воздушного трансформатора, так как в этом случае ваттметр будет измерять мощность UI(q>—6) и угловая погрешность будет такой же, как в (10-40).
Описанный ваттметр |
можно включать |
как |
обычный ваттметр, |
т. е. как отдельно, так и |
по схемам двух |
и |
трех ваттметров и |
Рис. 10-11. Схема компенса ционного ваттметрового при бора.
|
|
|
|
I — генератор реактивной |
состав |
л я ю щ е й н а п р я ж е н и я |
(регулировоч |
ный |
в о з д у ш н ы й |
т р а н с ф о р м а т о р |
скомпенсацией угловой погрешно
сти); |
2 — регулируемый электрон |
ный |
усилитель напряжения; 3 — |
приемник [Л. 10-И].
с трансформаторами тока. В слу чае измерений мощности при ма лых напряжениях (до 100 В) мож но непосредственно применять схе
му, |
показанную на |
рис. 10-7,а. |
В |
случае больших |
напряжений |
э. д. с. Е, необходимая для ком пенсации, была бы слишком боль шой, что потребовало бы построй ки слишком большого воздушного трансформатора 2. В таком случае
|
|
|
|
|
зажимы Vi и Vz ваттметра |
можно |
включить на напряжение U через |
соответственно |
подобранный дели |
тель напряжения. |
|
|
|
К о м п е н с а ц и о н н ы й |
в а т т м е т р о в ы й |
п р и б о р — |
в е к т о р м е т р |
[Л. |
10-11, 10-21]. |
Если из системы |
на |
рис. 10-7 ис |
ключить основной |
ваттметр |
/, то |
оставшуюся схему |
можно |
назвать |
компенсационным |
|
ваттметровым |
прибором, приспосабливающим лю бой ваттметр для измерений мощ ности при малом коэффициенте мощности и малых напряжениях. При синусоидальных кривых тока
и напряжения можно с помощью только самого прибора путем ком пенсация определить активную и реактивную составляющие напряже ния приемника. Следовательно, прибор является также векторметром. Схема включения прибора показана на рис. 10-11. Так же как и в компенсационном ваттметре, точность прибора определяется воздуш ным трансформатором. С целью уменьшения его угловой погрешности параллельно первичной обмотке трансформатора 2 (рис. 10-10) вклю чают индукционную катушку, которая позволяет сместить по фазе
первичный |
ток трансформатора в сторону, противоположную кривой |
погрешности трансформатора 2. Таким образом, вихревые |
токи, ин |
дуктируемые |
в теле обмоток и в стенках коробки трансформатора, |
не влияют на его угловую погрешность. |
|
|
прибора |
приводится |
|
Описание |
такого компенсационного |
|
в [Л. 10-11]. Недоступные |
для классических |
|
ваттметровых |
методов |
измерительные возможности прибора иллюстрируются |
табл. 10-1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
10-! |
Проверка точности измерений мощности с помощью |
|
|
ваттметрового компенсационного прибора [Л. 10-11] |
|
|
Измеряемая |
величина |
|
|
Числовые |
значени i |
|
|
|
Напряжение |
при |
52 |
115 |
5,26 |
4,1 |
|
2,52 |
4,82 |
34,0 |
емника |
и, |
В . . |
|
Ток |
приемника /, |
2,05 |
4,05 |
25 |
20 |
12,6 |
25 |
10 |
А |
|
|
|
|
Коэффициент мощ |
|
0,065 |
0,024 |
0,031 |
0,032 |
0,033 |
0,019 |
ности |
COS <р . . . 0,075 |
Мощность |
измере |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ния с |
помощью |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
компенсационно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
го прибора |
Рт, |
7,75 |
29,8 |
3,18 |
2,50 |
1,01 |
3,95 |
13,2 |
Вт |
|
|
|
Мощность измере |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ния непосредст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
венным |
методом |
7,94 |
30,2 |
3,14 |
2,54 |
1,02 |
4,02 |
12,9 |
/2 |
£Я, |
Вт |
. . . |
Угловая |
|
погреш |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ность, |
До/о |
. . . |
—2,4 |
—1,3 |
+ 1,3 |
— 1,6 —0,98 |
- 1 , 7 +2,3 |
|
Точность измерений, выполненных при помощи .компенсационно |
го прибора с обычным электродинамическим |
|
ваттметром класса 0,2, |
150 |
В, 5 |
А, была |
проверена непосредственным методом |
[Л. 5-143. |
При этом |
действительная |
(калибрующая) |
мощность |
определялась |
как |
произведение |
квадрата тока |
на сумму |
активных |
сопротивлений |
цепи приемника (I2ZR). Цепь эта была подобрана так, чтобы доба вочные потери в цепи были пренебрежимо малые, а коэффициенг мощности достаточно низок.
М о с т о в ы е с х е м ы . |
Для измерений мощности и |
индуктив |
ных сопротивлений при малых коэффициентах мощности |
применяют |
иногда различные мостовые |
схемы [Л. 10-13, 10-14]. Такие |
схемы при |
применении элементов с минимальной угловой погрешностью позво ляют достигнуть значительных точностей измерения. Их недостатком
является, однако, значительная трудоемкость, а также значительная
|
|
|
|
|
|
|
|
чувствительность |
к искажениям кривых тока и напряжения. |
|
|
На рис. 10-12 показана примерная схема моста [Л. 10-14], со |
ставленного из |
делителя |
Ra + Ri |
катушки взаимной |
индуктивности |
М, |
резистивного |
потенциометра R |
2 , измерительного трансформатора |
тока РР и гальванометра 0 как указателя равновесия. |
|
|
|
Согласно рис. 10-12 нулевой гальванометр включается на на |
пряжение Va, являющееся |
геометрической суммой напряжений Е |
м , |
Ui |
и U2. Так как |
э. д. с. Е м перпендикулярна току |
приемника |
/, |
а напряжение U2 |
параллельно ему (рис. 10-12), регулируя переменно |
сопротивления R \ и R% можно свести напряжение U0 |
к нулю. Регу- |
6)
Рис. 10-12. Схема измерительного м.оста с взаимной индук тивностью (а) и векторная диаграмма (б) (Л. 10-14].
лировку эту начинают с установки напряжения 1/4 так, чтобы его значение было близко к значению э. д. с. Ем- После достижения равновесия (l/o=G) коэффициент мощности определяют из соот ношения
cos<f^U2fUi=Rz(Ri+R,)Ij{R1U^)^{ga=R2l(^aM). |
(10-43) |
Если элементы схемы будут обладать углом погрешности, не |
превышающим Г, то возможная ошибка измерения |
составит около |
0,5 %. |
|
Другая мостовая схема показана на рис. 10-13. Она применя лась для точных измерений мощности при токах до 150 А, напря жениях до 500 кВ и коэффициентах мощности в пределах 0,1—0,001, в высоковольтных реакторах и в опытах короткого замыкания высо ковольтных трансформаторов. Высокое напряжение подводится к мо сту через высоковольтный конденсатор без потерь (с газовой изоля
цией). В схеме |
применялся точный измерительный |
трансформатор |
с погрешностью |
коэффициента трансформации не |
больше 0,001% |
и при угле погрешности меньше 0,2' в пределах нагрузки 5—200%. Вторичную обмотку измерительного трансформатора тока включают
в схему таким образом, что напряжение U2 |
на |
сопротивлении R2 |
будет повернутым на 180° по отношению к току приемника. Разыски |
ваемый угол фазового смещения ф определяют |
с помощью допол- |
