Файл: Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 165
Скачиваний: 0
Этот способ не точен, имеет ряд недостатков и приме няется редко.
Удобней и точней измерять мощность..электродина мическим ваттметром (рис. 8-1), измерительный механизм которого рассмотрен в § 2-3. Неподвижная катушка (рис. 8-1) включается последовательно с приемником энергии. Поэтому она называется последовательной или катушкой тока. Подвижная катушка вместе с добавоч ным сопротивлением включается параллельно приемни кам энергий на напряжение цепи U. Поэтому она назы-
Р и с. 8 - 1 . Схема устройства и соединения электродина мического ваттметра и обозначение измерительного механизма ваттметра.
вается параллельной цепью или цепью напряжения. Со противление параллельной цепи Гц вследствие применения добавочного сопротивления постоянно. По параллельной цепи проходит ток 1ц — U/гц, пропорциональный напря жению.
Угол поворота подвижной части ваттметра [см. (2-15)]
а = kjlu = kJU/ru = kJU = к3Р, |
(8-1) |
т. е. он пропорционален мощности. Следовательно, шкала ваттметра равномерная.
Изменение направления тока в одной из катушек вызы вает изменение направления вращающего момента и на правления поворота подвижной части, что делает отсчет по шкале невозможным, так как шкала прибора односто ронняя. Поэтому следует различать зажимы ваттметра.
Зажим последовательной обмотки, соединяемый с ис точником питания, называется г е н е р а т о р н ы м .
231
Зажим параллельной цепи, соединяемый с последователь ной катушкой, также называется генераторным. Генера
торные |
зажимы |
отмечаются звездочками. Следовательно, |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
при |
правильном |
включе |
|||||
|
|
|
|
|
|
нии ваттметра |
токи в |
его |
|||||
|
|
г |
|
|
|
катушках |
направлены |
от |
|||||
|
|
|
|
|
? |
генераторных |
зажимов |
к |
|||||
|
|
|
|
|
зажимам, называемым н а- |
||||||||
|
|
|
|
|
г р у з о ч н ы м и. |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
В схеме на рис. 8-2 па |
|||||||
|
|
|
|
|
раллельная цепь ваттмет |
||||||||
Р п с . S-2. |
Схема соединения |
ватт |
ра |
находится |
под |
напря |
|||||||
|
|
метра. |
|
|
жением |
U', большим, чем |
|||||||
|
|
Ц1 |
|
|
|
напряжение |
приемников |
||||||
|
|
|
|
|
U на падение |
напряжения |
|||||||
|
|
|
|
|
в |
последовательной |
ка |
||||||
|
|
|
|
|
тушке, ток которой равен |
||||||||
|
|
|
|
|
току приемников / . Сле |
||||||||
|
|
|
|
|
довательно, |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
W: |
•IU' |
— |
I (U-\-Ui) |
= |
||
Р И С . |
8-3. Схема соединения |
ватт |
|
|
|
= |
IU + |
IUi, |
(8-2) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
метра. |
|
|
таким образом, мощность, |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
измеряемая |
ваттметром, |
||||||
|
|
|
|
|
|
равна мощности приемни |
|||||||
|
|
|
|
|
|
ков, |
подлежащей |
измере |
|||||
|
|
|
|
|
|
нию, |
и |
|
мощности |
после |
|||
|
|
|
|
|
|
довательной катушки ватт |
|||||||
|
|
|
|
|
|
метра. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
В |
схеме на рис. 8-3 |
ток |
||||
|
|
|
|
|
|
в |
последовательной |
ка |
|||||
|
|
|
|
|
|
тушке |
ваттметра |
больше |
|||||
|
|
|
|
|
|
тока |
/ |
в |
приемниках |
на |
|||
Р И С . |
8-4. Неправильная |
схема |
значение |
тока Iv в парал |
|||||||||
|
соединения ваттметра. |
|
лельной |
цепи |
ваттметра, |
||||||||
|
|
|
|
|
|
напряжение |
на |
которой |
|||||
равно |
напряжению |
приемников. |
Следовательно, |
|
|
||||||||
|
|
Pw |
= |
U(I |
+ Iu) |
= |
U I |
+ |
UIa, |
|
(8-3) |
т. е. мощность, измеряемая ваттметром, равна мощности приемников энергии и мощности параллельной цепи ватт метра.
232
При точных измерениях вводят поправки в результат измерения, обусловленные мощностью его обмотки. При меньшей точности измерений, когда поправки не вводятся, пользуются схемой рис. 8-2, так как обычно мощность
последовательной обмотки меньше, |
чем параллельной, |
н показания ваттметра будут более |
точными. |
На рис. 8-4 генераторные зажимы ваттметра соединены неправильно через добавочное сопротивление, и, следо вательно, разность потенциалов между концами катушек равна напряжению сети (240—600 В). Таким образом, изоляция катушек, находящихся близко одна от другой, подвергается опасности пробоя. Кроме того, может воз никнуть дополнительная погрешность вследствие электро статического взаимодействия между катушками ваттметра.
8-2. Э Л Е К Т Р О Д И Н А М И Ч Е С К И Й В А Т Т М Е Т Р В Ц Е П И ПЕРЕМЕННОГО Т О К А
Если включить электродинамический ваттметр в цепь переменного тока с напряжением
u = Um sin at
и током
i = I m sin (at — ф),
то ток в катушке напряжения
iu |
= ~ |
sin (at |
— фу) |
= |
|
|
|
|
|||
= |
1ит |
sin |
(at |
— фи), |
|
|
Рис . 8-5. |
Векторная |
|||
т. е. он отстает |
по |
фазе |
от |
нанряже- |
диаграмма |
электроди- |
|||||
иамического |
ваттмет- |
||||||||||
нпя на угол (рис. 8-5), |
тангенс кото- |
|
Ра - |
|
|||||||
РОГО t g ф[/ = хи/гц- |
|
|
|
части ваттметра |
[см. (2-18)] |
||||||
* Угол поворота подвижной |
|||||||||||
|
|
|
а = |
kJIxj |
cos (ф — фи). |
|
|
(8-4) |
|||
Если сопротивление цепи напряжения zu |
неизменно, |
||||||||||
то ток 1и пропорционален напряжению U, следовательно, |
|||||||||||
а = kj |
~ |
cos (ф — фи) =кэШ |
cos (ф — фи). |
(8-5) |
|||||||
При токе 1ц, |
совпадающем по фазе с напряжением U, |
||||||||||
т. е. при |
фи = |
0, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а = |
ksUI |
cos ф = к3Р, |
|
|
(8-6) |
233
т. е. угол поворота подвижной части ваттметра пропор ционален активной мощности. Кроме того, при равенстве полного сопротивления цепи напряжения ее активному сопротивлению (za = rv) показания ваттметра будут оди наковы в цепи постоянного и переменного тока. Это дает возможность производить градуировку и поверку ватт метра на постоянном TOKQ.
Если ток в параллельной цепи ваттметра совпадает по фазе с напряжением (ери — 0), то показания ваттметра
Р = |
U I cos ф определяют значение измеряемой мощности. |
|||
При фи 9^ 0 появляется погрешность измерений, |
||||
называемая |
угловой погрешностью |
ваттметра |
||
|
Р'—Р |
, |
U I cos Ар — ФГЛ |
— Ul cos ш |
уР |
= |
100% = |
ттг |
• 1 0 % = |
- F S r M - 1 0 0 * - |
<8-7> |
Используя известную формулу косинуса разности углов, получаем:
Г cos ф cos фу + sin ф sin фу
= (cos фу + sin фи tg ф — 1) • 100%.
Угол |
фо |
мал, |
поэтому |
cos фа « 1 и |
sin фи » |
фу. |
|
При указанных |
допущениях имеем: |
|
|
||||
|
у Р |
= |
( с о 8 ф и - И т ф г ^ ф — 1) -100% = |
|
|||
= |
(1 + |
Фи t g ф — 1) • 100% = 100% <putgq>. |
|
||||
Если фи выразить в минутах (1 рад = |
3 438 мин), то |
||||||
получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
Y P = ^ q > £ / t g < P |
= 0,0291<p£,tgq>, |
%. |
(8-8) |
Угловая погрешность ваттметра зависит от угла фи и от угла сдвига фазы между током и напряжением в изме ряемой цепи. Погрешность измерения, пропорциональная t g ф, очень велика при больших углах ф. Например, при углах сдвига 84° 20' и 88° 50' погрешности будут соответ ственно в 10 и 50 раз больше по сравнению с погрешностью при угле в 45°.
Электродинамические ваттметры выполняются на один или два номинальных тока последовательной цепи. В пос леднем случае токовая катушка состоит из двух одинако-
234
вых секции, которые соединяются последовательно или параллельно аналогично соединениям катушек электро динамического амперметра (рис. 3-30). Переключение
секций производится рычаж |
|
|
|
|
|
|
|
|
150 В |
300 В |
|||||||||
ным |
или штепсельным |
пере- |
|
щ |
|
|
1000 Ом |
|
|||||||||||
ключателем. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
Я |
||||
В |
параллельной |
цепи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ваттметра |
|
добавочный |
рези |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
стор |
также |
выполняют |
из |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
нескольких |
|
секций, |
чтобы |
|
Р и с . 8-6. Простейшая |
схема |
|||||||||||||
получить |
|
несколько |
номи |
|
параллельной цепи электроди |
||||||||||||||
нальных |
напряжений |
(150— |
|
|
намического |
ваттметра. |
|||||||||||||
300—600 |
В). |
Параллельные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
цепи |
некоторых |
ваттметров |
имеют |
зажим |
|
с |
отметкой |
||||||||||||
1000 Ом, |
соответствующий |
напряжению |
30 |
В. Он |
пред- |
||||||||||||||
|
|
|
|
/ |
назначается для присоединения наруж |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
ных |
добавочных |
|
резисторов. |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
Параллельная цепь ваттметров, по |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
грешность |
которых |
до ± 0 , 5 % , |
состоит |
|||||||||||
|
|
|
|
|
из подвижной катушки и безреактив |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
ного |
добавочного резистора (рис. 8-6). |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
У более точных ваттметров параллель |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
ная |
цепь |
имеет |
|
более сложную |
схему |
|||||||||
|
|
|
|
|
с компенсацией погрешностей от тем |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
пературы и |
частоты. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Защита от внешних магнитных по |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
лей |
выполняется |
экранированием или |
||||||||||||
|
|
|
|
|
применением |
астатических |
|
измеритель |
|||||||||||
|
|
|
|
|
ных |
механизмов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
При включении ваттметра в цепь |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
переменного |
тока |
необходимо |
обеспе |
|||||||||||
|
|
|
|
|
чить правильное |
включение |
генератор |
||||||||||||
Рис. |
8-7. |
Вектор |
ных |
зажимов ваттметра, |
при |
котором |
|||||||||||||
ные |
диаграммы |
положительные |
направления |
токов в |
|||||||||||||||
ваттметра при раз |
катушках |
ваттметра |
будут |
от |
генера |
||||||||||||||
личных |
включе |
торных |
зажимов |
к |
нагрузочным. |
|
|||||||||||||
ниях |
его обмоток . |
Поменяв |
местами |
зажимы |
последо |
||||||||||||||
а — изменение |
фазы |
||||||||||||||||||
вательной |
обмотки |
ваттметра, |
получим |
||||||||||||||||
гока на у а Т; б — из- |
|||||||||||||||||||
мепение фазы |
напря |
изменение |
фазы |
тока |
в |
|
ней |
на |
180° |
||||||||||
жения на Va |
Т. |
|
(рис. 8-7, а), |
а |
поменяв |
местами |
зажи |
||||||||||||
|
|
|
|
|
мы параллельной цепи, получим изменение фазы напря жения на 180° (рис. 8-7, б).
В том и другом случае сдвиг фазы между током / и напряжением U ваттметра будет равен 180° — <р, а угол
235
поворота подвижной части будет отрицательным, так как
а = &3 С//cos (180° - ср) == — ksUI cos ц>, |
(8-9) |
т. е. подвижная часть отклонится в обратную сторону, где делений шкалы нет.
Определение мощности по показанию ваттметров высо ких классов точности производится (§ 1-4, в) умножением
постоянной |
ваттметра на отсчет. |
|
|
|
|
|
|
||||
Так как |
ваттметры градуируются |
так, |
что при |
/ „ , Un |
|||||||
и cos ф = |
1 дают полное отклонение стрелки а„, |
постоян |
|||||||||
|
|
ная для данной схемы находится по |
|||||||||
|
|
формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
£/„/„/«„ . |
|
|
(8-10) |
||
|
|
Сдвинув ток в параллельной ка-- |
|||||||||
|
|
тушке |
|
электродинамического |
ватт |
||||||
|
|
метра по фазе от напряжения на |
|||||||||
|
|
зажимах параллельной цепи ваттмет |
|||||||||
|
|
ра на |
угол 90° |
(фи = |
90°, |
рис. 8-8), |
|||||
|
|
получим |
угол |
поворота |
подвижной |
||||||
|
|
части |
ваттметра: |
|
|
|
|
|
|||
Р и с . S-8. |
Векторная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
диаграмма электроди- |
а |
= |
лг3 UI |
cos |
(90 |
— ф) |
= |
|
|||
намнческого |
ваттмет |
|
= |
k3UISin |
<р = къО, |
(8-11) |
|||||
ра реактивной мощ |
|
||||||||||
ности. |
т. е. пропорциональным |
реактивной |
|||||||||
|
|
мощности.
Для получения сдвига в 90° между током 1ц и напря жением U применяют одну из искусственных схем (рис. 8-9). Для этих схем характерна зависимость показаний ваттметра от частоты тока, так как от нее зависят реактив ные сопротивления и сдвиг фаз между током и напряже нием в параллельной цепи ваттметра.
К положительным свойствам электродинамических ваттметров относятся высокая точность (классы точности 0,1—0,2—0,5); пригодность для постоянного и перемен ного тока 45—60—500 Гц и выше.
К недостаткам относятся слабое магнитное поле, не большой вращающий момент, чувствительность к внешним магнитным полям, чувствительность к перегрузкам, высокая стоимость.
Отечественная промышленность изготовляет много электродинамических ваттметров различных типов, напри мер: Д57 класса точности 0,1; Д533 класса точности 0,2;
236