Файл: Атамалян Э.Г. Методы и средства измерения электрических величин учеб. пособие.pdf

незначительна, так как ©L^v ■< Дд, и ею можно пренебречь. При этом следует учитывать только погрешность, определяемую углом б, кото­ рую называют угловой погрешностью измерения и вычисляют следую­ щим образом:

где Рх — измеренное значение мощности; Р — действительное значе­ ние мощности.

Ввиду малости угла б приближенно можно считать, что cos ср cos 6 » яз cos ф, тогда после преобразования (5-16) получают

Из выражения (5-17) следует, что угловая погрешность измерения возрастает с увеличением угла ф.

Для уменьшения угловой погрешности в цепь подвижной катушки включают компенсационную емкость Ск (рис. 5-2). Сопротивление

Вследствие малой индуктивности L\w подвижной катушки ватт­ метра условие (5-19) выполняется при таких RKи Ск, что (7?киСк) 2 <; 1, поэтому

Из (5-20) следует, что компенсация осуществляется в довольно широком диапазоне частот, пока справедливо неравенство (РксоСк)2<^ 1.

В ваттметре при изменении направления тока в одной из катушек изменяется знак угла отклонения катушки (2-16), поэтому зажимы обмоток прибора, закорачивание которых приводит к правильному отклонению стрелки, называют генераторными и обозначают звездоч­ ками. Обычно в цепь подвижной катушки ваттметра вводят переключа­ тель направления тока, который позволяет менять направление вра­ щающего момента и получать отклонение стрелки в правильную сто­ рону.

Включение неподвижной катушки ваттметра последовательно с на­ грузкой (см. рис. 5-2) возможно только при токах нагрузки 10 -ь 20 А (при больших токах нагрузки неподвижную катушку ваттметра вклю­ чают через трансформатор тока). При измерении мощности в цепях высокого напряжения (свыше 600 В) подвижную катушку ваттметра

123

также включают не непосредственно в измеряемую цепь, а через тран­ сформатор напряжения. В этом случае независимо от величины тока нагрузки неподвижную катушку ваттметра включают через трансфор­ матор тока. Включение ваттметра через измерительные трансформа­ торы тока и напряжения показано на рис. 5-4. Значение измеряемой мощности определяют по показанию прибора, умноженному на произ­ ведение коэффициентов трансформации трансформаторов тока и напря-

жения: Px = Pwkukh (5-21)

трансформации соответственно трансформаторов напряжения и тока. Измеренное значение мощности будет отличаться от действитель­

мощностей от десятых долей ватта до 3— 6 кВт, используют их как

водят путем измерения мощности каждой фазы. При равномерной нагрузке фаз достаточно измерить мощность нагрузки одной фазы Рф и утроить полученное значение:

напряжения и токи, <р — угол сдвига фаз.

При неравномерной нагрузке фаз мощность трехфазной цепи можно найти как сумму показаний трех ваттметров, каждый из которых из­ меряет мощность одной фазы (рис. 5-5):

Р = Рл + Рц-\- Pc — UaIa cos фд -f- UbIв cos фС+ UCI с cos фс, (5-23)

где UA, Uв, Uс, IA, h . /с — фазные напряжения и токи; фЛ, ц>в, Фс — углы сдвига фаз между соответствующими фазными напряжениями и

токами.

На практике для измерения активной мощности в трехфазных трехпроводных цепях независимо от схемы соединения и характера нагрузки широко применяют метод двух ваттметров (рис. 5-6).

124

Мгновенное значение мощности трехфазной цепи при соединении нагрузки звездой

где uabI «ев — мгновенные значения линейных напряжений, на ко­ торые должны быть включены обмотки напряжения ваттметров.

в цепь линейных токов iA и ic. Следовательно, среднее значение мощ­ ности трехфазной цепи равно алгебраической сумме показаний двух

125

Доказательство метода двух ваттметров возможно и для соединения нагрузки треугольником, которое легко преобразовывается в эквива­ лентную звезду.

По схеме двух ваттметров выполняют трехфазный ваттметр, пред­ ставляющий собой два измерительных механизма однофазного ферродинамического ваттметра с одной общей подвижной частью. Шкала этого ваттметра отградуирована в значениях суммарной мощности трехфазной цепи.

§5-3. Измерение мощности в цепях повышенной

ивысокой частот

Для измерения мощности в цепях повышенной и высокой частот применяют в основном электронные ваттметры, осциллографы и спе­ циальные радиотехнические методы. В некоторых электронных ват­ тметрах используют электродинамические измерительные механизмы с предварительным усилением тока и напряжения либо с предвари­ тельным выпрямлением этих величин. При применении предваритель­ ного усиления катушки электродинамического механизма включают в цепь нагрузки через измерительные трансформаторы и усилители, что позволяет уменьшить потребление энергии прибором. Применение усилителей, охваченных глубокой отрицательной обратной связью по току, позволяет получить не зависимый от частоты ток в параллель­ ной обмотке механизма, в результате частотный диапазон прибора рас­ ширяется до десятков килогерц.

При предварительном выпрямлении катушки электродинамического механизма питаются постоянным током, поэтому частотный диапазон этих приборов расширяется до мегагерц.

В электронных ваттметрах в качестве измерительного механизма может быть использован и электростатический электрометр с усили­ телями напряжения и тока, а также магнитоэлектрические механизмы с квадраторами.

Квадраторы выполняют на электронных лампах, полупроводнико­ вых диодах, термопреобразователях и других нелинейных элементах, работа которых осуществляется на квадратичном участке вольтампёрной характеристики. Операция перемножения u-i в квадраторах за­ меняется операциями суммирования и возведения в квадрат.

На высоких и сверхвысоких частотах измерение мощности выпол­ няют специальными методами, в которых осуществляется преобразо­ вание мощности в тепло (калориметрические методы), свет (фотометри­ ческие методы) и т. д.

Электронный ваттметр с измерительным механизмом электроста­ тической системы. Этот ваттметр представляет собой сочетание элек­ тронных усилителей тока и напряжения с электрометром (рис. 5-7). Электрометр — поверхностный измерительный механизм электро­ статической системы (см. § 2 .1 ) с тремя электродами, находящимися под разными потенциалами. Два электрода являются неподвижными,

аодин — подвижный. Подвижный электрод 3 образует конденсаторы

скаждым из неподвижных электродов 1 или 2, причем при повороте

126

подвижной части уменьшение емкости С13 одного из этих конденсато­ ров соответствует равному увеличению емкости С.23 другого конденса­ тора. Следовательно, мгновенное значение вращающего момента

Электростатический измерительный механизм характеризуется ма­ лой величиной вращающего момента, поэтому для повышения чув­ ствительности применяют измерительные электронные усилители тока и напряжения ЭУТ и ЭУН.

Последовательно с нагрузкой Z„, мощность которой измеряется, включен резистор сопротивлением Rm много меньше сопротивления нагрузки Z,„ а параллельно нагрузке — резистор /?д с большим со­ противлением. Падения напряжения на этих сопротивлениях пропор­ циональны току нагрузки i и

Конструктивно электрометр выполняют таким образом, чтобы соб­ людалось условие равенства по величине и противоположность из менений емкостей Ci3 и С23 при повороте подвижной части, т. е.

Тогда мгновенное значение вращающего момента, действующего

где Р — активная мощность нагрузки.

127