Reaktīvās jaudas un enerģijas mērīšana. Jaudas un enerģijas mērīšana. Elektrības daudzuma mērīšana

9. ELEKTRISKĀS JAUDAS MĒRĪŠANA

Jaudas mērīšana praktiskajā radiotehnikā tiek izmantota visā frekvenču diapazonā - no līdzstrāva līdz milimetram un īsākiem viļņu garumiem.Jāizmēra jaudas līmeņi ļoti plašā diapazonā no 10-18 līdz 108 vatiem.

AT pēdējie gadi mērījumos līdzās absolūtajiem (vatiem, milivatiem u.c.) plaši tiek izmantotas relatīvās (logaritmiskās) jaudas vienības (decibelos).Ņemiet vērā, ka relatīvajām mērvienībām ir vairākas būtiskas priekšrocības un tās izmanto radio jaudas novērtēšanai. signālu avoti, to pastiprinājuma vai vājinājuma pakāpe, uztverošo ierīču jutība, mērījumu kļūdas u.c.

Sasniegumi fizikā, mikroelektronikā un īpaši digitālajās tehnoloģijās ir pavēruši jaunas iespējas jaudas mērīšanas problēmu risināšanā, kas ļāvis automatizēt mērīšanas procedūru un veikt to interaktīvi.

9.1. Galvenā informācija

Kā fiziskais daudzums, elektrisko jaudu nosaka darbs, ko veic elektroenerģijas avots magnētiskais lauks uz laika vienību. Izmērs elektriskā jauda ir rakstīts šādi: džouls/sek = vats.

Jaudas mērīšanai dažādos frekvenču diapazonos ir noteiktas īpašības.Industriālās frekvences elektroenerģijas skaitītāji kopā ar enerģijas skaitītājiem ir pašreizējās patēriņa uzskaites sistēmas pamatā. elektriskā enerģija tautsaimniecībā Jaudas mērīšana ieslēgta līdzstrāva un arī skaņas un augstfrekvenču diapazonā ir ierobežota nozīme, jo frekvencēs līdz vairākiem desmitiem megahercu bieži vien ir ērtāk izmērīt spriegumus, strāvu un fāzes nobīdes, un jaudu noteikt ar aprēķinu. Frekvencēs virs 300 MHz procesu viļņveida rakstura dēļ sprieguma un strāvas vērtības zaudē nepārprotamību un mērījumu rezultāti sāk būt atkarīgi no ierīces pieslēgšanas vietas. Tajā pašā laikā jaudas plūsma caur jebkuru pārvades līnijas šķērsgriezumu vienmēr paliek nemainīga. Šī iemesla dēļ jauda kļūst par galveno parametru, kas raksturo mikroviļņu ierīces darbības režīmu.

Vienfāzes aktīvā (absorbēta no elektriskās ķēdes) jauda maiņstrāva definēts kā

P = UIcosφ , (9.1)

Kur U, I - sprieguma un strāvas vidējās kvadrātiskās vērtības; φ ir fāzes nobīde starp sprieguma un strāvas momentānām vērtībām.

Ja slodze Rн in elektriskā ķēde tīri aktīvs (φ = 0), tad maiņstrāvas jauda

P = UI = I2 Rн = U2/Rн, (9.2)

Patvaļīgam viļņu formas signālam ar periodisku struktūru elektrisko jaudu var novērtēt, izmantojot Furjē sēriju:

P = U0 I0 + U1 I1cosφ1 + U2 I2cosφ2 + … + Un Incosφn , (9.3.)

kur U0, I0 ir nemainīgas sastāvdaļas; Un,In ir sprieguma un strāvas harmoniku vidējās kvadrātiskās vērtības; φn ir fāzes nobīde starp sprieguma Un un strāvas In harmonikām.

Maiņstrāvas elektrisko jaudu var izmērīt tieši ar speciālu instrumentu - vatmetru palīdzību, vai netieši, mērot daudzumus, kas iekļauti augstāk minētajās attiecībās. Vatmetru darbības princips ir balstīts uz reizināšanas darbības ieviešanu. Tiek izmantotas tiešās un netiešās reizināšanas ierīces. Tiešās reizināšanas ierīču piemēri ir elektrodinamiskās sistēmas vatmetru mērīšanas mehānismi. Sprieguma un strāvas tiešu reizināšanu var panākt, izmantojot Hola pārveidotājus vai īpašas lauka tranzistoru shēmas utt.

Netiešās reizināšanas ierīcēs lielumu reizinājums tiek atrasts, izmantojot matemātiskas darbības, piemēram, saskaitīšanu (atņemšanu), eksponenci, logaritmu, integrāciju utt. Šiem nolūkiem tiek izmantoti analogie integrālie reizinātāji. Mūsdienu vatmetri frekvencēm no 1 ... 10 MHz ir veidoti, pamatojoties uz integrētiem reizinātājiem, izmantojot termiskos pārveidotājus.

554 kb.25.11.2011 13:50

1.dok

Penzas Valsts universitāte

Metroloģijas un kvalitātes sistēmu katedra
abstrakts

Par tēmu: "Jaudas un enerģijas mērījumi"

Aizpildījis: students gr.08-pts1

Astafjeva D.O.
Pieņemts: Ph.D., asociētais profesors

Safronova K.V.
Penza 2010

Plāns
1. Ievads.

• 
  Viena instrumenta metode

• 
  Divu instrumentu metode

• 
  Trīs instrumentu metode

• 
  Jaudas mērīšana ar elektronisko taisngrieža vatmetru

• 
  Jaudas mērīšana ar termoelektrisko vatmetru

• 
  Jaudas mērīšana ar Hall devēja vatmetru

• 
  Jaudas mērīšana ar osciloskopu

• 
  Mērīšana ar digitālajiem vatmetriem

7. Literatūras saraksts.

1. Ievads.
Šobrīd ir nepieciešams izmērīt līdzstrāvas jaudu un enerģiju, vienfāzes un trīsfāzu maiņstrāvas aktīvo jaudu un enerģiju, trīsfāzu maiņstrāvas reaktīvo jaudu un enerģiju, jaudas momentāno vērtību, kā arī elektroenerģijas daudzums ļoti plašā diapazonā. Tātad līdzstrāvas un vienfāzes maiņstrāvas jauda tiek mērīta diapazonā no 10-18 līdz 10 10 W, un apakšējā robeža attiecas uz radiotehnikas ierīču augstfrekvences maiņstrāvas jaudu. Nepieciešamā līdzstrāvas un maiņstrāvas jaudas mērījumu precizitāte dažādiem frekvenču diapazoniem ir atšķirīga. Tiešai un mainīgai vienfāzes un trīsfāzu strāva rūpnieciskās frekvences kļūdai jābūt ± (0,01-0,1)% robežās; beigās augstas frekvences kļūda var būt lielāka par ± (1-5%).

Atkārtota mērīšana aktīvā jauda ir praktiska nozīme tikai lieliem elektroenerģijas patērētājiem, kuri vienmēr tiek darbināti ar trīsfāzu maiņstrāvu. Apakšējā mērījumu robeža reaktīvā jauda trīsfāzu maiņstrāva ir vairāku var līmenī, un augšējā robeža ir aptuveni 10 6 var. Reaktīvās jaudas mērīšanas kļūdai jābūt ± (0,1–0,5) robežās. %.

Elektriskās enerģijas mērīšanas diapazonu nosaka nominālo (maksimālo) strāvu un spriegumu diapazoni. Dažādu elektroierīču patērētajai enerģijai strāvas mērīšanas diapazona apakšējā robeža ir aptuveni 10 - 9 A, un spriegums ir 10 - 6 V. Tomēr nav mērinstrumentu, kas tieši mērītu tik zemas enerģijas, un maza enerģija. vērtības tiek noteiktas ar netiešām metodēm (piemēram, tiek noteikta jauda un laiks). Strāvas mērījumu diapazona augšējā robeža sasniedz 10 4 A, bet spriegums - 10 6 V. Enerģijas mērījumu pieļaujamajai kļūdai jābūt ± (0,1 - 2,5)% robežās.

Mērīšana reaktīvā enerģija nepieciešams tikai rūpnieciskām trīsfāžu ķēdēm. Tāpēc strāvas mērīšanas diapazona apakšējā robeža šajā gadījumā ir 1 A līmenī, un spriegums ir 100 V. Strāvas mērījumu diapazona augšējā robeža tiešās enerģijas mērīšanai ir 50 A un spriegums ir 380 V. pieļaujamajai reaktīvās enerģijas mērījuma kļūdai jābūt ±( 1-2,5)% līmenī .

Plašā diapazonā nepieciešams arī mērīt elektroenerģijas daudzumu: no elektroenerģijas daudzuma mērīšanas īslaicīgos strāvas impulsos (milikulonu vienībās) līdz ilgstoši (līdz 10 C) plūstošās elektroenerģijas daudzuma mērīšanai. Elektroenerģijas daudzuma mērīšanas pieļaujamajai kļūdai jābūt ± (0,1-5)% robežās.

Jaudas, enerģijas, elektroenerģijas daudzuma un mazākās kļūdas mērījumu diapazoni, kas iegūti, izmantojot mūsdienīgi līdzekļi vietējās rūpniecības ražotie mērījumi ir parādīti 1. tabulā.

Tabula 1

Izmērītā vērtība	Vienība	Mērīšanas diapazons	sasniedzams Vismazāk kļūda, %
Jauda: līdzstrāva	Otr	0,9 – 2,4 * 10	±0,02
vienfāzes maiņstrāva	BA	2 * 10 - 8 * 10	±0,1
trīsfāzu maiņstrāva	BA	40 – 3,5 * 10	±0,1
reaktīvā trīsfāzu strāva	var	40 – 8 * 10	±0,5
Enerģija: Līdzstrāva	kW*h	es = 5÷1000 A U =6÷3000V	±1,0
vienfāzes maiņstrāva	kW*h	I= 1÷1000 A U=110÷380 V	±2,0
trīsfāzu strāva (trīs vadu ķēde)	kV*h	I= 1÷50 A U=100÷380V	±0,5
trīsfāzu strāva (četru vadu ķēde)	kW*h	I= 1÷50 A U=100÷380V	±1,0
reaktīvā trīsfāzu strāva	kvar*h	I= 1÷50 A U=100÷380V	±1,5

Piezīme. es un U- nominālā strāva un spriedzi.
2. Līdzstrāvas un maiņstrāvas jaudas un enerģijas mērīšana vienfāzes strāva.
Elektrodinamiskos un ferodinamiskos vatmetrus izmanto, lai mērītu jaudu tiešās un maiņstrāvas vienfāzes ķēdēs.

Precīziem līdzstrāvas un maiņstrāvas jaudas mērījumiem rūpnieciskajos un palielināts biežums(līdz 5000 Hz) ražo elektrodinamiskos vatmetrus portatīvo ierīču veidā ar precizitātes klasēm 0,1-0,5.

Jaudas mērījumiem ražošanas apstākļos rūpniecisko vai augstāku fiksēto frekvenču (400, 500 Hz) maiņstrāvas ķēdēs tiek izmantoti 1,5-2,5 precizitātes klases vairogu ferodinamiskie vatmetri.

Jaudas mērīšanai augstās frekvencēs izmanto termoelektriskos un elektroniskos vatmetrus.

Mērot mazas jaudas mikroviļņu frekvencēs, ir iespējams izmantot elektrometrus.

Jaudas mērīšanai pie lielām strāvām un spriegumiem vatmetri parasti tiek savienoti, izmantojot mērīšanas strāvas un sprieguma transformatorus.

Tiek izmantotas arī netiešās līdzstrāvas un vienfāzes maiņstrāvas jaudas mērīšanas metodes. Līdzstrāvas jaudu var noteikt, izmantojot divus instrumentus: ampērmetru un voltmetru, un vienfāzes maiņstrāvas jaudu var noteikt, izmantojot trīs instrumentus: ampērmetru, voltmetru un fāzes mērītāju (vai jaudas koeficienta mērītāju). Izmantojot dažādas ierīču ieslēgšanas shēmas, jaudas mērīšanas metodisko kļūdu vērtības izrādās atšķirīgas atkarībā no ierīču pretestības un slodzes attiecības (līdzīgi vatmetra kļūdām). Izmantojot netiešo jaudas mērīšanu, ir nepieciešams vienlaikus nolasīt divas vai trīs ierīces. Turklāt tas samazina mērījumu precizitāti, jo tiek summētas instrumentu instrumentālās kļūdas. Piemēram, vienfāzes maiņstrāvas jaudas tiešus mērījumus var veikt ar mazāko kļūdu ±0,1% (sk. 1. tabulu), savukārt ar netiešajiem jaudas mērījumiem var izmērīt tikai jaudas koeficientu ar mazāko kļūdu. ±0,5%, un tāpēc kopējā kļūda pārsniegs ±0,5%.

Dažreiz izmanto maiņstrāvas jaudas mērīšanai. elektroniskais osciloskops, jo īpaši, lai noteiktu histerēzes zudumu jaudu feromagnētiskajos materiālos. Šajā gadījumā histerēzes cilpas laukums izrādās proporcionāls zaudējuma jaudai.

Līdzstrāvas enerģijas mērīšana tiek veikta, izmantojot līdzstrāvas skaitītājus.

Vienfāzes maiņstrāvas enerģiju mēra ar elektriskās enerģijas indukcijas skaitītājiem.

Elektroenerģiju var izmērīt arī, izmantojot elektroniskos elektroenerģijas skaitītājus, kuriem nav kustīgu daļu. Šādiem skaitītājiem ir labāki metroloģiskie raksturlielumi un lielāka uzticamība, un tie ir daudzsološi elektroenerģijas mērīšanas līdzekļi.

Vienfāzes maiņstrāvas ķēdēs reaktīvās jaudas un enerģijas mērīšana parasti tiek veikta tikai laboratorijas pētījumos. Šajā gadījumā reaktīvā jauda tiek saprasta kā

. Reaktīvā jauda vienfāzes ķēde var izmērīt gan ar trīs instrumentu palīdzību (netiešā metode), gan ar speciālu vatmetru, kuram ir sarežģīta paralēlās ķēdes ķēde, lai iegūtu fāzes nobīdi starp šīs ķēdes strāvas un sprieguma vektoriem, kas vienāda ar 90°.

3.Aktīvās jaudas un enerģijas mērīšana iekšā trīsfāzu ķēdes.
Trīsfāzu sistēmā, neatkarīgi no slodzes pieslēguma shēmas (trīsstūra vai zvaigzne), momentānās jaudas vērtība R sistēma ir vienāda ar atsevišķu fāžu momentānās jaudas vērtību summu:

p = p p R

Aktīvā jauda R un enerģija W laika intervālā t tiek definēti attiecīgi ar izteicieniem:

P=

, (1-1b)

Kur

, - fāzes spriegumi un strāvas;

- fāzes nobīdes leņķa kosinuss starp strāvu un spriegumu slodzes fāzēs; T- mainīga sprieguma maiņas periods.

Simetriskai trīsfāžu sistēmai, kurā visi fāzes un lineārie spriegumi, strāvas un fāzes nobīdes leņķi starp spriegumiem un strāvām ir vienādi, šie vienādojumi būs šādi:

P=3; (1-2a)


, (1-26):

Kur , - lineārie spriegumi un strāvas;

- fāzes nobīdes leņķa kosinuss starp strāvu un spriegumu slodzes fāzē. Kad slodze ir savienota ar zvaigzni (1-1. att., a), momentānā jauda p=

, kur un , un , un - fāzes spriegumu momentānās vērtības; i BET , i AT , i NO - fāzes strāvu momentānās vērtības. Atsaucoties uz

,

,

,

, Trīsfāzu sistēmas momentānās jaudas vērtības vienādojumu var attēlot trīs formās:

;

;

.

Rīsi. 1-1. Shēma aktīvās jaudas mērīšanai trīsfāzu ķēdē ar vienu vatmetru, kad slodzi ieslēdz zvaigzne a) un trīsstūris (b)
Tos pašus secinājumus var izdarīt, kad slodzi ieslēdz trīsstūris. Pārejot no momentānām uz vidējām vērtībām, mēs iegūstam aktīvās jaudas izteiksmes:

Kur

,

utt un arī es BET , es AT , es NO - efektīvas vērtības līnijas spriegumi un straumes; ,un tā tālāk - fāzes nobīdes leņķi starp atbilstošajām strāvām un spriegumiem.

No vienādojumiem (1-1) - (1-3) var redzēt, ka trīsfāzu sistēmas jaudas un līdz ar to enerģijas mērīšanai var izmantot vienu ierīci, divas ierīces vai trīs ierīces. Vienas ierīces metode ir balstīta uz izteiksmju (1-2) izmantošanu un tiek izmantota simetriskās trīsfāzu sistēmās. Asimetriskā sistēmā, kurā strāvu, spriegumu un fāzes nobīdes leņķu vērtības nav vienādas, tiek izmantota divu ierīču metode, izmantojot izteiksmes (1-3).

Visbeidzot, vispārīgākajā gadījumā, tostarp četru vadu asimetriskā sistēmā, kuras pamatā ir izteiksmes (1-1), tiek izmantota trīs ierīču metode.

Apsveriet jaudas mērīšanas metodes, kas arī sniedz priekšstatu par enerģijas mērīšanas metodēm.
^ Vienas ierīces metode.

Ja trīsfāzu sistēma ir simetriska un slodzes fāzes ir savienotas ar zvaigzni ar pieejamu nulles punktu, tad vienfāzes vatmetrs tiek ieslēgts saskaņā ar att. 1-1, a un izmērīt vienas fāzes jaudu. Lai iegūtu visas sistēmas jaudu, vatmetra rādījumi tiek trīskārši. Jaudu var izmērīt arī tad, kad slodzes fāzes ir savienotas ar trīsstūri, bet ar nosacījumu, ka vatmetra seriālo tinumu var iekļaut kādā no slodzes fāzēm (1.-1. att., b).

Rīsi. 1-2. Shēma aktīvās jaudas mērīšanai trīsfāzu ķēdē ar mākslīgu nulles punktu (a) un vektoru diagrammu (b)
Ja slodzi savieno trīsstūris vai zvaigzne ar nepieejamu nulles punktu, tad tiek izmantots vatmetrs ar mākslīgo nulles punktu (1-2. att., a), kas tiek izveidots, izmantojot divus papildu rezistorus ar aktīvā pretestība un . Šajā gadījumā ir nepieciešams, lai = = ( ir vatmetra paralēlās ķēdes pretestība). Uz att. 1-2, b parādīta vektoru diagramma, kas atbilst att. shēmai. 1-2, a. spriegums

,

un

uz paralēlā tinuma un rezistori, kas veido mākslīgo nulles punktu, ir vienādi ar fāzes spriegumiem. Leņķus starp fāzes spriegumiem un slodzes fāzes strāvām norāda ar . Tā kā leņķi starp vektoriem es AB unes BET , kā arī starp vektoriem un U AB ir 30°, tad leņķis starp sprieguma vektoru, kas pielikts vatmetra paralēlajai ķēdei, un strāvas vektoru es BET = es AB es BET Ar virknes tinumā arī ir vienāds ar . Tāpēc vatmetra rādījums

Tāpēc ka

un

, tad

, t.i., vatmetrs rāda vienas fāzes jaudu. Lai iegūtu visas sistēmas jaudu, vatmetra rādījums ir jāpalielina trīs reizes. Tas pats notiks, savienojot slodzi ar zvaigznīti.

Šāda ķēde netiek izmantota enerģijas mērīšanai skaitītāja paralēlās ķēdes augstās induktivitātes dēļ.

Rīsi. 1-3. Shēmas divu vatmetru ieslēgšanai aktīvās jaudas mērīšanai trīsfāzu tīkls

^ Divu instrumentu metode .
Šo metodi izmanto asimetriskās trīs vadu trīsfāzu strāvas ķēdēs. Pamatojoties uz izteiksmēm (1-3), mums ir trīs iespējas divu ierīču komutācijas ķēdei (1.-3. att., a- in). Vatmetru darbības analīze saskaņā ar šīm shēmām parāda, ka atkarībā no fāžu slodzes rakstura katra vatmetra rādījumu zīme var mainīties. Trīsfāzu sistēmas aktīvā jauda šajā gadījumā jānosaka kā abu vatmetru rādījumu algebriskā summa.

^ Trīs ierīču metode.
Gadījumā, ja asimetrisko slodzi ieslēdz zvaigzne ar neitrālu vadu, t.i., ja ir asimetriska trīsfāzu četru vadu sistēma, tiek izmantoti trīs vatmetri, kas savienoti saskaņā ar att. 15-11. Ar šo iekļaušanu katrs no vatmetriem mēra vienas fāzes jaudu. Pilna jauda sistēma ir definēta kā vatmetra rādījumu aritmētiskā summa.

Laboratorijas praksē galvenokārt tiek izmantotas vienas, divu un trīs ierīču metodes. Rūpnieciskos apstākļos tiek izmantoti divu un trīs fāžu vatmetri un skaitītāji, kas ir divu (divu elementu) vai trīs (trīs elementu) vienfāzes mērīšanas mehānismu kombinācija vienā ierīcē.

Kopēja kustīga daļa, kuru ietekmē visu elementu kopējais griezes moments.

Rīsi. 1-4. Shēma aktīvās jaudas mērīšanai ar trīs vatmetriem

4. Reaktīvās jaudas un enerģijas mērīšana trīsfāzu ķēdē.
Trīsfāzu tīkla reaktīvo jaudu var attēlot kā atsevišķu fāžu reaktīvo jaudu summu, t.i.

Q=

Ar pilnīgu sistēmas simetriju, reaktīvo jaudu

Trīsfāzu tīkla reaktīvo jaudu (enerģiju) var izmērīt dažādos veidos: izmantojot parastos vatmetrus (skaitītājus), kas ieslēgti saskaņā ar īpašām shēmām, un izmantojot reaktīvos vatmetrus (metrus).

Att.1-5 Vatmetra (a) ieslēgšanas shēma reaktīvās jaudas mērīšanai simetriskā trīsfāzu ķēdē un vektoru diagramma (b)
Ar pilnīgu trīsfāzu tīkla simetriju reaktīvo jaudu var izmērīt ar vienu vatmetru, kas savienots saskaņā ar shēmu attēlā. 1-5, a. Vatmetra rādījumi (ņemot vērā vektoru diagrammu 1.-5. att., b)

Lai noteiktu visas sistēmas reaktīvo jaudu, vatmetra rādījumi tiek reizināti ar

. Ķēde ar vienu vatmetru pat ar nelielu sistēmas asimetriju rada lielas kļūdas. Vislabākos rezultātus iegūst, mērot reaktīvo jaudu ar diviem vatmetriem (1.-6.att.), un tajā pašā laikā vatmetru rādījumu summu.

Rīsi. 1-6. Divu vatmetru ieslēgšanas shēma, mērot reaktīvo jaudu asimetriskā trīsfāzu ķēdē

Ķēdes darbības analīze pie asimetriskas slodzes ir diezgan sarežģīta, tāpēc mēs aprobežojamies ar īpašu gadījumu, kad

un sistēma ir simetriska. Šajā gadījumā

. Lai iegūtu trīsfāzu sistēmas jaudu, vatmetra rādījumu summa tiek reizināta ar .

Kad slodze ir ieslēgta saskaņā ar trīsstūra shēmu, ierīces (vatmetri vai skaitītāji) tiek ieslēgtas tādā pašā veidā, kā parādīts attēlā. 1-5, a un 1.-6.

Pie nevienmērīgas fāžu slodzes, bet simetriskas sprieguma sistēmas (daļēja asimetrija) trīsfāzu tīkla reaktīvo jaudu var izmērīt ar diviem identiskiem aktīvās jaudas vatmetriem ar mākslīgu nulles punktu (1.-7. att., a) . Lai izveidotu mākslīgo nulles punktu N, tiek izmantots rezistors R, kura pretestība ir vienāda ar vatmetra paralēlās ķēdes pretestību. Vienmērīgas fāzes slodzes gadījumā, kad f = f 2 = fz = f vatmetru rādījumu summa

=

=

=

.

Lai iegūtu trīsfāzu tīkla reaktīvo jaudu, vatmetra rādījumu summa tiek reizināta ar.

Rīsi. 1-7. Divu vatmetru ieslēgšanas shēma (a) reaktīvās jaudas mērīšanai trīsfāzu tīklā ar daļēju asimetriju un vektoru diagrammu.
Sīkāka shēmas analīze attēlā. 1-7, un nevienmērīgai fāžu slodzei ar simetrisku sprieguma sistēmu noved pie tāda paša rezultāta.

Mērot reaktīvo jaudu un enerģiju trīs vadu un četru vadu asimetriskos tīklos, var izmantot vienu trīs elementu ierīci vai trīs ierīces (vatmetrus vai skaitītājus) - att. 1-8, a. Apskatīsim mērījumu iespējamības pierādījumu konkrētam gadījumam. Instrumentu rādījumu summa, ņemot vērā fāzu secību, kad ir ieslēgti paralēlie tinumi, kā parādīts att. 1-8, a .

Att.1-8. Trīs vatmetru ieslēgšanas shēma (a) reaktīvās jaudas mērīšanai trīsfāzu (četru vadu) tīklā un vektoru diagramma (b)

No vektoru diagramma(1.-8.6. att.) atrodam

,

,

. Kopš tā laika . Lai atrastu sistēmas reaktīvo jaudu, vatmetra rādījumu summa jādala ar .

Pamatojoties uz šo metodi, tiek ražoti reaktīvie skaitītāji, kas piemēroti gan trīs vadu, gan četru vadu trīsfāzu strāvas ķēdēm.

Ar netiešām elektriskās enerģijas mērīšanas metodēm, piemēram, pārbaudot elektroenerģijas skaitītājus, tiek izmantoti elektrodinamiskie vatmetri un hronometri.

5. Jaudas mērīšana maiņstrāvas ķēdēs paaugstinātās un augstās frekvencēs.
Augstas un augstas frekvences maiņstrāvas ķēdēs tiek veikti tiešās un netiešās jaudas mērījumi. Dažos gadījumos priekšroka dodama netiešiem mērījumiem, jo ​​spriegumu, strāvu un pretestību ir vieglāk izmērīt nekā jaudu. Tiešie mērījumi galvenokārt tiek veikti, izmantojot elektroniskos vatmetrus. Dažos elektroniskajos vatmetros tiek izmantoti elektrodinamiskie mērīšanas mehānismi ar iepriekšēju strāvas un sprieguma pastiprināšanu vai iepriekšēju šo daudzumu labošanu. Kā mērīšanas mehānismu viņi var izmantot elektrostatisko elektrometru ar sprieguma un strāvas pastiprinātājiem, kā arī magnetoelektriskos mehānismus ar kvadracikliem. Kvadracikli tiek veikti uz pusvadītāju diodēm, pārveidotājiem un citiem nelineāriem elementiem, kuru darbība tiek veikta strāvas-sprieguma raksturlieluma kvadrātiskajā sadaļā. Reizināšanas operācija ui kvadrātā tiek aizstāts ar summēšanas un kvadrātošanas operācijām. Frekvenču diapazonā līdz simtiem megahercu tiek izmantoti vatmetri ar Hall sensoriem. Mikroviļņu frekvencēs jaudu mēra, jaudu pārvēršot siltumā (kalorimetriskās metodes), gaismā (fotometriskās metodes) utt.

^ Jaudas mērīšana ar elektronisko taisngrieža vatmetru.
ķēdes shēma elektroniskais vatmetrs ar kvadrātu, kas izgatavots uz pusvadītāju diodēm, ir parādīts att. 2-1. Vatmetram strāvas ķēdē ir divi rezistori, kuru pretestības

daudz mazāka slodzes pretestība, un divi rezistori ar pretestībām , sprieguma ķēdē. Rezistori un darbojas kā sprieguma dalītājs, tāpēc pretestība ir daudz lielāka par slodzes pretestību

.

Sprieguma kritums uz rezistoriem ir proporcionāls slodzes strāvai , sprieguma kritums dalītāja rezistorā ir proporcionāls spriegumam pāri slodzei, t.i. k 2 un. Kā redzams no diagrammas, spriegums un 1 un un 2 uz diodēm VD 1 un VD 2 būs attiecīgi:

;


Ar identiskiem diodes raksturlielumiem un darbību strāvas-sprieguma raksturlīknes kvadrātā, strāvas un i 2 proporcionāli spriegumu kvadrātiem.

Rīsi. 2-1. Elektroniskā taisngrieža vatmetra shematiskā diagramma.
Strāva ierīces ķēdē

. Šajā izteiksmē aizstājot vērtības un , mēs saņemam

Kur

.

Strāvas nemainīgā sastāvdaļa, ko mēra ar magnetoelektrisko ierīci, plkst

un

proporcionāls aktīvajai jaudai:

Kur R X - izmērītā jauda.

Elektroniskajiem vatmetriem, kuru ķēdē ir iekļautas diodes, ir zema precizitāte (noteicošais faktors ir diožu raksturlielumu neidentitāte), mērījumu kļūda ± (1,5-6)%, zema jutība, liels enerģijas patēriņš, ierobežots. frekvenču diapazons (līdz desmitiem kilohercu).
^ Jaudas mērīšana ar termoelektrisko vatmetru.
Frekvenču diapazonu var paplašināt līdz 1 MHz, ja kvadrāts ir veidots uz bezkontakta termiskajiem pārveidotājiem. Termoelektriskais vatmetrs no taisngrieža atšķiras ar to, ka diožu vietā tiek ieslēgti bezkontakta termopāra sildītāji, un termo-EMF starpība aukstajos galos, ko mēra ar magnetoelektrisko milivoltmetru, ir proporcionāla slodzes vidējam jaudas patēriņam.

Termiskos vatmetrus izmanto, lai mērītu jaudu ķēdēs ar nesinusoidālu strāvu un spriegumu; mērot jaudu ķēdēs ar lielu fāzes nobīdi starp spriegumu un strāvu, nosakot elektrodinamisko vatmetru frekvences kļūdu.
^ Jaudas mērīšana ar vatmetru ar Hall devēju.
Halles pārveidotājs ir četru spaiļu ierīce, kas izgatavota plānas viena kristāla pusvadītāja plāksnītes formā. strāvas izejas T-T Hall efekta pārveidotājs ir pievienots ārējais avots līdzstrāva vai maiņstrāva, potenciālās izejas X-X (Zāle), starp kuru EML rodas brīdī, kad uz plāksnes iedarbojas magnētiskais lauks, uz sprieguma mērītāju. secinājumus X-X ir piestiprināti sānu virsmām ekvipotenciāla punktos, ja nav ārēja magnētiskā lauka. Zāles elektromotora spēks

, kur uz X - koeficients, kura vērtība ir atkarīga no plākšņu materiāla, izmēriem un formas, kā arī no apkārtējās vides temperatūras un magnētiskā lauka vērtības; AT- magnētiskā indukcija.

Hola elektromotora spēks būs proporcionāls jaudai, ja kāds no ievades lielumiem (piemēram, magnētiskā indukcija ^ B) padarīt to proporcionālu spriegumam un, un otrs (piemēram, strāva i X ) - strāva caur slodzi.

Rīsi. 2-2. Vatmetrs ar Hall devēju
Lai ieviestu vatmetra Hall pārveidotāju ^ PH ievieto elektromagnēta spraugā (2-2. att.), magnetizējošā spole L kuru baro ar slodzes strāvai proporcionālu strāvu, un caur T-T izlaiž strāvu, kas ir proporcionāla slodzei pieliktajam spriegumam . Pašreizējo vērtību ierobežo papildu rezistors . Magnētiskie virzieni spēka līnijas indukcijas vektors AT magnētiskās ķēdes serdes magnētiskajā laukā ir parādīti att. 2-2 punktētas līnijas. Zāles elektromotora spēks

reģistrēts ar magnetoelektrisko milivoltmetru (uz- proporcionalitātes koeficients).
Halles devēja vatmetri ļauj izmērīt jaudu frekvenču diapazonā līdz simtiem megahercu.

Šo vatmetru priekšrocības ir inerce, dizaina vienkāršība, izturība, uzticamība, bet trūkums ir parametru atkarība no temperatūras.
^ Jaudas mērīšana ar osciloskopu .
Netiešās jaudas mērīšanas metodes ietver osciloskopa metodi, ko ieteicams izmantot, ja ķēde tiek darbināta ar nesinoidālu spriegumu, augstās frekvencēs, mazjaudas sprieguma avoti, darbība elektroniskās shēmas atslēgas režīmā nelineāru elementu klātbūtne ķēdē utt. Jo īpaši, ja elektroniskās shēmas darbojas impulsa režīmā, momentānās sprieguma vērtības tiek mērītas ar osciloskopu un(t) un pašreizējais i(t) uz pētāmo ķēdes posmu uz laiku, kas vienāds ar impulsa atkārtošanās periodu (īpaši rūpīgi mērījumi tiek veikti pulsa pieauguma un krituma laikā). Pamatojoties uz iegūtajiem datiem, tiek veidoti sprieguma un strāvas grafiki. Momentānās jaudas vērtības grafiks R(t) balstīties uz sprieguma līkņu ordinātu reizinājumu un(t) un pašreizējais i(t) katram impulsa laika momentam.

Saskaņā ar momentānās jaudas vērtību līkni periodam tiek noteikta momentānās jaudas maksimālā vērtība Run maks, jaudas P vidējā vērtība un impulsa jaudas P un. Lai noteiktu vidējo jaudas vērtību R un impulsa jaudu P un aprēķiniet laukumu, ko ierobežo momentānās jaudas līkne periodā, un pēc tam izveidojiet vienāda laukuma taisnstūri. Ja taisnstūra pamatne ir vienāda ar impulsa ilgumu, tad tā augstums ir impulsa jaudas P vērtība un, ja taisnstūra pamatne ir vienāda ar impulsa atkārtošanās periodu, tad taisnstūra augstums ir vienāds ar vērtību vidēja jauda R.

^ Mērīšana ar digitālajiem vatmetriem
Digitālie vatmetri ir balstīti uz analogajiem sprieguma reizinātājiem un(t) un pašreizējā i (t) (2.-3. att., a) vai diskrētu vērtību reizināšana un(t) un i(t) (2-3. att., b), kam seko produkta vidējā noteikšana.

Digitālajos vatmetros, kas izgatavoti saskaņā ar konversijas shēmu un(t) un i(t) diskrētās vērtībās, kuras attēlo atbilstošie digitālie kodi, tiek reizinātas un aprēķinātas vidēji, izmantojot digitālās ierīces. Šiem vatmetriem ir salīdzinoši liels ātrums, ko nosaka ADC un reizinātāja īpašības. Digitālie vatmetri izmanto push-pull ADC, kā arī iebūvētos mikroprocesorus.

6. Elektrības skaitītāji.
Ierīce un shēma indukcijas skaitītāja ieslēgšanai ir parādīta attēlā. 3-1, kur 1 ir trīs stieņu magnētiskā ķēde ar sprieguma tinumu; 2 - skaitīšanas mehānisms; 3 - alumīnija disks, kas uzstādīts uz ass; 4 - pastāvīgais magnēts bremzēšanas momenta radīšanai; 5 - U-veida magnētiskais serdenis ar strāvas tinumu.

Rīsi. 3-1. Ierīce un shēma indukcijas skaitītāja ieslēgšanai

Indukcijas skaitītāja darbības analīze parāda, ka griezes moments ir proporcionāls maiņstrāvas jaudai, t.i.

,

Kur uz- nemainīgs koeficients.

Skaitītāja kustīgā daļa (alumīnija disks) tiek pakļauta diska griešanās frekvencei proporcionālam bremzēšanas momentam. Šis moments rodas rotējošo starp poliem inducētās strāvas darbības rezultātā pastāvīgais magnēts disks, un to nosaka izteiksme

kur - nemainīgs koeficients; - rotācijas frekvence

Disks.
Pielīdzinot griezes momentu un bremzēšanas momentus, mēs iegūstam

Diska N apgriezienu skaits vienā laikā

enerģijas mērījumu nosaka diska rotācijas frekvences laika integrālis

t.i.


,

Kur C =

- skaitītāja konstante; W-enerģija laika intervālā iziet cauri skaitītājam .

Enerģija tiek skaitīta pēc skaitīšanas mehānisma - apgriezienu skaitītāja rādījumiem, graduēta enerģijas vienībās. Elektriskās enerģijas vienība (parasti 1 kWh), ko reģistrē ar skaitīšanas mehānismu, atbilst noteiktam skaitītāja kustīgās daļas apgriezienu skaitam. Šo attiecību sauc par pārnesuma attiecību. BET, norādīts uz letes.

Pārnesuma attiecības apgrieztā vērtība, t.i., reģistrētās enerģijas attiecība pret diska apgriezienu skaitu, tiek saukta par nominālo konstanti C nom. Vērtības BET un C NO m ir atkarīgi tikai no skaitīšanas mehānisma konstrukcijas un par šis skaitītājs paliek nemainīgs.

Zem faktiskās skaitītāja konstantes NO saprast enerģijas daudzumu, kas faktiski iziet cauri skaitītājam vienā kustīgās daļas apgriezienā. Reālā konstante, atšķirībā no nominālās, ir atkarīga no slodzes strāvas, kā arī no ārējiem apstākļiem (temperatūras, frekvences utt.). Zinot NO un miega režīmā, varat noteikt skaitītāja relatīvo kļūdu

Kur W " ir skaitītāja mērītā enerģija, un W ir faktiskā enerģijas vērtība, kas izgājusi caur skaitītāju.

Aktīvo enerģijas skaitītāju precizitātes klases ir 0,5; 1,0; 2; 2,5; reaktīvās enerģijas skaitītāji - 1,5; 2. un 3. Skaitītāju precizitātes klase normalizē relatīvo pamatkļūdu un citus metroloģiskos raksturlielumus.

Stāvokļa standarts nosaka skaitītāja jutības slieksni (procentos), ko nosaka izteiksme

, kur 1- strāvas minimālā vērtība, pie kuras skaitītāja disks sāk bez apstājas griezties; Inom - nominālā strāvas vērtība skaitītājam strāvas tinumā. Šajā gadījumā strāvas spriegumam un frekvencei ķēdē jābūt nominālam, a = 1. Saskaņā ar GOST 6570-75 jutīguma slieksnis nedrīkst pārsniegt 0,4% - skaitītājiem ar precizitātes klasi 0,5 un 0,5% - klasēm 1,0; 1.5. un 2. 2.5. un 3. klases reaktīvās enerģijas skaitītājiem vērtību

nedrīkst būt vairāk par 1 %.

Diska rotāciju, ja slodzei nav strāvas un sprieguma klātbūtnē skaitītāja paralēlajā ķēdē, sauc par pašgājēju. Saskaņā ar GOST 6570-75 nedrīkst būt pašpiedziņas pie sprieguma no 80 līdz 110% no nominālā.

Skaitītāja kļūda ir atkarīga no tā darbības režīma, tāpēc valsts standarts pie dažādām slodzēm normalizē atšķirīgu relatīvo kļūdu.

Ārējo faktoru ietekmē skaitītājam ir papildu kļūdas, kuras arī normalizē valsts standarts. Papildu kļūdas rodas strāvas un sprieguma līknes formas izkropļojumu, sprieguma un frekvences svārstību, straujas slodzes patērētās jaudas krituma un dažu citu faktoru dēļ.

Papildus vienfāzes indukcijas skaitītājiem nozare ražo arī trīsfāžu aktīvās un reaktīvās enerģijas skaitītājus. Trīsfāzu skaitītāji attēlo it kā trīs (trīs elementu) vai divus (divu elementu) skaitītājus, kurus apvieno viena rotācijas ass. Divu elementu skaitītājus izmanto, mērot enerģiju trīs vadu trīsfāžu ķēdēs, un trīs elementu skaitītājus - četru vadu ķēdēs.

7. Atsauču saraksts:

1. Metroloģijas pamati un elektriskie mērījumi: Mācību grāmata augstskolām / B.Ya. Avdejevs, E. M. Antonjuks, E. M. Dušins un citi; Ed. ĒST. Dushina. - 6. izdevums, pārskatīts. un papildu - L .: Energoatomizdāts. Ļeņingrada. 1987. gads
2. Elektrisko lielumu mērīšanas ierīces un metodes: mācību grāmata augstskolām / E.G. Atamaljans. 3. izdevums, pārstrādāts. un papildu - M .: Bustard, 2005