8-5. Измерение мощности

Измерив напряжение U и силу тока в цепи постоянного тока, мощность ее можно определить по формуле

Эту мощность можно также измерить электродинамическим ваттметром.

Электродинамический ваттметр состоит из измерителя той же системы, шкала которого проградуирована в значениях мощности. Неподвижная катушка ваттметра называется токовой или последовательной, так как соединяется последовательно с приемниками энергии (рис. 8-16 и 8-17).

Подвижная катушка ваттметра и безреактивное добавочное сопротивление из манганина представляет собой цепь напряжения или параллельную цепь ваттметра, так как она присоединяется параллельно приемнику энергии (рис. 8-17), мощность которого измеряется.

Рис. 8-16. Схема устройства электродинамического ваттметра.

Рис. 8-17. Схема соединения электродинамического ваттметра.

Рис. 8-18. Векторная диаграмма электродинамического ваттметра.

Угол поворота подвижной части электродинамического измерителя пропорционален произведению токов в его катушках (8-6)

а так как сопротивление параллельной цепи Гц постоянно, то ток в ней пропорционален напряжению и угол поворота подвижной части ваттметра пропорционален мощности

Для измерения активной мощности цепи переменного тока применяются электродинамические и ферродинамические ваттметры.

В этом случае угол поворота подвижной части Измерителя (8-7)

Так как ток в параллельной цепи пропорционален напряжению и совпадает с ним по фазе (рис. 8-18), то угол сдвига между токами в катушках прибора равен углу сдвига фаз между током и напряжением V и, следовательно, угол поворота подвижной части ваттметра пропорционален активной мощности цепи

(8-13)

Зажим токовой катушки ваттметра, соединяемый с источником питания, называется генераторным, зажим параллельной цепи, соединяемый с токовой катушкой, также именуется генераторным. Генераторные зажимы отмечаются на приборе звездочками.

Рис. 8-19. Схема соединения для измерения мощности в четырехпроводной трехфазной цепи.

При сборке схем нельзя менять местами зажимы токовой катушки или зажимы цепи напряжения, так как такая замена влечет за собой изменение направления тока или изменение фазы соответствующего тока на половину периода, а это вызовет поворот подвижной части ваттметра в обратную сторону.

Включение ваттметра в цепь переменного тока с напряжением свыше 220 В и током выше 5 А производится через измерительное трансформаторы (§ 9-11).

Активная мощность четырехпроводной трехфазной цепи

Измерение ее производится тремя ваттметрами, соединенными по схеме (рис. 8-19), обеспечивающей измерейие каждым ваттметром мощности одной фазы. Целесообразней пользоваться трехэлементным ваттметром, состоящим из трех неподвижных и трех подвижных катушек, воздействующих на общую ось с указательной стрелкой.

Мощность трехфазной цепи отсчитывается непосредственно на шкале прибора.

В трехфазной симметричной цепи, измерив ваттметром (рис. 8-20 и 8-21) мощность одной фазы и умножив ее на три, найдем мощность всей цепи .

Рис. 8-20. Схема соединения для измерения мощности двигателя при доступной нулевой точке.

Рис. 8-21. Схема соединения для измерения мощности двигателя присоединении его треугольником.

Рис. 8-22. Схема устройства двухэлементного ваттметра.

Мощность трехфазной трехпроводной цепи при симметричной. и несимметричной нагрузке измеряется двухэлементным ваттметром.

Двухэлементный ваттметр электродинамической и ферродинамической системы имеет две неподвижные катушки тока и соответственно две подвижные катушки напряжения, укрепленные на одной оси с указательной стрелкой (рис. 8-22).

Мгновенная мощность трехфазной цепи равна сумме мгновенных мощностей трех фаз

Заменив ток его выражением (7-25)

(8-16)

получим:

Из (8-17) следует, что мгновенную мощность трехфазной цепи можно считать состоящей из слагающих .

Включим двухэлементный ваттметр (рис. 8-23) согласно выражению (8-17). Катушку первого элемента включим в рассечку провода А (ток ), а катушку тока второго элемента — в рассечку провода В (ток ). Цепь напряжения, первого элемента присоединим к проводам АС (напряжение а второго элемента — к проводам ВС (напряжение ).

Рис. 8-23. Схема соединения двухэлементного ваттметра для измерения мощности в трехпроводной трехфазной цепи.

При такой схеме соединения мгновенный момент, действующий на подвижную пропорционален мгновенной мощности цепи, а угол поворота подвижной части, пропорциональный среднему вращающему моменту, пропорционален средней или активной мощности трехфазной цепи:

где — углы сдвига между и и между и

Рассмотренная схема пригодна при любом соединении приемников, т. е. как при соединении звездой, так и при соединении их треугольником, потому что всякий треугольник может быть заменен эквивалентной звездой.

Две токовые катушки ваттметра могут включаться не только в провода А и В, а в два произвольно выбранных провода трехфазной цепи. Генераторный зажим каждой цепи напряжения ваттметра должен быть присоединен к линейному проводу, в котором включена токовая катушка «своего» элемента. Негенераторные зажимы цепей напряжения соединяются с линейным проводом, свободным от катушки тока ваттметра.

Двухэлементный ваттметр может быть заменен двумя однофазными ваттметрами, соединенными по той же схеме (рис. 8-23).

Активная мощность трехфазной цепи определяется алгебраической суммой их показаний. При отклонении стрелки одного из ваттметров в обратную сторону концы проводов, присоединяемых к зажимам параллельной цепи этого ваттметра, следует поменять местами, считая показание его отрицательным.