Особенности измерений мощности переменного тока методом сравнения.

Точность измерений электрических величин переменного тока значительно ниже точности измерений тех же величин постоянного тока. Объясняется это прежде всего трудностью обеспечения идентичности функций преобразования ИП при воздействии измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой. Точная реализация равенства теоретически возможна, если величины представляют собой одинаковые функции времени, как это имеет место в цепях постоянного тока.

Создание мер, воспроизводящих электрические величины переменного тока той же формы и частоты, что и измеряемые, возможно (см., например, статью [43]), однако существенного повышения точности измерений это не дает, так как в самих этих мерах необходимо произвести сравнение воспроизводимых ими величин с величинами, воспроизводимыми исходными мерами постоянного тока, где и происходит основная потеря точности. В связи с этим измерение электрических величин переменного тока обычно производится путем сравнения их с величинами воспроизводимыми мерами постоянного тока.

Реже используется метод сравнения с сигналами специальной формы : синусоидальной, прямоугольной или треугольной, одной или нескольких фиксированных частот [7]. Делается это тогда, когда для данного конкретного прибора показано, что сумма погрешностей сравнения меньше погрешности сравнения или если измерительный преобразователь нечувствителен к величинам постоянного тока.

В общем случае могут быть представлены как периодические функции времени различной формы и различной частоты основной гармоники: . Каждая из этих функций характеризуется рядом параметров: Вгму соответственно. Сравнение производится по одному из параметров, например А, характеризующему измеряемую величину. Например, при измерении активной мощности . Прочие параметры частота, коэффициент формы напряжения, коэффициент

Рис. 1-4

формы тока, коэффициент мощности, напряжение и ток, не должны влиять на результат сравнения. Идеальный измерительный преобразователь должен быть чувствителен только к параметру А. При этом его функция преобразования может быть произвольной, но независящей от В-параметров. Практически создание такого ИП невозможно, поэтому сравнение с помощью реального ИП сопровождается погрешностью, называемой погрешностью перехода от

Очевидно, что погрешность перехода можно при этом представить в виде суммы составляющих, каждая из которых определяется неравенством одноименных В-параметров функций

Например, при измерении действующего напряжения сравниваемыми параметрами будут:

а составляющими погрешности перехода: частотная погрешность вызванная тем, что и погрешность формы вызванная различием коэффициентов формы напряжений которая при использовании измерительным преобразователем действующего напряжения, нечувствительного к невелика и является следствием частотной погрешности преобразования высших гармоник, а при использовании ИП среднего значения определяется как

Частным случаем можно считать погрешность асимметрии , возникающую при сравнении с величиной вызванную заменой знакопеременного сигнала сигналом одной полярности.

Измерение активной мощности путем сравнения параметров сопровождается, кроме указанных, специфическими составляющими погрешности перехода: погрешностью неоднозначности вызванной, при условии неравенства В-параметров величин тем, что

и угловой погрешностью вызванной тем, что

Рассмотрим эти составляющие более подробно. Если при сравнении независимо от частот сравниваемых сигналов

обеспечивается равенство , то погрешность у определяется только неравенством и исключается при выполнении условия (1-41). Практически, при измерении мощности в широком диапазоне значений . В этом случае выполнение условия (1-41) не устраняет погрешность так как, если то

откуда

В частном случае, когда сравнивается с мощностью постоянного тока или когда градуировка ваттметра производится синфазными сигналами и

Отсюда следует, что при уменьшении погрешность возрастает.

Отметим, что погрешность ул в цепях переменного тока определяется двумя факторами: неравенством при (составляющая ) и изменением этого неравенства при (составляющая ):

Угловая погрешность характеризуется изменением показаний ваттметра при изменении и неизменной мощности. Во всех известных средствах изменений мощности эта погрешность возрастает при уменьшении .

Погрешность в основном является следствием паразитных фазовых сдвигов, возникающих в параллельной и последовательной цепях ваттметров при преобразовании величин в или в из-за реактивности этих цепей (см. гл. 2). В зависимости от типа ваттметра значения соэф и частоты погрешность может быть пренебрежимо малой (при или стать доминирующей (при ).

Поскольку выполнение условия (1-44), при котором практически нереально, уменьшение погрешности достигается путем уменьшения реактивности цепей ваттметра или компенсации ее влияния.

При исследовании погрешности и подборе компенсирующих цепей важно отделить погрешность от погрешности , которая также является функцией и проявляется совместно с в виде фазовой погрешности ваттметра (рис. 1-5, а)

Возможность раздельного исследования и определяется тем, что погрешность не зависит от частоты переменного

тока, а погрешность в большинстве случаев линейно возрастает при увеличении частоты (рис. 1-5, б). В связи с этим, если погрешность экспериментально определена в нескольких точках на высоких частотах и найдена методом экстраполяции в области низких частот, то погрешность определяется из выражения (1-49) в предположении, что на низких частотах или более точно, путем моделирования зависимости в цепях постоянного тока. Таким образом, при измерениях мощности переменного тока погрешность сравнения (погрешность перехода) определяется суммой составляющих:

Рис. 1-5