Измерение мощности и энергии
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
ской и электролитической. Наибольшее распространение получили счетчики электродинамической системы. Неподвижные токовые катушки, состоящие из небольшого числа витков толстой проволоки, последовательно включены в сеть. Подвижная катушка шарообразной формы, называемая якорем, укреплена на оси, которая может вращаться в подпятниках. Обмотка якоря выполнена из большого числа витков тонкой проволоки и разделена на несколько секций. Концы секций припаяны к пластинам коллектора, которого касаются металлические плоские щетки. Напряжение сети подается в обмотку якоря через добавочное сопротивление. При работе счетчика в результате взаимодействия тока в обмотке якоря и магнитного потока неподвижных токов катушек создает момент вращения, под влиянием которого якорь начнет поворачиваться. О количестве энергии, потребляемой в сети, можно судить по числу оборотов, сделанных якорем (диском). Количество энергии, приходящееся на один оборот якоря, называется постоянной счетчика. Число оборотов якоря, приходящееся на единицу учтенной электрической энергии, называется передаточным числом.
.2.2 Однофазный переменный ток
Для измерения активной энергии в цепях однофазного переменного тока применяют счетчики индукционной системы. Устройство индукционного счетчика почти такое же, как и индукционного ваттметра. Разница состоит в том, что счетчик не имеет пружин, создающих противодействующий момент, отчего диск счетчика может свободно вращаться. Стрелка и шкала ваттметра заменены в счетчике счетным механизмом. Постоянный магнит, служащий в ваттметре для успокоения, в счетчике создает тормозящий момент.
Рис. 6. Устройство однофазного счетчика
ток мощность энергия прибор
3. Измерение мощности и энергии в трехфазных цепях
.1 Измерение мощности
Измерение активной мощности в трехфазных цепях производят с помощью трех, двух или одного ваттметров, используя различные схемы их включения. Схема включения ваттметров для измерения активной мощности определяется схемой сети (трех- или четырехпроводная), схемой соединения фаз приемника (звезда или треугольник), характером нагрузки (симметричная или несимметричная), доступностью нейтральной точки.
При несимметричной нагрузке в четырехпроводной цепи активную мощность измеряют тремя ваттметрами (рис. 7), каждый из которых измеряет мощность одной фазы - фазную мощность.
Рис. 7
Активная мощность приемника определяют по сумме показаний трех ваттметров
P = P1 + P2 + P3,
где P1 = UA IA cos ?A;2 = UB IB cos ?B;3 = UC IC cos ?C.
Измерение мощности тремя ваттметрами возможно при любых условиях.
При симметричном приемнике и доступной нейтральной точке активную мощность приемника определяют с помощью одного ваттметра, измеряя активную мощность одной фазы PФ по схеме рис.8. Активная мощность всего трехфазного приемника равна при этом утроенному показанию ваттметра: P = 3 PФ.
Рис. 8
Рис. 9
На рис.8 показано включение прибора непосредственно в одну из фаз приемника. В случае, если нейтральная точка приемника недоступна или зажимы фаз приемника, включенного треугольником не выведены, применяют схему рис. 9 с использованием искусственной нейтральной точки n. В этой схеме дополнительно в две фазы включают резисторы с сопротивлением R = RV.
Измерение активной мощности симметричного приемника в трехфазной цепи одним ваттметром применяют только при полной гарантии симметричности трехфазной системы.
Измерение мощности двумя ваттметрами.
В трехпроводных трехфазных цепях при симметричной и несимметричной нагрузках и любом способе соединения приемников широко распространена схема измерения активной мощности приемника двумя ваттметрами (рис.10). Показания двух ваттметров при определенной схеме их включения позволяют определить активную мощность трехфазного приемника, включенного в цепь с симметричным напряжением источника питания.
На рис.10 показана одна из возможных схем включения ваттметров: здесь токовые катушки включены в линейные провода с токами IA и IB, а катушки напряжения - соответственно на линейные напряжения UAC и UBC.
Рис. 10
Сумма показаний двух ваттметров действительно равна активной мощности Р трехфазного приемника.
При симметричной нагрузке
IA = IB = IЛ, UAC = UBC = UЛ.
Рис. 11
Из векторной диаграммы (рис. 11) получаем, что угол ? между векторами UAC и IA равен ? = ? - 30, а угол ? между векторами UBC и IB составляет ? = ? + 30.
В рассматриваемом случае показания ваттметров можно выразить формулами
1 = UЛ IЛ cos(? - 30),2 = UЛ IЛ cos(? + 30).
Сумма показаний ваттметров
1 + P2 = UЛ IЛ [cos(? - 30) + cos(? + 30)] = UЛ IЛ cos ?.
Ввиду того, что косинусы углов в полученной формуле могут быть как положительными, так и отрицательными, в общем случае активная мощность приемника, измеренная по методу двух ваттметров, равна алгебраической сумме показаний.
При симметричном приемнике показания ваттметров Р1 и Р2 будут равны только при ? = 0. Если ? > 60, то показания второго ваттметра Р2 будет отрицательным.
Для измерения активной мощности в трехфазных цепях промышленных установок широкое применение находят двухэлементные трехфазные электродинамические и ферродинамические ваттметры, которые содержат в одном корпусе два измерительных механизма и общую подвижную часть. Катушки обоих механиз?/p>