Файл: Методичка 51-54-57.docx

Подставив эти значения в (5) получим p=i₁u₁₂+i₁u₃₂=p′+p″ , (6)

то есть мгновенная мощность цепи трехфазного тока может быть представ­лена суммой двух слагаемых p′ и p″. Переходя от мгновенных значений мощности (6) к средним значениям, что выражает активную мощность, получим

(7)

где - показания первого и второго ваттметров,

I₁ и I₃ - действующие значения линейных токов равные фазным при соединении звездой,

U₁₂ и U₃₂ – действующие значения линейных напряжений,

ψ₁ и ψ₂ – углы сдвига фаз между соответствующими токами и напряжениями

Из уравнения (7) видно как должны быть включены ваттметры. Через первый ваттметр следует пропускать ток I₁ и поводить к нему напряжение U_12, через второй – I₃ и U₃₂ , что соответствует рис.7а. Следует заметить, что показания ваттметров при таком подключении не имеют физического смысла, так как токи и напряжения приложены к разным участкам цепи. Однако, складывая показания двух ваттметров, включен­ных по схеме рис.7а, получим мощность потребляемую 3-х фазной нагрузкой. На рис.7 представлены три равноценных варианта включения двух ваттметров для измерения мощностей трёхпроводной системы.

В частном случае при равномерной нагрузке фаз, векторная диаграмма токов и напряжений представлена на рис.8.

????₁= 30⁰+ φ , ????₂= 30⁰- φ , (8)

где 30⁰- угол между линейным и фазным напряжениями при равномерной нагрузке,

φ – угол сдвига фаз между током и напряжением одной фазы.

Подставив (8) в (7) получим

P=P′+P”= U_ЛI_Лcos(30⁰+φ)+ U_ЛI_Лcos(30⁰-φ) , (9)

где U_Л и I_Л – линейные напряжения и токи.

Из уравнения (9) следует, что при активной равномерной нагрузке когда φ=0 показания ваттметров будут одинаковы. При смешанной равномерной нагрузке при φ =60⁰ показания первого ваттметра будет равны нулю, так как cos(30⁰+60⁰)=0 (рис.9). В этом случае мощность во всей цепи определяется показаниями одного второго ваттметра. При φ>60⁰ мощность P^’=U₁₂I₁cos(30⁰+φ) отрицательная т.к. косинусы углов больше 90° отрицательны. В этом случае стрелка первого ваттметра отклонится в обратную сторону. Т.к. ваттметр имеет одностороннюю шкалу, то для снятия показаний необходимо изменить переключателем ваттметра направление тока в одной из обмоток ваттметра (обычно параллельной), а показание ваттметра записать со знаком минус.

В этом случае из показаний второго ваттметра нужно вычитать показания первого т.е. сумма должна быть алгебраической.

Таким образом, отрицательное показание одного из ваттметров в схеме рис.7 - нормальное явление, имеющее место при больших углах сдвига фаз между фазными напряжением и током. Это обстоятельство заставляет особенно тщательно соблюдать правильность присоединения генераторных зажимов ваттметров т.к. отклонение подвижной час­ти ваттметра в обратную сторону в схеме рис. 7 не может служить критерием неправильности включения. Это особенно важно при включении ват­тметров через измерительные трансформаторы, когда необходимо также соблюдать правильность включения их обмоток (рис.2 и рис10).

Так как пользование двумя ваттметрами неудобно, то практически применяют 2-х элементные ваттметры электродинамической системы, у которых подвижные катушки и стрелка закреплены на одной оси. Следовательно, вращающий момент, приложенный к оси равен сумме моментов, создаваемых каждой катушкой. Показание прибора будет равно P’+P”, то есть потребляемой мощности.

На рис.10 приведена схема измерения мощности в высоковольтных сетях по которым передается большая мощность и протекают большие токи. Так как конструкция ни какого ваттметра не позволяет подводить высокое напряжение и пропускать большие токи, то прибор подклюют через измерительные трансформаторы напряжения TV и тока TA. Они не только понижают напряжение и ток, а и обеспечивают безопасность прибора и персонала.

Изоляция этих трансформаторов рассчитана на высокое напряжение, а их вторичные обмотки заземлены. На циферблате ваттметра, включенного через трансформаторы, указывают их коэффициенты трансформации в виде ТН10000/100 и ТТ500/5. Кроме того нанесен знак «осторожно» имеющий вид стрелы молнии.

2.По показаниям двух ваттметров при равномерной нагрузке можно определить и реактивную мощность:

P″- P′=U_Л I_Л [cos(30⁰-φ)-cos(30⁰+φ)]= U_Л I_Л sinφ

Умножив последнее выражение на , получим реактивную мощность

3.По показаниям двух ваттметров при равномерной нагрузке можно определить угол сдвига фаз

Практические указания для выполнения работы

I. При помощи схемы рис.11 проверить порядок чередования (последовательность) фаз на первичной и вторичной обмотке фазорегулятора. В этой схеме сопротивление конденсатора на рабочей частоте примерно равно сопротивлению лампы.

Если фазу, к которой присоединен конденсатор, считать фазой 1, то ярче горящая лампа включена в фазу 2.

2. Учитывая определенный порядок чередования фаз, собрать схему рис.12.

3.Ознакомиться с приборами для производства работы, записать в таблицу их системы, пределы измерения, классы точности, заводские номера, число делений. Проверить возможность применения имеющейся аппаратуры в данной схеме.

4. Задаваясь углами φ от -90⁰ через 0 до 90⁰ с интервалом 30⁰ , пользуясь векторной диаграммой для заданной схемы включения (рис. 8) , вычислить углы ????₁ и ????₂.

Устанавливая по фазометрам эти углы при помощи фазорегулятора, вращая его от -90° до 90° записать показания всех приборов. Фазометр типа ЭЛФ представляет собой переносной лабораторный однофазный четырехквадратный прибор электродинамической системы с непосредственным отсчетом. Следует иметь в виду, что углы могут изменяться как от 0° до 360° в сторону непрерывного увеличения, тогда они учитываются с + , так и от 360° до 0°, но брать уже со знаком - . Необходимо помнить, что положение переключателя указывает на какой шкале следует читать показания.

5. Сделать соответствующие расчеты и занести их в таблицу1. Под таблицей привести пример расчета одной строчки.

6. Построить кривые Р' = f(φ) , Р"= f(φ) и P= f(φ).

7. Построить векторные диаграммы для пунктов, указанных преподавателем.

8.Перед разборкой схемы дать протокол лабораторной работы на под­пись преподавателя.

Контрольные вопросы

1. Измерение активной мощности в трехфазных цепях методом двух ваттметров (схемы, теория, векторная диаграмма).

2. Когда и как при измерениях активной мощности в трехфазных цепях можно использовать один ваттметр?

3. Измерение активной мощности в трехфазных цепях при соединении нагрузки в треугольник.

4. Как зависит показания ваттметров от угла сдвига фаз при измерении мощности в трехфазной цепи методом 2-х ваттметров?

5. Измерение реактивной мощности в трехфазных цепях - искусственные схемы включения электродинамических ваттметров (теория, схемы, векторные диаграммы).

6. Как измерить активную и реактивную мощности трехфазного двигателя (нагрузка активно-индуктивная, равномерная по фазам).

7. Измерение активной мощности в трехфазных цепях при соединении нагрузки в звезду (нагрузка симметричная, сеть четырехпроводная).

8. Почему при измерениях мощности методом двух ваттметров пока­зания одного из них могут быть отрицательными?

9. Как измерить активную и реактивную мощность в трехфазной нагрузке, соединенной в звезду, сеть трехпроводная.

10. Как измерить активную мощность в сети с напряжением 110 кВ? (нагрузка асимметричная).

Рис. 8

Рис.8

Рис.12

Таблица 1

Инструкция к лабораторной работе 155

Поверка однофазного индукционного счетчика

План работы