Измерение мощности постоянного тока

Измерение мощности постоянного тока и переменного тока низкой частоты

Измерение мощности постоянного тока может производиться косвенным или прямым методом. При косвенном методе снимаются показания вольтметра и амперметра и по известной формуле P = UI производят расчет мощности. При этом возможны два варианта включения вольтметра и амперметра в цепь (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схемы косвенного измерения мощности

Для схемы 4.1, а мощность, потребляемая схемой, равна:

P = U(Iн + Iв) = U Iн + U Iв = Pн + Pв,

где Iн и Iв – токи, протекающие соответственно через нагрузку и вольтметр; Pн и Pв – мощность, потребляемая нагрузкой и вольтметром соответственно.

Таким образом, видно, что рассчитанное значение мощности в этом случае будет больше действительного значения мощности, потребляемой нагрузкой на величину Pв = U Iв. Погрешность определения мощности будет тем меньше, чем меньше ток, протекающий через вольтметр. А это значит, что внутреннее сопротивления вольтметра должно быть как можно большим.

Для схемы 4.1, б потребляемая мощность равна:

P = UIн = (Uн + Iн Rа) Iн = Pн + Pа,

т.е. определяемая расчетная мощность будет больше действительного значения, рассеиваемого на нагрузке на величину потери мощности в амперметре. Погрешность определения мощности в этом случае будет тем меньше, чем меньше сопротивление амперметра.

Анализ показывает, что погрешность будет минимальной, когда выполняются условия:

для схемы 4.1, а

Rн > (4.6)

для схемы 4.1, б

Rн <. (4.7)

Измерение мощности в цепи постоянного тока прямым методом производится в основном с помощью ваттметров электродинамической системы. Измерительный механизм ваттметра электродинамической системы изображен на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Измерительный механизм ваттметра электродинамической системы

Как видно из рис. 4.2, неподвижная (токовая) обмотка включена последовательно с нагрузкой Rн, а подвижная – параллельно нагрузке. Кроме того последовательно с подвижной обмоткой включено добавочное сопротивление Rд, которое служит для расширения предела измерения ваттметра по напряжению.

Из [3] известно, что угол α поворота рамки электродинамического механизма равен:

α = kI₁I₂ (4.8)

где I₁ – ток в неподвижной рамке;

I₂ – ток в подвижной рамке;

k – коэффициент, постоянный для данного прибора.

Из рис. 4.2 также видно, что к нагрузке Rн приложено напряжения U. В результате через нагрузку будет протекать ток Iн. Если добавочное сопротивление Rд выбрать таким, чтобы оно было намного больше Rн, то тогда ток I₁ в неподвижной катушке будет практически равен току Iн, протекающему через нагрузку, т.е. I₁= Iн, а ток I₂ в подвижной катушке будет определяться по формуле
I₂ = U/Rд. Подставив значения токов в формулу (4.8), получим выражение

α = kIнUн/Rд = kP (4.9)

Из формулы (4.9) видно, что угол отклонения стрелки электродинамического прибора будет пропорционален мощности, выделяемой в нагрузке.

При включении электродинамического ваттметра в цепь постоянного тока необходимо соблюдать полярность подключения катушек. Для этого зажимы прибора имеют соответственное обозначение – зажим, соответствующий началу обмотки, обозначается знаком плюс «+» или звездочкой «*». Эти зажимы должны быть подключены к положительному полюсу источника питания (генератора), а не к нагрузке.

При включении электродинамического вольтметра в цепь постоянного тока возможны два варианта (как и включение вольтметра и амперметра при косвенном измерении). На рис. 4.3 можно увидеть эти схемы.

Рис. 4.3. Схемы включения ваттметра в цепь постоянного тока

Из схемы 4.3, а видно, что напряжение источника питания Uи подается на подвижную катушку напрямую, а на нагрузку – через неподвижную катушку. Поэтому напряжение на нагрузке U будет меньше напряжения источника Uи на величину падения его в неподвижной катушке. Из-за этого возникает погрешность измерения мощности, которая тем меньше, чем меньше сопротивление токовой обмотки.

Из схемы 4.3, б видно, что ток, протекающий через нагрузку будет меньше тока источника питания на величину тока, протекающего через подвижную катушку. Из-за этого возникает погрешность измерения мощности, которая будет тем меньше, чем больше сопротивление подвижной катушки с добавочным сопротивлением Rд.

Для уменьшения погрешностей измерения мощности с помощью электродинамического ваттметра необходимо подбирать значения сопротивлений его катушек при известном сопротивлении нагрузки. В этом случае можно для схемы 4.3, а пользоваться формулой (4.6), а для схемы 4.7 – формулой (4.7), считая за Rв сопротивление подвижной катушки с добавочным сопротивлением Rд, а за Rа – сопротивление неподвижной катушки.

Дата добавления: 2014-01-04