Ваттметр трехфазный активной мощности

Содержание

При симметричной трехфазной нагрузке достаточно определить мощность Р_ф, потребляемую в одной фазе, так как измеряемая мощность трехфазной нагрузки Р = ЗР_Ф. Простейшие условия для такого измерения имеются, когда нагрузка соединена звездой с доступной нулевой точкой. В этих случаях цепь тока ваттметра включается последовательно с одной из фаз нагрузки, а цепь напряжения ваттметра включается на напряжение той фазы, ток которой проходит через ваттметр.

Схема измерения мощности.

Если нулевая точка недоступна или нагрузка соединена по схеме треугольника, применяется искусственная нулевая точка.

Так называется нулевая точка звезды, образованной из сопротивления цепи напряжения ваттметраr_n_.вт и двух других равных ему добавочных сопротивлений:r_в иr_c.

При правильном соединении с искусственной нулевой точкой цепь напряжения ваттметра находится под фазным напряжением и через ваттметр проходит фазный ток. В таких условиях ваттметр измеряет фазную мощность Р_ф, и мощность трехфазной нагрузки опять определяется посредством умножения показания ваттметра. Обычно завод-изготовитель снабжает ваттметр искусственной нулевой точкой для измерения в трехфазных системах.

Схема трех ваттметров.

Измерения мощности в трехфазных трехпроводных системах при несимметричной нагрузке в большинстве случаев выполняются по способу двух ваттметров. Своеобразной особенностью этого способа является то обстоятельство, что не только при несимметричной, но даже при симметричной нагрузке показания двух ваттметров в большинстве случаев не равны, а показания одного из ваттметров могут стать отрицательными. Мощность трехфазной системы в этом случае приходится определять как алгебраическую сумму показаний двух ваттметров.

Справедливость такого способа доказывается на основании уравнений мгновенной мощности, выраженной через мгновенные значения напряжений и токов. Мгновенная мощность любой фазы равна произведению мгновенных значений фазных напряжений и тока, а мгновенная мощность трехфазной системы равна сумме мгновенных фазных мощностей. Например, при соединении звездой:

Но согласно первому закону Кирхгофа при соединении звездой без нулевого провода:

i_A₊ i_{В +} i_C и, следовательно;
i_C = – (i_{A +} i_В)=0.

Подставив это значение в уравнение мощности, получим:

Разность фазных напряжений равна соответствующему линейному напряжению:

Следовательно, мощность трехфазной системы может быть выражена суммой двух произведений , а эти два произведения могут быть измерены двумя ваттметрами, включенными в соответствии со схемой метода.

Схема способа двух ваттметров.

Нет нужды особо доказывать справедливость способа двух ваттметров для соединения треугольником, так как при определенных значениях линейных напряжений и токов мощность не зависит от способа соединения нагрузки.

Отметим своеобразную особенность способов двух ваттметров: система линейных напряжений в нормальной последовательности обозначается и_АВ, и_вс, и_СА,а в уравнение этого способа входит напряжение и_АС. Такая перестановка индексов обозначает, что по отношению к первому ваттметру нужно изменить фазу напряжения на 180°. Для этого достаточно соединить «начало» (зажим со знаком звездочки) цепи напряжения первого ваттметра с проводом А, а «конец» этой цепи (зажим, у которого указано номинальное напряжение) с проводом С.

Распределение мощности трехфазной системы между показаниями двух ваттметров зависит, главным образом, от величины и знака сдвига фаз. Проследим эту зависимость в простейшем случае при симметричной нагрузке. Если вместо мгновенной мощности в уравнение (101) подставить активную (среднюю) мощность трехфазной системы, то необходимо заменить мгновенные значения напряжения и токов действующими и ввести в уравнение косинусы сдвигов фаз между соответствующими напряжениями и токами. Таким образом, уравнение мощности примет следующий вид:

При симметричной нагрузке по величине линейные токи:

равны между собой так же, как и линейные напряжения:

Векторная диаграмма к способу двух ваттметров.

На построена векторная диаграмма трехфазной системы, на которой вектор u_AC построен равным по величине и противоположным по направлениюи_СА

На основании этой диаграммы угол сдвига фаз между векторамиu_AC иi_А и угол сдвига фаз ф₂между векторамии_вс и i_В будут соответственно ф₁ = ф – 30 о и ф₂ = ф + 30 о . Следовательно, показания двух ваттметров, составляющие мощность трехфазной системы, выразятся следующим образом:

Это выражение показывает, что при симметричной нагрузке показания ваттметров равны только при ф = 0. Если же ф >60 о , то стрелка второго ваттметра отклоняется за нуль шкалы, а чтобы отсчитать в таких условиях показание второго ваттметра, нужно переключить (т. е. поменять местами в схеме) зажимы цепи напряжения прибора. Часто для изменения фазы тока на 180° в цепи напряжения в корпус ваттметра встраивается специальный переключатель. Показания второго ваттметра после переключения следует считать отрицательными, и, чтобы определить мощность трехфазной установки, нужно эти показания вычитать из показаний первого ваттметра.

Для измерения мощности в трехфазных четырехпроводных системах простейшим является способ трех ваттметров. В каждый из линейных проводов включается цепь тока одного из ваттметров, а цепь напряжения каждого из ваттметров включается между соответствующим линейным проводом и нулевым проводом системы.

При таком соединении каждый из ваттметров измеряет мощность одной фазы системы. Следовательно, активная мощность всей трехфазной системы будет равна простой сумме показаний трех ваттметров:

В промышленных установках на распределительных щитах широко применяются ваттметры трехфазного тока. Они представляют собой два (для трехпроводной системы) или три (для четырехпроводной системы) измерительных механизма, связанных общей осью и таким путем воздействующих на общую стрелку. Эти измерительные механизмы включаются в трехфазную цепь соответственно способу двух ваттметров или способу трех ваттметров.

8(495) 956-64-43

komplektacia0@mail.ru

ЦЛ2134 Ваттметр

ЦЛ2134 Ваттметры трехфазные могут быть использованы для измерения и регистрации мощности на предприятиях электроэнергетики.
Промышленные предприятия могут организовать контроль и регистрацию потребляемой мощности, а с помощью блока уставок осуществлять оперативную сигнализацию о превышении значения мощности, заявленной энергоснабжающей организации в качестве предельной .

(ТУ 4221-033-71064713 – 2007)

Трехфазные ваттметры ЦЛ2134 позволяют выполнять:

· измерение активной мощности в трехфазных сетях переменного тока частотой 50 Гц;

· обмен информацией по интерфейсам RS485 или RS232;

· линейное преобразование измеряемой мощности от минус Рном. до плюс Рном. в выходной унифицированный сигнал силы постоянного тока от 0 до 5мА, от 0 до 20 мА, от 4 до 20 мА.;

· сравнение измеряемой величины с заданными в пределах диапазона измерений двумя уставками (уставка на превышение и уставка на уменьшение). Задание уставок осуществляется программно через интерфейс RS485 или RS232 с помощью компьютера;

· функционирование со стандартными измерительными трансформаторами тока (ТТ) с выходным током 5 А или стандартными трансформаторами напряжения (ТН) с выходным напряжением 100 В;

· введение масштабного коэффициента, обеспечивающего индикацию результата измерения в натуральных единицах с учетом коэффициента трансформации внешнего ТТ или ТН;

Каждый из приборов совмещает в себе два измерительных устройства – преобразователь измеряемого параметра в токовый или цифровой сигнал и измерительный прибор с цифровой индикацией.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЛ2134

Номинальное значение коэффициента мощности: соs φ =1, sin φ =1.
Задание схемы включения приборов (четырехпроводная или трехпроводная) осуществляется программно в служебном режиме через интерфейсы RS-232 или RS-485.

Напряжение
междуфазное
Uном., В

Напряжение
фазное
Uф ном., В

Мощность
трехфазной системы
Рном., Вт

Этот метод применяется для измерения мощности в трёхфазных трёхпроводных цепях (звезда без нейтрали и тр-к)при любой нагрузке и может быть использован в четырёхпроводной системе при симметричной нагрузке, когда ток в нейтрали отсутствует I _n=0

Рассмотрим вывод формулы при соединении нагрузки в звезду.

В общем случае для мощности трёхфазной цепи можно записать:

Это уравнение можно переписать в виде суммы скалярных произведений:

Поскольку в соединении звезда линейный ток равен фазному: I _Л = I _Ф , то можно записать: .

В случае трёхпроводной системы: , откуда можно получить выражение для линейного тока, например, в фазе «B»: .

Тогда выражение для мощности трёхфазной цепи можно записать в следующем виде:

здесь и – линейные напряжения.

В этом случае для мощности трёхфазной цепи можно записать:

Здесь угол – угол сдвига фаз между линейными током и напряжением , угол – угол сдвига фаз между и .

В соответствии с полученным уравнением в трёхфазную трёхпроводную цепь можно включить два однофазных ваттметра так, чтобы один был включен на линейные ток и напряжение , а второй – на линейные ток и линейное напряжение .

3. Измерение активной мощности методом трёх ваттметров

Метод трёх ваттметров применяется для измерения мощности трёхфазной цепи при несимметричной нагрузке в четырёхпроводной системе (иногда применяется и в трёхпроводной). Каждый из ваттметров включается в одну из фаз и измеряет мощность этой фазы, а сумма показаний всех трёх ваттметров равна активной мощности трёхфазной цепи: .

4. Измерение активной мощности с помощью трёхфазного ваттметра

В четырёхпроводной цепи для измерения активной мощности при несимметричной нагрузке используется трёхэлементный трёхфазный ваттметр, включённый по схеме трёх ваттметров. Измерительный механизм трёхэлементного ваттметра состоит из трёх неподвижных и трёх подвижных катушек, укреплённых на одной оси с указательной стрелкой. В этом случае отсчёт показаний производится по одной шкале, что значительно облегчает работу с трёхфазным ваттметром.

В трёхпроводной цепи для измерения активной мощности обычно используется двухэлементный трёхфазный ваттметр, включённый по схеме двух ваттметров. Измерительный механизм двухэлементного ваттметра состоит из двух неподвижных и двух подвижных катушек, укреплённых на одной оси с указательной стрелкой, поэтому отсчёт показаний производится по одной шкале. Измерение мощности с помощью двухэлементного ваттметра (как и методом двух ваттметров) может производиться при любой нагрузке в трёхпроводной системе, а также в четырёхпроводной системе (звезда с нейтралью) при симметричной нагрузке.

Измерение реактивной мощности трёхфазной цепи

1. Измерение реактивной мощности методом одного ваттметра

Для измерении реактивной мощности трёхфазной цепи при симметричной нагрузке можно использовать обычный однофазный «косинусный» ваттметр, включенный по так называемой «синусной схеме» : токовая обмотка ваттметра включается в одну из линий (например, фаза А), а обмотка напряжения – на две другие линии (фазы В и С).

Как видно из схемы, показание ваттметра равно: .