Измерение активной мощности в трехфазной цепи
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1. Проверить рассмотренные в теории методы измерения активной мощности.
2. Получить практические навыки измерения активной мощности в трехфазных цепях переменного тока.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К РАБОТЕ
Полная мощность цепи постоянного тока определяется по формуле: 
.
Следовательно, измеряя ток амперметром и напряжение вольтметром, можно определить полную мощность цепи.
Для измерения активной мощности переменного тока кроме амперметра и вольтметра нужен еще фазометр. Это следует из выражения 
.
Однако оба эти методы неудобны. На практике мощность измеряют с помощью ваттметра. В цепях постоянного тока применяются электродинамические ваттметры, а в цепях переменного тока – электродинамический или ферродинамический ваттметр, в основе принципа, действия которого лежит взаимодействие магнитных полей двух катушек при протекании по ним токов. Одна из катушек включается в измеряемую цепь последовательно с нагрузкой (как амперметр), а другая – параллельно (как вольтметр).
Это взаимодействие катушек приводит к повороту подвижной катушки и, соответственно, стрелки, укрепленной на одной оси с этой катушкой.
Измерение активной мощности в трехфазных цепях может производиться с помощью однофазных ваттметров. При этом может быть использован метод одного, двух и трех ваттметров. Применение каждого из этих методов возможно только при определенных условиях.
Метод одного ваттметра
Этот метод применяется для измерения активной мощности в трехфазных цепях при равномерной нагрузке фаз.
При измерении могут встретиться несколько случаев:
а) трехфазная цепь имеет нулевой провод или приемник имеет доступную нулевую точку. При этом для измерения мощности трехфазной цепи достаточно одного ваттметра, измеряющего мощность одной фазы (рис. 5.1).
Мощность трехфазной цепи определяют по формуле: 
.
Рис. 5.1. Схема измерения активной мощности трехфазной цепи одним однофазным ваттметром при доступной нулевой точке
б) трехфазная цепь имеет соединение треугольником или звездой с недоступной нулевой точкой. Для измерения мощности трехфазной цепи однофазным ваттметром в этом случае нужно создать искусственную нулевую точку. Она создается с помощью активных сопротивлений, рассчитанных на номинальный ток параллельной цепи ваттметра (рис. 5.2). Активные сопротивления выбираются равными сопротивлению цепи обмотки напряжения ваттметра.
Рис. 5.2. Схема измерения активной мощности трехфазной цепи одним однофазным ваттметром при недоступной нулевой точке
Очевидно, что при таком включении к зажимам параллельной обмотки ваттметра приложено фазное напряжение UФ, а по последовательной обмотке проходит ток IФ и, следовательно, ваттметр измеряет активную мощность одной фазы. Мощность трехфазной цепи равна 
.
Метод двух ваттметров
Этот метод применяется для измерения активной мощности в трехфазных трехпроводных цепях, как при равномерной, так и при неравномерной нагрузках независимо от способа соединения приемников энергии. В качестве измерительных приборов могут быть использованы два однофазных ваттметра или один трехфазный двухэлементный ваттметр.
Для измерения мощности трехфазной цепи по методу двух ваттметров однофазные ваттметры могут быть включены по одной из трех схем, изображенных на рис. 5.3.
Общая измеряемая мощность трехфазной цепи определяется в этом случае как алгебраическая сумма показаний обоих ваттметров 
.
а) б)
в)
Рис. 5.3. Варианты схем включения двух однофазных ваттметров для измерения активной мощности в трехфазной цепи
При измерении активной мощности в трехфазной цепи двумя ваттметрами возможны некоторые частные случаи:
а) один из приборов показывает нуль. Это бывает при активно-индуктивной нагрузке, когда угол сдвига фаз между током и напряжением φ=60° (cosφ=0,5). В этом случае активная мощность трехфазной цепи измеряется только одним ваттметром.
б) один из приборов показывает отрицательное показание. Это бывает при активно-индуктивной нагрузке, когда угол сдвига фаз между током и напряжением φ>60° (cos<0,5). Для производства отсчета необходимо переключить зажимы одной из обмоток ваттметра. Активная мощность трехфазной цепи в этом случае определяется разностью показаний ваттметров.
;
в) оба прибора дают одинаковые показания. Это бывает при чисто активной нагрузке (cosφ=1).
Метод трех ваттметров
Этот метод применяется для измерения активной мощности в трехфазных цепях с нейтральным проводом при неравномерной нагрузке фаз. В качестве измерительных приборов могут быть использованы три однофазных ваттметра или один трехфазный трехэлементный ваттметр. Ваттметры включаются по схеме, изображенной на рис. 5.4. Каждый из ваттметров (элементов) измеряет мощность одной из фаз.
Рис. 5.4. Схема измерения активной мощности в трехфазной четырехпроводной цепи тремя однофазными ваттметрами
Активная мощность трехфазной цепи определяется суммой показаний трех ваттметров 
.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. Ознакомиться с приборами, необходимыми для выполнения работы, записать их технические данные (табл. 5.1).
Таблица 5.1
Технические характеристики приборов
| Наименование прибора | Система прибора | Класс точности | Пределы измерений | Цена деления |
2. Собрать схему, указанную на рис. 5.5 и проверить ее.
Рис. 5.5. Схема измерения активной мощности трехфазной цепи одним однофазным ваттметром при доступной нулевой точке
3. Установить на всех фазах равномерную нагрузку (по 5 ламп в каждой фазе, по 3 лампы в каждой фазе), измерить мощность, напряжения и токи. Данные опытов занести в табл. 5.2.
Таблица 5.2
Результаты опытов и вычислений
| Измерено | Вычислено | |||||||||||||
| № опыта | UAB, B | UBC B | UCA, B | UA, B | UB, B | UC, B | IA, A | IB, A | IC, A | P, Вт | РΣ, Вт | UФ, В | IФ, А | Ррасч. Вт |
4. Показать руководителю результаты опытов.
5. Разобрать схему.
6. Собрать схему, указанную на рис. 5.6 и проверить ее.
Рис. 5.6. Схема измерения активной мощности трехфазной цепи двумя одинаковыми однофазными ваттметрами
7. Изменяя нагрузку в фазе А (0, 3, 5 ламп), произвести измерение мощностей, напряжений и токов для всех трех опытов. При этом в фазах В и С нагрузка должна оставаться неизменной
(по 5 ламп). Данные опытов занести в табл.5.3 .
Таблица 5.3
Результаты опытов и вычислений
| Измерено | Вычислено | ||||||||||||||||
| № опыта | UAB, B | UBC B | UCA, B | UA, B | UB, B | UC, B | IA, A | IB, A | IC, A | P1, Вт | Р2, Вт | РΣ, Вт | UФ, В | IФ, А | Ррасч. Вт | ||
8. Показать руководителю результаты опытов.
9. Разобрать схему, привести в порядок рабочее место.
Составить отчет по работе, который должен содержать следующие основные разделы:
- схемы опытных установок;
- техническую характеристику приборов и аппаратов;
- краткое описание порядка и характера проведенных исследований;
- таблицы измерений;
- расчетные формулы и таблицы расчетных данных;
- векторные диаграммы;
- выводы.