Дәріс. Қуатты өлшеу

Дәрістің мазмұны:

1. Тұрақты токтың және айнымалы токтың қуаттарын өлшегендегі айырмашылық;

2. Бір ваттметрлік әдіс;

3. Үш ваттметрлік әдіс;

4. Аронның сұлбасы.

Дәрістің мақсаты:ваттметрлерді 1 не 3 фазалы электр желілеріне әртүрлі әдістермен қосуды білу.

Қуатты өлшеу дегеніміз электр қуатының мәнін табу. Қуатты өлшегенде оның бірнеше құраушыдан тұратындығын ұмытпау керек: активтік, реактивтік және толық қуат. Кей кезде қуатты өлшеуге оның коэффициентін өлшегенді жатқызады. Тұрақты токтың қуатын өлшеу дегеніміз тұрақты токтың тізбегіндегі электрлік активтік қуатты өлшеу деген. Егер қосалқы әдіспен қуатты өлшесек, онда кернеу мен токты табу керек. Шынында, электр қуат ток пен кернеудің көбейтіндісіне тең. Егер токты және кернеуді өлшеп олардың мәнін тапсақ, онда тұрақты токтың активтік қуаты

P₌ = U₌ I ₌ . (10.1)

Айнымалы кернеу мен токтың тиімді мәнін (эфф. знач) өлшеу арқылы, толық қуатты табуға болады. Ол

S = U_w I_w. (10.2)

Токты және кернеуді (айнымалы) түзеткіш схема арқылы өлшеуге болады. Қуатты тапқан кезде, оның кернеудің көзінің қуаты ма, не жүктеменің алған қуаты ма, соны ажырата білу керек. Кез келген өлшеуіш құрал өзінің пайдалану қуаты болады, сондықтан қуаттың аз шамасын өлшеген кезде осы жағдайды еске алу керек. Ол ескертпе: U_, I – кернеу мен токтың өлшенген мәндері; P_B – вольтметрдің пайдаланған қуаты; R_B – оның ішкі кедергісі. P_I=I² R_I – амперметрдің пайдаланған қуаты; R_I – оның ішкі кедергісі.

Тұрақты токты және кернеуді өлшеу үшін шунтты не қосымша кедергісі бар магнитоэлектрлік жүйедегі аспаптар қолданады. Ал, айнымалы ток пен кернеуді өлшеу үшін электромагниттік және электродинамикалық жүйелердегі аспаптар қолданады. Қуатты өлшеудің ең оңайы электродинамикалық өлшеуіш механизмнің негізінде жасалған ваттметрмен өлшеу (10.1 сурет).

10.1 Сурет – Ваттметрді қосу сұлбасы

Қуатты өлшегенде ваттметрдің шкаласының теңдеуі мына түрде болады: -тұрақты ток үшін

; (10.3)

– айнымалы токта

(10.4)

мұндағы пропорциялық коэффициент.

Дәлдік класы 0,5 Д539 ваттметрдің шкаласы біркелкі, 150 бөлісі бар ол 150 В арналған; Сонда паральелдік тізбектегі номиналдық ток 3 мА, біртізбекке қосылған орауыштың шыдайтын тогы 5А, ал кедергісі: R_а = 0,002 Ом. Кейде ваттметрді косинустық депте атайды, себебі ол кезінде өлшемденеді. Ваттметрдің тұрақтылық коэффициенті

(10.5)

Мұндағы I_H, U_H - номиналдық ток пен кернеу;

– номиналдық бөліс саны.

Айнымалы токтың желісіндегі қуатты өлшеу үшін әртүрлі әдістер қолданады. Оңай әдіс-бір ваттметрдің әдісі. Бұл әдіспен активтік қуатты бірден табуға болады. Активтік қуат-электрлік пайдалы қуат. Бұл қуат әдетте әрекет жасайтын активтік қуат, қыздырады, механикалық әсер береді, электр-құрылғыларын қимылдатады. Тұрақты токтың тізбегінде не айнымалы токтың активтік жүктемесінде (сos =1) активтік қуат болады, P=UI. Айнымалы токтың тізбегіндегі кез келген жүктемеде, тек қана токтың активтік құрамы ғана жұмыс істейді, тек сол ғана пайдалы

. (10.6)

Бір ваттметр әдісі екіжелілі тұрақты токтың қуатын өлшеуге, бірфазалық айнымалы токтың активтік қуатын өлшеуге арналған. Симметриялық жүктелген 3 фазалық 3 не 4 сымды жүйелердің активті қуатын өлшеу 10.2 суретте келтірілген.

10.2 Сурет – Бір ваттметрлік әдіс. Симметриялық жүктелген желілердің активтік қуатын өлшеу: а) 3 фазалы 4 сымды электр желісі; б) 3 фазалы 3 сымды электр желісі

Симметриялық жүктелген кезде қуат барлық фазаларда бірдей, сондықтан, көбінесе қуатты бір фазада өлшеп алады да, одан кейін алынған нәтижені 3 ке көбейтеді. Не 3 ке көбейту аспаптың шкаласын өлшемдеу кезінде ескеріледі. 3 сымды жүйеде ваттметрдің кернеулік тізбегін қосымша кедергі R₀ арқылы қосу үшін әдейі жасанды нолдік точка жасалады (10.2 б сурет).

Жүктеменің толық не жартылай ассиметриялық қосылу кезінде қуатты өлшеу үшін 3 ваттметрлік әдіс қолданады. Бұл әдіс симметриялы не симметриясыз жүктелген 3 фазалық желілерде активтік қуатты өлшеу үшін арналған.

3 фазалық желілердің толық активтік қуаты 3 фазаның қуаттарының қосындысына тең

. (10.6)

Бұл қуатты табу үшін әр фазада қуатты 3 ваттметрмен бір кезде өлшейді (10.3 сурет). Бұл жағдайда ваттметрлерді бірден, не жартылай жанамалы не толық жанамалы ретінде қосуға болады.

10.3 Сурет – 3 ваттметрлік әдіс. Қалай болса солай жүктемеленген электр тораптарының активтік қуатын өлшеу

10.3 а суретте көрсетілгендей, 4 сымды жүйелерде ваттметрлер қосымша кедергі арқылы нольдік сымға қосылады. 3 сымды жүйелерде үш кернеудің тізбектері қосымша кедергілер арқылы жасанды нольдік точкамен қосылады. 3-10кВ тың айнымалы токтың электротораптарында қуатты өлшеу үшін кең тараған екі аспаптың әдісі – Аронның сұлбасы қолданады.

10.4 Сурет – Арон сұлбасы: а) 2ваттметрлік әдіспен активтік қуатты өлшеу; б) қуаттық коэффициенттің өлшенген қуаттарға қатысы P₁/P₂

Активтік қуат былай табылады.

. (10.7)

Мұндағы ₁ – PW₁ ваттметрдің көрсеткіші (бөліс саны);

₂ – PW₂ ваттметрдің көрсеткіші (бөліс). Егер ток пен кернеудің фазаларының айырмашылығы 60тан асса (cos 0,5) онда бір ваттметрдің көрсеткіші теріс бағытқа ауытқыйды. Сондықтан ол ваттметрдің екі қыспағын орын ауыстырып оның көрсеткішін оң бағытқа ауыстырады, оның көрсеткішінен екінші ваттметрдің көрсеткішін алып тастайды.

Симметриялық жүктелген торапта Арон сұлбасы арқылы активтік екі қуатты өлшегеннен кейін, қуаттың коэффициентін табуға болады:

(10.8)

не 10.4 б-дағы диаграмма арқылы табылады. Барлық кезде Р₁ и Р₂ таңбаларын ескеру керек.

Кернеудің датчигі үлгілі кедергімен токты бөлуден тұрады. Токтың датчигі токты кернеуге түрлендіргіш электрондық трансформатордан тұрады. Одан кейін бұл сигналдардың мәні көбейтіліп бір біріне лездік қуат табылады. Бұл қуат интегралдық «қуат-жиілік» түрлендіргішке келеді. Бұл түрлендіргіштер ресейдің өндірістерінде шығарылады.

Егер электрондық сағыныштың оңай түрін алсақ, тек қана импульстарды санау керек болса, не ақпаратты дисплейге шығару керек болса, не авария болған кезге қорғау керек болса, бұл жүйе MOTOROLA ФИРМАСЫНЫҢ МС68НС05К11 микроконтроллерінің арқасында жасауға болады.