Вимірювання енергій в трифазових колах

МЕТА РОБОТИ – Виміряти активну і реактивну енергію в трифазному колі за допомогою

двох- і триелементних лічильників і вимірювальних трансформаторів.

В результаті виконання роботи студент повинен

– знати: схеми включення багатоелементних трифазних лічильників активної і

реактивної енергії; прямі та непрямі методи вимірювання енергій в

трифазових колах;

– вміти: скласти і зібрати схеми включення трифазних лічильників з

вимірювальними трансформаторами.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ

При підготовкі до роботи необхідно вивчити теоретичний матеріал по /І, с. 144-146, 400-411/.

СХЕМИ ВКЛЮЧЕННЯ ДВОЕЛЕМЕНТНИХ ЛІЧИЛЬНИКІВ

Двоелементні лічильники складаються з двох вимірювальних механізмів з електромагнітами, кожний з яких має обмотки струму і напруги. Ці лічильники призначені для вимірювання електричної енергії в трифазних трипровідних колах. До цього числа відносяться:

- лічильники активної енергії типу И670, побудовані за схемою двох ватметрів (рис.2.1, а) і призначені для вимірювання активної енергії у трифазних колах з простою несиметрією;

- лічильники реактивної енергії типу И671 з 60-градусним зрушенням фаз між напругою паралельних обмоток і їхніми робочими потоками (рис.2.1, б). Такі лічильники можуть бути застосовані для вимірювання реактивної енергії виключно в колах з симетричною системою напруг.

Рисунок 2.1 - Схеми підключення обмоток двоелементних лічильників енергії

Схема включення струмових обмоток двоелементних лічильників через вимірювальні трансформатори струму показана на рис 2.1, в. Для правильного включення генераторних виводів струмових обмоток лічильників виводи первинної і вторинної обмоток трансформаторів струму маркіруються Л1-Л2 і И1-И2, відповідно. Слід мати на увазі, що порядок послідовності фаз у випадку включення лічильника активної енергії може бути довільним, у той час як при включенні реактивного лічильника необхідно дотримуватися прямого порядку послідовності фаз, відповідно до рис. 2.1, б.

СХЕМИ ВКЛЮЧЕННЯ ТРИЕЛЕМЕНТНИХ ЛІЧИЛЬНИКІВ

До числа цих лічильників відносяться:

– лічильники активної енергії типу И672 (рис. 2.2, а), призначені для вимірювання активної енергії в трифазних чотирипровідних колах;

- лічильники реактивної енергії типу И673 (рис. 2.2, б), призначені для вимірювання реактивної енергії в трифазних трипровідних колах з асиметрією струмів і фазових кутів при збереженні симетрії лінійних напруг.

Наявність трьох струмових обмоток у цих лічильників вимагає застосування, відповідно, трьох трансформаторів струму (рис.2.2,в).

Рисунок 2.2 - Схеми включення триелементних лічильників

Однак у випадку трифазної системи без нульового проводу включення трьох струмових обмоток лічильників можна виконати через два трансформатори струму (рис.2.3). При цьому струмова обмотка третього елементу може бути включена на сумарний струм двох інших обмоток.

Обмотки напруги як двоелементних, так і триелементних лічильників активної і реактивної енергії можуть бути підключені до трифазного кола через два однофазних трансформатори напруги, з’єд нані у схему відкритого трикутника (рис. 2.4).

Виміряну лічильником активну або реактивну енергію первинного кола розраховують, використовуючи номінальні коефіцієнти трансформації трансформаторів струму К_ІН, напруги К_UH, номінальну постійну лічильника С_H і підраховане за час t число обертів N диска лічильника W=N∙K_IH∙K_UH∙С_H.

Дійсне значення енергії W можна визначити по результатах непрямих вимірювань величин первинного кола

W=Pt=(U_A∙I_A∙cosφ_A+U_B∙I_B∙cosφ_B+U_C∙I_C∙cosφ_C)∙t

Для розрахунку реактивної енергії використовують формулу

W=Pt=(U_A∙I_A∙sinφ_A+U_B∙I_B∙sinφ_B+U_C∙I_C∙sinφ_C)∙t.

Рис. 2.3. Схема включення Рис. 2.4. Включення однофазних

струмових обмоток триелементного трансформаторів напруги у схему

лічильника за допомогою відкритого трикутника

трансформаторів струму

ОПИС СТЕНДА

Для дослідження трифазних лічильників використовується коло, схема якого наведена на рис. 2.5.

Рисунок 2.5 - Схема стенда для вимірювання активної і реактивної енергій в трифазному колі

Необхідний режим навантаження може бути заданий включенням тумблерів, що встановлені в колах резисторів R і індуктивностей L в необхідній комбіиації.

Для контролю наданого режиму навантаження використовуються ті ж вимірювальні прилади - амперметр, вольтметр, фазометр, що і при дослідженні однофазного лічильника, їхнє переключення з однофазної схеми у трифазну здійснюється тумблером "Сеть" встановлюваним у верхнє положення. При цьому верхня межа виміру амперметра А змінюється з 10 до 5 А шляхом виключення внутрішнього трансформатора струму.

З метою забезпечення можливості пофазного вимірювання потужностей, переключення амперметра, вольтметра і фазометра у будь-яку фазу може бути виконано за допомогою перемикача, що мас три положення – А, В, С (на схемі не показано).

У вторинних колах трансформаторів струму ТТ1 і ТТ2 з номінальними коефіцієнтами трансформації К_ІН = 1/5 встановлено тумблери, призначені для замикання їхніх вторинних обмоток. Трансформатори напруги ТН1 і ТН2 мають номінальні коефіцієнти трансформації К_UH = 220/100.

Дослідженню підлягають двоелементний лічильник активної енергії типу И670 і триелемснтний лічильник реактивної енергії типу И673.

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Вивчити теоретичний матеріал згідно з вказівками розділу "Основні положення".

- Привести в звіті по лабораторній роботі рішення задачі 2б

Задача 2б. В трифазне коло за допомогою вимірювальних трансформаторів струму з коефіцієнтами трансформації К_ІН = 1/5 і трансформаторів напруги з коефіцієнтами K_UH = 220/100 включенодвоелементний лічильник активної і триелементний лічильник реактивної енергії. На протязі однієї хвилини диски лічильників виконали, відповідно, N_a і N_b обертів. При цьому режим навантаження визначався лінійними струмами I_A, I_B, I_C, фазними напругами U_A, U_B, U_C і фазовими кутами φ_A, φ_B, φ_C між ними (табл. 2.2).

Паспортні данні лічильника: номінальна напруга – 380 V; номінальний струм – 5 А; номінальна постійна – 1 k∙Wh (1k Varh) відповідає 1750 обертам диску.

Таблиця 2.2 - Вхідні дані по задачі Б домашнього завдання

Варі-ант	Na	Nb	UA	UB	UC	IA	IB	IC	cos φA	cos φB	cos φC
Оберт	V	A
								1.8	0.94	0.91	0.95
							1.7	1.7		0.81	0.83
						1.6		1.6	0.83		0.83
						1.7	1.7		0.84	0.81	-
						1.4	2.4	1.2		0.8
						1.9	0.5	2.2	0.02	0.8	1.0
						2.3	1.6	1.1	0.83	0.03	0.83
						1.4	1.9	1.8	1.0	1.0	0.83
						1.9	1.8	0.9	0.83	0.03	0.03
						1.9	1.8	0.9	0.83	0.03	0.03

Визначити активну і реактивну енергії, виміряні лічильниками, і порівняти їх з енергією, отриманою непрямим вимірюванням.

- Скласти принципову схему включення двоелементного лічильника активної і триелементного лічильника реактивної енергії через вимірювальні трансформатори струму і напруги.

- Привести методику вимірювання активної та реактивної енергій непрямим методом вимірювання.