31. Измерения мощности
Измерение активной мощности в цепях однофазного тока. Для измерения мощности Р служат ваттметры электродинамической системы; схема включения ваттметра изображена на рисунке 36. Неподвижная обмотка 1–1 прибора называется токовой и включается в цепь последовательно. Подвижная обмотка 2–2 называется обмоткой напряжения и включается в цепь параллельно.
Рис. 36. Схема включения ваттметра
Ток I2 в обмотке напряжения 2–2 пропорционален напряжению U контролируемой цепи и совпадает с ним по фазе, а ток I1 равен току I нагрузки.
Момент, действующий на подвижную обмотку, равен Мвр = CUI; cos φ = CP,
где С – коэффициент пропорциональности.
Поскольку противодействующий момент Мпр пропорционален углу поворота a стрелки, отклонение стрелки пропорционально измеряемой активной мощности Р.
Для правильного включения ваттметра один из выводов токовой обмотки и один из выводов обмотки напряжения отмечают звездочками (*). Эти выводы, называемые генераторными, необходимо включать со стороны источника питания.
Следует отметить, что электродинамическими ваттметрами можно измерять также мощность в цепях постоянного тока.
Измерение активной и реактивной мощностей в цепях трехфазного тока. Для измерения мощности трехфазного приемника применяют различные схемы включения ваттметров.
При симметричной нагрузке активную мощность Р можно измерить одним ваттметром.
Общая мощность потребителя:
P = 3W,
где W – показание ваттметра.
При несимметричной нагрузке мощность трехфазного приемника можно измерить тремя ваттметрами. Общая мощность приемника в этом случае:
P = W1 + W2 + W3.
В трехпроводных системах трехфазного тока при симметричной и несимметричной нагрузках и любом способе соединения приемников широко распространена схема измерения мощности двумя ваттметрами.
Ток совпадает по фазе с напряжением, потому что цепь обмотки напряжения ваттметра обладает практически чисто активным сопротивлением.
Токовые обмотки могут быть включены и в другие линейные провода, например в А и С. При этом параллельные обмотки ваттметров включаются на линейные UAB и UCB.
32. Измерение сопротивлений
Встречающиеся в электротехнике резисторы по значению их сопротивлений можно условно разделить на малые (до 1 Ом), средние (от 1 до 10 Ом) и большие (свыше 10 Ом). В зависимости от значения измеряемого сопротивления используются различные средства и методы измерения.
Измерение сопротивлений амперметром и вольтметром. Наиболее просто сопротивление резисторов можно измерить с помощью амперметра и вольтметра. Применяются две схемы включения приборов, указанные на рисунке 37а и 37б.
Рис. 37. Измерение небольших (а), средних и больших (б) сопротивлений амперметром и вольтметром; измерение сопротивлений омметром (в)
Анализ этих схем с помощью уравнений Кирхгофа показывает, что для получения более точных результатов при измерении средних и больших сопротивлений следует применять схему (рис. 37б), а при измерении небольших сопротивлений – другую схему (рис. 37а). Искомое сопротивление определяется по формуле:
rx = U / I,
где U и I – показания приборов.
Измерение сопротивлений омметром. Для непосредственного измерения сопротивления резисторов применяют омметр, состоящий из магнитоэлектрического миллиамперметра, последовательно с обмоткой которого ra включается добавочный резистор rд и источник питания (батарея) с ЭДС Е и внутренним сопротивлением r0 (рис. 37в).
При постоянстве ЭДС Е показание прибора зависит только от rx: каждому значению измеряемого сопротивления соответствует определенное значение тока Ix в цепи:
Это позволяет отградуировать шкалу прибора непосредственно в омах.
Из‑за того что ЭДС Е источника питания может изменяться в процессе эксплуатации прибора, значение тока неоднозначно определяет измеряемую величину.
На практике применяют омметры, в которых отклонение стрелки не зависит от значения ЭДС (напряжения) источника питания. В качестве измерительного механизма здесь используется логометр – прибор, у которого отсутствует механическое устройство для создания противодействующего момента. В логометре равновесное положение подвижной системы определяется отношением токов в двух подвижных и жестко связанных между собой обмотках – рамках.
Для измерения больших сопротивлений (например, сопротивления изоляции проводов) служит мегаомметр. Он отличается от омметра тем, что в качестве источника питания здесь используется магнитоэлектрический генератор, приводимый во вращение рукой. ЭДС генератора достигает довольно высоких значений (500–2000 В), благодаря чему мегаомметром можно приближенно измерять сопротивления, исчисляемые мегаОмами (МОм).