Измерение электрической мощности » как узнать значение мощности. Измерение электрической энергии
Измерение мощности и энергии в электрических цепях.
⇐ ПредыдущаяСтр 36 из 36Измерение мощности. В цепях постоянного тока мощность измеряют электро- или ферродинамическим ваттметром. Мощность может быть также подсчитана перемножением значений тока и напряжения, измеренных амперметром и вольтметром.
В цепях однофазного тока измерение мощности может быть осуществлено электродинамическим, ферродинамическим или индукционным ваттметром. Ваттметр 4 (рис. 336) имеет две катушки: токовую 2, которая включается в цепь последовательно, и напряжения 3, которая включается в цепь параллельно.
Ваттметр является прибором, требующим при включении соблюдения правильной полярности, поэтому его генераторные зажимы (зажимы, к которым присоединяют проводники, идущие со стороны источника 1) обозначают звездочками.
Рис. 336. Схема для измерения мощности
Для расширения пределов измерения ваттметров их токовые катушки включают в цепь при помощи шунтов или измерительных трансформаторов тока, а катушки напряжения — через добавочные резисторы или измерительные трансформаторы напряжения.
Измерение электрической энергии. Способ измерения. Для учета электрической энергии, получаемой потребителями или отдаваемой источниками тока, применяют счетчики электрической энергии. Счетчик электрической энергии по принципу своего действия аналогичен ваттметру. Однако в отличие от ваттметров вместо спиральной пружины, создающей противодействующий момент, в счетчиках предусматривают устройство, подобное электромагнитному демпферу, создающее тормозящее усилие, пропорциональное частоте вращения подвижной системы. Поэтому при включении прибора в электрическую цепь возникающий вращающий момент будет вызывать не отклонение подвижной системы на некоторый угол, а вращение ее с определенной частотой.
Число оборотов подвижной части прибора будет пропорционально произведению мощности электрического тока на время, в течение которого он действует, т. е. количеству электрической энергии, проходящей через прибор. Число оборотов счетчика фиксируется счетным механизмом. Передаточное число этого механизма выбирают так, чтобы по показаниям счетчика можно было отсчитывать не обороты, а непосредственно электрическую энергию в киловатт-часах.
Наибольшее распространение получили ферродинамические и индукционные счетчики; первые применяют в цепях постоянного тока, вторые — в цепях переменного тока. Счетчики электрической энергии включают в электрические цепи постоянного и переменного тока так же, как и ваттметры.
Ферродинамический счетчик (рис. 337) устанавливают на э. п. с. постоянного тока. Он имеет две катушки: неподвижную 4 и подвижную 6. Неподвижная токовая катушка 4 разделена на две части, которые охватывают ферромагнитный сердечник 5 (обычно из пермаллоя). Последний позволяет создать в приборе сильное магнитное поле и значительный вращающий момент, обеспечивающий нормальную работу счетчика в условиях тряски и вибраций. Применение пермаллоя способствует уменьшению погрешности счетного механизма 2 от гистерезиса магнитной системы (он имеет весьма узкую петлю гистерезиса).
Чтобы уменьшить влияние внешних магнитных полей на показания счетчика, магнитные потоки отдельных частей токовой катушки имеют взаимно противоположное направление (астатическая система). При этом внешнее поле, ослабляя поток одной части, соответственно усиливает поток другой части и оказывает в целом небольшое влияние на результирующий вращающий момент, создаваемый прибором. Подвижная катушка 6 счетчика (катушка напряжения) расположена на якоре, выполненном в виде диска из изоляционного материала или в виде алюминиевой чаши. Катушка состоит из отдельных секций, соединенных с пластинами коллектора 7 (эти соединения на рис. 337 не показаны), по которому скользят щетки из тонких серебряных пластин.
Ферродинамический счетчик работает принципиально как двигатель постоянного тока, обмотка якоря которого подключена параллельно, а обмотка возбуждения — последовательно с потребителем электроэнергии. Якорь вращается в воздушном зазоре между полюсами сердечника. Тормозной момент создается в результате взаимодействия потока постоянного магнита 1 с вихревыми токами, возникающими в алюминиевом диске 3 при его вращении.
Для компенсации влияния момента трения и уменьшения благодаря этому погрешности прибора в ферродинамических счетчиках устанавливают компенсационную катушку или в магнитном поле неподвижной (токовой) катушки помещают лепесток из пермаллоя, который имеет высокую магнитную проницаемость при малой напряженности поля. При небольших нагрузках этот лепесток усиливает магнитный поток токовой катушки, что приводит к увеличению вращающего момента и компенсации трения. При увеличении нагрузки индукция магнитного поля катушки увеличивается, лепесток насыщается и его компенсирующее действие перестает возрастать.
При работе счетчика на э. п. с. возможны сильные толчки и удары, при которых щетки могут отскакивать от коллекторных пластин. При этом под щетками будет возникать искрение. Для его предотвращения между щетками включают конденсатор С и резистор R1. Компенсация температурной погрешности осуществляется с помощью термистора Rт (полупроводникового прибора, сопротивление которого зависит от температуры). Он включается совместно с добавочным резистором R2 параллельно подвижной катушке. Чтобы уменьшить влияние тряски и вибраций на работу счетчиков, их устанавливают на э. п. с. на резинометаллических амортизаторах.
Индукционный счетчик имеет два электромагнита (рис. 338,а), между которыми расположен алюминиевый диск 7. Вращающий момент в приборе создается в результате взаимодействия переменных магнитных потоков Ф1 и Ф2, созданных катушками электромагнитов, с вихревыми токами Iв1 и Iв2, индуцируемыми ими в алюминиевом диске (так же, как и в обычном индукционном измерительном механизме, см. § 99).
В индукционном счетчике вращающий момент М должен быть пропорционален мощности P=UIcos?. Для этого катушку 6 одного из электромагнитов (токовую) включают последовательно с нагрузкой 5, а катушку 2 другого (катушку напряжения) — параллельно нагрузке. В этом случае магнитный поток Ф1 будет пропорционален току I в цепи нагрузки, а поток Ф2 — напряжению U, приложенному к нагрузке. Для обеспечения требуемого угла сдвига фаз ? между потоками Ф1 и Ф2 (чтобы sin? = cos?) в электромагните катушки напряжения предусмотрен магнитный шунт 3, через который часть потока Ф2 замыкается
Рис. 337. Ферродинамический счетчик электрической энергии
Рис. 338. Индукционный счетчик электрической энергии
помимо диска 7. Угол сдвига фаз между потоками Ф1 и Ф2 точно регулируется изменением положения металлического экрана 1, расположенного на пути потока, ответвляющегося через магнитный шунт 3.
Тормозной момент создается так же, как в ферродинамическом счетчике. Компенсация момента трения осуществляется путем создания небольшой несимметрии в магнитной цепи одного из электромагнитов с помощью стального винта.
Для предотвращения вращения якоря при отсутствии нагрузки под действием усилия, созданного устройством, компенсирующим трение, на оси счетчика укрепляется стальной тормозной крючок. Этот крючок притягивается к тормозному магниту 4, благодаря чему предотвращается возможность вращения подвижной системы без нагрузки.
При работе же счетчика под нагрузкой тормозной крючок практически не влияет на его показания.
Чтобы диск счетчика вращался в требуемом направлении, необходимо соблюдать определенный порядок подключения проводов к его зажимам. Нагрузочные зажимы прибора, к которым подключают провода, идущие от потребителя, обозначают буквами Я (рис. 338,б), генераторные зажимы, к которым подключают провода от источника тока или от сети переменного тока,— буквами Г.
Читайте также:
lektsia.com
Измерение активной электрической энергии
Подробности Категория: Общая электроника и электротехникаПостоянный ток. Для измерения расхода энергии при постоянном токе применяют счетчики трех систем: электродинамической, магнитоэлектрической и электролитической.
Наибольшее распространение получили счетчики электродинамической системы. Неподвижные токовые катушки, состоящие из небольшого числа витков толстой проволоки, последовательно включены в сеть. Подвижная катушка шарообразной формы, называемая якорем, укреплена на оси, которая может вращаться в подпятниках. Обмотка якоря выполнена из большого числа витков тонкой проволоки и разделена на несколько секций. Концы секций припаяны к пластинам коллектора, которого касаются металлические плоские щетки. Напряжение сети подается в обмотку якоря через добавочное сопротивление. При работе счетчика в результате взаимодействия тока в обмотке якоря и магнитного потока неподвижных токов катушек создает момент вращения, под влиянием которого якорь начнет поворачиваться. О количестве энергии, потребляемой в сети, можно судить по числу оборотов, сделанных якорем (диском). Количество энергии, приходящееся на один оборот якоря, называется постоянной счетчика. Число оборотов якоря, приходящееся на единицу учтенной электрической энергии, называется передаточным числом.
Однофазный переменный ток. Для измерения активной энергии в цепях однофазного переменного тока применяют счетчики индукционной системы. Устройство индукционного счетчика почти такое же, как и индукционного ваттметра. Разница состоит в том, что счетчик не имеет пружин, создающих противодействующий момент, отчего диск счетчика может свободно вращаться. Стрелка и шкала ваттметра заме-'нены в счетчике счетным механизмом. Постоянный магнит, служащий в ваттметре для успокоения, в счетчике создает тормозящий момент.
Трехфазный переменный ток. Активную энергию трехфазного переменного тока можно измерить с помощью двух однофазных счетчиков, включенной в цепь по схеме, аналогичной схеме двух ваттметров. Удобнее измерить энергию трехфазным счетчиком активной энергии, объединяющим в одном приборе работу двух однофазных счетчиков. Схема включения двухэлементного трехфазного счетчика активной энергии та же, что и схема соответствующего ваттметра.
В четырехпроводной сети трехфазного тока для измерения активной энергии применяют схему, аналогичную схеме трех ваттметров, или употребляют трехэлементный трехфазный счетчик. В сетях высокого напряжения включение счетчиков производится при помощи измерительных трансформаторов напряжения и тока.
Реактивную энергию однофазного тока можно определить по показанию амперметра, вольтметра, фазометра и секундомера.
Для учета реактивной энергии в сетях трехфазного тока можно применять нормальные счетчики активной энергии и специальные счетчики реактивной энергии.
Рассмотрим устройство специального трехфазного счетчика реактивной энергии. Устройство счетчика этого типа такое же, как и устройство двухэлементного трехфазного ваттметра. Параллельные обмотки двух элементов включаются в сеть. На U-образные сердечники накладываются не две, а четыре последовательные обмотки. Причем на один из отростков U-образного сердечника первого элемента наматывается одна последовательная обмотка. Вторая токовая обмотка помещается на втором отростке сердечника первой системы и третья токовая обмотка помещается на первом отростке второй системы. Четвертая токовая обмотка помещается на втором отростке U-образного сердечника второго элемента.
eksdan.ru
Измерение электрической мощности и энергии
Министерство образования и науки РФ
Пензенский государственный университет
Кафедра «Метрология и системы качества»Реферат на тему
«Измерение электрической мощности и энергии» Выполнила: ст. гр. 07ПЦ1
Разакова Э. Х.
Проверила: к. т. н., доц.
Сафронова К. В.
Пенза, 2009
Содержание
Введение ………………………………………………………………………..3
1 Измерение мощности в цепях повышенной и высокой частот……………6
2 Измерение импульсной мощности………………………………………….11
А) метод измерения средней мощности с учетом коэффициента
заполнения……………………………………………………………………..11
Б) метод сравнения с мощностью постоянного тока……………………..12
В) интегрально – дифференциальный метод……………………………...13
Г) метод дискретизации с запоминанием отсчетов……………………….14
3 Цифровые измерители мощности…………………………………………..15
4 Счетчики электрической энергии переменного тока на
основе индукционных измерительных механизмов…………………………16
5 Цифровые счетчики электрической энергии……………………………….18
Список используемой литературы…………………………………………….20Введение
Измерение мощности осуществляется в цепях постоянного и переменного токов низкой, высокой частоты, а также в импульсных цепях различной измерительной, электротехнической, радиоприемной и передающей аппаратуры. Диапазон измеряемых мощностей лежит в пределах 10-16 – 109 Вт.
Методы измерения существенно отличаются друг от друга в зависимости от параметров цепи, в которой производится измерение мощности , предела изменения мощности и частотного диапазона.
В цепях постоянного тока мощность потребления нагрузки определяется произведением тока в нагрузке и падения напряжения на ней:
Р = UI = I2 R.
В цепях переменного тока мгновенное значение мощности потребления: p(t) = u(t)i(t).
Если u(t) и i(t) – периодические функции времени с периодом Т, то среднее значение мощности потребления за период называют мощностью, или активной мощностью Р. Мощность Р с мгновенным значением мощности p(t) связана выражением
Р = 1/Т ∫ p(t)dt = 1/T∫ uidt.
Мощность измеряется в абсолютных единицах – ваттах, производных ватта и относительных единицах – децибелваттах ±α = 10lg (P/Po), где Р – абсолютное значение мощности в ваттах (или милливаттах), Po – нулевой (отсчетный) уровень мощности, равный 1мВт (или 1мВт), связанный с абсолютными нулевыми напряжения Uo и тока Io через стандартное сопротивление Rо соотношением Po = U2o /Rо = I2o Ro. Для измерения мощности используют прямые и косвенные методы измерения. Прямые измерения осуществляются с помощью электродинамических, ферродинамических и электронных ваттметров, косвенные – сводятся к определению мощности посредством амперметра и вольтметра или осциллографа.
Реактивная мощность должна быть сведена к минимуму; поставщики электроэнергии наказывают потребителей за включение в сеть нагрузок с плохим коэффициентом мощности. На рисунке 1 представлена схема, работающая на переменном токе. Видно, что реактивную мощность можно исключить, если принять меры по обеспечению равенства VC = VL, то есть выполнить коррекцию коэффициента мощности.
На низких частотах мощность обычно рассчитывается по измеренным значениям тока и напряжения. На высоких частотах, превышающих 1 МГц, более удобны и точны измерения мощности, а напряжение и ток можно рассчитать. На частотах выше 1 ГГц понятия напряжения и тока теряют смысл, и мощность остается практически единственным измеримым параметром.
В цепи переменного тока мощность непрерывно меняется вместе с изменениями напряжения и тока. Приборы измеряют среднюю или постоянную мощность, что при работе на радиочастотах означает усреднение по большому числу циклов. Период, по которому производится усреднение, зависит от типа сигнала. Для непрерывного сигнала мощность усредняется по большому числу периодов высокой частоты. В случае амплитудно – модулированного сигнала усреднение мощности проводится по нескольким циклам, а для импульсного сигнала – по большому числу импульсов.
Рисунок 1 Напряжение и ток в цепи переменного тока: а-схема цепи, б-векторная диаграмма
Относительные результаты измерения мощности часто выражаются в децибелах (дБ). Децибел составляет одну десятую ьела. Например, если Р2 – мощность на входе усилителя, а Р1 – мощность на выходе, то коэффициент усиления равен
G (дБ) = 10lg Р1/Р2.
Децибел удобен для измерения мощности, поскольку обеспечивает более компактную форму записи; чтобы найти усиление многокаскадной схемы, достаточно сложить коэффициенты усиления отдельных каскадов вместо их перемножения.
На сетевых и низких частотах наиболее широко применяется электродинамический измерительный механизм. Он пригоден для измерения относительно высоких уровней мощности.
Приборы, предназначенные для измерения мощности на высоких и сверхвысоких частотах, бывают двух типов: поглощающие измерители мощности, содержащие собственную нагрузку, и измерительные линии, в которых нагрузка располагается на некотором расстоянии. Поглощающие приборы более точны и обычно включают в себя 50-омную нагрузку для работы на высоких частотах. Измерение мощности в цепях повышенной и высокой частот.
В цепях повышенной и высокой частот проводят прямые и косвенные измерения мощности. В ряде случаев косвенные измерения предпочтительнее, так как проще измерять напряжение, ток и сопротивление, чем мощность. Прямые измерения в основном осуществляют с помощью электронных ваттметров. В некоторых электронных ваттметрах используют электродинамические измерительные механизмы с предварительным усилением тока и напряжения либо с предварительным выпрямлением этих величин. В качестве измерительного механизма в них можно использовать электростатический электромер с усилителями напряжения и тока, а также магнитоэлектрические механизмы с квадраторами. Квадраторы выполняют на полупроводниковых диодах, преобразователях и других нелинейных элементах, работа которых осуществляется на квадратичном участке вольт-амперной характеристики. Операция перемножения ui в квадраторах заменяется операциями суммирования и возведения в квадрат. В диапазоне частот до сотен мегагерц применяют ваттметры с датчиками Холла.
На сверхвысоких частотах мощность измеряют преобразованием мощности в теплоту (калориметрические методы), свет (фотометрические методы) и др. Калориметр. Калориметры используются для измерения высокой мощности преимущественно в метрологических лабораториях. Калориметр состоит из нагрузочного сопротивления в теплоизолирующем корпусе, погруженного в жидкость или воздушную среду. Жидкость может быть неподвижной или втекать в калориметр и вытекать из него с известной скоростью. Температуры жидкости на выходе и входе измеряются. Если r – скорость потока хладагента в [см3 / с], d – его плотность в [г / см3], s – удельная теплоемкость хладагента, Тi – его температура на входе и То – на выходе, то мощность Рi , рассеиваемая в калориметре, определяется выражением
Рi = (То – Тi )rds/0, 2389 Вт
В калориметрических измерениях применим метод замещения. Например, после выполнения высокочастотных измерений на калориметр подается мощность постоянного тока, дающая ту же разность температур
(То – Тi ) при тех же условиях охлаждения. Затем мощность постоянного тока измеряется и считается равной мощности высокочастотного сигнала. Измерение мощности электронным выпрямительным ваттметром. Принципиальная схемаэлектронного ваттметра с квадратором, выполненным на полупроводниковых диодах, показана на рисунке2. Ваттметр имеет два резистора в цепи тока, сопротивления которых R1 = R2 много меньше сопротивления нагрузки, и два резистора сопротивлениями R3, R4 в цепи напряжения. Резисторы R3 и R4 выполняют роль делителя напряжения, поэтому сопротивление R3 + R4 много больше сопротивления нагрузки ZH.
Падение напряжения на резисторах R1 = R2 пропорционально току нагрузки k1i, падение напряжения на резисторе R3 делителя пропорционально напряжению на нагрузке, т. е. k2u. Как видно из схемы, напряжения u1 и u2 на диодах VD1 и VD2 будут соответственно:
u1 = k2u + k1i; u2 = k2u - k1i.
При идентичных характеристиках диода и работе на квадратичном участке вольт-амперной характеристики токи i1 и i2 пропорциональны квадратам напряжений.
Рисунок 2 Принципиальная схема электронного выпрямительного ваттметраТок в цепи прибора iи = (i1 – i2)R/Rи . Постоянная составляющая тока, измеряемая магнитоэлектрическим прибором, при u = Umaxsinωt и i = Imax sin(ωt±φ) пропорциональна активной мощности:
IИ = 1/Т∫kuidt = k 1/T uidt = kUIcosφ = kPx,
где Px - измеряемая мощность.
Электронные ваттметры, в схему которых включены диоды, обладают невысокой точностью, погрешностью измерения ±(1,5 – 6)%, малой чувствительностью, большой мощностью потребления, ограниченным частотным диапазоном.Измерение мощности термоэлектрическим ваттметром. Частотный диапазон может быть расширен до 1МГц, если квадратор построить на бесконтактных термопреобразователях. Термоэлектрический ваттметр отличается от выпрямительного тем, что вместо диодов включаются нагреватели бесконтактных термопар, а разность термо-ЭДС на холодных концах, измеряемая магнитоэлектрическим милливольтметром, пропорциональна средней мощности потребления нагрузки.
Термоваттметры используют при измерении мощности в цепях с несинусоидальной формой тока и напряжения; при измерении мощности в цепях с большим сдвигом фаз между напряжением и током, при определении частотной погрешности электродинамических ваттметров. Измерение мощности ваттметром с преобразователем Холла. Преобразователь Холла представляет собой четырехполюсник, выполненный в виде тонкой полупроводниковой монокристаллической пластины. Токовыми выводами Т – Т преобразователь Холла подключается к внешнему источнику постоянного или переменного тока, потенциальными выводами
Х – Х , между которыми возникает ЭДС в момент, когда на пластину воздействует магнитное поле, - к измерителю напряжения. Выводы Х – Х присоединяются к боковым граням в эквипотенциальных точках при отсутствии внешнего магнитного поля.
Электродвижущая сила Холла
ех = kxBix,
где kx - коэффициент, значение которого зависит от материала, размеров и формы пластин, а также от температуры окружающей среды и значения магнитного поля; В – магнитная индукция.
Электродвижущая сила Холла будет пропорциональна мощности, если одну из выходных величин сделать пропорциональной напряжению u, а другую – ток через нагрузку.
Для реализации преобразователь Холла помещают в зазор электромагнита, намагничивающая катушка L которого питается током, пропорциональным току нагрузки, а через Т – Т проходит ток, пропорциональный напряжению, приложенному к нагрузке Z. Значение тока ограничивается добавочным резистором Rд. ЭДС Холла ех = kui = kp регистрируется магнитоэлектрическим милливольтметром (k – коэффициент пропорциональности).
Ваттметры с преобразователем Холла позволяют измерять мощности в диапазоне частот до сотен мегагерц.
Достоинства этих ваттметров – безынерционность, простота конструкции, долговечность, надежность, а недостаток – зависимость параметров от температуры.Измерение мощности осциллографом.
К косвенным методам измерения мощности относят и осциллографический метод, который рекомендуется применять тогда, когда цепь питается напряжением несинусоидальной формы, при высоких частотах, маломощных источниках напряжения, работе электронных схем в ключевом режиме, наличии в цепи нелинейных элементов и т.д. В частности, при работе электронных схем в импульсном режиме посредством осциллографа измеряют мгновенные значения напряжения u(t) и тока i(t) на исследуемом участке схемы за время, равное периоду следования импульсов. По полученным данным строят эпюры напряжения и тока. Эпюру мгновенного значения мощности p(t) строят по произведению ординат кривых напряжения и тока для каждого момента времени действия импульса.
По кривой мгновенных значений мощности за период определяют максимальное значение мгновенной мощности ри max , среднее значение мощности Р и импульсную мощность Ри. Для определенного среднего значения мощности Р и импульсной мощности Ри вычисляют площадь, ограниченную кривой мгновенной мощности за период, и затем строят прямоугольник равной площади. Если основание прямоугольника равно длительности импульса, то его высота представляет собой значение импульсной мощности, если же основание прямоугольника равно периоду следования импульсов, то высота прямоугольника равна значению средней мощности.Болометры. Болометр представляет собой мост, в одно плечо которого включается балластный резистор или термистор для детектирования высокочастотной мощности. Балластный резистор представляет собой тонкую проволочку, обычно из платины, с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Проволочка изготавливается очень тонкой и короткой, чтобы поглощение небольшой мощности вызывало существенные изменения температуры. Балластный резистор рассчитан в зависимости от смещения на рабочее сопротивление от 50 до 400 Ом, обычно он эффективно работает при 200 Ом. Балластный резистор приходится использовать в режиме, близком к перегоранию проволочки, поэтому он может выйти из строя при случайных перегрузках. В настоящее время балластный резистор в значительной степени вытеснен термисторами (полупроводниковыми приборами с отрицательными температурными коэффициентами сопротивления).
Для измерения высокочастотной мощности применяют метод уравновешивания моста. В данном методе уравновешивания моста на него подают постоянное или низкочастотное смещение в отсутствие высокочастотного излучения на входе. Мост уравновешивается, затем на него подается высокочастотная мощность, которая нагревает датчик и нарушает равновесие моста. Постоянное смещение уменьшается с целью вернуть сопротивление к его первоначальному значению и уравновесить мост. Затем измеряют уменьшение мощности постоянного смещения, которое равно высокочастотной мощности. Измерение импульсной мощности
Для измерения мощности, поступающей в виде импульсов, необходимы следующие методы: метод измерения средней мощности с учетом коэффициента заполнения, метод сравнения с мощностью постоянного тока, интегрально – дифференциальный метод и метод дискретизации с запоминанием отсчета. В этом случае измеряется импульсная мощность или максимальная мощность огибающей.
Метод измерения средней мощности с учетом коэффициента заполнения. Этот метод показан на рисунке 3. Высокочастотный сигнал от генератора импульсов подается через направленный ответвитель к оконченной нагрузке. К направленному ответвителю подключается прибор, который изменяет среднюю мощность последовательности импульсов. Затем он заменяется прибором, измеряющим длительность и частоту повторения импульсов, что позволяет определить коэффициент заполнения. Импульсная мощность находится из следующего выражения
Рр = РАV/коэффициент заполнения.
Рисунок 3 Метод измерения импульсной мощности путем усреднения с учетом коэффициента заполненияМетод сравнения с мощностью постоянного тока.
Метод изображен на рисунке 4. Выходной высокочастотный импульс расщепляется в делителе мощности. Часть мощности импульса поступает в диодный пиковый детектор, который вырабатывает постоянный сигнал, пропорциональный максимальному значению высокочастотного импульса. Импульс выводится на экран осциллографа. На диод в детекторе подается прямое смещение, которое переводит его рабочую точку в область требуемых импедансов, чтобы отклик на детектируемую мощность стал почти линейным.
Напряжение с выхода диода поступает на один из входов механического прерывателя. На другой его вход подается регулируемое постоянное напряжение. При правильной синхронизации оба сигнала видны на экране осциллографа. Вначале до прихода импульса обе кривые на экране сливаются на нулевом уровне. Регулятор установки нуля на передней панели прибора позволяет эффективно регулировать уровень постоянного смещения на видеовыходе, а также компенсировать долговременный дрейф диода.
При проведении измерений на вход поступает высокочастотный импульс, и уровень опорного постоянного напряжения регулируется до совмещения с максимумом импульса. Это значение регистрируется прибором на постоянном токе, который прокалиброван в единицах мощности. Для калибровки на вход подключается источник непрерывного высокочастотного сигнала, и оконечная нагрузка заменяется измерителем непрерывной мощности.
Метод сравнения с мощностью постоянного тока пригоден для измерений импульсной мощности в диапазоне 50 МГц – 2 ГГц при максимальной длительности импульса 0, 25 мкс. Точность измерений лучше чем ±1 дБ при частоте повторения импульсов до 2 МГц.
Рисунок 4 Метод измерения импульсной мощности путем сравнения с мощностью постоянного токаИнтегрально – дифференциальный метод
В этом методе импульсная мощность измеряется с помощью датчика с большой постоянной времени, например бареттера, имеющего тепловую постоянную времени в пределах от 100 до 200 мкс, так что выходной сигнал представляет собой проинтегрированный импульсный сигнал. Бареттер включается в одно из плеч моста Уитстона. Входной прямоугольный сигнал дает на выходе после интегрирования линейно нарастающий сигнал, наклон которого пропорционален пиковой мощности импульса. Этот проинтегрированный сигнал усиливается и дифференцируется с помощью активных и пассивных цепей с целью воссоздания первоначального импульса, который затем подается через пиковый детектор на вольтметр, проградуированный в единицах пиковой мощности.
При таких измерениях важную роль играют характеристики бареттера и параметры измеряемого импульса. Если импульс слишком короткий, бареттер не успевает достаточно нагреться, чтобы генерировать сигнал, заметно превышающий уровень шумов усилителей в системе. Если длительность импульса близка к постоянной времени бареттера, интегрирование также будет недостаточно точным. Максимальная мощность ограничивается параметрами бареттера, который легко разрушается при перегрузках. Обычно длительности измеряемых импульсов должны составлять 0,25 – 10 мкс, частота повторения – от 100 до 10000 импульсов в секунду, уровень пиковой мощности – до 300 мВт. В этом случае точность измерений – лучше 0,8 дБ.
www.coolreferat.com
Измерение электрической мощности » как узнать значение мощности.
Тема: как измерить электрическую мощность, способы, методы вычисления.
А что такое мощность? Вы помните из уроков школьной физики? Данная физическая величина выражает проделанную работу за определённый промежуток времени. В общем случае мощность можно выразить как скорость изменения энергии той или иной системы. Касательно электрической мощности данное выражение будет иметь иную форму: физическая величина обуславливающая скорость преобразования или передачи электроэнергии. Формула электрической мощности ещё проще, чем сказанные слова — P=U×I. То есть, она равна напряжение умноженное на силу тока. Следовательно и измерения электрической мощности будут производится по данному принципу.
Для проведения измерений электрической мощности на практике используют два способна. Первым будет применение специального измерительного устройства, который называется ваттметр (для измерения мощности постоянного тока) и варметр (для измерения мощности переменного тока). Второй способ является более распространён среди электриков и является косвенным. Это обычное измерение базовых величин тока и напряжения с последующим их перемножением. К примеру, на постоянном электродвигателе стёрлась надпись, на которой была указанна номинальная электрическая мощность данного электрического двигателя. Что делать? Берём, и подключаем этот движёк к питанию. Далее замеряем напряжение на входных клеммах и силу тока, что в данным момент протекает. Первое перемножаем на второе, и получаем в результате среднюю электрическую мощность этого электродвигателя.
Измерение электрической мощности при помощи электротехнических устройств больше можно встретить в специальных измерительных лабораториях, цехах изготовления, бюро разработок и т.д. На практике редко возникает нужда проводить измерения мощности с помощью специальных устройств. Что касается классификации ваттметров. Их можно разделить на три основных типа (по назначению и частотному диапазону): постоянного тока (низкочастотные), радиочастотные и оптические. В зависимости от непосредственного варианта функционального преобразования информации (измерительной) и её последующего вывода ваттметры бывают аналоговые и цифровые. Для электрических нужд наиболее подходящим является первый вид — низкочастотные (постоянного тока). Именно они производят измерение электрической мощности в силовых системах.
Ваттметры постоянного (и варметры низкочастотного тока) преимущественно применяют в электрических сетях питания промышленной частоты (50Гц) для измерения потребляемой электрической мощности. Они бывают однофазные и трехфазные. Варметры составляют отдельную группу — измерители реактивной электрической мощности. Электронно-цифровые устройства как правило объединяют в себе измерения, как активной, так и реактивной мощности. Аналоговые ваттметры (постоянного и низкочастотного типа) ферродинамической либо электродинамической системы имеют в своём устройстве две медные катушки, одна включается последовательно электрической нагрузке, а другая же параллельно ей. Взаимодействие электромагнитных полей этих катушек порождает вращающий момент, двигающий стрелку измерительного прибора.
Для проведения измерений электрической мощности приборами, их подсоединяют следующим образом. Как мы знаем, напряжение в электрических цепях измеряют в параллель цепи, а для измерения силы тока возникает необходимость разрыва непосредственного участка цепи, в которой происходит измерения. Если для получения электрической мощности нужно перемножать напряжение с силой тока, то и измерения приборами производятся по тому же принципу, что и отдельное измерение тока и напряжение. Следовательно, ваттметр подсоединяется одновременно, как в разрыв электрической цепи, так и в параллель.
P.S. Значения электрической мощности больше нужны при непосредственной разработке тех или иных систем, устройств, приборов. Для обслуживания и ремонта данная величина используется редко. В работе обычного электрика более применимы величины тока и напряжения, а мощность важна, как общая характеристика.
electrohobby.ru
Измерение электрической мощности и энергии – HomeWork.net.ua
Power, потребляемая нагрузкой в цепи переменного тока, равна среднему по времени произведению моментальных значений напряжения и тока нагрузки. Если напряжение и ток меняются синусоидально, то мощность Р можно представить в виде P = UI cosφ, где U и I – действенные значения напряжения и тока, and φ – фазовый угол (угол сдвига) синусоид напряжения и тока. Если напряжение выражается в вольтах, а ток в амперах, то мощность будет выражена в ваттах. Множитель cosφ, именуемый коэффициентом мощности, охарактеризовывает степень синхронности колебаний напряжения и тока.
С экономической точки зрения, важнейшая электронная величина – энергия. Энергия W определяется произведением мощности на время ее употребления. В математической форме это записывается как:
.
Если время измеряется в секундах, напряжение – в вольтах, а ток – в амперах, то энергия W будет выражена в ватт-секундах, ie. джоулях. Если же время измеряется в часах, то энергия – в ватт-часах. На практике электроэнергию удобнее выражать в киловатт-часах.
При помощи устройств разных систем создают измерения активной (), реактивной () и полной () мощности в цепях неизменного тока, однофазового и трехфазного переменного тока, секундные значения мощности, также количества электричества в широких границах. При всем этом спектр измеряемых мощностей может составлять от толикой мкВт до 10-ов ГВт.
При косвенных измерениях мощности в цепях неизменного тока употребляют способ вольтметра и амперметра. В данном случае приборы могут быть включены по двум схемам.
Rice. 9.3 Схемы измерения мощности по свидетельствам вольтметра и амперметра при малых и огромных сопротивлениях нагрузки.
Способ прост, надежен, экономичен, но обладает рядом существенных недочетов:
· необходимость снимать показания по двум устройствам;
· необходимостью создавать вычисления;
· низкой точностью за счет суммирования погрешностей устройств.
Компенсационный способ применяется тогда, когда требуется высочайшая точность измерения мощности. При помощи компенсатора попеременно измеряется ток нагрузки и падение напряжения на нагрузке. Для измерения мощности употребляют электродинамические приборы.
Rice. 9.4 Схема включения электродинамического ваттметра через измерительные трансформаторы тока и напряжения.
В широком спектре частот используются цифровые ваттметры. Они производят автоматический выбор пределов измерений, самокалибровку, имеют наружный интерфейс.
Для измерения мощности в трехфазных цепях употребляют способы 1-го, 2-ух и 3-х ваттметров.
1-ый вариант употребляют для систем с равномерной нагрузкой фаз, схожими углами сдвига фаз меж током и напряжением. При всем этом нагрузка может быть включена по схеме звезды, треугольника.
При асимметричной нагрузке употребляют способы 2-ух ваттметров. При всем этом необходимо вычислять суммарную мощность с учетом схемы включения устройств. При использовании схемы с 3-мя ваттметрами для определения потребляемой мощности создают суммирование показаний.
Для измерения мощности в цепях завышенной частоты используют как прямые, так и косвенные способы с внедрением термоэлектрических преобразователей, датчиков Холла, электрические и цифровые ваттметры. Для измерения энергии употребляют электромеханические и электрические счетчики.
При измерении мощности, частоты сдвига фаз обширно употребляют измерительные механизмы электродинамической системы, потому что эти приборы имеют сложную многофункциональную зависимость:
(9.4)
Если пропускать ток через поочередно включённые катушки, то можно использовать ток и напряжение при включении в цепь одной из катушек, можно обеспечить дополнительный сдвиг фаз. При всем этом можно измерить активную и реактивную мощность.
homework.net.ua
История возникновения приборов учёта и измерения электрической энергии. Измерение и учёт электрической энергии
Похожие главы из других работ:
Биотопливо как перспективное направление биотехнологии
1. История возникновения биотоплива
B XIX веке быстрые темпы развития науки и техники привели к тому, что перед изобретателями различных двигателей встал вопрос о качественном топливе, которое обеспечивало бы работу новых механизмов...
Борьба с помехами при измерении параметров биологических объектов
1.1 История возникновения электрокардиографии
История возникновения ЭКГ берет свое начало с середины девятнадцатого века. В 1856 году было доказано, что в сердце возникает разность потенциалов при возбуждении. Именно тогда был поставлен доказывающий опыт Мюллером и Келликером...
Возобновляемые источники энергии
2.1 История возникновения солнечных батарей
Если говорить о зарождении такого явления, как солнечные батареи, стоит совершить длительное путешествие в прошлое, а именно, в 1839 год. Именно тогда Александр Беккерель совершил одно из ключевых открытий - фотогальванический эффект...
Выбор схемы понизительной подстанции, силового оборудования, составления плана и разработка конструкции подстанции
8. Выбор измерительных трансформаторов, приборов учета и контроля
8.1 Выбор количества и места измерительных приборов Контроль над режимом работы основного и вспомогательного оборудования на подстанции осуществляется с помощью контрольно измерительных приборов...
Измерение и учёт электрической энергии
Будущее учёта электрической энергии
В настоящее время учёт электроэнергии, в основном, производится по одному тарифу (то есть стоимость электроэнергии одинакова независимо от времени потребления). Однако, начинает вводится многотарифные системы оплаты...
Информационно-измерительная система технического учета электроэнергии
1. Системы учета электроэнергии. Анализ существующих методов измерения
Так как электроэнергия сводится к измерению мгновенного значения потребляемой мощности и его интегрированию, то в данном разделе был произведен обзор методов измерения мощности...
Организация схемы энергоснабжения нефтяного месторождения из энергосистемы ОАО "Тюменьэнерго"
7. Выбор приборов учета, трансформаторов тока и напряжения
...
Организация схемы энергоснабжения нефтяного месторождения из энергосистемы ОАО "Тюменьэнерго"
7.1 Проверка и выбор средств учета и измерения
Контроль за режимом работы основного и вспомогательного оборудования на электростанциях и подстанциях осуществляется с помощью контрольно-измерительных приборов. Согласно ПУЭ гл.1...
Особенности проектирования двухтрансформаторной главной понизительной подстанции
4.1.6 Выбор приборов учёта и измерения
Для контроля электрических параметров основного оборудования произведём выбор приборов учёта и измерения [4, табл. П4.7], подключаемых к трансформаторам тока и напряжения. Выбранные приборы и потребляемая ими мощность приведены в таблицах 4.1 и 4.2...
Приборы для измерения силы
3. ОПИСАНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ
...
Проекционный и фотографический аппарат
2.2 История возникновения фотографического аппарата
Прототипом фотографического аппарата послужила камера-обскура, известная ещё со времён Леонардо да Винчи. Правда, долгое время она использовалась как инструмент для документально точной зарисовки различных предметов...
Сила трения
История возникновения силы трения
Первая формулировка силы трения приписывается Леонардо да Винчи. Он утверждал, что сила трения, возникающая при контакте тела с поверхностью другого тела, пропорциональна нагрузке (силе прижатия)...
Средства учета количества электричества и электрической энергии
1.4 О средствах учета электрической энергии, используемых в электротехнологиях
На протяжении последних десятилетий измерение расхода активной электрической энергии в цепях переменного тока для промышленных целей и бытовых нужд производится с помощью индукционных счетчиков переменного тока номинальной частотой 40-60 Гц...
Цикл Карно
1. История возникновения "цикла Карно"
Цикл Карно назван в честь французского физика Никола Леонара Сади Карно (01.06.1796 - 24.08.1832 гг.). Собственно Карно предложил и обосновал принцип, получивший впоследствии название его имени...
Электрические измерения и приборы
2. Конструкции приборов для измерения мощности и энергии
...
fis.bobrodobro.ru
Лекция №11. Измерение расхода электрической энергии
Количество просмотров публикации Лекция №11. Измерение расхода электрической энергии - 122
Содержание лекции˸ принцип действия и устройство индукционного счётчика; принцип построения цифровых счётчиков.
Цель лекции˸ изучить основы измерения расхода электрической энергии.
Расход энергии есть суммарная мощность, отпущенная электропотребителю за какой-то интервал времени (час, сутки, месяц, год)
. (11.1)
Измерение расхода электроэнергии производится электросчетчиками. Они бывают электромеханические, электронные и цифровые.
Электромеханический счетчик известен как интегрирующий прибор индукционной системы.
1 – параллельный электромагнит; 2 – токовый электромагнит.
Рисунок 11.1 – Схематическое устройство электросчётчика
Он состоит (см. рисунок 11.1) из неподвижной и подвижной частей. Неподвижная часть содержит два рабочих электромагнита – токовый (последовательный) и напряженческий (параллельный)для создания вращающего момента, постоянный магнит для создания противодействующего момента.
Подвижная часть счетчика выполнена в виде алюминиевого диска толщинои̌ 1,2 – 1,5 мм диаметром около 90 мм. Диск крепится к алюминиевой оси толщинои̌ 2,5 мм.
Электромагниты представляют из себямагнитные системы из электротехнической стали с катушками (обмотками).
Одна из обмоток (токовая) выполнена из провода относительно большого сечения, соответствующего номинальному току счетчика; она имеет мало витков и включается в сеть последовательно. Другая обмотка – обмотка напряжения – состоит из 8 – 12 тыс.витков тонкой проволоки Ø 0,08 – 0,12 мм и включается в сеть параллельно.
Для счетчика имеем расход электроэнергии
, (11.2)
где N – полное число оборотов диска;
CH – номинальная постоянная счетчика определяется через передаточное число Cz.
Передаточное число – число оборотов диска электрического счетчика, cоставляющее единицу отсчета. На лицевом щитке большинства счетчиков имеется надпись ‹‹1кВт∙ч = Сz оборотов››, в которой Сz есть заданное число оборотов на 1кВт×ч (число оборотов диска, обеспечивающее изменение показания на 1кВт×ч). Зная передаточное число, можно найти СН.
. (11.3)
Устанавливаются следующие метрологические характеристики счетчиков.
Рисунок 11.2 – Электрическая схема подключения счетчика
Счетчики подключаются по специальным схемам (см. рисунок 11.3).
Для учета электрической энергии в трехфазных электрических цепях применяют двух- и трехэлементные индукционные счетчики. Такие счетчики представляют из себясовокупность двух или трех однофазных механизмов (элементов), вращающие момент которых действуют на общую подвижную часть. Общий вращающий момент системы равен сумме вращающих моментов отдельных элементов. Устройство передачи на счетный механизм такое же, как в однофазных счетчиках. Конструктивно двухэлементные счетчики могут быть выполнены одно- и двухдисковыми.
В настоящее время для измерения расхода электрической энергии применяются электронные счетчики с цифровой индикацией. Примером такого счетчика может служить многофункциональный микропроцессорный счетчик электроэнергии серии АЛЬФА. Он обеспечивает˸
referatwork.ru
Видеоматериалы
Опыт пилотных регионов, где соцнормы на электроэнергию уже введены, показывает: граждане платить стали меньше
Подробнее...С начала года из ветхого и аварийного жилья в республике были переселены десятки семей
Подробнее...Более 10-ти миллионов рублей направлено на капитальный ремонт многоквартирных домов в Лескенском районе
Подробнее...Актуальные темы
ОТЧЕТ о деятельности министерства энергетики, ЖКХ и тарифной политики Кабардино-Балкарской Республики в сфере государственного регулирования и контроля цен и тарифов в 2012 году и об основных задачах на 2013 год
Подробнее...Предложения организаций, осуществляющих регулируемую деятельность о размере подлежащих государственному регулированию цен (тарифов) на 2013 год
Подробнее...
КОНТАКТЫ
360051, КБР, г. Нальчик
ул. Горького, 4
тел: 8 (8662) 40-93-82
факс: 8 (8662) 47-31-81
e-mail:
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
