Способ измерения активной мощности Советский патент 1983 года по МПК G01R21/00 

Изобретение относится к электроизмерениям, а именно к измерению активной мощности в элементах элект рических цепей переменного тока, и может быть использовано при иссле.дованиях различных электротехническ устройств (электрических машин, трансформаторов, кабелей и т.д.). Известны устройства для измерения активной мощности, содержащие в цепях переменного тока ваттметры Точное измерение активной мощно :ти при низком коэффициенте мощности (со5 cf i 0,05) встречает известные затруднения. Во-первых, ваттметр, будучи полностью загруженньтм по нап ряжению и току, не обеспечивает дол ного отклонения указателя. Во-вторы при низком коэффициенте мощности точность .измерения резко снижается за счет угловых погрешностей измери тельных трансформаторов напряжения и тока. В ряде -случаев при искажении синусоидальности кривой питающего напряжения важно знать мощность по первой гармонической составляющей, в то время как электромеханические ваттметры измеряют мощностей по всем гармоническим составляющим и не позволяют провести ее разделение. Известен способ измерения актив ной мощности без пршленения ваттметра, а с использованием амперметра и вольтметра. Последовательно с исследуемым объектом включают в качестве измерительного, приспособ ления силовой конденсатор, для которого принято, что напряжение на нем отличается от токана уголН Измеряют напряжения на исследуемом объекте, на конденсаторе и суглмарное, По трем,нанряжениям, как по трем сторонам треугольника, вьгаисляют угол между напряжениями Hat конденсаторе и исследуемом обьекте Поскольку угол между током и НсШряжением конденсатора принят равньззм О/З, становится известньм угол между током и напряжением исследуемого объекта. Зная напряжение, ток исследуемого объекта и угол между ними, вычисляют активную мощность При измерениях с применением лабораторных вольтметров способ обеспечивает большую точность, чем измерение при помощи ваттметров.. Вместе с тем способ приемлем для коэффициента мощности исследуемого объекта .не ниже 0,7, с его понижением возрастает погрешность измерения. Пель изобретения - повышение точ ности измерения активной мощности при низком коэффициенте мощности. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения активной мощности, заключающемуся в измерении тока и напряжения исследуемого объекта,-напряжения на включенном последователь-но с исследуемым объектом реактивном двухполюснике и суммарного наЛряжения, определении по полученным напряжениям коэффициента мощности исследуемого объекта и путем умножения последнего на ток и напряжение исследуемого объекта активной мощности в нем, в качеств.е измерительного приспособления используют разомкнутую вторичную обмотку трансформатора, первичная обмотка которого включена в силовую цепь последовательно с исследуем1лм объектом. Кроме того, путем изменения взаимной индуктивности обмоток трансформатора регулируют напряжение v вторичной обмотки трансформатора так, чтобЕл оно приблизилось по значению к напряжению на исследуемом объекте. На. фиг., 1 изображена электрическая схема, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2-5 - векторные диаграммы тока и напряжений. ЭДС, наведенная во вторичной обмотке трансформатора,определяется выражением .где М - взаимная индуктивность обмоток трансформатора1. ЭДС при синусоидальном токе синусоидальна и отличается от тока по углу . Для целей измерения тре- буется регулирование ЭДС вторичной обмотки трансформатора. Это достигается изменением значения взаимной индуктивности как дискретно (путем изменения числа витков вторичной обмотки трансформатора),, так и плавно (путем изменения взаиморасположения обмоток трансформатора) . i Один конец вторичной обмотки трансформатора соединяют с одню. из выводов исследуемого объекта 2. Измеряют напряжение U-j, на исследуемом объекте, напряжение Им на вторичной обмотке транспорматора и суммарное напряжение Од Векторная диаграмма тока и напряжений, например, для случая активно-емкостного характера исследуемого объекта построена на фиг.2, Синус угла |3 , равный коэффициенту мощности исследуемого объекта, из треугольника напряжений описываетс формулой uMu, 9in2 агсешS n ft а активная мощность . При известных погрешностях изме ния напряжений относительная погре ность значения sin ft имеет следующе выражение 1 |d2mp d.infi . oLeinfi , -juf jnr dUa где & U , bU v, UT. - погрешности с ответствуюадих напряжений. Принимая uUi uUw uUE Z относительные погрешности напряжений U&,UM,UZ, после преобразования получают . . и112ел-ем-е)Ним-и1(,1 nul4u,,-u) Из рассмотрения полученног.о вьф жения вытекает следующее. Отношение соъ р -при равно cosW 1, О, затем при снижается до и при дальнейшем увеличении угла н ;чинает быстро возрастать. Поэтому из- двух вариантов подключения вторичной обмотки трансформатора к вы водам исследуемого объекта выбирают тот, в котором Уд меньше. На фиг.2 .и 3 показаны векторные диаграммы Обоих вариантов, однако вариант на фиг.2 является предпочтительный. Предпочтительно иметь U . В этом случае знаменатель принимает максимальное значение, а относительная погрешность fsin р минимальна Регулирование напряжения им обеспечивается изменением взаимной индуктивности. Равенство Ущ- Uj иллюстрируется векторной диаграммой на фиг.4. При условии UM Iz напряжения и (Ц и Uj измеряют одним вольтметром Тогда е„.е, а (иД-U) ( Е - „)-О что уменьшает значение Eisjn( Если напряжение и ток несинусоидальны, то их измерения проводят по отдельным гармоническим составляют щим, например, при помощи анализато спектра. Увеличение полного сопротивления исследуемого объекта при услови приводит к повышению взаимной индуктивности обмоток трансформатора, которое, в свою очередь, вызывает увеличение размеров транс- , форматора,что усложняет работу с ним или делает невозможным его изготовление. В этом случае в трансформатор вводят ферромагнитный сердечник. Во избежание насыщения сердечника его делают с воздушным зазором, который с целью плавного изменения взаимной индуктивности катушки является регулируемым. При измерении активной мощности за счет выделения мощности в сердечнике появляется угловая погрешность.Угловая погрешность определяется путем сравнения напряжения одного витка вторичной обмотки трансформатора с ферромагнитный сердечником и напряжения вторичной обмотки I трансформатора без ферромагнитного сердечника. Поправка вносится в измеренный угол р , уменьшая его при активно-емкостном характере исследуемого объекта и увеличивая при активно-индуктивной. Фиг.5 иллюстрирует влияние угловой погре чности трансформатора с ферромагнитным сердечником на угол . Здесь UM - напряжение вторичной обмотки трансформатора без ферромагнитного сердечника U/ - напряжевие вторичной обмотки трансформатора с ферромагнитным сердечником; Lizнапряжение исследуемого объекта; 5 - угловая погрешность; р - угол, измеренный при помощи трансформатора е ферромагн-итнь 1 сердечником. Чис- ленное значение коэффициента мощности переходит в тот же или меньший разряд последней значащей цифры напряжений УН, и Uj . Это приводит, вопервых, к уменьшению знаменателя, следовательно,увеличению погрешности с,г, п и, во-вторых, относительному возрастанию значения (, представляющего разность близких величин и поэтому имеющего большую и неопределенную относительную погрешность. В этом случае регулированием напряжения lljv вблизи значения Ij- добиваются, чтобы напряжение и проходило через минимум. Измеряют напряжение UT; и минимум суммарного напряжения и пцп- Поскольку прохождению напряжения Уд через минимум сортветствует перпендикулярность векгоров напряжений U и UM f то коэффициент мощности вычисляют по формуле :а мощность при подстановке в (3) как P-U&mr,Из (3) при , , выходит- 9i«p-i(A-eM-eb). Тогда предельная относительная погрепшость р активной мощности сос таяит Cp-et e esirtp- ei ei, ,. где f I - предельная относительная пог1 шность тока. . Погрешность Ejr не влияет на измерение модности, так как в равной мере, например, занижает9 пр и завы-шает DH в (2). Предельная относитель ная погрешность р равна сумме относительных погрешностей измерении тока 1 и .напряжения Ид и представляется очень низкой. Дейсжви тельно, при иэмеренияхтока и напряжения с точностью 0,5% предельная относительная погрешность определения активной мощности составит 1%. Изобретение лвзволяет повысить точность измерения при низком коэффициенте мощности.

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АВТИВНОЙ МОЩНОСТИ, заключающийся в том, что измеряют ток исследуемого объекта, напряжение на.исследуемом объекте, напряжение на включенном последовательно с объектом реактивном двухполюснике и суммарное напряжение, по полученным напряжениям : определяют коэффициент мощности исследуемого объекта и затем активную мощность в нем, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при низком коэффициенте мощности, измерение напряжения производят на включенной последовательно с исследуемым объектом разомкнутой вторичной обмотке трансформатора,первичная обмотка которого включена в силовую цепь последовательно с исследуемым объектом. 2. Способ по П.1, о т л и .4 аю щ и &. С я тем, что, с целью повышения его точности, путем изменения взаимной индуктивности обмоток сл трансформатора регулируют напряжение вторичной обмотки трансформатора путем его приближения по значению к напряжению на исследуемом объекте.

Фи8.г

о п

ФигЛ