Měření výkonu ve stejnosměrných obvodech a činného výkonu ve střídavých obvodech

Měření výkonu ve stejnosměrných obvodech případně nepřímou metodou s použitím ampérmetru a voltmetru, protože , a v obvodech střídavého proudu s použitím ampérmetru, voltmetru a fázometru s výpočtem činného výkonu podle vzorce . V těchto případech je však měření výkonu spojeno s výpočtem založeným na odečtech ze dvou nebo tří zařízení, což snižuje přesnost a komplikuje proces měření.

Provádí se měření výkonu ve stejnosměrných a střídavých obvodech průmyslové frekvence wattmetry, obvykle s elektrodynamickými měřicími mechanismy.

Obr. 4.9. Schéma zapojení wattmetru

Elektrodynamické wattmetry se vyrábějí jako přenosné přístroje s vysokými třídami přesnosti (0,1; 0,5).

Pro měření výkonu při vysokých frekvencích se používají termoelektrické a elektronické wattmetry, což jsou magnetoelektrické měřicí mechanismy vybavené převodníkem činného výkonu na stejnosměrný proud.

Obr. 4.9 znázorňuje obvod pro připojení elektrodynamického wattmetru k obvodu střídavého proudu pro měření činného výkonu, přijímače nebo spotřebiče s odporem zátěže. Pohyblivá cívka je zapojena sériově s přídavným rezistorem paralelně k přijímači.

Úhel vychýlení ukazatele elektrodynamického měřicího přístroje

kde jsou faktory škálování.

Stupnici elektrodynamického wattmetru lze tedy kalibrovat v jednotkách činného výkonu.

Měření činného výkonu v trojfázových obvodechČinný výkon lze měřit pomocí jednoho, dvou nebo tří zařízení v závislosti na schématu zapojení fází spotřebiče a symetrii zátěže. Uvažujme odpovídající schémata zapojení.

Činný výkon třífázového spotřebiče, jehož fáze jsou zapojeny do hvězdy, se rovná součtu výkonů jednotlivých fází:

Z tohoto výrazu je zřejmé, že měřením činného výkonu každé fáze a sečtením naměřených hodnot je možné určit činný výkon třífázového spotřebiče. Tato metoda měření se nazývá metoda tří wattmetrů. Nejčastěji se používá k měření výkonu v třífázovém čtyřvodičovém asymetrickém systému (obr. 4.10).

Obr. 4.10. Schéma zapojení wattmetrů v třífázovém obvodu

V konkrétním případě symetrického třífázového přijímače a . Proto lze v symetrickém třífázovém obvodu měření činného výkonu provádět jedním zařízením (obr. 4.11).

a b

Obr. 4.11. Obvod pro měření výkonu symetrického přijímače

Při zapojení symetrického přijímače do trojúhelníku stačí také měřit výkon v jedné fázi (obr. 4.11, ); celkový výkon se rovná trojnásobku hodnoty naměřené wattmetrem.

Jak je známo, výkon libovolného třífázového systému (bez ohledu na schéma zapojení přijímačů) se rovná součtu výkonů jednotlivých fází nebo výkonu zdroje energie (generátor, transformátor). Pro okamžité hodnoty výkonu třívodičového třífázového obvodu bude platit následující výraz:

kde , , jsou okamžité hodnoty výkonů jednotlivých fází; , , , , , , jsou okamžité hodnoty fázových napětí a proudů zdroje energie, jehož fáze budeme uvažovat za zapojené do hvězdy tak, aby fázové proudy byly rovny síťovým proudům.

Rýže. 4.12. Obvod pro měření výkonu se dvěma wattmetry

Vyjádřili jsme hodnoty fázových proudů , , ve tvaru , , podle Kirchhoffova zákona a dosadili tyto hodnoty jednu po druhé do výše uvedené rovnice, po transformacích získáme

, kde , , jsou okamžité hodnoty síťových napětí.

Přejdeme-li k průměrnému, tj. činnému, výkonu zdroje a stejnému činnému výkonu přijímače, máme

kde , , jsou úhly fázového posunu mezi síťovými napětími a proudy; , , , , , jsou efektivní hodnoty síťových proudů a napětí.

Činný výkon třífázového systému se tedy rovná algebraickému součtu odečtů dvou wattmetrů: . Obr. 4.12 znázorňuje jeden ze tří možných obvodů pro zapojení dvou zařízení pro měření činného výkonu. Metoda dvou wattmetrů se používá k měření činného výkonu v asymetrických třívodičových třífázových obvodech.