Schema zum Anschluss eines Wattmeters an ein dreiphasiges Netzwerk. Wirkleistungsmessung in Drehstromkreisen

30.Methoden zur Messung der Wirkleistung in Stromkreisen Wechselstrom

Die Messung der Wirkleistung in einphasigen Wechselstromkreisen erfolgt mit einem elektrodynamischen oder ferrodynamischen Wattmeter auf die gleiche Weise wie die Messung der Leistung in einem Stromkreis Gleichstrom: Die Stromwicklung des Wattmeters ist im Abschnitt des Phasendrahtes enthalten, und die Spannungswicklung liegt zwischen Phase und Null

Leistungsmessung mit der Ein-Geräte-Methode- Mit dieser Methode wird die Wirkleistung in symmetrischen Drehstromkreisen gemessen.

Ist der Nullpunkt nicht vorhanden, kommt eine Wattmeter-Schaltschaltung mit künstlichem Nullpunkt zum Einsatz. Isk..null..acc. wird mit zwei Widerständen erzeugt, deren Widerstandswert jeweils dem Widerstand der Spannungswicklung des Wattmeters entspricht

Leistungsmessung mit der Zwei-Instrumenten-Methode- Wird zur Messung der Leistung in einem dreiphasigen Dreileiterstromkreis mit zwei Einzelelement-Wattmetern verwendet.

UND

Leistungsmessung nach der Drei-Instrumenten-Methode - Wird bei der Leistungsmessung in einem dreiphasigen Vierleiterstromkreis verwendet (es werden drei Einzelelement-Wattmeter verwendet

31. Methoden zur Messung der Blindleistung in Wechselstromkreisen

Zur Messung der Blindleistung werden Geräte elektrodynamischer oder ferrodynamischer Systeme verwendet, bei denen der Drehwinkel des beweglichen Teils nicht proportional zu cos, sondern zu sin ist; solche Geräte werden Wattmeter genannt. Zur Messung der Blindleistung in Drehstromkreisen können jedoch herkömmliche Wattmeter verwendet werden, wenn diese nach Ersatzspannungskreisen angeschlossen sind.

Regel zum Einschalten eines Wattmeters zur Messung der Blindleistung:

1. Die Stromwicklung des Wattmeters wird auf die gleiche Weise eingeschaltet wie bei einer Wirkleistungsänderung.

2. Die Spannungswicklung wird mit einer Spannung eingeschaltet, die bei einer Änderung der Wirkleistung gegenüber der an die Wicklung angelegten Spannung um 90 % nacheilen würde.

UND

Messung der Blindleistung mit einer Gerätemethode - Wird beim Anschluss eines herkömmlichen einphasigen elektrodynamischen oder ferodynamischen Wattmeters zur Messung der Wirkleistung an einen dreiphasigen Drei- oder Vierpassstromkreis verwendet.

Blindleistungsmessung im Zweigeräteverfahren - Wird in einem dreiphasigen Dreileiterstromkreis mit sowohl Symmetrie als auch Asymmetrie der Ströme verwendet.

UND

Messung der Blindleistung nach der Drei-Instrumenten-Methode - Wird in dreiphasigen Vierleiterstromkreisen mit sowohl Symmetrie als auch Asymmetrie der Ströme verwendet.

Lissajous-Figurenmethode. Mit dieser Methode wird die Frequenz sinusförmiger Spannungen gemessen. Einer der Eingänge (z. B. der Eingang von Kanal Y) wird versorgt

32. Elektrische Energiemessung. Einphasiges Induktionsmessgerät. Schaltschemata. Funktionsprinzip.

Die Messung der Wirk- und Blindenergie in Einphasen- und Dreiphasen-, Dreileiter- und Vierleiter-Wechselstromkreisen kann mit speziellen integrierenden elektrischen Messgeräten – einphasigen und dreiphasigen Stromzählern – durchgeführt werden.

In denen. zündete. wählen. Zähler, die die Energie in einphasigen Wechselstromkreisen messen sollen, werden Einphasenzähler genannt.

Als rotierendes Element eines Einphasenzählers wird ein Induktionsmesswerk verwendet. Das Funktionsprinzip des Mechanismus basiert auf der Wechselwirkung von zwei oder mehr magnetischen Wechselflüssen mit induzierten Strömen oder in einer beweglichen Aluminiumscheibe.

33. Auf die Scheibe eines Einphasen-Induktionsmessgeräts wirkende Momente.

Drehmoment M ist gleich:

Wobei F1 und F2 die Strömungen sind, die die Aluminiumscheibe durchqueren; f-Frequenz der Messung der Flüsse F1 und F2; φ-Winkel der Phasenverschiebung zwischen den Flüssen Ф1 und Ф2.

Um ein Drehmoment zu erzeugen, sind mindestens zwei Komponenten einer Strömung erforderlich, die phasenverschoben und im Raum verschoben sind.

Das Drehmoment erreicht seinen Wert, wenn die Phasenverschiebung zwischen den Flüssen Ф1 und Ф2 gleich 90 (sinψ=1) ist.

Das Drehmoment hängt von der Häufigkeit der Messung der Flüsse F1 und F2 ab.

Das Reibungsmoment ist ein variabler Wert, der von der Drehwinkelgeschwindigkeit der Scheibe abhängt. Das Kompensationsmoment bei einem veränderten Spannungswert ist ein konstanter Wert, daher tritt die Gleichheit von Kompensationsmoment und Reibungsmoment nur bei einer ganz bestimmten Belastung auf. Beim Betrieb des Zählers kommt es vor, dass das Kompensationsmoment in der Regel bei geringer Belastung das Reibungsmoment übersteigt und die Zählerscheibe dadurch auch bei I → 0 unter dem Einfluss des Kompensationsmoments zu rotieren beginnt , das heißt, wenn der Verbraucher keine Energie verbraucht, nennt man dieses Phänomen selbstfahrende Theke.

Drehung der Zählscheibe unter dem Einfluss der an den Klemmen der Parallelschaltung anliegenden Spannung und bei fehlendem Strom in der Reihenschaltung. selbstfahrend Um den Eigenantrieb zu verhindern, ist an der Scheibenachse ein Haken aus ferromagnetischem Material angebracht. Die Flaggenposition 11 wird durch Magnetströme magnetisiert, die ein kompensierendes Moment erzeugen und den Haken anziehen, wodurch der Eigenantrieb entfällt

34. Messung der Phasenverschiebung. Elektromechanische Phasenmesser. Oszillographische Methoden zur Messung der Phasenverschiebung.

Elektromechanische Phasenmesser, Mit elektrodynamischen und ferrodynamischen Verhältnismessern können Phasenmesser (sowohl anzeigend als auch aufzeichnend) konstruiert werden, die die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom in der Last und den Leistungsfaktor messen sollen.

Basierend auf elektrodynamischen Mechanismen ist es möglich, Phasenmesser zur Messung des cosφ in dreiphasigen Wechselstromkreisen zu konstruieren. Vom Funktionsprinzip her ähnelt es einem einphasigen Phasenmesser, die notwendigen Phasenverschiebungen zwischen den Strömen in den Wicklungen der Rahmen des beweglichen Teils des Geräts können jedoch einfacher durch 120-Grad-Verschiebungen zwischen den Spannungen erreicht werden und Strömungen Dreiphasenschaltung. Ein solches Gerät liefert korrekte Messwerte in einem Dreiphasenstromkreis mit symmetrischen Spannungen und Strömen. Bei einem asymmetrischen Drehstromkreis kann man nur von der Phasendifferenz zwischen Strom und Spannung in jeder Phase sprechen.

Oszillographische Methoden zur Phasenmessung. Bei der linearen Sweep-Methode wird ein Zweistrahl-Oszilloskop oder ein Einstrahl-Oszilloskop mit elektronischem Schalter verwendet. Dabei entsteht auf dem Bildschirm des Oszilloskops ein Bild zweier Spannungen, eine Phasenverschiebung zwischen denen Sie messen müssen. Wenn die Spannungen U1 und U2 anliegen Wenn der Y-Eingang des Oszilloskops über einen elektronischen Schalter versorgt wird, werden die Bilder durch gestrichelte Linien erzeugt.

Mit der Ellipsenmethode wird die Phasenverschiebung zwischen Sinusspannungen gemessen. Den Eingängen der Kanäle U und werden die Spannungen U1 und U2 zugeführt X (Kanal X Arbeitet im Signalverstärkungsmodus Und 2 ). Auf dem Bildschirm des Oszilloskops wird das Bild einer Ellipse erhalten

Mit der Ellipsenmethode können Sie messen innerhalb von 0-90°, ohne das Vorzeichen des Phasenwinkels zu bestimmen.

34. Frequenzmessung. Elektromechanische Frequenzmesser. Oszillographische Methoden zur Frequenzmessung.

Elektromechanische Frequenzmesser . Diese Instrumente werden zur Messung von Frequenzen im Bereich von 20–2500 Hz hauptsächlich in Energiekreisläufen eingesetzt und basieren auf elektromagnetischen und elektrodynamischen (ferrodynamischen) Mechanismen.

Elektrischer Schaltkreis eines elektrodynamischen Frequenzmessers basierend auf einem ratiometrischen Mechanismus und Vektordiagramm Die Ströme sind in Abb. dargestellt.

Lissajous-Figurenmethode. Mit dieser Methode wird die Frequenz sinusförmiger Spannungen gemessen. An einem der Eingänge (z. B. am Eingang von Kanal Y) wird eine Spannung angelegt.

Die Wirkleistung in einem einphasigen Stromkreis wird mit Einelement-Wattmetern gemessen. Die Erweiterung der Messbereiche in Wechselstromkreisen erfolgt durch Strom- und Spannungsmesswandler.

Leistungsmessung im Ein-Geräte-Verfahren. Bei der Einzelinstrumentenmethode wird die Leistung mit einem Einzelelement-Wattmeter gemessen. Die Methode wird bei der Leistungsmessung in einphasigen Stromkreisen und symmetrischen dreiphasigen Stromkreisen (die komplexen Widerstände der Phasen sind gleich) verwendet. In beiden Fällen ist die Spannungswicklung des Wattmeters an die Phasenspannung angeschlossen, und die Stromwicklung ist an den Drahtabschnitt einer beliebigen Phase angeschlossen. In Abb. Abbildung 11.8 zeigt den Anschluss eines Einelement-Wattmeters an einen einphasigen Wechselstromkreis. Vernachlässigung methodischer Fehler, notieren wir die Messwerte des Wattmeters:

P PW = UI cos j,

Wo U Und ICH– effektive Werte Lastspannung und -strom ; j =(Du, ich).

Der Wattmeterwert entspricht in diesem Fall der Leistung einer Phase. Um die Leistung des gesamten Drehstromkreises zu erhalten, ist es notwendig, den Wattmeterwert zu verdreifachen, d.h. P = 3P PW.

Das Einschalten der Festspule eines Wattmeters in Reihe mit der Last ist nur bei Lastströmen von 10-20 möglich A. Bei hohen Lastströmen wird die Festspule des Wattmeters über einen Stromwandler angeschlossen ( TA). Bei Messungen in Hochspannungskreisen (über 600 V). IN) Die Schwingspule des Wattmeters ist nicht direkt mit dem Messkreis verbunden, sondern über einen Spannungswandler ( Fernseher) und die stationäre Spule des Wattmeters - durch TA(unabhängig vom Laststromwert).

Der Wert der gemessenen Leistung ergibt sich aus der Wattmeteranzeige multipliziert mit dem Produkt der Übersetzungsverhältnisse Fernseher Und TA:

R x = R R W K U nom KI nom,

Wo R x – gemessener Wert der Wirkleistung im Lastkreis; R R W– Wattmeterablesung; KU nom, KI nom – nominale Übersetzungsverhältnisse bzw. Fernseher Und TA.

Der gemessene Leistungswert weicht vom tatsächlichen Wert ab

Fehler bei der Übertragung von Spannungs- und Stromwerten sowie Winkelfehler Transformer. Elektrodynamische Wattmeter werden als Mehrbereichsmessgeräte hergestellt. hohe Klassen Genauigkeit (0,1; 0,2) mit einem Bereich der gemessenen Leistungen von Zehnteln W bis zu 3 – 6 kW. Für grobe Messungen werden ferrodynamische Wattmeter als Panelgeräte eingesetzt.

Es ist zu beachten, dass die Wirkleistungsmessung mit Einzelelement-Wattmetern nur in der Laborpraxis durchgeführt wird. Für technische Messungen unter industriellen Bedingungen werden Zweielement-Wattmeter zur Messung der Wirkleistung in dreiphasigen Dreileiterstromkreisen und Dreielement-Wattmeter in Vierleiterstromkreisen verwendet.

Zur Leistungsmessung werden neben elektrodynamischen Wattmetern auch elektronische Gleichrichter-, thermoelektrische, digitale und andere Wattmeter eingesetzt.

Leistungsmessung mit der Zwei-Instrumenten-Methode. Mit der Zwei-Instrumenten-Methode wird die Leistung in einem Dreiphasen-Dreileiternetz mit zwei Einzelelement-Wattmetern gemessen. Die Methode liefert unabhängig vom Anschlussplan und der Art der Last korrekte Ergebnisse, sowohl bei Symmetrie als auch bei Asymmetrie von Strömen und Spannungen. Darüber hinaus wird die Zwei-Instrumenten-Methode verwendet, um die Elemente eines Zwei-Element-Wattmeters bei der Messung seiner Leistung in einem dreiphasigen Dreileiternetz einzubeziehen

In Abb. Abbildung 11.9 zeigt einen Schaltplan für den Anschluss zweier Einzelelement-Wattmeter. Typischerweise ist die Stromwicklung eines Wattmeters beispielsweise PW1, kommt in Phase A, und die aktuelle Wicklung eines anderen Wattmeters ist PW2 – in Phase MIT. Die Spannungswicklungen der Wattmeter sind eingeschaltet Netzspannungen wie in Abb. 11.9. Bei der Leistungsmessung mit der Zwei-Instrumenten-Methode allgemeine Macht Stromkreis ist gleich der algebraischen Summe der Wattmeter-Messwerte

P = P W 1 + P W 2 ,

Wo P W 1 =U A B I A cos j 1; P W 2 =U C B I C cos j 2, (j 1 - Phasenverschiebung zwischen Vektoren U A B Und Ich A; j2 – Phasenverschiebung zwischen Vektoren U C V Und Ich C). Oder

P W 1 = U L ICH L cos(30 o -j);

P W 2 = U L ICH L cos(30 o +j),

Wo J- Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom in einer Phase.

Die Leistung eines beliebigen 3-Phasen-Systems wird nach folgender Formel berechnet:

Somit die Summe der Wattmeter-Messwerte PW1 Und PW2 ist nichts anderes als die Leistung eines Drehstromkreises.

Leistungsmessung mit der Drei-Instrumenten-Methode. Die Drei-Instrumenten-Methode wird verwendet, wenn die Leistung in einem dreiphasigen Vierleiterstromkreis gemessen wird (unter Verwendung von drei Einzelelement-Wattmetern, die an jede Phase angeschlossen sind). Ebenso wie die Zwei-Geräte-Methode liefert die Drei-Geräte-Methode unabhängig vom Anschlussplan und der Art der Last korrekte Ergebnisse, sowohl bei Symmetrie als auch bei Asymmetrie von Strömen und Spannungen. Gemäß der Schaltung, die die Methode der drei Geräte implementiert, sind auch Elemente von dreiphasigen Wattmetern mit drei Elementen enthalten. Um die Leistung eines 3-Phasen-Vierleiterstromkreises zu ermitteln, ist es natürlich notwendig, die algebraische Summe aller Wattmeter zu bilden.

Das Wattmeter besteht aus zwei Spulen: einer festen, bestehend aus große Zahl Windungen aus dickem Draht und bewegliche 2, bestehend aus einer großen Anzahl von Windungen aus dünnem Draht. Beim Einschalten des Wattmeters fließt der Laststrom durch eine feste Spule, die in Reihe zum Stromkreis geschaltet ist, und die bewegliche Spule ist parallel zum Verbraucher geschaltet. Um den Stromverbrauch in der Parallelwicklung zu reduzieren und das Gewicht der beweglichen Spule zu reduzieren, ist ein zusätzlicher Widerstand 3 aus Manganin in Reihe geschaltet. Durch das Zusammenspiel der Magnetfelder der bewegten und stationären Spule entsteht ein Drehmoment, das proportional zu den Strömen beider Spulen ist:

Das heißt, das Drehmoment des Geräts ist proportional zur im Stromkreis verbrauchten Leistung.

Damit die Instrumentennadel von Null nach rechts abweicht, muss Strom in einer bestimmten Richtung durch die Spule geleitet werden.

Dazu werden die beiden Anschlüsse, die den Anfang der Wicklungen markieren, mit einem * gekennzeichnet und elektrisch verbunden. Die Wattmeter-Skala zeigt an Nennstrom Und Nennspannung Gerät. Wenn die Skala des Geräts beispielsweise 5 A und 150 V anzeigt, kann das Gerät Leistungen bis zu 750 W messen. Die Skalen einiger Wattmeter sind in Unterteilungen unterteilt. Wenn beispielsweise ein 5-A- und 150-V-Wattmeter 150 Teilungen hat, beträgt der Teilungswert bzw. die Wattmeterkonstante 750: 150 = 5 W/Teil.

Zur Leistungsmessung in Gleichstromkreisen werden neben elektrodynamischen Wattmetern auch ferrodynamische Systemwattmeter eingesetzt.

2. Einphasiger Wechselstrom. Beim Anschluss eines elektrodynamischen Wattmeters an einen Wechselstromkreis Magnetfelder Bewegliche und feste Spulen, die miteinander interagieren, bewirken eine Drehung der beweglichen Spule. Das Momentandrehmoment des beweglichen Teils des Geräts ist proportional zum Produkt der Momentanstromwerte in beiden Spulen des Geräts. Aufgrund schneller Stromänderungen kann das bewegliche System diesen Änderungen jedoch nicht folgen und das Drehmoment des Geräts ist proportional zur durchschnittlichen oder Wirkleistung. Daher durch den Drehwinkel des beweglichen Teils des Wattmeters , kann man die Menge der von der Schaltung verbrauchten Wirkleistung beurteilen.

Zur Messung der Wechselstromleistung werden auch Wattmeter mit Induktionssystem verwendet. In Abb. Abbildung 362 zeigt einen Schaltplan zum Anschluss eines Induktionswattmeters mit rotierendem Magnetfeld. Ein 1-1-Reihendraht, der aus einer kleinen Anzahl dicker Drahtwindungen besteht, befindet sich auf zwei gegenüberliegenden Polvorsprüngen und ist in Reihe mit dem Stromkreis verbunden. Auf zwei separaten Polvorsprüngen befindet sich eine Parallelwicklung von 2-2 Wattmetern, bestehend aus einer Vielzahl dünner Drahtwindungen. Die induktive Reaktanz 3 ist mit der Wicklung 2-2 in Reihe geschaltet und dient der Halbschwingung.

Der 90°-Verschiebungswinkel zwischen seiner Spannung und seinem Strom wird gemessen. Somit ergibt sich bei einer rein aktiven Last eine Verschiebung der Ströme in den Reihen- und Parallelwicklungen um 90° eine notwendige Bedingung ein rotierendes Magnetfeld erzeugen. Wenn das Gerät eingeschaltet ist, induziert dieses Feld, das den Aluminiumzylinder 4 durchquert, darin Wirbelströme, die in Wechselwirkung mit dem Feld ein Drehmoment erzeugen, das auf den beweglichen Teil des Geräts wirkt. Sein Drehwinkel ist bei jeder Last proportional zur vom Stromkreis verbrauchten Wirkleistung:

Ein schematisches Diagramm eines Induktionswattmeters mit Wanderfeld ist in Abb. dargestellt. 335.

Bei der Leistungsmessung mit einem Wattmeter in Niederspannungsnetzen mit hohe Ströme Es kommen Stromwandler zum Einsatz. Um die Potentialdifferenz zwischen den Wicklungen des Wattmeters zu verringern, sind die Primär- und Sekundärkreise des Stromwandlers vorhanden gemeinsamer Punkt. Sekundärwicklung Der Transformator ist nicht geerdet, da dies die Erdung einer Ader des Netzwerks bedeuten würde.

Um in diesem Fall die Leistung des Netzes P 1 zu bestimmen, müssen Sie den Messwert des Wattmeters P 2 mit dem Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers multiplizieren:

In Hochspannungsnetzen werden bei der Leistungsmessung Spannungs- und Strommesswandler eingesetzt (Abb. 363).

Wenn also beispielsweise ein Spannungswandler von 6000/100 V und ein Stromwandler von 150/5 A am Wattmeter installiert sind und das Wattmeter 80 W anzeigt, beträgt die Netzleistung:

Beim Einschalten von Wattmetern (Metern) durch die Messung

An diese Geräte müssen Transformatoren angeschlossen werden, damit die Ströme durch ihre Wicklungen in der gleichen Richtung fließen, als ob sie direkt an das Netzwerk angeschlossen wären.

Zusätzlich zum Wattmeter kann die Leistung von einphasigem Wechselstrom aus den Messwerten von drei Instrumenten bestimmt werden: einem Amperemeter, einem Voltmeter und einem Phasenmesser nach der Formel:

3. Dreiphasiger Wechselstrom. Bei gleichmäßiger Belastung Dreiphasensystem Um die Leistung zu messen, verwenden Sie ein einphasiges Wattmeter, das gemäß der in Abb. gezeigten Schaltung angeschlossen ist. 364 (a – für eine Sternverbindung; b – für eine Dreiecksverbindung). In diesem Fall fließt Strom durch die Reihenwicklung des Wattmeters Phasenstrom, und die Parallelwicklung ist an die Phasenspannung angeschlossen. Daher zeigt das Wattmeter die Leistung einer Phase an. Um die Leistung eines Dreiphasensystems zu erhalten, müssen Sie den Messwert eines Einphasen-Wattmeters mit drei multiplizieren.

Bei ungleichmäßiger Belastung in einem Vierleiternetz Drehstrom Zur Leistungsmessung wird ein Stromkreis aus drei Wattmetern verwendet (Abb. 365). Jedes einphasige Wattmeter misst die Leistung einer Phase. Um die Leistung eines Dreiphasensystems zu erhalten, ist es notwendig, die Summe der Messwerte von drei Wattmetern zu ermitteln.

Ein elektrodynamischer Wattmeter mit drei Elementen verfügt über drei bewegliche parallele Spulen, die auf einer mit dem Pfeil verbundenen Achse montiert sind, und das Gesamtdrehmoment, das sich aus der Addition der mechanischen Kräfte jeder Spule ergibt, ist proportional zur in der Dreiphase verbrauchten Leistung Netzwerk. In anderen Ausführungen befinden sich bewegliche Spulen darin verschiedene Orte, sind durch flexible Bänder miteinander verbunden und übertragen die Gesamtkraft auf die Achse mit dem Pfeil.

Es lässt sich die Wirkleistung eines Drehstromnetzes bei gleichmäßiger Belastung ermitteln

Verwendung von drei Instrumenten: einem Amperemeter, einem Voltmeter und einem Phasenmesser nach der Formel:

Die Leistung eines Dreileiter-Drehstromnetzes bei jeder Belastung (gleichmäßig oder ungleichmäßig), unabhängig von der Anschlussart des Verbrauchers (Stern oder Dreieck), kann mit einer Zwei-Wattmeter-Schaltung gemessen werden.

Nach dem ersten Kirchhoffschen Gesetz ist die Summe der Momentanstromwerte aller drei Phasen Null:

Die resultierende Gleichung zeigt, dass eines der Wattmeter eingeschaltet sein muss, damit der Strom der ersten Phase durch seine Stromspule fließt und die Spannungsspule unter der Spannungsdifferenz der ersten und zweiten Phase steht; Ein weiterer Wattmeter sollte eingeschaltet werden, sodass der Strom der dritten Phase durch seine Stromspule fließt und die Spannungsspule unter der Spannungsdifferenz zwischen der dritten und zweiten Phase liegt.

Durch Addition der Messwerte beider Wattmeter erhalten wir die Leistung aller drei Phasen.

In Abb. 366 zeigt drei Varianten der Schaltung von zwei Wattmetern.

Aus den Diagrammen auf fng. 366 ist ersichtlich, dass die Reihenwicklungen der Wattmeter mit zwei beliebigen linearen Drähten des Netzwerks verbunden sind. Die Anfänge der Parallelwicklungen jedes Wattmeters sind mit demselben Draht verbunden, in den auch die Reihenwicklung des Wattmeters geschaltet ist. Die Enden der Parallelwicklungen sind mit dem dritten Leitungsdraht verbunden.

Bei gleichmäßiger Wirklast (=1) sind die Wattmeterwerte einander gleich. Wenn der Wert nicht gleich eins ist, sind die Messwerte des Wattmeters nicht gleich. Wenn gleich = 0,5, zeigt eines der Wattmeter Null an. Bei weniger als 0,5 beginnt die Nadel dieses Geräts nach links abzuweichen. Um einen Messwert vom Gerät zu erhalten, müssen Sie die Enden seiner Reihen- oder Parallelwicklungen vertauschen.

Um die Wirkleistung eines Dreiphasensystems anhand der Messwerte von zwei Wattmetern zu messen, müssen Sie deren Messwerte addieren oder vom Messwert eines Wattmeters den Messwert eines anderen Wattmeters subtrahieren, der negativ war. Die Schaltung zur Leistungsmessung mit zwei Wattmetern unter Verwendung von Spannungs- und Strommesswandlern ist in Abb. dargestellt. 367.

In Hochspannungsnetzen wird ein dreiphasiges Wattmeter über Spannungs- und Strommesswandler eingeschaltet.

D.C. Aus der Gleichstromformel

Es ist ersichtlich, dass die Leistung durch Multiplikation der Amperemeter- und Voltmeterwerte ermittelt werden kann. In der Praxis werden Leistungsmessungen jedoch meist mit durchgeführt spezielle Geräte- Wattmeter. Das Wattmeter (Abb. 230) besteht aus zwei Spulen: fest 1, bestehend aus wenigen Windungen dicken Drahtes, und beweglich 2, bestehend aus vielen Windungen dünnen Drahtes. Beim Einschalten des Wattmeters fließt der Laststrom durch eine feste Spule, die in Reihe zum Stromkreis geschaltet ist, und die bewegliche Spule ist parallel zum Verbraucher geschaltet. Um den Stromverbrauch in der Parallelwicklung zu reduzieren und das Gewicht der beweglichen Spule zu reduzieren, ist ein zusätzlicher Widerstand 3 aus Manganin in Reihe geschaltet. Durch das Zusammenspiel der Magnetfelder der bewegten und stationären Spule entsteht ein Drehmoment, das proportional zu den Strömen beider Spulen ist:

M = c 1 I 1 I 2 .

Der Strom der Parallelwicklung I 2 ist bei konstantem Widerstand des Parallelkreises proportional zur Kreisspannung. Von hier

M = c 2 I 1 U = c 2 P,

Das heißt, das Drehmoment des Geräts ist proportional zur im Stromkreis verbrauchten Leistung.

Damit die Instrumentennadel von Null nach rechts abweicht, muss Strom in einer bestimmten Richtung durch die Spule geleitet werden.

Dazu werden die beiden Anschlüsse, die den Anfang der Wicklungen markieren, mit einem * gekennzeichnet und elektrisch verbunden. Die Skala des Wattmeters zeigt den Nennstrom und die Nennspannung des Geräts an. Wenn die Skala des Geräts beispielsweise 5 A und 150 V anzeigt, kann das Gerät eine Leistung von bis zu 750 Watt messen. Die Skalen einiger Wattmeter sind in Teilungen unterteilt. Wenn beispielsweise ein Wattmeter für 5 A und 150 V 150 Teilungen hat, beträgt der Teilungswert bzw. die Wattmeterkonstante 750:150 = 5 W/Teil. Zur Leistungsmessung in Gleichstromkreisen werden neben elektrodynamischen Wattmetern auch ferrodynamische Systemwattmeter eingesetzt.

Einphasiger Wechselstrom. Wenn ein elektrodynamisches Wattmeter an einen Wechselstromkreis angeschlossen wird, bewirken die gegenseitigen Wechselwirkungen der Magnetfelder der beweglichen und der festen Spule, dass sich die bewegliche Spule dreht. Der Momentanwert des Drehmoments des beweglichen Teils des Geräts ist proportional zum Produkt der Momentanwerte der Ströme in beiden Spulen des Geräts.

Das Drehmoment des Geräts ist proportional zur durchschnittlichen oder Wirkleistung P = U ⋅ I cos φ. Anhand des Drehwinkels des beweglichen Teils des Wattmeters kann man die Menge der vom Stromkreis verbrauchten Wirkleistung beurteilen.

Wattmeter mit ferrodynamischem System werden auch zur Messung der Wechselstromleistung verwendet.

Bei der Leistungsmessung mit einem Wattmeter in Niederspannungsnetzen mit hohen Strömen werden Stromwandler eingesetzt.

Um in diesem Fall die Leistung des Netzes P 1 zu bestimmen, müssen Sie den Messwert des Wattmeters P 2 mit dem Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers k T multiplizieren:

In Hochspannungsnetzen werden zur Leistungsmessung Spannungs- und Strommesswandler eingesetzt (Abb. 231). Um die Leistung des Netzes P 1 zu erhalten, müssen Sie den Messwert des Wattmeters P 2 mit dem Produkt der Übersetzungsverhältnisse der Spannungs- und Stromwandler multiplizieren:

P 1 = P 2 k n k T .

Wenn das Wattmeter beispielsweise über einen Spannungswandler von 6000/100 V und einen Stromwandler von 150/5 A angeschlossen ist und das Wattmeter 80 W anzeigt, beträgt die Netzleistung

P 1 = 80 ⋅ 6000 / 100 ⋅ 150 / 5 = 144000 W = 144 kW.

Beim Anschluss von Wattmetern (Zählern) über Messtransformatoren müssen diese Geräte so angeschlossen werden, dass die Ströme durch ihre Wicklungen in der gleichen Richtung fließen, als ob sie direkt an das Netzwerk angeschlossen wären.

Neben dem Wattmeter lässt sich die Leistung von einphasigem Wechselstrom anhand der Messwerte von drei Instrumenten bestimmen: Amperemeter, Voltmeter und Phasenmesser – nach der Formel

Dreiphasiger Wechselstrom. Bei symmetrische Belastung In einem dreiphasigen System wird zur Leistungsmessung ein einphasiger Wattmeter verwendet, der gemäß der in Abb. gezeigten Schaltung angeschlossen ist. 232 (a – für eine Sternverbindung; b – für eine Dreiecksverbindung). In diesem Fall fließt Phasenstrom durch die Reihenwicklung des Wattmeters und die Parallelwicklung ist an die Phasenspannung angeschlossen. Daher zeigt das Wattmeter die Leistung einer Phase an. Um die Leistung eines Dreiphasensystems zu erhalten, müssen Sie den Messwert eines Einphasen-Wattmeters mit drei multiplizieren.

Bei asymmetrischer Belastung in einem Vierleiter-Drehstromnetz wird zur Leistungsmessung ein Stromkreis aus drei Wattmetern verwendet (Abb. 233). Jedes einphasige Wattmeter misst die Leistung einer Phase. Um die Leistung eines Dreiphasensystems zu erhalten, ist es notwendig, die Summe der Messwerte von drei Wattmetern zu ermitteln.

Bei variabler Belastung ist es schwierig, gleichzeitige Messwerte von drei Wattmetern zu erhalten. Darüber hinaus nehmen drei einphasige Wattmeter viel Platz ein. Daher wird häufig ein Drei-Element-Dreiphasen-Wattmeter verwendet, bei dem es sich um eine Kombination von drei Einphasen-Wattmetern in einem Gerät handelt. Ein elektrodynamischer Wattmeter mit drei Elementen verfügt über drei bewegliche parallele Spulen, die auf einer mit dem Pfeil verbundenen Achse montiert sind, und das Gesamtdrehmoment, das sich aus der Addition der mechanischen Kräfte jeder Spule ergibt, ist proportional zur in der Dreiphase verbrauchten Leistung Netzwerk. Bei anderen Konstruktionen sind an unterschiedlichen Stellen befindliche Schwingspulen durch flexible Bänder miteinander verbunden und übertragen die Gesamtkraft auf die Pfeilachse.

Die Wirkleistung eines Drehstromnetzes bei gleichmäßiger Belastung lässt sich mit drei Instrumenten ermitteln: einem Amperemeter, einem Voltmeter und einem Phasenmesser – nach der Formel

P = √3 UI cos φ,

wobei U und I lineare Spannungen und Ströme sind;

φ - Verschiebungswinkel zwischen Phasenspannung und -strom.

Die Leistung eines Dreileiter-Drehstromnetzes bei jeder Belastung (gleichmäßig oder ungleichmäßig), unabhängig von der Anschlussart der Verbraucher (Stern oder Dreieck), kann mit einer Zwei-Wattmeter-Schaltung gemessen werden.

Nach dem ersten Kirchhoffschen Gesetz ist die Summe der Momentanstromwerte aller drei Phasen Null:

ich 1 + ich 2 + ich 3 = 0,

ich 2 = - ich 1 - ich 3 .

Momentanleistung Dreiphasensystem wird sein

p = i 1 u 1 + i 2 u 2 + i 3 u 3 ,

wobei u mit Indizes Momentanwerte der Phasenspannungen sind.

Wenn wir den Wert des Stroms i 2 in den letzten Ausdruck einsetzen, erhalten wir

p = i 1 u 1 - i 1 u 2 - i 3 u 2 + i 3 u 3,

p = i 1 (u 1 - u 2) + i 3 (u 3 - u 2).

Durch Addition der Messwerte beider Wattmeter erhalten wir die Leistung aller drei Phasen.

In Abb. 234, a - c zeigt drei Möglichkeiten für eine Schaltung von zwei Wattmetern.

Die Diagramme zeigen, dass die Reihenwicklungen von Wattmetern mit zwei beliebigen linearen Drähten des Netzwerks verbunden sind. Die Anfänge der Parallelwicklungen jedes Wattmeters sind mit demselben Draht verbunden, in den auch die Reihenwicklung des Wattmeters geschaltet ist. Die Enden der Parallelwicklungen sind mit dem dritten Leitungsdraht verbunden.

Bei symmetrischer Wirklast und cos φ = 1 sind die Wattmeterwerte gleich. Wenn der cos φ nicht gleich eins ist, sind die Wattmeter-Messwerte nicht gleich. Bei einem cos φ von 0,5 zeigt eines der Wattmeter Null an. Wenn der cos φ weniger als 0,5 beträgt, beginnt die Nadel dieses Geräts nach links abzuweichen. Um einen Messwert vom Gerät zu erhalten, müssen Sie die Enden seiner Reihen- oder Parallelwicklungen vertauschen.

Bequemer ist es, die Leistung mit einem Dreiphasen-Wattmeter zu messen, das zwei Geräte kombiniert, die nach der Zwei-Wattmeter-Schaltung verbunden sind und auf eine gemeinsame Achse wirken, mit der der Pfeil verbunden ist. In Geräten elektrodynamischer und ferrodynamischer Systeme rotieren zwei bewegliche Spulen, die sich auf derselben Achse befinden oder durch flexible Bänder verbunden sind, um eine Achse. Bei Geräten mit Induktionssystem drehen zwei Elemente zwei Scheiben, die auf derselben Achse sitzen, oder zwei Elemente wirken auf eine Scheibe. Der Anschlussplan für ein Zwei-Element-Dreiphasen-Wattmeter ist in Abb. dargestellt. 236.

In Hochspannungsnetzen wird ein dreiphasiges Wattmeter über Spannungs- und Strommesswandler eingeschaltet.