Измерение мощности.

В настоящее время необходимо измерять мощность и энергию постоянного тока; активную мощность и энергию переменного однофазного и трехфазного токов; реактивную мощность и энергию трехфазного переменного тока; мгновенное значение мощности, а также количество электричества в очень широких пределах.

Электрическая мощность определяется работой, совершаемой источником электромагнитного поля в единицу времени.

Активная (поглощаемая электрической цепью) мощность

P_а= UIcos φ = I²R = U²/R,

где U, I — действующие значения напряжения и тока; φ — угол сдвига фаз между ними. Реактивная мощность

P_р= UIsin φ = I²X

Полная мощность

P_п= UI = I²Z

Активная, реактивная и полная мощности связаны выражением

P= √ P_а ²+ P_р ²

Так, мощность измеряется в пределах 1 Вт... 10 ГВт (в цепях постоянного и однофазного переменного токов) с погрешностью ±(0, 01...0, 1) %, а при СВЧ ±(1...5) %; реактивная мощность — от единиц вар до Мвар с погрешностью ±(0, 1...0, 5) %.

Диапазон измерения электрической энергии определяется диапазонами измерения номинальных токов (1 нА...1О кА) и напряжений (1 мкВ... 1 MB),

погрешность измерения ±(0, 1...2, 5) %.

Измерение реактивной энергии представляет интерес только для промышленных трехфазных цепей.

Измерение мощности в цепях постоянного тока. При косвенном измерении мощности используют методы амперметра и вольтметра, а также компенсационного метода.

Метод амперметра и вольтметра. В этом случае приборы включаются по двум схемам (рис. 8.1).

Метод прост, надежен, экономичен, но обладает рядом существенных недостатков: необходимостью снимать показания по двум

Рис. 8.1. Схемы измерения мощности по показаниям вольтметра и ам-

перметра при различных сопротивлениях нагрузки:

а — малых; б — больших

приборам, необходимостью производить вычисления, невысокой точностью за счет суммирования погрешности приборов.

Мощность Р_х, вычисленная по показаниям приборов (см. рис. 8.1, а), имеет вид

Р_х = U_vI_A = U(I_y+ I_н) = UI_y + UI_н = P_y+ Р_н.

Она больше действительного значения мощности, расходуемой в нагрузке Р_н, на значение мощности потребления вольтметра P_v,

Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем больше входное сопротивление вольтметра и меньше сопротивление нагрузки.

Мощность Р_х, вычисленная по показаниям приборов (см. рис. 8.1, б), имеет вид

Р_х = U_vI_A = (U_A + U_H)I= U_AI+ U_НI = P_A + Р_н

Она больше действительного значения мощности потребления нагрузки на значение мощности потребления амперметром Р_н. Методическая погрешность тем меньше, чем меньше входное сопротивление амперметра и больше сопротивление нагрузки.

Компенсационный метод. Данный метод применяют тогда, когда требуется высокая точность измерения мощности. С помощью компенсатора поочередно измеряют ток нагрузки и падение напряжения на нагрузке. Измеряемая мощность определяется по формуле

Р = U_нI_н .