Instrukcja do ćwiczenia nr 10:

POMIARY MOCY CZYNNEJ I BIERNEJ W UKŁADACH TRÓJFAZOWYCH.

1. Podstawowe pomiary sieci trójfazowej:

a) sprawdzenie symetrii sieci zasilającej poprzez pomiar wartości skutecznych napięć fazowych i przewodowych:

do pomiaru wartości skutecznej napięć fazowych służy zestaw trzech woltomierzy 0÷250 V, który należy podłączyć zgodnie z opisem do zacisków trójfazowej sieci zasilającej R, S, T, 0; wartości napięć przewodowych URS , UST , UTR wyznaczyć za pomocą miernika uniwersalnego UM-3, pracującego jako woltomierz na zakresie 600 V.

b) wyznaczenie kolejności faz:

każdy z trzech dostępnych wskaźników kolejności faz podłączyć zgodnie z opisem do zacisków sieci zasilającej; zaobserwować wskazania przyrządów przy podłączeniu niezgodnym z opisem zacisków sieci trójfazowej.

2. Pomiar jednym watomierzem mocy czynnej i biernej w sieci trójprzewodowej.

Rys.1 Schematy układów pomiarowych z jednym watomierzem w sieci trójprzewodowej:

a) pomiar mocy czynnej: P = 3×WW ( WW - wskazanie watomierza ); b) pomiar mocy biernej:
W.

Uwagi:

1) W celu ułatwienia wykonywania połączeń na stanowisku pomiarowym znajduje się pudełko ze zwielokrotnionymi zaciskami dla faz R, S, T.

2) Zestaw trzech woltomierzy, załączony na napięcia fazowe jak w pkt. 1a, służy do kontroli wartości napięć zasilających. Amperomierze A1, A2, A3 umożliwiają kontrolę wartości prądu obciążenia w każdej fazie. Tak włączone woltomierze i amperomierze spełniają funkcję przyrządów kontrolnych we wszystkich kolejnych układach pomiarowych, zestawianych w trakcie wykonywania ćwiczenia.

3) Cewkę prądową watomierza można włączyć w dowolną z trzech faz ( na rys. 1a zaproponowano wariant z fazą R  ). Początki cewek napięciowej i prądowej należy zewrzeć; koniec cewki napięciowej natomiast podłączony jest do układu sztucznego zera.

4) Układ sztucznego zera składa się z rezystancji wewnętrznej cewki napięciowej watomierza RW oraz dwóch dodatkowych oporników, podłączonych do faz S i T, o wartościach rezystancji spełniających warunek: RD1 = RD2 = RW.

5) Obciążenie w tym, jak i w kolejnych punktach ćwiczenia stanowią:

• odbiornik rezystancyjny - trzy sekcje żarówek ( każda składa się z dwóch żarówek 220V/75W  połączonych szeregowo ), umożliwiające uzyskanie odbiornika połączonego w trójkąt lub gwiazdę;

• odbiornik o charakterze pojemnościowym - odbiornik rezystancyjny z równolegle dołączoną baterią kondensatorów;

• odbiornik o charakterze indukcyjnym - silnik asynchroniczny: moc znamionowa
  P = 0.37 kW , cosϕ = 0.8.

Uwaga: Silnik nie ma wyprowadzonego punktu gwiazdowego. Czwarty przewód w kolorze żółto-zielonym stanowi przewód ochronny, który należy podłączyć do zacisku PE pięcioprzewodowej, trójfazowej sieci zasilającej.

6) Układ do pomiaru mocy biernej za pomocą jednego watomierza ( rys. 1b ) zestawiony został zgodnie z ogólną zasadą włączania watomierzy do pomiaru mocy biernej:

cewki napięciowe watomierzy należy włączyć na napięcia opóźnione w fazie o 90° w stosunku do napięć stosowanych przy pomiarze mocy czynnej.

3.  Układ Arona pomiaru mocy w sieciach trójfazowych trójprzewodowych:

a) specyfika układu Arona ( wychylenie watomierzy ) przy pomiarze mocy czynnej odbiornika o charakterze indukcyjnym oraz odbiornika o charakterze pojemnościowym;

b) kompensacja mocy biernej pobieranej przez silnik za pomocą dołączonej równolegle baterii kondensatorów;

c) włączenie cewek napięciowych watomierzy za pomocą przekładników napięciowych w układzie "V".

Rys. 2 Układ Arona do pomiaru mocy czynnej w sieciach trójprzewodowych: P = WW1 + WW2 , wraz z baterią kondensatorów do kompensacji mocy biernej.

Uwagi:

1) Na rys. 2 zaproponowano jeden z trzech równorzędnych wariantów układu Arona, którego ogólna zasada zestawiania polega na włączeniu cewek napięciowych w dwie dowolne fazy, zwarciu początków cewek napięciowej i prądowej danego watomierza oraz podłączeniu końców cewek napięciowych do trzeciej „wolnej” fazy.

2) W przypadku wychylenia się jednego z watomierzy w przeciwną stronę należy zmienić podłączenie jego zacisków prądowych, po uprzednim wyłączeniu zasilania (!), a w końcowej zależności na mierzoną moc czynną wskazanie watomierza traktować jako ujemne.

3) Kompensację mocy biernej pobieranej przez silnik należy przeprowadzić dołączając równolegle baterię kondensatorów. W trakcie wykonywania tego punktu ćwiczenia należy zwrócić uwagę na wskazania przyrządów przed i po kompensacji. Dodatkowo, poprzez zwarcie odpowiednich zacisków na płycie czołowej pudełka z baterią kondensatorów ( dwukrotne zwiększenie pojemności ) można zaobserwować zjawisko przekompensowania powodujące zmianę charakteru obciążenia.

4) Zastosowanie przekładników napięciowych połączonych w układzie "V" pozwala na użycie watomierzy nie posiadających zakresu napięciowego dostosowanego do włączania na napięcia przewodowe 380 V.

5) Odbiornik niesymetryczny można uzyskać poprzez odłączenie jednej lub dwóch sekcji żarówek.

4. Pomiar mocy biernej dwoma watomierzami w sieciach trójprzewodowych.

Uwagi:

1) Układ sztucznego zera w tym przypadku ( rys. 3 ) tworzą rezystancje cewek napięciowych watomierzy RW1 , RW2 oraz dodatkowy opornik o takiej samej wartości. rezystancji:
RD = RW1 = RW2 .

2) W układzie tym można również przeprowadzić weryfikację poprawności kompensacji mocy biernej przeprowadzonej w pkt. 3b: czy istotnie po dołączeniu baterii kondensatorów do silnika moc bierna pobierana z sieci będzie równa zero?

Rys. 3 Układ do pomiaru mocy biernej dwoma watomierzami w sieci trójprzewodowej: 
( WW1 + WW2 ).

5. Pomiar trzema watomierzami mocy czynnej i biernej ( cewki prądowe watomierzy     włączone bezpośrednio lub za pomocą przekładników prądowych ).

Rys. 4 Schematy układów pomiarowych z trzema watomierzami:

a) pomiar mocy czynnej: P = WW1 + WW2 + WW3 ; b) pomiar mocy biernej:

Uwagi:

1) Rys. 4a przedstawia schemat układu do pomiaru mocy czynnej za pomocą trzech watomierzy. Cewki prądowe watomierzy mogą być włączone bezpośrednio lub poprzez przekładniki prądowe, których użycie jest często niezbędne przy dużych wartościach prądów obciążenia.

2) Przy pomiarze mocy czynnej za pomocą trzech watomierzy w sieci trójprzewodowej układ sztucznego zera stanowią cewki napięciowe przyrządów połączone w gwiazdę, przy założeniu, że ich rezystancje są równe.

Spis przyrządów używanych w ćwiczeniu:

wskaźniki kolejności faz: elektroniczny, obrotowy oraz wskaźnik z neonówką

zestaw trzech woltomierzy elektromagnetycznych kl. 0.5, 0250 V

miernik uniwersalny UM-3a, magnetoelektryczny z prostownikiem, kl. 1.5

amperomierz elektromagnetyczny kl. 0.5, zakres 5 A ( 3 szt. )

watomierz elektrodynamiczny kl. 0.2 lub 0.5 ( 3 szt. )

przekładnik napięciowy 220,380,500/110,100 V/V ( 2 szt. )

przekładnik prądowy ( 3 szt. )

pudełko z dwoma opornikami dodatkowymi 20 k do układu sztucznego zera

bateria kondensatorów kompensacyjnych

trzy sekcje żarówek 2 220V/75W

silnik asynchroniczny 0.35 kW, cos = 0.8 ind.

pudełko ze zwielokrotnionymi zaciskami dla faz R, S, T

---