При симетричному трифазному навантаженні досить визначити потужність Росії, яка споживається в одній фа-зе, так як вимірювана потужність трифазного навантаження Р = ЗРФ. Найпростіші умови для такого виміру є, коли навантаження з'єднана зіркою з доступною нульовою точкою. У цих випадках ланцюг струму ватметра включається послідовно з однієї з фаз навантаження, а ланцюг напруги-ня ваттметра включається на напругу тієї фази, струм якої проходить через ватметр.
Схема вимірювання потужності.
Якщо нульова точка недоступна або навантаження з'єднана за схемою трикутника, застосовується штучна нульова точка.
Так називається нульова точка зірки, утвореної з опору ланцюга напруги ваттметраrn.вт і двох інших рівних йому додаткових опорів: rв іrc.
При пра-ном з'єднанні з штучної нульовою точкою ланцюг напруги ватметра знаходиться під фазною напругою і через ват-метр проходить фазний струм. В таких умовах ватметр вимірює фазну потужність Росії, і потужність трифазного навантаження знову визначається за допомогою множення показання ваттметра. Зазвичай завод-виготовлювач забезпечує ватметр штучної нульовою точкою для вимірювання в трифазних системах.
Схема трьох ватметрів.
Вимірювання потужності в трифазних трипровідних системах при несиметричного навантаження в більшості випадків виконуємо-ються за способом двох ватметрів. Своєрідною осо-бенностью цього способу є та обставина, що не тільки при несиметричною, але навіть при симетричній навантаженням-ке свідчення двох ватметрів в більшості випадків не рівні, а показання одного з ватметрів можуть стати негативними. Потужність трифазної системи в цьому випадку доводиться визна-ділячи як алгебраїчну суму показань двох ват-метрів.
Справедливість такого способу доводиться на підставі рівнянь миттєвої потужності, вираженої через миттєві значення напруг і струмів. Миттєва потужність будь-фа-зи дорівнює добутку миттєвих значень фазних напруги-ний і струму, а миттєва потужність трифазної системи дорівнює сумі миттєвих фазних потужностей. Наприклад, при з'єднань-ванні зіркою:
Але згідно з першим законом Кірхгофа при з'єднанні зіркою без нульового проводу:
Підставивши це значення в рівняння потужності, отримаємо:
Різниця фазних напруг дорівнює відповідному линів-ному напрузі:
Отже, потужність трифазної системи може бути виражена сумою двох творів. а ці два твори можуть бути виміряні двома ватметр, включеними у відповідності зі схемою методу.
Схема способу двох ватметрів.
Немає потреби особливо доводити справедливість способу двох ватметрів для з'єднання трикутником, так як при визна-лених значеннях лінійної напруги і струмів потужність не залежить від способу з'єднання навантаження.
Відзначимо своєрідну особливість способів двох ваттмет-рів: система лінійних напруг в нормальній послідовно-ності позначається іАВ. і НД. Іса, а в рівняння цього спо-соба входить напруга ІАС. Така перестановка індексів обо-значает, що по відношенню до першого ватметра потрібно змінити фазу напруги на 180 °. Для цього достатньо з'єднати «початок» (зажим зі знаком зірочки) ланцюга напруги першого ватметра з проводом А, а «кінець» цього ланцюга (зажим, у кото-рого зазначено номінальну напругу) з проводом С.
Розподіл потужності трифазної системи між показу-нями двох ватметрів залежить, головним чином, від величини і знака зсуву фаз. Простежимо цю залежність в найпростішому випадку при симетричному навантаженні. Якщо замість миттєвої мощ-ності в рівняння (101) підставити активну (середню) мощ-ність трифазної системи, то необхідно замінити миттєві значення напруги і струмів діючими і ввести в рівняння косинуси зрушень фаз між відповідними напруги-нями і струмами. Таким чином, рівняння потужності прийме наступний вигляд:
При симетричному навантаженні за величиною лінійні струми:
рівні між собою так само, як і лінійні напруги:
Векторна діаграма до способу двох ватметрів.
На побудована векторна діаграма трифазного сі-стеми, на якій вектор uAC побудований рівним за величиною і протилежною за направленіюіСА
На підставі цієї діаграми кут зсуву фаз між век-тораміuAC іiА і кут зсуву фаз ф2 між вектораміівс і Iв будуть відповідно ф1 = ф - 30 о і ф2 = ф + 30оС. Отже, показання двох ватметрів, складові потужність трифазної системи, виразяться наступним чином:
Цей вислів показує, що при симетричному навантаженні показання ватметрів рівні тільки при ф = 0. Якщо ж ф> 60 о. то стрілка другого ваттметра відхиляється за нуль шкали, а що-б відрахувати в таких умовах показання другого ваттметра, потрібно переключити (т. е. поміняти місцями в схемі) затискачі ланцюга напруги приладу. Часто для через трансформаційних змін фази струму на 180 ° в ланцюзі напря-вання в корпус ваттметра вбудовується спеціальний перемикач. Показання другого ваттметра після перемикання слід вважати негативними, і, що-б визначити потужність трифазної ус-тановки, потрібно ці свідчення вичитати зі свідчень першого ватметра.
Для вимірювання потужності в трифазних чотирипровідних системах найпростішим є спосіб трьох ватметрів. У кожен з лінійних проводів включається ланцюг струму одного з ватметрів, а ланцюг напруги кожного з ватметрів включається між відповідним лінійним проводом і нульовим проводом системи.
При такому з'єднанні кожен з ватметрів вимірює мощ-ність однієї фази системи. Отже, активна потужність всієї трифазної системи буде дорівнює простій сумі показань трьох ватметрів:
У промислових установках на розподільних щитах широко застосовуються ватметри трифазного струму. Вони являють собою два (для трехпроводной системи) або три (для чьотирьох системи) вимірювальних механізму, пов'язаних загальною віссю і таким шляхом впливають на загальну стрілку. Ці вимірювальні механізми включаються в трехфаз-ву ланцюг відповідно до способу двох ватметрів або способу трьох ватметрів.