ГлавнаяКарта сайтаПечатьE-mail
КонтрАвт
Увлекая к успеху
Поиск продукции КонтрАвт
Поиск по сайту
Подписка
формаКаталог по почте
Оформите подписку и получайте по почте Каталог продукции и буклеты о Новинках


Измерительные преобразователи мощности нагрузки в однофазной сети

Измерительные преобразователи мощности нагрузки в однофазной сети НПСИ-МС1 находят широкое применение в задачах контроля электрических параметров в энергетических и технологических установках. Статье описываются особенности преобразователей НПСИ-МС1, выпускаемых НПФ «КонтрАвт».

Измерительные нормирующие преобразователи часто используются в задачах измерения электрических параметров. В журнале «ИСУП №3 за 2012 детально обсуждались  вопросы применения нормирующих преобразователей для измерения и преобразования действующих значений напряжения и тока сети,   в том числе, несинусоидальной формы, а также в случае плавающей частоты сети.

К числу важнейших параметров, характеризующих потребителей электроэнергии, является мощность. Если для цепей постоянного тока само понятие мощности является достаточно простым, то для цепей переменного тока картина становится несколько сложнее. В рассмотрение вводят три разных мощности: полную, активную и реактивную. Причиной тому является то обстоятельство, что в цепях переменного тока помимо активной нагрузки  начинают проявлять себя индуктивные и емкостные составляющие. Это приводит к тому, что между напряжением и током появляется разность фаз, а энергия не только выделяется на активной нагрузке, но может накапливаться и затем высвобождаться в емкостях и индуктивностях.

Дадим определение указанных мощностей и кратко рассмотрим их смысл.

Полная  мощность

Полная мощность S в однофазной цепи переменного тока образуется из двух составляющих:  активной мощности Р и реактивной мощности Q. Она  равна произведению действующего значения тока I  на действующее значение напряжения U  и измеряется в ВА - вольт-амперах (кВА – киловольт-амперах):

полная мощность формула

Практическое значение полной мощности определяется тем, что она характеризует фактические нагрузки на элементы электрической цепи: провода, коммутационные элементы, трансформаторы, линии электропередачи и т.п. Эти нагрузки задаются протекающими токами, а не фактически использованной потребителем электроэнергией.

Для измерения полной мощности измеряют действующие значения напряжения и тока, а затем их перемножают.

Есть очень важное обстоятельство, которое необходимо учитывать при выборе оборудования для измерения мощности. Дело в том, что на практике сигналы тока и  напряжения могут сильно  отличаться от  правильной синусоидальной формы. Это значит, что, выбирая измерительный прибор для измерения действующих значений напряжения и тока, следует выяснить, является ли сигнал синусоидальным или нет, и какой метод измерения действующего значения  реализует измерительный прибор.

В реальных условиях вследствие использования нелинейной нагрузки потребителем, в результате процесса передачи и преобразования электроэнергии и ряда других факторов, форма напряжения и тока отличается от синусоидальной формы. Процентное увеличение доли нелинейных, несимметричных, импульсных нагрузок потребителя (персональные компьютеры, приводы с регулируемой скоростью, сварочные инверторы, осветительное оборудование, выпрямительные агрегаты и др.) с каждым годом всё больше растёт. Применение цифровых методов измерения  и обработки сигналов, позволяет проводить измерение действующих значений более точно и для сигналов несинусоидальной формы.

Активная мощность

В цепях однофазного синусоидального тока

активная мощность формула

φ — угол сдвига фаз между током и напряжением. Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Активная мощность характеризует необратимые превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи. Единица измерения активной мощности  - Ватт.

Если угол φ равен 0 и cos φ =1, то в цепи присутствует чисто активная нагрузка, полная мощность совпадает с активной  и вся электрическая энергия превращается в нагрузке в другие виды энергии. Наличие реактивных элементов, уменьшает значение cos j , и соответственно, долю активной мощности в полной мощности. Показатель cos φ называют коэффициентом мощности. 

Реактивная мощность

Реактивная мощность характеризует нагрузки, имеющие реактивный характер – индуктивный или емкостной. При таких видах нагрузки угол  между напряжением и током не равен нулю и появляется реактивная составляющая мощности:

 Особенность реактивных элементов нагрузки в цепях переменного тока заключается в том, что они периодически преобразуют электрическую энергию переменного тока в энергию электрического или магнитного поля ( в зависимости от вида нагрузки) и обратно, то есть потребления энергии как таковой нет. Но, несмотря на то,  что фактического потребления энергии в реактивностях нет, реактивный характер нагрузки проявляет себя негативно. В частности, токи, протекая от источника в реактивность и обратно, разогревают подводящие провода, тем самым создавая непродуктивные потери. Именно поэтому расчет проводов и других элементов устройств переменного тока производят, исходя из полной мощности S, которая учитывает активную и реактивную мощности. В связи с этим необходимо следить за значением коэффициента мощности  cos φ и предпринимать меры по его увеличению до 1.

 

Характеристики преобразователей мощности

Рассмотрим измерительный преобразователь мощности НПСИ-МС1, выпускаемый Научно-производственной фирмой «КонтрАвт» (см. рис. 1).

НПСИ-МС1

 

Рис. 1. Внешний вид измерительного преобразователя мощности НПСИ-МС1, выпускаемого НПФ «КонтрАвт»

 

Измерительные преобразователи характеризуются типами и диапазонами входных и выходных сигналов.

В преобразователях НПСИ-МС1  выбор входных и выходных сигналов программируется пользователем. Устанавливаются не только диапазоны преобразования, но и типы измеряемого параметра (различные виды мощности, коэффициент мощности, ток и напряжение).

Типы и диапазоны преобразования измеряемых параметров приведены в табл. 1.

 

Таблица 1. Типы и диапазоны измеряемых параметров преобразователя НПСИ-МС1

 

Тип входного сигнала

Диапазон преобразования

Пределы основной погрешности (%)

Действующее значение полной мощности нагрузки постоянного и переменного тока

 

(0…2250) В∙A

 

± 0,5 %

Значение активной мощности нагрузки промышленной сети (50 Гц)

 

(0…2250) Вт

 

± 0,5 %

Значение реактивной мощности нагрузки промышленной сети (50 Гц)

 

(0…2250) вар

± 0,5 %

Значение коэффициента мощности нагрузки промышленной сети (50 Гц) (cos φ)

 

(0…1)

± 0,5 %

Действующее значение напряжения постоянного и переменного тока

(0…150) В

(0…300) В

(0…450) В

± 0,5 %

Действующее значение силы постоянного и переменного тока

(0…1) A

(0…5) A

± 0,5 %

Для мощности в таблице указаны максимальные значения, которые соответствуют максимальным диапазонам измерения напряжения (0…450 В) и тока (0…5 А). Преобразователь можно настроить и на меньшие диапазоны, задавая соответствующие диапазоны измерения напряжения и тока. Например, выбирая диапазон напряжения 0…150 В и тока 0…1 А, получим диапазон полной мощности 0…150 ВА.

Особенность измерительных  преобразователей НПСИ-МС1 заключается в том, что наряду с переменным напряжением и током они могут измерять и преобразовывать постоянные напряжения и  ток. С учетом физического смысла действующего значения, измеренное действующее значение постоянного сигнала будет равно уровню самого постоянного сигнала,  а полная мощность будет равна активной.

Указанные диапазоны измерения приведены для случая прямого включения преобразователя в цепь, как это показано на рис. 2. Однако, фактический диапазон измерения в цепях переменного тока можно увеличить, применяя  трансформаторы напряжения и тока. Возможна и комбинированная схема прямого и трансформаторного подключения.

Подключение входных сигналов при измерении мощности с использованием трансформаторов  с прямым подключением к нагрузке

Рис.2.  Подключение входных сигналов при измерении мощности и коэффициента мощности с использованием измерительных трансформаторов и с прямым подключением к нагрузке

 

Тип выходного сигнала (ток или напряжение),  а также их диапазон также программируются пользователем (см. табл. 2)

 

Таблица 2. Типы и диапазоны выходных сигналов преобразователя НПСИ-МС1

Типы и диапазоны постоянного выходного сигнала (программируется пользователем)

Постоянный ток

Постоянное напряжение

0…5 мА

0…20 мА

4…20 мА

0…1 В

0…2,5 В

0…5 В

0…10 В

Преобразователи НПСИ-МС1 обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных сигналов. Напряжение изоляции составляет 1500 В.

Основная погрешность измерения мощности, коэффициента мощности, действующих значений напряжения и тока в сети частотой 50 Гц и их преобразования в постоянные унифицированные сигналы тока и напряжения составляет 0,5 %. Частота выборки в преобразователе равна 5 кГц, это позволяет измерять с указанной точностью синусоидальные сигналы вплоть до частот 400 Гц (на частоте 1 кГц погрешность составляет 1 %). Преобразователь можно использовать и для измерения мощности и действующих значений напряжения и тока несинусоидальной формы, например, в цепях с симисторными коммутаторами. В этом случае может появиться дополнительная погрешность за счет ошибок измерения гармоник свыше 400 Гц. Вклад этих гармоник в общую погрешность следует оценивать с учетом их доли в сигнал.

На измерительные преобразователи НПС-МС1 можно возложить и функцию контроля за уровнем электрических параметров. Контроль обеспечивается сигнализацией по уровню параметра. Преобразователи НПСИ-МС1 выпускаются как с функцией сигнализации, так и без нее. В модификациях с сигнализацией выполняемая функция выбирается пользователем из четырех возможных вариантов:

  • Функция 1. Сигнализация срабатывает, если сигнал больше заданного уровня;
  • Функция 2. Сигнализация срабатывает, если сигнал меньше заданного уровня;
  • Функция 3. Сигнализация срабатывает, если сигнал больше заданного уровня, и фиксируется в этом состоянии до сброса пользователем;
  • Функция 4. Сигнализация срабатывает, если сигнал меньше заданного уровня, и фиксируется в этом состоянии до сброса пользователем.

 

Диаграмма работы  сигнализации «превышение»  без защелки

Рис.3. Диаграмма работы  сигнализации «превышение»  без защелки

 

Диаграмма работы  сигнализации «превышение»  c защелкой

 

Рис.4. Диаграмма работы  сигнализации «превышение»  с  защелкой

 

Действие сигнализации для функций 1 и 3 иллюстрируют рис. 3, 4. Функции 3 и 4 представляют собой сигнализацию с защелкой. Сбросить его может пользователь только с передней панели преобразователя. Даже временное отключение питания не может сбросить защелку – после возобновления питания сигнализация будет включена. Таким образом, сигнализация с защелкой позволяет зафиксировать факт аварийной ситуации, а необходимость выполнения процедуры сброса с панели гарантирует, что обслуживающий персонал обнаружит аварийную ситуацию  и предпримет действия, предусмотренные технологическим регламентом.

Помимо выполнения функций сигнализации, преобразователи обнаруживают аварийные ситуации, которые могут возникнуть в системе: обрыв линий связи входных, обрыв выходных сигналов (только для 4…20 мА), выход сигналов за допустимый диапазон, целостность параметров в энергонезависимой памяти. При обнаружении аварийных ситуаций (не путать с работой сигнализации) на преобразователе зажигается индикатор АВАРИЯ, на дисплее отображается код аварийной ситуации, а выходной ток принимает значение, которое при конфигурировании задает пользователь – низкий или высокий аварийный уровень. Измерительные системы, принимающие сигналы преобразователей,  регистрируют эти аварийные уровни, и следовательно, обнаруживают аварийные ситуации.

Питание преобразователей НПСИ-МС1 в зависимости от модификации производится либо от сети переменного напряжения 220 В (допустимый диапазон рабочих напряжений 85…265 В), либо от постоянного напряжения 24 В (допустимый диапазон рабочих напряжений 10…42 В).

Конструктивно преобразователи НПСИ-МС1 выполнены в корпусе с габаритными размерами (D´H´W) 115 ´ 110 ´ 22,5 мм, который обеспечивает монтаж на DIN-рельс 35 мм  по стандарту EN 50 022.

Настройка преобразователя (конфигурирование) осуществляется пользователем с передней панели с помощью кнопок с контролем по цифровому  двухразрядному дисплею (см. рис. 4). На цифровом дисплее отображается уровень сигнала в процентах от диапазона. Уровень сигнала наглядно показывает и линейный бар-граф.

Органы индикации и управления на передней панели преобразователя НПСИ-МС1

 

Рис. 5. Органы индикации и управления на передней панели преобразователя НПСИ-МС1

Для удобства монтажа и обслуживания  подключение  внешних соединений производится с помощью разъемных клеммных соединителей (см. рис. 5).

 

Подключение внешних линий с помощью разъемных клеммных соединителей

Рис.6. Подключение внешних линий с помощью разъемных клеммных соединителей

Нормирующие преобразователи НПСИ-МС1, выпускаемые НПФ «КонтрАвт», рассчитаны на эксплуатацию при температуре от -40 до +70 оС и относительной влажности 95%.

Преобразователи предоставляются в опытную эксплуатацию, поэтому  пользователь имеет возможность опробовать преобразователи в работе,  оценить их характеристики и принять обоснованное решение об их применении.

 

Д.В. Громов, технический директор,

Желтухин А.А., начальник сектора

ООО НПФ «КонтрАвт», Нижний Новгород

тел./факс: (831) 260-13-08

e-mail: sales@contravt.ru

www.contravt.ru




Copyright © 2003-2016 КонтрАвт
Телефон: +7 (831) 260-13-08 (многоканальный)
Почта: sales@contravt.ru



Powered by TreeGraph (Graphit Ltd.)