9.2.Gücün, enerjinin və elektrik yükünün miqdarının
ölçülməsi
Ümumi məlumatlar. Müasir dövrdə sabit cərəyanın
gücünün və enerjisinin, birfazalı və üçfazalı dəyişən cərəyan
dövrələrində aktiv gücün və enerjinin, üç fazalı dəyişən
cərəyanın reaktiv gücünün və enerjisinin, eləcə də elektrik
yükünün miqdarının çox geniş diapazondakı qiymətlərinin
ölçülməsi tələb olunur. Belə ki, çox vaxt sabit və birfazalı
cərəyanın gücü 10
-18
...10
-10
vatt diapazonuna daxil olan
qiymətlərini ölçmək lazım gəlir. Burada verilən aşağı hədd
radiotexniki
qurğuların
yüksək
tezlikli
dəyişən
cərəyanlarının gücünə uyğun gəlir. Müxtəlif tezlik
diapazonlarında sabit və dəyişən cərəyanın gücünün
ölçülməsinin dəqiqliyinə aid tələblər müxtəlifdir. Birfazalı
və üçfazalı, sənayedə istifadə olunan tezliklərə malik sabit
və dəyişən cərəyanlarda ölçmə xətası ± (0.01 .... 0.1)%
arasında olmalıdır; ifrat yüksək tezliklərdə xəta ± (1...5)%-
dən çox ola bilər.
Reaktiv gücün ölçülməsi ancaq üçfazalı cərəyandan
istifadə edən iri elektrik enerjisi istehsalçıları üçün praktik
ə
həmiyyət daşıyır. Üçfazalı dəyişən cərəyanın reaktiv
gücünün ölçülməsində aşağı hədd bir neçə “vara” (var –
reaktiv volt-amper), yuxarı hədd isə təxminən 10
6
vara
bərabərdir. Reaktiv gücün ölçülməsində xəta ± (0.01 ....
0.5)% arasında olmalıdır.
Elektrik enerjisinin ölçmə diapazonu nominal
(maksimal) cərəyanın və gərginliyin dəyişmə diapazonu ilə
müəyyən olunur. Müxtəlif elektrotexniki qurğular tərəfindən
işlədilən
enerjinin
ölçülməsində
cərəyanın
ölçmə
diapazonunun aşağı həddi 10
-6
A, gərginliyin ölçmə
diapazonunun aşağı həddi isə təxminən 10
-6
voltdur. Lakin
enerjinin belə kiçik qiymətlərini bilavasitə ölçən cihazlar
yoxdur və burada dolayı ölçmə üsullarından istifadə olunur
(məsələn, güc və vaxtın müəyyən olunması).
304
Cərəyanın ölçmə diapazonunun yuxarı həddi 10
4
A,
gərginliyin ölçmə diapazonunun yuxarı həddi isə 10
6
vatta
çatır. Burada enerjinin ölçülməsində yolverilən xəta ± (0.01
.... 2.5)% arasında olmalıdır.
Reaktiv enerjinin ölçülməsi ancaq sənayedə istifadə
olunan üçfazalı dövrələr üçün aktualdır. Buna görə də bu
dövrələrdə cərəyanın ölçmə diapazonunun aşağı həddi 1 A,
gərginliyin ölçmə diapazonunun aşağı həddi isə 100 volt
səviyyəsində qərarlaşır. Enerjinin bilavasitə ölçülməsində
cərəyan ölçmələrinin yuxarı həddi 50 A, gərginliyin ölçmə
diapazonunun yuxarı həddi isə 380 volta bərabərdir. Burada
reaktiv enerjinin ölçülməsində yolverilən xəta ± (1 .... 2.5)%
arasında olmalıdır.
Elektrik yükünün miqdarı da çox geniş ölçmə
diapazonu tələb edir: Qısa müddətli cərəyan impulslarındakı
yükün miqdarından (bir neçə millikulon) uzun müddət
ə
rzində axan elektrik yükünün miqdarlarına qədər (10
11
kulon). Elektrik yükünün miqdarının ölçülməsində
yolverilən xəta ± (0.1 .... 5)% arasında olmalıdır.
Birfazalı sabit və dəyişən cərəyan dövrələrində
gücün və enerjinin ölçülmə si. Birfazalı sabit və dəyişən
cərəyan dövrələrində gücün ölçülməsi üçün elektrodinamik
və ferrodinamik vattmetrlərdən istifadə olunur.
Sənayedə istifadə olunan, eləcə də yüksək tezlikli
(5 000 hersə qədər) birfazalı sabit və dəyişən cərəyan
dövrələrində gücün dəqiq ölçülməsi üçün 0.1 .... 0.5 dəqiqlik
sinfinə malik portativ elektrodinamik vattmetrlər istehsal
olunur.
İ
stehsal şəraitində, sənaye üçün nəzərdə tutulmuş və
ya daha yüksək sabit tezlikli (400, 500 Hz) dəyişən cərəyan
dövrələrində gücün ölçülməsi üçün 1.5 .... 2.5 dəqiqlik
sinfinə malik lövhəli ferrodinamik vattmetrlərdən istifadə
olunur.
Yüksək tezliklərdə zəif güclər elektrometrlərlə ölçülə
bilər.
305
Cərəyan və gərginliyin böyük qiymətlərinin
ölçülməsi üçün vattmetrlər adətən ölçü transformatorları
vasitəsi ilə dövrəyə qoşulur.
Sabit və birfazalı dəyişən cərəyan dolayı üsullarla da
ölçülə bilər. Sabit cərəyanın gücü iki cihazla ampermetr və
voltmetrlə, birfazalı dəyişən cərəyanın gücü isə üç cihazla:
ampermetr, voltmetr və fazaölçənlə (və ya güc əmsalını
ölçən cihazla) müəyyənləşdirilir. Cihazların müxtəlif
qoşulma sxemləri müxtəlif metodik ölçmə xətaları verir. Bu
fərqlər cihazların elektrik müqavimətlərinin onların dövrəyə
təsir yükünə nisbətinin müxtəlifliyi ilə izah olunur. Dolayı
üsulla aparılan ölçmələrdə eyni anda iki və ya da üç cihazın
göstəriciləri üzrə hesablamalar aparılır. Belə hallarda
cihazların xətaları toplanır və yekun xəta daha çox olur.
Məsələn, birfazalı dəyişən cərəyanın gücünün bilavasitə
ölçülməsində ən kiçik xəta ± 0.1% olarkən, dolayı
ölçmələrdə sadəcə güc əmsalının ölçülməsi ən az ± 0.5%
xəta verir və nəticə etibarı ilə ümumi xəta ± 0.5% - dən çox
olur.
Dəyişən cərəyanın gücünü, xüsusilə də ferromaqnit
materiallarda baş verən histerezis itkisini ölçmək üçün
bəzən elektron osilloqraflardan istifadə olunur. Bir fazalı
dəyişən cərəyanın enerjisi induksiya sayğacları vasitəsi ilə
ölçülür.
Elektrik enerjisi mütəhərrik tərkib hissələri olmayan
elektron elektrik enerjisi sayğacları ilə də ölçülə bilər. Bu
sayğaclar daha yaxşı metroloji göstəricilərə malik olmaqla
yanaşı, daha etibarlıdır və elektrik enerjisinin ölçülməsində
böyük perspektivi olan cihazlar hesab edilir.
Birfazalı dəyişən cərəyan dövrələrində reaktiv güc və
enerji ancaq laboratoriya şəraitində ölçülür. Burada reaktiv
güc
ϕ
sin
UI
P =
olaraq qəbul edilir. Bir fazalı dövrənin
reaktiv gücü üç cihazdan eyni anda istifadə edərək (dolayı
üsul) və ya dövrənin cərəyan vektoru ilə gərginliyinin
arasında 90
0
faza sürüşməsinə nail olmaq üçün daha
306
mürəkkəb paralel dövrə sxemi olan xüsusi vattmetrlər
vasitəsi ilə ölçülə bilər.
Üçfazalı dövrə lə rdə aktiv gücün və enerjinin
ölçülmə si. Məlum olduğu kimi, üçfazalı sistemdə yükün
xarakterindən və birləşmə sxemindən (ulduz ya da üçbucaq)
asılı olmayaraq, aktiv gücün ani qiyməti hər üç fazanın ani
aktiv güclərinin cəminə bərabərdir:
3
2
1
P
P
P
P
+
+
=
Aktiv güc P və ∆t müddətində sərf olunan enerji W
aşağıdakı kimi təyinn olunur:
,
cos
cos
cos
;
cos
cos
cos
1
3
3
3
0
2
2
2
0
0
1
1
1
0
3
3
3
2
2
1
1
1
3
2
1
0
dt
I
U
dt
I
U
dt
I
U
Pdt
W
I
U
I
I
U
P
P
P
pdt
T
P
f
f
f
f
f
T
f
f
f
f
T
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
∫
∫
∫
∫
∫
∆Τ
∆Τ
∆Τ
∆
+
+
=
=
+
+
=
+
+
=
=
(9.1)
burada T dəyişən gərginliyin ölçüldüyü vaxt intervalını,
if
U
,
if
I
isə fazaların gərginliyini və cərəyan şiddətini,
1
cos
ϕ
isə yüklənən fazalarda cərəyan şiddəti ilə gərginlik
arasındakı faza sürüşməsi bucağının kosinusunu göstərir.
Hər üçfaza və məftildə gərginliyin, cərəyanın və
faza sürüşməsi bucaqlarının bərabər olduğu simmetrik
üçfazalı sistemdə yuxarıdakı tənlik aşağıdakı şəkildə olur:
,
cos
3
cos
3
;
cos
3
cos
3
∫
∫
∆
Ο
∆
Ο
=
=
=
=
t
x
x
t
f
f
x
x
f
f
t
d
I
U
t
d
I
U
W
I
U
I
U
P
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
(9.2)
307
burada
x
U
və
x
I
məftildəki gərginlik və cərəyanı,
ϕ
cos
isə
məftildəki cərəyan şiddəti ilə gərginlik arasındakı faza
sürüşməsi bucağının kosinusunu göstərir.
Yükün ulduz sxemi üzrə qoşulduğu dövrələrdə ani
güc
C
CN
B
BN
A
AN
i
u
i
u
i
u
P
+
+
=
düsturu ilə hesablanır. Burada
AN
u
,
BN
u
və
CN
u
fazaların gərginlyinin ani qiymətlərini,
A
i
,
B
i
və
C
i
isə fazaların cərəyan şiddətinin ani qiymətlərini
göstərir.
0
=
+
+
C
B
A
i
i
i
;
CN
BN
BC
u
u
u
−
=
;
AN
CN
CA
u
u
u
−
=
və
BN
AN
AB
u
u
u
−
=
olduğunu nəzərə alaraq, üçfazalı
sistemin gücünün ani qiymətinin tənliyini üç şəkildə
göstərmək olar:
B
BC
A
AC
i
u
i
u
P
+
=
,
C
CB
A
AB
i
u
i
u
P
+
=
və
C
CA
B
BA
i
u
i
u
P
+
=
.
Yükün ulduz sxemi üzrə qoşulduğu dövrələrdə də
eyni nəticəyə gəlmək mümkündür. Ani qiymətlərdən orta
qiymətlərə keçərək aktiv gücü aşağıdakı kimi ifadə etmək
olar:
;
cos
cos
;
cos
cos
;
cos
cos
6
5
4
3
2
1
β
β
β
β
β
β
C
CA
B
bA
C
C
A
Ab
B
BC
A
AC
I
U
I
U
P
I
B
U
I
U
P
I
U
I
U
P
+
=
+
=
+
=
(9.3)
burada
AC
U
,
Ab
U
,
bA
U
,
BC
U
,
CA
U
,
B
U
C
,
A
I
,
B
I
və
C
I
məftillərdəki gərginlik və cərəyanın effektiv qiymətlərini,
1
β
....
6
β
isə müvafiq cərəyan və gərginliklər arasındakı
faza sürüşməsini göstərir.
9.1 – 9.3 tənliklərindən görünür ki, gücün və dolayı
üsulla üçfazalı sistemin enerjisinin ölçülməsi üçün bir
cihazdan, eləcə də eyni anda iki və üç cihazdan istifadə
oluna bilər. Bir cihazdan istifadə olunan ölçmə metodu 9.2
tənliyinə əsaslanır və həmin metod simmetrik üçfazalı
308
sistemlərə tətbiq edilir. Cərəyanın, gərginliyin və faza
sürüşmələrinin qiymətlərinin sabit olmadığı asimmetrik
sistemlərdə iki ölçmü cihazından eyni anda istifadə olunur
və hesablamalar 9.3 tənliyi əsasında aparılır.
Nəhayət, ən ümumi hallarda, o cümlədən dörd
məftilli asimmetrik sistemlərdə 9.1 tənliyi əsas götürülməklə
eyni anda üç ölçmə cihazından istifadə olunan metod tətbiq
edilir.
Elektrik miqdarının ölçülməsi. Elektrik yükünün
ölçülməsi
üçün
ballistik
qalvanometrlərdən,
kulonmetrlərdən və amper – saat sayğaclarından istifadə
olunur. Bu cihazlar cərəyanı ölçülən dövrəyə bilavasitə və
ya şunt vasitəsi ilə ardıcıl qoşulur.
Ballistik qalvanometrlər yükün miqdarının az
olduğu, yükün qısa müddət ərzində axdığı hallarda tətbiq
edilir. Ballistik qalvanometrlərlə aparılan elektrik yükü
ölçmələrinin xətası qalvanometrin makarasından cərəyan
impulsunun keçmə vaxtının makaranın, sərbəst ucunun
titrəyişlərinin dövrünə nisbətindən çox asılıdır və ±
(5....10)%-ə bərabər ola bilər.
Kulonmetrlərdən dövrədən 0.05 – 2 saniyə ərzində
keçən cərəyan şiddətinin amplitudasının 20 .... 200 mA
intervalında olduğu cərəyan impulslarındakı elektrik
yükünün
miqdarının
ölçülməsində
istifadə
olunur.
Kulonmetrlə aparılan ölçmələrin gətirilmiş xətaları ±5%-i
keçmir. Kulonmetrdən istifadənin fərqləndirici cəhəti
ölçülən cərəyanın impulsunun amplitudasının sabit olması
şə
rtidir, yəni onların tətbiqi düzbucaqlı impulslardakı
elektrik yükünün miqdarının ölçülməsi ilə məhdudlaşır.
Amper – saat sayğacları uzun müddət ərzində axan
elektrik yüklərinin miqdarını ölçmək üçün istifadə olunur.
Məsələn, bu sayğaclarla akkumulyatorların yükləndiyi
dövrələrdə, elektroliz sexlərində elektrik yükünün miqdarı
ölçülür. Elektron amper – saat sayğacları ilə aparılan
ölçmələrin gətirilmiş xətası ± 1%-dən çox olmadığı halda,
309
elektrolitik amper – saat sayğaclarında bu rəqəm ± (2....4)
%-ə çata bilər.
9.3. Tezliyin, fazanın, vaxt intervallarının ölçülməsi.
Elektrik siqnallarının spektrinin analizi.
Ümumi mə lumatlar. Elmi tədqiqatlarda və
istehsalat praktikasında tez – tez sənaye tezlikləri olan
dövrələrdə və tezliklərin, vaxt intervallarının, eləcə də
cərəyanla gərginlik arasındakı, istənilən eyni tezlikli dövri
gərginliklər arasındakı faza sürüşmələrinin ölçülməsi lazım
olur. Elektrik siqnallarının spektrinin analizi də xüsusi
ə
həmiyyət kəsb edir (xüsusilə də elmi tədqiqatlarda).
Elm və texnikanın müxtəlif sahələrində istifadə
olunan dövri siqnalların tezlikləri çox geniş diapazonda
olur: bir hersin onda birindən onlarla qiqa-herslərə qədər.
Elektromaqnit rəqslərin tezlik spektri iki yarım diapazona
bölünür: aşağı və yüksək tezliklər. Aşağı tezliklərə infrasəs
tezlikləri (20 Hersdən az), səs tezlikləri (20 .... 20 000 Hz)
və ultrasəs tezlikləri (20 .... 200 kilohers) aiddir. Yüksək
tezliklər isə,öz növbəsində, yüksək tezliklərə (200 kilohers
..... 30 MHz) və ultra yüksək (30 – 300 Mhz)və ifrat yüksək
(300 MHz – dən yuxarı) tezliklərə bölünür. Yüksək tezliklər
diapazonuna daxil olan tezliklərin (ultra və ifrat yüksək
tezliklərin) ölçülməsi radioölçmə adlanır.
Tezlik siqnalının maneələrdən müdafiə olunması və
rəqəmsal koda asanlıqla çevrilə bilməsi digər kəmiyyətlərə
nisbətən tezliyin daha dəqiq ölçülməsinə imkan verir.
Tezliyin ölçülməsində xətalar ölçmə vasitələrindən və ölçmə
metodundan asılı olaraq dəyişir və müxtəlif diapazonlara aid
tezliklərin ölçülməsinin xətaları da müxtəlif olur.
Vaxt intervalları çox müxtəlif formada ifadə edilə
bilər. Belə ki, vaxt intervalı sinusoid rəqslərin dövrü,
impulsların ardıcıllıq dövrü, iki impuls arasındakı vaxt,
impulsun müddəti və s. kimi göstərilə bilər. Vaxt
310
intervallarının
ölçü
diapazonu
çox
böyükdür
və
mikrosaniyənin onda birindən onlarla saata və daha uzun
müddətlərə qədər dəyişir.
Bəzi hallarda tezliklə vaxt arasında tərs mütənasib
asılılıq müşahidə olunur və bu iki parametrin ölçmə
dəqiqliyi eyni olur. Vaxt intervalları və tezliyin
ölçülməsində həddi dəqiqlik, vaxt və tezlik vahidlərini
təmsil edən və ölçmələrin nəticələrindəki xətanın,
sistematik xəta olan 1·10
-12
də nəzərə alınmaqla 1·10
-13
–ü
keçmədiyi dövlət ilkin etalonlarının dəqiqliyi ilə müəyyən
olunur. Dövlət ilkin etalonu vaxt və tezlik vahidlərinin
qiymətini ikinci (köməkçi) etalonlar, etalonların surətləri,
işçi etalonlar vasitəsi ilə vaxt və tezliyi ölçən, ölçmə
nəticələrində 1·10
-12
- 1·10
-15
arasında orta kvadratik
yayınma verən nümunəvi ölçmə vasitələrinə verir. Öz
növbəsində, vaxt və tezliyi ölçən nümunəvi ölçmə vasitələri
vahidlərin dəyərini ölçmə nəticələrində 1·10
-11
- 1·10
-3
arasında orta kvadratik yayınma verən işçi ölçmə
vasitələrinə verir.
Faza sürüşmə bucağının ölçmə diapazonu φ = 0 ....
360
0
–dir. Bu kəmiyyəti ölçən bəzi cihazlar bucaq vahidi ilə
deyil, sinusoid gərginliklərin (cərəyanların) güc əmsalı cosφ
və qeyri – sinusoid gərginliklərin (cərəyanların) güc əmsalı
cosΦ = P
a
/ P
n
-nin ölçüsüz vahidləri ilə dərəcələndirilir
(burada P
a
və P
n
müvafiq olaraq aktiv və tam gücü göstərir).
cosφ və ya cosΦ əmsallarının ölçmə diapazonu 0 ilə ±1
arasıdır.
Faza sürüşmə bucağının ölçülməsinin dəqiqliyi
aralarındakı faza sürüşməsi ölçülən gərginlik və cərəyanın
tezliyindən, tətbiq edilən ölçmə vasitələrindən və
üsullarından asılıdır.
Faza sürüşmə bucağının ölçülməsində həddi
dəqiqlik, 1·10
-3
.... 2 ·10
-5
Hz tezlik diapazonuna daxil olan
gərginliklər arasındakı faza sürüşməsini təmsil edən və
ölçmə nəticələrində ölçülən kəmiyyətdən asılı olaraq (0.3 ....
311
10) · 10
-3 ْ◌
diapazonunda orta kvadratik yayınma verən
dövlət xüsusi etalonundan asılıdır. Birinci dərəcəli
nümunəvi ölçmə vasitələrində yolverilən mütləq xətanın
həddi 0.1˚ - i, ikinci dərəcəli vasitələrdə isə 0.3˚ - ni
keçməməlidir.
İş
çi ölçmə vasitələrində ölçmələrin mütləq xətasının
buraxılabilən qiyməti 0.03 .... 5˚ intervalında olur.
Dostları ilə paylaş: |