Еталон одиниці потужності змінного струму на промисловій і низькій частотах

Методи і засоби вимірювання електричної потужності істотно відрізняються від методів і засобів вимірювання інших електричних величин. Вони розроблені таким чином, що реальна активна потужність (), що поглинається в навантаженні ланцюга і перетворюється в інші неелектричні види потужності (теплову, механічну і т.д.), безпосередньо не впливає на засоби вимірювання потужності (ЗВП), за винятком випадків вимірювання потужності калориметричними методами. На ЗВП, що включається, як правило, у ланцюг між генератором і навантаженням, впливають дві величини: падіння напруги на навантаженні і струм, що протікає через навантаження. Результатом вимірювання при цьому є середнє за період значення добутку

, (6.1)

де і − середньоквадратичне значення напруги і струму; − коефіцієнт потужності.

В окремому випадку, при чисто гармонічних та активна потужність визначається як скалярний добуток векторів напруги і струму

, (6.2)

де – фазовий кут між векторами і .

Таким чином, ЗВП вимірюють не реальну фізичну величину – активну потужність у навантаженні, а так звану прохіднупотужність, що приводить до появи характерних для ЗВП похибок вимірювання.

Метрологічні роботи, зв'язані з відтворенням одиниць потужності й енергії, повіркою і калібруванням ЗВП не можуть бути проведені ні при реальній, ні при прохідній потужності, оскільки це пов'язано зі створенням прецизійних генераторів великої потужності і ряду високостабільних комплексних навантажень, здатних цю потужність розсіяти. Тому ці роботи виконуються при фіктивній потужності, коли напруга і струм подаються у вхідні ланцюги ЗВП від окремих малопотужних джерел. При цьому фіктивна потужність імітує прохідну потужність в умовах, коли реальна потужність взагалі відсутня. Цей шлях виявився найбільш раціональним для рішення метрологічних задач, зокрема, для створення еталона одиниці електричної потужності на промисловій частоті.

Принципи відтворення одиниці потужності повинні відповідати таким умовам:

- можливість відтворення вата з опорою на еталони вольта й ома;

- можливість відтворення одиниці у формі фіктивної електричної потужності.

Існує кілька можливих варіантів побудови еталона:

а) роздільного вимірювання середньоквадратичних значень струму, напруги і кута зсуву фаз між ними з подальшим обчисленням потужності як добутку цих трьох величин. Метод є справедливий, як було сказано вище, при чисто гармонічних формах струму і напруги, крім того, він не є оптимальним за критеріями мінімуму похибки і простоти апаратурної реалізації;

б) метод перемножування миттєвих значень струму, що проходить в електричному колі, і напруги, прикладеної до нього (наприклад, за допомогою спеціальних АЦП). Метод є дуже перспективним і вже застосовується в еталонах деяких країн;

в) метод, що базується на відтворенні малого значення активної потужності (потужності поглинання) і передачі розміру одиниці від потужності поглинання до фіктивної потужності [40].

Останній метод знайшов застосування в еталонах багатьох країн. Розглянемо його докладніше.