Знаки мощностей и направление передачи энергии

Пусть два активных двухполюсника А1 и А2 соединены друг с другом (рис. 3.19, а). Предположим, что передача энергии в зависимости от режима работы может происходить в любом направлении - и от А1 к А2, и от А2 к A1.

Выбранные положительные направления напряжения и тока (рис. 3.19, а) совпадают друг с другом в двухполюснике А2 и противоположны друг другу в двухполюснике A1. Поэтому мощности

являются мощностями, получаемыми двухполюсником А2 и отдаваемыми двухполюсником А1. Если р > 0, то в данный момент времени энергия передается от двухполюсника А1 к двухполюснику А2. Если Р > 0, то за каждый период Т двухполюсник А2 получает, а двухполюсник А1 отдает энергию, равную РТ. При Q > 0 двухполюсник А1 отдает, а двухполюсник А2 получает реактивную энергию. При р < 0 энергия в данный момент передается в обратном направлении, при Р < 0 энергия за каждый период поступает из двухполюсника А2 в двухполюсник А1. При Q < 0 реактивную энергию отдает двухполюсник А2.

Для рассматриваемой цепи на рис. 3.19, б приведена векторная диаграмма напряжения и тока. При выбранном направлении вектора U в зависимости от режима цепи вектор тока I может находиться в любом квадранте диаграммы. На диаграмме выделены области расположения вектора I, соответствующие положительным и отрицательным значениям активной и реактивной мощностей. Так, для положения вектора I, показанного на диаграмме штриховой линией, Р > 0 и Q < 0. В этом режиме работы активная мощность передается от А1 к А2, а реактивная - от А2 к A1.

Рассмотрим теперь, как определяется направление передачи энергии по кривым мгновенных значений напряжения и тока, полученным экспериментально. На рис. 3.20, а показана схема включения осциллографа - прибора, на экране которого наблюдают эти кривые. Ординаты кривых пропорциональны мгновенным значениям напряжений, подводимых к выводам осциллографа с надписями "Напр." и "Ток". Ток в цепи между двухполюсниками A1 и А2 регистрируется осциллографом косвенно, как напряжение на резисторе с небольшим сопротивлением, который включен в соединительные провода. Напряжение на этом сопротивлении пропорционально току и совпадает с ним по фазе. Знаками + и - отмечена полярность выводов осциллографа, при которой ординаты кривых положительны.

Пусть наблюдаются кривые, или, как их называют, осциллограммы u и , показанные на рис. 3.20, б.

Для решения вопроса о направлении передачи энергии укажем на схеме поло-жительные направления напряжения и тока в соответствии с разметкой + и - выводов осциллографа. Положительные направления напряжения и тока, удовлетворяющие этому условию, совпадают для двухполюсника А2 и противоположны для двухполюсника A1. Следовательно, по кривым тока и напряжения, показанным на рис. 3.20, б, определяется мощность, получаемая двухполюсником А2, или мощность, отдаваемая двухполюсником А1. В те промежутки времени, когда ординаты кривых , одного знака, энергия передается от А1 к А2, когда же знаки различны, энергия передается от А2 к А1. Из осциллограммы видно, что , следовательно

Таким образом, активная мощность передается от А2 к А1 а реактивная - от А1 к А2. Ясно, что направление передачи энергии может быть установлено по осциллограммам тока и напряжения только в том случае, если известна полярность выводов осциллографа и схема его подключения к цепи.

Активная мощность измеряется ваттметром, который имеет две цепи, или, как принято говорить, две обмотки - напряжения и тока. Два вывода, один - обмотки напряжения и один - обмотки тока, обозначают одинаковыми значками, обычно звездочками (рис. 3.21, а).

Ваттметр устроен так, что измеряет значение

где U ш I - действующие напряжение и ток, подведенные к ваттметру, a Р U, I - угол сдвига фаз между ними, который соответствует одинаковым положительным направлениям U и I относительно выводов, отмеченных звездочкой (например, на рис. 3.21, а - от выводов, отмеченных звездочкой, к выводам, не отмеченным звездочкой). Стрелка ваттметра отклоняется по шкале, если. Если же и, следовательно, , то стрелка отклоняется не по шкале, а в противоположную сторону.

На рис. 3.21,6 показаны два ваттметра, у которых обмотки тока включены различно. У ваттметра 1 вывод токовой обмотки, отмеченный звездочкой, находится слева, а у ваттметра 2 - справа. Как уже отмечено, ваттметры дают показания (стрелки отклоняются по шкале), если . Для ваттметра 1 это будет при передаче энергии от А1 к А2, а для ваттметра 2 - от А2 к A1. Таким образом, по показаниям ваттметра можно определить не только мощность, но и направление передаваемой энергии, нужно только знать разметку выводов ваттметра и как он включен в цепь.

Дополнительно по теме