Ваттметр что измеряет: что это такое и что он измеряет? Схема подключения и измерение мощности. Какую мощность измеряет электродинамический ваттметр?

Содержание

Ваттметр единица измерения. Включение ваттметра в цепь переменного тока, при токе нагрузки больше допустимого

Из выражения для мощности на постоянном токе видно, что ее можно измерить с помощью амперметра и вольтметра косвенным методом. Однако в этом случае необходимо производить одновременный отсчет по двум приборам и вычисления, усложняющие измерения и снижающие его точность .

Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока применяют приборы, называемые ваттметрами, для которых используют электродинамические и ферродинамические измерительные механизмы .

Электродинамические ваттметры выпускают в виде переносных приборов высоких классов точности (0,1 — 0,5) и используют для точных измерений мощности постоянного и переменного тока на промышленной и повышенной частоте (до 5000 Гц). Ферродинамические ваттметры чаще всего встречаются в виде щитовых приборов относительно низкого класса точности (1,5 — 2,5).

Применяют такие ваттметры главным образом на переменном токе промышленной частоты. На постоянном токе они имеют значительную погрешность , обусловленную гистерезисом сердечников.

Для измерения мощности на высоких частотах применяют термоэлектрические и электронные ваттметры, представляющие собой магнитоэлектрический измерительный механизм, снабженный преобразователем активной мощности в постоянный ток. В преобразователе мощности осуществляется операция умножения и получение сигнала на выходе, зависящего от произведения UI , т. е. от мощности.



Рис. 8.3.

Если не учитывать фазовых сдвигов между токами и напряжениями в катушках и считать нагрузку H чисто активной, погрешности и , обусловленные потреблением мощности катушками ваттметра, для схем (рис. 8.3):

где и – соответственно мощность , потребляемая последовательной и параллельной цепью ваттметра.

Из формул для и видно, что погрешности могут иметь заметные значения лишь при измерениях мощности в маломощных цепях, т. е. когда и соизмеримы с .

Если поменять знак только одного из токов, то изменится направление отклонения подвижной части ваттметра.

У ваттметра имеются две пары зажимов (последовательной и параллельной цепей), и в зависимости от их включения в цепь направление отклонения указателя может быть различным. Для правильного включения ваттметра один из каждой пары зажимов обозначается знаком «*» (звездочка) и называется «генераторным зажимом».

Измерение мощности с использованием эффекта Холла

Перемножение значений силы тока и разности потенциалов при измерении мощности можно получить, используя полупроводниковые преобразователи Холла.

Если специальную полупроводниковую пластину, по которой течет ток I (рис. 8.4), возбуждаемый электрическим полем напряженностью Е, поместить в магнитное поле с напряженностью Н (индукцией В), то между ее точками, лежащими на прямой , перпендикулярной направлениям протекающего тока I и магнитного поля, возникает разность потенциалов (эффект Холла), определяемая как

где k – коэффициент пропорциональности.


Рис. 8.4.

Согласно теореме Умова-Пойнтинга, плотность потока проходящей мощности СВЧ-колебаний в некоторой точке поля определяется векторным произведением электрической и магнитной напряженностей этого поля:

Отсюда, если ток I будет функцией электрической напряженности Е, то с помощью датчика Холла можно получить следующую зависимость напряжения от проходящей мощности:

где g – постоянный коэффициент, характеризующий образец. Для измерения такой мощности пластину полупроводника (пластинку Холла – ПХ) помещают в волновод, как показано (рис. 8.5).


Рис. 8.5.

Рассмотренный измеритель проходящей мощности обладает следующими достоинствами:

  1. может работать при любой нагрузке, а не только при согласованной;
  2. высокое быстродействие ваттметра дает возможность применять его при измерении импульсной мощности.

Однако практическая реализация ваттметров на эффекте Холла – достаточно сложная задача в силу многих факторов. Тем не менее, существуют ваттметры, измеряющие проходящую импульсную мощность до 100 кВт с погрешностью не более 10 %.

Методы измерения мощности на высоких и сверхвысоких частотах

Мощность в общем виде есть физическая величина, которая определяется работой, производимой в единицу времени. Единица мощности – ватт (Вт) – соответствует мощности, при которой за одну секунду выполняется работа в один джоуль (Дж).

На постоянном токе и переменном токе низкой частоты непосредственное измерение мощности зачастую заменяется измерением действующего значения электрического напряжения на нагрузке U , действующего значения тока, протекающего через нагрузку I , и угла сдвига фаз между током и напряжением . При этом мощность определяют выражением:

В СВЧ диапазоне измерение напряжения и тока становится затруднительным. Соизмеримость размеров входных цепей измерительных устройств с длиной волны является одной из причин неоднозначности измерения напряжения и тока.

Измерения сопровождаются значительными частотными погрешностями. Следует добавить, что измерение напряжения и тока в волноводных трактах при некоторых типах волн теряет практический смысл, так как продольная составляющая в проводнике отсутствует, а разность потенциалов между концами любого диаметра сечения волновода равна нулю. Поэтому на частотах, начиная с десятков мегагерц, предпочтительным и более точным становится непосредственное измерение мощности, а на частотах свыше 1000 МГц – это единственный вид измерений, однозначно характеризующий интенсивность электромагнитных колебаний.

Для непосредственного измерения мощности СВЧ применяют методы, основанные на фундаментальных физических законах, включающие метод прямого измерения основных величин: массы, длины и времени.

Несмотря на разнообразие методов измерения СВЧ мощности, все они сводятся к преобразованию энергии электромагнитных СВЧ колебаний в другой вид энергии, доступной для измерения: тепловую, механическую и т. д. Среди приборов для измерения СВЧ мощности наибольшее распространение получили ваттметры, основанные на тепловых методах. Используют также ряд других методов – пондеромоторный, зондовый и другие.

Принцип действия подавляющего большинства измерителей мощности СВЧ, называемых ваттметрами, основан на измерении изменений температуры или сопротивления элементов, в которых рассеивается энергия исследуемых электромагнитных колебаний. К приборам, основанным на этом явлении, относятся калориметрические и терморезисторные измерители мощности. Получили распространение ваттметры, использующие пондеромоторные явления (электромеханические силы), и ваттметры, работающие на эффекте Холла. Особенность первых из них – возможность абсолютных измерений мощности, а вторых – измерение мощности независимо от согласования ВЧ-тракта.

По способу включения в передающий тракт различают ваттметры проходящего типа и поглощающего типа. Ваттметр проходящего типа представляет собой четырехполюсник, в котором поглощается лишь небольшая часть общей мощности. Ваттметр поглощающего типа, представляющий собой двухполюсник, подключается на конце передающей линии, и в идеальном случае в нем поглощается вся мощность падающей волны. Ваттметр проходящего типа часто выполняется на основе измерителя поглощающего типа, включенного в тракт через направленный ответвитель.

Калориметрические методы измерения мощности основаны на преобразовании электромагнитной энергии в тепловую в сопротивлении нагрузки, являющейся составной частью измерителя. Количество выделяемого тепла определяется по данным изменения температуры в нагрузке или в среде, куда передано тепло. Различают калориметры статические (адиабатические) и поточные (неадиабатические). В первых мощность СВЧ рассеивается в термоизолированной нагрузке, а во вторых предусмотрено непрерывное протекание калориметрической жидкости. Калориметрические измерители позволяют измерять мощность от единиц милливатт до сотен киловатт. Статические калориметры измеряют малый и средний уровни мощности, а поточные – средние и большие значения мощности

Условие баланса тепла в калориметрической нагрузке имеет вид:

где P – мощность СВЧ, рассеиваемая в нагрузке; T и T 0 – температура нагрузки и окружающей среды соответственно; c , m – удельная теплоемкость и масса калориметрического тела; k – коэффициент теплового рассеяния. Решение уравнения представляется в виде

где – тепловая постоянная времени.

В случае статического калориметра время измерения много меньше постоянной и мощность СВЧ равна:

Основными элементами статических калориметров являются термоизолированная нагрузка и прибор для измерения температуры. Нетрудно рассчитать поглощаемую мощность СВЧ по измеренной скорости повышения температуры и известной теплоемкости нагрузки.

В приборах используются различные высокочастотные оконечные нагрузки из твердого или жидкого диэлектрического материала с потерями, а также в виде пластинки или пленки высокого сопротивления. Для определения изменения температуры применяют термопары и различные термометры.

Рассмотрим статический калориметр, в котором снижены требования к термоизоляции и отпадает необходимость в определении теплоемкости калориметрической насадки (рис. 8.6). В этой схеме используется метод замещения. В ней для калибровки прибора 4, измеряющего повышение температуры при рассеянии измеряемой мощности, подводимой к плечу 1, используется известная мощность постоянного тока или тока низкой частоты, подводимая к плечу 2. Предполагается, что температура насадки 3 изменяется одинаково при рассеянии равных значений мощности СВЧ и постоянного тока. Статические калориметры позволяют измерять мощность несколько милливатт с погрешностью менее .

Одно из свойств, которое дает характеристику состояния электрической цепи – это мощность. Это свойство отражает значение работы, выполненное электрическим током за определенное время. Мощность оборудования, входящего в электрическую цепь, не должна выходить за рамки мощности сети. В противном случае оборудование может выйти из строя, возникнет замыкание или пожар.

Замеры мощности электрического тока производят специальными устройствами – ваттметры. В случае постоянного тока мощность вычисляется путем умножения напряжения на силу тока (нужен амперметр и вольтметр). В цепи переменного тока все происходит иначе, понадобятся измерительные приборы. Ваттметром измеряют режим работы электрооборудования, производят учет расхода электроэнергии.

Сфера использования

Основная сфера использования ваттметров – это отрасли промышленности в электроэнергетике, машиностроении, ремонта электрических устройств. Также часто применяют ваттметры и в быту. Их покупают специалисты по электронике, компьютерному оборудованию, радиолюбители – для расчета экономии потребления электрической энергии.

Ваттметры используют для:

Вычисления мощности устройств.
Проведения тестов электрических цепей, некоторых их участков.
Проведения испытаний электроустановок, в качестве индикаторов.
Проверка действия электрооборудования.
Учет потребления электроэнергии.

Разновидности

Сначала измеряется напряжение, затем сила тока, а потом на основе этих данных измеряется мощность. По методу измерения, преобразования параметров и выдачи результата ваттметры разделяются на цифровые и аналоговые виды.

Цифровые ваттметры производят измерение . На экран также выводятся напряжение, сила тока, потребление электричества за период времени. Параметры замеров выводятся на компьютер.

Аналоговый вариант ваттметра разделен на самопишущие и показывающие приборы. Они определяют активную мощность участка схемы. Экран ваттметра оснащен шкалой и стрелкой. Шкала отградуирована по делениям и величинам мощности, в ваттах.

Конструктивные особенности и принцип работы

Аналоговые типы ваттметров имеют широкое распространение, точное измерение, и являются устройствами электродинамической системы.

Принцип их действия основывается на взаимодействии между собой двух катушек. Одна катушка неподвижная, с толстым проводом обмотки, малым числом витков и небольшим сопротивлением. Она подключена по последовательной схеме с потребителем. Вторая катушка двигается. Ее обмотка состоит из тонкого проводника, имеющего значительное число витков, ее сопротивление большое. Она подключена по параллельной схеме с потребителем, снабжена дополнительным сопротивлением во избежание короткого замыкания обмоток.

При включении устройства в сеть, в обмотках возникают магнитные поля, взаимодействие которых образует момент вращения, отклоняющий двигающуюся обмотку с прикрепленной стрелкой, на расчетный угол. Значение угла зависит от произведения напряжения и силы тока в конкретный момент времени.

Главным принципом действия ваттметра цифрового типа является предварительный замер напряжения и силы тока. Для этих целей подключаются: по последовательной схеме к потребителю нагрузки – датчик тока, по параллельной схеме датчик напряжения. Эти датчики обычно изготавливаются из термисторов, термопар, измеряющих трансформаторов.

Мгновенные параметры измеренных напряжения и тока, путем преобразователя, поступают к внутреннему микропроцессору. В нем происходит вычисление мощности. На экране показывается результат информации, а также передается на внешние приборы.

Приборы электродинамического типа, которые имеют широкое применение, подходят для переменного и постоянного тока. Ваттметры индуктивного типа применяются только для переменного тока.

Рассмотрим некоторые варианты приборов (ваттметров) различных вариантов исполнения и различных фирм производителей.
Бытовые приборы китайского производства

В инструкции описаны все режимы работы этого устройства, технические характеристики.

По сути это прибор, измеряющий мощность различных электрических потребителей. Как он работает? Вставляете его в розетку, а в розетку этого прибора вставляете вилку потребителя, мощность которого вы хотите замерить. Этим прибором вы измерите мощность какого-либо потребителя в течение определенного времени и потом с помощью него вы можете даже рассчитать, например, сколько денег тратит за электроэнергию ваш холодильник или любой другой прибор.

В устройстве есть встроенный аккумулятор. Он нужен для запоминания мощности, которую вы замерили, и потом будете использовать для расчета цены. Передняя панель прибора имеет пять кнопок: переключение режимов, указатель цены, переключатель вверх-вниз, кнопка сброса, если прибор поймал какой-либо глюк. Сзади на корпусе указаны характеристики прибора:

Рабочее напряжение 230 вольт.
Частота 50 герц.
Максимальный ток 16 ампер.
Диапазон измеряемой мощности 0-3600 ватт.

Рассмотрим работу прибора. Вставляем его в розетку.

Включим в него настольную светодиодную лампу.

На дисплее сразу пошло время, в течение которого измеряется мощность потребителя, в данном случае лампы. 0,4 ватта – это мощность отключенной лампы. Включаем лампу, в рабочем режиме она потребляет 10,3 ватта. Цену за киловатт мы не указывали, поэтому там стоят нули.

У нас лампа может менять мощность света. При увеличении света лампы показания мощности увеличиваются. При включении второго режима вверху также показано время работы, во втором поле киловатт часы, так как прибор пока не проработал даже одного часа, то показаны нули. Внизу показано количество дней, в течение которых измерялся этот потребитель.

В следующем режиме во втором поле показано напряжение электросети, внизу показана частота тока. Вверху дисплея при всех режимах показывается время. При переходе на следующий режим в центре показывается сила тока. Внизу показывается параметр некоего фактора, о котором пока нет данных, так как производитель прибора китайский.

На пятом режиме показана мощность минимальная. На шестом режиме – максимальная мощность.

Интересно будет посмотреть показания этих режимов при работе компьютера. Например, в спящем режиме, при обычном открытом рабочем столе, либо при запуске мощной игры.

В следующем режиме устанавливается стоимость электроэнергии кнопками установки, для расчета стоимости расхода энергии. Так вы можете измерить и рассчитать потребление любого из домашних бытовых приборов и устройств, и будете знать, какие устройства у вас экономные, а какие слишком много потребляют электричества.

Такой прибор имеет невысокую стоимость, около 14 долларов. Это небольшая цена для того, чтобы оптимизировать ваши затраты, рассчитав мощность потребления ваших устройств.

Цифровой ваттметр многофункциональный СМ 3010

Прибор служит для проведения замера напряжения, частоты, мощности, постоянного и переменного тока с одной фазой. А также, предназначен для контроля подобных приборов с меньшей точностью.

Диапазон замеров тока 0,002 — 10 ампер.

Замеры напряжения:

Постоянного от 1 до 1000 вольт.
Переменного от 1 до 700 вольт.
Частота измеряется в интервале 40-5000 герц.

Погрешность измерения

Тока, напряжения, мощности постоянного тока + 0,1%.
Тока, напряжения, мощности переменного тока + 0,1% в интервале частот 40-1500 герц.
Относительная погрешность замера частоты в интервале 40-5000 герц + 0,003%.

Габариты корпуса прибора 225 х 100 х 205 мм. Вес 1 кг. Мощность потребления менее 5 ватт.

Измерительное устройство ЦП 8506 – 120

Служит для проведения замеров мощности активной и реактивной 3-фазной сети переменного тока, показывает текущее значение параметра мощности на индикаторе, преобразует в сигнал аналогового вида.

Произведенные замеры показываются в форме цифр на индикаторах в единицах величин, которые входят на устройство, либо на вход трансформатора тока или напряжения. При этом учитывается коэффициент трансформации. Цифровой дисплей разделен на четыре разряда.

Назначение устройства – для проведения замеров активной и реактивной мощностей в 3-фазных сетях электрического тока частотой 50 герц.

Технические данные

Коэффициент мощности – 1.
Размеры корпуса 120 х 120 х 150 мм.
Высота цифр на дисплее 20 мм.
Наибольший интервал показаний 9999.
Степень точности: 0,5.
Время проведения преобразования: менее 0,5 с.
Температура работы: от +5 до + 40 градусов.
Класс защиты корпуса и панели: IР 40.
Мощность потребления: 5 ватт.
Вес менее 1,2 кг.

Наличие двух катушек у электродинамического прибора и возможность включения их в две разные цепи позволяет использовать эти приборы для измерения мощности электрического тока, т. е. как ваттметры.

Из выражения для угла поворота подвижной системы электродинамического прибора (2.12) следует, что, если неподвижную катушку включить последовательно нагрузке z (рис. 2-12), а последовательно с подвижной катушкой включить добавочное сопротивление Яд так, чтобы эту катушку можно было включать параллельно нагрузке, тогда ток в подвижной катушке равен

где — сопротивление катушки; U — напряжение на нагрузке; — постоянная данного прибора по мощности; Р — мощность, потребляемая нагрузкой. Такой прибор называют ваттметром. Его шкала равномерная.

Для измерения электрической мощности в цепях переменного тока используют ваттметры активной и реактивной мощности.

Ваттметр активной мощности. Если в цепь подвижной катушки включить активное добавочное сопротивление так, чтобы общее сопротивление этой цепи R было равно

тогда при напряжении и в сети и при токе i в нагрузке

ток в подвижной катушке равен

Мгновенное значение вращающего момента в этом случае равно

а среднее за период значение этого момента

Следовательно, ваттметр с активным добавочным сопротивлением в цепи подвижной катушки измеряет активную мощность цепи переменного тока.

Полученный вывод имеет простое физическое объяснение. В самом деле, если в цепь с индуктивностью включить амперметр, вольтметр и ваттметр (рис. 2-13), то , так как подвижная система вольтметра поворачивается под действием только приложенного напряжения, независимо от фазы этого напряжения (точнее, под действием тока в катушке, пропорционального приложенному напряжению), а подвижная часть амперметра поворачивается под действием только тока в катушке, независимо от фазы этого тока. Что касается подвижной части (катушки) ваттметра, то она поворачивается только в том случае, когда токи в обеих катушках не равны нулю, иначе не будет взаимодействия. Но в рассматриваемой цепи ток подвижной катушки максимален, когда ток в цепи i равен нулю, и наоборот. Прибор ничего не покажет. Этого и следовало ожидать, так как нагрузка то запасает энергию в магнитном поле, то возвращает в сеть.

Из графика токов данной цепи с индуктивностью (рис. 2-14) следует, что токи совпадают по направлению (на графике — по одну сторону от оси времени) только в течение двух (через одну) четвертей периода за период, а в две другие четверти периода токи имеют противоположные направления. Это означает, что направление вращающего момента изменяется четыре раза за период. Поэтому подвижная система ваттметра в течение периода будет испытывать действие четырех одинаковых по значению, но противоположных по направлению толчков и прибор ничего не покажет, так как вращающий момент, действующий на подвижную систему, определяется его средним значением за период.

Если же угол сдвига между токами невелик (рис. 2-15), то в течение периода положительные значения вращающего момента сильно превосходят отрицательные (по времени и по значениям) и подвижная система ваттметра повернется под действием среднего

значения реагируя на активную мощность, потребляемую данной нагрузкой.

Итак, ваттметр показывает активную мощность, потребляемую из сети.

Ваттметр реактивной мощности. В этом ваттметре последовательно с подвижной катушкой специально включается индуктивное добавочное сопротивление (рис. 2-16) такое, что

Пусть в цепи действует приложенное напряжение и нагрузка создает ток

Тогда мгновенное значение вращающего момента равно

После подстановки и преобразований получим:

Среднее за период значение вращающего момента равно

Отсюда и следует, что ваттметр с индуктивным сопротивлением в цепи подвижной катушки показывает реактивную мощность цепи переменного тока. Такой вывод объясняется просто: в случае, например, чисто индуктивной нагрузки, когда из сети безвозвратно не потребляется энергия, такая схема искусственно сдвигает фазу тока в подвижной катушке до совпадения с фазой тока в неподвижной, поэтому ваттметр показывает значение реактивной мощности.

Итак, у электродинамического ваттметра две катушки: одна — токовая, включаемая последовательно нагрузке, другая- катушка напряжения, включаемая параллельно нагрузке, потребляемую мощность которой необходимо измерить.

Для правильного включения прибора (чтобы стрелка отклонялась в нужную сторону) один из зажимов его обмотки помечают звездочкой эти зажимы ваттметра называют генераторными. Их следует подключать к тому зажиму нагрузки, который соединен с генератором (сетью).

В настоящее время необходимо измерять мощность и энергию постоянного тока, активную мощность и энергию переменного однофазного и трехфазного тока, реактивную мощность и энергию трехфазного переменного тока, мгновенное значение мощности, а также количество электричества в очень широких пределах.

Электрическая мощность определяется работой, совершаемой источником электромагнитного поля в единицу времени.

Активная (поглощаемая электрической цепью) мощность

P a =UIcos > = I 2 R=U 2 /R, (1)

где U , I — действующие значения напряжения и тока;  — угол сдвига фаз.

Реактивная мощность

Р р = UIsin = I 2 X . (2)

Полная мощность

P n = UI = PZ . Эти три типа мощности связаны выражением

P =(Р а 2 2 р ) (3)

Так, мощность измеряется в пределах 1 Вт… 10 ГВт (в цепях постоянного и однофазного переменного тока) с погрешностью ±(0,01…0,1) %, а при СВЧ — с погрешностью ±(1…5) %. Реактивная мощность от единиц вар до Мвар измеряется с погрешностью ±(0,1…0,5)%.

Диапазон измерения электрической энергии определяется диапазонами измерения номинальных токов (1 нА…1О кА) и на­пряжений (1 мкВ…1 MB), погрешность измерения составляет ±(0,1…2,5)%.

Измерение реактивной энергии представляет интерес только для промышленных трехфазных цепей.

Измерение мощности в цепях постоянного тока. При косвенном измерении мощности используют метод амперметра и вольтметра и компенсационный метод.

Метод амперметра и вольтметра. В этом случае приборы включаются по двум схемам (рис.1).

Метод прост, надежен, экономичен, но обладает рядом существенных недостатков: необходимостью снимать показания по двум


Рис. .1. Схемы измерения мощности по показаниям вольтметра и амперметра при малых (а) и больших (б) сопротивлениях нагрузки

приборам; необходимостью производить вычисления; невысокой точностью за счет суммирования погрешности приборов.

Мощность Р х , вычисленная по показаниям приборов (рис. 1а), имеет вид

Она больше действительного значения мощности, расходуемой в нагрузке Р н, на значение мощности потребления вольтметра Р v , т. е. Р н = Р х – Р v .

Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем больше входное сопротивление вольтметра и меньше сопротивление нагрузки.

Мощность Р х , вычисленная по показаниям приборов (рис 1., б), имеем вид

Она больше действительного значения мощности потребления нагрузки на значение мощности потребления амперметром Р А . Методическая погрешность тем меньше, чем меньше входное сопротивление амперметра и больше сопротивление нагрузки.

Компенсационный метод. Этот метод применяется тогда, когда требуется высокая точность измерения мощности. С помощью компенсатора поочередно измеряется ток нагрузки и падение напряжения на нагрузке. Измеряемая мощность определяется по формуле

P = U н I н . (4)

При прямом измерении активная мощность измеряется электромеханическими (электродинамической и ферродинамической систем), цифровыми и электронными ваттметрами.

Электродинамические ваттметры применяются как переносные приборы для точных измерений мощности (класс 0,1… 2,5) в цепях постоянного и переменного тока с частотой до нескольких тысяч герц.

Ферродинамические щитовые вольтметры применяются в цепях переменного тока промышленной частоты (класс 1,5…2,5).

В широком диапазоне частот применяются цифровые ваттметры, основу

составляют различные преобразователи мощности (например, термоэлектрические), УПТ, микропроцессор и ЦОУ. В цифровых ваттметрах осуществляется автоматический выбор пределов измерений, самокалибровка и предусмотрен внешний интерфейс.

Для измерения мощности в высокочастотных цепях также используются специальные и электронные ваттметры.

Для измерения реактивной мощности на низких частотах служат реактивные ваттметры (варметры), в которых путем использования специальных схем отклонение подвижной части электродинамического ИМ пропорционально реактивной мощности.

Включение электромеханических ваттметров непосредственно в электрическую цепь допустимо при токах нагрузки, не превышающих 10… 20 А, и напряжениях до 600 В. Измерение мощности при больших токах нагрузки и в цепях высокого напряжения производится ваттметром с измерительными трансформаторами тока ТА и напряжения TV (рис..2).

Измерение активной мощности в цепях трехфазного тока. Метод одного ваттметра. Этот метод применяется только в симметричной системе с равномерной нагрузкой фаз, одинаковыми углами сдвига по фазе между векторами I и U и с полной симметрией напряжений (рис..3).


Рис..3. Схемы включения ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь при полной симметрии присоединения нагрузки:

а — звездой; б — треугольником; в ~- с искусственной нулевой точкой


Рис.4. Схемы включения двух ваттметров в трехфазную цепь: а — в 1-ю и 3-ю; б — в 1-ю и 2-ю; в — в 2-ю и 3-ю

На рис. .3, а нагрузка соединена звездой и нулевая точка доступна. На рис.3, б нагрузка соединена треугольником, ваттметр включен в фазу. На рис. .3, в нагрузка соединена треугольником с искусственной нулевой точкой. Искусственная нулевая точка создается с помощью двух резисторов, каждый из которых равен сопротивлению цепи обмотки напряжения ваттметра (обычно указывается в техническом паспорте на ваттметр).

Показания ваттметра будут соответствовать мощности одной фазы, а мощность всей трехфазной сети во всех трех случаях включения прибора будет равна мощности одной фазы, умноженной на три:

Р = 3 P w

Метод двух ваттметров. Этот метод применяется в трехфазной трехпроводной цепи независимо от схемы соединения и характера нагрузки как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений. Асимметрия — это система, в которой мощности отдельных фаз различны. Токовые обмотки ваттметров включаются в любые две фазы, а обмотки напряжения включаются на линейные напряжения (рис. 4).

Полная мощность может быть выражена в виде суммы показаний Двух ваттметров. Так, для схемы, представленной на рис..4, а,

где  1 — угол сдвига фаз между током I 1 и линейным напряжением U 12,  2 — угол сдвига фаз между током I 3 и линейным напряжением U 32 . В частном случае при симметричной системе напряжений и одинаковой нагрузке фаз  1 , = 30° —  и  2 = 30° —  показания ваттметров будут:

При активной нагрузке (= 0) показания ваттметров будут одинаковы, так как P W ] = P W 2 IUcos 30°.

При нагрузке с углом сдвига ср = 60° показания второго ваттметра равны нулю, так как P W 2 = IU cos(30° + ) = IU cos(30° + 60°) = 0, и в этом случае мощность трехфазной цепи измеряется одним ваттметром.

При нагрузке с углом сдвига  > 60° мощность, измеряемая вторым ваттметром, будет отрицательной, так как (30° +) больше 90°. В этом случае подвижная часть ваттметров повернется в обратную сторону. Для отсчета необходимо изменить на 180° фазу тока в одной из цепей ваттметра. В этом случае мощность цепи трехфазного тока равна разности показаний ваттметров

Метод трех ваттметров. Для измерения мощности трехфазной цепи при несимметричной нагрузке включаются три ваттметра, и общая мощность при наличии нулевого провода будет равна арифметической сумме показаний трех ваттметров. В этом случае каждый ваттметр измеряет мощность одной фазы, показания ваттметра независимо от характера нагрузки будут положительные (параллельная обмотка включается на фазное напряжение, т. е. между линейным проводом и нулевым). Если нулевая точка недоступна и нулевой провод отсутствует, то параллельные цепи приборов могут образовать искусственную нулевую точку при условии, что сопротивления этих цепей равны между собой.

Измерение реактивной мощности в однофазных и трехфазных цепях. Несмотря на то что реактивная мощность не определяет ни совершаемой работы, ни передаваемой энергии за единицу времени, ее измерение также важно. Наличие реактивной мощности приводит к дополнительным потерям электрической энергии в линиях передачи, трансформаторах и генераторах. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивных (вар) как в однофазных, так и в трехфазных трех- и четырехпроводных цепях переменного тока электродинамическими и ферродинамическими или специально предназначенными для измерения реактивной мощности ваттметрами. Отличие реактивного ваттметра от обычного состоит в том, что он имеет усложненную схему параллельной цепи для получения сдвига по фазе, равного 90°

между векторами тока и напряжения этой цепи. Тогда отклоне­ние подвижной части будет пропорционально реактивной мощности Р р = UIsin . Реактивные ваттметры преимущественно применяются для лабораторных измерений и поверки реактивных счетчиков.

Реактивную мощность в трехфазной симметричной цепи можно измерить и активным ваттметром: для этого –токовая катушка последовательно включается в фазу А, катушка напряжения между фазами В и С.

Измерение мощности в цепях повышенной частоты. С этой це­лью можно использовать как прямые, так и косвенные измерения и в ряде случаев предпочтительнее могут оказаться косвенные, так как иногда легче измерить ток и напряжение на нагрузке, чем непосредственно мощность. Прямое измерение мощности в цепях повышенных и высоких частот производится термоэлектрическими, электронными ваттметрами, ваттметрами, основанными на эффекте Холла, и цифровыми ваттметрами.

Косвенные измерения осуществляются осциллографическим методом. Он применяется в основном тогда, когда цепь питается напряжением несинусоидальной формы, при высоких частотах, маломощных источниках напряжения и т. д.

Измерение энергии в однофазных и трехфазных цепях. Энергия измеряется электромеханическими и электронными счетчиками электрической энергии. Электронные счетчики электрической энергии обладают лучшими метрологическими характеристиками, большей надежностью и являются перспективными средствами измерений электрической энергии.

4. Измерение фазы и частоты

Фаза характеризует состояние гармонического сигнала в опре­деленный момент времени t . Фазовый угол в начальный момент времени (начало отсчета времени), т.е. при t = 0, называют нуле вым (начальным) фазовым сдвигом. Разность фаз  измеряют обычно между током и напряжением либо между двумя напряжениями. В первом случае чаще интересуются не самим углом сдвига фаз, а величиной cos или коэффициентом мощности. Cos- это ко­синус того угла, на который опережает или отстает ток нагрузки от напряжения, приложенного к этой нагрузке. Фазовым сдвигом  двух гармонических сигналов одинаковой частоты называют модуль разности их начальных фаз  =| 1 —  2 |. Фазовый сдвиг  не зависит от времени, если остаются неизменными начальные фазы  1 , и  2 . Разность фаз выражается в радианах или градусах.

Методы измерения угла сдвига фаз. Эти методы зависят от диапазона частот, уровня и формы сигнала, от требуемой точности и Наличия средств измерений. Различают косвенное и прямое изменения угла сдвига фаз.

Косвенное измерение. Такое измерение угла сдвига фаз Между напряжением U и током I в нагрузке в однофазных цепях

осуществляют с помощью трех приборов — вольтметра, амперметра и ваттметра (рис.5). Угол  определяется расчетным путем из найденного значения cos:

Метод используется обычно на промышленной частоте и обеспечивает невысокую точность из-за методической погрешности, вызванной собственным потреблением приборов, достаточно прост, надежен, экономичен.

В трехфазной симметричной цепи величина cos может быть определена следующими измерениями:

    мощность, ток и напряжение одной фазы;

    измерение активной мощности методом двух ваттметров;

    измерение реактивной мощности методом двух ваттметров с искусственной нейтральной точкой.

Среди осциллографических методов измерения фазы наибольшее распространение получили методы линейной развертки и эллипса. Осциллографический метод, позволяющий наблюдать и фиксировать исследуемый сигнал в любой момент времени, используется в широком диапазоне частот в маломощных цепях при грубых измерениях (5… 10 %). Метод линейной развертки предполагает применение двухлучевого осциллографа, на горизонтальные пластины которого подают линейное развертывающее напряжение, а на вертикальные пластины — напряжение, между которыми измеряется фазовый сдвиг. Для синусоидальных кривых на экране получаем изображение двух напряжений (рис.6, а) и по измеренным отрезкам АБ и АС вычисляется угол сдвига между ними

где АБ — отрезок между соответствующими точками кривых при переходе их через нуль по оси X ; АС — отрезок, соответствующий периоду.

Погрешность измерения х зависит от погрешности отсчета и фазовой погрешности осциллографа.

Если вместо линейной развертки использовать синусоидальное развертывающее напряжение, то получаемые на экране фигуры Лиссажу при равных частотах дают на экране осциллографа форму эллипса (Рис. 6б). Угол сдвига  x =arcsin(АБ/ВГ).

Этот метод позволяет измерять  х в пределах 0 90 о без определения знака фазового угла.

Погрешность измерения  х также определяется погрешностью отсчета


Рис..6. Кривые, получаемые на экране двухлучевого осциллографа: при линейной (а) и синусоидальной (б) развертке

и расхождениями в фазовых сдвигах каналов Х и Y осциллографа.

Применение компенсатора переменного тока с калиброванным фазовращателем и электронным осциллографом в качестве индикатора равенства фаз позволяет произвести достаточно точное измерение угла сдвига фаз. Погрешность измерения в этом случае определяется в основном погрешностью используемого фазовращателя.

Прямое измерение. Прямое измерение утла сдвига фаз осуществляют с помощью электродинамических, ферродинамических, электромагнитных, электронных и цифровых фазометров. Наиболее часто из электромеханических фазометров используют электродинамические и электромагнитные логометрические фазометры. Шкала у этих приборов линейная. Используются на диапазоне частот от 50 Гц до 6… 8 кГц. Классы точности — 0,2; 0,5. Для них характерна большая потребляемая мощность 1(5…10 Вт).

В трехфазной симметричной цепи измерение угла сдвига фаз  или cos осуществляется однофазным или трехфазным фазометрами.

Цифровые фазометры используются в маломощных цепях в диапазоне частот от единиц Гц до 150 МГц, классы точности — 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1,0. В электронно-счетных цифровых фазометрах сдвиг по фазе между двумя напряжениями преобразуется во временной интервал, заполняемый импульсами стабильной частоты с определенным периодом, которые под-считываются электронным счетчиком импульсов. Составляющие погрешности этих приборов: погрешность дискретности, погрешность генератора стабильной частоты, погрешность, зависящая от точности формирования и передачи временного интервала.

Методы измерения частоты. Частота является одной из важнейших характеристик периодического процесса. Определяется числом полных циклов (периодов) изменения сигнала в единицу времени. Диапазон используемых в технике частот очень велик и колеблется от долей герц до десятков. Весь спектр частот подразделяется на два диапазона — низкие и высокие.

Низкие частоты: инфразвуковые — ниже 20 Гц; звуковые — 20…20000 Гц; ультразвуковые — 20…200 кГц.

Высокие частоты: высокие — от 200 кГц до 30 МГц; ультравысокие — 30…300 МГц.

Поэтому выбор метода измерения частоты зависит от диапазона измеряемых частот, необходимой точности измерения, величины и формы напряжения измеряемой частоты, мощности измеряемого сигнала, наличия средств измерений и т.д.

Прямое измерение. Метод основан на применении электромеханических, электронных и цифровых частотомеров.

Электромеханические частотомеры используют измерительный механизм электромагнитной, электродинамической и ферродинамической систем с непосредственным отсчетом частоты по шкале логометрического измерителя. Они просты в устройстве и эксплуатации, надежны, обладают довольно высокой точностью. Их используют в диапазоне частот от 20 до 2500 Гц. Классы точно­сти — 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5.

Электронные частотомеры применяются при измерениях в частотном диапазоне от 10 Гц до нескольких мегагерц, при уровнях входного сигнала 0,5… 200 В. Они имеют большое входное сопротивление, что обеспечивает малое потребление мощности. Классы точности — 0,5; 1,0 и ниже.

Цифровые частотомеры применяются для очень точных изме­рений в диапазоне 0,01 Гц… 17 ГГц. Источниками погрешности являются погрешность от дискретности и нестабильности кварцевого генератора.

Мостовой метод. Этот метод измерения частоты основан на использовании частотозависимых мостов переменного тока, питаемых напряжением измеряемой частоты. Наиболее распространенной мостовой схемой для измерения частоты является емкостной мост. Мостовой метод измерения частоты применяют для измерения низких частот в пределах 20 Гц… 20 кГц, погрешность измерения составляет 0,5… 1 %.

Косвенное измерение. Метод осуществляется с использованием осциллографов: по интерференционным фигурам (фигурам Лиссажу) и круговой развертки. Методы просты, удобны и достаточно точны. Их применяют в широком диапазоне частот 10 Гц… 20 МГц. Недостатком метода Лиссажу является сложность расшифровки фигур при соотношении фигур более 10 и, следовательно, возрастает погрешность измерения за счет установления истинного отношения частот. При методе круговой развертки погрешность измерения в основном определяется погрешностью квантования основной частоты.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. Приборы с электростатическим измерительным механизмом

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ  Читать в pdf

Приборы с электростатическим измерительным механизмом

У приборов с электростатическим ИМ вращающий момент соз­дается за счет кулоновского взаимодействия электрически заря­женных пластин, одна из которых подвижная, а другая непод­вижная. Вращающий момент Мвр определяется зависимостью

,

(27)

где U — напряжение между пластинами;

С — электрическая емкость, зависящая от размеров и формы пластин, расстояния между ними;

dC / dα — производная от емкости по углу поворота подвижной части ИМ, так как при этом изменяется либо площадь взаимодей­ствия пластин, либо расстояние между ними.

Уравнение преобразования у таких ИМ имеет следующий вид:

.

(28)

Чувствительность по напряжению электростатических ИМ SU в соответствии с формулой (8) определяется зависимостью

.

(29)

Как следует из формулы (29), чувствительность электростати­ческих ИМ зависит от измеряемой величины и от перемещения их подвижной части и поэтому является величиной непостоян­ной: SI ≠ const.

Характер шкалы приборов с электростатическим ИМ неравно­мерный, степенной, что объясняется нелинейной, степенной за­висимостью (28) показаний прибора от измеряемой величины.

Чувствительность вольтметров и амперметров с электростати­ческим ИМ низкая, что объясняется слабыми кулоновскими си­лами, создающими вращающий момент.

Однако за счет мини­мального потребления энергии и почти полного отсутствия влия­ния на показания приборов температуры, внешних магнитных полей и частоты измеряемого напряжения точность приборов с электростатическим ИМ может быть достаточно высокой.

Амперметры и вольтметры с электростатическим ИМ работают как на постоянном, так и на переменном токе. Это объясняется тем, что сила тока в уравнение преобразования (28) электроста­тического ИМ входит во второй степени. На переменном токе показания приборов с электростатическим ИМ соответствуют действующим значениям измеряемых величин.

Частотный диапазон приборов с электростатическим ИМ дос­таточно широк и ограничен частотами до 20 МГц. Это объясняет­ся малой емкостью входного сопротивления измерительного ме­ханизма.

Зависимость показаний приборов с электростатическим ИМ от формы измеряемого напряжения или тока очень слабая, так как входное сопротивление у этих ИМ остается практически оди­наковым даже для гармоник очень высоких частот.

Для наглядности сравнительная оценка электромеханических измерительных приборов с различными измерительными меха­низмами сведена в табл. 2.

Условные обозначения в табл. 2 приняты те же, что и в тексте, за исключением следующих:

I─; U─ — значения постоянных силы тока и напряжения;

I~; U~ — действующие значения переменных силы тока и на­пряжения;

А = Bswkт;

R = (Rт + Rпр + Rи).

Величины, входящие в формулы для расчета А и Rпояснены в тексте.

Особенности построения амперметров и вольтметров

Между амперметрами и вольтметрами нет принципиальной разницы. Любой из рассмотренных ИМ может быть использован для построения как амперметра, так и вольтметра. Показания этих приборов связаны по закону Ома через входное сопротивле­ние ИМ. Поэтому изложенное выше относится в равной мере как к измерению силы тока амперметром, так и к измерению напря­жения вольтметром.

Расширение  диапазона  измерений амперметров и вольтметров осуществляется с помощью шунтов, добавочных сопротивлений, измерительных трансформаторов и измерительных усилителей.

Особенности построения ваттметров и варметров

Для измерения мощности в цепях постоянного тока используют ваттметры с электродинамическим или ферродинамическим ИМ.

В цепях переменного тока применяют:

для измерения активной мощности — ваттметры;

для измерения реактивной мощности — варметры.

И в тех и других приборах переменного тока также используют электродинамические или ферродинамические ИМ. Далее оста­новимся лишь на приборах переменного тока.

Как было показано ранее, в электродинамических и ферродинамических ИМ вращающий момент создается за счет взаимо­действия магнитных полей двух катушек и зависит от фазового сдвига между токами этих катушек. С целью измерения мощно­сти неподвижная катушка соединяется последовательно с нагруз­кой, как амперметр, а подвижная катушка — параллельно с на­грузкой, как вольтметр (рис. 12). Поэтому токовая катушка ватт­метра должна иметь малое сопротивление, а катушка напряжения большое. Для ограничения тока в катушке напряжения в ее цепь включается добавочное сопротивление Rд.

Рис. 12

Рис. 13

На рис. 13 представлена векторная диаграмма этой цепи. На этой диаграмме приняты следующие обозначения:

φ — фазовый сдвиг между напряжением и током нагрузки Z;

ψ — фазовый сдвиг между токами подвижной и неподвижной катушек;

δ — фазовый сдвиг между напряжением и током катушки напряжения.

В реальных условиях подвижная катушка ваттметра обладает не­большой индуктивностью и поэтому полное сопротивление катуш­ки носит индуктивный характер, что и является причиной фазового сдвига δ между напряжением и током катушки напряжения.

Угол фазового сдвига δ мал, так как индуктивная составляющая полного сопротивления цепи катушки напряжения небольшая по сравнению с активной составляющей этого сопротивления.

Ввиду малости угла δ им можно пренебречь. В этом случае угол отклонения α указателя ваттметра будет находиться в ли­нейной зависимости от значения измеряемой мощности Р:

.

(30)

Коэффициент Sp представляет собой чувствительность ваттметра, которая благодаря конструктивным приемам остается постоянной на всем диапазоне измерений ваттметра. Именно по­этому шкалы ваттметров имеют равномерный характер.

Так как градуировка равномерной шкалы ваттметра, согласно уравнению (30), осуществляется с учетом фазового сдвига на угол φ, а реально вращающий момент в ИМ и отклонение его указателя пропорциональны фазовому сдвигу на угол ψ, в пока­заниях ваттметра появляется погрешность, пропорциональная разности углов (ψ — φ) = δ. Ее называют угловой погрешностью измерения мощности δр и определяют по формуле

.

(31)

Значение этой погрешности на частотах до 100 кГц незначительно, так как индуктивность катушки напряжения ваттметра на этих частотах намного меньше ее активного сопротивления и, следовательно, угол δ очень мал. На частотах до 100 кГц угло­вой погрешностью измерения мощности δр можно пренебречь, однако на более высоких частотах этого делать нельзя. Как следу­ет из выражения (31), угловая погрешность при угле φ = 0 также равна нулю и возрастает с увеличением угла φ, стремясь к бесконечности при φ = ± 90°, так как при таких углах φ tg φ = ∞. Такое положение означает, что при выборе ваттметра следует обращать внимание не только на характеристики самого прибора (угол δ), но и на характер нагрузки той цепи, в которую включен ваттметр (угол φ).

В цепях со значительной реактивной нагрузкой угол φ большой (φ → 90°) и поэтому угловая погрешность ваттметра согласно формуле (31) велика. В цепях же с малой реактивной нагрузкой

угол φ небольшой (φ → 0°) и поэтому угловая погрешность ватт­метра согласно той же формуле (31) мала.

С учетом изложенного следует сделать вывод о том, что одним и тем же ваттметром не следует измерять мощность в цепях с разной степенью реактивности. Поэтому у ваттметров нормиру­ется, кроме номинального напряжения Uн и номинального тока Iн еще и номинальный коэффициент мощности cos φн. Номиналь­ный коэффициент мощности ваттметра указан на шкале прибора и должен быть учтен при расчете цены деления ваттметра Ср. Це­на деления ваттметра определяется по формуле

,

(32)

где αр — число делений шкалы ваттметра.

При выборе ваттметра следует учитывать то, что он может ис­пользоваться:

либо как прибор для измерения мощности;

либо как рабочий эталон при поверке другого ваттметра.

В первом случае cos φн ваттметра должен быть не меньше коэф­фициента мощности нагрузки в той цепи, в которую включен ватт­метр. При несоблюдении этого условия возможно «зашкаливание» прибора. В то же время cos φн ваттметра не должен быть значи­тельно больше коэффициента мощности нагрузки цепи, так как при этом увеличится угловая погрешность измерения мощности.

Во втором случае cos φн ваттметра, используемого в качестве рабочего эталона, должен быть равен номинальному коэффици­енту мощности поверяемого ваттметра для того, чтобы обеспе­чить возможность реализации поверки методом непосредствен­ного сличения.

Как следует из схемы на рис. 12, ваттметры имеют по две пары зажимов: одна пара — токовые зажимы, другая — зажимы напряжения. Один из токовых зажимов и один из зажимов на­пряжения обозначены звездочками и называются генераторными зажимами. Зажимы, обозначенные звездочками, соединяются вместе и подключаются к одному из проводов источника пита­ния. Это делается для правильного отклонения (по часовой стрелке) подвижной части ваттметра.

Для измерения мощности трехфазной нагрузки можно исполь­зовать как трехфазные, так и однофазные ваттметры.

Для измерения мощности в четырехпроводной трехфазной це­пи необходимы три однофазных ваттметра, включенных по схе­ме, представленной на рис. 14. Каждый из ваттметров этой схемы измеряет мощность соответствующей фазы, так как на него пода­но напряжение и через него протекает ток одной фазы. Поэтому общая мощность трехфазной нагрузки Робщ определяется как сумма показаний ваттметров:

.

(33)

Рис. 14

Для измерения мощности в трехпроводной трехфазной цепи необходимы два однофазных ваттметра, включенных по так на­зываемой схеме Арона, приведенной на рис. 15. Ни один из двух ваттметров в этой схеме не измеряет мощности какой-либо фазы. Однако известно, что алгебраическая сумма показаний этих двух ваттметров равна мощности трехфазной нагрузки:

.

(34)

Рис. 15

Трехфазные ваттметры — это три или два однофазных ваттметра с одной общей осью в общем корпусе. Внутренние соеди­нения трехэлементного или двухэлементного трехфазного ватт­метра соответствуют схемам, представленным на рис. 14 или рис. 15. Следует иметь в виду, что трехэлементный ваттметр при­меняется в четырехпроводной трехфазной цепи, а двухэлемент­ный — в трехпроводной. Число элементов трехфазного ваттметра можно определить без вскрытия прибора по условному знаку ро­да его рабочего тока или по числу пар токовых зажимов.

Время установления показаний

Одной из динамических характеристик приборов прямого дейст­вия является время установления показаний. При скачкообразном изменении сигнала на входе прибора его показания меняются с не­которым запаздыванием из-за электрической и механической инер­ции в электрической цепи и конструкции прибора. На переход от одного установившегося показания к другому требуется время. Оно определяется как промежуток времени от момента скачкооб­разного изменения измеряемой величины до момента установления с определенной погрешностью показания, соответствующего но­вому установившемуся значению измеряемой величины.

Экспериментально время установления показаний tyст опреде­ляется с помощью секундомера следующим образом:

Примерно в середине шкалы прибора выделяют числовую отметку Х0 (рис 16):

(35)

Где Хк — конечное значение диапазона измерения прибора.

Около отметки Х0 выделяют полосу шириной R, равной двум значениям предела допускаемой погрешности прибора п:

.

(36)

На вход прибора подают измеряемую величину, значение которой соответствует отметке Х0, и одновременно включают се­кундомер. Этот момент на рис. 16 соответствует точке t = 0.

Рис.16

 

Указатель прибора доходит до отметки Х0 и совершает около нее несколько колебаний.

Секундомер останавливают в тот момент, когда указатель, войдя в полосу, ширина которой обозначена на рис. 16 символом R, больше из нее не выходит. Зафиксированное таким образом показание секундомера и будет временем установления показа­ний прибора tycт.




Измерение мощности Ваттметром

На чтение 4 мин. Опубликовано Обновлено

Сегодня хочу немного поговорить о таком приборе как Ваттметр, а так же для чего такой прибор нужно предварительно использовать перед подключением бытовой техники через умные гаджеты. Ваттметр – это прибор который измеряет величину потребляемой мощности любого электроприбора, подключенного через него к сети 220В. Он представляет собой бытовой прибор внешне схожий с умной розеткой.

Для чего нужен ваттметр?

При покупке умных розеток или беспроводных wifi реле мы подразумеваем подключение потребителя или нескольких потребителей к сети 220В через эти умные гаджеты. Любой компонент умного дома, коммутирующий нагрузку, рассчитан на определенную мощность, которую можно через него «пропустить». Максимально допустимые значения указаны в инструкции по эксплуатации умного устройства или на его коробке. Эти значения отличаются в меньшую сторону в сравнении с обычными розетками, которые выдерживают до 3500W.

Если максимально допустимая мощность электроприбора превышает рекомендуемые для умного гаджета значения, то их подключение через умные устройства запрещено.

Превышение максимально допустимой нагрузки на умное устройство повлечет за собой перегрев, не стабильную работу электронных компонентов. При отсутствии в нем узлов защиты (защитного предохранителя) умный гаджет начнет выпускать неприятный запах, а затем и вовсе выйдет из строя.

Чтобы не допустить выход из строя своих умных гаджетов предварительно перед подключением в них бытовых приборов проверяйте фактическую потребляемую мощность Ваттметром.

На каждом бытовом приборе потребляемая мощность указывается на упаковке, в инструкции по эксплуатации, на бирке самого изделия или в одном из названных мест. Для чего тогда использовать Ваттметр если мощность указывается на самом приборе?

Почему не стоит ориентироваться на мощность, указываемую производителем?

Очень часто производители бытовой техники искусственно завышают мощность своих приборов для того чтобы продать их дороже. Чаще это относится к «ноунэйм» брендам, но и известные компании иногда тоже этим грешат. Как правило, для электроприборов указывают пиковую потребляемую мощность. В магазине продавцы-консультанты оперируют эти показателем как одним из существенных критериев к покупке того или иного устройства. Наш менталитет устроен таким же образом. Из двух изделий в одной и той же ценовой категории, скорее всего, будет выбран прибор мощнее.

Завышенная мощность

Рассмотрим на примере работы утюга Rowenta, на котором заявлена мощность 2400W.  Выставим на утюге максимально возможную для нагрева температуру и подключим к сети. При подключении утюга в сеть идет нагрев подошвы и резервуара с водой. Фактически он работает как чайник. Когда нагрев до требуемой температуры произошел нагревательный элемент отключается и энергопотребление падает до нуля. В процессе нагрева значение по мощности варьировалось в пределах 1860W — 1880W.

Таким образом мы измерили реально потребляемую мощность электроприбора и убедились что на 2400W этот утюг не греет.

Пиковая мощность

Подключаю через Ваттметр кварцевый обогреватель. На этикетке указанно значение в 800W. Обогреватель имеет две спирали. На первом положении потребляет 347W, на работе двух спиралей — 686W. Таким образом мы выяснили что его пиковая мощность составляет 686W, так же она завышена.

Запас мощности, что это и зачем он нужен?

Имея Высшее образование радиоинженера, хочу дать один дельный совет — никогда не стоит эксплуатировать любую электронику на пределе ее возможностей.

Например: Если производителем заявлена предельно допустимая нагрузка через умную розетку в 2200W, то не стоит понимать что это действительно так. Указанные значения мощности могут быть завышены, как и на бытовой технике. Тем более, если это сомнительный производитель.

При эксплуатации всегда делайте запас по мощности. Для умного гаджета отнимайте 10-20% от указанного производителем максимально возможно значения мощности. Это обеспечит исправную многолетнюю работу ваших умных устройств.

Выводы:

  • При использовании умных гаджетов не стоит их эксплуатировать на пределе своих возможностей.
  • Во избежании преждевременного выхода из строя умных розеток и беспроводных реле не превышайте максимально допустимую на них нагрузку.
  • Необходимо всегда оставлять запас по мощности.
  • Используйте ваттметр, чтобы проверить фактическую, а не завышенную производителем мощность подключаемого устройства.

 

Измерение электрических величин. DjVu

ФPAГMEHT КНИГИ (…) Переносный комплект К51 рекомендуется во всех случаях, когда требуется точное измерение мощности в трехфазных трехпроводных установках с любой степенью неравномерности нагрузки. В том случае, если при изме-
      рении мощности в трехфазпых трехпроводных сетях необходимо измерять активную и реактивную мощность, может быть применен трехфазный двухэлементный ваттметр Д581 4 класса 0,5 с номинальными токами 2,5 — 5 а и номинальными напряжениями по 110, 125, 250, 375 в и пределами измерения по мощности от 400 до 3 000 вт. (вар). Установка пределов измерения по току и напряжению производится при помощи соответствующих переключателей. Ваттметр включается по схеме на рис. 16. При измерении реактивной мощности схема включения ваттметра не изменяется, а переход на измерение реактивной мощности осуществляется переключателем ваттметра.
      Измерение активной мощности одно-фазного тока. В тех случаях, когда необходимо из-мерить активную мощность однофазной установки, применяется один однофазный ваттметр. В зависимости от мощности установки токовая цепь ваттметра включается ( непосредственно в цепь нагрузки или через ТТ. Если напряжение установки более 300 в, то цепь напряжения ваттметра включается через ТН. При включении соблюдается полярность включения зажимов ваттметра и измерительных трансформаторов. Генераторный зажим ваттметра (обозначаемый звездочкой) должен быть включен со стороны питания, генераторный зажим цепи напряжения — к этой же фазе. Если используются только ТТ, то измеряемая мощность равна:
      Р = ссСвтДтт-10~3, кет, где К = 1, если ТТ отсутствует.
      Схема на рис. 9 может быть использована для включения ваттметра, если фаза 3 отсутствует, а между фазами 1 и 2 включена нагрузка. Для измерения однофазной мощности в установках с напряжением 220 — 380 в могут быть применены клещи для измерения мощности типа Д-90 (см. рис. 10). Наиболее удобно при измерении однофазной мощности пользоваться переносным измерительным комплектом типа К-50 [Л. 5).
      Измерение реактивной мощности. Необходимость в измерении реактивной мощности возникает относительно редко, например, при эпизодическом определении cos ф установки, при определении распределения потоков реактивной мощности в энергосистемах и т. п. Промышленность не выпускает переносных ваттметров реактивной мощности (с внутренним 90°-ным сдвигом).
      Поэтому измерение реактивной мощности в трехфазньг сетях производится с помощью ваттметров активной мощности, включаемых по специальным схемам, н воз можно только при симметричной звезде фазных напряжений, сдвинутых относи тельно друг друга на углы 120° и равных между собой по величине. Принцип измерения основан на использовании 90-градусного сдвига между фазным и одним из междуфазных напряжениями. Наиболее широкое применение получила схема двух ваттметров с искусственной нулевой точкой. Эта схема пригодна для трехфазных трехпроводных сетей при симметрии фазных напряжений при равномерной и неравномерной нагрузке по фазам. Принципиальная схема (И ее векторная диаграмма приведены на рис. 18. Из векторной диаграммы следует, что первый ваттметр измеряет мощность (…)
      Мощность постоянного тока может быть также измерена переносным ваттметром электродинамическом системы. При измерении мощности в цепях выпрямлен ного переменного тока (например, при испытании сило вых выпрямительных устройств, в цепях ионного возбуждения генераторов и т. п.) необходимо при выборе приборов обращать внимание на систему прибора (условное обозначение на шкале). Так, при измерении в цепи постоянного тока, источником которого служит аккумуляторная батарея, вращающийся коллекторный ге ператор постоянного тока или хорошо сглаженный вы прямленный ток, могут применяться как магнитоэлек трические, так и электродинамические или электромаг нитные амперметры и вольтметры. При измерении вы прямленного синусоидального тока без сглаживающей фильтра показания амперметров магнитоэлектрической системы и электродинамической или электромагнитной одного и того же класса будут различны.
      Система приборов выбирается в зависимости от детей измерения. При измерении мощности пульсирующего выпрямленного тока следует применять приборы электродинамической или электромагнитной системы.
     
      5. Измерение фазы
      Фазовый сдвиг между током и напряжением в трехфазных электрических сетях и установках характеризует режим их работы с точки зрения дополнительных потерь, присущих переменному току, и обычно определяется coscp. В общем случае неравномерной и неоднородной нагрузки по фазам трехфазной сети cosp каждой фазы может быть различным. Для измерения coscp каждой фазы в этом случае необходимо включить три однофазных фазометра, цепи напряжений которых должны быть включены на фазные напряжения Полученные при одновременном отсчете три различных значения coscp неудобны для характеристики режима работы трехфазной сети. В таких случаях определяется усредненное значение coscp трехфазной сети, который определяется по данным одновременного измерения активной Р и реактивной мощности Q по выражениям (…)
      где cos ср, определенный за установленный промежуток времени (например, за месяц) по показаниям активного и реактивного счетчиков, называется средневзвешенным значением coscp и используется в тарифах или расчете за электроэнергию. Текущее значение coscp может быть определено по одновременным показаниям щитовых ваттметров активной и реактивной мощности, и фазометр в энергетических установках обычно не предусматривается. К тому же измерение реактивной мощности, а не cos ф, более удобно для ведения режима работы сетей.
      Применение фазометров. Необходимость в измерении cos ср в трехфазных энергетических установках при помощи переносных фазометров возникает крайне редко. Если же такая необходимость возникает, то надо иметь в виду, что трехфазные переносные фазометры пригодны для симметричной и однородной нагрузки фаз исследуемой установки. Схема включения переносного трехфазного фазометра аналогична схеме включения трехфазного ваттметра и показана на рис. 20 для фазометра типа Д586. Как и при включении ваттметра, необходимо строго соблюдать полярность зажимов измерительных трансформаторов и фазометра. Однофазные переносные фазометры применяются в промышленности для контроля режима мощных однофазных токоприемников (например, однофазные дуговые печи и т. п.), а также при наладке различного электрооборудования. При выборе фазометра необходимо исходить из номинального напряжения и тока нагрузки цепи, в которой измеряется cos р. Показания фазометра практически не зависят от тока нагрузки в больших пределах, однако ток нагрузки не должен превосходить номинальный ток во избежание его порчи. Необходимо помнить, что при токовой перегрузке стрелка фазометра не изменит своих показаний (стрелка «за шкалу не уйдет»), но его токовая цепь может быть повреждена. При токах, значительно меньших номинального тока фазометра, устанавливающий момент прибора снижается и погрешность измерения возрастает. Пределы измерений переносных фазометров обычно лежат в следующих границах: 0,9 емк., 1 — 0,2 инд… или 0,5 емк., 1 — 0,5 инд., или же 0 — 1- -0, т. е. охватывают емкостную и индуктивную нагрузки. Однофазные фазометры часто применяются для снятия векторных диаграмм при испытаниях и наладке различного электрооборудования и аппаратуры, и, в частности, релейной защиты. Для этой цели наиболее удобно применять четырхквадрантный фазометр типа Д578 с двухстрочной шкалой, одна из которых градуирована в электрических градусах. Это дает возможность определять измерением непосредственно углы сдвига фаз между напряжением и током, между токами или напряжениями. Для примера рассмотрим снятие векторной диаграммы токов нагрузки в трехфазной сети. Схема включения фазометра приведена на рис. 21. Цепь напряжения фазометра подключается к опорному напряжению, по отношению к которому последовательно измеряются фазовые сдвиги всех трех токов, по данным которых и строится векторная диаграмма. В качестве опорного напряжения можно использовать, наприме! междуфазное вторичное напряжение ТН Ul2 (на преде ле 100 в фаза 1 подключается к зажиму, обозначенном звездочкой, и фаза 2 — к зажиму 100 в).ДО0, чему соответствует аг=180 — 10=170°. Да лее, подключая 3, снимаем показания прибора в емко стном квадранте при положении переключателя Прием ник и fз =67°, чему соответствует аз=360 — 67=293° (от счет углов ведется в одном направлении по часовой стрелке от 0° при положении переключателя Приемник). На рис. 22 изображена в развернутом положении шкала фазометра, причем нижние квадранты соответствуют положению переключателя Генератор. На шкале нанесены результаты наших измерений — положения стрелки фазометра, которые соответствуют направлениям векторов токов относительно взятого в качестве опорного между-фазного напряжения U 2. Из векторной диаграммы видно, что углы сдвига между токами равны:
      ZIJ2 = а2 — си = 170 — 52 = 118°;
      ZI2I3 = a3 — а2 = 293 — 170 = 123° и Z зЛ = а, — а3 = 360 + 52 — 293 = 119°.
      Аналогично может быть определен фазовый сдвиг между векторами напряжений, используя для этой цели произвольный опорный ток. Точность фазометра Д578 соответствует классу 0,5, так что фазовый сдвиг может быть измерен с точностью до 1°. При снятии векторных диаграмм фазовые сдвиги в измеряемых цепях должны быть неизменными в течение всего времени измерения.
      Применение векторметров. Более удобными более универсальным прибором для снятия векторных диаграмм является векторметр типа Ц-50. Действиевек-торметра основано на применении механического выпрямителя с регулированием фазы срабатывания контактов. Если обеспечить длительность замыкания контактов выпрямителя точно 1 2 периода синусоидального тб-ка и начало замыкания их установить точно в момент перехода синусоиды через нуль, то при неизменной величине выпрямляемого тока показания прибора будут максимальны. Это соответствует совпадению вектора коммутации1 и вектора выпрямляемого тока (рис. 23,а). Если же начало замыкания контактов установить в момент, когда синусоида тока достигает максимума, то показание прибора будет равно нулю, так как половина площади положительной полуволны синусоиды будет равна половине площади отрицательный полуволны. В этом случае вектор коммутации и вектор тока взаимно сдвинуты на угол ф = 90° (рис. 23,6). При промежуточном значении угла коммутации ф показания прибора будут равны (рис. 23, в):
      где К — коэффициент пропорциональности (постоянная прибора).
      Замыкание и размыкание контактов производятся эксцентриком, насаженным на вал синхронного двигателя, питающегося током той же частоты, что и измеряемый (выпрямляемый) ток. Момент замыкания контактов (начальная фаза вектора коммутации) устанавливается путем поворота контактной группы относительно вала двигателя. Поворотная группа контактов снабжена шкалой, разделенной на 360° (электрические градусы совпадают с угловыми), и называется поворотной головкой. Принцип измерения угла сдвига между двумя векторами токов или напряжений, или тока и напряжения, основан на измерении угла (отсчет по поворотной шкале) между двумя однозначными экстремальными положениями измеряемых векторов относительно вектора коммутации (наибольшие показания прибора или нулевые). Более точные измерения достигаются при нулевых показаниях приборов, когда измеряемые векторы перпендикулярны вектору коммутации. Так как нахождение экстремальных положений измеряемых векторов относительно вектора коммутации производится последовательно во времени, то результаты измерения
      1 Под вектором коммутации понимается периодически повторяющийся процесс замыкания контактов, причем модулю вектора
      соответствует длительность замыкания контактов.
      будут правильны лишь при неизменном режиме в измеряемой электрическом цепи. Точность измсренш угла достигается порядка ±1°. Применение век торметра Ц-50 рассмотрим на примере. Допустим необходимо определить coscp в трехфазной установке переменного тока при равномерной нагрузке фаз. Для измерения могут быть использованы установленные ТТ и ТН, соединенные по схеме неполного (открытого) треугольника. Поскольку измерение производится во вторичных цепях измерительных трансформаторов, можно использовать зажимы векторметра, обозначенные для цепи тока 5а и для цепи напряжения 150 в. Перед включением векторметра необходимо проверить режим работы контактов. Для этого верхний переключатель (П4) устанавливается в положение В. Внутри прибора образовывается цепь: встроенная батарейка типа КБС — реостат — измерительный прибор (без контактов). Ручкой реостата, расположенной на панели векторметра, устанавливают произвольное показание в конце шкалы прибора (например, а = 50 делений по верхней шкале). Подключают вектор метр к сети 220 в (частота сети та же, что и в измеряемой цепи) и пусковой кнопкой (КП) запускают синхронный двигатель, замыкающий и размыкающий контакты. Далее переводят переключатель П 4 в положение Г. В этом положении переключателя последовательно с прибором включаются контакты выпрямителя. У правильно отрегулированного векторметра показание прибора в положении Г должно быть вдвое меньше предыдущего показания (в нашем случае а = 50 2 = 25 делений). Если этого нет, то при помощи вращения в ту или иную сторону рифленой гайки УК, расположенной на шкале поворотной головки, добиваются необходимого показания прибора. После этого переключатель П4 переводят в рабочее положение А или Б. При измерениях во вторичных цепях ТТ и в цепях напряжения, когда (7100 в, рабочим положением переключателя является положение А. В этом случае контакты выпрямителя включаются параллельно прибору (цепь тока не размыкается, искрение контактов практически отсутствует). При измерениях малых значений токов и напряжений, например подключаемых к зажимам 1 и 2, переключатель Д4 устанавливается в положение Б.
      Схема включения векторметра приведена на рис. 24. Подключение цепи должно быть выполнено без размыкания вторичной обмотки ТТ. При подключении цепей тока и напряжения необходимо строго соблюдать полярность цепей. Необходимо проверить правильность подключения к векторметру тока фазы Б и между-фазного напряжения Ui 2. Измерение производится следующим образом. При установке переключателя П3 в положение 150 в путем вращения поворотной головки ПГ добиваются установки стрелки измерительного прибора на нуль. При этом возможны два положения шкалы (поворотной головкн), отличающиеся друг от друга на 180°. Правильным положением будет такое, при котором дальнейшее вращение поворотной головки по часовой стрелке вызывает положительное отклонение стрелки прибора. После этого передвижной указатель шкалы НУ устанавливается против нулевой отметки шкалы и стопорится боковым винтом СТ. Далее переключатель Я3 переводится в положение 5 а, и вращением головки вновь находится нулевое положение прибора. Отсчет по шкале поворотной головки (против указателя шкалы) дает угол сдвига в градусах между вектором междуфазного напряжения U12 и вектором тока 1 . Если нулевое показание измерительного прибора прн этом достигается поворотом головки по часовой стрелке и измеренный угол а 90°, то ток отстает от напряжения. Фазовый угол между фазным напряжением и током, по которому определяется cosp установки, как это видно из векторной диаграммы, будет равен 9 = ai — 30°. Если в установке имеется возможность
      измерить фазное напряжение, то векторметром измеряется непосредственно угол ф. Измерение фазы между векторами двух любых токов производится аналогично, но цепи тока подключаются к зажимам 5 а и . Измерение возможно, если величина одного из токов лежит в пределах 2 — 5 а. Возможная величина второго тока определяется пределами измерения, устанавливаемыми переключателем Я2 от 0,01 до 5 а. Переключатель Я3 при этом последовательно устанавливается в положения 5А и . Если необходимо измерить угол сдвига фаз между векторами двух напряжений, то цепи напряжений подключаются к зажимам 150 в и U. Измерение возможно, если напряжение, подключаемое к зажимам 150 в, лежит в пределах 50 — 150 в. Величина напряжения, подключаемого к зажимам U, может быть в пределах 0,3 — 300 в и устанавливается переключателем Я]. Переключатель Я3 при измерении последовательно устанавливается в положение 150 в и U. При измерении фазового сдвига между векторами с модулем до 150 мв или до 3 ма используются зажимы и 2. Возможно измерение фазы между токами до 5 а и до 0,003 а или между напряжением до 150 — 300 в и до 0,15 в, а также комбинации между токами и напряжениями. Положение переключателя Я3 при измерении должно соответствовать обозначению зажимов, к которым подключена измеряемая величина. В заключение отметим, что векторметр является идеальным прибором
      для измерения среднего значения тока или напряжения синусоидальной формы. При измерении путем поворота головки добиваются максимального отклонения стрелки прибора (удобнее сперва установить стрелки прибора на нуль, а затем повернуть шкалу в любую сторону точно на 90°). Так как шкала градуирована в действующих значениях синусоидального тока (напряжения), то для получения среднего значения необходимо показание прибора умножить на2| 2 тс. В практике наладки релейных защит энергоустановок широкое распространение получил портативный универсальный прибор — вольтамперфазоиндикатор типа ВАФ-85. Погрешность этого прибора довольно велика — при измерении тока и напряжения ±5%, но при наладочных работах эта погрешность допустима. При измерении фазы используется механический выпрямитель вибрационного типа, обмотка возбуждения которого питается от фазорегулятора. При изменении фазорегулятором фазы напряжения возбуждения выпрямителя изменяется фаза замыкания и размыкания его контак тов относительно выпрямляемого тока или напряжения В качестве фазорегулятора используется встроенный в прибор трехфазный сельсин.12) трехфазной сети с порядком следования фаз А — В — С. Контакты выпрямителя отрегулированы так, что при установке шкалы фазорегулятора на нуль и подаче напряжения UAв измерительный прибор показывает нуль (т. е. вектор коммутации и вектор UAв взаимно перпендикулярны). Таким образом, при первом измерении определяется фаза исследуемого тока или напряжения относительно фазы Нлв трехфазной сети. Для измерения фазы тока предусмотрены миниатюрные токоизмерительные клещи, рассчитанные на применение во вторичных цепях коммутации без разрыва токовых цепей. Измерение прибором ВАФ-85 фазы рассмотрим на примерах. Допустим, необходимо определить cosp трехфазной установки по схеме на рис. 25. Левый тумблер устанавливается в положение V, правый — в положение Фаза. К зажимам ABC прибора подключаем соответствующие фазы от ТН. Напряжение 110 и 220 в подключается к одним и тем же зажимам, но для каждого предела измерения по напряжению на панели прибора имеется отдельная риска для установки нулевого значения шкалы (лимба) фазорегулятора. Проверяется порядок следования фаз подключенной сети, для чего нажимается кнопка, расположенная около лимба. При правильном чередовании фаз А — В — С лимб фазорегулятора должен вращаться по часовой стрелке. Далее проверяем регулировку контактов выпрямителя, для чего переключатель пределов измерения переводим в положение 125 в и к зажиму, обозначенному звездочкой , подключаем фазу Л, а к зажиму с обозначением U — фазу В. Поворотом лимба фазорегулятора добиваются установки стрелки измерительного прибора на нуль. При этом нуль шкалы лимбы должен расположиться точно против риски 110 в. Если этого нет, то за нулевую отметку принимается значение шкалы против риски 110 в (в приборе не предусмотрено корректирующее устройство). Далее отключаем напряжение UAB и к зажимам, обозначенным звездочкой и , подключаем провода от токоизмерительных клещей, соблюдая обозначенную полярность по отношению к прибору и клещам. Предел измерения по току устанавливается переключателем пределов измерения на 5 а. Клещами охватывается провод фазы А, ток в которой измеряется, причем сторона клещей с обозначением звездочки должна быть со стороны источника тока. Вращением лимба добиваемся нулевого показания прибора и против риски 110 в отсчитываем угол сдвига фаз между напряжением Uав и током А, равным а°. Угол а определен правильно, если при смещении лимба стрелка прибора отклоняется в ту же сторону, что н лимб. Искомый угол сдвига фаз между фазным напряжением и током равен р = а — 30°. При измерении угла между двумя любыми векторами вычисляется разность углов, полученных при двух измерениях фазы каждого вектора, относительно вектора UAB. При измерении напряжения или тока по величине правый тумблер переводится в положение Величина. При этом вместо механического выпрямителя включается полупроводниковый выпрямитель и фазорегулятор в измерении не участвует. В приборе предусмотрены зажимы для измерения токов небаланса.
     
      ЛИТЕРАТУРА
      1. Мансуров Н. Н. и Попов В. С., Теоретическая электромеханика, изд-во «Энергия», 1968.
      2. М и н и н Г. П., Эксплуатация электроизмерительных приборов, Госэнергонздат, 1959.
      3. Приборы электроизмерительные, ГОСТ 1845-59.
      4. Правила техники безопасности при обслуживании электроустановок, изд-во «Энергия».
      5. Минин Г. П., Измерение мощности, изд-во «Энергия», 1965.
     
      ОГЛАВЛЕНИЕ
      Введение
      1. Краткие сведения об аналоговых электроизмерительных приборах
      2. Измерение напряжения
      3. Измерение тока
      4. Измерение мощности
      5. Измерение фазы Приложения Литература

Включение ваттметра в цепь переменного тока, при токе нагрузки больше допустимого

Если ток нагрузки больше допустимого тока ваттметра, то токовую катушку ваттметра включают через измерительный трансформатор тока (рис. 1, а).

Рис. 1. Схемы включения ваттметра в цепь переменного тока с большим током (а) и в высоковольтную сеть (б).

При выборе трансформатора тока необходимо следить за тем, чтобы номинальный первичный ток трансформатора I был равен измеряемому току в сети или больше него.

Например, если значение тока в нагрузке достигает 20 А, то можно брать трансформатор тока, рассчитанный на первичный номинальный ток 20 А с номинальным коэффициентом трансформации по току Kн1 = I/ I= 20/5 = 4.

Если при этом в измерительной цепи напряжение меньше допустимого ваттметром, то катушку напряжения включают непосредственно на напряжение нагрузки. Начало катушки напряжения при помощи перемычки / подключают к началу токовой катушки. Так же обязательно устанавливают перемычку 2 (начало катушки подключают к сети). Конец катушки напряжения подключают к другому зажиму сети.

Для определения действительной мощности в измеряемой цепи необходимо показание ваттметра умножить на номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока: P = Pw х Kн1 = Pw х 4


Если ток в сети может превышать 20 А, то следует выбрать трансформатор тока с первичным номинальным током 50 А, при этом Kн1 = 50/5 = 10.

В этом случае для определения значения мощности показания ваттметра надо умножать на 10.

Из выражения для мощности на постоянном токе Р = IU видно, что ее можно измерить с помощью амперметра и вольтметра косвенным методом. Однако в этом случае необходимо производить одновременный отсчет по двум приборам и вычисления, усложняющие измерения и снижающие его точность.

Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока применяют приборы, называемые ваттметрами, для которых используют электродинамические и ферродинамические измерительные механизмы.

Электродинамические ваттметры выпускают в виде переносных приборов высоких классов точности (0,1 — 0,5) и используют для точных измерений мощности постоянного и переменного тока на промышленной и повышенной частоте (до 5000 Гц). Ферродинамические ваттметры чаще всего встречаются в виде щитовых приборов относительно низкого класса точности (1,5 — 2,5).

Применяют такие ваттметры главным образом на переменном токе промышленной частоты. На постоянном токе они имеют значительную погрешность, обусловленную гистерезисом сердечников.

Для измерения мощности на высоких частотах применяют термоэлектрические и электронные ваттметры, представляющие собой магнитоэлектрический измерительный механизм, снабженный преобразователем активной мощности в постоянный ток. В преобразователе мощности осуществляется операция умножения ui = р и получение сигнала на выходе, зависящего от произведения ui, т. е. от мощности.


На рис. 2, а показана возможность использования электродинамического измерительного механизма для построения ваттметра и измерения мощности.

Рис. 2. Схема включения ваттметра (а) и векторная диаграмма (б)

Неподвижная катушка 1, включаемая в цепь нагрузки последовательно, называется последовательной цепью ваттметра, подвижная катушка 2 (с добавочным резистором), включаемая параллельно нагрузке — параллельной цепью.

Для ваттметра, работающего на постоянном токе:

Рассмотрим работу электродинамического ваттметра на переменном токе. Векторная диаграмма рис. 2, б построена для индуктивного характера нагрузки. Вектор тока Iuпараллельной цепи отстает от вектора U на угол γ вследствие некоторой индуктивности подвижной катушки.

Из этого выражения следует, что ваттметр правильно измеряет мощность лишь в двух случаях: при γ = 0 и γ = φ.

Условие γ = 0 может быть достигнуто созданием резонанса напряжений в параллельной цепи, например включением конденсатора С соответствующей емкости, как это показано штриховой линией на рис. 1, а. Однако резонанс напряжений будет лишь при некоторой определенной частоте. С изменением частоты условие γ = 0 нарушается. При γ не равном 0 ваттметр измеряет мощность с погрешностью βy, которая носит название угловой погрешности.


При малом значении угла γ (γ обычно составляет не более 40 — 50′), относительная погрешность

При углах φ, близких к 90°, угловая погрешность может достигать больших значений.

Второй, специфической, погрешностью ваттметров является погрешность, обусловленная потреблением мощности его катушками.

При измерении мощности, потребляемой нагрузкой, возможны две схемы включения ваттметра, отличающиеся включением его параллельной цепи (рис. 3).

Рис. 3. Схемы включения параллельной обмотки ваттметра

Если не учитывать фазовых сдвигов между токами и напряжениями в катушках и считать нагрузку Н чисто активной, погрешности β(а) и β(б), обусловленные потреблением мощности катушками ваттметра, для схем рис. 3, а и б:

где Рi и Рu — соответственно мощность, потребляемая последовательной и параллельной цепью ваттметра.

Из формул для β(а) и β(б) видно, что погрешности могут иметь заметные значения лишь при измерениях мощности в маломощных цепях, т. е. когда Рi и Рu соизмеримы с Рн.

Если поменять знак только одного из токов, то изменится направление отклонения подвижной части ваттметра.

У ваттметра имеются две пары зажимов (последовательной и параллельной цепей), и в зависимости от их включения в цепь направление отклонения указателя может быть различным. Для правильного включения ваттметра один из каждой пары зажимов обозначается знаком «*» (звездочка) и называется «генераторным зажимом».

Контрольные вопросы:

1. Какую энергию измеряет ваттметр электродинамической системы?

2. Влияет ли величина нагрузки на схему включения ваттметра?

3. Как расширяют пределы измерения ваттметра на переменном токе?

4. Как определить мощность в цепи постоянного тока по результатам измерения силы тока и напряжения?

5. Как правильно включить ваттметр однофазного тока при измерении мощности в контролируемой цепи?

6. Как измерить полную мощность однофазного тока, пользуясь амперметром и вольтметром?

7. Как определить реактивную мощность схемы?

Как работает ваттметр? — Wira Electrical

На этот раз мы попытаемся понять принцип работы ваттметра.

Некоторые ваттметры не имеют катушек; рассматриваемый здесь ваттметр относится к электромагнитному типу.

Обязательно сначала прочтите, что такое цепь переменного тока.

Измерение мощности ваттметром

Средняя мощность, потребляемая нагрузкой, измеряется прибором, который называется ваттметром .

Ваттметр — это прибор, используемый для измерения средней мощности.

На рисунке (1) показан ваттметр, который состоит по существу из двух катушек: катушки тока и катушки напряжения.

Токовая катушка с очень низким импедансом (в идеале бесконечным) подключается параллельно нагрузке, как показано на рисунке (2), и реагирует на напряжение нагрузки.

Рис. 1. Ваттметр

Катушка тока действует как короткое замыкание из-за ее низкого импеданса; катушка напряжения ведет себя как разомкнутая цепь из-за своего высокого импеданса.

В результате наличие ваттметра не нарушает цепь и не влияет на измерение мощности.

Рис. 2. Ваттметр, подключенный к нагрузке

Когда две катушки находятся под напряжением, механическая инерция подвижной системы создает угол отклонения, который пропорционален среднему значению продукт v (t) i (t) .

Если ток и напряжение нагрузки равны v (t) = V m cos (ωt + θ v ) и i (t) = I m cos (ωt + θ i ), их соответствующие среднеквадратичные векторы равны

, а ваттметр измеряет среднюю мощность, заданную как

, как показано на рисунке.(2) каждая катушка ваттметра имеет две клеммы с маркировкой ±.

Для обеспечения отклонения по шкале, клемма ± токовой катушки направлена ​​к источнику, в то время как клемма ± катушки напряжения подключена к той же линии, что и токовая катушка.

Переключение обоих соединений катушек в обратном направлении все равно приводит к высокому отклонению.

Однако реверсирование одной катушки, а не другой, приводит к отклонению в меньшем масштабе и отсутствию показаний ваттметра.

Этот ваттметр также можно использовать для измерения трехфазной мощности.

Как работает ваттметр, пример

Найдите показания ваттметра для схемы на рисунке. (3)

Рисунок 3

Решение:
на рисунке. ( 3), ваттметр считывает среднюю мощность, потребляемую импедансом (8 — j6) Ом, поскольку токовая катушка включена последовательно с импедансом, а катушка напряжения — параллельно ему. Ток в цепи равен

Напряжение на импедансе (8 — j6) Ом равно

Комплексная мощность

Ваттметр показывает

Статья о ваттметре из The Free Dictionary

Следующая статья взята из Большая Советская Энциклопедия (1979).Он может быть устаревшим или идеологически предвзятым.

Ваттметр

прибор для измерения мощности электрического тока в ваттах. Наиболее распространенными ваттметрами являются динамометрические датчики, в которых механизм состоит из неподвижной катушки, подключенной последовательно к нагрузке (токовая цепь), а затем к подвижной катушке, которая подключена через большой вспомогательный резистор (цепь резистора) параллельно. к нагрузке.

Работа динамометрического ваттметра основана на взаимодействии магнитных полей подвижной и неподвижной катушек при прохождении через них электрического тока.В случае постоянного тока крутящий момент, вызывающий отклонение подвижной части устройства и иглы (индикатора), подключенной к устройству, пропорционален произведению силы тока на потенциал напряжения; в случае переменного тока он также пропорционален косинусу угла смещения фаз между током и потенциалом напряжения. Используются также ферродинамические, реже индукционные, термоэлектрические и электростатические ваттметры.

Советская промышленность выпускает портативные (лабораторные) динамометрические ваттметры классов эффективности 0,2 и 0,5; они используются для измерения постоянного и переменного токов (частотой до 5 килогерц) в цепях. Мощность переменного тока с частотой более 5 килогерц измеряется термоэлектрическими ваттметрами. В электростанциях мощность измеряется панельными (статическими) ваттметрами, обычно ферродинамическими, реже индукционного типа.

Мощность в трехфазных цепях измеряется трехфазными ваттметрами, которые основаны на структурном объединении трех (или двух) однофазных ваттметров.Подвижные катушки трехфазных ваттметров устанавливаются вдоль общей оси, что приводит к суммированию создаваемых ими крутящих моментов. Ваттметры подключаются к высоковольтным цепям с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения.

СПРАВКА

Шкурин Г.П. Справочник по электроизмерительным и радиоизмерительным приборам , 3-е изд., Вып. 1. Москва, 1960.

Большая Советская Энциклопедия, 3-е издание (1970–1979). © 2010 The Gale Group, Inc. Все права защищены.

Ваттметр

Прибор для измерения электроэнергии. См. Измерение электроэнергии

Для измерения мощности в цепях переменного тока доступны различные ваттметры. Обычно их классифицируют по именам, описывающим принципы их работы. Определение мощности в цепях постоянного тока почти всегда выполняется отдельными измерениями напряжения и тока. Однако некоторые из описанных приборов при желании могут работать и в цепях постоянного тока.

Вероятно, наиболее полезным инструментом для измерения мощности переменного тока на промышленных частотах является индикаторный (отклоняющий) электродинамический ваттметр.В принципе, он похож на двухкатушечный амперметр постоянного тока или вольтметр в том смысле, что он зависит от взаимодействия полей двух наборов катушек, одной неподвижной, а другой подвижной. Подвижная катушка подвешена или поворачивается, так что она может свободно вращаться на ограниченный угол вокруг оси, перпендикулярной оси неподвижных катушек. Как однофазный ваттметр, подвижная (потенциальная) катушка, обычно сделанная из тонкого провода, пропускает ток, пропорциональный напряжению, приложенному к измеряемой цепи, а фиксированные (токовые) катушки несут ток нагрузки.Такое расположение катушек обусловлено практической необходимостью конструирования токовых катушек из относительно тяжелых проводников, способных выдерживать большие значения тока. Катушка потенциала может быть легче, потому что рабочий ток ограничен низкими значениями. См. Амперметр, вольтметр

Термопреобразователь состоит из резистивного нагревателя, находящегося в тесном тепловом контакте с одной или несколькими термопарами. Когда через нагреватель протекает ток, температура повышается. Термопары выдают выходное напряжение, пропорциональное разнице температур между их переходами, в данном случае пропорциональное квадрату тока, и, таким образом, представляют собой подходящие преобразователи для создания тепловых ваттметров. См. Термопреобразователи, термопары, термоэлектричество

Электростатическая сила между двумя проводниками пропорциональна произведению квадрата разности потенциалов между ними и скорости изменения емкости при смещении. Следовательно, дифференциальный электростатический прибор можно использовать для создания ваттметра на четверть квадрата. Несмотря на проблемы согласования изменений емкостей двух элементов и небольшие доступные силы, электростатические ваттметры использовались в качестве эталонов в течение многих лет.

Цифровые ваттметры сочетают в себе преимущества электронной обработки сигналов и легко читаемый дисплей с высоким разрешением. Также возможно электрическое считывание результатов измерения. Были использованы различные электронные методы для выполнения необходимого умножения сигналов, представляющих ток и напряжение. Обычно электронный умножитель представляет собой аналоговую систему, которая выдает на выходе напряжение, пропорциональное требуемой индикации мощности. Затем это напряжение преобразуется в цифровую форму одним из стандартных способов.Многие умножители изначально были разработаны для использования в аналоговых компьютерах. См. Аналоговый компьютер

Описываемые приборы предназначены для измерения однофазной мощности. В многофазных цепях полная мощность — это алгебраическая сумма мощностей в каждой фазе. Этому суммированию способствуют простые модификации однофазных приборов. См. Переменный ток

Краткая инженерная энциклопедия Макгро-Хилла. © 2002 г., компания McGraw-Hill Companies, Inc.

Ваттметр RF In Line Power Meter »Примечания по электронике

Линейные ваттметры или измерители мощности могут измерять ВЧ-мощность, передаваемую от источника к нагрузке, путем измерения мощности, протекающей в фидере.


Измеритель мощности ВЧ и СВЧ Включает: Измеритель мощности
ВЧ PEP, средняя и импульсная мощность Методы измерения мощности Встроенный измеритель мощности Измерители и датчики абсорбционной мощности


Встроенные измерители мощности или ваттметры RF подключаются к фидерной линии и могут измерять мощность, протекающую от источника к нагрузке, а также в обратном направлении.

Встроенные ваттметры или измерители мощности используют направленный ответвитель для передачи небольшого количества энергии из фидерной линии в сам датчик.

Большим преимуществом встроенных ваттметров RF является то, что они могут измерять мощность, пока она подается на нагрузку, то есть их можно использовать для тестирования работающей системы. Измерители абсорбционной мощности образуют нагрузку, и мощность не может быть передана другой нагрузке.

Одним из знаковых ваттметров RF является ваттметр Bird 43 Thruline ®, который используется уже много лет и до сих пор широко используется.

Знаменитый ваттметр Bird 43 Thuline®

Встроенный ваттметр

Встроенный радиочастотный ваттметр основан на использовании направленного ответвителя. Это элемент ВЧ-цепи, который передает небольшое количество энергии, протекающей по фидеру, во вторичную цепь, которая используется для измерения мощности в фидере. Во вторичной цепи небольшая мощность, она невелика и не приводит к чрезмерным потерям.

Используя этот метод, можно по отдельности обнаруживать поток энергии в любом направлении, т.е.е. прямая мощность и обратная мощность, которые были отражены от нагрузки из-за несоответствия и т. д. Таким образом, для измерения КСВН, коэффициента стоячей волны напряжения в фидере можно использовать встроенный ваттметр.

Простая схема направленного ответвителя, которую можно использовать для измерения мощности на линии.

Схема представляет собой очень простую форму направленного ответвителя и иллюстрирует основную концепцию. В точных встроенных измерителях мощности используется больше компонентов, что позволяет получать более точные результаты в более широком диапазоне частот.

В схеме передатчик и нагрузка соединены фидером, который соединен с двумя дополнительными короткими линиями внутри встроенного ВЧ измерителя мощности. На каждой из этих связанных линий есть резистор, используемый для согласования импеданса, и диод — их положение относительно направления потока мощности определяет, измеряется ли прямая или отраженная мощность.

Диод выпрямляет связанную мощность, так что она может быть непосредственно считана измерителем, а конденсатор удаляет остаточную радиочастоту.

Во многих встроенных ВЧ-ваттметрах используется только одна подключенная линия, и компоненты переключаются для выбора прямого и обратного измерения мощности.

Преимущество встроенного измерителя мощности означает, что измеритель мощности может оставаться в цепи, пока нагрузка активна. Это может быть особенно полезно, если нагрузка должна оставаться активной во время измерения мощности — этого нельзя достичь с помощью абсорбционного ваттметра.

Другие темы тестирования:
Анализатор сети передачи данных Цифровой мультиметр Частотомер Осциллограф Генераторы сигналов Анализатор спектра Измеритель LCR Дип-метр, ГДО Логический анализатор Измеритель мощности RF Генератор радиочастотных сигналов Логический зонд Тестирование и тестеры PAT Рефлектометр во временной области Векторный анализатор цепей PXI GPIB Граничное сканирование / JTAG
Вернуться в тестовое меню.. .

404: Не найдено | Огайо Семитроникс

  • Преобразователи
  • Переменный ток
  • Постоянный ток
  • Калькулятор визуальной точности
  • Напряжение переменного тока
  • Роговски
  • Напряжение постоянного тока
  • Ватт-Вар
  • Ватт / Ватт-час, Вар / Ватт-час
  • Частотно-регулируемый привод (VFD)
  • Многофункциональный
  • Частота
  • Фактор силы
  • Рынки
  • Военный
  • Нефть и газ
  • Аккумулятор и накопитель энергии
  • HVAC и бытовая техника
  • Солнечная
  • Утилита
  • Железнодорожный / транзитный
  • Электромобили
  • Принадлежности
  • Формирователи сигналов
  • Реле / ​​переключатели
  • Интеграторы
  • Панельные счетчики
  • CT Защита
  • Блок питания
  • Прецизионные резисторы
  • Преобразователи ток в напряжение
  • Выключатели напряжения и тока
  • Блок и предохранители
  • Ohio Semitronics
  • Пользовательские параметры
  • Заказные преобразователи
  • Около
  • Наши партнеры
  • Контакт
  • Ценовое предложение
  • Технические документы
  • Основные документы
  • Руководства по продуктам
  • Спецификации
  • Каталог
  • Политики и условия
  • ISO 9001 2015 Сертификат
  • Военное подчинение
  • Соответствие продукта
  • Сертификаты продукции

ISO 9001: 2015 NIST 800-171

Измерение электроэнергии постоянного и переменного тока

Введение в электроэнергетику

Мощность определяется как работа, выполненная за определенное время, или просто скорость выполнения работы.Электрическая мощность определяется как выполненная электрическая работа или рассеянная электрическая энергия в единицу времени.

Он измеряется в Джоулях в секунду, то есть в ваттах. Мощность может быть величиной постоянного или переменного тока в зависимости от типа источника питания.

В случае цепей постоянного тока электрическая мощность — это произведение напряжения на ток. Ниже приведены уравнения мощности в цепях постоянного тока.

Pdc = V × I Вт

= I 2 × R

= В 2 / R

В случае цепей переменного тока электрическая мощность включает коэффициент мощности вместе с произведением напряжения и тока.В цепях постоянного тока напряжение и ток находятся в фазе, и, следовательно, мощность является произведением напряжения и тока.

Но в цепях переменного тока существует разность фаз между напряжением и током, а также их мгновенные значения время от времени меняются. Следовательно, мгновенное значение мощности (которое является произведением мгновенного напряжения и мгновенного тока) не очень важно в цепи переменного тока.

Средняя мощность рассчитывается в цепях переменного тока, и это очень полезная величина.Из-за мгновенного колебания мощности оно может быть отрицательным или положительным. Положительный знак указывает на потребление мощности нагрузкой, а отрицательный знак указывает на возврат мощности к источнику от нагрузки.

Наиболее распространенным термином концентрации является рассеиваемая средняя мощность от нагрузки, Pavg. Средняя электрическая мощность в однофазной цепи переменного тока составляет

.

Pavg = V × I × cos ϕ Вт

В приведенном выше уравнении cos ϕ — коэффициент мощности цепи, а ϕ — разность фаз между напряжением и током этой цепи.V и I — среднеквадратичные значения напряжения и тока.

В случае трехфазных цепей переменного тока электрическая мощность выражается как

Pac = √3 × VL × IL × cos ϕ Вт

Где VL и IL — линейное напряжение и линейный ток соответственно.

Измерение мощности в цепях постоянного тока

Метод — 1

Как было сказано ранее, мощность постоянного тока является произведением напряжения на нагрузке и тока через нагрузку. Следовательно, мощность можно определить с помощью вольтметра и амперметра, подключив их в любой из приведенных ниже схем, и, следовательно, мощность может быть рассчитана как произведение этих параметров.

На рисунке (a) амперметр измеряет полный ток в цепи, и этот ток представляет собой сумму тока через нагрузку и тока через вольтметр. Таким образом, измерение мощности включает в себя мощность, потребляемую счетчиком.

Этого избегают в схеме (b), но вольтметр измеряет падение напряжения на амперметре в дополнение к напряжению на нагрузке и, следовательно, погрешности измерения. Эти ошибки называются ошибками вставки.

Однако этими ошибками можно пренебречь при сравнении I v с I и Va по сравнению с V.поэтому измеренная мощность будет совпадать с истинной мощностью.

Поскольку вольтметр и амперметр более чувствительны, чем ваттметр, измеренное значение более точное, чем полученное с помощью ваттметра. Следовательно, мощность можно рассчитать по показаниям счетчиков.

P = V × I Вт

Метод — 2

Для описанного выше метода требуются два измерительных прибора, а также некоторые вычисления. Также возможно измерить мощность напрямую одним измерителем, называемым ваттметром.Это электродинамический инструмент, состоящий из пары неподвижных катушек и подвижной катушки.

Две неподвижные катушки называются токовыми катушками, соединенными последовательно со схемой и размещенными соосно с промежутком между ними. Эти токовые катушки пропускают ток, пропорциональный току нагрузки. Ток, протекающий через эти катушки, создает магнитное поле вокруг катушек с током.

Подвижная катушка называется потенциальной катушкой, которая помещается между неподвижными катушками и имеет указатель, который перемещается по шкале, чтобы указать мощность.Эта потенциальная катушка подключена параллельно цепи и, следовательно, по ней проходит ток, пропорциональный напряжению на нагрузке.

Взаимодействие двух токов (или потоков, создаваемых этими токами) создает крутящий момент, в результате чего стрелка перемещается. Этот крутящий момент пропорционален произведению тока через неподвижные катушки и тока в подвижной катушке. Следовательно, отклонение стрелки (или подвижной катушки) пропорционально мощности, рассеиваемой в нагрузке.

Подключение ваттметра для измерения мощности в цепи постоянного тока показано на рисунке ниже.Ваттметр состоит из четырех клемм, а именно: Сеть (M), Нагрузка (L), Общий (C) и напряжение (V).

В этом соединении клеммы M и L подключаются к любой стороне цепи нагрузки, а клеммы C и V подключаются к цепи. Для измерения мощности клеммы M и C должны быть закорочены, как показано ниже.

В настоящее время электронные ваттметры используются для измерений малой мощности, а также для измерений мощности, которые рассчитаны на более высокие частоты, чем ваттметры электродинамометрического типа.

Они используются для высокоточных измерений. Электронные ваттметры могут быть аналогового или цифрового типа. Современный цифровой электронный ваттметр выдает тысячи отсчетов напряжения и тока в секунду.

Также регистрирует значения мощности в памяти и отображает их на цифровом дисплее.

Измерение мощности в цепях переменного тока

Большинство измерений мощности переменного тока с номинальной частотой ниже 400 Гц выполняется с помощью ваттметра динамометрического типа.Этот измерительный прибор показывает непосредственно среднюю мощность, рассеиваемую нагрузкой.

Только один ваттметр используется в случае измерения однофазной мощности, в то время как два ваттметра необходимы для измерения трехфазной мощности. В случае отсутствия ваттметров или некорректных измерений ваттметром используются другие методы.

Измерение мощности в одиночных цепях переменного тока

Однофазная мощность может быть измерена разными способами, и распространенные методы этих измерений включают

  • Метод трех вольтметров
  • Метод трех амперметров
  • Метод ваттметра
Метод трех вольтметров

Мощность в однофазной цепи можно измерить с помощью трех вольтметров, и схема подключения для этого метода показана на рисунке ниже.Здесь нагрузка индуктивная, V1, V2 и V3 — вольтметры, а R — чисто безиндуктивное сопротивление, которое включено последовательно с цепью.


В приведенной выше схеме напряжение V1 является векторной суммой V2 и V3, то есть V1 = V2 + V3. На диаграмме фазора, ток через цепь, я берусь в качестве эталонного фазора и, следовательно, V2, будет находиться в фазе с I в то время как V3 является опережает ток на угол ф (из-за индуктивный контур).

По векторной диаграмме,

V1 2 = V2 2 + V3 2 + 2 V2 V3 cos ϕ

Но, V2 = IR

V1 2 = V2 2 + V3 2 + 2 (IR) V3 cos ϕ

= V2 2 + V3 2 + 2 PR, поскольку мощность в индуктивной нагрузке, P = V3 I cos ϕ

Следовательно, мощность P = (V1 2 — V2 2 — V3 2 ) / 2R

Также коэффициент мощности схемы,

cos ϕ = (V1 2 — V2 2 — V3 2 ) / (2 V2 V3)

Этот метод не очень точен, поскольку небольшие ошибки в вольтметре могут вызвать серьезную ошибку в измеренной мощности.

Значит точность зависит от погрешностей вольтметров. Из-за добавления сопротивления R напряжение питания может быть выше напряжения нагрузки, а также на практике трудно получить неиндуктивное сопротивление.

Метод трех амперметров

Принципиальная схема измерения однофазной мощности с помощью трех амперметров представлена ​​ниже. В этом методе неиндуктивное сопротивление R подключается к индуктивной нагрузке с помощью трех амперметров.

Ток, измеренный амперметром-1, представляет собой векторную сумму тока, потребляемого неиндуктивным сопротивлением, и тока через нагрузку.

Из диаграммы фазора, ток через, не индуктивного сопротивления, I2 находится в фазе с напряжением на цепи, В. При этом напряжение на цепи берется в качестве эталонного вектора. А ток, измеренный амперметром А3, отстает от напряжения на угол ϕ.

По векторной диаграмме,

I1 2 = I2 2 + I3 2 + 2 I2 I3 cos ϕ

Но, I2 = V / R

I1 2 = I2 2 + I3 2 + 2 (V / R) I3 cos ϕ

Так как мощность, P = V I3 cos ϕ,

I1 2 = I2 2 + I3 2 + (2-контактный) / R

Следовательно, мощность

P = (I1 2 — I2 2 — I3 2 ) R / 2

Также коэффициент мощности схемы,

cos ϕ = (I1 2 — I2 2 — I3 2 ) / (2 I2 I3)

Преимущество этого метода в том, что мощность, определяемая этой схемой, не зависит от частоты питания и формы сигнала.

Метод ваттметра

Как обсуждалось при измерении мощности постоянного тока, токовая катушка ваттметра динамометрического типа передает ток нагрузки, в то время как катушка давления передает ток пропорционально и синфазно с напряжением цепи.

Таким образом, отклонение измерителя зависит от токов этих катушек и коэффициента мощности цепи. Подключение для измерения однофазной мощности с помощью ваттметра динамо-метра показано на рисунке ниже.

Для измерения мощности ток нагрузки должен проходить через токовую катушку (C.C) и, следовательно, он подключен последовательно с нагрузкой, тогда как напряжение на нагрузке должно появляться на катушке давления (ПК) измерителя, и, следовательно, оно подключено к нагрузке. Если ваттметр показывает мощность в ваттах, то

W = V I cos ϕ

Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока

Ваттметры электродинамометрического типа используются для измерения мощности трехфазного переменного тока, как и измерения однофазного переменного тока. Измерение трехфазной мощности может применяться для сбалансированной или несимметричной нагрузки, независимо от того, подключена ли нагрузка по схеме звезды или треугольника.

Сбалансированная нагрузка означает, что значения всех импедансов равны, фазовые углы всех из них равны и имеют одинаковую природу, либо все резистивные, либо все индуктивные, либо все емкостные. В противном случае говорят, что нагрузки неуравновешены.
Трехфазную мощность можно измерить следующими методами.

  • Метод трех ваттметров
  • Метод двух ваттметров
  • Метод одного ваттметра
Метод трех ваттметров

В этом методе три ваттметра подключаются к каждой из трех фаз, независимо от того, подключена ли нагрузка треугольником или звездой.Алгебраическая сумма показаний, полученных этими тремя измерителями, дает общую мощность, потребляемую нагрузкой.

Звезда подключенной нагрузки

Схема подключения для измерения трехфазной мощности для нагрузки, подключенной звездой, приведена ниже. Катушка тока каждого ваттметра пропускает ток через эту фазу, а катушка давления измеряет фазное напряжение этой фазы.

Таким образом, каждый ваттметр измеряет однофазную мощность, и алгебраическая сумма этих показаний дает трехфазную мощность.В этом методе для подключения ваттметров необходимо нейтральное соединение.


Нагрузка, подключенная по схеме треугольника

Схема подключения для измерения трехфазной мощности для нагрузки, подключенной треугольником, приведена ниже. Это также похоже на нагрузку, соединенную звездой, где трехфазная мощность получается алгебраической суммой индивидуальных показаний ваттметра.

Однако этот метод неосуществим, потому что для подключения ваттметров необходимо отключить цепь нагрузки.

Нет необходимости использовать три ваттметра для измерения трехфазной мощности, но для измерения достаточно двух ваттметров.

Метод двух ваттметров

Метод двух ваттметров для измерения мощности в трехфазной цепи показан ниже для нагрузок, подключенных по схеме звезды и треугольника. В этом методе катушки тока ваттметров вставляются в любые две линии, а их потенциальные катушки подключаются к третьей линии.

Сумма мгновенных мощностей, измеренных этими двумя ваттметрами, дает мгновенную мощность, потребляемую всеми тремя нагрузками.

Прежде чем рассматривать напряжение и ток через каждый ваттметр, следует отметить, что направление напряжения в цепи такое же, как и для тока при снятии показаний с ваттметров.

Учитывая нагрузку, подключенную по схеме звезды (хотя следующее обсуждение может быть применено к нагрузке по треугольнику, заменив ее эквивалентной пусковой нагрузкой),

Мгновенный ток через ваттметр-1, I1 = I R

Мгновенное напряжение на ваттметре-1, V1 = V RB = V R — V B

Мгновенная мощность, измеренная ваттметром-1, P1 = I R (V R — V B )

Мгновенный ток через ваттметр-2, I2 = I Y

Мгновенное напряжение на ваттметре-2, V2 = В RB = В Y — В B

Мгновенная мощность, измеренная ваттметром-2, P2 = I Y Y — В B )

Следовательно, W1 + W2 или P1 + P2 = IR (V R — V B ) + I Y (V Y — V B )

= I R V R + I Y V Y –V B (I R + I Y )

Так как I R + I Y + I B = 0 (согласно закону Кирхгофа), то I R + I Y = –I B

Следовательно, W1 + W2 = I R V R + I Y V Y + V B I B = P1 + P2 + P3

Где P1 — мощность, потребляемая нагрузкой L1, P2 — мощность, потребляемая L2, а P3 — L3.Таким образом, мощность, измеренная двумя ваттметрами, — это полная мощность, потребляемая нагрузкой.

Это верно независимо от того, является ли нагрузка сбалансированной или несбалансированной. Вышеупомянутые расчеты основаны на мгновенной мощности, однако ваттметры считывают среднюю мощность в цепи.

Полная мощность, P = W1 + W2 = √3 VL IL cos ϕ

Метод одного ваттметра

В этом методе один ваттметр используется для измерения трехфазной мощности путем получения двух показаний, как в случае метода двух ваттметров.В этом методе два ваттметра заменяются одним ваттметром, и можно снять два показания без разрыва цепи.

В этом случае катушка тока подключается к одной линии, а катушка давления подключается между этой линией и двумя другими линиями поочередно.

Сумма показаний, полученных при положении переключателя 1 и переключателя 3, дает общую мощность, потребляемую нагрузкой. Этот метод используется только при сбалансированной нагрузке и, следовательно, не используется повсеместно. Чаще всего используется метод двух ваттметров.

Аналоговый ваттметр PCE-PA39

Аналоговый ваттметр PCE-PA39
Аналоговый Ваттметр для стационарной установки / 96 x 96 мм /
простой монтаж / измеряет активную и полную мощность /
различные углы установки / одно- или трехфазные

г. Аналоговый ваттметр PCE-PA39 предназначен для контроля мощности переменного тока. Этот аналог ваттметр может быть установлен на панели переключателей.Аналоговый ваттметр PCE-PA39 представляет собой амперметр с подвижной катушкой. Можно измерить как активную, так и полную мощность. с помощью аналогового ваттметра PCE-PA-39. Кроме того, измерение может быть выполняется однофазным или трехфазным с аналоговым ваттметром. Через соответствующий трансформатор тока и напряжения, аналоговый ваттметр также может измерять более высокую электрическую мощность. Этот аналоговый ваттметр имеет панель приборов 92 х 92 мм. Помимо измерения передачи мощности к нагрузке аналоговый ваттметр также может измерять потребляемую мощность.Если есть вопросы по этому аналогу ваттметр PCE-PA39, ознакомьтесь с технической спецификацией ниже или по телефону: клиенты из Великобритании +44 (0) 23 809 870 30 / клиенты из США + 1-410-387-7703 .. Наши инженеры и Техники с радостью проконсультируют вас по поводу аналога метры или любой другие продукты с точки зрения регулирования и контроль, или весы и остатки PCE Инструменты.

— подвижная катушка счетчик для измерения электроэнергии
— 96 x 96 мм
— Панельный монтаж

— Длительный срок службы
— Для одно- и трехфазных измерений
— Возможна индивидуальная настройка

Общие Технические характеристики аналогового ваттметра PCE-PA39

Измерение диапазон (напряжение)

100 В, 133 В, 230 В, 280 В, 400 В, 500 В,
690 В

Измерение диапазон (электрический ток)

1 А (х / 1 А), 5 А (х / 5 А)

Точность учебный класс

1.5

Частота измерительного сигнала

45 … 65 Гц / 400 Гц

Максимум рабочее напряжение (P-N)

600 V

Измерение категория

CAT III

Загрязнение оценка

2

Перегрузка

100 % от выбранного диапазона измерения

Передний размер панели

92 мм

Всего Размер

96 х 96 х 45 мм

Масштаб длина

95 мм

Вес

250 грамм

Электрооборудование связь

винт зажимы

IP код

IP 50

Окружающие условия 5… 40 C / 25 … 85% относительной влажности

Установка Должности

Содержание доставки аналогового ваттметра PCE-PA39

1 аналоговый ваттметр PCE-PA39, 2 монтажных винта, 1 инструкция по эксплуатации

Похожий продукты к аналоговому ваттметру PCE-PA39:

Здесь вы найдете обзор всех измерительные инструменты доступны в PCE Instruments.

Контактное лицо:
PCE Instruments UK Limited
Unit 11 Southpoint Business Park
Ensign Way, Southampton
United Kingdom, SO31 4RF
Телефон: +44 (0) 23 809870 30
Факс: +44 (0) 23 809870 39

Контактное лицо:
PCE Americas Inc.
1201 Jupiter Park Drive, Suite 8
Jupiter 33458 FL
USA
Телефон: + 1-410-387-7703
Факс: + 1-410-387-7714

Эта страница на немецком языке на итальянском на испанском на хорватском На французском на венгерском на турецком на польском на русском на голландском на португальском

Измерение мощности | КСБ

Измерение электрической мощности — это метод измерения мощности в цепи, которая выражается в ваттах.В центробежных насосах электрическая мощность измеряется электрическими и механико-электрическими методами.

Измерение электрической мощности для:
  • Постоянный ток: напряжение (В) и ток (I), измеренные с помощью вольтметров и амперметров
  • Однофазный переменный ток: эффективная мощность (P eff ), измеренная с помощью ваттметра
  • Трехфазный ток: два значения мощности (Peff1 и Peff2), измеренные с помощью двух ваттметров (метод двойного ваттметра), общая электрическая мощность рассчитана как
    P eff = P eff1 + P eff2 . См. Рис.1 Измерение мощности

Рис.1 Измерение мощности: метод двойного ваттметра (конфигурация Aron; потребитель, например, двигатель)

Эти функции измерения часто можно объединить в одном (электронном) измерительном приборе с легко читаемым дисплеем. Этот метод двойного ваттметра всегда можно применить, даже при недоступном нейтральном проводе, фазовом дисбалансе или колебаниях мощности. Если нейтральный провод доступен (двигатель с конфигурацией звезды) и фазы сбалансированы, можно измерить единичное значение мощности (P eff1 ), чтобы определить общую электрическую мощность по формуле P eff = 3 ∙ P eff1. .
См. Рис. 2 Измерение мощности.

Рис.2 Измерение мощности: упрощенное измерение с доступной или искусственной нейтралью

Для определения выходной мощности необходимо знать КПД двигателя (η M ) и, возможно, зубчатой ​​передачи.
Чтобы исключить неопределенности в эффективности двигателя и редуктора для частотно-регулируемых приводов, в частности, в приводной передаче перед насосом установлен прибор для измерения крутящего момента и скорости, особенно во время испытаний в испытательной лаборатории.

Приборы для измерения потребляемой мощности насоса во время испытаний в испытательной лаборатории:
  • Измеритель крутящего момента ступичного типа, см. Рис. 3 Измерение мощности

Рис.3 Измерение мощности: измеритель крутящего момента ступичного типа

  • Дисковый измеритель крутящего момента, см. Рис. 4 Измерение мощности

Рис.4 Измерение мощности: дисковый измеритель крутящего момента

Эти приборы устанавливаются между двигателем и насосом или между шестерней и насосом как часть муфты или как отдельный прибор.Скорость вращения обычно также поддерживается и измеряется.

Для передачи сигналов доступны различные системы, большинство из которых электронные. Основная задача этой технологии — надежная передача измерительного сигнала от вращающейся системы к стационарной и подача питания на измерительные элементы. Первоначально для этой цели использовались контактные кольца. Однако они очень подвержены сбоям, поэтому в точных системах их заменили бесконтактными передающими устройствами.Последние передают и отображают измерительные сигналы в виде амплитудной или частотной модуляции, в зависимости от системы.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.