Как подключается ваттметр: Как подключить ваттметр

Включение ваттметра в измеряемую цепь

Для включения ваттметра его генераторные зажимы (зажимы, обозначенные *I и *V), соединяются накоротко одним проводником. Для правильного показания ваттметра оба генераторных зажима должны быть присоединены к одному проводу со стороны генератора источника тока, а не нагрузки. Затем другим проводом включается последовательно в цепь неподвижная катушка; при этом в зависимости от предела тока этот провод подключается к зажиму 1А – при измеряемом токе не превышающем 1А, или 5А при токе, не превышающем 5А.

Затем включается параллельно цепи рамки; для этого предварительно к зажиму подключается одно из дополнительных сопротивлений (в зависимости от предела напряжения: 30V – до 30В, 150V – до 150В и 300V – 300В).

В передний паз крышки прибора устанавливается рабочая шкала так, чтобы лицевая сторона прибора была обращена к шкале с пределом измерения, равным произведению предела по току на предел по напряжению.

Опыты с ваттметром

Ниже описаны только отдельные опыты, характеризующие возможности демонстрационного ваттметра.

Опыт 1. Измерение мощности в цепи однофазного переменного тока с активной нагрузкой.

Для выполнения этого опыта собирают электрическую цепь по схеме, приведённой на рисунке 3.

При проведении опыта целесообразно иметь возможность плавного изменения напряжения, поэтому следует провода А, Б подключить к зажимам регулируемого напряжения школьного распределительного щита или воспользоваться школьным регулятором напряжения (или иным трансформатором), допускающим плавное или ступенчатое регулирование напряжения.

Рис. 6 Схема электрической цепи в опыте 1.

В качестве нагрузки следует включить ползунковый реостат сопротивлением до 20 Ом (с допустимым током 5А).

Ваттметр включают в цепь через добавочное сопротивление 150V и через зажим 5А (см.

Остановив ползунок реостата так, что в цепь включается все сопротивления реостата, устанавливается напряжение на нагрузку 50В, и наблюдают показания ваттметра, вольтметра и амперметра. Затем повышают напряжение на нагрузку, устанавливая последовательно 60, 80, 100В наблюдая каждый раз показания всех приборов.

Результаты этого опыта подтверждают, что мощность равна произведению напряжения на силу тока.

Опыт 2. Измерение мощности в цепи трёхфазного тока с активной симметричной нагрузкой.

С помощью одного демонстрационного ваттметра можно произвести опыт по измерению активной мощности трёхфазного тока при равномерной нагрузке всех фаз (т.е. когда в каждую фазу включены одинаковые нагрузки).

Для проведения этого опыта собирают электрическую цепь, как показано на рисунке 7.

В каждую фазу в качестве нагрузки включают по одной электрической лампе одинакового сопротивления.

Измерительные приборы используются те же, что и в предыдущем опыте.

Пределы ваттметра (по току и напряжению) устанавливаются в зависимости от напряжения и мощности электрических ламп.

Рис. 7 Схема электрической цепи в опыте 2.

По показаниям приборов устанавливают, что мощность одной фазы равна произведению фазного напряжения на ток в фазе.

Учитывая полную симметрию цепи трёхфазного тока, приведённой на рисунке 4, высчитывают мощность всей цепи, умножив показания ваттметра на 3.

Счетчики, ваттметры, варметры Д-350, Д-352, Д-353, Д-5061, Д-5062, Д-5063, Д-5064, Д-5065, Д-5066, Д-5067, Д-5068, Д-5069, Д-5070, Д-5071, Д-5085, Д-5086, Д-5087, Д-5088, СА3-И670Д, СА3У-И670Д, СА3-И670М, СА3-И672Д2, СО-ЭЭ-6706-1

Менеджер	Евгения Олеговна Тимошенко
E-Mail	[email protected]
Многоканальный телефон/факс:
Харьков	+38 (057) 729-80-81 (доб. 123)
Киевстар	+38 (067) 573-21-01 (доб. 123)
МТС	+38 (066) 750-14-96 (доб. 123)
Лайф	+38 (093) 963-12-34 (доб. 123)

Как измерить электрическую мощность

Если продукт потребляет энергию, то измерения энергопотребления и качества электроэнергии должны быть выполнены как часть проектирования и испытаний продукта. Эти измерения необходимы для оптимизации конструкции продукта, соответствия стандартам и предоставления клиентам информации с паспортной таблички.

В этой статье обсуждаются передовые методы проведения этих измерений, начиная с основ измерения мощности и заканчивая типами приборов и связанных с ними компонентов, обычно используемых для проведения измерений. Статья завершится примерами из реальной жизни, в которых информация, представленная ранее в статье, применяется для решения практических задач измерения. Хотя большинству из нас приходилось сталкиваться с основными уравнениями измерения мощности, полезно обобщить эту информацию и показать, как она применима к разработке и тестированию продукта.

Основы измерения мощности

Измерение мощности постоянного тока относительно просто, так как формула просто ватт = вольт x ампер. Для измерения мощности переменного тока коэффициент мощности (PF) представляет сложность, поскольку ватты = вольты x амперы x PF. Это измерение мощности переменного тока называется активной мощностью, истинной мощностью или реальной мощностью. В системах переменного тока умножение вольт на ампер = вольт-ампер, также называемое полной мощностью.

Потребляемая мощность измеряется путем ее расчета во времени с использованием как минимум одного полного цикла. Используя методы оцифровки, мгновенное напряжение умножается на мгновенный ток, затем накапливается и интегрируется в течение определенного периода времени для обеспечения измерения. Этот метод обеспечивает истинное измерение мощности и истинное среднеквадратичное значение для любой формы волны, синусоидальной или искаженной, включая содержание гармоник вплоть до полосы пропускания прибора.

Измерение однофазной и трехфазной мощности

Преобразование Блонделя утверждает, что общая мощность измеряется на один ваттметр меньше, чем количество проводов в системе. Так, для однофазной двухпроводной системы потребуется один ваттметр, для однофазной трехпроводной системы — два ваттметра (рис. 1), для трехфазной трехпроводной системы — два ваттметра, а для трехпроводной — два ваттметра. для трехфазной четырехпроводной системы потребуется три ваттметра.

Рис. 1. Метод двух ваттметров позволяет измерять мощность посредством прямого подключения к системе 3P3W. Pt = P1 + P2

В этом контексте ваттметр — это устройство, которое измеряет мощность, используя один вход тока и один вход напряжения. Многие анализаторы мощности и DSO имеют несколько входных пар ток/напряжение, способных измерять мощность в ваттах, фактически действуя как несколько ваттметров в одном приборе. Таким образом, можно измерить трехфазную 4-проводную мощность с помощью одного правильно указанного анализатора мощности.

В однофазной двухпроводной системе (рис. 2) напряжение и ток, определяемые ваттметром, равны общей мощности, рассеиваемой нагрузкой. Напряжение измеряется между двумя проводами, а ток измеряется в проводе, питающем нагрузку, который часто называют горячим проводом. Напряжение обычно может быть измерено непосредственно анализатором мощности до 1000 В RMS. Более высокие напряжения потребуют использования VT (трансформатора напряжения) в системе переменного тока для понижения напряжения до уровня, который может быть измерен прибором. Токи обычно могут быть измерены непосредственно анализатором мощности до 50 А, в зависимости от прибора. Более высокие токи потребуют использования трансформатора тока (ТТ) в системе переменного тока. Существуют разные типы КТ. Некоторые из них размещены непосредственно в линии. Другие имеют окно, через которое проходит токоведущий кабель. Третий вид – накладной. Для постоянного тока обычно используется шунт. Шунт помещают в линию, и прибор измеряет милливольтовый сигнал низкого уровня.

Рис. 2. В однофазной двухпроводной системе используются трансформатор тока и трансформатор напряжения.

В однофазной трехпроводной системе (рис. 3) общая мощность представляет собой алгебраическую сумму двух показаний ваттметра. Каждый ваттметр подключается от одного из горячих проводов к нейтрали, и в каждом горячем проводе измеряется ток. Общая мощность рассчитывается как Pt = P1 + P2.

Рис. 3. Два ваттметра подключаются к однофазной трехпроводной системе (1P3W).

В трехфазной четырехпроводной системе (рис. 4) каждый из трех ваттметров измеряет напряжение от горячих проводов к нейтрали, и каждый ваттметр измеряет ток в одном из трех горячих проводов. Общая мощность для трех фаз представляет собой алгебраическую сумму трех измерений ваттметра, поскольку каждый счетчик, по сути, измеряет одну фазу трехфазной системы. Pt = P1 + P2 + P3

Рис. 4. В этой трехфазной четырехпроводной системе используются три ваттметра.

В трехфазной трехпроводной системе (рис. 5) два ваттметра измеряют фазный ток в любых двух из трех проводов. Каждый ваттметр измеряет междуфазное напряжение между двумя из трех линий электропитания. В этой конфигурации общая мощность в ваттах точно измеряется алгебраической суммой двух значений ваттметра. Пт = П1 + П2. Это верно, если система сбалансирована или несбалансирована.

Если нагрузка несбалансированная, т.е. фазные токи разные, общая мощность будет правильной, но общая мощность, ВА и коэффициент мощности, могут быть ошибочными. Однако анализаторы мощности могут иметь специальную схему подключения 3V3A для обеспечения точных измерений в трехфазных трехпроводных системах со сбалансированной или несимметричной нагрузкой. Этот метод использует три ваттметра для контроля всех трех фаз. Один ваттметр измеряет напряжение между фазами R и T, второй ваттметр измеряет напряжение между фазами S и T, а третий ваттметр измеряет напряжение между фазами R и S. Фазные токи измеряются каждым ваттметром. Метод двух ваттметров до сих пор используется для расчета полной мощности. Пт = П1 + П2. Однако общая VA рассчитывается как (√3/3)(VA1 + VA2 + VA3). Все три значения напряжения и тока используются для точного измерения и расчета несимметричной нагрузки.

Рис. 5. Трехфазная трехпроводная система использует метод трех ваттметров для получения точных измерений на несбалансированной нагрузке.

Измерение коэффициента мощности

Необходимо часто измерять коэффициент мощности, и это значение должно поддерживаться как можно ближе к единице (1,0)
В системе электроснабжения нагрузка с низким коэффициентом мощности потребляет больше тока, чем нагрузка с высоким коэффициентом мощности при том же количестве передаваемой полезной мощности. Более высокие токи увеличивают потери энергии в системе распределения и требуют более крупных проводов и другого оборудования. Из-за стоимости более крупного оборудования и потерь энергии электрические коммунальные предприятия обычно взимают более высокую плату с промышленных или коммерческих потребителей с низким коэффициентом мощности.

На рис. 6 показано отставание тока от напряжения на 44,77°, что дает коэффициент мощности 0,70995. Полная мощность S1 составляла 120,223 ВА. Однако истинная мощность, или реальная мощность, P1 составляла всего 85,352 Вт.

Если у энергопотребляющих устройств хорошие коэффициенты мощности, то и у всей энергосистемы будет хороший коэффициент мощности, и наоборот. Когда коэффициент мощности падает, часто приходится использовать устройства коррекции коэффициента мощности, что требует значительных затрат. Эти устройства, как правило, представляют собой конденсаторы, поскольку большая часть потребляемой мощности является индуктивной.

Ток отстает от напряжения в дросселе; это известно как отстающий коэффициент мощности. Ток опережает напряжение в конденсаторе; это известно как ведущий фактор мощности. Двигатель переменного тока является примером индуктивной нагрузки, а компактная люминесцентная лампа — примером емкостной нагрузки.

Для определения общего коэффициента мощности в трехфазной 4-проводной системе требуются три ваттметра. Каждый счетчик измеряет ватты, а также измеряются вольты и амперы. Коэффициент мощности рассчитывается путем деления общего количества ватт от каждого счетчика на общее количество вольт-ампер.

В трехфазной трехпроводной системе коэффициент мощности следует измерять с помощью метода трех ваттметров вместо метода двух ваттметров, если нагрузка несимметрична, то есть если фазные токи различаются. Поскольку метод двух ваттметров измеряет только два ампера, любые различия в показаниях ампер на третьей фазе вызовут неточности.

Измерение мощности бытовой техники

Типичным приложением для измерения мощности является резервная мощность для бытовой техники, основанной на стандартах Energy Star или IEC62301 . Оба стандарта определяют требуемую точность измерения мощности, разрешение и другие параметры измерения мощности, такие как гармоники. В стандарте IEC62301 есть еще 25 стандартов, которые определяют конкретные параметры испытаний для различных устройств. Например, IEC60436 определяет методы измерения производительности электрических посудомоечных машин.

Режим ожидания определяется как режим с наименьшим энергопотреблением, который не может быть отключен пользователем и который может сохраняться в течение неопределенного времени, когда приложение подключено к основному источнику питания и используется в соответствии с инструкциями производителя. Мощность в режиме ожидания — это средняя мощность в режиме ожидания при измерении в соответствии со стандартом.

Существует три основных метода измерения энергопотребления в режиме ожидания или других подобных приложений. Если значение мощности стабильно, то можно использовать мгновенные показания прибора в любой момент времени. Если значение мощности нестабильно, возьмите либо среднее значение показаний прибора с течением времени, либо измерьте общее потребление энергии. Ватт-часы можно измерить за определенный период времени, а затем разделить на это время.

Измерение общего энергопотребления и деление на время дает наиболее точные значения как для постоянной, так и для флуктуирующей мощности. Этот метод обычно используется при использовании анализаторов мощности нашей компании. Но для измерения общего энергопотребления требуется более сложный прибор, поскольку мощность необходимо постоянно измерять и суммировать.

Инструменты для измерения мощности

Мощность обычно измеряется с помощью цифрового анализатора мощности или цифрового запоминающего осциллографа с программным обеспечением для анализа мощности. Большинство современных анализаторов мощности полностью электронные и используют дигитайзеры для преобразования аналоговых сигналов в цифровые формы. Анализаторы более высокого класса используют методы цифровой обработки сигналов для выполнения вычислений, необходимых для определения значений.

DSO, занимающиеся анализом мощности, используют специальную прошивку для точного измерения мощности. Однако они несколько ограничены, поскольку основаны на выборочных данных из оцифрованных волновых форм. Благодаря пробникам тока и напряжения они хорошо подходят для работы на уровне плат и компонентов, где абсолютная точность не является обязательной, а частота сети относительно высока.

Анализаторы мощности обычно могут измерять до 50 А (среднеквадратичное значение) непосредственно при уровне напряжения до 1000 В (среднеквадратичное значение), поэтому большинство тестируемых продуктов можно подключать напрямую. С другой стороны, DSO потребует использования пробников напряжения и тока для измерения мощности.

ТТ рассчитаны на соотношение входного и выходного тока, например 20:5. Другими важными параметрами ТТ являются точность, фазовый сдвиг и диапазон частот для измерения мощности переменного тока. ТН используются для понижения фактического напряжения до уровня, который может быть воспринят прибором для измерения мощности. Например, если испытуемый продукт рассчитан на 480 В переменного тока, а прибор ограничен 120 В переменного тока, то требуется ТН 4:1.

DSO обычно не обеспечивает точности анализатора мощности и не может напрямую принимать входные сигналы высокого тока и напряжения, но он может измерять мощность на гораздо более высоких частотах до 500 МГц с помощью соответствующих пробников. Он также обеспечивает другие преимущества по сравнению с анализаторами мощности в определенных приложениях, включая специальные пробники для простоты подключения, компенсацию фазы пробника и до восьми многоканальных входов.

Типичным применением DSO может быть любой тип измерения на уровне платы, например, при проектировании печатных плат для импульсного источника питания. Параметры, которые обычно измеряются и анализируются с помощью DSO или анализатора мощности, включают, помимо прочего, потери мощности при переключении, энергопотребление устройства, уровень шума при переключении, гармоники, выходную мощность и стабильность выхода.

При использовании DSO необходимое оборудование включает датчики дифференциального напряжения и датчики тока (рис. 7). Токоизмерительный датчик подключается к одному из главных токонесущих проводов, как показано на рисунке. Часто напряжения компонентов не привязаны к уровню земли. Поэтому для изоляции заземления DSO от заземления компонентов требуется дифференциальный пробник напряжения. В дополнение к анализатору мощности или DSO, а также ТТ и ТП, при необходимости, другими вспомогательными компонентами для измерения мощности являются пробники, клещи и провода. После того, как все необходимые инструменты и компоненты будут в наличии, следующим шагом будет определение того, какие именно инструменты необходимы и как эти инструменты должны быть подключены к нагрузке.

Рис. 7. Используйте пробники напряжения и пробники тока с осциллографом для измерения напряжения и тока.

Анализаторы мощности обычно выбирают для измерения мощности бытовых приборов и других измерений мощности с относительно высокими уровнями напряжения, низкими частотами и высокими требованиями к точности. Однако для измерений на уровне платы обычно используется DSO.

С помощью приведенной выше информации можно выбрать и подключить правильные приборы и инструменты для различных приложений измерения мощности. Информация, полученная от этих приборов, может затем использоваться для оптимизации конструкции, соответствия стандартам и предоставления информации с паспортных данных.

Измерение трехфазной мощности

В этой статье описывается измерение трехфазной мощности при соединении нагрузки по схеме звезда или треугольник с использованием методов ваттметра.

Мощность трехфазной нагрузки можно измерить следующими методами:

1. Метод трех ваттметров
2. Метод двух ваттметров
3. Метод одного ваттметра

Название этих методов указывает на количество ваттметров, используемых при измерении трехфазной мощности.

Содержание

Что такое ваттметр?

Ваттметр — это прибор, используемый для измерения мощности в электрической цепи. Он состоит из двух типов катушек. Это:

• A Токовая катушка , обладающая низким сопротивлением .
• Катушка давления или потенциала , обладающая высоким сопротивлением .

Токовая катушка соединена последовательно с проводящей линией. Катушка давления подключается к двум точкам, разность потенциалов которых должна быть измерена. Обратитесь к рисунку для подключения ваттметра.

Ваттметр показывает показания, пропорциональные произведению трех величин. Они

• Ток (I) через его токовую катушку.
• Разность потенциалов (В) на катушке давления.
• Косинус угла между напряжением и током (Cosϕ).

P = VICos(ϕ)

Сравнение методов измерения мощности в трехфазной цепи показано в таблице ниже.

Метод трех ваттметров	Используется для измерения 3-фазных 4-проводных цепей. Как сбалансированные, так и несбалансированные нагрузки.
Метод одного ваттметра	Используется в сбалансированной 3-фазной 3-проводной цепи нагрузки.
Метод двух ваттметров	Используется как в симметричных, так и в несимметричных 3-фазных, 3-проводных цепях

Метод трех ваттметров

Теперь мы объясним измерение трехфазной мощности с использованием метода трех ваттметров.

Метод трех ваттметров используется для измерения мощности в 3-фазных 4-проводных цепях. Тем не менее, этот метод также может быть использован для 3-фазной нагрузки с 3-проводным соединением треугольником, где мощность, потребляемая каждой нагрузкой, должна определяться отдельно.

На приведенном ниже рисунке показано подключение трех ваттметров для трехфазной четырехпроводной нагрузки, соединенной звездой.

Как показано на рисунке, три ваттметра подключены к каждой из трех фаз для измерения трехфазного энергопотребления нагрузки, независимо от того, соединены ли они звездой или треугольником.

Катушка тока каждого ваттметра пропускает ток только одной фазы, а катушка давления измеряет фазное напряжение фазы. Следовательно, каждый ваттметр измеряет мощность в одной фазе. Полная мощность в нагрузке определяется алгебраической суммой показаний трех ваттметров.

P = W1 + W2 + W3

где , W1 = V1*I1 , W2 = V2*I2, W3 = V3*I3

Недостатки метода трех ваттметров с:

• В случае 3-фазной, 3-проводной нагрузки, соединенной звездой, трудно получить нейтральную точку, которая требуется для подключения. В особых случаях, когда необходимо использовать этот метод, можно сформировать «искусственную звезду».
• В случае цепей, соединенных треугольником, сложность использования этого метода связана с тем, что для ввода токовых катушек ваттметров требуется разрыв фазных катушек.

Для измерения мощности не обязательно использовать три ваттметра, можно использовать даже два ваттметра.

За исключением 3-фазной, 4-проводной несбалансированной нагрузки, трехфазная мощность измеряется только методом двух ваттметров.

Метод одного ваттметра

Следующий метод, который мы собираемся обсудить, это метод одного ваттметра.

В этом методе измерения трехфазной мощности катушка тока подключается к любой линии, а катушка давления подключается попеременно между этой и двумя другими линиями. Схема подключения показана на рисунке ниже.

Таким образом, мы получим два показания для сбалансированной нагрузки. Два полученных таким образом показания соответствуют показаниям, полученным обычным методом двух ваттметров.

Сбалансированная нагрузка — это нагрузка, потребляющая одинаковый ток от каждой фазы трехфазной системы, в то время как несимметричная нагрузка имеет по крайней мере один из этих токов, отличный от остальных.

В симметричной 3-проводной 3-фазной цепи нагрузки мощность в каждой фазе одинакова. Следовательно, полную мощность цепи можно определить, умножив мощность, измеренную в любой одной фазе, на три.

Общая мощность при сбалансированной нагрузке = 3 x мощность на фазу

= 3 x показания ваттметра

Недостатки метода одного ваттметра

Этот метод не так универсален, как метод двух ваттметров, поскольку он ограничен справедливой балансировкой только нагрузки. Даже незначительная степень дисбаланса нагрузки приводит к большой ошибке измерения.

Однако его удобно применять, например, когда требуется найти мощность, подводимую к заводскому двигателю, чтобы проверить нагрузку на двигатель.

Метод двух ваттметров

Как видно из названия, в этом методе для измерения трехфазной мощности используются два ваттметра. Это самый популярный метод среди трех.

Этот метод обычно используется для измерения мощности в трехфазных трехпроводных цепях нагрузки. Его можно использовать для измерения мощности при соединении нагрузки по схеме звезда/треугольник в сбалансированном или несбалансированном состоянии.

Помните, что сбалансированная нагрузка — это нагрузка, потребляющая одинаковый ток от каждой фазы трехфазной системы, в то время как несимметричная нагрузка имеет по крайней мере один из этих токов, отличный от остальных.

В методе двух ваттметров катушки тока двух ваттметров вставлены в любые две линии, а катушка давления каждого ваттметра присоединена к третьей линии.