Схема включения ваттметра
Содержание
Подключение амперметра через шунт
Если прибор включается в измерительную цепь напрямую, без трансформатора тока, его называют амперметром прямого включения.
Без шунта можно использовать приборы, рассчитанные на небольшую силу тока, порядка миллиампер. За счет шунтирования измерительной обмотки сопротивлением, большим, чем ее собственное, мы можем изменить предел измерения. Схема включения сложностью не отличается: через шунт проходит измеряемый ток, а параллельно ему подключается амперметр.
В дело здесь вступает первый закон Кирхгофа. Измеряемый ток делится на два: один протекает через рамку, второй – через шунт.
Соотноситься между собой они будут так:
Загрузка прошивки
Теперь можно прошить Arduino, если вы еще не сделали это сразу. Вот архив с кодом. Для проверки работоспособности и точности использовалось пару ламп накаливания — их потребление довольно близко к тому, что указано на этикетке, то есть 100 Вт лампочка использует очень близко к 100 Вт реальной мощности, так как это почти полностью резистивная нагрузка.
Теперь необходимо настроить коэффициенты масштабирования, поиграйтесь с различными значениями, глядя что отображается на экране счетчика энергии.
Когда счетчик энергии будет откалиброван и коэффициенты масштабирования будут загружены на Ardunio, ваш 3-фазный измеритель готов к подключению.
После запуска, вы увидите 3 типа данных на экране ваттметра с последующим переключением по току, мощности, максимальной мощности и киловатт-часам потребленной энергии. В верхней строке появится фаза 1 и фаза 2, а в нижней строке отображается значение данных фазы 3.
Обсудить статью ТРЁХФАЗНЫЙ ВАТТМЕТР
Правила использования
Известно несколько разных ваттметров, большая часть приспособлений призвана проводить аналогичные замеры. Однако необходимо отыскать устройство, подключаемое к розетке на стене, (наиболее простой метод точного определения, какое количество электроэнергии использует конкретный прибор). Возможно пользоваться аналоговыми и цифровыми ваттметрами.
Приобретение цифровых устройств даст возможность потребителям получить точную информацию, в тот момент как аналоговые приборы потребуют от пользователей самых простых расчетов для установления потребления ватт.
Цифровой прибор подключают к электросети. Необходимо удостовериться, что приспособление будет отображать показатель «0» и очистится от последних замеров. Далее подключают какой-либо домашний прибор к ваттметру для получения показаний мощности. Когда ваттметр цифровой, приспособлению, обычно, необходимо только 5 секунд для вычисления показаний. Такие приспособления будут отображать число ватт, используемых устройством в течение 60 минут.
Когда счетчик является аналоговым, необходимо посмотреть на крутящиеся диски в нем. Используется секундомер для определения количества времени, которое необходимо для полного разворота дисков. Далее берутся данные киловатт, показываемые ваттметром, умножается на 3600 и разделяется на число секунд, на протяжении которых устройство вращается.
Это будет коэффициентом применения мощности в течение 60 минут. Повторяется данная процедура на любых приборах для оценки электрической быттехники в жилище.
Использование устройства
Лица, желающие получить более точные данные об общем энергопотреблении в собственном жилище, могут вызвать электриков (они устанавливают производительный ваттметр). Подобное устройство предоставит подробные данные о цене и применении электроэнергии во всем доме, к примеру, какие части жилища используют наибольшее количество электричества. Такие счетчики предназначаются для помощи владельцам домов. Благодаря им удается сократить собственные траты на электрическую энергию, не проводя индивидуальные тесты на всех бытовых приборах по отдельности.
Сведения, которые получены при помощи ваттметра, дают возможность существенно сэкономить средства. Тратя адекватную сумму на покупку рассматриваемого приспособления, пользователь получает полные сведения об эффективности функционирования домашней техники.
Устройство амперметра
Чтобы осознать необходимость включения амперметра через шунт, напомним вкратце его устройство.
Внутри поля постоянного магнита находится катушка – рамка. По ее виткам протекает измеряемый ток. В зависимости от величины измеряемого параметра положение катушки относительно постоянного магнитного поля изменяется. На ее оси жестко закреплена стрелка прибора. Чем больше измеряемый ток, тем больше отклоняется стрелка.
Чтобы рамка могла поворачиваться, ее ось крепят в подпятниках, либо вывешивают на растяжках. При использовании подпятников ток рамки проходит по спиральным пружинам, если же подвижная часть прибора подвешена на растяжках, то они являются проводниками тока.
Ваттметр для чего нужен – назначение, типы, подключение, применение, параметры
Измеряют мощность электрического тока специальным прибором – ваттметром. И если в цепи постоянного тока она рассчитывается простым умножением силы тока на напряжение (достаточно наличия вольтметра и амперметра), то в сети переменного тока без измерительного оборудования не обойтись.
Также им контролируют режим работы электрического оборудования и учитывают расход энергии.
Применение Ваттметров
Основная область применения – это электроэнергетическая промышленность и машиностроение, мастерские по ремонту электроприборов. Однако достаточно широко используют и бытовые измерители, которые приобретают любители электроники, компьютеров и просто обыватели – для учета и экономии энергопотребления.
Применяют ваттметры для:
Типы ваттметров
Измерению мощности предшествует измерение силы тока и напряжения исследуемого участка цепи.
В зависимости способов измерения, преобразования данных и показа итоговой информации, ваттметры делятся на аналоговые и цифровые.
Аналоговые ваттметры бывают показывающие и самопишущие и отражают активную мощность участка цепи. Табло показывающего прибора имеет полукруглую шкалу и поворачивающуюся стрелку. Деления шкалы отградуированы в соответствии с определенными величинами мощности, измеряемой в ваттах (Вт).
Цифровые ваттметры измеряют как активную, так и реактивную мощность. Кроме того, на дисплей прибора могут выводиться (кроме показания мощности) также и сила тока, напряжение, и расход энергии по времени. Данные измерений можно вывести удаленно на компьютер оператора.
Видео о ваттметре из Китая:
Аналоговые ваттметры
Наиболее распространенными и точными аналоговыми ваттметрами являются приборы электродинамической системы.
Принцип работы основан на взаимодействии двух катушек. Одна из них – неподвижная, имеет толстую обмотку с небольшим числом витков и малое сопротивление. Подключается последовательно с нагрузкой. Вторая катушка – подвижная.
Ее намотка выполнена из тонкого провода и имеет большое количество витков, поэтому и сопротивление у нее высокое.
При подключении прибора к сети, в катушках образуются магнитные поля. Их взаимодействие создает вращающий момент, который отклоняет подвижную катушку с подсоединенной к ней стрелкой на определенный угол.
Величина угла эквивалентна произведению силы тока и напряжения в данный момент времени.
Цифровые ваттметры
В основе работы цифрового ваттметра лежит предварительное измерение силы тока и напряжения. Для этого на входе устанавливаются: последовательно нагрузке – датчик тока, параллельно – датчик напряжения. Они могут выполняться на базе термисторов, измерительных трансформаторов, термопар и других элементов.
Мгновенные значения полученных величин тока и напряжения посредством аналого-цифрового преобразователя передаются к встроенному микропроцессору. Здесь производятся необходимые вычисления (находится активная и реактивная мощности) и выдаются в виде итоговой информации на дисплей и подключенные внешние устройства.
Рисунок — Схема подключения Ваттметра
Подключение Ваттметра
Ваттметры имеют четыре клеммы (2 входа, 2 выхода) для подключения.
Две из них используют при сборе последовательной (токовой) цепи – ее подключают первой, а две – для параллельной (цепи напряжения).
Начало цепи напряжения (вход) подключают к началу токовой цепи (соединить клеммы перемычкой), соединенному с одним зажимом сети. Конец цепи напряжения (выход) соединяют с другим зажимом сети.
Рассмотрим несколько ваттметров разного исполнения и разных производителей:
Многофункциональный цифровой ваттметр СМ3010 класса точности 0,1
Предназначен для измерения активной мощности, тока, напряжения и частоты в цепях постоянного тока и в однофазных цепях переменного тока; для поверки ваттметров, амперметров, вольтметров класса 0,3 и ниже, частотомеров класса 0,01 и ниже.
Пределы измерения тока Iп:
на постоянном и переменном токе: 0,002-0,005-0,01-0,02-0,05-0,1-0,2-0,5-1-2-5-10 А.
Пределы измерения напряжения Uп:
Принципиальная схема
Схема и проект печатной платы разработаны в бесплатной среде проектирования SoloPCB tools.
Принципиальная схема прибора изображена на Рисунке 2. Полный список примененных компонентов приведен в Таблице 2.
| Рисунок 2. | Принципиальная схема цифрового ваттметра переменного тока. |
Для вычисления потребляемой мощности нам необходимо знать напряжение на нагрузке и потребляемый нагрузкой ток. Напряжение, которое должно быть измерено, является напряжением сети переменного тока, поэтому необходимо учитывать, что оно может быть в диапазоне 207 В – 253 В. С целью повышения точности измерений необходимо выполнять измерение напряжения сети, а не использовать в расчетах фиксированное среднее значение 230 В.
Линии сети электропитания подключаются к разъему J1 (AC IN, вход переменного напряжения). Аналоговый узел для измерения напряжения сети состоит из резистивного делителя (R1, R2 R3), прецизионного источника опорного напряжения (U3) и АЦП (U5). Резистивный делитель, включенный между фазой и нейтралью, предназначен для понижающего масштабирования напряжения с коэффициентом R1/(R1+R2+R3)=1/201.
После масштабирования и смещения напряжение на резисторе R2 считывается аналого-цифровым преобразователем (U5) MCP3202 (Microchip) и передается в 12-разрядном формате по интерфейсу SPI в микроконтроллер. Для изолирования микроконтроллера от аналоговых узлов используются высокоскоростные оптопары HCPL-0630. Второй канал АЦП используется для измерения опорного напряжения 2.5 В – это значение будет использоваться в качестве поправочного коэффициента в расчетах.
Линии сети переменного тока, нейтраль и заземление от разъема J1 непосредственно подключаются к выходному разъему J2 (AC OUT), линия фазы проходит через датчик тока (U4) ACS712-20A компании Allegro. Это малошумящий аналоговый датчик тока на основе эффекта Холла с гальванической развязкой от измеряемой линии и возможностью измерения постоянного и переменного тока.
Датчик тока имеет диапазон измерений ±20 А, но, учитывая ограничения по току для разъемов и держателя предохранителя, узел измерения переменного тока защищен предохранителем 16 А, включенным в фазовую линию.
Для питания аналоговых узлов и микроконтроллерной части используется трансформаторный блок питания (Рисунок 3). Трансформатор имеет две идентичные вторичные обмотки, с которых снимается переменное напряжение 6 В. Далее напряжение выпрямляется и стабилизируется с помощью микросхемы 78L05 (U1, U2) с типовой схемой включения.
Светодиоды D2 и D3 предназначены для индикации напряжения питания.
| Рисунок 3. | Входной и выходной разъемы, трансформатор блока питания ваттметра. |
В ваттметре используется 8-разрядный МК PIC18F252. Он выполняет считывание значений напряжения и тока, выполняет вычисление их среднеквадратичных значений и среднее значение потребляемой мощности. Непосредственно к МК подключен ЖК индикатор, на котором отображаются указанные значения. Может использоваться как 4-, так и 8-битный режим работы. Для работы с внешними АЦП используется интегрированный в МК модуль SPI интерфейса. Несмотря на то, что в схеме используется кварцевый резонатор 20 МГц, микроконтроллер тактируется частотой 5 МГц. Для программирования микроконтроллера предусмотрен разъем ICSP (J3) (Рисунок 4).
| Рисунок 4. | Микроконтроллер, АЦП, элементы гальванической развязки на печатной плате ваттметра.  |
Устройство
У стрелочных амперметров основа прибора – простейший электромагнитный (или иного типа) гальванометр или электроизмерительная головка.
Электромагнитный амперметр
Сам по себе гальванометр работает как нечто среднее между милливольтметром и микроамперметром. Включать его в цепь без нагрузки и балластных сопротивлений нельзя – обмотка катушек не рассчитана на значительную силу тока, что нужна силовым электроустановкам и потребителям, подключённым к ним: с большой долей вероятности его обмотка сгорит. Аналоговый гальванометр устроен следующим образом. В поле постоянных магнитов вращается катушка, по которой в момент подключения прибора начинает идти ток. Вырабатывая собственное магнитное поле, катушка поворачивается на определённый угол – пропорционально пропускаемому через неё току. А поворачиваться её заставляет вращательный момент, образующийся при взаимодействии поля постоянного магнита и поля катушки.
Помимо возвращающей пружины, на противовесе стрелки находится балансир – металлическая нить из мягкого и достаточно эластичного металла (например, платины), уравновешивающая стрелку и не дающая её концу задевать за шкалу – алюминиевую пластину с проградуированными делениями, закреплённую в качестве плоской рамки на лицевой части внутренностей гальванометра.
В ряде случаев, чтобы не тратить дорогую платину, на противовес стрелки напаивается капля какого-нибудь легкоплавкого сплава (точно в миллиграммах или в сотнях микрограммов). Если балансир порвётся – результаты измерений будут неточными и прерывистыми либо вообще никакими. Правила обращения с гальванометрическим амперметром строго-настрого запрещают его бросать, подвергать жёсткой вибрации и сильным ударам – измерительные головки ломаются очень легко.
Наконец, стрелочный амперметр обладает плоским винтом, немного сдвигающим пружину стрелки в обе стороны. Благодаря повороту этого винта стрелка может находиться не строго на нуле шкалы, а в околонулевой точке. На сколько делений будет нарушен ноль – на столько же амперметр и «приврёт», сняв показание измеряемого тока. Завод-изготовитель после опробования гальванометра самостоятельно калибрует ноль – по шкале. Пользователь сам подстроит точность нуля на глаз с помощью плоской отвёртки – когда обнаружит, что стрелочный ноль сбился и не совпадает со шкальным.
Подпорки из проволоки с резиновыми прокладками, находящиеся по концам шкалы, удерживают стрелку на околонулевой и максимальной позиции, когда гальванометр «зашкаливает» или подключён «задом наперёд». Они не дают пружине перекрутиться, а концу стрелки – биться о края визуального измерительного поля, если измеряемый параметр по невнимательности пользователя окажется в разы больше, чем реальный, который способен отобразить сам прибор.
Магнитоэлектрический
Удерживает постоянный ток малых значений. Измерительная головка – магнитоэлектрическая система со шкалой, содержащей определённую градуировку.
Термоэлектрический
Создан для цепей быстропеременного тока с частотой в сотни и тысячи герц. Основа такого амперметра – магнитоэлектрическая головка. Он состоит из отрезка проводника, к которому подсоединена термопара. Ток, нагревающий проводник, приводит к выделению тепла, улавливаемого термопарой. Теплоизлучение отклоняет рамку со стрелкой на расчётный угол, линейно зависящий от величины проходного тока.
Электродинамический
Его назначение – измерять ток в быстропеременных электроустановках, работающих на повышенной (до 200 Гц) частоте. Для электродинамических амперметров подойдёт помещение или отсек, где полностью отсутствуют лишние электромагнитные поля. Однако они высокоточны и применяются для регулярной поверки замерителей всех остальных типов.
Ферродинамический
Каркас ферродинамического замерителя исполнен из ферромагнетика, железного сердечника и статичной катушки. Он обладает классом точности, присущим электродинамическому амперметру, но нечувствителен к электромагнитным помехам (паразитным полям).
Цифровой
Цифровой амперметр (в идеале – мультиметр) лишён гальванометрической измерительной головки. Вместо гальванометра используется целая система: датчики подаваемого на измерение тока, АЦП, процессор с ПЗУ и оперативной памятью, дисплей с контроллером вывода значений снимаемых показаний. Для записи показаний на внешний носитель может прилагаться microUSB-порт или Wi-Fi/Bluetooth-радиомодуль – это позволяет подключить амперметр или мультиметр к ПК, смартфону или планшету, и использовать специальное приложение для работы с ним.
Конструкция
Перед приобретением изделия, необходимо исследовать устройство и понять принцип действия ваттметра. Бытовой ваттметр включает в себя:
- ДТ, ДН — индикаторы тока и напряжения;
- АЦП— цифровой преобразователь, при помощи аналогового сигнала происходит преобразование в цифровой;
- микроконтроллер — происходит обрабатывание полученных от индикаторов сигналов по определенному алгоритму, после чего отправляются сведения на монитор;
- монитор — на нем будет отображаться полученная информация;
- СВ — средство, которое осуществляет ввод данных и дает возможность человеку задавать параметры в целях получения необходимой информации;
- I — ток, который протекает через ваттметр;
- Uвх — входное напряжение;
- Uвых — напряжение выхода ваттметра.
Конструкция прибора
Расчет сопротивления шунта
Отсюда следует, что, зная ток полного отклонения измерительной системы (Iпр) и внутреннее сопротивление рамки (Rпр), можно вычислить требуемое сопротивление шунта (Rш).
И тем самым изменить предел измерения амперметра.
Но, перед тем как переделать миллиамперметр в амперметр, нужно решить две непростых задачи: узнать ток полного отклонения измерительной системы и ее сопротивление. Можно найти эти данные, зная тип миллиамперметра, который переделывается. Если это невозможно, придется провести ряд измерений. Сопротивление можно измерить мультиметром. А вот для второго параметра потребуется подать на прибор ток от постороннего источника, измеряя его величину с помощью цифрового амперметра.
Но такой расчет шунта для амперметра не будет точным. Невозможно с помощью подручных средств обеспечить требуемую точность измерений. Система измерения с шунтом имеет большую чувствительность к погрешности при определении исходных данных. Поэтому на практике проводится точная подгонка сопротивления шунта и калибровка амперметра.
Схема — включение — ваттметр
Отклонения стрелок ваттметра пропорциональны косинусам углов а и р, не равных углу ф, что вытекает из схемы включения ваттметров.
Действительно, токовая катушка первого ваттметра включена в провод фазы А, и через нее проходит ток / д, а катушка напряжения включена на напряжение UAB. То же самое относится и ко второму ваттметру.
| Схема включения двухэлементного дифференциального индукционного счетчика реактивной энергии в трехфазную и трехпроводную цепь ( а и соответствующая векторная диаграмма ( б. |
В этом случае количество реактивной энергии подсчитывается по показаниям счетчиков по формулам, приведенным для вычисления реактивной мощности и соответствующих схемам включения ваттметров.
Стрелка первого ваттметра должна отклониться в обратную сторону — не по шкале Чтобы измерить мощность, отдаваемую первой катушкой, надо изменить схему включения ваттметра Wj. Можно, например, изменить у него подключение цепи напряжения, присоединив зажим со звездочкой к нижнему проводу, а зажим без звездочки к верхнему проводу, так как это показано на рис.
Наиболее простым и точным способом измерения угла сдвига фаз между током и напряжением в однофазном токе является измерение при помощи фазометра, схема включения которого вполне аналогична со схемой включения ваттметра ( фиг. Конструкции однофазных фазометров весьма разнообразны.
Так как счетчик по своему устройству отличается от ваттметра только механической схемой, а вращающий момент в обоих приборах должен быть пропорционален мощности, то схема включения счетчика ничем не отличается от схемы включения ваттметра.
Как видно из схемы, последовательные обмотки ваттметров включены на линейные токи, а параллельные обмо тки — на линейные напряжения. Схема включения ваттметров остается такой же и при соединении нагрузки треугольником.
Более просто мощность в цепях постоянного тока измеряется с помощью электродинамического ваттметра.
| Схема включения двух ваттметров для измерения активной мощности.| Измерение активной мощности методом трех ваттметров. |
Метод трех приборов применяется для измерения активной мощности в трехфазной четырехпро-водной цепи. Схема включения ваттметров показана на рис. 5.14. По этой же схеме производится включение трехэлементных трехфазных ваттметров.
Схема включения двух ваттметров в трехфазную цепь приведена на рис. 7.20. В данном случае фазы нагрузки соединены звездой. Схема включения ваттметров остается такой же и при включении нагрузки треугольником.
В обоих случаях через последовательные обмотки ваттметров протекают линейные токи, а параллельные обмотки включены на линейные напряжения. Свободной фазой может быть любая из трех.
Другие концы катушек напряжения присоединяют к той фазе, в которую не включены токовые катушки. При такой схеме включения ваттметра мощность, потребляемая установкой, будет равна алгебраической сумме показаний двух ваттметров.
| Использование трех ваттметров для измерения реактивной мощности в трехфазной четырехпроводной цепи, о — схема включения. б — векторная диаграмма. |
На рис. 12 14, а показано ( сплошными линиями) включение трех ваттметров PW1 — PW3 для измерения реактивной мощности в трехфазной четырехпроводной цепи. Для удобства анализа схемы включения ваттметров для измерения реактивной мощности на этом же рисунке показано включение трех ваттметров ( штриховые линии) для измерения активной мощности.
Измерение электрического напряжения
Электрическое напряжение измеряется вольтметром.
Если измеряемое напряжение не превышает пределов измерения данного вольтметра, то оно может быть измерено путем непосредственного включения вольтметра в сеть (рис. 4).
Для расширения пределов измерения применяют добавочное сопротивление при измерении постоянного напряжения и трансформаторы напряжения (можно использовать и добавочное сопротивление) при измерении переменного напряжения (рис. 5 и 46).
Необходимо иметь в виду, что должно быть использовано то добавочное сопротивление, которое предназначено для данного вольтметра.
Рис. 4. Схема включения вольтметра непосредственно в цепь
Рис. 5. Схема включения вольтметра с добавочным сопротивлением
Рис. 6. Схема включения вольтметра с помощью трансформатора напряжения: А, Х — зажимы первичной обмотки трансформатора напряжения; а, х — зажимы вторичной обмотки трансформатора напряжения; ПР — плавкие предохранители
Что это такое
На сегодняшний день экономия электроэнергии является крайне актуальным вопросом.
Осуществляется выпуск большого количества приспособлений, где используются новейшие технологии, которые дают возможность сэкономить электрическую энергию, не потеряв в качестве. Кроме того, прогресс коснулся и измерительных приспособлений.
Бытовой ваттметр
Ваттметр бытовой — прибор, предназначенный в целях замера мощности, которая потребляется приемником электроэнергии в домашних условиях и не нуждающийся в особой схеме включения. В отличие от электросчетчиков, измеряющих используемую мощность по квартирам (домам), ваттметр способен осуществить измерения мощности в любых точках жилища.
Важно! Рассматриваемое приспособление функционирует также точно, как и электросчетчик. Отличием станет более тонкая разбивка информации по конкретному потребителю
Основной сферой применения ваттметров являются промышленные отрасли в электроэнергетике, машиностроении, ремонт электроустройств. Кроме того, зачастую подобные устройства используются в бытовых условиях. Они приобретаются специалистами по электронике, компьютерам, радиолюбителями, чтобы рассчитать экономию использования электроэнергии.
Ваттметры используют, чтобы:
- Вычислить мощность устройств.
- Провести тесты электроцепей, определенных ее частей.
- Провести испытания электрических установок, как индикаторов.
- Проверить действие электрического оборудования.
- Провести учет потребляемой энергии.
Бытовые ваттметры в розетке не нуждаются в специальных схемах подключения. Когда электросчетчик показывает общую мощность в жилище, то такие приспособления отражают работу всех розеток отдельно. Их устройство предусматривает вилку для подключения к розетке, гнездо, чтобы включить нагрузку.
Конструкция устройства
Тонкости подключения и использования
Ваттметр имеет два входа – по две клеммы на каждом. Схема включения ваттметра не предусматривает последовательное включение подвижной катушки и параллельное – неподвижной. Если вы подключите цепь неправильно – сожжёте прибор, устроите замыкание в сети, этим повлечёте пожар.
По правилам, обмотки включаются согласно своему сопротивлению – это позволяет активному в данный момент ваттметру не вносить заметные искажения в количество ватт, потребляемое включённым через прибор потребителем.
Определить показания по потреблённому количеству электричества на стрелочном приборе можно, умножив значение, которое показывает ваттметр, на то время, пока потребитель активен.
В следующем видео вас ждет обзор самых популярных ваттметров (SRM, Stages, Garmin Vector 2, BePro, Quarq, Power2max и Powertap).
Помогла ли вам статья?
Задать вопрос
Пишите ваши рекомендации и задавайте вопросы в комментариях
Включение ваттметра в цепь переменного тока, при токе нагрузки больше допустимого — Студопедия
Поделись с друзьями:
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 I1и 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 = I1и/ I2и = 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?
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
| |||||
| | |||||
ВАТТМЕТР Электрическая мощность измеряется с помощью ваттметра. Рис. 1-44. – Упрощенная схема электродинамического ваттметра. Токовая катушка (неподвижная катушка) ваттметра соединена последовательно с
цепь (нагрузка), а потенциальная катушка (подвижная катушка) подключена поперек линии. Когда
через токовую катушку ваттметра течет линейный ток, вокруг
катушка. Сила этого поля пропорциональна линейному току и совпадает с ним по фазе. Сила срабатывания ваттметра создается полем его катушки тока и поле его потенциальной катушки. Сила, действующая на подвижную катушку в любой момент (стремящая повернуть его) пропорциональна мгновенным значениям линейного тока и напряжения. Ваттметр состоит из двух цепей, любая из которых будет повреждена, если
через них проходит ток. Этот факт следует особо подчеркнуть в случае
ваттметры, поскольку показания прибора не сообщают пользователю, что
катушки перегреваются. Если амперметр или вольтметр перегружен, стрелка будет
указывает на выход за верхний предел его шкалы. Рис. 1-45. – Ваттметр, включенный в различные цепи. ДВУХФАЗНАЯ СИСТЕМА СЧЕТЧИК ВАТТ-ЧАСОВ Счетчик ватт-часов — это прибор для измерения энергии. Поскольку энергия является продуктом
мощности и времени, ваттметр должен учитывать оба этих фактора. В принципе, счетчик ватт-часов представляет собой небольшой двигатель, мгновенная скорость которого пропорциональна POWER проходящий через него. Общее количество оборотов за заданное время пропорциональны общему количеству ЭНЕРГИИ , или ватт-часов, потребленных в течение этого время. При чтении циферблатов ватт-часов необходимо соблюдать следующие указания. метр. Счетчик в данном случае четырехстрелочный. Стрелка на правом циферблате (рис. 1-46) показывает 1 киловатт-час или 1000 ватт-часов на каждое деление циферблата. Полный оборот стрелки на этом циферблате приведет к перемещению стрелки второго циферблата одно деление и записывают 10 киловатт-часов или 10 000 ватт-часов. Полная революция стрелки второго циферблата переместит третью стрелку на одно деление и зарегистрирует 100 киловатт-часы или 100 000 ватт-часов и так далее. Рис. 1-46. – ваттметр. Соответственно, читать руки надо слева направо, а к сумме прибавлять три нуля. показания самого нижнего циферблата для получения показаний счетчика в ватт-часах. Циферблат руки всегда следует читать как указывающие на цифру, которую они имеют ПОСЛЕДНИЙ ПРОХОД , а не тот, к которому они приближаются. Q.60 Почему вместо мультиметра можно использовать навесной вольтметр? | |||||
Этот инструмент из
электродинамический тип. Он состоит из пары неподвижных катушек, известных как катушки тока, и
подвижная катушка, известная как потенциальная катушка. (См. рис. 1-44.) Фиксированные катушки состоят из
несколько витков сравнительно большого проводника. Потенциальная катушка состоит из множества витков
из тонкой проволоки. Он установлен на валу в подшипниках с драгоценными камнями, так что он может вращаться
внутри стационарных катушек. Подвижная катушка несет иглу, которая перемещается по соответствующей
отмеченный масштаб. Спиральные винтовые пружины удерживают иглу в нулевом положении.
Потенциальная катушка ваттметра обычно имеет высокоомный резистор, включенный в
сериал с ним. Это делается для того, чтобы сделать цепь потенциальной катушки измерителя
как можно более резистивным. В результате ток в потенциальной цепи равен
практически в фазе с линейным напряжением. Поэтому при подаче напряжения на
потенциальная цепь, ток пропорционален линейному напряжению и находится в фазе с ним.
В ваттметре измеряется как ток, так и
потенциальные цепи могут испытывать такую перегрузку, что их изоляция сгорает, и
тем не менее, указатель может быть только на полпути вверх по шкале. Это связано с тем, что позиция
указатель зависит от коэффициента мощности цепи, а также от напряжения и
текущий. Таким образом, схема с низким коэффициентом мощности будет давать очень низкие показания ваттметра.
даже когда токовые и потенциальные цепи нагружены до максимально безопасного предела. Этот
Рейтинг безопасности обычно указан на лицевой стороне прибора. Ваттметр всегда
измеряется не в ваттах, а в вольтах и амперах. Рисунок 1-45 показывает правильный способ
для включения ваттметра в различные цепи.
электричество – Почему показания ваттметра в обоих случаях выходят одинаковыми, даже если они подключены в разных местах?
спросил
Изменено 2 года, 11 месяцев назад
Просмотрено 123 раза
$\begingroup$
Значение сопротивления равно 3 Ом, а полное сопротивление катушки индуктивности равно j4 Ом.
Насколько я знаю, ваттметр измеряет мгновенную мощность, но показывает среднюю мощность. Как я решил для заданных значений, в обоих случаях мощность выходит 12 Вт, хотя они подключены к разным точкам цепи, и я хочу знать, почему?
Не могу понять причину этого. Может кто-нибудь указать? Спасибо
- электричество
- электрические цепи
- электрический ток
- индуктивность
$\endgroup$
3
$\begingroup$
(а) Разве вы не ожидали такого результата? Чистый индуктор не потребляет среднюю мощность в течение определенного периода времени, поэтому мощность, потребляемая комбинацией индуктор-резистор, должна быть такой же, как мощность, рассеиваемая только на резисторе. 92 \omega L \cos (\omega t) \sin (\omega t)$$
Второй член усредняется до нуля за любое целое число циклов, оставляя вам только мощность в резисторе.
