Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Измерение электрической мощности

Довольно часто возникает необходимость измерять мощность, потребляемую из сети, или же генерируемую в сеть. Это необходимо для учета потребляемой или генерируемой энергии, а также для обеспечения нормальной работы энергосистемы (избежание перегрузок). Измерять мощность можно несколькими способами – прямым и косвенным. При прямом измерении применяют ваттметр, а при косвенном амперметр и вольтметр.

Измерение мощности в цепи постоянного тока

Из-за отсутствия реактивной и активной составляющей в цепях постоянного тока для измерения мощности ваттметр применяют очень редко. Как правило, величину потребляемой или отдаваемой энергии измеряют косвенным методом, с помощью последовательно включенного амперметра измеряют ток I в цепи, а с помощью параллельно подключенного вольтметра измеряют напряжение U нагрузки. После чего применив простую формулу P=UI и получают значение мощности.

Чтоб уменьшить погрешность измерений из-за влияний внутренних сопротивлений устройств, приборы могут подключать по различным схемам, а именно при относительно малом сопротивлении нагрузки R применяют такую схему включения:

А при большом значении R такую схему:

Измерение мощности в однофазных цепях переменного тока

Главным отличием цепей переменного тока от сетей постоянного тока, пожалуй, заключается в том, что в переменном напряжении существует несколько мощностей – полная, активная и реактивная. Полную измеряют зачастую тем же косвенным методом с помощью амперметра и вольтметра и значение ее равно S=UI.

Замер же активной P=UIcosφ и реактивной  Q=UIsinφ производится прямым методом, с помощью ваттметра. Для измерения ваттметр в цепь подключают по следующей схеме:

Где токовую обмотку необходимо подключить последовательно с нагрузкой Rн, и, соответственно, обмотку напряжения параллельно нагрузке.

Замер реактивной мощности в однофазных сетях не производится. Такие опыты зачастую ставятся только в лабораториях, где ваттметры включают по специальным схемам.

Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока

Как и в однофазных сетях, так же и в трехфазных полную энергию сети можно измерять косвенным методом, то есть с помощью вольтметра и амперметра по схемам показанным выше. Если нагрузка трехфазной цепи будет симметричной, то можно применить такую формулу:

Uл – напряжение линейное, I- фазный ток.

Если же фазная нагрузка не симметрична, то производят суммирование мощностей каждой из фаз:

При измерении активной энергии в четырехпроводной цепи при использовании трех ваттметров, как показано ниже:

Общей энергией потребляемой из сети будет сумма показаний ваттметров:

Не меньшее распространение получил и метод измерения двумя ваттметрами (применим только для трехпроводных цепей):

Сумму их показаний можно выразить следующим выражением:

При симметричной нагрузке применима такая же формула как и для полной энергии:

Где φ – сдвиг между током и напряжением (угол фазового сдвига).

Измерение реактивной составляющей производят по той же схеме (смотри рисунок в)) и в этом случае она будет равна разности алгебраической между показателями приборов:

Если сеть не симметрична, то для измерения реактивной составляющей применяют два или три ваттметра, которые подключают по различным схемам.

Процесс измерения активной и реактивной мощности

Счетчиками индукционными или электронными производят измерения активной мощности цепи переменного напряжения. Они подключаются по тем же схемам что и ваттметры. Учет реактивной энергии в однофазных потребителей в нашей стране не ведется. Ее учет производят в трехфазных цепях крупных промышленных предприятий, потребляющих большие объемы электроэнергии. Счетчики активной энергии имеют маркировку СА, реактивной СР. Также широкое применение получают электронные счетчики электроэнергии.

 

Какой прибор используется для измерения электрической мощности. Измерение мощности и энергии

Мощность, потребляемая нагрузкой в цепи переменного тока, равна среднему по времени произведению мгновенных значений напряжения и тока нагрузки. Если напряжение и ток изменяются синусоидально, то мощность Р можно представить в виде P = UI cosφ, где U и I – эффективные значения напряжения и тока, а φ – фазовый угол (угол сдвига) синусоид напряжения и тока. Если напряжение выражается в вольтах, а ток в амперах, то мощность будет выражена в ваттах. Множитель cosφ, называемый коэффициентом мощности, характеризует степень синхронности колебаний напряжения и тока.

С экономической точки зрения, самая важная электрическая величина – энергия. Энергия W определяется произведением мощности на время ее потребления. В математической форме это записывается как:

Если время измеряется в секундах, напряжение – в вольтах, а ток – в амперах, то энергия W будет выражена в ватт-секундах, т.е. джоулях. Если же время измеряется в часах, то энергия – в ватт-часах. На практике электроэнергию удобнее выражать в киловатт-часах.

С помощью приборов различных систем производят измерения активной (), реактивной () и полной () мощности в цепях постоянного тока, однофазного и трехфазного переменного тока, мгновенные значения мощности, а также количества электричества в широких пределах. При этом диапазон измеряемых мощностей может составлять от долей мкВт до десятков ГВт.

При косвенных измерениях мощности в цепях постоянного тока используют метод вольтметра и амперметра . В этом случае приборы могут быть включены по двум схемам.

Рис. 9.3 Схемы измерения мощности по показаниям вольтметра и амперметра при малых и больших сопротивлениях нагрузки.

Метод прост, надежен, экономичен, но обладает рядом существенных недостатков:

· необходимость снимать показания по двум приборам;

· необходимостью производить вычисления;

· невысокой точностью за счет суммирования погрешностей приборов.

Компенсационный метод применяется тогда, когда требуется высокая точность измерения мощности. С помощью компенсатора поочередно измеряется ток нагрузки и падение напряжения на нагрузке. Для измерения мощности используют электродинамические приборы.

Рис. 9.4 Схема включения электродинамического ваттметра через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

В широком диапазоне частот применяются

цифровые ваттметры . Они осуществляют автоматический выбор пределов измерений, самокалибровку, имеют внешний интерфейс.

Для измерения мощности в трехфазных цепях используют методы одного, двух и трех ваттметров .

Первый вариант используют для систем с равномерной нагрузкой фаз, одинаковыми углами сдвига фаз между током и напряжением. При этом нагрузка может быть включена по схеме звезды, треугольника.


При асимметричной нагрузке используют методы двух ваттметров. При этом нужно вычислять суммарную мощность с учетом схемы включения приборов. При использовании схемы с тремя ваттметрами для определения потребляемой мощности производят суммирование показаний.


Для измерения мощности в цепях повышенной частоты применяют как прямые, так и косвенные методы с использованием термоэлектрических преобразователей, датчиков Холла, электронные и цифровые ваттметры. Для измерения энергии используют электромеханические и электронные счетчики.

При измерении мощности, частоты сдвига фаз широко используют измерительные механизмы электродинамической системы, так как эти приборы имеют сложную функциональную зависимость:

(9.4)

Если пропускать ток через последовательно включённые катушки, то можно использовать ток и напряжение при включении в цепь одной из катушек, можно обеспечить дополнительный сдвиг фаз. При этом можно измерить активную и реактивную мощность.

Измерение мощности. В цепях постоянного тока мощность можно измерить косвенным методом с по­мощью амперметра и вольтметра

Р = UI ,


но более точный резуль­тат дает измерение мощности электродинамическим ваттметром, которым измеряется мощность независимо от рода тока. Внешний вид (а) и схема включения ваттметра (б) показаны на рис.16. Ваттметр имеет четыре зажима для подключения подвижной и неподвижной катушек в цепь. Неподвижная катушка включается в цепь последовательно и называется токовой катушкой, а под­вижная катушка вместе с добавочным

Рис. 16.1. Однофазный ваттметр: а -внешний вид; б -схема включения в электрическую цепь переменного тока.

сопротивлением г д - па­раллельно нагрузке и называется катушкой напряжения. Начало катушек отмечено звездочкой *I и *U

, конец токо­вой катушки 5 А, а конец обмотки напряжения -150V. Так как направление отклонения указательной стрелки ваттметра зависит от взаимного направления токов в катушках, то выводы *I и *U подключаются к источнику тока, а выводы 5 А и 150V-к на­грузке. Ввиду того что выводы *I и *U подключаются к одному и тому же проводу, их можно соединить между собой проводником, что и делается на практике при измерении мощности в цепи по­стоянного тока и активной мощности в цепи переменного тока.

Измерение энергии. Различают следующие способы контроля расхода электроэнергии: 1. Косвенный способ. В этом случае измеряют косвенные параметры, а расход электроэнергии определяют расчетом. Так например, расход электроэнергии в цепях постоянного тока определяется по формуле:

W = U I t (16. 1),

где U - напряжение на приемнике электроэнергии I - ток в приемнике t - время прохождения тока.

Т.о. для измерения расхода электроэнергии параллельно приемнику нужно включить вольтметр и измерить напряжение

U , последовательно приемнику включить амперметр и измерить силу тока I . Время - t измеряется с помощью хронометра. Сняв показания с вольтметра, амперметра и хронометра расход электроэнергии определяют по формуле (16.1). В цепях переменного тока расход электроэнергии определяется по формуле (16.2)

W = U I t cosφ (16.2)

Т.о. для косвенного измерения расхода электроэнергии в данном случае, кроме вольтметра, амперметра и хронометра нужно включить фазометр для измерения коэффициента мощности cosφ.

2. Непосредственный способ. Этот способ используется в цепях переменного тока. В этом случае для измерения расхода электроэнергии используется индукционный счетчик электрической энергии. Счетчик представляет собой суммирующий прибор. Основное отличие его от стрелочного прибора состоит в том, что угол поворота его подвижной части не ограничиваемый пружиной, нарастает и показания счетчика суммируются. Каждому обороту подвижной части счетчика соответствует определенное количество израсходованной энергии. Счетчик включается в Рис. 16.2 электрическую цепь также как ваттметр (рис. 16, 1), т.е. его токовая обмотка (3) включается последовательно с нагрузкой и контролирует силу тока в нагрузке, а обмотка напряжения (2) включается параллельно нагрузке и контролирует напряжение на нагрузке. Время контролируется за счет количества оборотов диска.

Ваттметр состоит из двух катушек: неподвижной 1, состоящей из небольшого числа витков толстой проволоки, и подвижной 2, состоящей из большого числа витков тонкой проволоки. При включении ваттметра ток нагрузки проходит через неподвижную катушку, последовательно включенную в цепь, а подвижная катушка включается параллельно потребителю. Для уменьшения потребляемой мощности в параллельной обмотке н уменьшения веса подвижной катушки последовательно с ней включается добавочное сопротивление 3 из манганина. В результате взаимодействия магнитных полей подвижной и неподвижной катушек возникает момент вращения, пропорциональный токам обеих катушек:


т. е. вращающий момент прибора пропорционален мощности, потребляемой в цепи.

Чтобы стрелка прибора отклонялась от нуля вправо, необходимо ток через катушку пропускать в определенном направлении.

Для этого два зажима, указывающие начала обмоток, обозначаются знаком * и электрически соединяются. На шкале ваттметра указываются номинальный ток и номинальное напряжение прибора. Так, например, если на шкале прибора обозначено 5 А и 150 В, то прибор может измерять мощность до 750 Вт. Шкалы некоторых ваттметров градуированы в делениях. Если, например, ваттметр на 5 А и 150 В имеет 150 делений, то цена деления, или постоянная ваттметра, равна 750: 150 = 5 Вт/дел.

Кроме электродинамических ваттметров, для измерения мощности в цепях постоянного тока употребляются также ваттметры ферродинамической системы.

2. Однофазный переменный ток. При включении электродинамического ваттметра в цепь переменного тока магнитные поля подвижной н неподвижной катушек, взаимодействуя между собой, вызовут поворот подвижной катушки. Мгновенный момент вращения подвижной часги прибора пропорционален произведению мгновенных значений токов в обеих катушках прибора. Но вследствие быстрых изменений токов подвижная система не сможет следовать за этими изменениями и момент вращения прибора будет пропорционален средней или активной мощности Следовательно, по углу поворота подвижной части ваттметра можно судить о величине активной мощности, потребляемой цепью.

Для измерения мощности переменного тока пользуются также ваттметрами индукционной системы. На фиг. 362 показана схема включения индукционного ваттметра с вращающимся маг-нитным полем. Последовательная обмогка 1-1, состоящая из небольшого числа витков толстой проволоки, располагается на двух противоположных полюсных выступах и включена последовательно в цепь. Параллельная обмотка 2-2 ваттметра, состоящая из большого числа витков тонкой проволоки, располагается на двух отдельных полюсных выступах. Последовательно с обмоткой 2-2 включается индуктивное сопротивление 3, служащее для полу-

Чения угла сдвига 90° между ее напряжением и током. Тем самым при чисто активной нагрузке получаем сдвиг на угол 90° между токами в последовательной и параллельной обмотках, что является необходимым условием создания вращающегося магнитного поля. При включении прибора это поле, пересекая алюминиевый цилиндр 4, индуктирует в нем вихревые токи, которые, взаимодействуя с полем, создают вращающий момент, воздействующий на подвижную часть прибора. Угол поворота ее при любой нагрузке будет пропорционален активной мощности, потребляемой цепью:

Принципиальная схема индукционного ваттметра с бегущим полем была дана на фиг. 335.

При измерении ваттметром мощности в сетях низкого напряжения с большими токами применяют трансформаторы тока. Для уменьшения разности потенциалов между обмотками ваттметра первичная и вторичная цепи трансформатора тока имеют общую точку. Вторичная обмотка трансформатора не заземляется, так как это означало бы заземление одного провода сети.

Для определения мощности сети Р 1 в этом случае нужно показание ваттметра P 2 умножить на коэффициент трансформации трансформатора тока :

В сетях высокого напряжения при измерении мощности используются измерительные трансформаторы напряжения н тока (фиг. 363).

Так, например, если к ваттметру установлены трансформатор напряжения 6000/100 В и трансформатор тока 150/5 А, а ваттметр показал 80 Вт, то мощность сети будет:

При включении ваттметров (счетчиков) через измерительные

Трансформаторы нужно присоединять эти приборы так, чтобы по обмоткам их проходили токи в том же направлении, как если бы они были непосредственно включены в сеть.

Кроме ваттметра, мощность однофазного переменного тока можно определить по показаниям трех приборов: амперметра, вольтметра и фазометра согласно формуле:

3. Трехфазный переменный ток. При равномерной нагрузке трехфазной системы для измерения мощности пользуются одним однофазным ваттметром, включенным по схеме, показанной на фиг. 364 (а - для соединения звездой; б - для соединения треугольником). По последовательной обмотке ваттметра в этом случае протекает фазный ток, а параллельная обмотка включена к фазному напряжению. Поэтому ваттметр покажет мощность одной фазы. Для получения мощности трехфазной системы нужно показание однофазного ваттметра умножить на три.

При неравномерной нагрузке в четырехпроводной сети трехфазного тока для измерения мощности применяется схема трех ваттметров (фиг. 365). Каждый однофазный ваттметр измеряет мощность одной фазы. Для получения мощности трехфазной системы необходимо взять сумму показаний трех ваттметров.

При переменной нагрузке трудно получить одновременный отсчет показаний трех ваттметров. Кроме того, три однофазных ваттметра занимают много места. Поэтому часто применяют один трехэлементный трехфазный ваттметр, представляющий собой соединение в одном приборе трех однофазных ваттметров.


У трехэлементного электродинамического ваттметра три подвижные параллельные катушки насажены на одну ось, связанную со стрелкой, и общий момент, полученный в результате сложения механических усилий каждой катушки, будет пропорционален мощности, потребляемой в трехфазной сети. В других конструкциях подвижные катушки, расположенные в разных местах, связаны между собой гибкими лентами и передают суммарное усилие на ось со стрелкой.

Активную мощность трехфазной сети при равномерной нагрузке можно определить

При помощи трех приборов: амперметра, вольтметра и фазометра по формуле:

Мощность трехпроводной трехфазной сети при любой нагрузке (равномерной или неравномерной), независимо от способа соединения потребителя (звездой или треугольником), может быть измерена по схеме двух ваттметров.

По первому закону Кирхгофа сумма мгновенных значений токов всех трех фаз равна нулю:


Полученное уравнение показывает, что один из ваттметров надо включить так, чтобы по его токовой катушке протекал ток первой фазы, а катушка напряжения находилась бы под разностью напряжений первой и второй фаз; другой ваттметр следует включить так, чтобы по его токовой катушке протекал ток третьей фазы, а катушка напряжения находилась бы под разностью напряжений третьей и второй фаз.

Сложив показания обоих ваттметров, получим мощность всех трех фаз.

На фиг. 366 показаны три варианта схемы двух ваттметров.

Из схем на фнг. 366 видно, что последовательные обмотки ваттметров включают в любые два линейных провода сети. Начала параллельных обмоток каждого ваттметра подключаются к тому же проводу, в который включена последовательная обмотка ваттметра. Концы параллельных обмоток подключаются к третьему линейному проводу.

При равномерной активной нагрузке (=1) показания ваттметров равны между собой. При не равном единице, показания ваттметров не будут равны. При равном = 0,5, один из ваттметров покажет нуль. При меньшем 0,5, стрелка этого прибора начнет отклоняться влево. Чтобы получить показание прибора, необходимо переключить концы его последовательной или параллельной обмотки.

Для измерения активной мощности трехфазной системы по показаниям двух ваттметров нужно складывать их показания или вычитать из показания одного ваттметра показание другого ваттметра, которое было отрицательным. Схема измерения мощности двумя ваттметрами с помощью измерительных трансформаторов напряжения и тока дана на фиг. 367.

Удобнее измерять мощность при помощи трехфазного ваттметра, в котором совмещены два прибора, включенные по схеме двух ваттметров и действующие на одну общую ось, с которой связана стрелка.


В сетях высокого напряжения трехфазный ваттметр включается при помощи измерительных трансформаторов напряжения и тока.

§102. Измерение мощности и электрической энергии

Измерение мощности. В цепях постоянного тока мощность измеряют электро- или ферродинамическим ваттметром. Мощность может быть также подсчитана перемножением значений тока и напряжения, измеренных амперметром и вольтметром.

В цепях однофазного тока измерение мощности может быть осуществлено электродинамическим, ферродинамическим или индукционным ваттметром. Ваттметр 4 (рис. 336) имеет две катушки: токовую 2, которая включается в цепь последовательно, и напряжения 3, которая включается в цепь параллельно.

Ваттметр является прибором, требующим при включении соблюдения правильной полярности, поэтому его генераторные зажимы (зажимы, к которым присоединяют проводники, идущие со стороны источника 1) обозначают звездочками.

Рис. 336. Схема для измерения мощности

Для расширения пределов измерения ваттметров их токовые катушки включают в цепь при помощи шунтов или измерительных трансформаторов тока, а катушки напряжения — через добавочные резисторы или измерительные трансформаторы напряжения.

Измерение электрической энергии. Способ измерения. Для учета электрической энергии, получаемой потребителями или отдаваемой источниками тока, применяют счетчики электрической энергии. Счетчик электрической энергии по принципу своего действия аналогичен ваттметру. Однако в отличие от ваттметров вместо спиральной пружины, создающей противодействующий момент, в счетчиках предусматривают устройство, подобное электромагнитному демпферу, создающее тормозящее усилие, пропорциональное частоте вращения подвижной системы. Поэтому при включении прибора в электрическую цепь возникающий вращающий момент будет вызывать не отклонение подвижной системы на некоторый угол, а вращение ее с определенной частотой.

Число оборотов подвижной части прибора будет пропорционально произведению мощности электрического тока на время, в течение которого он действует, т. е. количеству электрической энергии, проходящей через прибор. Число оборотов счетчика фиксируется счетным механизмом. Передаточное число этого механизма выбирают так, чтобы по показаниям счетчика можно было отсчитывать не обороты, а непосредственно электрическую энергию в киловатт-часах.

Наибольшее распространение получили ферродинамические и индукционные счетчики; первые применяют в цепях постоянного тока, вторые — в цепях переменного тока. Счетчики электрической энергии включают в электрические цепи постоянного и переменного тока так же, как и ваттметры.

Ферродинамический счетчик (рис. 337) устанавливают на э. п. с. постоянного тока. Он имеет две катушки: неподвижную 4 и подвижную 6. Неподвижная токовая катушка 4 разделена на две части, которые охватывают ферромагнитный сердечник 5 (обычно из пермаллоя). Последний позволяет создать в приборе сильное магнитное поле и значительный вращающий момент, обеспечивающий нормальную работу счетчика в условиях тряски и вибраций. Применение пермаллоя способствует уменьшению погрешности счетного механизма 2 от гистерезиса магнитной системы (он имеет весьма узкую петлю гистерезиса).

Чтобы уменьшить влияние внешних магнитных полей на показания счетчика, магнитные потоки отдельных частей токовой катушки имеют взаимно противоположное направление (астатическая система). При этом внешнее поле, ослабляя поток одной части, соответственно усиливает поток другой части и оказывает в целом небольшое влияние на результирующий вращающий момент, создаваемый прибором. Подвижная катушка 6 счетчика (катушка напряжения) расположена на якоре, выполненном в виде диска из изоляционного материала или в виде алюминиевой чаши. Катушка состоит из отдельных секций, соединенных с пластинами коллектора 7 (эти соединения на рис. 337 не показаны), по которому скользят щетки из тонких серебряных пластин.

Ферродинамический счетчик работает принципиально как двигатель постоянного тока, обмотка якоря которого подключена параллельно, а обмотка возбуждения — последовательно с потребителем электроэнергии. Якорь вращается в воздушном зазоре между полюсами сердечника. Тормозной момент создается в результате взаимодействия потока постоянного магнита 1 с вихревыми токами, возникающими в алюминиевом диске 3 при его вращении.

Для компенсации влияния момента трения и уменьшения благодаря этому погрешности прибора в ферродинамических счетчиках устанавливают компенсационную катушку или в магнитном поле неподвижной (токовой) катушки помещают лепесток из пермаллоя, который имеет высокую магнитную проницаемость при малой напряженности поля. При небольших нагрузках этот лепесток усиливает магнитный поток токовой катушки, что приводит к увеличению вращающего момента и компенсации трения. При увеличении нагрузки индукция магнитного поля катушки увеличивается, лепесток насыщается и его компенсирующее действие перестает возрастать.

При работе счетчика на э. п. с. возможны сильные толчки и удары, при которых щетки могут отскакивать от коллекторных пластин. При этом под щетками будет возникать искрение. Для его предотвращения между щетками включают конденсатор С и резистор R1. Компенсация температурной погрешности осуществляется с помощью термистора Rт (полупроводникового прибора, сопротивление которого зависит от температуры). Он включается совместно с добавочным резистором R2 параллельно подвижной катушке. Чтобы уменьшить влияние тряски и вибраций на работу счетчиков, их устанавливают на э. п. с. на резинометаллических амортизаторах.

Индукционный счетчик имеет два электромагнита (рис. 338,а), между которыми расположен алюминиевый диск 7. Вращающий момент в приборе создается в результате взаимодействия переменных магнитных потоков Ф1 и Ф2, созданных катушками электромагнитов, с вихревыми токами Iв1 и Iв2, индуцируемыми ими в алюминиевом диске (так же, как и в обычном индукционном измерительном механизме, см. § 99).

В индукционном счетчике вращающий момент М должен быть пропорционален мощности P=UIcos?. Для этого катушку 6 одного из электромагнитов (токовую) включают последовательно с нагрузкой 5, а катушку 2 другого (катушку напряжения) — параллельно нагрузке. В этом случае магнитный поток Ф1 будет пропорционален току I в цепи нагрузки, а поток Ф2 — напряжению U, приложенному к нагрузке. Для обеспечения требуемого угла сдвига фаз ? между потоками Ф1 и Ф2 (чтобы sin? = cos?) в электромагните катушки напряжения предусмотрен магнитный шунт 3, через который часть потока Ф2 замыкается

Рис. 337. Ферродинамический счетчик электрической энергии

Рис. 338. Индукционный счетчик электрической энергии

помимо диска 7. Угол сдвига фаз между потоками Ф1 и Ф2 точно регулируется изменением положения металлического экрана 1, расположенного на пути потока, ответвляющегося через магнитный шунт 3.

Тормозной момент создается так же, как в ферродинамическом счетчике. Компенсация момента трения осуществляется путем создания небольшой несимметрии в магнитной цепи одного из электромагнитов с помощью стального винта.

Для предотвращения вращения якоря при отсутствии нагрузки под действием усилия, созданного устройством, компенсирующим трение, на оси счетчика укрепляется стальной тормозной крючок. Этот крючок притягивается к тормозному магниту 4, благодаря чему предотвращается возможность вращения подвижной системы без нагрузки.

При работе же счетчика под нагрузкой тормозной крючок практически не влияет на его показания.

Чтобы диск счетчика вращался в требуемом направлении, необходимо соблюдать определенный порядок подключения проводов к его зажимам. Нагрузочные зажимы прибора, к которым подключают провода, идущие от потребителя, обозначают буквами Я (рис. 338,б), генераторные зажимы, к которым подключают провода от источника тока или от сети переменного тока,— буквами Г.

Измерение мощности в электрических цепях постоянного и переменного токов: способы и формулы

На чтение 9 мин. Просмотров 4.9k. Опубликовано

Очень часто при проектировании электрических схем радиолюбители сталкиваются с проблемой измерения мощности, которую потребляют радиокомпоненты. Специалисты в метрологической сфере рекомендуют два метода, позволяющих вычислить и грамотно рассчитать ее значение. В этом случае нужно разобрать подробнее физический смысл величины, а также ее составляющих, от которых она зависит.

Общие сведения

При проектировании устройств нужно уметь правильно рассчитывать мощность электроэнергии электрооборудованием. Это необходимо, прежде всего, для долговечной работы устройства. Если изделие работает на износ, то оно способно выйти из строя сразу или в течение некоторого времени.

Такой вариант считается недопустимым, поскольку существуют виды техники, которые должны работать без отказов (аппарат искусственного дыхания, контроль уровня метана в шахте и так далее), так как от этого зависит человеческая жизнь. К основным характеристикам электрической энергии относятся следующие: мощность, сила тока, напряжение (разность потенциалов) и электропроводимость (сопротивление) материалов.

Мощность потребителя

Мощность не следует путать с электрической энергией. Единицей измерения первой является ватт (Вт), название которой произошло от фамилии известного физика Джеймса Уатта. Физическим смыслом 1 Вт является расход электрической энергии за единицу времени, равной 1 секунде (1 Вт = расход 1 джоуля за 1 секунду). Существуют производные единицы измерения: милливатт (1 мВт = 0,001 Вт), киловатт (1 кВт = 1000 Вт), мегаватт (1 МВт = 1000 кВт = 1000000 Вт), гигаватт (1 ГВт = 1000 МВт = 1000000 кВт = 1000000000 Вт) и так далее. Для измерения электрической энергии применяются специальные счетчики, а ее единицей измерения является Вт*ч.

Ватт можно связать с некоторыми физическими величинами: 1 Вт = 1 Дж/с = (1 кг * sqr (м)) / (c * sqr (c)) = 1 Н * м / с = 746 л. с. Последнее числовое значение называется электрической лошадиной силой. Ваттметр — измеритель электрической мощности. Однако ее величину можно определить и другим способом. Для этого следует разобрать физические величины, от которых она зависит.

Сила тока

Количество электрического заряда, который проходит через токопроводящий материал за единицу времени, называется силой электрического тока.(18) электронов.

Ток в научной интерпретации классифицируется на постоянный и переменный. Первый вид не изменяет своего направления за единицу времени, но его амплитудные значения могут изменяться. Направление и амплитуда переменного тока изменяется по определенному закону (синусоидальный и несинусоидальный). Основным параметром считается его частота. Определяется тип переменного тока с помощью осциллографа.

Электрическое напряжение

Из курса физики известно, что каждое вещество состоит из атомов, которые обладают нейтральным зарядом. Они состоят из субатомных частиц. К ним относятся следующие: протоны, электроны и нейтроны. Первые имеют положительный заряд, вторые — отрицательный, а третьи — не заряжены вообще.

Суммарный заряд протонов компенсирует заряд всех электронов. Однако под действием внешних сил это равенство нарушается, и электрон «вырывается» из атома, который уже обладает положительным зарядом. Он притягивает электрон с соседнего атома, и процесс повторяется до тех пор, пока энергия не будет минимальной (меньше энергии «вырывания» электрона).

При межатомном взаимодействии образуется электромагнитное поле с отрицательной или положительной составляющими. Разность между двумя точками противоположных по знаку составляющих называется электрическим напряжением. Работа электромагнитного поля по перемещению точечного электрического заряда из точки А в точку В называется разностью потенциалов. Физический смысл напряжения (U): разность потенциалов в 1 В между двумя точечными зарядами в 1 Кл, на перемещение которых тратится энергия электромагнитного поля, равная 1 Дж.

Единицей измерения является вольт (В). Определить значение разности потенциалов можно с помощью вольтметра, который подключается параллельно. Производными единицами измерения считаются следующие: 1 мВ = 0,001 В, 1 кВ = 1000 В, 1 МВ = 1000 кВ = 1000000 В и так далее.

Сопротивление электрической цепи

Электропроводимость материала зависит от нескольких факторов: электронной конфигурации, типа вещества, геометрических параметров и температуры. Сведения об электронной конфигурации вещества можно получить из периодической таблицы Д. И. Менделеева. Согласно этой информации вещества бывают:

  1. Проводниками.
  2. Полупроводниками.
  3. Диэлектриками.

К первой группе следует отнести все металлы, электролиты (растворы, проводящие ток) и ионизированные газы. Носителями электрического заряда в металлах являются электроны. В растворах их роль выполняют ионы, которые бывают положительными (анионы) и отрицательными (катионы). Свободными носителями заряженных частиц в газах считаются свободные электроны и положительно заряженные ионы.

Полупроводники проводят электричество только при определенных условиях. Например, при воздействии на него внешних сил. Под их действием кулоновские связи электрона с ядром уменьшаются. При этом отрицательно заряженная частица «вырывается». На ее месте образуется «дырка», обладающая положительным зарядом. Она притягивает соседний электрон, вырывая его с атома. В результате этого осуществляется движение электронов и дырок. Изоляторы или диэлектрики вообще не проводят электричество. К ним относятся материалы без свободных носителей заряда, а также инертные газы.

В проводниках при повышении температурных показателей происходит рост величины сопротивления. При этом происходит разрушение и искажение кристаллической решетки. Заряженные частицы сталкиваются (взаимодействуют) с атомами и другими частицами материала. В результате их движение замедляется, но потом снова возобновляется под действием электромагнитного поля. Процесс этого «взаимодействия» называется электрической проводимостью вещества. Однако в полупроводниках при повышении температуры эта величина уменьшается. К геометрии материалов следует отнести следующие: длину и площадь поперечного сечения.

Сопротивление измеряется в Омах (Ом) при помощи омметра, который подсоединяется параллельно к участку цепи или радиодетали. Существуют производные единицы измерения: 1 кОм = 1000 Ом, 1 МОм = 1000 кОм = 1000000 Ом.

Методы измерения

Мощность можно определить двумя способами: косвенным и прямым. В первом случае это делается при помощи амперметра и вольтметра, а также осциллографа. Измеряются значения напряжения и тока, а затем по формулам вычисляется мощность. Этот способ имеет один недостаток: величина мощности получается с некоторой погрешностью.

При использовании прямого метода используется специальный прибор-измеритель. Он называется ваттметром и показывает мгновенное значение мощности. У каждого из способов есть свои достоинства и недостатки. Какой из методов наиболее оптимален, определяет сам радиолюбитель. Если проектируется какое-либо изделие, которое отличается надежностью, то следует применять прямой метод. В других случаях рекомендуется воспользоваться косвенным методом.

Косвенный способ

Мощность в цепях постоянного и переменного токов определяется различными способами. Для каждого случая существуют свои законы и формулы. Однако мощность можно не рассчитывать, поскольку она указана на электрооборудовании. Расчет применяется только при проектировании устройств.

Для цепей постоянного тока нужно воспользоваться формулой: P = U * I. Ее можно вывести из закона Ома для участка или полной цепи. Если рассматривается полная цепь, то формула принимает другой вид с учетом ЭДС (е): P = e * I. Основные соотношения для расчета:

  1. Для участка электрической цепи: P = I * I * R = U * U / R.
  2. Для полной цепи, в которой подключен электродвигатель или выполняется зарядка аккумулятора (потребление): P = I * e = I * e — sqr (I) * Rвн = I * (e — (I * Rвн)).
  3. В цепи присутствует генератор или гальванический элемент (отдача): P = I * (e + (I * Rвн)).

Эти соотношения невозможно применять для цепей переменного тока, поскольку он подчиняется другим физическим законам. При измерении мощности в цепях переменного тока следует учитывать ее составляющие (активная, реактивная и полная). Если в цепи присутствует только резистор, то мощность считается активной. При наличии емкости или индуктивности — реактивной. Полная — сумма активной и реактивной составляющих.

Для вычисления первого типа физической величины применяется формула такого вида: Ра = I * U * cos (a). Значения тока и напряжения являются среднеквадратичными, а cos (a) — косинус угла между ними. Для определения реактивной мощности нужно воспользоваться следующей формулой: Qр = I * U * sin (a). Если нагрузка в цепи является индуктивной, то значение будет больше 0. В противном случае — меньше 0. Полная мощность Р определяется по следующему соотношению: P = Pa + Qp.

Прямое определение величины

Для определения значения мощности в цепях переменного и постоянного тока применяются ваттметры. В них используются электродинамические или ферроидальные механизмы. Приборы с электродинамическим механизмом выпускаются в виде переносных приборов. Они обладают высоким классом точности. Измерители мощности рекомендуется применять при выполнении точных расчетов для цепей постоянного и переменного тока с частотой до 5 кГц.

Ферродинамические приборы изготавливаются в виде электронных узлов, которые вставляются в измерительные стенды или щитовые. Основное их назначение — контроль приблизительных параметров потребления мощности электрооборудованием. Они обладают низким классом точности и применяются для измерения значений мощности переменного тока. При постоянном токе погрешность увеличивается, поскольку это обусловлено искажением петли гистерезиса ферромагнитных сердечников.

По диапазону частот приборы можно разделить на две группы: низкочастотные и радиочастотные. Ваттметры низких частот применяются в сетях промышленного питания переменного тока. Радиочастотный тип рекомендуется применять для точных измерений при проектировании различной техники. Они делятся на две категории по мощности:

  1. Проходящие.
  2. Поглощающие.

Первый вид подключается в разрыв линии, а второй — в ее конец в качестве нагрузки согласования. Кроме того, приборы для измерения мощности бывают аналоговыми и цифровыми.

При измерении мощности на высоких частотах применяются электронные и термоэлектронные ваттметры. Главным узлом считается микроконтроллер и преобразователь активной мощности. Последний преобразовывает переменный ток в постоянный. После этого происходит перемножение в микроконтроллере силы тока и напряжения. Результатом является сигнал на выходе, который зависит от I и U.

Ваттметр состоит из двух катушек. Первая из них подключается последовательно в цепь нагрузки, а другая (подвижная с резистором) — параллельно. В цифровых моделях роль катушек выполняют датчики тока и напряжения. Прибор имеет две пары зажимов. Одна пара применяется для последовательной цепи, а другая — для параллельной. Для правильного включения ваттметра выполняется обозначение * одной из двух пар зажимов.

Таким образом, для измерения мощности электрического тока применяются два метода. Первый из них является косвенным, а второй — прямым. Последний рекомендуется применять при проектировании сложной техники.

Приборы для измерения электрической мощности и энергии

Мощность, потребляемая нагрузкой в цепи переменного тока, равна среднему по времени произведению мгновенных значений напряжения и тока нагрузки. Если напряжение и ток изменяются синусоидально, то мощность Р можно представить в виде P = UI cosφ, где U и I – эффективные значения напряжения и тока, а φ – фазовый угол (угол сдвига) синусоид напряжения и тока. Если напряжение выражается в вольтах, а ток в амперах, то мощность будет выражена в ваттах. Множитель cosφ, называемый коэффициентом мощности, характеризует степень синхронности колебаний напряжения и тока.

С экономической точки зрения, самая важная электрическая величина – энергия. Энергия W определяется произведением мощности на время ее потребления. В математической форме это записывается как:

.

Если время измеряется в секундах, напряжение – в вольтах, а ток – в амперах, то энергия W будет выражена в ватт-секундах, т.е. джоулях. Если же время измеряется в часах, то энергия – в ватт-часах. На практике электроэнергию удобнее выражать в киловатт-часах.

С помощью приборов различных систем производят измерения активной (), реактивной () и полной () мощности в цепях постоянного тока, однофазного и трехфазного переменного тока, мгновенные значения мощности, а также количества электричества в широких пределах. При этом диапазон измеряемых мощностей может составлять от долей мкВт до десятков ГВт.

При косвенных измерениях мощности в цепях постоянного тока используют метод вольтметра и амперметра. В этом случае приборы могут быть включены по двум схемам.

Рис. 9.3 Схемы измерения мощности по показаниям вольтметра и амперметра при малых и больших сопротивлениях нагрузки.

Метод прост, надежен, экономичен, но обладает рядом существенных недостатков:

· необходимость снимать показания по двум приборам;

· необходимостью производить вычисления;

· невысокой точностью за счет суммирования погрешностей приборов.

Компенсационный метод применяется тогда, когда требуется высокая точность измерения мощности. С помощью компенсатора поочередно измеряется ток нагрузки и падение напряжения на нагрузке. Для измерения мощности используют электродинамические приборы.

Рис. 9.4 Схема включения электродинамического ваттметра через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

В широком диапазоне частот применяются цифровые ваттметры. Они осуществляют автоматический выбор пределов измерений, самокалибровку, имеют внешний интерфейс.

Для измерения мощности в трехфазных цепях используют методы одного, двух и трех ваттметров.

Первый вариант используют для систем с равномерной нагрузкой фаз, одинаковыми углами сдвига фаз между током и напряжением. При этом нагрузка может быть включена по схеме звезды, треугольника.

При асимметричной нагрузке используют методы двух ваттметров. При этом нужно вычислять суммарную мощность с учетом схемы включения приборов. При использовании схемы с тремя ваттметрами для определения потребляемой мощности производят суммирование показаний.

Для измерения мощности в цепях повышенной частоты применяют как прямые, так и косвенные методы с использованием термоэлектрических преобразователей, датчиков Холла, электронные и цифровые ваттметры. Для измерения энергии используют электромеханические и электронные счетчики.

При измерении мощности, частоты сдвига фаз широко используют измерительные механизмы электродинамической системы, так как эти приборы имеют сложную функциональную зависимость:

(9.4)

Если пропускать ток через последовательно включённые катушки, то можно использовать ток и напряжение при включении в цепь одной из катушек, можно обеспечить дополнительный сдвиг фаз. При этом можно измерить активную и реактивную мощность.

Измерение мощности. В цепях постоянного тока мощность измеряют электро- или ферродинамическим ваттметром. Мощность может быть также подсчитана перемножением значений тока и напряжения, измеренных амперметром и вольтметром.

В цепях однофазного тока измерение мощности может быть осуществлено электродинамическим, ферродинамическим или индукционным ваттметром. Ваттметр 4 (рис. 336) имеет две катушки: токовую 2, которая включается в цепь последовательно, и напряжения 3, которая включается в цепь параллельно.

Ваттметр является прибором, требующим при включении соблюдения правильной полярности, поэтому его генераторные зажимы (зажимы, к которым присоединяют проводники, идущие со стороны источника 1) обозначают звездочками.

Рис. 336. Схема для измерения мощности

Для расширения пределов измерения ваттметров их токовые катушки включают в цепь при помощи шунтов или измерительных трансформаторов тока, а катушки напряжения — через добавочные резисторы или измерительные трансформаторы напряжения.

Измерение электрической энергии. Способ измерения . Для учета электрической энергии, получаемой потребителями или отдаваемой источниками тока, применяют счетчики электрической энергии. Счетчик электрической энергии по принципу своего действия аналогичен ваттметру. Однако в отличие от ваттметров вместо спиральной пружины, создающей противодействующий момент, в счетчиках предусматривают устройство, подобное электромагнитному демпферу, создающее тормозящее усилие, пропорциональное частоте вращения подвижной системы. Поэтому при включении прибора в электрическую цепь возникающий вращающий момент будет вызывать не отклонение подвижной системы на некоторый угол, а вращение ее с определенной частотой.

Число оборотов подвижной части прибора будет пропорционально произведению мощности электрического тока на время, в течение которого он действует, т. е. количеству электрической энергии, проходящей через прибор. Число оборотов счетчика фиксируется счетным механизмом. Передаточное число этого механизма выбирают так, чтобы по показаниям счетчика можно было отсчитывать не обороты, а непосредственно электрическую энергию в киловатт-часах.

Наибольшее распространение получили ферродинамические и индукционные счетчики; первые применяют в цепях постоянного тока, вторые — в цепях переменного тока. Счетчики электрической энергии включают в электрические цепи постоянного и переменного тока так же, как и ваттметры.

Ферродинамический счетчик (рис. 337) устанавливают на э. п. с. постоянного тока. Он имеет две катушки: неподвижную 4 и подвижную 6. Неподвижная токовая катушка 4 разделена на две части, которые охватывают ферромагнитный сердечник 5 (обычно из пермаллоя). Последний позволяет создать в приборе сильное магнитное поле и значительный вращающий момент, обеспечивающий нормальную работу счетчика в условиях тряски и вибраций. Применение пермаллоя способствует уменьшению погрешности счетного механизма 2 от гистерезиса магнитной системы (он имеет весьма узкую петлю гистерезиса).

Чтобы уменьшить влияние внешних магнитных полей на показания счетчика, магнитные потоки отдельных частей токовой катушки имеют взаимно противоположное направление (астатическая система). При этом внешнее поле, ослабляя поток одной части, соответственно усиливает поток другой части и оказывает в целом небольшое влияние на результирующий вращающий момент, создаваемый прибором. Подвижная катушка 6 счетчика (катушка напряжения) расположена на якоре, выполненном в виде диска из изоляционного материала или в виде алюминиевой чаши. Катушка состоит из отдельных секций, соединенных с пластинами коллектора 7 (эти соединения на рис. 337 не показаны), по которому скользят щетки из тонких серебряных пластин.

Ферродинамический счетчик работает принципиально как двигатель постоянного тока, обмотка якоря которого подключена параллельно, а обмотка возбуждения — последовательно с потребителем электроэнергии. Якорь вращается в воздушном зазоре между полюсами сердечника. Тормозной момент создается в результате взаимодействия потока постоянного магнита 1 с вихревыми токами, возникающими в алюминиевом диске 3 при его вращении.

Для компенсации влияния момента трения и уменьшения благодаря этому погрешности прибора в ферродинамических счетчиках устанавливают компенсационную катушку или в магнитном поле неподвижной (токовой) катушки помещают лепесток из пермаллоя, который имеет высокую магнитную проницаемость при малой напряженности поля. При небольших нагрузках этот лепесток усиливает магнитный поток токовой катушки, что приводит к увеличению вращающего момента и компенсации трения. При увеличении нагрузки индукция магнитного поля катушки увеличивается, лепесток насыщается и его компенсирующее действие перестает возрастать.

При работе счетчика на э. п. с. возможны сильные толчки и удары, при которых щетки могут отскакивать от коллекторных пластин. При этом под щетками будет возникать искрение. Для его предотвращения между щетками включают конденсатор С и резистор R1. Компенсация температурной погрешности осуществляется с помощью термистора Rт (полупроводникового прибора, сопротивление которого зависит от температуры). Он включается совместно с добавочным резистором R2 параллельно подвижной катушке. Чтобы уменьшить влияние тряски и вибраций на работу счетчиков, их устанавливают на э. п. с. на резинометаллических амортизаторах.

Индукционный счетчик имеет два электромагнита (рис. 338,а), между которыми расположен алюминиевый диск 7. Вращающий момент в приборе создается в результате взаимодействия переменных магнитных потоков Ф1 и Ф2, созданных катушками электромагнитов, с вихревыми токами Iв1 и Iв2, индуцируемыми ими в алюминиевом диске (так же, как и в обычном индукционном измерительном механизме, см. § 99).

В индукционном счетчике вращающий момент М должен быть пропорционален мощности P=UIcos?. Для этого катушку 6 одного из электромагнитов (токовую) включают последовательно с нагрузкой 5, а катушку 2 другого (катушку напряжения) — параллельно нагрузке. В этом случае магнитный поток Ф1 будет пропорционален току I в цепи нагрузки, а поток Ф2 — напряжению U, приложенному к нагрузке. Для обеспечения требуемого угла сдвига фаз ? между потоками Ф1 и Ф2 (чтобы sin? = cos?) в электромагните катушки напряжения предусмотрен магнитный шунт 3, через который часть потока Ф2 замыкается

Рис. 337. Ферродинамический счетчик электрической энергии

Рис. 338. Индукционный счетчик электрической энергии

помимо диска 7. Угол сдвига фаз между потоками Ф1 и Ф2 точно регулируется изменением положения металлического экрана 1, расположенного на пути потока, ответвляющегося через магнитный шунт 3.

Тормозной момент создается так же, как в ферродинамическом счетчике. Компенсация момента трения осуществляется путем создания небольшой несимметрии в магнитной цепи одного из электромагнитов с помощью стального винта.

Для предотвращения вращения якоря при отсутствии нагрузки под действием усилия, созданного устройством, компенсирующим трение, на оси счетчика укрепляется стальной тормозной крючок. Этот крючок притягивается к тормозному магниту 4, благодаря чему предотвращается возможность вращения подвижной системы без нагрузки.

При работе же счетчика под нагрузкой тормозной крючок практически не влияет на его показания.

Чтобы диск счетчика вращался в требуемом направлении, необходимо соблюдать определенный порядок подключения проводов к его зажимам. Нагрузочные зажимы прибора, к которым подключают провода, идущие от потребителя, обозначают буквами Я (рис. 338,б), генераторные зажимы, к которым подключают провода от источника тока или от сети переменного тока,— буквами Г.

Довольно часто возникает необходимость измерять мощность, потребляемую из сети, или же генерируемую в сеть. Это необходимо для учета потребляемой или генерируемой энергии, а также для обеспечения нормальной работы энергосистемы (избежание перегрузок). Измерять мощность можно несколькими способами – прямым и косвенным. При прямом измерении применяют ваттметр, а при косвенном амперметр и вольтметр.

Измерение мощности в цепи постоянного тока

Из-за отсутствия реактивной и активной составляющей в цепях постоянного тока для измерения мощности ваттметр применяют очень редко. Как правило, величину потребляемой или отдаваемой энергии измеряют косвенным методом, с помощью последовательно включенного амперметра измеряют ток I в цепи, а с помощью параллельно подключенного вольтметра измеряют напряжение U нагрузки. После чего применив простую формулу P=UI и получают значение мощности.

Чтоб уменьшить погрешность измерений из-за влияний внутренних сопротивлений устройств, приборы могут подключать по различным схемам, а именно при относительно малом сопротивлении нагрузки R применяют такую схему включения:

А при большом значении R такую схему:

Измерение мощности в однофазных цепях переменного тока

Главным отличием цепей переменного тока от сетей постоянного тока, пожалуй, заключается в том, что в переменном напряжении существует несколько мощностей – полная, активная и реактивная . Полную измеряют зачастую тем же косвенным методом с помощью амперметра и вольтметра и значение ее равно S=UI.

Замер же активной P=UIcosφ и реактивной Q=UIsinφ производится прямым методом, с помощью ваттметра. Для измерения ваттметр в цепь подключают по следующей схеме:

Где токовую обмотку необходимо подключить последовательно с нагрузкой Rн, и, соответственно, обмотку напряжения параллельно нагрузке.

Замер реактивной мощности в однофазных сетях не производится. Такие опыты зачастую ставятся только в лабораториях, где ваттметры включают по специальным схемам.

Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока

Как и в однофазных сетях, так же и в трехфазных полную энергию сети можно измерять косвенным методом, то есть с помощью вольтметра и амперметра по схемам показанным выше. Если нагрузка трехфазной цепи будет симметричной, то можно применить такую формулу:

Uл – напряжение линейное, I- фазный ток.

Если же фазная нагрузка не симметрична, то производят суммирование мощностей каждой из фаз:

При измерении активной энергии в четырехпроводной цепи при использовании трех ваттметров, как показано ниже:

Общей энергией потребляемой из сети будет сумма показаний ваттметров:

Не меньшее распространение получил и метод измерения двумя ваттметрами (применим только для трехпроводных цепей):

Сумму их показаний можно выразить следующим выражением:

При симметричной нагрузке применима такая же формула как и для полной энергии:

Где φ – сдвиг между током и напряжением (угол фазового сдвига).

Измерение реактивной составляющей производят по той же схеме (смотри рисунок в)) и в этом случае она будет равна разности алгебраической между показателями приборов:

Если сеть не симметрична, то для измерения реактивной составляющей применяют два или три ваттметра, которые подключают по различным схемам.

Процесс измерения активной и реактивной мощности

Счетчиками индукционными или электронными производят измерения активной мощности цепи переменного напряжения. Они подключаются по тем же схемам что и ваттметры. Учет реактивной энергии в однофазных потребителей в нашей стране не ведется. Ее учет производят в трехфазных цепях крупных промышленных предприятий, потребляющих большие объемы электроэнергии. Счетчики активной энергии имеют маркировку СА, реактивной СР. Также широкое применение получают электронные счетчики электроэнергии.

Всё о ваттметрах

Ваттметр (ватт + др.-греч. μετρεω - «измеряю») — измерительный прибор, предназначенный для определения мощности электрического тока или электромагнитного сигнала.

Каждый потребитель, питаемый от электрической сети, потребляет какую-то мощность. Мощность характеризует в данном случае скорость выполнения электрической сетью работы, необходимой для функционирования того или иного прибора либо цепи, которая от этой сети питается. Разумеется, сеть должна быть в состоянии обеспечить данную мощность и не быть при этом перегруженной, иначе может случиться авария.

Для измерения потребляемой мощности в цепях переменного тока используют специальные приборы — ваттметры. Ваттметры показывают текущую потребляемую мощность, а некоторые из них способны даже подсчитать количество энергии в киловатт-часах, израсходованной за определенное время, пока потребитель работал. В данной статье мы рассмотрим несколько основных видов ваттметров.

Ваттметры находят применение в самых разных сферах промышленности и быта, особенно в электроэнергетике и в машиностроении. Кроме того ваттметры часто полезны в быту.

Их используют для определения мощности различной бытовой техники, для расчета приблизительной стоимости электроэнергии в месяц, для диагностики приборов, для тестирования сетей, да и просто в качестве наглядных индикаторов. Есть щитовые ваттметры, ваттметры в виде сетевых адаптеров, цифровые и аналоговые ваттметры.

Принцип работы данных приборов в общем виде прост: измеряются напряжение питания и потребляемый ток, а мощность определяется как произведение данных величин с учетом коэффициента мощности исследуемой цепи. Коэффициент мощности определяется по разности фаз между током и напряжением. Цифровые ваттметры отображают показания на дисплее или записывают их в цифровой форме, а аналоговые — показывают стрелкой на шкале.

Аналоговые ваттметры

К аналоговым устройства относятся ваттметры электродинамической системы. Их работа основана на взаимодействии пары катушек, первая из которых неподвижна, а вторая — подвижна, то есть может отклоняться в сторону. Неподвижная катушка связана с током, а подвижная — с напряжением.

Неподвижная катушка имеет небольшое число витков и включается в цепь измерения мощности последовательно, в то время как подвижная катушка имеет значительно большее количество витков и включается через резистор параллельно исследуемому прибору.

Чем больший ток проходит по неподвижной катушке — тем сильнее ее магнитное поле отклоняет подвижную катушку, связанную со стрелкой. Шкала прибора отградуирована в ваттах. Как вы уже поняли, здесь автоматически учитываются и ток, и напряжение, и коэффициент мощности цепи.

Схема подключения ваттметра:

Цифровые ваттметры

Цифровой ваттметр работает совершенно иначе. Ток измеряется косвенным путем по закону Ома посредством оценки падения напряжения на калиброванном шунте, а напряжение — по схеме цифрового вольтметра. Датчиком тока может быть не обязательно шунт, но и трансформатор тока.

Измеренные схемой мгновенные параметры тока и напряжения обрабатываются микропроцессором, который вычисляет на основе этих данных потребляемую мощность, а также величину суммарной электроэнергии, которая была израсходована потребителем за время проведения замеров. Результат отображается на цифровом дисплее прибора.

Аналоговые приборы часто можно встретить в виде щитовых, модульных изделий, а цифровые — в виде профессионального оборудования и портативных устройств.

Бытовой ваттметр

Очень распространенный пример простого цифрового ваттметра — бытовой ваттметр в виде сетевого адаптера — переходника. Он предназначен для наблюдения мощности потребления, а также для оперативной оценки стоимости электроэнергии в домашних условиях. Ваттметр вставляется в ту розетку, от которой обычно питается прибор, потребление которого необходимо узнать. Затем в розетку ваттметра втыкается вилка самого прибора.

По нажатии соответствующей кнопки, ваттметр начинает отсчет времени и запись количества потребленной с этого момента электроэнергии, то есть той энергии, которая была отдана через его розетку. Тут же считается стоимость электроэнергии, если предварительно задана цена киловатт-часа. Пока прибор работает а ваттметр измеряет мощность, стоимость на дисплее периодически обновляется. Ваттметры такого типа способны измерять мощности до 3600 Вт.

Стоит вставить прибор в розетку и воткнуть в него вилку — на дисплее тут же начинается отсчет времени и в режиме реального времени отображается потребляемая мощность. При помощи кнопок можно переключить отображаемый параметр с мощности — на ток, на напряжение, посмотреть пиковую мощность, минимальную мощность и т. д.

Кроме того на дисплее можно увидеть частоту переменного тока в розетке. Задав стоимость киловатт-часа электроэнергии, при помощи бытового ваттметра можно оценить стоимость электроэнергии, потребляемой холодильником, компьютером, вентилятором, кондиционером, обогревателем, водонагревателем и т. д.

Профессиональные ваттметры

Профессиональные ваттметры отличаются расширенным функционалом и повышенным классом точности. Данные приборы позволяют тестировать более простые измерительные приборы, а сами способны измерять мощности в значительно более широком диапазоне величин токов, напряжений и частот нежели бытовые.

Профессиональный ваттметр стоит дороже, как любой стационарный прибор подобного класса, просто в силу повышенных требований к точности и качеству измерений. Зачастую профессиональные ваттметры не критичны к форме тока, они могут измерять переменный и постоянный, синусоидальной, прямоугольный, пульсирующий и пилообразный токи, вычислять при этом мощность потребления с указанием коэффициента мощности и характера нагрузки (активная, индуктивная, емкостная, смешанная). Выпускаются как для работы с однофазными цепями, так и для трехфазных.

Щитовые ваттметры

Для осуществления замеров и индикации активной и реактивной мощности в сетях трехфазного или однофазного переменного тока, полезны щитовые встраиваемые ваттметры. Значение текущей мощности индикатор показывает в виде цифр на своем дисплее, который может иметь обычно до четырех разрядов для обеспечения достаточно высокой точности. Прибор имеет вид своеобразной измерительной головки, монтируемой в корпус.

Привычное применение ваттметров данного вида — индикаторные панели различных электротехнических устройств, работающих в сетях с частотой 50 Гц, то есть такие, где ваттметр установлен стационарно и больше не снимается. Возможно сопряжение ваттметра с электронными схемами, которые корректируют работу цепи в которой он установлен в зависимости от динамики активной или реактивной мощности потребления.

Ранее ЭлектроВести писали, что правительство Южной Кореи опубликовало «Четвёртую дорожную карту исследований и разработок в области приоритетных энергетических технологий», которая предусматривает повышение эффективности солнечных модулей до 24% к 2030 году и одновременно снижение их стоимости более чем вдвое.

По материалам: electrik.info.

Измерение электрической мощности » как узнать значение мощности. « ЭлектроХобби

А что такое мощность? Вы помните из уроков школьной физики? Данная физическая величина выражает проделанную работу за определённый промежуток времени. В общем случае мощность можно выразить как скорость изменения энергии той или иной системы. Касательно электрической мощности данное выражение будет иметь иную форму: физическая величина обуславливающая скорость преобразования или передачи электроэнергии. Формула электрической мощности ещё проще, чем сказанные слова — P=U×I. То есть, она равна напряжение умноженное на силу тока. Следовательно и измерения электрической мощности будут производится по данному принципу.

Для проведения измерений электрической мощности на практике используют два способна. Первым будет применение специального измерительного устройства, который называется ваттметр (для измерения мощности постоянного тока) и варметр (для измерения мощности переменного тока). Второй способ является более распространён среди электриков и является косвенным. Это обычное измерение базовых величин тока и напряжения с последующим их перемножением. К примеру, на постоянном электродвигателе стёрлась надпись, на которой была указанна номинальная электрическая мощность данного электрического двигателя. Что делать? Берём, и подключаем этот движок к питанию. Далее замеряем напряжение на входных клеммах и силу тока, что в данным момент протекает. Первое перемножаем на второе, и получаем в результате среднюю электрическую мощность этого электродвигателя.

Измерение электрической мощности при помощи электротехнических устройств больше можно встретить в специальных измерительных лабораториях, цехах изготовления, бюро разработок и т.д. На практике редко возникает нужда проводить измерения мощности с помощью специальных устройств. Что касается классификации ваттметров. Их можно разделить на три основных типа (по назначению и частотному диапазону): постоянного тока (низкочастотные), радиочастотные и оптические.  В зависимости от непосредственного варианта функционального преобразования информации (измерительной) и её последующего вывода ваттметры бывают аналоговые и цифровые. Для электрических нужд наиболее подходящим является первый вид — низкочастотные (постоянного тока). Именно они производят измерение электрической мощности в силовых системах.

Ваттметры постоянного (и варметры низкочастотного тока) преимущественно применяют в электрических сетях питания промышленной частоты (50Гц) для измерения потребляемой электрической мощности. Они бывают однофазные и трехфазные. Варметры составляют отдельную группу — измерители реактивной электрической мощности. Электронно-цифровые устройства как правило объединяют в себе измерения, как активной, так и реактивной мощности. Аналоговые ваттметры (постоянного и низкочастотного типа) ферродинамической либо электродинамической системы имеют в своём устройстве две медные катушки, одна включается последовательно электрической нагрузке, а другая же параллельно ей. Взаимодействие электромагнитных полей этих катушек порождает вращающий момент, двигающий стрелку измерительного прибора.

Для проведения измерений электрической мощности приборами, их подсоединяют следующим образом. Как мы знаем, напряжение в электрических цепях измеряют в параллель цепи, а для измерения силы тока возникает необходимость разрыва непосредственного участка цепи, в которой происходит измерения. Если для получения электрической мощности нужно перемножать напряжение с силой тока, то и измерения приборами производятся по тому же принципу, что и отдельное измерение тока и напряжение. Следовательно, ваттметр подсоединяется одновременно, как в разрыв электрической цепи, так и в параллель.

P.S. Значения электрической мощности больше нужны при непосредственной разработке тех или иных систем, устройств, приборов. Для обслуживания и ремонта данная величина используется редко. В работе обычного электрика более применимы величины тока и напряжения, а мощность важна, как общая характеристика.

Измерение электроэнергии - Управление энергетической информации США (EIA)

Электроэнергия измеряется в ваттах и ​​киловаттах

Электроэнергия измеряется в единицах мощности, называемых ваттами, в честь Джеймса Ватта, изобретателя паровой машины. Ватт - это единица измерения электрической мощности, равная одному амперу при давлении в один вольт.

Один ватт - это небольшая мощность. Некоторым устройствам для работы требуется всего несколько ватт, а другим устройствам требуется большее количество.Энергопотребление небольших устройств обычно измеряется в ваттах, а потребляемая мощность более крупных устройств - в киловаттах (кВт) или 1000 Вт.

Вырабатываемая мощность часто измеряется в киловаттах, например мегаваттах (МВт) и гигаваттах (ГВт). Один МВт равен 1000 кВт (или 1000000 Вт), а один ГВт равен 1000 МВт (или 1000000000 Вт).

Использование электроэнергии с течением времени измеряется в ватт-часах

Ватт-час (Втч) равен энергии одного ватта, постоянно подаваемой в электрическую цепь или отбираемой из нее в течение одного часа.Количество электроэнергии, производимой электростанцией или потребляемой потребителем электроэнергии, обычно измеряется в киловатт-часах (кВтч). Один кВтч - это один киловатт, который вырабатывается или потребляется в течение одного часа. Например, если вы используете лампочку мощностью 40 Вт (0,04 кВт) в течение пяти часов, вы израсходовали 200 Втч или 0,2 кВтч электроэнергии.

Коммунальные предприятия измеряют и контролируют потребление электроэнергии с помощью счетчиков

Электроэнергетические компании измеряют потребление электроэнергии своими потребителями с помощью счетчиков, которые обычно располагаются за пределами собственности потребителя, где линия электропередачи входит в собственность.Раньше все счетчики электроэнергии были механическими устройствами, которые служащему коммунального предприятия приходилось снимать вручную. Со временем стали доступны автоматизированные считывающие устройства. Эти счетчики периодически сообщают коммунальным предприятиям об использовании электроэнергии механическими счетчиками с помощью электронного сигнала. В настоящее время многие коммунальные предприятия используют электронные интеллектуальные счетчики , которые обеспечивают беспроводной доступ к данным об энергопотреблении счетчика для измерения потребления электроэнергии в режиме реального времени. Некоторые интеллектуальные счетчики могут даже измерять потребление электроэнергии отдельными устройствами и позволяют коммунальному предприятию или клиенту удаленно контролировать использование электроэнергии.

Счетчик электроэнергии механический

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Умный счетчик электроэнергии

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Последнее обновление: 8 января 2020 г.

Выбор подходящего силового прибора для приложений измерения электроэнергии

Потребность в повышении энергоэффективности электротехнической продукции стимулирует разработку более точных измерительных приборов.Современные инструменты теперь могут количественно определять дополнительный выигрыш, поскольку улучшения требуют больше работы на каждый киловатт-час. Многие электротехнические изделия сегодня, особенно двигатели (рис. 1), уже работают с КПД 95% и выше, поэтому повышение КПД является сложной, но важной задачей для производителей. Возможность измерения небольших улучшений требует анализаторов мощности, которые могут обеспечить точность и точность, необходимые для подтверждения этих важных улучшений в эффективности.

Если вы разрабатываете или тестируете электродвигатели, приводы электродвигателей с регулируемой скоростью, силовые инверторы, системы ИБП, бытовые приборы, потребительские товары или другие типы электрических устройств, вам может потребоваться выбрать прибор для точных измерений электрической мощности.Есть много инструментов, доступных из различных источников, поэтому важно понимать измерительные возможности этих предложений и то, как они связаны с измерениями, которые вам необходимо выполнить, или влияют на них. Это обсуждение рассмотрит ваши варианты и объяснит, как интерпретировать спецификации, поскольку не все производители определяют термины одинаково.

Рисунок 1. Двигатель способен работать с КПД 95% и выше

Основные соображения

Прежде чем рассматривать конкретные типы устройств, давайте рассмотрим некоторые ключевые атрибуты измерительных устройств и то, как они влияют на общую картину:

Погрешность мощности

Каждый измерительный прибор имеет некоторую степень неопределенности, поэтому точность обычно выражается в виде диапазона.В этом диапазоне инженеры рассматривают точность измерения мощности как основной показатель неопределенности основных параметров измерения, таких как напряжение, ток, фазовый угол и мощность (ватты). Эти параметры могут быть представлены с использованием таких терминов, как «гарантированная точность» и «типовая точность».

Что в данном контексте означает «типичный», когда мы говорим о ваттах? Этот термин часто вводит в заблуждение. Типичные значения обычно представляют собой справочные значения, основанные на том, что производитель ожидает от своей продукции. На практике это можно перевести как «обычно, но не всегда», «возможно», «возможно» или «возможно».Он намеренно расплывчатый, потому что типичная точность не гарантируется и не прослеживается до национального калибровочного стандарта или стандарта аккредитованной калибровочной лаборатории. Вы хотите, чтобы ваша компания основывала характеристики продукта на типичных значениях или принимала решение о покупке, основываясь на типичных характеристиках продукта? При выборе прибора для измерения мощности убедитесь, что заявленная точность гарантирована, а не только типовые значения.

Диапазон измерения

Еще одним потенциально сбивающим с толку фактором во многих таблицах данных является диапазон измерения.Это важно, потому что указанная точность устройства измерения мощности варьируется в зависимости от того, где измерение находится в пределах диапазона. Как правило, измерительные устройства всех типов теряют точность при работе на самом верхнем и нижнем концах своего диапазона. Следовательно, значение точности должно указывать диапазон, в котором оно допустимо; в противном случае вы не знаете, справедливо ли оно только при одном напряжении и токе, в нескольких точках по шкале или во всем диапазоне. Например, производитель может сказать, что указанная точность действительна от 1% до 130% диапазона измерения.Это предполагает высокий уровень достоверности для точных показаний от одного конца до другого. Другой может сказать, что это действительно только при чтении в средней трети диапазона. Такое устройство все еще может быть полезно, если большинство операций попадают в допустимый диапазон.

Отраслевые стандарты

Если вы выполняете тесты как часть составления спецификаций для продуктов вашей компании, ваш дизайн и тестирование продукта должны соответствовать некоторым соответствующим отраслевым стандартам, таким как стандарты IEEE, CE, IEC и MIL-STD.Эти стандарты обычно определяют процедуры тестирования, фактические пределы тестирования производительности и результаты для различных типов продуктов. Они могут включать спецификации, касающиеся инструментов, разрешенных для использования во время внутреннего тестирования. Использование неправильного прибора для измерений, связанных с мощностью, может привести к тому, что оценка конструкции продукта не пройдет применимых отраслевых испытаний на соответствие. Для сертификации может потребоваться повторное тестирование с соответствующими затратами и потерей времени, все потому, что использовался неправильный измерительный прибор.

Приборы для измерения мощности

Многие виды устройств могут измерять соответствующие единицы мощности и другие связанные параметры, но не все подходят для видов высокоточного анализа, выполняемого для такого рода приложений. Вот несколько примеров ведущих типов инструментов:

Анализаторы мощности и измерители мощности

Анализаторы мощности и измерители мощности

(рис. 2) десятилетиями использовались при тестировании электрических изделий, поскольку они обеспечивают точность, частотный диапазон и функции, необходимые для соответствия отраслевым стандартам испытаний и измерений.Эти инструменты производят истинные измерения мощности, используя согласованные входные цепи напряжения и тока для каждого ваттметра. Они могут выполнять измерения мощности однофазных, трехфазных-трехпроводных и трехфазных-четырехпроводных измерений. Их действительность подтверждается сертификатом калибровки NIST или ISO17025 с данными испытаний, но пользователи должны проверить наличие сертификата калибровки при покупке любого типа прибора для измерения мощности.

Рисунок 2.Прецизионный анализатор мощности

Анализаторы мощности и измерители мощности

имеют различную точность измерений, ширину полосы частот и цены, чтобы обеспечить лучшее решение для приложения при сохранении бюджета. Для высокоточных измерений эффективности анализаторы мощности высокого класса могут иметь точность измерения до ± 0,01% от показаний. В зависимости от модели указанная частота измерения мощности может варьироваться от постоянного тока до 1 МГц.

Испытания электродвигателей обычно проводятся в соответствии с отраслевыми стандартами, такими как IEEE 112, NVLAP 150 и CSA C390, каждый из которых определяет методы испытаний и требования к точности измерительных приборов.Например, IEEE 112 и NVLAP 150 определяют точность измерения мощности, напряжения и тока как ± 0,2% от полной шкалы или лучше.

Для электродвигателей и частотно-регулируемых приводов, включая приводы с широтно-импульсной модуляцией, анализаторы мощности должны иметь высокоскоростные дигитайзеры высокого разрешения с функциями цифрового окна для точных измерений искаженных и флуктуирующих сигналов.

Некоторые анализаторы мощности также предлагают функции измерения гармоник. Лучшее решение - это прибор, способный измерять гармонические данные и полное гармоническое искажение (THD) одновременно с обычными измерениями мощности.Это позволяет быстро и легко выполнять контрольные измерения. Тестирование на соответствие стандарту IEC 62301, которое включает измерения как амплитуды, так и THD, может выполняться некоторыми анализаторами мощности с одновременным измерением как нормальных, так и гармонических данных. Некоторые приборы также могут обеспечивать испытание гармоник на соответствие IEC 61000-3-2. Но то, что устройство может выполнять расчет БПФ, не означает, что оно соответствует требованиям IEC к измерению гармоник.

Energy Star и проверка мощности в режиме ожидания требуют измерений малых значений тока и мощности.Многие приборы не могут производить измерения тока низкого уровня в диапазоне микроампер, а некоторые - в миллиамперном диапазоне. Пользователи должны убедиться, что прибор может точно выполнять эти измерения низкого уровня. В некоторых приборах предусмотрены измерения мощности в режиме ожидания с использованием отдельных токовых соединений: одно для диапазона низких значений тока в режиме ожидания, а другое - для более высоких нормальных рабочих токов. Это неприемлемый метод тестирования, потому что нет средств для проведения непрерывных испытаний продукта, поскольку переход из режима ожидания в рабочий режим требует физического изменения проводки.

Цифровые осциллографы

Некоторые цифровые осциллографы предлагают функции измерения мощности и / или программный пакет для анализа мощности на базе ПК, и большинство инженеров-испытателей имеют очень высокий уровень комфорта при работе с осциллографами (рис. 3). Они обеспечивают базовые функции измерения, от простого анализа формы сигнала до передовых измерительных решений, но для такого рода высокоточных измерений существуют критические ограничения.

Рисунок 3.Цифровые осциллографы с функциями измерения мощности

Например, существуют ограничения разрешения, поскольку большинство осциллографов предлагают только 8-битное вертикальное разрешение, хотя более сложные конструкции могут быть 12-битными. Точность усиления также может быть проблемой, поскольку большинство из них не лучше ± 1,5%, и это только точность напряжения постоянного тока, а не точность мощности. Несмотря на широкие возможности большинства осциллографов по высокочастотной полосе пропускания, обычно нет спецификации точности мощности переменного тока, и даже с устройствами высокого разрешения вертикальная точность переменного тока все еще не определена.

Еще одним недостатком является привязка входов к земле, требующая дифференциальных пробников для измерения напряжения, что отрицательно влияет на общую точность измерения. Для измерения мощности переменного тока входы осциллографа должны быть изолированы от земли, обычно с помощью дифференциального пробника. Эти пробники могут быть дорогими и могут легко добавить ошибку усиления в 1% или более, плюс ошибку фазового сдвига. Более того, общая точность измерения напряжения будет неизвестна.

Для измерения тока требуется датчик тока или трансформатор тока.Это удобно, поскольку они могут просто зажимать провод и обеспечивать изоляцию от земли. Существуют специальные пробники с выходом милливольт на ампер, предназначенные для непосредственного подключения к входам напряжения осциллографа. Тем не менее, следует проявлять особую осторожность, поскольку эти устройства также добавляют ошибку усиления, некоторое смещение напряжения и даже фазовый сдвиг. Дополнительные ошибки могут возникнуть из-за неправильной установки коэффициента масштабирования пробника в милливольтах на ампер и неправильной установки правильного диапазона напряжения для осциллографа. Все эти факторы добавляют не поддающуюся количественному определению ошибку измерения к общим измерениям, проводимым осциллографом.

Наконец, некоторые цифровые осциллографы не измеряют мощность при определенных фазовых углах, поэтому при измерении мощности следует соблюдать осторожность. Полоса пропускания анализатора мощности не будет соответствовать полосе пропускания широкополосного осциллографа; тем не менее, полоса пропускания анализатора мощности высокого класса обычно достаточно высока, чтобы охватить большинство приложений питания, которые редко превышают 1 МГц.

Для выполнения расчетов измерения мощности многие осциллографы просто умножают два канала постоянного напряжения вместе.Это дает измерение мощности, которое является только математическим расчетом между двумя входными каналами напряжения постоянного тока осциллографа. Эта математическая функция может быть выполнена с помощью специальной прошивки, установленной в осциллографе, или с помощью программного обеспечения для проверки мощности, запущенного на ПК. Этот подход оставляет неопределенными точность переменного напряжения, тока и мощности. Это рассчитанное значение мощности может быть полезным справочным материалом, но его повторяемость неизвестна.

Все эти неизвестные факторы делают осциллограф в значительной степени непригодным для серьезного тестирования производительности.Даже с этими ограничениями он по-прежнему является хорошим инструментом для расчета эталонных значений мощности для таких приложений, как тестирование на уровне платы и на уровне компонентов схемы, а также измерения времени на схемах в продуктах.

Системы сбора данных и регистраторы данных

Многие компании, производящие системы сбора данных (DAQ) и регистраторы данных, разработали собственное программное обеспечение для измерения и анализа мощности с заявлением о том, что они предлагают лучшее решение, чем анализаторы мощности или измерители мощности.Опять же, такие утверждения могут сбивать с толку и вводить в заблуждение и привести к дорогостоящим ошибкам.

Системы сбора данных и регистраторы данных

предоставляют хорошие решения для многих различных типов измерительных приложений. Они могут смешивать различные входы, такие как термопары, а также входы тока и напряжения. Однако для электроэнергии они не обеспечивают точное измерение мощности переменного тока, соответствующее стандарту. Как и цифровые осциллографы, эти инструменты обычно измеряют два входа постоянного напряжения и используют программное обеспечение для умножения данных для расчета мощности.Это создает те же ограничения, которые описаны выше для осциллографов.

Некоторые производители приборов также предоставляют пакет программного обеспечения для испытаний двигателей для своих регистраторов данных. Поскольку эти приборы не предоставляют спецификации точности напряжения, тока или мощности, они не могут соответствовать требованиям отраслевых стандартов, таких как IEEE 112. Этот стандарт определяет точность измерения напряжения, тока и мощности для испытаний двигателей как ± 0,2% от полная шкала или лучше для цепей переменного тока, поэтому использование системы сбора данных или регистратора данных с неопределенной точностью измерения не является приемлемым решением для соответствия этому или подобным стандартам.

Преобразователи мощности и измерители качества электроэнергии

Другие продукты, такие как преобразователи мощности и измерители качества электроэнергии, могут обеспечить точные измерения электрической мощности. Эти приборы контролируют линии электропередач и выдают аналоговый выходной сигнал постоянного тока, равный мощности переменного тока, измеренной на входе.

Диапазоны входного напряжения и тока предназначены для соответствия вторичным выходам измерительных трансформаторов переменного напряжения и тока, поэтому диапазоны напряжения 120 В (85–135 В переменного тока) и 240 В (170–264 В переменного тока) являются типичными.Диапазон тока обычно составляет от 0 до 5 А переменного тока. Эти погрешности преобразователя основаны на выходном токе постоянного тока в мА. Стандартные преобразователи ватт с выходом от 0 до 1 мА обычно имеют точность ± 0,5% от полной шкалы. Преобразователи мощности высокой точности с выходным сигналом от 0 до 1 мА обычно имеют точность ± 0,1% от показания плюс ± 0,05% от полной шкалы. Эти инструменты также обычно обеспечивают прослеживаемую NIST или аккредитованную калибровку ISO 17025.

Частотный диапазон этих преобразователей мощности обычно составляет от 45 до 65 Гц, поэтому выходной сигнал постоянного тока мА должен быть подключен к некоторому типу цифрового или аналогового измерителя для считывания.Следовательно, суммирование точности измерения общей мощности основано на точности преобразователя мощности плюс точность показаний измерителя. Кроме того, точность трансформаторов напряжения и тока также должна быть включена в общую картину характеристик измерения.

Таким образом, когда для тестирования продукта используются преобразователи мощности, необходимо уделять особое внимание учету всех параметров измерения, таких как точность, диапазоны напряжения и тока, а также диапазон частот. Преобразователи мощности имеют то преимущество, что они компактны, поэтому они могут поместиться в тесных местах и ​​даже могут быть установлены внутри продукта и обеспечивают возможность удаленного считывания.

Заключение

При выполнении измерений электрической мощности для тестирования продукта, расчета эффективности или соответствия различным отраслевым стандартам очень важно выбрать правильный измерительный прибор для приложения. Чтобы не ввести вас в заблуждение из-за неправильных заявлений, убедитесь, что вы проверили все эти спецификации, когда делаете свой выбор:

  • Является ли точность измерения гарантированной характеристикой или просто типичным значением?
  • Имеет ли прибор сертификат калибровки NIST или ISO 17025?
  • Обеспечивает ли прибор истинное измерение мощности, а не расчетное значение между двумя каналами напряжения?
  • Указан ли диапазон измерения, в котором применяется указанная точность?
  • Будет ли прибор выполнять квалифицированные измерения мощности в требуемом диапазоне частот, например от постоянного тока до диапазона кГц или МГц?
  • Указана ли точность во всем диапазоне частот?
  • Может ли прибор выполнять весь спектр измерений, требуемых соответствующими отраслевыми стандартами?

Существует множество вариантов измерения электрической мощности, и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.Анализаторы мощности гарантируют характеристики точности и могут включать калибровочный сертификат NIST или ISO 17025, не говоря уже о других преимуществах, подробно описанных в этой статье. Правильный выбор может иметь большое значение.

Измерители мощности | PCE Instruments


Измерители мощности
Измерители мощности обладают способностью предоставлять разностороннюю информацию через электрические характеристики.Таким образом, измерители мощности могут определять активную мощность, полную мощность, коэффициент полезного действия и потребление энергии. Презентация происходит на дисплее. Программное обеспечение для ПК помогает обеспечить определение измеренных данных измерителей мощности. Кроме того, измерители мощности показывают мощность в ваттах или анализируют и измеряют гармоники. С помощью наших измерителей мощности можно точно измерить мощность в ваттах, интенсивность постоянного или переменного тока, переменного и постоянного тока. Поскольку эти измерители мощности являются многофункциональными устройствами. Показания мощности переменного тока считаются действительными и имеют максимальный диапазон 6000 Вт.Во время считывания полярность меняется автоматически, на дисплее появляется знак минус, если принимаются отрицательные значения. В настоящее время измерители мощности имеют множество функций, таких как, например, изолированный токовый вход, измерение гармоник, измерение тока, а также измерение мощности. Если вы не можете найти нужные вам измерители мощности, свяжитесь с нами, и мы поможем вам найти лучшее решение, соответствующее вашим потребностям, позвонив в наши офисы по следующим телефонам: клиенты из Великобритании +44 (0) 23 809 870 30 / клиенты из США (561) 320-9162 и наш технический персонал проконсультирует вас по поводу наших измерительных приборов.Наши инженеры и техники будут рады помочь вам с измерителями мощности и, конечно же, с другими продуктами в области регулирования и контроля, а также весов и весов.

Здесь представлены счетчики мощности от этих компаний:

Технические характеристики наших измерителей мощности можно найти по следующим ссылкам:

- Easycount Power Meters
(Мобильные трехфазные измерители мощности для напряжений до 400 В переменного тока)

- Easycount 1/2 Power Meters
(Мобильные трехфазные измерители мощности для напряжений до 400 В переменного тока)

- Измерители мощности METRAHIT ENERGY
(Измерители мощности для измерения мощности и энергии с автоматической клеммной колодкой)

- 1-фазный Измерители мощности C.A 8230
(1-фазные измерители мощности с измерением TRMS, измерение до 6500 А, регистратор данных)

- Мощность Метры C.A. 8334B
(Измерители мощности с напряжением TRMS до 960 В, активная, реактивная, полная мощность и энергия)

- Мощность Метры C.A. 8335
(Измерители мощности с активной, реактивной, полной мощностью и энергии, Напряжение до 1000 В)

- Ансамбль Power Meters
(энергомонитор для определения потребляемой мощности, дисплеи энергопотребление в вашем доме)

- Измерители мощности PCE-PCM1
(измерение TRMS до 750 В и 1000 А, мощность 750 кВт, минимальная и максимальная)

- Измерители мощности PCE-UT 232
(Многофункциональные измерители мощности для проведения до 8 измерений)

- Измерители мощности PCE-GPA 62
(Измерители мощности с анализатором сети / измеритель мощности и энергии, регистратор, графический дисплей)

- PCE-PA 8000 Power Meters
(Трехфазные измерители мощности с регистрацией на SD-карте, интерфейс)

- Измерители мощности PCE-360
(Трехфазный анализатор мощности и гармоник с хранилищем данных, интерфейсом ПК и программным обеспечением)

- Kyoritsu 6310 Измерители мощности
(Измерители мощности для гармонического анализа, измерения мощности, оценки мощности требовать)

- Измерители мощности серии PCE-830
(трехфазные счетчики мощности, счетчики энергии и измерители гармоник)

- Измерители мощности
(Измерители мощности для стационарной профессиональной установки)

Полезная информация об измерителях мощности:
При измерении мощности в сетях напряжения мощность вычисляется по формуле P = U * I; что означает произведение напряжения U и электрического тока I.В случае измерения переменного тока (т. Е. Сетевого напряжения 50 Гц) создается фазовый угол между током и напряжением. Это следует учитывать при измерении активной мощности. Таким образом, измеритель мощности показывает комбинированное измерение электрической мощности, тур по напряжению и току. Значение P (активная мощность) эквивалентно, как описано выше, произведению обоих значений.
На практике существует три различных класса мощности:

- Полная мощность S, измеренная в Вт (ватт-амперах)
- Активная мощность (и эквивалентная мощность) P, измеренная в Вт (ваттах)
- Реактивная мощность в виде VAR (ватт, ампер и реактивы)

Доступны несколько вариантов измерителей мощности.Какой измеритель мощности вам подойдет, зависит от области применения. Измерители мощности с зажимами подходят для обслуживания и проверок. С помощью этих измерителей мощности ток будет измеряться косвенно. Таким образом, вам не нужно предпринимать никаких действий в текущей цепи. Кроме того, электрическая мощность также может быть измерена с помощью измерителей мощности.

Благодаря счетчикам мощности с тремя клещами, трехфазные измерители мощности способны измерять одновременно. Возможность измерения мощности также предоставляется с помощью нескольких специально сконструированных измерителей мощности.С помощью этих измерителей мощности можно измерять не только мощность, но и такие значения, как ток, напряжение и сопротивление. Измерители мощности доступны для мобильного и стационарного использования, например, лабораторные измерители мощности.

Если вы хотите просмотреть или распечатать измерители мощности в нашем каталоге, щелкните символ PDF

Счетчики энергии | PCE Instruments


Счетчики энергии
Или широкий спектр счетчиков энергии предлагает множество решений для различных приложений.Электроэнергия сегодня необходима, и поэтому необходимо определять потребление энергии с помощью счетчиков энергии. Счетчики электроэнергии EasyCounter предназначены для быстрого и простого способа проверки энергопотребления ваших устройств. Другие наши устройства измеряют другие параметры, такие как ток и напряжение питания. PCA-PA6000 и токоизмерительные клещи измеряют энергию в однофазных системах. Счетчики энергии, такие как PCE-62 GPA, измеряют энергию в трехфазных системах, таких как бытовые системы переменного тока.Профессиональное измерение мощности и энергии однофазного и трехфазного тока может быть выполнено с помощью такого оборудования, как PCE-PA8000, PCE-360 и PCE-830. Устройства, оснащенные внутренней или внешней памятью, имеют от трех до четырех клещей и три измерительных канала, поэтому они могут одновременно измерять несколько нескольких параметров. PCE-830, помимо измерения энергии, также является анализатором цепей, который определяет гармоники и разность фаз. На большом ЖК-экране одновременно отображаются несколько параметров.Если вы не можете найти искомые счетчики энергии, свяжитесь с нами, и мы постараемся помочь вам найти правильное решение для ваших нужд: клиенты из Великобритании +44 (0) 23 809 870 30 / клиенты из США (561) 320 -9162. Наши инженеры и техники помогут вам с нашими счетчиками, весами или системами регулирования и контроля.

Здесь Вы можете посмотреть счетчики электроэнергии этих компаний:

Технические характеристики счетчиков энергии можно найти по ссылкам ниже:

- Easycount Energy Meters
(мобильные трехфазные счетчики электроэнергии на напряжение до 400 В переменного тока)

- Easycount 1/2 Energy Meters
(мобильные трехфазные счетчики электроэнергии на напряжение до 400 В переменного тока)

- Энергия Измерители ПКТ-2510
(для применения в лабораториях, для прямого и косвенного измерения мощности)

- Счетчики энергии METRAHIT ENERGY
(счетчики энергии для измерения мощности и энергии с автоматической клеммной колодкой)

- 1-фазный Измерители мощности C.A 8230
(1-фазные измерители мощности с измерением TRMS, измерение до 6500 А, регистратор данных)

- Счетчики энергии PCE-PCM1
(Измерение TRMS до 750 В и 1000 А, мощность 750 кВт, минимальная и максимальная)

- Счетчики энергии серии PCE-GPA 62
(счетчики энергии с анализатором цепей / счетчик мощности и энергии, регистратор, графический дисплей)

- Счетчики энергии серии PCE-PA 8000
(трехфазные счетчики электроэнергии с регистрацией на SD-карте, интерфейс)

- Измерители энергии серии PCE-360
(трехфазные анализаторы мощности и гармоник с хранилищем данных, интерфейсом ПК и программным обеспечением)

- Счетчики энергии серии PCE-830
(трехфазные счетчики энергии, счетчики энергии и гармоник анализатор)

- Счетчики электроэнергии
(счетчики электроэнергии для стационарной профессиональной установки)

Энергосбережение, альтернативные и возобновляемые источники энергии - все это актуальные проблемы, близкие сердцам многих людей.Все эти проблемы связаны с необходимостью измерения количества потребляемой нами энергии. Вот где важны счетчики энергии. От однофазного Hi-Fi оборудования в гостиной до дрели, используемой в промышленности, необходимо определить энергопотребление, чтобы определить, а затем реализовать экономию. Помимо измерения потребляемой энергии, счетчики энергии также могут регистрировать энергию, произведенную фотоэлектрическими и ветряными электростанциями. При измерении общей энергии мы должны добавить мощность, потребляемую с течением времени.Счетчики энергии измеряют ток и напряжение. Умножая обе величины, мы получаем мощность, умноженную на время, и получаем результат потребления энергии. Помимо активной мощности, в промышленности также измеряется реактивная мощность. Это происходит с индуктивными или емкостными нагрузками, которые вызывают разрыв между током и напряжением. Реактивная мощность не имеет реального характера, который можно использовать, и она появляется только тогда, когда в цепи есть катушки индуктивности или конденсаторы. Однако следует отметить, что мощность или энергия электросети нестабильны, если существует реактивная мощность.

Чтобы просмотреть или распечатать раздел счетчиков электроэнергии в нашем каталоге, нажмите на символ PDF

Промышленное производство | Приборы для измерения мощности и принцип их работы

Измерение электроэнергии не сильно изменилось за последние годы. Вольт - это все еще вольт, а ватт - это ватт. Однако устройства, используемые для измерения этих электрических параметров, сильно изменились. То, что когда-то было механическим, теперь электронное; то, что когда-то было аналоговым, теперь цифровое.

Следующий список представляет собой выборку измерений, применимых к промышленным предприятиям.

  • Кажущаяся квах - квадратный корень из суммы квадратов активной и реактивной мощностей в течение одного часа. Обычно это не относится к несинусоидальным величинам.

  • Ток - величина электрического тока, протекающего через электрический проводник, измеряется в амперах.

  • Требование - активная, активная или истинная мощность.Мощность, фактически потребляемая нагрузкой. Это измерение учитывает коэффициент мощности.

  • Частота - относится к числу полных циклов переменного напряжения или тока, возникающих в течение одной секунды, измеряется в Гц.

  • Гармоники - напряжения или ток с частотами, кратными основной частоте сети. Они обычны и иногда опасны при нелинейных нагрузках.

  • кв - межфазное напряжение цепи. Об этом следует помнить, когда требуется измерение напряжения между фазой и землей.

  • квар - практическая единица реактивной мощности, равная произведению среднеквадратичного (действующего) напряжения в кВ, среднеквадратичного значения тока в амперах и синуса угла между ними. Квар - это реактивная мощность, или мощность, которая фактически «заимствуется» у нагрузки и возвращается источнику питания в каждом цикле.

  • кВт - мгновенная потребляемая мощность.

  • кВтч —1 кВт на 1 час.

  • Разность фаз - разность фаз между двумя синусоидальными функциями, такими как напряжение или ток, с одинаковыми периодами. Временная зависимость между током и напряжением в цепях переменного тока.

  • Phasor kvah - Комплексное число, связанное с синусоидально изменяющимися электрическими величинами, такое, что абсолютное значение комплексного числа соответствует либо пиковой амплитуде, либо среднеквадратичному значению величины (в данном случае квах), а фаза - фазе. угол в нулевой момент времени.

  • Коэффициент мощности - отношение истинной мощности (в Вт) к полной мощности (в ВА). Выражается в десятичной форме, например 0,97.

  • Реактивное сопротивление - противодействие протеканию тока в цепи переменного тока, создаваемое через индуктивность или емкость.

  • Quadergy - интеграл реактивной мощности по времени. Он доставляется по электрической цепи в течение временного интервала, когда напряжения и токи являются периодическими, произведением реактивной мощности и временного интервала, при условии, что временной интервал достаточно велик по сравнению со временем одного периода.

  • Напряжение - наибольшая действующая (эффективная) электрическая разность потенциалов между любыми двумя проводниками цепи. Некоторые системы, такие как 3-фазные 4-проводные, однофазные 3-проводные и 3-проводные системы постоянного тока, могут иметь различные цепи с различным напряжением.

  • Разброс напряжения - разница между максимальным и минимальным напряжениями.

  • Вольтампер - единица полной мощности в Международной системе единиц (СИ).Полная мощность в точках входа в однофазную двухпроводную систему, когда произведение действующего значения тока в амперах на действующее значение напряжения равно единице.

  • Вт - мощность, необходимая для выполнения работы со скоростью один джоуль в секунду. W = EI, где W = ватты, E = вольты и I = амперы.

  • Вт-час - мощность, необходимая для выполнения работы со скоростью один джоуль в секунду в течение одного часа.

    • Индукционный счетчик электроэнергии

      Рисунок 1. В жилых или промышленных помещениях основным устройством измерения мощности является ваттметр. Напряжение и ток преобразуются в пропорциональные магнитные потоки. Магнитный поток фокусируется на диске роторного узла и взаимодействует с ним. Временные и пространственные отношения, а также величина магнитного потока определяют влияние крутящего момента на диск. Постоянный магнит, который служит эталоном энергии, контролирует скорость вращения диска.Это гарантирует, что вращение пропорционально ваттам. Червячная передача, зацепленная с валом диска, приводит в действие механический регистр, который отображает накопленную энергию в кВтч. Узел затвора преобразует вращение диска в импульсы, подаваемые на электронный регистр.

      Рис. 2. Ротор представляет собой алюминиевый диск с валом, червячной передачей, опорными поверхностями, отверстиями для предотвращения проскальзывания и меткой ГРМ. Это часть счетчика ваттметров, которая непосредственно приводится в действие электромагнитной силой.

      Рис 3. Статор состоит из потенциальной катушки и токовой катушки. Потенциальная катушка линейно подключена к электрической сети. Он создает горизонтальное магнитное поле, пропорциональное приложенному напряжению. Катушка тока соединена последовательно с одной силовой ветвью. Он создает вертикальное магнитное поле, пропорциональное току, протекающему через нагрузку. Статор может включать в себя более одной токовой цепи. Комбинированная магнитная цепь устроена так, что совместный эффект при возбуждении должен оказывать вращающий момент на ротор.

      Рис. 4. Двигатель представляет собой совмещенный ротор и статор. Когда диск подвешен магнитно, он индуцирует вихревые токи, которые взаимодействуют с магнитными полями в статоре, создавая крутящий момент на диске, пропорциональный истинной мощности. Скорость вращения диска пропорциональна истинной мощности.

      Рис. 5. Блок-схема измерителя мощности, приведенная выше, показывает, как его компоненты работают вместе для регистрации потребляемой электроэнергии.

      Цифровой измеритель мощности

      Рис 6. киловатт-часов - это только один параметр, который может измерить цифровой измеритель мощности. Он подключается к линии, измеряет мгновенное напряжение и ток, а затем выполняет другие измерения, вычисляя эти данные. Вот некоторые из рассчитанных количеств:

    • Энергия (кВтч)

    • Quadergy (кварч)

    • Фазор кВА · ч

    • Кажущаяся кВА · ч

    • Значения спроса

    • Текущий фазовый угол для каждой фазы

    • Коэффициент мощности искажения для каждого элемента

    • Искажения ВАХ для всех фаз

    • I2h, основная гармоника и гармоники для каждой фазы

    • I2nh, (квадрат условного тока нейтрали в часах)

    • V2h, основная гармоника и гармоники для каждой фазы

    • ВАч для всех фаз

    • Варх

    • Напряжение между фазой и нейтралью, основная гармоника для всех фаз

    • Фазовый угол напряжения

    • Втч, все фазы

    • Вт-часов, основная для каждой фазы

    • Вт-часов, основная гармоника и гармоники для каждой фазы.

      • Некоторые цифровые счетчики электроэнергии могут передавать свои измерения и расчеты. Это осуществляется через последовательные порты, соединения Ethernet и / или встроенные веб-браузеры с соответствующим программным обеспечением.

        Рис. 7. Функционирование типичного цифрового счетчика электроэнергии можно пояснить с помощью блок-схемы. Обычно цифровой измеритель мощности состоит из датчиков напряжения и тока, тактовых цепей и опорных цепей напряжения, преобразователя тока в напряжение, аналого-цифровых (A / D) преобразователей напряжения и тока, цифровых умножителей, аккумулятора и выходных регистров. которые обрабатывают энергетические импульсы.

        Рис. 8. Аналоговые входы напряжения и тока дискретизируются одновременно. Выборки преобразуются в цифровые значения с помощью аналого-цифрового преобразователя. Цифровая схема обрабатывает данные для вычисления желаемых величин.

        PLANT ENGINEERING выражает признательность компании General Electric Meter and Power Measurement, Inc. за использование их материалов при подготовке этой статьи.

  • Электроизмерительные приборы - Искра

    Файлы cookie на нашем сайте

    Что такое cookie?

    Файл cookie - это небольшой фрагмент данных, отправленный с веб-сайта и хранящийся в веб-браузере пользователя, пока пользователь просматривает веб-сайт.Когда пользователь будет просматривать тот же веб-сайт в будущем, данные, хранящиеся в файле cookie, могут быть извлечены веб-сайтом для уведомления веб-сайта о предыдущей активности пользователя.

    Как мы используем файлы cookie?

    Посещение этой страницы может генерировать следующие типы файлов cookie.

    Строго необходимые файлы cookie

    Эти файлы cookie необходимы для того, чтобы вы могли перемещаться по веб-сайту и использовать его функции, такие как доступ к защищенным областям веб-сайта.Без этих файлов cookie не могут быть предоставлены запрашиваемые вами услуги, такие как корзины покупок или электронное выставление счетов.

    2. Производительные файлы cookie

    Эти файлы cookie собирают информацию о том, как посетители используют веб-сайт, например, какие страницы посетители посещают чаще всего, и получают ли они сообщения об ошибках с веб-страниц. Эти файлы cookie не собирают информацию, позволяющую идентифицировать посетителя. Вся информация, которую собирают эти файлы cookie, является агрегированной и, следовательно, анонимной. Он используется только для улучшения работы веб-сайта.

    3. Функциональные файлы cookie.

    Эти файлы cookie позволяют веб-сайту запоминать сделанный вами выбор (например, ваше имя пользователя, язык или регион, в котором вы находитесь) и предоставлять расширенные, более личные функции. Например, веб-сайт может предоставлять вам местные прогнозы погоды или новости о дорожном движении, сохраняя в файле cookie регион, в котором вы в настоящее время находитесь. Эти файлы cookie также могут использоваться для запоминания изменений, внесенных вами в размер текста, шрифты и другие части веб-страниц, которые вы можете настроить.Их также можно использовать для предоставлять запрашиваемые вами услуги, такие как просмотр видео или комментирование блога. Информация, собираемая этими файлами cookie, может быть анонимной, и они не могут отслеживать вашу активность на других веб-сайтах.

    4. Целевые и рекламные файлы cookie.

    Эти файлы cookie используются для доставки рекламы, более соответствующей вам и вашим интересам. Они также используются для ограничения количества раз, когда вы видите рекламу, а также для измерения эффективности рекламной кампании.Обычно они размещаются рекламными сетями с разрешения оператора веб-сайта. Они помнят, что вы посетили веб-сайт, и эта информация передается другим организациям, например рекламодателям. Довольно часто целевые или рекламные файлы cookie будут связаны к функциям сайта, предоставленным другой организацией.

    Управление файлами cookie

    Куки-файлами можно управлять через настройки веб-браузера. Пожалуйста, ознакомьтесь с помощью вашего браузера, как управлять файлами cookie.

    На этом сайте вы всегда можете включить / выключить файлы cookie в пункте меню «Управление файлами cookie».

    Управление сайтом

    Этот сайт находится под управлением:

    Искра д.д.

    6.4 Электрические измерительные приборы - знакомство с электричеством, магнетизмом и схемами

    ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

    К концу раздела вы сможете:
    • Опишите, как подключить вольтметр в цепь для измерения напряжения
    • Опишите, как подключить амперметр в цепь для измерения тока
    • Опишите использование омметра
    Закон

    Ома и метод Кирхгофа полезны для анализа и проектирования электрических цепей, предоставляя вам значения напряжения, проходящего тока и сопротивления компонентов, составляющих цепь.Для измерения этих параметров требуются инструменты, и эти инструменты описаны в этом разделе.

    Вольтметры и амперметры постоянного тока

    В то время как вольтметры измеряют напряжение, амперметры измеряют ток. Некоторые измерители в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях на самом деле являются вольтметрами или амперметрами (рисунок 6.4.1). Внутренняя конструкция простейшего из этих счетчиков и то, как они подключены к системе, которую они контролируют, позволяют лучше понять применение последовательного и параллельного подключения.

    (рисунок 6.4.1)

    Рисунок 6.4.1. Датчики топлива и температуры (крайний правый и крайний левый, соответственно) в этом Volkswagen 1996 года выпуска представляют собой вольтметры, которые регистрируют выходное напряжение «передающих» устройств. Эти единицы пропорциональны количеству бензина в баке и температуре двигателя. (Источник: Кристиан Гирсинг)

    Измерение тока с помощью амперметра

    Чтобы измерить ток через устройство или компонент, амперметр подключается последовательно с устройством или компонентом.Последовательное соединение используется потому, что последовательно соединенные объекты имеют одинаковый ток, проходящий через них. (См. Рисунок 6.4.2, где амперметр обозначен символом A.)

    (рисунок 6.4.2)

    Рисунок 6.4.2 (a) Когда амперметр используется для измерения тока через два резистора, подключенных последовательно к батарее, одиночный амперметр подключается последовательно с двумя резисторами, потому что ток через два резистора в ряд. (b) Когда два резистора соединены параллельно с батареей, три метра или три отдельных показания амперметра необходимы для измерения тока от батареи и через каждый резистор.Амперметр подключается последовательно к рассматриваемому компоненту.

    Амперметры должны иметь очень низкое сопротивление, доли миллиома. Если сопротивлением нельзя пренебречь, установка амперметра в цепь изменит эквивалентное сопротивление цепи и изменит измеряемый ток. Поскольку ток в цепи проходит через измеритель, амперметры обычно содержат предохранитель для защиты измерителя от повреждения слишком высокими токами.

    Измерение напряжения с помощью вольтметра

    Вольтметр подключается параллельно к любому устройству, которое он измеряет.Параллельное соединение используется потому, что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов. (См. Рисунок 6.4.3, где вольтметр обозначен символом V.)

    (рисунок 6.4.3)

    Рисунок 6.4.3. Для измерения разности потенциалов в этой последовательной цепи вольтметр (В) устанавливается параллельно источнику напряжения или одному из резисторов. Обратите внимание, что напряжение на клеммах измеряется между положительной клеммой и отрицательной клеммой аккумулятора или источника напряжения.Невозможно подключить вольтметр напрямую через ЭДС без учета внутреннего сопротивления батареи.

    Поскольку вольтметры подключаются параллельно, вольтметр должен иметь очень большое сопротивление. Цифровые вольтметры преобразуют аналоговое напряжение в цифровое значение для отображения на цифровом индикаторе (рисунок 6.4.4). Недорогие вольтметры имеют сопротивление порядка, тогда как высокоточные вольтметры имеют сопротивление порядка. Значение сопротивления может варьироваться в зависимости от того, какая шкала используется на измерителе.

    (рисунок 6.4.4)

    Рисунок 6.4.4 (a) Аналоговый вольтметр использует гальванометр для измерения напряжения. (b) Цифровые счетчики используют аналого-цифровой преобразователь для измерения напряжения. (Фото а и б: Джозеф Дж. Траут)

    Аналоговые и цифровые счетчики

    В лаборатории физики вы можете встретить два типа измерителей: аналоговые и цифровые. Термин «аналоговый» относится к сигналам или информации, представленной непрерывно изменяющейся физической величиной, такой как напряжение или ток.Аналоговый измеритель использует гальванометр, который по сути представляет собой катушку провода с небольшим сопротивлением в магнитном поле, с прикрепленной стрелкой, указывающей на шкалу. Ток течет через катушку, заставляя катушку вращаться. Чтобы использовать гальванометр в качестве амперметра, параллельно катушке помещают небольшое сопротивление. Для вольтметра большое сопротивление ставится последовательно с катушкой. Цифровой измеритель использует компонент, называемый аналого-цифровым (аналого-цифровым) преобразователем, и выражает ток или напряжение как серию цифр и, которые используются для запуска цифрового дисплея.Большинство аналоговых счетчиков было заменено цифровыми.

    ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 6.8

    Цифровые счетчики способны обнаруживать меньшие токи, чем аналоговые счетчики, использующие гальванометры. Как это объясняет их способность измерять напряжение и ток более точно, чем аналоговые измерители?

    Омметры

    Омметр - это прибор, используемый для измерения сопротивления компонента или устройства. Работа омметра основана на законе Ома.Традиционные омметры содержат внутренний источник напряжения (например, аккумулятор), который подключается к проверяемому компоненту, создавая ток через компонент. Затем для измерения силы тока использовался гальванометр, а сопротивление вычислялось по закону Ома. Современные цифровые измерители используют источник постоянного тока для пропускания тока через компонент, и измеряется разность напряжений на компоненте. В любом случае сопротивление измеряется по закону Ома, где известно напряжение и измеряется ток, или известен ток и измеряется напряжение.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *