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

классификация, принцип работы, схема подключения

Одной из важнейших характеристик электрической цепи является ее мощность. С помощью данного параметра определяется величина работы, которую электрический ток выполняет за определенную единицу времени. Все устройства включаемые в цепь должны иметь мощность, соответствующую мощности конкретной сети. Для замеров мощности электрического тока применяется – ваттметр. В основном он нужен в сетях переменного тока, определяя мощность включенных приборов, а также для тестирования сетей и их отдельных участков, контроля и слежения за режимом работы электрооборудования, учета потребленной электроэнергии.

Классификация ваттметров

До того, как выполняется измерение мощности ваттметром, на исследуемом участке предварительно измеряется сила тока и напряжение. Для того чтобы получить наглядную итоговую информацию, эти данные следует преобразовать с помощью ваттметров, которые могут быть аналоговыми и цифровыми.

Большая часть всех измерений в течение длительного времени проводилась аналоговыми устройствами, в свою очередь разделяющихся на категории показывающих и самопишущих.

Они отображают значение активной мощности на заданном участке цепи. Типичным представителем считается показывающий прибор с полукруглой шкалой и поворачивающейся стрелкой. На шкалу нанесена градуировка, соответствующая величинам нарастающей мощности, которую он измеряет в ваттах.

Другой тип – ваттметр цифровой относится к измерительным приборам, способным выполнять замеры не только активной, но и реактивной мощности. Все подобные устройства оборудованы дисплеем, на который кроме мощности, выводятся показания силы тока, напряжения, расхода электроэнергии за определенный период времени. Наиболее совершенные приборы подключаются и позволяют выводить полученные данные на компьютер, расположенный удаленно от места проведения измерений.

Принцип действия аналогового ваттметра

Основой конструкции наиболее распространенных аналоговых ваттметров является электродинамическая система. Приборы этого типа дают возможность сделать максимально точные замеры и получить необходимые результаты.

Принцип действия ваттметра аналогового типа осуществляется на основе двух взаимодействующих катушек. Первая катушка является неподвижной, в ее конструкции используется толстый обмоточный провод с небольшим количеством витков и незначительным сопротивлением. Подключение этой катушки выполняется последовательно с потребителем.

Вторая катушка находится в движении. Для ее обмотки применяется тонкий проводник с большим числом витков и высоким сопротивлением. Эта катушка подключается параллельно с потребителем и оборудуется дополнительным сопротивлением для защиты от коротких замыканий обмоток.

Когда ваттметр включается в сеть, в обмотках его катушек появляются магнитные поля, взаимодействующие между собой. За счет этого взаимодействия происходит образование момента вращения, отклоняющего движущуюся обмотку на величину расчетного угла. На данный показатель оказывает влияние произведение силы тока и напряжения в установленный момент времени.

Как работает цифровой ваттметр

Основной принцип работы цифрового ваттметра заключается в предварительном измерении силы тока и напряжения на исследуемом участке цепи.

К потребителю нагрузки последовательно подключается датчик тока, а датчик напряжения подключается по параллельной схеме. Главным конструктивным элементом датчика служит термистор, термопара или измеряющий трансформатор.

По такому же принципу работает ваттметр бытовой, широко используемый в домашних условиях. Такое устройство достаточно включить в розетку, чтобы начать процесс измерения.

Основой устройства служит микропроцессор, к которому поступают измеренные параметры тока и напряжения, после чего и вычисляется мощность. Полученные результаты выводятся на экран и одновременно передаются на внешние приборы. В самом микропроцессоре присутствуют элементы, в том числе и микроконтроллеры, позволяющие автоматически управлять рабочими режимами, дистанционно переключать пределы измерений. С их помощью выполняется индикация условных обозначений измеряемых величин.

При работе с преобразователями больших и средних уровней мощности, выполняется калибровка цифрового устройства с помощью калибратора мощности постоянного тока.

Самостоятельная калибровка ваттметра осуществляется калибратором мощности переменного тока. Питание всех узлов и элементов происходит через источник питания постоянного тока, встроенный внутрь измерительного прибора.

Напряжение, поступающее с приемного преобразователя, включенного в розетку, усиливается УПТ – усилителем постоянного тока до значений, делающих более устойчивой работу АЦП – блока аналого-цифрового преобразователя. Далее напряжение, пропорциональное измеряемой мощности, преобразуется во временной интервал, заполняемый импульсами опорной частоты.

Количество этих импульсов, пропорциональное измеряемой мощности будет отображаться на ЦОУ – цифровом отсчетном устройстве. Полученные данные могут быть введены в специальное устройство, предназначенное для обработки информации.

Схема подключения измерительного прибора

От того, насколько правильно подключен ваттметр в конкретном участке цепи, будет зависеть точность полученных данных. Правильная схема включения ваттметра выглядит следующим образом: неподвижная катушка тока измерительного прибора последовательно соединяется с нагрузкой или потребителями электроэнергии.

Подвижная катушка напряжения последовательно соединяется с добавочным сопротивлением, а затем весь этот участок параллельно подключается к нагрузке. Подвижная часть ваттметра имеет определенный угол поворота, вычисляемый по формуле: α = k2IхIu = k2U/Ru, в которой I и Iu являются соответственно токами последовательной и параллельной катушек прибора.

Поскольку в схеме используется добавочное сопротивление, параллельная цепь устройства будет обладать практически постоянным сопротивлением (Ru). В этом случае угол поворота будет равен: α = (k2/Ru)хIхU = k2IхU = k3P. То есть, мощность цепи будет определяться именно по этому параметру.

В ваттметре равномерно нанесена измерительная шкала, сделанная в одностороннем варианте, когда расположение делений начинается от нуля в правую сторону. Когда электрический ток в неподвижной катушке изменяет свое направление, это приводит к изменению направления поворота и вращающего момента подвижной катушки. Если подключение ваттметра выполнено неправильно и направление тока будет другим, электронный прибор не сработает.

По этим причинам не следует путать зажимы, которые используют для подключения. Последовательная обмотка имеет зажим для соединения с источником питания, называемый генераторным. Параллельная цепь также называется генераторной и имеет собственную нужную клемму, чтобы подключить участок к проводу, соединенному с последовательной катушкой.

При нормальном подключении, токи в катушках прибора от генераторных зажимов направляются к негенераторным.

Ваттметры. Виды и применение. Работа. Примеры и параметры

Одно из свойств, которое дает характеристику состояния электрической цепи – это мощность. Это свойство отражает значение работы, выполненное электрическим током за определенное время. Мощность оборудования, входящего в электрическую цепь, не должна выходить за рамки мощности сети.

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

Разновидности

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

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

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

Конструктивные особенности и принцип работы

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

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

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

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

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

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

Сфера использования

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

Ваттметры используют для:
  • Вычисления мощности устройств.
  • Проведения тестов электрических цепей, некоторых их участков.
  • Проведения испытаний электроустановок, в качестве индикаторов.
  • Проверка действия электрооборудования.
  • Учет потребления электроэнергии.
Некоторые варианты приборов (ваттметров).
Бытовые приборы китайского производства

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

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

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

На корпусе указаны характеристики прибора:
  • Рабочее напряжение 230 вольт.
  • Частота 50 герц.
  • Максимальный ток 16 ампер.
  • Диапазон измеряемой мощности 0-3600 ватт.
Работа прибора.

Вставляем его в розетку.

Включим в него настольную светодиодную лампу.

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

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

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

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

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

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

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

Цифровой прибор многофункциональный СМ 3010

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

Диапазон замеров тока 0,002 — 10 ампер.

Замеры напряжения:
  • Постоянного от 1 до 1000 вольт.
  • Переменного от 1 до 700 вольт.
  • Частота измеряется в интервале 40-5000 герц.
Погрешность измерения:
  • Тока, напряжения, мощности постоянного тока +0,1%.
  • Тока, напряжения, мощности переменного тока +0,1% в интервале частот 40-1500 герц.
  • Относительная погрешность замера частоты в интервале 40-5000 герц +0,003%.

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

Измерительное устройство ЦП 8506 – 120

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

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

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

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

Включение ваттметра в измеряемую цепь

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

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

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

Опыты с ваттметром

Ниже описаны только отдельные опыты, характеризующие возможности демонстрационного ваттметра.

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

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

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

Рис. 6 Схема электрической цепи в опыте 1.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 7 Схема электрической цепи в опыте 2.

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

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

Схема включения ваттметра в электрическую цепь. Ваттметры. Виды и применение. Работа. Примеры и параметры

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

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

При выборе трансформатора тока необходимо следить за тем, чтобы номинальный первичный ток трансформатора I 1и был равен измеряемому току в сети или больше него.

Например, если значение тока в нагрузке достигает 20 А, то можно брать трансформатор тока, рассчитанный на первичный номинальный ток 20 А с номинальным коэффициентом трансформации по току Kн1 = I 1и / I 2и = 20/5 = 4.

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

Для определения действительной мощности в измеряемой цепи необходимо показание ваттметра умножить на номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока: P = Pw х Kн 1 = Pw х 4

Если ток в сети может превышать 20 А, то следует выбрать трансформатор тока с первичным номинальным током 50 А, при этом Kн 1 = 50/5 = 10.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Для ваттметра, работающего на постоянном токе:

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 3. Схемы включения параллельной обмотки ваттметра

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

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

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

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

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

Контрольные вопросы:

1. Какую энергию измеряет ваттметр электродинамической системы?

2. Влияет ли величина нагрузки на схему включения ваттметра?

3. Как расширяют пределы измерения ваттметра на переменном токе?

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

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

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

7. Как определить реактивную мощность схемы?

Для непосредственного измерения мощности цепи постоянного тока применяется ваттметр. Неподвижная последовательная катушка или катушка тока ваттметра соединяется последовательно с приемниками электрической энергии. Подвижная параллельная катушка или катушка напряжения, соединенная последовательно с добавочным сопротивлением, образует параллельную цепь ваттметра, которая присоединяется параллельно приемникам энергии.

Угол поворота подвижной части ваттметра:

α = k2IIu = k2U/Ru

где I - ток последовательной катушки; I и - ток параллельной катушки ваттметра.

Рис. 1. Схема устройства и соединений ваттметра

Так как в результате применения добавочного сопротивления параллельная цепь ваттметра имеет практически постоянное сопротивление ru , то α = (k2/Ru)IU = k2IU = k3P

Таким образом, по углу поворота подвижной части ваттметра можно судить о мощности цепи.

Шкала ваттметраравномерна. При работе с ваттметром необходимо иметь в виду, что изменение направления тока в одной из катушек вызывает изменение направления вращающего момента и направления поворота подвижной катушки, а так как обычно шкала ваттметра делаетсяодносторонней, т. е. деления шкалы расположены от нуля вправо, то при неправильном направлении тока в одной из катушек определение измеряемой величины по ваттметру будет невозможно.

По указанным причинам следует всегда различать зажимы ваттметра. Зажим последовательной обмотки, соединяемый с источником питания, называется генераторным и отмечается на приборах и схемах звездочкой. Зажим параллельной цепи, присоединяемый к проводу, соединенному с последовательной катушкой, также называется генераторным и отмечается звездочкой.

Таким образом, при правильной схеме включения ваттметра токи в катушках ваттметра направлены от генераторных зажимов к негенераторным. Могут иметь место две схемы включения ваттметра (см. рис. 2 и рис. 3).

Рис. 2. Правильная схема включения ваттметра

Рис. 3. Правильная схема включения ваттметра

В схеме, данной на рис. 2, ток последовательной обмотки ваттметра равен току приемников энергии, мощность которых измеряется, а параллельная цепь ваттметра находится под напряжением U" большим, чем напряжение приемников, на величину падения напряжения в последовательной катушке. Следовательно, Рв = IU" = I(U+U1) = IU = IU1 , т. е. мощность, измеряемая ваттметром, равна мощности приемников энергии, подлежащей измерению, и мощности последовательной обмотки ваттметра.

В схеме, данной на рис. 3, напряжение на параллельной цепи ваттметра равно напряжению на приемниках, а ток в последовательной обмотке больше тока, потребляемого приемником, на величину тока параллельной цепи ваттметра. Следовательно, P в = U(I+Iu) = UI+ UIu , т. е. мощность, измеряемая ваттметром, равна мощности приемников энергии, подлежащей измерению, и мощности параллельной цепи ваттметра.

При измерениях, в которых мощностью обмоток ваттметра можно пренебречь, предпочтительнее пользоваться схемой, показанной на рис. 2, так как обычно мощность последовательной обмотки меньше, чем параллельной, а следовательно, показания ваттметра будут более точными.

При точных измерениях необходимо вводить поправки в показания ваттметра, обусловленные мощностью его обмотки, и в таких случаях можно рекомендовать схему на рис.3, так как поправка легко вычисляется по формуле U 2 /Ru , где Ru обычно известно, а поправка остается неизменной при различных значениях тока, если U постоянно.

При включении ваттметра по схеме на рис. 2 потенциалы концов катушек разнятся только на величину падения напряжения в подвижной катушке, так как генераторные зажимы катушек соединены вместе. Падение напряжения в подвижной катушке незначительно по сравнению с напряжением на параллельной цепи, так как сопротивление этой катушки незначительно по сравнению с сопротивлением параллельной цепи.

Рис. 4. Неправильная схема включения ваттметра

На рис. 4 дана неправильная схема включения параллельной цепи ваттметра. Здесь генераторные зажимы катушек соединены через добавочное сопротивление, вследствие чего разность потенциалов между концами катушек равна напряжению цепи (иногда весьма значительному 240 - 600 В), а так как неподвижная и подвижная катушки находятся в непосредственной близости одна от другой, то создаются условия, благоприятные для пробоя изоляции катушек. Кроме того, между катушками, имеющими весьма различные потенциалы, будет наблюдаться электростатическое взаимодействие, могущее вызвать дополнительную погрешность при измерении мощности в электрической цепи.

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

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

Сфера использования

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

Ваттметры используют для:

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

Разновидности

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

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

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

Конструктивные особенности и принцип работы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рассмотрим работу прибора. Вставляем его в розетку.

Включим в него настольную светодиодную лампу.

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

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

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

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

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

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

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

Цифровой ваттметр многофункциональный СМ 3010

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

Диапазон замеров тока 0,002 — 10 ампер.

Замеры напряжения:

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

Погрешность измерения

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

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

Измерительное устройство ЦП 8506 – 120

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

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

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

Технические данные

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

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

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

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

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

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

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

ток в подвижной катушке равен

Мгновенное значение вращающего момента в этом случае равно

а среднее за период значение этого момента

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

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

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

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

значения реагируя на активную мощность, потребляемую данной нагрузкой.

Итак, ваттметр показывает активную мощность, потребляемую из сети.

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

Пусть в цепи действует приложенное напряжение и нагрузка создает ток

Тогда мгновенное значение вращающего момента равно

После подстановки и преобразований получим:

Среднее за период значение вращающего момента равно

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

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

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

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

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

Активная (поглощаемая электрической цепью) мощность

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

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

Реактивная мощность

Р р = UIsin = I 2 X . (2)

Полная мощность

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

P =(Р а 2 2 р ) (3)

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

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

Измерение реактивной энергии представляет интерес только для промышленных трехфазных цепей.

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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

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

P = U н I н . (4)

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

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

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

В широком диапазоне частот применяются цифровые ваттметры, основу

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

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

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

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

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


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

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


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

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

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

Р = 3 P w

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

4. Измерение фазы и частоты

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

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

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

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

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

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

    мощность, ток и напряжение одной фазы;

    измерение активной мощности методом двух ваттметров;

    измерение реактивной мощности методом двух ваттметров с искусственной нейтральной точкой.

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

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

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

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

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

Погрешность измерения  х также определяется погрешностью отсчета


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

и расхождениями в фазовых сдвигах каналов Х и Y осциллографа.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ

Как измерить мощность в цепи трехфазного переменного тока

Мощность в цепи трехфазного тока может быть измерена с помощью одного, двух и трех ваттметров. Метод одного прибора применяют в трехфазной симметричной системе. Активная мощность всей системы равна утроенной мощности потребления по одной из фаз.

При соединении нагрузки звездой с доступной нулевой точкой или если при соединении нагрузки треугольником имеется возможность включить обмотку ваттметра последовательно с нагрузкой, можно использовать схемы включения, показанные на рис. 1.

Рис. 1 Схемы измерения мощности трехфазного переменного тока при соединении нагрузок а - по схеме звезды с доступной нулевой точкой; б - по схеме треугольника с помощью одного ваттметра

Если нагрузка соединена звездой с недоступной нулевой точкой или треугольником, то можно применить схему с искусственной нулевой точкой (рис. 2). В этом случае сопротивления должны быть равны Rвт+ Rа = Rb =Rc.

Рис 2. Схема измерения мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром с искусственной нулевой точкой

Для измерения реактивной мощности токовые концы ваттметра включают в рассечку любой фазы, а концы обмотки напряжения - на две другие фазы (рис. 3). Полная реактивная мощность определяется умножением показания ваттметра на корень из трех. (Даже при незначительной асимметрии фаз применение данного метода дает значительную погрешность).

Рис. 3. Схема измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром

Методом двух приборов можно пользоваться при симметричной и несимметричной нагрузке фаз. Три равноценных варианта включения ваттметров для измерения активной мощности показаны на рис. 4. Активная мощность определяется как сумма показаний ваттметров.

При измерении реактивной мощности можно применять схему рис. 5, а с искусственной нулевой точкой. Для создания нулевой точки необходимо выполнить условие равенства сопротивлений обмоток напряжений ваттметров и резистора R. Реактивная мощность вычисляется по формуле

где Р1 и Р2 - показания ваттметров.

По этой же формуле можно вычислить реактивную мощность при равномерной загрузке фаз и соединении ваттметров по схеме рис. 4. Достоинство этого способа в том, что по одной и той же схеме можно определить активную и реактивную мощности. При равномерной загрузке фаз реактивная мощность может быть измерена по схеме рис. 5, б.

Метод трех приборов применяется при любой нагрузке фаз. Активная мощность может быть замерена по схеме рис. 6. Мощность всей цепи определяется суммированием показаний всех ваттметров.

Рис. 4. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами а - токовые обмотки включены в фазы А и С; б - в фазы А и В; в - в фазы В и С

Реактивная мощность для трех- и четырехпроводной сети измеряется по схеме рис. 7 и вычисляется по формуле

где РA, РB, РC - показания ваттметров, включенных в фазы А, В, С.

Рис. 5. Схемы измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами

Рис. 6. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока тремя ваттметрами а - при наличии нулевого провода; б - с искусственной нулевой точкой

На практике обычно применяют одно-, двух- и трехэлементные трехфазные ваттметры соответственно методу измерения.

Чтобы расширить предел измерения, можно применить все указанные схемы при подключении ваттметров через измерительные трансформаторы тока и напряжения. На рис. 8 в качестве примера показана схема измерения мощности по методу двух приборов при включении их через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Рис. 7. Схемы измерения реактивной мощности тремя ваттметрами

Рис. 8. Схемы включения ваттметров через измерительные трансформаторы.

назначение, типы, подключение, применение. Варметр щитовой цифровой трехфазный

Для непосредственного измерения мощности цепи постоянного тока применяется ваттметр. Неподвижная последовательная катушка или катушка тока ваттметра соединяется последовательно с приемниками электрической энергии. Подвижная параллельная катушка или катушка напряжения, соединенная последовательно с добавочным сопротивлением, образует параллельную цепь ваттметра, которая присоединяется параллельно приемникам энергии.

Угол поворота подвижной части ваттметра:

α = k2IIu = k2U/Ru

где I - ток последовательной катушки; I и - ток параллельной катушки ваттметра.

Рис. 1. Схема устройства и соединений ваттметра

Так как в результате применения добавочного сопротивления параллельная цепь ваттметра имеет практически постоянное сопротивление ru , то α = (k2/Ru)IU = k2IU = k3P

Таким образом, по углу поворота подвижной части ваттметра можно судить о мощности цепи.

Шкала ваттметраравномерна. При работе с ваттметром необходимо иметь в виду, что изменение направления тока в одной из катушек вызывает изменение направления вращающего момента и направления поворота подвижной катушки, а так как обычно шкала ваттметра делаетсяодносторонней, т. е. деления шкалы расположены от нуля вправо, то при неправильном направлении тока в одной из катушек определение измеряемой величины по ваттметру будет невозможно.

По указанным причинам следует всегда различать зажимы ваттметра. Зажим последовательной обмотки, соединяемый с источником питания, называется генераторным и отмечается на приборах и схемах звездочкой. Зажим параллельной цепи, присоединяемый к проводу, соединенному с последовательной катушкой, также называется генераторным и отмечается звездочкой.

Таким образом, при правильной схеме включения ваттметра токи в катушках ваттметра направлены от генераторных зажимов к негенераторным. Могут иметь место две схемы включения ваттметра (см. рис. 2 и рис. 3).

Рис. 2. Правильная схема включения ваттметра

Рис. 3. Правильная схема включения ваттметра

В схеме, данной на рис. 2, ток последовательной обмотки ваттметра равен току приемников энергии, мощность которых измеряется, а параллельная цепь ваттметра находится под напряжением U" большим, чем напряжение приемников, на величину падения напряжения в последовательной катушке. Следовательно, Рв = IU" = I(U+U1) = IU = IU1 , т. е. мощность, измеряемая ваттметром, равна мощности приемников энергии, подлежащей измерению, и мощности последовательной обмотки ваттметра.

В схеме, данной на рис. 3, напряжение на параллельной цепи ваттметра равно напряжению на приемниках, а ток в последовательной обмотке больше тока, потребляемого приемником, на величину тока параллельной цепи ваттметра. Следовательно, P в = U(I+Iu) = UI+ UIu , т. е. мощность, измеряемая ваттметром, равна мощности приемников энергии, подлежащей измерению, и мощности параллельной цепи ваттметра.

При измерениях, в которых мощностью обмоток ваттметра можно пренебречь, предпочтительнее пользоваться схемой, показанной на рис. 2, так как обычно мощность последовательной обмотки меньше, чем параллельной, а следовательно, показания ваттметра будут более точными.

При точных измерениях необходимо вводить поправки в показания ваттметра, обусловленные мощностью его обмотки, и в таких случаях можно рекомендовать схему на рис.3, так как поправка легко вычисляется по формуле U 2 /Ru , где Ru обычно известно, а поправка остается неизменной при различных значениях тока, если U постоянно.

При включении ваттметра по схеме на рис. 2 потенциалы концов катушек разнятся только на величину падения напряжения в подвижной катушке, так как генераторные зажимы катушек соединены вместе. Падение напряжения в подвижной катушке незначительно по сравнению с напряжением на параллельной цепи, так как сопротивление этой катушки незначительно по сравнению с сопротивлением параллельной цепи.

Рис. 4. Неправильная схема включения ваттметра

На рис. 4 дана неправильная схема включения параллельной цепи ваттметра. Здесь генераторные зажимы катушек соединены через добавочное сопротивление, вследствие чего разность потенциалов между концами катушек равна напряжению цепи (иногда весьма значительному 240 - 600 В), а так как неподвижная и подвижная катушки находятся в непосредственной близости одна от другой, то создаются условия, благоприятные для пробоя изоляции катушек. Кроме того, между катушками, имеющими весьма различные потенциалы, будет наблюдаться электростатическое взаимодействие, могущее вызвать дополнительную погрешность при измерении мощности в электрической цепи.

Электронные ваттметры на базе электронных вольтметров бывают параметрического и модуляционного типов. Параметрические ваттметры подразделяются на ваттметры прямого и косвенного преобразования.

Принцип работы параметрических ваттметр ов с прямым преобразованием основан на реализации функциональной зависимости вида:

Таким образом, в результате выполнения указанных математических операций с двумя сигналами можно получить их произведение, что и требуется при измерении мощности сигнала. Для этой цели ток предварительно преобразуется в напряжение, а возведение значений сигналов в квадрат осуществляется с помощью функциональных преобразователей.

Рис. 9.5 Структурная схема квадратурного ваттметра.

Модуляционные ваттметры основаны на двойной модуляции импульсных сигналов (широтно-импульсной – ШИМ и амплитудно-импульсной - АИМ)).

В счетчиках электроэнергии с разделением времени используется своеобразный, но точный метод измерения электрической мощности. Такой прибор имеет два канала. Один канал представляет собой электронный ключ, который пропускает или не пропускает входной сигнал Y (или обращенный входной сигнал Y) на фильтр нижних частот. Состоянием ключа управляет выходной сигнал второго канала с отношением временных интервалов «закрыто»/«открыто», пропорциональным его входному сигналу. Средний сигнал на выходе фильтра равен среднему по времени произведению двух входных сигналов. Если один входной сигнал пропорционален напряжению на нагрузке, а другой – току нагрузки, то выходное напряжение пропорционально мощности, потребляемой нагрузкой.

Погрешность таких счетчиков промышленного изготовления составляет 0,02% на частотах до 3 кГц (лабораторных – порядка всего лишь 0,0001%). Как приборы высокой точности они применяются в качестве эталонных счетчиков для поверки рабочих средств измерения.

Дискретизирующие ваттметры и счетчики электроэнергии основаны на принципе цифрового вольтметра, но имеют два входных канала, дискретизирующих параллельно сигналы тока и напряжения. Каждое дискретное значение, представляющее мгновенные значения сигнала напряжения в момент дискретизации, умножается на соответствующее дискретное значение сигнала тока, полученное в тот же момент времени. Среднее по времени таких произведений есть мощность в ваттах:

.

Сумматор, накапливающий произведения дискретных значений с течением времени, дает полную электроэнергию в ватт-часах. Погрешность счетчиков электроэнергии может составлять всего лишь 0,01%.

Индукционный счетчик представляет собой не что иное, как маломощный электродвигатель переменного тока с двумя обмотками – токовой и обмоткой напряжения. Проводящий диск, помещенный между обмотками, вращается под действием крутящего момента, пропорционального потребляемой мощности. Этот момент уравновешивается токами, наводимыми в диске постоянным магнитом, так что частота вращения диска пропорциональна потребляемой мощности. Число оборотов диска за то или иное время пропорционально полной электроэнергии, полученной за это время потребителем. Число оборотов диска считает механический счетчик, который показывает электроэнергию в киловатт-часах. Приборы такого типа широко применяются в качестве бытовых счетчиков электроэнергии. Их погрешность, как правило, составляет 0,5%; они отличаются большим сроком службы при любых допустимых уровнях тока.

Как известно из теории переменного тока, средняя за период мощность S , развиваемая на участке цепи выражается соотношением:

S 2 = P 2 + Q 2 = I 2 эфф ×U 2 эфф .

Активная мощность или ваттная мощность P = I эфф ×U эфф ×cosj определяет работу в цепи, совершаемую источником э.д.с. в единицу времени. Это средняя мощность тока, обеспечивающая выделение тепла. I эфф и U эфф – так называемые эффективные значения силы тока и напряжения, равные соответственно

и получающиеся при усреднении во времени квадрата мгновенного значения силы тока и напряжения синусоидального переменного тока, cosj – коэффициент мощности.

Угол j – угол сдвига фаз между током и напряжением, зависящий от сопротивления цепи R , ее индуктивности L , емкости C и частоты переменного тока w.

Величину Q = I эфф ×U эфф sinj называют реактивной или безваттной мощностью (единица измерения Вар – вольт-ампер реактивный).

Способы измерения величин I эфф и U эфф считаются известными, поэтому остановимся только на способе измерения величины P .


Рис.1. Рис.2.

Среднее значение мощности может быть измерено при помощи специальных приборов – ваттметров . Существуют ваттметры различных конструкций и систем. Ниже приводится описание ваттметра электродинамической системы.

Устройство и способ включения электродинамического ваттметра схематично показаны на рисунках 1 и 2. Ваттметр состоит из двух катушек: неподвижной катушки 1 с малым сопротивлением, включаемой в цепь переменного тока последовательно с исследуемым участком, и вращающейся катушки 2 с большим сопротивлением, включаемой параллельно исследуемому участку. Вращающаяся катушка снабжена пружинами 3 , удерживающими её в начальном положении. Поворот этой катушки приводит к изменению положения указателя 4 на шкале ваттметра. Напряжение между концами катушки 2 равно напряжению на исследуемом участке цепи. При гармоническом характере напряжения можно записать:

U = U max ×sinwt .

Если катушка 2 имеет сопротивление R , ток в ней равен:

.

По катушке 1 и исследуемой цепи течет ток, который в общем случае находится не в фазе с напряжением и выражается соотношением

I = I 1 = I max ×sin(wt + j).

Из общих положений о взаимодействии проводников, обтекаемых токами, следует, что мгновенное значение вращательного момента электродинамических сил, приложенных к подвижной рамке ваттметра, будет выражаться, как

,

где коэффициент k зависит от конструкции подвижного узла прибора. Из этой формулы видно, что момент М является функцией времени.

Вращающаяся система ваттметра обладает большим периодом собственных колебаний и значительным затуханием. Её устойчивое отклонение от положения равновесия при прохождении тока через рамку определяется равенством момента сил пружинок 3 и среднего значения момента электродинамических сил за период Т тока

(2)

где А = k/Т – коэффициент пропорциональности.

Таким образом, среднее за период значение момента сил, определяющее угол поворота подвижной рамки, пропорционально средней мощности P , развиваемой переменным током в том участке цепи, к которому подключен ваттметр. Показания ваттметра не зависят от реактивной мощности. Однако, зная активную мощность P , можно вычислить коэффициент мощности cosj и реактивную мощность Q по формулам:

и .

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Описание лабораторного ваттметра Д–57

Измерительный прибор Д–57 (рис.3) является многопредельным высокочастотным зеркальным ваттметром средней и большой мощности (до 3 кВт). Перед работой с прибором его следует установить строго горизонтально с помощью 4 ножек с винтовыми регуляторами (горизонтальное положение контролируется по двухкоординатному уровню; при его достижении пузырек с воздухом, плавающий в жидкости, должен находиться точно в центре окружности уровня).

Подсвет зеркала, которое укреплено на оправе подвижной катушки ваттметра и образует на шкале «зайчик» отметчика, осуществляется лампочкой, питаемой от встроенного понижающего трансформатора (гнезда «освещение»).

Рис.3. Прибор Д–57. Общий вид и схема подключения к нагрузке.

1 – шкала; 2 – ручка установления отметчика на «0»; 3 – ручка смены полярности; 4 – переключатель пределов по току; 5 – двухкоординатный уровень; 6 – лампы подсвета шкалы; 7 – предохранитель питания.

Как упоминалось выше, измерительный узел ваттметра состоит из двух катушек – неподвижной («токовой») и подвижной («потенциальной»). Соответственно этому на корпусе ваттметра имеются две клеммы, вблизи которых стоят символы, обозначающие ток (к ним подключается токовая обмотка), а также две (или более) клемм, символы у которых обозначают напряжение. К ним подключается потенциальная обмотка или ее часть; вследствие этого таких клемм не две, а больше (клеммы, помеченные символами со звездочкой обычно называются «общими» и соединяются вместе).

Согласно этому, схема подключения ваттметра для измерения мощности переменного тока будет такой, как показано на рис.4.

Рис.4.

У используемого прибора шкала разбита на две части. Начало шкалы находится вверху, а ее продолжение – ниже, во втором ряду (это повышает точность показаний). Линейка шкалы разбита на 5 параллельных полос с наклонными чертами, по которым ведется отсчет десятых долей величин. Такая двумерная шкала тоже существенно повышает точность снятия показаний.

Количество делений шкалы, как правило, кратно числу, написанному вблизи выводов потенциальной обмотки. Учет масштаба ведется следующим образом. Для получения истинного отсчета А" необходимо вычислить А" = А (U m /N ), где А – отсчет по шкале прибора, U m – то значение напряжения, которое написано вблизи клемм потенциальной обмотки, которую предполагается использовать для измерения (в данной работе U m = 150), N – число полных делений в шкале прибора (в нашем случае N = 150).

Справа на корпусе прибора расположена ручка переключателя пределов по току на два положения: 5 и 10 А, а слева – ручка изменения полярности напряжения, если данный ваттметр потребуется использовать для измерения мощности постоянного тока.

Величина средней мощности, измеренной прибором, равна произведению А" на ту величину тока, которая в данный момент установлена на переключателе пределов по току (5 или 10 А).

Внимание ! Не рекомендуется превышать в процессе измерений даже хотя бы один из пределов (либо по току, либо по напряжению), указанных цифрами, стоящими на ручке переключателя по току и вблизи клемм, к которым подключены выводы потенциальной обмотки, соответственно. Невыполнение этого может привести к повреждению прибора, даже если предельная мощность, на которую рассчитан прибор (она равна произведению значений пределов), не достигнута.

Перед измерениями необходимо всегда ручкой 2 (см.рис.4) устанавливать «зайчик» на нулевую отметку шкалы.

В качестве тренировки и проверки навыков работы с ваттметром можно измерить мощность лампы накаливания и сравнить полученную величину с указанной на цоколе (или колбе) лампы. В качестве источника напряжения взять сеть напряжением 220 В и частотой 50 Гц.

Похожая информация.

Измерение мощности производят обычно с помощью ваттметра электродинамической системы, в котором имеются две катушки - неподвижная и подвижная.

Подвижная катушка, выполненная из очень тонкого провода, имеет практически чисто активное сопротивление и называется параллельной обмоткой. Ее включают параллельно участку цепи, подобно вольтметру. Жестко скрепленная со стрелкой (указателем), она может вращаться в магнитном поле, создаваемом непод вижной катушкой.

Неподвижная катушка, выполненная из довольно толстого провода, имеет очень малое активное сопротивление и называется последовательной обмоткой. Ее включают в цепь последовательно, подобно амперметру.

На электрической схеме ваттметр изображают, как показано на рис. 3.22. Одна пара концов (на рисунке обычно расположена горизонтально) принадлежит последовательной обмотке, другая пара концов (на рисунке расположена вертикально) - параллельной. На концах одноименных зажимов обмоток (например, у начала обмоток) принято ставить точки.

Вращающий момент ваттметра, а следовательно, и его показания пропорциональны действительной части произведения комплексного напряжения на параллельной обмотке ваттметра на сопряженный комплекс тока втекающего в конец последовательной (токовой) обмотки ваттметра и снабженной точкой:

Напряжение на параллельной обмотке берут равным разности потенциалов между ее концом, имеющим точку (точка а), и ее концом, не имеющим точки (точка ). Предполагается, что ток втекает в конец последовательной обмотки, у которого поставлена точка.

Цена деления ваттметра определяется как частное от деления произведения номинального напряжения на номинальный ток (указывают на лицевой стороне прибора) на число делений шкалы.

Пример 41. Номинальное напряжение ваттметра 120 В. Номинальный ток 5 А. Шкала имеет 150 делений. Определить цену деления ваттметра.

Решение. Цена деления ваттметра равна

Одно из свойств, которое дает характеристику состояния электрической цепи – это мощность. Это свойство отражает значение работы, выполненное электрическим током за определенное время. Мощность оборудования, входящего в электрическую цепь, не должна выходить за рамки мощности сети. В противном случае оборудование может выйти из строя, возникнет замыкание или пожар. Замеры мощности электрического тока производят специальными устройствами – ваттметры. В случае постоянного тока мощность вычисляется путем умножения напряжения на силу тока (нужен амперметр и вольтметр). В цепи переменного тока все происходит иначе, понадобятся измерительные приборы. Ваттметром измеряют режим работы электрооборудования, производят учет расхода электроэнергии.

Сфера использования

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

Ваттметры используют для:
  • Вычисления мощности устройств.
  • Проведения тестов электрических цепей, некоторых их участков.
  • Проведения испытаний электроустановок, в качестве индикаторов.
  • Проверка действия электрооборудования.
  • Учет потребления электроэнергии.
Разновидности

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

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

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

Конструктивные особенности и принцип работы

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

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

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

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

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

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

Некоторые варианты приборов (ваттметров).
Бытовые приборы китайского производства

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

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

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

На корпусе указаны характеристики прибора:
  • Рабочее напряжение 230 вольт.
  • Частота 50 герц.
  • Максимальный ток 16 ампер.
  • Диапазон измеряемой мощности 0-3600 ватт.
Работа прибора.

Вставляем его в розетку.

Включим в него настольную светодиодную лампу.

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

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

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

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

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

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

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

Цифровой прибор многофункциональный СМ 3010

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

Диапазон замеров тока 0,002 — 10 ампер.

Замеры напряжения:
  • Постоянного от 1 до 1000 вольт.
  • Переменного от 1 до 700 вольт.
  • Частота измеряется в интервале 40-5000 герц.
Погрешность измерения:
  • Тока, напряжения, мощности постоянного тока + 0,1%.
  • Тока, напряжения, мощности переменного тока + 0,1% в интервале частот 40-1500 герц.
  • Относительная погрешность замера частоты в интервале 40-5000 герц + 0,003%.

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

Измерительное устройство ЦП 8506 – 120

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

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

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

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

Трехфазный ваттметр - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Трехфазный ваттметр

Cтраница 2

Трехфазные ваттметры измеряют суммарную активную мощность всех трех фаз. Для измерения реактивной мощности в трехфазных цепях переменного тока пользуются теми же ваттметрами, но включаемыми по специальным схемам.  [16]

Трехфазные ваттметры, предназначенные для включения в сеть с неравномерной нагрузкой фаз, должны проверяться при равномерной и при неравномерной нагрузке фаз, причем нагрузка любой фазы может иметь значения в пределах от нуля до номинального, - в обоих случаях при симметричном напряжении.  [17]

Трехфазные ваттметры изготовляются и в виде переносных приборов, но для работ, связанных с учетом электроэнергии, с поверкой счетчиков, они менее удобны, чем однофазные ваттметры, и поэтому редко применяются.  [18]

Трехфазный ваттметр включен через измерительные трансформаторы напряжения 3000 / 100 в и тока 50 / 5 а.  [19]

Щитовые трехфазные ваттметры, варметры и ваттварметры предназначены для измерения активной и реактивной мощности в трехфазных цепях переменного тока частоты 50 Гц при равномерной и неравномерной нагрузке фаз. Узкопрофильные ваттметры и варметры ( фиборы: Д335, Д335 / 1, Д345, Д349, Д350, Д351, Д365, Д366, 0 368, Д390) предназначены для измерения и регулирования активной и реактивной мощности.  [20]

Трехфазные ваттметры активной мощности, предназначенные для включения в сеть с неравномерной нагрузкой фаз ( меющие две измерительные системы), следует поверять в трехфазной схеме, обеспечивающей независимую плавную и непрерывную регулировку тока и напряжения в каждой фазе, а также плавную и непрерывную регулировку фазы напряжения по отношению к фазе тока. Пределы регулировки всех цепей должны обеспечивать поверку имеющихся ваттметров и фазометров. Этим условиям удовлетворяют трехфазные стенды.  [21]

Если трехфазный ваттметр имеет только один вращающий элемент и его параллельная цепь предназначена для подключения к нулевому проводу трехфазной системы, то на шкале ваттметра должно быть указано фазное напряжение, на которое рассчитана параллельная цепь.  [22]

Если трехфазный ваттметр имеет только один вращающий элемент и его параллельная цепь предназначена для подключения к нулевому проводу трехфазной системы, то на шкале ваттметра должно быть указано фазное напряжение, на которое рассчитана его параллельная цепь.  [23]

Отградуировать трехфазный ваттметр реактивной мощности, предназначенный для работы с измерительными трансформаторами тока 3000 / 5 а и трансформаторами напряжения 6600 / 110 в, методом двух однофазных ваттметров, включенных по схеме с искусственной нулевой точкой.  [24]

Для трехфазных ваттметров применяют двухэлементный измерительный механизм с двумя идентичными измерительными системами.  [26]

Для трехфазных ваттметров применяют двухэлементный измерительный механизм с двумя идентичными измерительными системами. Этот измерительный механизм используют и для варметров - приборов для измерения реактивной мощности. Варметры пригодны лишь для трехфазных сетей без нулевого провода и поэтому в основном предназначены для измерения мощности в высоковольтных цепях, где энергия передается только при помощи трехпровод-ных линий передачи. Обычно эти приборы включают с трансформаторами тока и напряжения. Их шкала градуируется в единицах активной и реактивной мощности с учетом коэффициентов трансформации трансформаторов тока и трансформаторов напряжения.  [28]

Для трехфазных ваттметров и счетчиков цифры, приведенные в таблице, дают потребление мощности в каждой отдельной катушке напряжения.  [30]

Страницы:      1    2    3    4    5

Ваттметр Схема подключения и объяснение подключения

В этой статье мы рассмотрим схему подключения ваттметра и проводку. Здесь мы увидим, как подключить ваттметр к нагрузке и источнику питания. Ваттметр - это электрическое измерительное оборудование, которое помогает измерять электрическую мощность в ваттах, киловаттах или мегаваттах. Как правило, ваттметр имеет две катушки - катушки тока и катушки давления или напряжения. Катушка тока измеряет поток электрического тока, а катушка давления или напряжения измеряет напряжение питания.Комбинируя напряжение и ток, он измеряет электрическую мощность. Итак, сначала давайте посмотрим на внутреннюю схему ваттметра, это поможет выполнить подключение ваттметра.

Внутренняя цепь ваттметра

Как видно на рисунке выше, счетчик воды имеет две катушки - катушку тока и катушку напряжения или давления. Катушка тока должна быть подключена последовательно с нагрузкой, а катушка напряжения или давления должна быть подключена к источнику питания или нагрузке.

Два вывода катушки тока обозначены буквами M и L.Клемма M должна быть подключена к источнику питания, а клемма L должна быть подключена к нагрузке. Две клеммы катушки напряжения или давления обозначены буквами C и V. Клемма C должна быть подключена к фазе, а клемма V должна быть подключена к нейтрали.

Некоторые характеристики токовой катушки в ваттметре:

1. Она имеет меньше витков, чем катушка давления

2. Она имеет очень низкое сопротивление

3. Она позволяет протекать через нее току полной нагрузки.

4. Производит потери меди.

Некоторые характеристики катушки давления или напряжения в ваттметре:

1. У нее больше витков, чем у катушки тока

2. Она имеет высокое сопротивление

3. Она пропускает через нее очень мало тока, почти нет тока

4. Поскольку он проводит очень слабый ток, потери в меди не происходят.

Схема подключения ваттметра

Если у вашего ваттметра четыре клеммы, и они отмечены цифрами 1,2,3,4, то должна быть следующая следовать.

В этом ваттметре клеммы 1 и 2 для катушки напряжения или давления и клеммы 3, 4 для катушки тока. Поэтому сначала закоротите клеммы 1 и 3. Затем подключите фазу к клемме 1, а нейтраль - к клемме 2. На этом подключение источника питания завершено. Подключите фазную клемму нагрузки к клемме 4 и подключите нейтраль нагрузки к клемме 2. Здесь, на приведенном выше рисунке, мы взяли лампочку в качестве нагрузки.

Теперь, если ваш ваттметр имеет четыре клеммы и обозначен буквами M, L, C, V, тогда необходимо следовать следующей схеме подключения.

Как видно на схеме выше, сначала закоротите клеммы M и C. Подключите фазу к клемме M и нейтраль к клемме V. Подключите фазу нагрузки к клемме L, а нейтраль нагрузки к клемме V.

Читайте также:

Благодарим вас за посещение веб-сайта. продолжайте посещать, чтобы узнать больше.

% PDF-1.4 % 4 0 obj> эндобдж xref 4 93 0000000016 00000 н. 0000002454 00000 н. 0000002156 00000 н. 0000002513 00000 н. 0000002776 00000 н. 0000002850 00000 н. 0000003120 00000 н. 0000003205 00000 н. 0000023657 00000 п. 0000034448 00000 п. 0000042190 00000 п. 0000050254 00000 п. 0000058202 00000 п. 0000066660 00000 п. 0000067421 00000 п. 0000067619 00000 п. 0000067999 00000 н. 0000068320 00000 п. 0000072823 00000 п. 0000073246 00000 п. 0000073623 00000 п. 0000080971 00000 п. 0000081281 00000 п. 0000081342 00000 п. 0000081433 00000 п. 0000081638 00000 п. 0000096456 00000 п. 0000113488 00000 н. 0000113734 00000 н. 0000114014 00000 н. 0000114242 00000 н. 0000114499 00000 н. 0000114764 00000 н. 0000114983 00000 н. 0000115252 00000 н. 0000115489 00000 н. 0000115748 00000 н. 0000116009 00000 н. 0000116238 00000 п. 0000116473 00000 н. 0000116759 00000 н. 0000116996 00000 н. 0000117205 00000 н. 0000117462 00000 н. 0000117712 00000 н. 0000117975 00000 п. 0000118149 00000 н. 0000118341 00000 н. 0000118524 ​​00000 н. 0000118717 00000 н. 0000118901 00000 н. 0000119076 00000 н. 0000119266 00000 н. 0000119461 00000 п. 0000119714 00000 н. 0000119959 00000 н. 0000120214 00000 н. 0000120399 00000 н. 0000120656 00000 н. 0000120866 00000 н. 0000121124 00000 н. 0000121377 00000 н. 0000121605 00000 н. 0000121863 00000 н. 0000122101 00000 н. 0000123822 00000 н. 0000125364 00000 н. 0000127051 00000 н. 0000128603 00000 н. 0000130074 00000 н. 0000130853 00000 п. 0000131617 00000 н. 0000132338 00000 н. 0000137559 00000 н. 0000143319 00000 н. 0000144451 00000 н. 0000146052 00000 н. 0000147643 00000 п. 0000149178 00000 н. 0000150741 00000 н. 0000152360 00000 н. 0000154403 00000 н. 0000156024 00000 н. 0000157767 00000 н. 0000159299 00000 н. 0000160411 00000 н. 0000162430 00000 н. 0000164207 00000 н. 0000164250 00000 н. 0000164291 00000 н. 0000164334 00000 н. 0000164378 00000 н. 0000164421 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 6 0 obj> поток xb``b`XT1 4

Учебное пособие по подключению ваттметра - DIY Electrical Projects

Как подключить ваттметр к цепи?



В предыдущих постах мы обсуждали типы ваттметров, типичные ошибки при построении измерений и принцип работы.В этом посте мы обсудим подключения ваттметра.
Настоятельно рекомендуется прочитать следующие сообщения, прежде чем продолжить.

Как работает ваттметр?
Типы ваттметров
Погрешности показаний ваттметров

Ваттметр типа динамо-метр состоит из двух катушек, а именно: фиксированной катушки (катушка тока) и подвижной катушки (катушка давления).
Катушка тока подключена последовательно с нагрузкой, следовательно, по ней проходит ток цепи.
Катушка потенциала подключена к нагрузке, поэтому по ней проходит ток, пропорциональный напряжению.

Токовая катушка (CC):

  • Катушка тока в ваттметре подключена вдоль цепи для передачи тока нагрузки.
  • Две клеммы катушек тока обозначены как M и L.
  • M обозначает главную сторону, а L обозначает сторону нагрузки.
  • При подключении токовой катушки в цепь необходимо строго соблюдать эту последовательность.

Катушка давления (ПК):

  • Катушка давления представляет собой катушку с высоким сопротивлением (добавлено внутреннее последовательное сопротивление).
  • Он подключен к цепи нагрузки.
  • Он пропускает ток, пропорциональный напряжению на его выводах.
  • Клеммы катушки давления обозначены как ± и V. В некоторых метрах обозначены как COM и V.
  • Первый - это общий вывод, а второй - для указанного напряжения с маркировкой фактического напряжения как 115 В, 230 В или 440 В.
  • Общий вывод катушки давления может быть подключен после или перед катушкой тока.
  • На основе этого подключения существует два метода подключения ваттметров.
  • Каждый метод подходит для одного конкретного случая. Эти два метода подключения ваттметра объясняются ниже;

Первый метод:

  1. Катушка давления располагается перед катушкой тока, движущейся со стороны питания.
  2. При этом способе подключения катушка давления считывает падение напряжения на нагрузке, а также небольшое падение тока в катушке.
  3. Таким образом, измеренная мощность будет включать потерянную мощность в сопротивлении катушки тока. Это ошибка.
  4. Таким образом, этот метод подключения подходит для цепей с небольшими токами нагрузки, и в этом случае падение напряжения в токовой катушке будет пренебрежимо малым.


Второй метод:

  1. В этом методе катушка давления подключается к цепи нагрузки после катушки тока.
  2. Теперь катушка давления считывает правильное напряжение, но катушка тока будет пропускать небольшой дополнительный ток, который потребляется катушкой давления.Это ошибка.
  3. Этот метод подходит для цепей с большим током нагрузки.
  4. По сравнению с большим током нагрузки, ток, потребляемый катушкой давления, незначителен.
  5. Когда принят второй метод, компенсационная катушка используется последовательно с катушкой давления.
  6. Компенсирующая катушка - это просто еще одна токовая катушка, подключенная в обратной последовательности. т.е. магнитные эффекты токовой катушки и компенсирующей катушки противоположны друг другу.Это сведет на нет ошибку из-за тока катушки давления.

Спасибо, что прочитали ... Пожалуйста, подпишитесь, чтобы получать новые сообщения на свой почтовый идентификатор ...

Подробнее:
Учебное пособие по проводам воздушной линии электропередачи
Типы амперметров, вольтметров Электрические инструменты
Методы улучшения коэффициента мощности
Учебное пособие по недостаткам низкого коэффициента мощности

Как измерить электрическую мощность

Если продукт использует электроэнергию, измерения потребляемой мощности и качества электроэнергии должны проводиться в рамках проектирования и тестирования продукта.Эти измерения необходимы для оптимизации конструкции продукта, соответствия стандартам и предоставления клиентам информации на паспортных табличках.

В этой статье обсуждаются передовые методы проведения этих измерений, начиная с основ измерения мощности и заканчивая типами инструментов и связанных с ними компонентов, которые обычно используются для проведения измерений. Статья завершится примерами из реальной жизни, которые применяют информацию, представленную ранее в статье, для решения практических задач измерения.Несмотря на то, что большинство из нас знакомо с основными уравнениями измерения мощности, для подведения итогов этой информации и демонстрации ее применимости к проектированию и испытаниям продукта может помочь учебник для начинающих.

Основы измерения мощности

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

Потребляемая мощность измеряется путем расчета ее во времени с использованием как минимум одного полного цикла. Используя методы оцифровки, мгновенное напряжение умножается на мгновенный ток, затем накапливается и интегрируется за определенный период времени, чтобы обеспечить измерение. Этот метод обеспечивает истинное измерение мощности и истинное среднеквадратичное значение для любой формы сигнала, синусоидального или искаженного, включая содержание гармоник вплоть до полосы пропускания прибора.

Измерение однофазной и трехфазной мощности

Преобразование Блонделя утверждает, что общая мощность измеряется на один ваттметр меньше, чем количество проводов в системе. Таким образом, для однофазной двухпроводной системы потребуется один ваттметр, для однофазной трехпроводной системы потребуется два ваттметра (Рисунок 1), для трехфазной трехпроводной системы потребуется два ваттметра и один трехфазная, четырехпроводная система потребует три ваттметра.

Рисунок 1.Метод двух ваттметров позволяет измерять мощность при прямом подключении к системе 3P3W. Pt = P1 + P2

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

В однофазной двухпроводной системе (рис. 2) напряжение и ток, измеренные ваттметром, равны полной мощности, рассеиваемой нагрузкой.Напряжение измеряется между двумя проводами, а ток измеряется в проводе, подающем питание на нагрузку, часто называемом горячим проводом. Напряжение обычно можно измерить непосредственно анализатором мощности до 1000 В RMS. Более высокие напряжения потребуют использования ТН (трансформатора напряжения) в системе переменного тока для понижения напряжения до уровня, который может быть измерен прибором. Как правило, токи могут быть измерены непосредственно анализатором мощности до 50 А, в зависимости от прибора. Более высокие токи потребуют использования трансформатора тока (трансформатор тока) в системе переменного тока.Существуют разные типы CT. Некоторые размещаются прямо в линию. В других есть окно, через которое проходит токоведущий кабель. Третий вид - зажимной. Для постоянного тока обычно используется шунт. Шунт помещается в линию, и прибор измеряет низкий уровень сигнала в милливольтах.

Рис. 2. Однофазная двухпроводная система использует трансформатор тока и трансформатор напряжения.

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

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

В трехфазной четырехпроводной системе (рис. 4) каждый из трех ваттметров измеряет напряжение от горячего провода до нейтрали, а каждый ваттметр измеряет ток в одном из трех горячих проводов. Полная мощность для трех фаз - это алгебраическая сумма трех измерений ваттметра, поскольку каждый измеритель, по сути, измеряет одну фазу трехфазной системы.Pt = P1 + P2 + P3

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

В трехфазной трехпроводной системе (рис. 5) два ваттметра измеряют фазный ток в любых двух из трех проводов. Каждый ваттметр измеряет линейное напряжение между двумя из трех линий электропитания. В этой конфигурации общая мощность в ваттах точно измеряется алгебраической суммой двух значений ваттметра. Pt = P1 + P2.Это верно, если система сбалансирована или несбалансирована.

Если нагрузка несимметрична, то есть фазные токи разные, общая мощность будет правильной, но общая ВА и коэффициент мощности могут быть ошибочными. Однако анализаторы мощности могут иметь специальную схему подключения 3V3A для обеспечения точных измерений в трехфазных, трехпроводных системах со сбалансированной или несимметричной нагрузкой. Этот метод использует три ваттметра для контроля всех трех фаз. Один ваттметр измеряет напряжение между фазами R и T, второй ваттметр измеряет напряжение между фазами S и T, а третий ваттметр измеряет напряжение между фазами R и S.Фазные токи измеряются каждым ваттметром. Метод двух ваттметров все еще используется для расчета полной мощности. Pt = P1 + P2. Однако общая VA рассчитывается как (√3 / 3) (VA1 + VA2 + VA3). Все три напряжения и тока используются для точных измерений и расчетов несимметричной нагрузки.

Рис. 5. Трехфазная трехпроводная система использует метод трех ваттметров для достижения точных измерений при несимметричной нагрузке.

Измерение коэффициента мощности

Коэффициент мощности необходимо часто измерять, и это значение следует поддерживать как можно ближе к единице (1.0)
В системе электроснабжения нагрузка с низким коэффициентом мощности потребляет больше тока, чем нагрузка с высоким коэффициентом мощности, при том же количестве передаваемой полезной мощности. Более высокие токи увеличивают потери энергии в системе распределения и требуют более крупных проводов и другого оборудования. Из-за затрат на более крупное оборудование и потери энергии электрические компании обычно взимают более высокую плату с промышленных или коммерческих потребителей, демонстрирующих низкий коэффициент мощности.

На рисунке 6 показано текущее запаздывание напряжения на 44.77 °, что дает коэффициент мощности 0,70995. Полная мощность S1 составляла 120,223 ВА. Реальная мощность, или реальная мощность, P1, однако, составляла всего 85,352 Вт.

Рис. 6. Экран анализатора мощности показывает разность фаз между напряжением и током.

Если энергопотребляющие устройства имеют хорошие коэффициенты мощности, то и вся энергосистема тоже будет, и наоборот. Когда коэффициент мощности падает, часто приходится использовать устройства коррекции коэффициента мощности, что требует значительных затрат.Эти устройства обычно представляют собой конденсаторы, поскольку большая часть потребляющих мощность нагрузок является индуктивной.

Ток отстает от напряжения в катушке индуктивности; это известно как запаздывающий коэффициент мощности. Ток приводит к напряжению в конденсаторе; это известно как ведущий коэффициент мощности. Двигатель переменного тока является примером индуктивной нагрузки, а компактная люминесцентная лампа - примером емкостной нагрузки.

Для определения общего коэффициента мощности в трехфазной 4-проводной системе требуются три ваттметра.Каждый измеритель измеряет ватты, а также измерения в вольтах и ​​амперах. Коэффициент мощности рассчитывается путем деления общей мощности каждого счетчика на общее количество вольт-ампер.

В трехфазной трехпроводной системе коэффициент мощности следует измерять с использованием метода трех ваттметров вместо метода двух ваттметров, если нагрузка несимметрична, то есть если фазные токи разные. Поскольку метод двух ваттметров позволяет выполнять измерения только для двух ампер, любые различия в показаниях усилителя на третьей фазе вызовут неточности.

Измерение мощности бытовой техники

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

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

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

Измерение общего энергопотребления и деление на время дает наиболее точные значения как при постоянной, так и при колеблющейся мощности, и это метод, обычно используемый при использовании анализаторов мощности нашей компании.Но для измерения общего энергопотребления требуется более сложный прибор, потому что мощность должна постоянно измеряться и суммироваться.

Инструменты для измерения мощности

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

DSO для анализа мощности используют специальное микропрограммное обеспечение для выполнения точных измерений мощности. Однако они несколько ограничены, поскольку основаны на выборочных данных из оцифрованных форм волн. Их датчики тока и напряжения делают их хорошо подходящими для работы на уровне плат и компонентов, где абсолютная точность не является обязательной, а частота сети относительно высока.

Анализаторы мощности обычно могут измерять до 50 A RMS непосредственно при уровнях напряжения до 1000 V RMS, поэтому большинство тестируемых продуктов можно подключать напрямую.С другой стороны, DSO потребует использования пробников напряжения и тока для измерения мощности.

ТТ

рассчитываются по соотношению входного и выходного тока, например 20: 5. Другими важными параметрами ТТ являются точность, фазовый сдвиг и частотный диапазон для измерения мощности переменного тока. ТН используются для понижения фактического напряжения до уровня, приемлемого для прибора измерения мощности. Например, если тестируемый продукт рассчитан на 480 В переменного тока, а прибор ограничен до 120 В переменного тока, то требуется от 4 до 1 ТН.

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

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

При использовании DSO необходимое оборудование будет включать датчики дифференциального напряжения и датчик тока (рисунок 7). Токовый пробник подключается к одному из основных токоведущих проводов, как показано на рисунке. Часто напряжения компонентов не относятся к уровню земли.Поэтому для изоляции заземления DSO от заземления компонентов требуется датчик дифференциального напряжения. В дополнение к анализатору мощности или DSO, трансформаторам тока и трансформатору тока, если необходимо, другими вспомогательными компонентами для измерения мощности являются зонды, зажимы и провода. Когда все необходимые инструменты и компоненты будут под рукой, следующим шагом будет определение того, какие именно инструменты необходимы и как эти инструменты должны быть подключены к нагрузке.

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

Анализаторы мощности

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

Используя информацию, представленную выше, можно выбрать и подключить правильные инструменты и инструменты для различных приложений измерения мощности. Информация, полученная с помощью этих инструментов, затем может быть использована для оптимизации конструкции, соответствия стандартам и предоставления информации на паспортной табличке.

Цепь аудиоваттметра

или измерителя мощности / уровня звука со схемой

Аудио-ваттметр

Как вы измеряете выходную мощность усилителя? с помощью аудиоваттметра. Название Audio Watt Meter ’- это собирательное название для всех устройств, которые используются для измерения выходной мощности усилителя, поэтому многие виды оборудования подпадают под эту категорию. В этом проекте мы намерены создать простую схему, которая может измерять выходной сигнал любых усилительных устройств.

Описание

Это простой способ измерить выход усилителя.Здесь резистор R2 действует как нагрузка для усилителя, и он должен выдерживать удвоенную максимальную мощность усилителя, который вы собираетесь измерять. Шкала измерителя должна быть откалибрована, и, приложив немного усилий, можно получить хорошие результаты.

Схема аудио ваттметра со списком деталей Схема аудио ваттметра

Облигации
  • Если мост 1A недоступен, сделайте его с четырьмя диодами 1N 4007.
  • Резистор R2 должен быть в два раза больше мощности усилителя, который вы собираетесь измерять.
  • Для калибровки устройства подключите выход усилителя к порту 1. Также подключите вольтметр переменного тока к порту 1.
  • Полностью выключить R1. Это означает полное вращение против часовой стрелки при обычном подключении.
  • Отрегулируйте выход усилителя так, чтобы на вольтметре показывалось среднеквадратичное значение 20 Вольт. Это эквивалент 50 Вт при нагрузке 8 Ом.
  • Отрегулируйте R1 для полного отклонения на измерителе M1. Теперь закрепите стеклоочиститель предустановки R1 с помощью суперклея.
  • Теперь уменьшите напряжение на порте 1, уменьшив выходную мощность тестируемого усилителя в соответствии с таблицей, приведенной ниже, и отметьте показания на шкале измерителя.Устройство готово к измерению.

Стол для калибровки счетчика

У нас есть другие аудиосхемы и измерительные схемы, которые вы, возможно, захотите прочитать; Взгляните:

1. Цепь индикатора отсечения звука

2. Измеритель искажений звука

3. Измеритель уровня звука

4. Схема усилителя звука

5. Схема автомобильного усилителя

3 Простые схемы ваттметра переменного тока

Если вам требуется измерение мощности переменного тока.Использовать его совсем немного, чего не стоит. Когда нужно купить дорогой инструмент. Потому что мало использовать не требует высокой точности. Я хотел бы предложить концепцию схемы ваттметра настолько простой, насколько она была. Я собрал все три схемы следующим образом.

1.) Схема Easy In-Line RF ваттметра

Это небольшая идея схемы Easy In-Line RF ваттметра, она нечувствительна к частоте, поэтому калибровка будет лучше, чем широкий частотный спектр.

Например, весь любительский КВ спектр; Если значения L2,
делителя напряжения на конденсаторах C1 и C2 и сопротивления R1 и R2 выбраны правильно, R1-R2 и C1-R2 должны быть согласованы для наилучшего результата.

Обычно резисторы R1 и R2 должны быть небольшими по сравнению с реактивным сопротивлением L2, чтобы избежать какого-либо важного влияния на ток L2, которое индуцируется током линии передачи, протекающим через L1.

Нижний предел частоты моста определяется отношением R1-R2 / L2,
, и точка отсечки при значении R1-R2 становится большой по отношению к реактивному сопротивлению L2 в этой частотной точке.
Амперметр 100uA - 200uA, ток ограничен R6.
S1 использует для выбора диапазона частоты от низкого до высокого.

2.) Измеритель частоты линии электропередачи

Это измеритель показывает частоту генератора , который имеет напряжение 110-240 В при 10-100 Гц.
Выходные синусоидальные волны преобразуются в прямоугольные с помощью резистора 100 кОм 2 Вт и стабилитрона 6,8 В 1 Вт (1N3829A).
Затем прямоугольная волна преобразуется в 0.Конденсатор 22 мкФ, и ток усредняется диодами 1N4148.

Средний ток прямо пропорционален частоте, поэтому его можно прочитать на амперметре 100 мА (M1).
Для калибровки зарезервируйте схему до 60 Гц. Линия питания и отрегулируйте потенциометр VR1 5K на значение 60 мА.

3.) Простой светодиодный ваттный монитор

Эта схема является принципом разделения напряжения. И тока разделили. Раньше брал светодиодный дисплей до 80 Вт. Работа схемы при протекании тока через сопротивление.Он разделит напряжение в соответствии с каждым диапазоном ватт. Он имеет сопротивление 100 Ом для уменьшения потока перед светодиодом. При этом светодиодный дисплей будет гореть бесконечно долго. В зависимости от количества ватт. Например, 10-ваттные LED1, LED2, LED3 зажгут все. Постарайтесь увидеть, есть ли наблюдение, что даже ватт высокий. Сопротивление разделенному напряжению также дороже. То есть резисторы R1, R4, R7, R9, R11 и R13 определяют площадь в ваттах схемы.

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Измеритель мощности


ватт вверх


Измеритель мощности Watt's Up

A Watt's Up - портативный измеритель силы тока, напряжение и время. По этим измерениям он вычисляет пиковый ток. в амперах, пиковая мощность в ваттах, минимальное напряжение в вольтах, мощность в Ватты, энергия в ватт-часах и заряд в ампер-часах. Для кемпера владелец трейлера это удобное устройство для мгновенного подключения к сети считывание потребление энергии различными приборами и аксессуарами на 12 В или состояние заряда аккумулятора в состоянии покоя.

Особенно полезно Измерьте энергопотребление вашего 12-вольтового холодильника с течением времени, скажем, в течение 24 часов, так как холодильник включается и выключается, чтобы поддерживать установить температуру. Watt's Up также можно использовать для контроля мощность вашей солнечной панели в течение дня.

Измеритель мощности ватта рассчитан на 50 ампер. непрерывно и до 100 ампер в пике при 60 вольт, поэтому хорошо подходит для ряда задач, связанных с автоприцепом и транспортным средством.

вверху слева отображается ампер

наверху правые дисплеи Вольт

внизу слева пять журналов данных

внизу справа отображается Вт

дисплей

После запуска постоянно отображаются три значения отображается на экране с мгновенными показаниями -
Ампер отображается в верхнем левом углу
Вольт отображается в правом верхнем углу
Ватт отображается в правом нижнем углу

нижний левый панели имеет пять журналов данных , показанных последовательно каждые две секунды, которые будут записываться до тех пор, пока Watt's Up не будет удаленный.Они включают Ah, Wh, Ap, Vm и Wp. Эти данные не сохраняются когда Watt's Up отключен от источника питания.
Ач отображает общий заряд в ампер-час, доставлено на нагрузка с момента подачи питания на Watt's Up. Измеряется на сторона нагрузки.
Втч отображает общую энергию, подаваемую на нагрузку, в Вт. часов с момента подачи питания на измеритель мощности ватта. Это измеряется со стороны нагрузки.
Ap отображает пиковый ток ампер как максимальный потребляемый ток сторона нагрузки.
Vm отображает минимальное напряжение или падение напряжения, измеренное на сторона источника.
Wp отображает пиковой ватт как максимальную мощность, потребляемую нагрузкой боковая сторона.

настройка

Мой ватт-метр находится на небольшой коробке с какой-то двусторонний скотч. Размеры коробки jiffy 130 x 68 x 44 мм - Каталожный номер Jaycar HB6013. Затем я установил Anderson & вилка для сигарет Нарва с предохранителем 15А на стороне источника и разъем Андерсона и сигареты на стороне нагрузки поскольку это единственные соединения, которые мы используем.Каждый провод Watt's Up подключается к двум другим проводам, одному от прикуривателя и другому. Андерсон, надежно закрепленный с помощью изолированного винта разъемы. Если мы использовали T-образные вилки или вилки и розетки Hella / Merit I мог бы также включить их в коробку jiffy.

источник электрическая схема нагрузка

Исходный конец идет туда, где мощность есть.Например, в сторону батареи, если вы измеряете аксессуар или к солнечной панели, если вы измеряете вход в аккумулятор. Другими словами, это конец.

Сторона груза идет в сторону аксессуара вы измеряете или к батарее, если вы измеряете солнечную энергию аккумулятор.

Поскольку положительный столб вилки прикуривателя 12volt live, когда Anderson подключен, я нашел среди своих "удобные мелочи, которые могут пригодиться однажды в палатке торцевая крышка полюса, которая идеально подходит.Это спасет внутренний предохранитель. неисправности свечи зажигания, если положительный полюс случайно заземлится.

колпачок для сигарет диаграмма состояния заряда изолированный винтовой соединитель

использует для ватт вверх

Несколько идей использования измерителя мощности ватта вокруг автомобиля и кемпера.

состояние батареи заряд

Состояние ответственности 12-вольтовый аккумулятор кемпера можно измерить, подключив вилку прикуривателя или Андерсона от конца источника ваттметра до аккумулятор и чтение ампер.

Лучшее время для этого - когда аккумулятор находился в состоянии покоя не менее пары часов и более без нагрузки или зарядить. Индикация напряжения покажет процентное соотношение емкость аккумулятора см. в таблице выше.

уровень заряда аккумулятора

генератор заряжать

Вы можете проверить выходная мощность генератора автомобиля в амперах, подключив ватт исходный конец в Андерсон у твоего фаркопа, когда мотор работает.

Подключите его перед запуском автомобиля утром покажет состояние заряда аккумулятора.

заряд генератора

солнечная панель выход

Подключите конец источника Watt's Up к Anderson от солнечная панель, а затем конец нагрузки в Андерсоне к батарее. Вы получите мгновенное считывание того, что производит панель, в амперах, вольтах и ​​ваттах.

В качестве альтернативы вы можете оставить его там, чтобы посмотреть, что итог в конце дня по показаниям пяти журналы данных. Не забудьте записать эти данные, они исчезнут когда измеритель мощности ватт отключен.

солнечный ввод

мощность холодильника потребление

Чтобы лучше понять власть расход нашего холодильника Engel, подключил источник Watt's Up конец к гнездо для сигарет на автофургоне и вилка холодильника в розетку в коробка jiffy.Я сразу вижу, что рисует холодильник. три непрерывных считывания ампер, вольт и ватт.

Если оставить Watt's Up на 24 часа, показать, что холодильник рисует за это время, циклически меняя при определенных условиях через пять журналов данных.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *