Ваттметр на схеме: Измерение мощности тока. Схема включения ваттметра.

Содержание

Измерение мощности. Мощность в цепи постоянного, однофазного и трехфазного тока

Аналогично методу амперметра и вольтметра включение ваттметра возможно двумя способами (рис. 2). Для правильного включения ваттметра один из каждой пары зажимов (последовательной и параллельной цепей) обозначают звездочками и называют генераторным зажимом. Генераторные зажимы подключают к одному полюсу источника. Обе схемы дают погрешности, обусловленные теми же причинами, что и в соответствующих схемах на рис. 1.

Рис. 2. Схемы измерения мощности ваттметром. а – токовая обмотка включена последовательно с нагрузкой; б – обмотка напряжения включена параллельно нагрузке.

Электродинамические ваттметры с несколькими пределами измерения по току и напряжению имеют неименованную шкалу. В этом случае показание прибора умножают на постоянную прибора С, Вт/дел.

C = Uном Iном / am

где Uном, Iном – номинальные значения напряжения и тока для предела, на котором производится измерение; a

m – число делений шкалы.

Мощность однофазного тока можно также измерить косвенным методом по схемам (рис. 3) или ваттметрами электродинамической, ферродинамической и, редко, индукционной систем.

Рис. 3. Схемы измерения мощности однофазного переменного тока. а – амперметр включен последовательно с нагрузкой; б – вольтметр включен параллельно с нагрузкой.

Если нужно знать активную и реактивную мощности, необходимо определить угол j между током и напряжением с помощью фазометра либо воспользоваться схемой на рис. 3. По показаниям вольтметра и амперметра рассчитывают полную мощность

S = UI;

ваттметр измеряет активную мощность

Р = UI cos j = S cos j, откуда

cos j = P/S            и        j = arccos P/S.

Реактивная мощность

Q = UI sin j.

Методические погрешности при этих измерениях такие же, как и в схеме на рис. 1 и 2.

Реактивная мощность может быть замерена также реактивным ваттметром, применяемым, как правило, для лабораторных измерений.

Основные требования к ваттметрам устанавливает ГОСТ.

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. 4. Если нагрузка соединена звездой с недоступной нулевой точкой или треугольником, то можно применить схему с искусственной нулевой точкой (рис. 5). В этом случае сопротивления должны быть равны

R + RА = RB

= RC.

Рис. 4. 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.

Рис. 5. Схема измерения мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром с искусственной нулевой точкой.

Рис. 6. Схема измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром.

Для измерения реактивной мощности токовые концы ваттметра включают в рассечку любой фазы, а концы обмотки напряжения – на две другие фазы (рис. 6). Полная реактивная мощность определяется умножением показания ваттметра на sqrt ( 3 ). (Даже при незначительной асимметрии фаз применение данного метода дает значительную погрешность)

Методом двух приборов можно пользоваться при симметричной и несимметричной нагрузке фаз. Три равноценных варианта включения ваттметров для измерения активной мощности показаны на рис. 7. Активная мощность определяется как сумма показаний ваттметров.

                            

Рис. 7. 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 B и С.

При измерении реактивной мощности можно применять схему рис. 8, 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

Q = sqrt ( 3 ) ( P1 – P2 ).

где P1 и P2 –показания ваттметров.

По этой же формуле можно вычислить реактивную мощность при равномерной загрузке фаз и соединения ваттметров по схеме

Самодельный КСВ/ваттметр по схеме Брюне

Существует несколько схем для измерения КСВ и мощности на КВ. Наиболее популярной является мост Брюне (Bruene bridge) и его модификации. Вы найдете эту схему в большинстве КВ трансиверов, усилителей, антенных тюнеров и КСВ/ваттметров.

Схема описана в статье An Inside Picture of Directional Wattmeters [PDF] за авторством Warren B. Bruene, WØTTK, опубликованной в журнале QST за апрель 1959-го года. В радиолюбительской литературе можно найти много вариаций данной схемы. Мне приглянулась иллюстрация из книги W1FB’s Antenna Notebook:

Схема та же, что в оригинальной статье, но с указанием конкретных номиналов компонентов, способа изготовления устройства и его настройки. T1 представляет собой 35 витков тонкого эмалированного провода на кольце T68-2. В это кольцо продевается отрезок коаксиального кабеля. Оплетка кабеля заземляется с одного конца. Такая конструкция работает, как повышающий трансформатор, где жила кабеля является одном витком первичной обмотки, а 35 витков провода — вторичной обмоткой. Оплетка кабеля тоже является обмоткой трансформатора, но не используется в этой роли. Она нужна для экранирования жилы кабеля, чтобы сигнал не наводился на окружающие компоненты.

Принцип работы схемы доступно объяснен Брюне:

Направленный ответвитель способен измерять либо прямую, либо отраженную часть сигнала, благодаря тому, что в отраженном сигнале напряжение и ток находятся в противофазе, тогда как в прямом сигнале они синфазны. Небольшое напряжение, полученное из тока в линии, складывается с образцом напряжения на линии. Если два образца имеют верное отношение амплитуд, отраженные компоненты гасят друг друга. В итоге сумма соответствует только прямому сигналу. Если же сдвинуть фазу измеряемого тока на 180°, гасить друг друга будут прямые компоненты, а сумма соответствовать отраженному сигналу.

Напряжение на линии измеряется емкостными делителями C1-C3 и C2-C4. Ток берется с T1 и переводится в напряжение с помощью D1-C3 и D2-C4, по тому же принципу, как ранее мы это делали в индикаторе напряженности поля. От того, с какой стороны T1 берется ток, зависит составит сдвиг фазы 0° или 180°. За регулировку амплитуды отвечают С1 и C2.

В моем исполнении устройство получилось таким:

Вид с обратной стороны:

Здесь использована советская измерительная головка М4248 производства 1989-го года на 100 мА. На Avito такие продают по цене ~2$/шт. Диодов 1N914, слюдяных конденсаторов (на схеме S.M. означает silver mica) и катушек индуктивности на 500 мкГн не нашлось. Вместо них использованы диоды 1N4148, керамические NP0 конденсаторы и катушки на 560 мкГн. Подстроечные конденсаторы C1 и C2 были использованы на 2-7 пФ, Murata TZ03Z070E169. Чем меньше минимальная емкость этих конденсаторов, тем лучше. Вместо резисторов на 10 Ом были использованы два резистора 22 Ом 1%, соединенных параллельно. В книге W1FB’s Antenna Notebook сообщается, что резисторы должны быть на 0.5 Вт и подобраны по одинаковому сопротивлению. Брюне пишет, что подойдут резисторы номиналом от 10 до 50 Ом. Цепь должна быть выполнена симметрично, все соединения должны быть как можно короче.

Настройка осуществляется на 14 МГц при мощности 50 Вт. Порядок настройки:

  1. Подключаем трансивер к J1, эквивалент нагрузки к J2;
  2. S1 ставим в положение FWD, R1 выкручиваем в минимальную чувствительность;
  3. Подаем несущую и регулируем R1 так, чтобы измерительная головка показывала полную шкалу. Если чувствительности не хватает, ее следует увеличить, подкрутив C2;
  4. Переключаем S1 в положение REF. Подаем несущую. Подстраиваем С1, чтобы стрелка ушла в ноль;
  5. Меняем трансивер и эквивалент нагрузки местами. Трансивер подключаем к J2, а эквивалент нагрузки к J1;
  6. Переключаем S1 в положение FWD. Подаем несущую. Подстраиваем C2, чтобы стрелка ушла в ноль;
  7. Переключаем S1 в положение REF. Подаем несущую. Подстраиваем C1 так, чтобы измерительная головка показывала полную шкалу;
  8. Повторяем шаги 1-7 до тех пор, пока процесс не сойдется. C1 и С2 не должны нуждаться в настройке ни на одном из шагов;
  9. Примите поздравления, мост сбалансирован!

Проверка осуществляется так:

  1. Подключаем трансивер к J1, эквивалент нагрузки к J2;
  2. Мощность трансивера выставляем в 50 Вт;
  3. Регулируем R1 так, чтобы прибор показывал полную шкалу в положении FWD на 14 МГц;
  4. Меняем диапазоны. Для каждого диапазона прибор должен показывать полную шкалу в положении FWD и ноль в положении REF. Допускается погрешность в ± одно деление. R1 не должен нуждаться в настройке при смене диапазона;
  5. Заменяем эквивалент нагрузки на 25 или 100 Ом. Подаем несущую для каждого из диапазонов. В положении REF прибор должен показывать примерно 1/3 шкалы;
  6. Повторяем шаги 3-5 для мощности 35 Вт и 100 Вт;
  7. Проверка пройдена!

Нагрузка на 25 или 100 Ом соответствует случаю КСВ 2. Спрашивается, почему в этом случае прибор показывает именно 1/3 шкалы? Ответ содержится в статье Брюне. Дело в том, что шкала не линейная, а квадратичная. Если на шкале 100 делений и R1 отрегулирован так, что полная шкала соответствует 50 Вт, отраженные 5 Вт покажут:

>>> from math import sqrt
>>> 100*sqrt(5/50)
31.622776601683793

… примерно 1/3 шкалы. Здесь 5 Вт — это 10% мощности, что по определению:

>>> Pf = 50
>>> Pr = 5
>>> SWR = (1+sqrt(Pr/Pf))/(1-sqrt(Pr/Pf))
>>> SWR
1.924950591148529

… соответствует примерно КСВ 2. Из аналогичных расчетов получаем, что половина шкалы соответствует КСВ 3. Легко запомнить — если в положении REF прибор показывает половину шкалы или меньше, значит можно работать. Имея разборную измерительную головку, можно даже нарисовать шкалу с мощностью и КСВ.

Работа прибора почти не зависит от частоты, что очень хорошо. Но она зависит от мощности. Настроить схему так, чтобы она одинаково хорошо работала от 5 до 100 Вт, не представляется возможным. Брюне поясняет, что причина заключается в нелинейной вольт-амперной характеристике диодов. Это ограничение можно обойти, сделав схему переключаемой, либо применив микроконтроллер с АЦП. Также оно не вызывает проблем, если вы делаете КСВ-метр для трансивера или усилителя на фиксированную мощность.

Дополнение: См также заметки Самодельный КСВ/ваттметр по схеме Стоктона и КСВ/ваттметр по схеме Стоктона на бинокле BN61-202.

Метки: Беспроводная связь, Любительское радио, Электроника.

Ваттметр своими руками цифровой


marazmPRO2 › Блог › Ваттметр 60V 100A из Китая

Речь пойдёт о китайском измерительном устройстве, назвать его ваттметром это не совсем правильно, потому как устройство многофункциональное и замеряет не только ватты, но и амперы, ватт/ч, ампер/ч…Устройство по сути представляет из себя мультиметр который измеряет всё и сразу
, да и помимо измерений делает расчёты потреблённой энергии, может точно рассчитать емкость аккумулятора (как при его зарядке так и при разрядке).

Ваттметр включается в разрыв цепи постоянного тока с напряжением до 60Вольт и способен пропустить через себя огромный ток до 100Ампер (я кратковременно пропускал более 300А но прибор при таком токе отключается), зачастую такой ток не возможно измерить обычным мультиметром (тестером), можно конечно использовать токовые клещи с функцией измерения постоянного тока (у меня есть Mastech MS2108) но тогда точность измерений будет не велика.

Итак, как я сказал включать прибор нужно последовательно в цепь между источником напряжения (тока) и потребителем.

сторона SOURCE

— сторона подключения источника тока (вход) сторона
LOAD
— сторона подключения нагрузки (выход)

Стороны подписаны на самом устройстве, а вот провода никак не отмаркировнны и к тому же имеют не прилично маленькую длину.

Проблему я решил сразу, разобрав корпус и перепаяв провода на более длинные и на концы сделал крокодилы для удобства (фото нет, но всё видно на видео)

В первую очередь применяю я такое устройство для замера ёмкости аккумуляторов. Иногда только так можно определить остаточную ёмкость старого АКБ, и понять сколько он потерял А/ч за срок службы. Так же по показаниям амперметра можно сразу определить заряжается ли АКБ или процесс заряда уже закончен и ток заряда упал до нуля или процесс заряда даже не начат. За время использования прибора было восстановлено пять АКБ и двум был поставлен не утешительный диагноз. Помимо замера ёмкости АКБ я прибором проверяю истинную мощность тех или иных устройств, например тех же китайских ламп или блоков питания…пару раз даже возвращал деньги за св. диодные лампы которые не соответствовали мощности из описания.

Так же устройство имеет функцию фиксации всех максимальных значений, но не имеет функции отключения нагрузки при падении напряжения источника питания. Это было бы удобно при том же разряде АКБ и проверке его на остаточную ёмкость, а так приходится «ловить» нижнее значение напряжение АКБ (обычно 10В) дабы не подвергнуть АКБ глубокому разряду. Так же в устройстве не предусмотрен таймер, поэтому засекать время нужно самому.

Из недостатков могу отметить только короткие провода, которые неудобны для подключения и наверное отсутствие какого либо предохранителя. Дело в том что были случаи когда по неосторожности я замыкал нагрузочные провода тем самым создав КЗ с током под 300А (источник был АКБ на 70А/ч), горели провода и думал что всё хана прибору, но к с частью при устранении КЗ прибор заново загружался и продолжал радовать своей безотказной работой, но всё же иметь какой либо предохранитель не помешало бы.

Как подключить

От правильности подключения ваттметра в конкретной части электроцепи зависит точность полученной информации. Надлежащая схема подключения ваттметра будет выглядеть таким образом: неподвижную катушку ваттметра последовательно соединяют с нагрузкой либо потребителями электричества.

Подвижная катушка подключается с вспомогательным сопротивлением, а после весь участок параллельно подключают к нагрузке. Подвижный участок рассматриваемого приспособления обладает определенным углом поворота.

Так как в схеме применяется добавочное сопротивление, электроцепь приспособления обладает фактически постоянным сопротивлением. Мощность определяется непосредственно по такому показателю.

В таком устройстве равномерным образом наносится шкала измерений, которая изготовлена в 1-стороннем варианте, когда положение делений продолжается от 0 вправо. Когда электрический ток изменит собственное направление, подобное ведет к изменениям в направлении поворота и вращению активной катушки. Когда подсоединение рассматриваемого приспособления произведено неверно и направление тока другое, электроприбор не будет работать.

Вам это будет интересно Проверка сопротивления

Из-за этих факторов нельзя путать зажимы, используемые для подсоединения. Последовательная обмотка обладает зажимом, который подключает к источнику питания. Параллельную электроцепь называют генераторной, обладает собственной клеммой для подключения фрагмента к проводу, который связан с последовательной катушкой.

Важно! При надлежащем подсоединении, токи в катушке ваттметра от генераторного направляются к негенераторному зажиму.


Подсоединение ваттметра

Microchip PIC18F252

Каждый, наверное, когда-нибудь задумывался над вопросом, сколько потребляет тот или иной бытовой электроприбор. Например, сколько энергии потребляет телевизор в дежурном режиме? Как изменяется энергопотребление холодильника в различных режимах работы? Для этих целей вам потребуется ваттметр переменного тока, и в статье мы подробно рассмотрим конструкцию одного из вариантов прибора (Рисунок 1).

Разрабатывать такие приборы для постоянного тока не имеет смысла ввиду того, что в этом случае все очень просто вычисляется с помощью известных законов и математических формул, при этом из измерительных приборов потребуется только амперметр. Для переменного тока все немного сложнее и раньше аналоговые ваттметры для переменного тока, хоть и обеспечивали высокую точность, были сложны в производстве, не говоря уже о цифровых ваттметрах и возможности сборки подобных приборов в домашних условиях. Современные технологии и элементная база позволяют проектировать многофункциональные устройства при минимальных затратах. Дешевые микроконтроллеры (МК) с богатой периферией и мощными вычислительными способностями заметно упрощают создание различных систем автоматизации и управления. Интегрированная прецизионная аналоговая периферия, а в некоторых МК и подсистема цифровой обработки сигналов, дают возможность разрабатывать многофункциональные измерительные приборы.

Цифровой ваттметр, конструкцию которого мы рассмотрим, предназначен для измерения потребляемой мощности устройств, подключенных к сети переменного напряжения 207 – 235 В / 50 Гц. Основным элементом ваттметра является 8-разрядный PIC микроконтроллер компании Microchip серии PIC18F252, который с помощью внешних АЦП выполняет измерение протекающег через нагрузку тока, напряжения на нагрузке, вычисляет действующее значение напряжения (эффективное значение) в сети, действующее значение тока и среднее значение потребляемой мощности. Все указанные параметры отображаются на двухстрочном символьном ЖК индикаторе.

Прибор не имеет отдельного источника питания. Используется встроенный сетевой блок питания, благодаря чему микроконтроллерная часть прибора полностью изолирована от аналоговых узлов, находящихся под напряжением сети.

Лучшие модели

На рынке существует большое количество таких измерительных приборов от европейских и отечественных производителей. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Необходимо детально исследовать наиболее популярные модели.

Вам это будет интересно Работа с токовыми клещами

ROBITON PM-1

Устройство, которое помогает контролировать расходование электрической энергии из электросети 1 потребителем. В нем совмещается в 1 корпусе вилка, розетка, электроблок и монитор, считывающий полученные данные.

Дает возможность вычислять мощность единичной, подсоединенной через устройство, нагрузки. Ваттметр определяет число используемой энергии за конкретный временной период и рассчитывает цену использованного электричества.

Плюсы:

  • компактные размеры, простота, адекватная цена;
  • возможность работы с любыми бытовыми устройства;
  • возможность определения числа энергии, которая потребляется нагревателем.

Минусы:

  • плохо продумано обнуление;
  • работает лишь в тепле.


ROBITON PM-1

HiDANCE 3680W AC Power Meter

Компактное бытовое электронное приспособление с расширенным функционалом. Дает возможность определять силу напряжения переменного тока. Рассчитывается потребляемая мощность и ее коэффициент.

Присутствует функция определения цены используемой энергии. Устройство комфортно во время тестирования быттехники, электроприборов и нагревателей любого типа в целях расчета экономической эффективности.

Плюсы:

  • яркий дизайн, аккуратная сборка цифрового прибора;
  • высокоточные измерения, наглядно отображается результат;
  • большое количество режимов.

Минусы:

  • необходимо снова вводить стоимость после обнуления информации;
  • приваренные штыри увилки.


HiDANCE 3680W AC Power Meter

Espada TSL 1500WB

Легкий для освоения и использования ваттметр, который тестирует быттехнику по уровню потребленной энергии. Крайне комфортен, чтобы проверять потребление электроэнергии в процессе выбора обогревателя. Устройство в кратчайший период времени показывает реальную мощность, траты и цену электроэнергии.

Помогает рассчитывать теплоэффективность и траты на протяжении отопительного сезона. Предусматривается опция введения информации при 2-хтарифном счётчике. Изделие сигнализирует о нештатной ситуации либо превышении силы тока, мощности.

Плюсы:

  • высокоточное изделие, скорость измерений;
  • подсвечивается монитор, большие цифры;
  • расчёт цены электричества.

Минусы:

  • непостоянная подсветка;
  • трудно менять источник питания.


Espada TSL 1500WB

TP-Link HS110

Прибор контролирует и осуществляет замеры на дистанции посредством сети с помощью смартфона либо иного электроприбора. Предусматривается опция автоподключения либо выключения потребителей энергии.

Мониторинг на дистанции потребления электроэнергии дает возможность выбирать надлежащий режим функционирования быттехники либо отопительных систем. Ваттметр помогает выставлять требуемую мощность.

Плюсы:

  • опция контроля на расстоянии;
  • компактные размеры, функционирует с любой бытовой техникой;
  • адекватная стоимость.

Минусы:

  • восприимчивость к качеству сети.


TP-Link HS110

Список использованных компонентов

Обозначение в схемеНаименование, номиналКорпус, примечание
U1, U278L05SOT-89
U3REF03SO-8
U4ACS712-20ASO-8
U5, U10MCP3202-BI/SNSO-8
U6, U7, U8HCPL-0630SO-8
U9PIC18F252-I/SOSO-28
BR1, BR2Диодный мост DF08S800 В / 1 А
TR1Трансформатор HR-E30130512 × 6 В, 1.5 VA
LCD1TC1602DДвухстрочный ЖК индикатор
C1, C18470 мкФ 25 В10 мм × 10 мм
C2, C17100 мкФ 16 В6.3 мм × 5.4 мм
C11, C1222 пФ 50 Вsmd 0805, керамика
C91 нФ 50 Вsmd 0805, керамика
C2, C4, C5, C6, C7, C8,C10, C13, C22, C14, C15, C16, C17, C20100 нФ 50 Вsmd 0805, керамика
C211 мкФ 25 Вsmd 1206, керамика
R160 Омsmd 0805, 1%
R2, R31 МОм
R5, R6, R171 кОм
R1, R14, R15, R18, R1910 кОм
R7, R8, R9, R132.5 кОм
R4, R10, R11, R12330 Ом
D2, D3Красный светодиодsmd 0805
D1Диод Шоттки SS141 А / 40 В, корпус SMA
Y1Кварцевый резонатор 20 МГц
F1Держатель предохранителяДля поверхностного монтажа
J1, J2Винтовой клемник 1×3шаг 5.2 мм
J3Штыревой разъем 1×5шаг 2.5 мм

Печатная плата

Проект печатной платы тоже выполнен в среде SoloPCB. Проектирование прибора в качестве портативного устройства было хорошей идеей, при этом контур печатной платы был спроектирован в Autocad и затем экспортирован в среду SoloPCB (Рисунок 5).

Рисунок 5.Вид проекта печатной платы цифрового ваттметра в среде SoloPCB.

Печатные проводники силовых линий (фаза, нейтраль, заземление), соединяющие входной (AC IN) и выходной (AC OUT) разъемы, сделаны широкими, насколько это возможно, все блокировочные конденсаторы расположены как можно ближе к микросхемам. Шины аналоговой (AGND) и цифровой «земли» (DGND) выполнены отдельными. Все компоненты расположены на верхнем слое.

Примечание:

При проектировании схемы и печатной платы в среде SoloPCB некоторые элементы, которые отсутствовали в библиотеках, были созданы вручную. Библиотека этих элементов входит в состав архива с проектными файлами, который вы сможете скачать в секции загрузок.

Программа микроконтроллера

Как мы заметили выше, микроконтроллер считывает значения напряжения и тока каждую 1 мс и накапливает 40 измерений каждого параметра, что соответствует двум периодам для частоты 50 Гц. Затем выполняется вычисление действующих значений и потребляемой мощности. Период 1 мс генерируется с помощью встроенного таймера Timer A, работающего в 16-битном режиме с выработкой сигнала прерывания по переполнению.

После получения всех выборок выполняется вычисление действующих (среднеквадратичных) значений напряжения и тока по формуле:

Следует заметить, что полученные выборки содержат также фазовое соотношение между напряжением и током. Таким образом, активная мощность переменного тока, которая вычисляется по формуле (V×I×cosθ), может быть получена вычислением средней мощности с использованием следующей формулы:

Все вычисленные значения отображаются на экране ЖК индикатора. Для работы с индикатором применяется библиотека lcd.h для компилятора CCS C.

Рисунок 6.Измерение потребляемой мощности паяльной станции с помощью цифрового ваттметра.

Рисунок 7.Измерение потребляемой мощности 2 кВт водонагревателя.

Типы ваттметров

Измерению мощности предшествует измерение силы тока и напряжения исследуемого участка цепи.

В зависимости способов измерения, преобразования данных и показа итоговой информации, ваттметры делятся на аналоговые и цифровые.

Аналоговые ваттметры бывают показывающие и самопишущие и отражают активную мощность участка цепи. Табло показывающего прибора имеет полукруглую шкалу и поворачивающуюся стрелку. Деления шкалы отградуированы в соответствии с определенными величинами мощности, измеряемой в ваттах (Вт).

Цифровые ваттметры измеряют как активную, так и реактивную мощность. Кроме того, на дисплей прибора могут выводиться (кроме показания мощности) также и сила тока, напряжение, и расход энергии по времени. Данные измерений можно вывести удаленно на компьютер оператора.

Видео о ваттметре из Китая:

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.

4.2. Измерение мощности

Мощность измеряют различными способами.

Мощность в электрических цепях постоянного и однофазного переменного тока, измеряют в основном ваттметрами электродинамической системы. На рис. 4.4 приведены схемы включения ваттметра для измерения мощности, потребляемой сопротивлением нагрузки RНАГ в цепях постоянного и однофазного переменного тока.

В цепях напряжения включено добавочное сопротивление RД. Начало токовой обмотки напряжения, так же как и в последующих схемах, показано, соответственно, левой и верхней точками на обмотках ваттметра W; перемена полярности одной из обмоток приведет к отклонению стрелки ваттметра в обратную сторону. Если включить ваттметр в цепь постоянного тока (рис. 4.4, схема а), то он учтёт потребляемую электроприемниками мощность и потери в токовой обмотке ваттметра. Мощность Р определяют по формуле

P=IU’=I(U+IRт)=IU+I2RT=Pпp+Pт,

где I и U — соответственно, ток  и напряжение на нагрузке; U’ — напряжение питания; Rт — сопротивление токовой обмотки ваттметра; Рпр и Рт — соответственно, потребляемая приемниками мощность и потери мощности в токовой обмотке.

При включении (рис. 4.4, схема б) по схеме ваттметра учитываются дополнительные потери в обмотке напряжения Рн:

P=U(I+Iн)=UI+UIн=Pнр+Pн.

Таким образом, систематической погрешности, возникающей в следствии того, что цепи тока и напряжения измерительного механизма должны включаться также, как и приборы для измерения тока и напряжения избежать не удается. Если ожидаются значительные колебания мощности за счёт колебаний тока, то предпочтительней будет схема а. При включении ваттметра (рис. 4.4, схема в) на добавочном сопротивлении Rд окажется почти полное напряжение источника, на которое не может быть рассчитана изоляция подвижной катушки. Кроме того, появляется дополнительная погрешность за счет электростатического взаимодействия обмоток. Такую схему не следует применять.

Показания ваттметра, включенного в цепь переменного тока, пропорциональны произведению подведенного к нему напряжения U, тока в токовой обмотке I и cosφ:

Р = с·U·I·cosφ, где с — цена деления ваттметра.

При определенном положении переключателей пределов по току и напряжению цена деления составит

с = (UПРIПР)/ПР, Вт/дел,

где UПР и IПР — верхние пределы ваттметра, ПР — количество делений шкалы ваттметра.

При определении мощности косвенным методом в цепи постоянного тока измеряют ток и напряжение, а в цепи переменного тока (дополнительно, с помощью фазометра), коэффициент мощности cosφ.

Для расширения пределов измерения по току и напряжению применяют шунты, добавочные сопротивления и измерительные трансформаторы (рис. 4.5). Цену деления ватт-метра при пользовании измерительными трансформаторами определяют по уравнению:

СИЗМ= СКIHКUH, Вт/дел.

На сверхвысоких частотах (СВЧ) способы измерения мощности, рассмотренные выше очень трудно реализуемы, поэтому применяются другие способы измерения мощности. Несмотря на кажущееся разнообразие, все они сводятся к преобразованию энергии электромагнитных колебаний в другой вид энергии, более применяемый для измерения (тепловую, механическую и другие) с последующим вторичным преобразованием в электрический сигнал. Измерение производится в основном цифровыми приборами.

При измерении активной мощности в трёхфазных цепях (три фазовых провода и один нулевой — четырех проводная сеть) используют три однофазных ваттметра, включенных в отдельные фазы; измеряемую мощность определяют как сумму мощностей всех фаз. В, этом случае не следует пользоваться ваттметром, включенным в одну из фаз, так как велика вероятность неравномерности нагрузки, и погрешность измерения может оказаться значительно больше допустимой.

В трехфазных цепях без нулевого провода возникает затруднение с подключением цепи напряжения ваттметра, потому что в цепи имеется линейное напряжение. Однако при симметричной, нагрузке можно измерить мощность одним ваттметром. Для этого в месте измерения создается искусственная нулевая точка. Сопротивления всех фаз, образующие звезду, должны быть равными. Мощность в этом случае равна утроенному показанию ваттметра.

В несимметричных трехфазных трехпроводных цепях мощность можно измерить так же, как и в четырехпроводных цепях, т.е. как сумму трех мощностей. Здесь также необходима искусственная нулевая точка, однако ее можно очень просто создать соединением в звезду трех (одинаковых!) цепей напряжения ваттметров.

Более универсальным и точным методом измерения трехфазной мощности является метод двух ваттметров или так называемая схема Арона (рис. 4.6).

Токовые обмотки ваттметров включены на линии А, В; обмотки по напряжению на АС и ВС (рис. 4.6, а).

Токовые обмотки ваттметров включены на линии А, С; обмотки по напряжению — на АВ и СВ (рис. 4.6, б).

Токовые обмотки ваттметров включены в линии В, С; обмотки по напряжению – на ВА и СА (рис. 4.6, в).

Построим векторную диаграмму (рис. 4.7) для схемы Арона (рис. 4.6, схема б).

Мощность определяют по сумме показаний ваттметров

P=P1+P2=UавIаcosψ1+UсвIсcosψ2.

В зависимости от характера нагрузки один из углов (ψ1 или ψ2) может стать больше 90°. В этом случае один из ваттметров будет показывать отклонение в противоположную сторону. Чтобы получить отсчет, надо изменить направление тока в одной из обмоток этого ваттметра. Показания берут со знаком минус, т.е. общая мощность равна алгебраической сумме показаний. В частном случае, когда система симметрична, ψ1=30+φ, ψ2=30-φ и общую мощность находят по формуле

P=P1+P2=UавIаcos(30+φ)+UсвIсcos(30-φ)=UлIл2cos30cosφ= UлIлcosφ.

Даже при полной симметрии показания ваттметров не равны и зависят от величины и знака угла φ. При значении φ, равном 0-60 показания обоих положительны; при φ=60 показания первого ваттметра Р1=0; при φ>60 оба покажут отрицательные значения.

При измерении реактивной мощности однофазные реактивные ваттметры применяют для лабораторных измерений и поверки индукционных счетчиков. В отличии от обыкновенного ваттметра реактивный имеет усложненную схему параллельной цепи, в которую включают реактивное сопротивление для получения сдвига по фазе на 90° между током и напряжением. Тогда угол отклонения подвижной части будет пропорционален реактивной мощности. При измерении реактивной мощности в трехфазных цепях нет необходимости получать сдвиг по фазе на 90°, так как при переходе от схемы звезды к схеме треугольника всегда имеется напряжение, которое пропорционально измеряемому и сдвинуто по фазе на 90°. В соответствии с этим, например в несимметрично нагруженной трех- и четырехфазной сети, реактивную мощность Q определяют по схеме трех активных ваттметров, включенных по напряжению на «чужие» фазы (рис. 4.8).

Тогда реактивная мощность Q = (P1+P2+P3)/

При равномерной нагрузке можно ограничиться одним из ваттметров. Тогда Q =·Р1. В трехфазной сети с равномерной нагрузкой (рис. 4.6, любая схема), реактивную мощность Q определяют по формуле

Q =·(P1-P2).

Реактивную мощность в трехфазной сети с равномерной и неравномерной загрузкой фаз Q находят по схеме с искусственной нулевой точкой (рис. 4.9):

Q = ·(P1+ Р2).

Сопротивление, включенное на свободную фазу (R), подбирают так, чтобы оно вместе с обмотками напряжения ваттметров образовало симметричную звезду, а к ваттметрам были подведены фазовые напряжения:

R=Rw1=Rw2.

Для определении реактивной мощности указанными выше методами необходимо знать порядок чередования фаз сети. Если он окажется обратным, показания ваттметров во многих случаях будут отрицательными.

4.1. Измерение тока и напряжения< Предыдущая   Следующая >4.3. Измерение энергии

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.

Измерение мощности | Пусконаладочные работы при монтаже электроустановок | Архивы

Страница 22 из 56

§ 22. Измерение мощности переменного тока
Электрическая мощность — один из важнейших режимных параметров, характеризующий расход электроэнергии за единицу времени. В цепях постоянного тока мощность зависит от силы тока, протекающего по нагрузке, и напряжения, приложенного к последней, и связана с ними простым соотношением P—U1. Поскольку имеется определенная зависимость между силой тока и напряжением (закон Ома), мощность, рассеиваемую на активном сопротивлении г, можно определить по формулам: Р—Рг, или Р=—, где Р — электрическая мощность, 1 —  сила- тока, U — напряжение.
Очевидно, для измерения мощности в цепях постоянного тока можно обойтись без специальных электроизмерительных приборов (ваттметров), зная указанные соотношения. Единицей мощности служит 1 Вт, т. е. мощность, потребляемая нагрузкой при силе тока 1 А и напряжении на ней 1 В. Более крупными единицами являются киловатт (кВт) и мегаватт (МВт): 1 МВт= 1000 кВт= 1 000 000 Вт.
В цепях переменного тока такие соотношения применяют только для нагрузок с чисто активным сопротивлением (лампы накаливания, печи сопротивления, электронагревательные бытовые приборы), а при наличии в электрических цепях индуктивных и емкостных сопротивлений приходится учитывать и фазовый сдвиг между током и напряжением, выражаемый через коэффициент мощности (cos<jp). При этом различают мощности: активную Р, за счет которой совершается работа, связанная с преобразованием электрической энергии в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую и др.), реактивную (безваттную) Q, идущую на создание магнитного поля в цепях с индуктивностью (в электродвигателях, трансформаторах, воздушных линиях электропередачи, реакторах и др.), или электрического поля в цепях, обладающих электрической емкостью (кабельных и воздушных линиях электропередачи, конденсаторах и др.), полную (кажущуюся)
В цепях однофазного переменного тока, зная напряжение U, приложенное к нагрузке, силу тока /, протекающую по ней, и > гол 9 сдвига по фазе между напряжением U и силой тока /, активную, реактивную и полную мощности можно определить по формулам:
причем активную мощность, как и в цепях постоянного тока, измеряют в ваттах, киловаттах и мегаваттах; полную мощность в вольт-амперах (В-А), киловольт-амперах (кВ-А) и мегавольт-амперах (MB-А), реактивную мощность в варах, киловарах и мегаварах.
Активное сопротивление в цепях переменного тока соответствует сопротивлению в цепях постоянного тока, но по величине может оказаться больше или меньше сопротивления постоянному току, определяемому для проводников электрического тока.
Это объясняется поверхностным эффектом, заключающимся в вытеснении переменного тока от центра проводника к его поверхности, в связи с чем как бы уменьшается эффективное сечение проводника, и дополнительными потерями в диэлектрике (диэлектрический гистерезис), стальных проводах, магнитопроводах и магнитопроводящих материалах, окружающих проводники с током (магнитный гистерезис) и, наконец, с вихревыми токами, возникающими в массивных электропроводящих конструкциях, окружающих проводник с током.
ной нагрузке фаз Pt=P2=P3 мощность связана с линейным напряжением U, линейным током / и коэффициентом мощности cos ф следующим соотношением, например для активной мощности: Р— =|ЛзС/ cos ф. Кроме того, если известна мощность одной фазы, например активная мощность Рл первой фазы, мощность трехфазного тока Р будет равна утроенному значению мощности одной фазы Я=ЗЯ1.
При пусконаладочных работах применяют как непосредственный, так и косвенный методы измерения мощности. При непосредственном измерении мощности пользуются ваттметрами, а при косвенном сначала измеряют другие величины, а затем, используя известные зависимости между этими величинами и мощностью, определяют мощность.
Для непосредственного измерения мощности обычно применяют переносные однофазные и реже трехфазные ваттметры активной мощности. При подборе ваттметра и сборке измерительной схемы необходимо учитывать соотношение между сопротивлением нагрузки и внутренним сопротивлением обмоток ваттметра (токовой и напряжения). Если сопротивление нагрузки г„ соизмеримо с сопротивлением токовой цепи ваттметра или меньше ее, ваттметр следует включать по схеме (рис. 94, а). Когда сопротивление нагрузки соизмеримо с сопротивлением цепи напряжения ваттметра или больше ее, ваттметр следует включать по схеме (рис. 94, б).
Более точные результаты можно получить, учитывая мощность, потребляемую самим ваттметром. Для этого при включении ваттметра по схеме (рис. 94, а), зная сопротивление ги цепи напряжения ваттметра и измерив напряжение U„, приложенное к нагрузке, из показаний ваттметра надо вычесть мощность, потребляемую его цепью напряжения Ри, определив ее по формуле   или замерив
ги тем же прибором при отключенной нагрузке.

Рис. 94. Схемы включения ваттметра: а и б — принципиальные, в—монтажная
В)
При включении ваттметра по схеме (рис. 94, б), зная сопротивление его токовой цепи г/ и измерив силу тока /и, протекающего по нагрузке, из показаний ваттметра следует вычесть мощность Pi —Prj, потребляемую его токовой цепью.
При включении ваттметра в контролируемую цепь необходимо учитывать полярность его выводов (начала токовой обмотки и обмотки напряжения). Они обычно обозначаются звездочками. На рис. 94, в показано правильное включение ваттметра при непосредственном включении его в проверяемую цепь, а на рис. 95 — правильное включение ваттметра через измерительные трансформаторы. При правильном включении ваттметра, если мощность положительна, т. е. направлена от источника питания к нагрузке, стрелка прибора отклонится вправо, если мощность отрицательна, т. е. направлена в сторону источника питания, стрелка прибора отклонится влево.

Рис. 95. Включение ваттметров через измерительные трансформаторы:
а — через трансформаторы тока, 6 — через трансформаторы тока и напряжения
Поэтому, чтобы произвести отсчет показаний ваттметра, приходится менять местами провода, подходящие к его обмотке напряжения, а если ваттметр снабжен переключателем полярности, достаточно переключить последний в другое фиксированное положение. Обычно эти положения отмечены знаками «+» и «—». После этого стрелка ваттметра отклонится вправо, можно будет снять его показания, но записывать их следует уже со знаком «—».
Например, ваттметр для измерения мощности, протекающей по линии, был включен по схеме (рис. 96, а) и стрелка прибора ушла влево. Для снятия показаний переключили провода, подходящие к его цепи напряжения, как показано на рис. 96, б. Стрелка прибора после этого отклонилась вправо и установилась против деления 800. Однако поскольку полярность прибора мы изменили, следует записать результат измерения со знаком «—», т. е. Р=—800 Вт. Кроме того, промышленность выпускает ваттметры (обычно щитовые) не только с нулем в начале шкалы, но и посередине.

Рис. 96. Переключение цепей напряжения ваттметра для отсчета показаний
Такие ваттметры обычно устанавливают на щитах управления для измерения мощности на линиях передачи, чтобы оперативный (дежурный) персонал мог сразу определить не только величину, но и направление мощности (от шин в линию или из линии на шины подстанции).
Переносные ваттметры активной мощности обычно градуируют при коэффициенте мощности, равном единице. Предел измерения по мощности при этом равен произведению номинальных значений тока и напряжения. Например, если номинальный ток ваттметра 5 А, а номинальное напряжение 300 В, предел измерения его по мощности будет 300×5=1500 Вт. Если шкала прибора разбита на сто делений, каждое деление ваттметра (цена деления) будет соответствовать 15 Вт. Если, например, стрелка прибора остановилась против 40-го деления, то мощность, показываемая ваттметром, будет равна 15 x 40 = 600 Вт. Малокосинусные ваттметры градуируют при коэффициенте мощности, отличном от единицы. Цена деления и коэффициент мощности, при котором производилась градуировка, указываются заводом-изготовителем на шкале прибора и в его паспорте.
Косвенными методами измерения пользуются для определения полкой (кажущейся) мощности S, измеряя силу тока и напряжение, реактивной мощности, измеряя активную мощность, силу тока и напряжение после подсчета полной мощности или подсчитывая непосредственно но формуле Q=y U2P — Р2. Измерив силу тока /, напряжение U и коэффициент мощности cos ф, можно определить косвенным методом и активную мощность Р. Однако к косвенному измерению активной мощности прибегают очень редко.
Следует иметь в виду, что применение косвенных методов измерения, когда приходится пользоваться несколькими приборами, приводит к усложнению процесса измерения и увеличению его погрешности, поскольку она принимается равной сумме погрешностей всех приборов, используемых для измерения.
Коэффициент мощности при проведении пусконаладочных работ, например при определении загрузки электродвигателей, чаще измеряют косвенным методом по формуле, однако в ряде случаев применяют и метод непосредственного измерения, используя переносные фазометры.
Косвенный метод измерения мощности применяют также, когда требуется определить среднее значение мощности за длительный период времени, пользуясь счетчиками (активным для определения активной мощности и реактивным для определения реактивной мощности). Для этого разность показаний счетчика на начало и конец периода, для которого требуется определить среднюю мощность, следует разделить на длительность этого периода.
В трехпроводной сети трехфазного тока мощность измеряют обычно двумя однофазными ваттметрами или одним двухэлементным ваттметром трехфазного тока. При измерении активной мощности ваттметры включают по схеме (рис. 97). При этом, если Р, — показание первого ваттметра W1, а Р2— второго ваттметра W2, то мощность Р трехфазного тока определяется как алгебраическая сумма показаний обоих ваттметров: Р=Р1+Р2.
Показания ваттметров записывают со знаком «+», если включение их точно соответствует приведенной схеме с учетом полярности выводов и при соответствующем положении переключателя полярности. При равномерной нагрузке фаз можно установить зависимость показаний ваттметров от коэффициента мощности (рис. 98, а). Если cosφ=l, оба ваттметра всегда показывают значения, одинаковые по знаку и величине (РХ=Р2). При cosφ=0,5 показание одного ваттметра равно нулю (при индуктивной нагрузке Р1=0, при емкостной нагрузке Рг=0). При cos φ<; 0,5 показание одного ваттметра отрицательно (Р, при индуктивной нагрузке, а Р2 при емкостной нагрузке), а другого — положительно (при индуктивной нагрузке Р2, при емкостной — Рг).

Рис. 97. Схема измерения мощности двумя ваттметрами
Эта зависимость показаний ваттметров от коэффициента мощности позволяет одними и теми же ваттметрами активной мощности пользоваться не только для измерения активной мощности в трехфазной сети, но и для определения реактивной мощности Q, тангенса угла tgφ и коэффициента мощности cos φ:

Рис. 98. Зависимость показаний ваттметров от коэффициента мощности (а) и график для определения коэффициента мощности по отношению показаний двух ваттметров (б)


Рис. 99. Включение ваттметра для измерения мощности в трехфазной сети: о —активной, б —реактивной
Коэффициент мощности можно определить по отношению Pt/P2, пользуясь графиком, показанным на рис. 98, б.
В симметричной трехфазной сети при равномерной нагрузке одним ваттметром можно измерять активную мощность по схеме, показанной на рис. 99, а, и реактивную мощность по схеме, прицеленной на рис. 99, б. Если показания ваттметра будут Рь то при измерении по схеме (рис. 99, а) активная мощность трех фаз Р=ЪР\, а при измерении по схеме (рис. 99, б) реактивная мощность трех фаз Q=~\I3 Рь

Рис. 100. Включение ваттметров для измерения мощности в четырехпроводной сети


Рис. 101. Включение ваттметра для измерения мощности в четырехпроводной сети при равномерном распределении нагрузки между фазами
Показания ваттметров при измерении мощности в трехпроводной сети переменного тока Р\—40 делений, Р2—100 делений, вся шкала каждого прибора разбита на 150 делений, номинальные напряжение и сила тока приборов равны соответственно 300 В и 5 А.

Какие электроизмерительные приборы применяют при пусконаладочных работах для измерения силы тока, напряжения и мощности?
Выберите вольтметр и предел измерения для измерения напряжений на нагрузке сопротивлением 30 000 Ом, подключенной к источнику постоянного тока напряжением 220 В через добавочное сопротивление 100 000 Ом.
Начертите схему компенсационного метода измерения напряжения и объясните его сущность.
Какие меры следует предусмотреть при измерении напряжения в низкоомных цепях?
Выберите амперметр для измерения силы тока в нагрузке сопротивлением 15 Ом, питающейся от источника постоянного тока напряжением 2,5 В.
Какие методы и устройства применяют при пусконаладочных работах и я измерения силы тока в контролируемых цепях без их разрыва? Как   работает испытательный блок?
Как определить мощность в цепи постоянного тока по результатам измерения силы тока и напряжения?
Как правильно включить ваттметр однофазного тока при измерении мощности в контролируемой цепи?
Какая мощность в проверяемой цепи (измерение производилось по методу двух ваттметров)?
Как измерить полную мощность однофазного тока, пользуясь амперметром и вольтметром?

Измерение мощности в однофазной цепи с помощью ваттметра

Измерение мощности в однофазной цепи с помощью ваттметра:

Ваттметры обычно используются для измерения мощности в цепях. Ваттметр в основном состоит из двух катушек, одна катушка называется токовой катушкой, а другая — катушкой давления или напряжения. Схематическое изображение ваттметра, подключенного для измерения мощности в однофазной цепи, показано на рис. 9.42.

Катушка, представленная с меньшим количеством витков между M и L, является токовой катушкой, которая переносит ток в нагрузке и имеет очень низкий импеданс.Катушка с большим количеством витков между общей клеммой (comn) и V — это катушка давления, которая подключена к нагрузке и имеет высокое сопротивление.

Напряжение нагрузки подается на катушку давления. Клемма M обозначает сторону сети, L обозначает сторону нагрузки, общий обозначает общую точку катушки тока и катушки давления, а V обозначает вторую клемму катушки давления, обычно выбираемую в соответствии с диапазоном напряжения нагрузки в цепи. Из рисунка видно, что ваттметр имеет четыре вывода, два для катушки тока и два для катушки потенциала.Когда ток течет через две катушки, они создают магнитные поля в космосе.

Электромагнитный момент создается взаимодействием двух магнитных полей. Под действием крутящего момента одна из катушек (которая подвижна) перемещается по калиброванной шкале против действия пружины. Мгновенный крутящий момент, создаваемый электромагнитным воздействием, пропорционален произведению мгновенных значений токов в двух катушках. Небольшой ток в катушке давления равен входному напряжению, деленному на полное сопротивление катушки давления.Инерция движущейся системы не позволяет ей отслеживать мгновенные колебания крутящего момента.

Таким образом, отклонение ваттметра пропорционально средней мощности (VI cos Φ), подаваемой в цепь. Иногда ваттметр, подключенный к цепи для измерения мощности, дает показания в меньшем масштабе или отклонение назад. Это связано с неправильным подключением катушки тока и катушки давления.

Для увеличения значения шкалы клемма, обозначенная как «Comn» катушки давления, подключается к одной из клемм катушки тока в однофазной цепи, как показано на рис.9,43. Обратите внимание, что соединение между клеммой катушки тока и клеммой катушки давления не является внутренним, а должно выполняться извне. Даже при правильном подключении иногда ваттметр будет давать пониженные показания всякий раз, когда фазовый угол между напряжением на катушке давления и током, протекающим через катушку источника тока, превышает 90 °. В таком случае подключение катушки тока или катушки давления необходимо поменять местами.

▷ Как работает ваттметр? (назад к основам)

Вы знаете, как работает ваттметр? Если нет, не волнуйтесь, потому что наш преданный член Насир решил посвятить эту новую часть своей серии руководств по измерительным приборам ваттметру.

Вы по-прежнему можете присылать нам свои статьи по почте для публикации в блоге!

Первый вопрос, который приходит в голову перед тем, как приступить к работе ваттметра, — это «для чего он используется?». Как видно из названия, ваттметр используется для измерения полной мощности в любой цепи.

Мы знаем, что единицей мощности являются ватты, поэтому, как и для многих других инструментов, мы можем легко узнать, откуда произошло название этого инструмента. Проще говоря, ваттметр используется для измерения ватт в цепи.

Конструкция ваттметра

Внутренняя конструкция ваттметра такова, что он состоит из двух столбцов. Одна из катушек включена последовательно, а другая — параллельно. Катушка, подключенная последовательно к цепи, называется токовой катушкой, а катушка, подключенная параллельно цепи, называется катушкой напряжения.

Эти катушки названы в соответствии с соглашением, потому что ток цепи проходит через катушку тока, а напряжение падает на катушке потенциала, также называемой катушкой напряжения.

Стрелка, которая должна двигаться по отмеченной шкале, чтобы указать количество энергии, также присоединена к катушке потенциала. Причина этого в том, что потенциальная катушка может двигаться, в то время как токовая катушка остается неподвижной.

Механическая конструкция ваттметра показана на рисунке ниже.

Работа ваттметра

Когда ток проходит через токовую катушку, он создает вокруг катушки электромагнитное поле.Сила этого электромагнитного поля прямо пропорциональна величине тока, проходящего через него.

В случае постоянного тока, ток также находится в фазе с генерируемым им электромагнитным полем. Напряжение падает на катушке потенциала, и в результате этого полного процесса стрелка перемещается по шкале. Отклонение стрелки таково, что оно соответствует произведению проходящего тока на падение напряжения, то есть P = VI.

Это был случай питания постоянного тока.Мы знаем, что мощность переменного тока определяется формулой P = VIcosθ, и мы знаем, что этот коэффициент cosθ возникает из-за того, что ток и напряжение не совпадают по фазе.

Но здесь возникает вопрос: как ваттметр будет измерять мощность переменного тока и этот коэффициент мощности? Таким образом, ваттметр просто измеряет среднюю мощность в случае, если требуется питание переменного тока.

Принцип измерения ваттметра показан на рисунке ниже:

Применение ваттметра

    1. Как и другие измерительные приборы, ваттметры также широко используются для измерения и отладки электрических цепей.
    2. Они также используются в промышленности для проверки номинальной мощности и потребления электроприборов.
    3. Электромагнитные ваттметры используются для измерения частот электросети.
    4. Они используются с холодильниками, электронагревателями и другим оборудованием для измерения номинальной мощности.

Это все о ваттметрах. Для чего они используются, какова их механическая конструкция и как они работают. Очевидно, что они чрезвычайно важны и широко используются в отраслях, связанных с электричеством, и, как и другие измерительные устройства, довольно просты в использовании и точны.

В следующем уроке Насир расскажет об еще одном очень важном измерительном устройстве. Вы можете угадать, какой именно?

404: Не найдено | Огайо Семитроникс

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

ISO 9001: 2015 NIST 800-171

Powerwerx Watt Meter, Встроенный анализатор мощности постоянного тока, 45 А непрерывного действия, 12 манометров, соединители Powerpole

Введение

Этот простой в использовании измеритель идеально подходит для мониторинга восьми электрических параметров, которые необходимы для безопасности и производительности электроэнергии: ампер, вольт, ватт , Ампер-часы, ватт-часы, пиковые значения, минимальное напряжение (провисание) и пиковые ватты.Благодаря емкости до 60 вольт и 100 ампер, высококонтрастному дисплею с синей подсветкой и функции автоматического сброса вы наверняка найдете множество отличных применений для этого ваттметра и анализатора мощности.

Меры предосторожности

Электрические системы большой мощности представляют множество опасностей. Пользователь обязан ознакомиться с этими опасностями и предпринять любые действия, необходимые для обеспечения безопасного использования. Короткое замыкание аккумулятора или зарядного устройства может иметь серьезные последствия, включая взрыв, пожар, повреждение оборудования или травмы.Превышение номинальных характеристик или короткое замыкание ваттметра приведет к его повреждению и аннулированию гарантии.

Первоначальная настройка и подключение

Красный провод источника идет к положительному (+) полюсу источника или аккумулятора. Черный провод источника (-) идет к отрицательной клемме. Соблюдайте осторожность при подключении, чтобы убедиться, что все соединения надежны, используйте провода подходящего размера для работы с более высокими значениями ампер / тока. Этот ваттметр доступен либо с предварительно установленными разъемами Powerpole, либо с оголенными концами проводов для установки разъемов вашего собственного типа.

Экран дисплея ваттметра

Стартовый экран
Каждый раз при подаче питания на ваттметр (или вспомогательный разъем питания) на короткое время отображается стартовый экран. Затем параметры ампер-часов, ватт-часов, пиковых ампер, минимального напряжения и пиковой мощности сбрасываются на ноль.

Параметры дисплея
Экран дисплея будет непрерывно измерять и отображать амперы, вольт и ватты. Все остальные значения отображаются последовательно каждую секунду.В нижнем левом положении дисплея значения данных идентифицируются по их единицам измерения (Ah, Wh, Ap, Vm, Wp).

Ампер (ток) и пиковый ток (А, АП)
Можно измерить только ток от источника к нагрузке. Подача тока в обратном направлении вызовет повреждение измерителя. Отображаемое значение в амперах (A) показывает средний ток за последнее обновление экрана. Значение пикового тока (Ap) отображает максимальный ток, потребляемый с момента последнего запуска измерителя. Также могут быть зафиксированы скачки или пиковые значения силы тока, длящиеся доли секунды.

Напряжение и минимальное напряжение (В, Вм)
Отображаемое значение напряжения (В) представляет собой среднее напряжение с момента последнего обновления экрана. Отображаемое значение минимального напряжения (Вм) — это минимальное напряжение или «провисание», измеренное на стороне источника с момента последнего запуска измерителя.

Ватт-часов (энергия) (Втч)
Отображаемое значение — это общая энергия, выданная в ватт-часах с момента последнего запуска счетчика. Для получения наиболее точных результатов он измеряется со стороны нагрузки.

Ампер-часы (Заряд) (Ач)
Отображаемое значение представляет собой общий заряд, произведенный в Ампер-часах с момента последнего запуска измерителя. Для получения наиболее точных результатов он измеряется со стороны нагрузки.

Ватт (мощность) и пиковая мощность (Вт, Вт)
Отображаемое значение в ваттах (Вт) представляет собой среднее значение ватт (ампер * вольт) с момента последнего обновления экрана. Отображаемое значение пиковой мощности (Wp) — это максимальная мощность, измеренная с момента последнего запуска измерителя.

Вспомогательный соединительный кабель питания

При подключении ваттметра напрямую к батарее или источнику питания измерителю требуется минимум 5 В для питания самого себя.Однако, если вы используете дополнительный вспомогательный разъем питания, измеритель может питаться от вспомогательного источника и измерять полный диапазон от 0 до 60 В. Еще одним преимуществом дополнительного вспомогательного разъема питания является то, что он питает измеритель от вспомогательного источника. Обычный источник для загрузки измерений становится более точным, поскольку измерения не включают небольшое количество энергии, необходимое для работы измерителя. Используются только 2 из 3 проводов на разъеме вспомогательного питания. Обратитесь к черному корпусу ваттметра за индикаторами (+) и (-), показывающими, как запитать ваттметр с помощью вспомогательного входа.

Примеры схем подключения

Типичное испытание под нагрузкой
На следующей схеме показано наиболее распространенное использование ваттметра, подключение источника постоянного тока, такого как батарея, солнечная панель или источник питания (5-60 В), к любой нагрузке постоянного тока.

Тестирование под нагрузкой ниже 5 В
На следующей схеме показано использование вспомогательного разъема питания, который обеспечивает внешнее питание измерителя и позволяет измерять напряжение до 0 В. Эта конфигурация также обеспечивает повышенную точность и меньшие потери, поскольку мощность, потребляемая измерителем, не учитывается в измерениях.

Зарядка аккумулятора
На следующей диаграмме показано, как аккумулятор необходимо переместить в сторону нагрузки, чтобы измерить заряд аккумулятора, когда мощность течет от зарядного устройства (источника) к аккумулятору (нагрузке).

Технические характеристики

  • Амперы: 45 А непрерывно, 100 А пиковые, разрешение 0,01 А от 1 ~ 100
  • Напряжение: 0 ~ 60 В, разрешение 0,01 В (от 5 до 60 В без дополнительного вспомогательного разъема питания)
  • Тип провода: Провод 12 калибра
  • Вт: 0 ~ 7800 Вт, 0.Разрешение 1 Вт
  • Ампер-часы: 0 ~ 65 Ач, 0,001 Ач разрешение
  • Ватт-часы: 0 ~ 6554 Втч, разрешение 0,1 Втч
  • Дисплей: Высококонтрастный ЖК-дисплей с синей подсветкой
  • Размер : 3,3 x 1,7 x 1,0 дюйма (85 x 42 x 24 мм)
  • Вес: 0,18 фунта (82 г)
  • Гарантия: Ограниченная гарантия на 1 год

Трехфазное измерение мощности с использованием метода одного ваттметра

Ваттметр — это прибор, используемый для измерения электрической мощности, подаваемой в цепь.Он состоит из катушки напряжения, подключенной к нагрузке, и катушки тока, подключенной последовательно с нагрузкой. Таким образом, отклонение стрелки пропорционально магнитному полю, создаваемому двумя катушками, которое является не чем иным, как мощностью.


Ваттметр может напрямую измерять мощность в однофазных цепях. Но для измерения трехфазной мощности используется один или несколько ваттметров. Для измерения мощности в трехфазных цепях доступны следующие различные методы:
  • Метод одного ваттметра
  • Метод двух ваттметров
  • Метод трех ваттметров

В этой статье мы рассмотрим измерение мощности методом одного ваттметра. .


Метод измерения мощности одним ваттметром:

Этот метод используется только для сбалансированной нагрузки. Когда 3-фазная система подключена к сбалансированной 3-фазной нагрузке, тогда полная потребляемая мощность нагрузки может быть определена с помощью одного ваттметра, расположение которого показано ниже.

Катушка тока ваттметра подключена последовательно к любой из линий и, следовательно, пропускает полный ток линии. Катушка напряжения подключена таким образом, что один конец к линии, в которой размещена катушка тока, другой конец подключен к оставшимся двум линиям через переключатель SPDT, и, следовательно, линейное напряжение будет подаваться на него.

Здесь переключатель SPDT используется для изменения соединения катушки напряжения между двумя фазами. Следовательно, сумма показаний ваттметра при двух различных положениях переключателя даст общую мощность, потребляемую нагрузкой. Пусть фазные напряжения фаз R, Y и B равны V R , V Y и V B соответственно, фазные / линейные токи фаз R, Y и B равны I R , I Y и I B соответственно.

Поскольку система является симметричной, полное сопротивление фаз должно быть одинаковым.Векторная диаграмма сбалансированной трехфазной системы показана ниже. Когда переключатель SPDT находится в положении 1, показания ваттметра показывают:

W 1 = V RY I R cos (30 ° + φ )

= √3VI cos (30 ° + φ )

Когда переключатель SPDT переведен в положение 2, показания ваттметра показывают:

W 2 = V RB I R cos ( 30 ° — φ )

= √3VI cos (30 ° — φ )

Полная мощность i.е., сумма показаний двух ваттметров составляет,

Измерение коэффициента мощности методом одного ваттметра:

Вычитая W
1 из W 2 , мы получаем, Разделив уравнения 2 и 1, мы получаем, Следовательно, коэффициент мощности, Измерение мощности в трехфазной системе с использованием одного ваттметра может быть выполнено только при сбалансированной нагрузке. Любое незначительное изменение нагрузки на любой фазе вызывает значительную ошибку в показаниях. Однако для измерения трехфазной мощности при несимметричной нагрузке используется метод двух или трех ваттметров.

Экономия в реальном времени с помощью Sense Power Meter

Один из самых мощных инструментов в приложении Sense также является одной из первых функций, которые вы можете использовать после настройки монитора, и он может помочь вам сразу же начать экономить энергию!

Первое, с чем вы столкнетесь, когда начнете изучать приложение Sense, вероятно, будет измеритель мощности. Это график вашего потребления энергии, который обновляется в режиме реального времени, давая вам посекундное представление о том, как энергия используется в вашем доме.Темно-оранжевая линия, пересекающая экран, отображает общее потребление энергии вашим домом, а светло-оранжевая линия обозначает производство солнечной энергии, если у вас установлена ​​эта опция. В этом видео мы подробно рассмотрим, как это работает (и как можно сэкономить). Не забудьте прочитать еще больше информации.

Определите энергетических кабанов

Чтобы получить представление о том, что в настоящее время использует электричество (и сколько оно потребляет), прогуляйтесь по дому и исследуйте ситуацию.Если вы включите или выключите свет, вы должны увидеть, как график немного подскакивает или опускается (возможно, больше, если у вас есть лампы накаливания). Нагрейте чашку кофе в микроволновой печи, и вы увидите, как она включается, а мощность меняется в зависимости от цикла. Алгоритмы машинного обучения Sense используют эти типы шаблонов для обнаружения отдельных устройств в вашем доме.

Некоторые устройства в вашем доме постоянно используют электричество. Эти устройства составляют вашу постоянную нагрузку, которая рассчитывается в среднем за 48 часов.А пока вы можете выполнить некоторую детективную работу, чтобы выяснить, какие устройства могут способствовать вашему Always On, используя измеритель мощности. Попробуйте найти наиболее распространенных виновников, например принтеры, видеорегистраторы и телевизоры. Хотя они могут быть выключены, возможно, они все еще потребляют энергию в режиме ожидания, поэтому при открытом индикаторе мощности попробуйте отключить их от сети и посмотреть, что произойдет. Вы не увидите, как всплывающее окно «Всегда включен» сразу уменьшится (потому что оно усреднено за 24 часа), но вы заметите разницу в показаниях измерителя мощности.Теперь вы можете начать принимать меры по устранению утечки энергии из этих вампирских нагрузок и перестать тратить ее впустую!

Что такое измеритель мощности?

Специалисты по обработке данных

Sense используют подробное представление измерителя мощности, чтобы понять уникальную сигнатуру каждого устройства и построить модели для их обнаружения. Вы заметите, что форма линейного графика сильно отличается, когда устройство включается или выключается, по сравнению с тем, когда оно постоянно работает в течение определенного периода времени. Алгоритмы обнаружения устройств Sense не только анализируют количество энергии, потребляемой устройством, они также смотрят на «форму» устройства на измерителе мощности, чтобы идентифицировать его, а также на изменения фазы и частоты между током и напряжением.Хотя эти сигнатуры довольно легко увидеть на измерителе мощности, алгоритмы должны учитывать все возможные вариации, например, какое другое устройство может быть включено, или какой «шум» необходимо устранить, чтобы идентифицировать электрическую сигнатуру. последовательно и в режиме реального времени. Вот почему Sense необходимо просмотреть лотов данных в контексте, прежде чем обнаруживать устройство.

Электрическая подпись холодильника.

Если вы видите, что график меняется, пока вы или ваша семья не включаете и не выключаете устройства, найдите время, чтобы изучить, что может действовать автономно.Это обогреватель с таймером, срабатывающий насос или прожектор, обнаруживающий движение? Знакомство с устройствами в вашем доме даст вам преимущество, если одно из них начнет выходить из строя или что-то не так с вашим потреблением энергии. Например, один пользователь Sense заметил, что его морозильная камера для хранения не работает, когда она начала потреблять значительно больше электроэнергии, чем обычно. Обнаружив эту проблему до того, как она вообще выйдет из строя, он смог проявить инициативу и предотвратить порчу большого количества продуктов.

Отслеживание солнечной энергии в реальном времени

Если у вас установлен Solar, вы увидите второй график, наложенный на ваше энергопотребление. Желтый график отображает мощность, вырабатываемую солнечными панелями, также в режиме реального времени. На самом деле нет способа включать и выключать солнце, но если вы заметите облако, проходящее над вашим домом, вы сможете увидеть небольшое падение солнечного излучения. В дни с полной облачностью следите за происходящим, и вы увидите значительно меньше продукции. Однако, если вы заметили острую неработоспособность в солнечный день, возможно, проблема связана с вашими инверторами или чем-то, закрывающим ваши панели.Sense разрабатывает ряд алгоритмов обнаружения неисправностей, чтобы помочь автоматически идентифицировать эти типы отказов инвертора и другие аномалии.

Использование измерителя мощности в веб-приложении

Для получения более подробной информации вы можете проверить измеритель мощности с помощью нашего веб-приложения. Вы можете вывести те же данные с высоким разрешением на большой экран и отслеживать потребление энергии в реальном времени со своего компьютера. Есть даже несколько удобных предустановок для переключения между месяцами, неделями и днями, и вы можете использовать функцию прокрутки на своей мыши или трекпаде, чтобы полностью увеличить масштаб до второго уровня для сверхдетального просмотра.

Приборы на измерителе мощности

Через несколько дней с Sense вы можете просматривать свои исторические данные, проводя пальцем вправо, зажимая пальцы и масштабируя, чтобы вернуться во времени. Вы также можете заметить некоторые закономерности в использовании энергии, как и все устройства, которые вы используете, когда просыпаетесь утром. После того, как обнаруженным устройствам присвоено имя, вы должны увидеть, что они помечены пиками энергопотребления, чтобы указать, что они включены. Лента под графиком регистрирует, когда устройства включаются или выключаются; Например, если вы видите, что Coffee Pot включен в 8:37, вы также увидите увеличение на графике в это время.

Теперь, когда вы являетесь экспертом в использовании измерителя мощности, ознакомьтесь с некоторыми другими функциями, которые вы можете использовать, чтобы узнать больше об использовании электроэнергии в вашем доме. Настройте свою платежную информацию, чтобы видеть затраты на потребление энергии в режиме реального времени, начать снижать нагрузку на Always On или узнать, как Sense может интегрироваться с остальной частью вашего умного дома за счет интеграции с умными розетками, голосовыми помощниками, умными лампочками и более.

Не забудьте проверить Sense Saves, чтобы узнать, как реальные клиенты Sense используют Power Meter для экономии.

Трехфазный ваттметр — работа, устройство и схема

В этом разделе вы изучаете трехфазный ваттметр — работа, конструкция и схема.

Трехфазный ваттметр представляет собой динамометрический тип и состоит из двух отдельных ваттметров, установленных вместе в одном корпусе. Есть две катушки тока (CC) и две катушки давления (PC). Обе подвижные катушки (ПК) жестко соединены в осевом направлении стержнем из изоляционного материала. «CC вместе с ПК» известен как «один элемент», поэтому трехфазный ваттметр имеет два элемента.Подключение двух элементов трехфазного ваттметра аналогично тому, как в «методе двух ваттметров», используемом для измерения трехфазной мощности. Отклоняющий момент на CC каждого элемента пропорционален измеряемой мощности. Следовательно, общий отклоняющий момент на обоих элементах будет пропорционален сумме двух мощностей. См. Рис. 1.

Рис. 1. Трехфазный ваттметр

Отклоняющий момент на первом элементе.

T d1 ∝ P 1

Отклоняющий момент на втором элементе.

T d2 ∝ P 2

, где P 1 и P 2 степени.

Таким образом, общий отклоняющий момент

T d1 + T d2 = T d1 ∝ (P 1 + P 2 ) ∝ P

, где P — суммарная мощность .

Для того, чтобы трехфазный ваттметр считывал правильно, между двумя элементами не должно быть взаимных помех. Для этого между двумя элементами может быть помещена пластина из никелевого железа в качестве магнитного экрана или две движущиеся катушки могут быть установлены под прямым углом.Однако сопротивление r можно использовать для регулировки от ошибок, вызванных взаимными помехами. См. Рис. 1.

Рис. 2. Подключение трехфазного ваттметра.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *