Мощността обикновено се измерва с помощта на ватметър на електродинамична система, в която има две намотки - неподвижна и подвижна.

Движеща се намотка, изработена от много тънък проводник, има практически чисто съпротивление и се нарича паралелна намотка. Той е свързан паралелно с част от веригата, като волтметър. Закрепена здраво към стрелката (показателя), тя може да се върти в магнитното поле, създадено от неподвижната намотка.

Фиксирана намотка, изработена от доста дебела тел, има много малко активно съпротивление и се нарича последователна намотка. Той е свързан към веригата последователно, като амперметър.

На електрическа схемаВатметърът е изобразен, както е показано на фиг. 3.22. Една двойка краища (обикновено хоризонтални на фигурата) принадлежи към последователната намотка, другата двойка краища (вертикални на фигурата) принадлежи към паралелната намотка. В краищата на едноименните скоби за навиване (например в началото на намотките) е обичайно да се поставят точки.

Въртящият момент на ватметъра и следователно неговите показания са пропорционални на реалната част от произведението на комплексното напрежение върху паралелната намотка на ватметъра и спрегнатия комплекс на тока, протичащ в края на последователната (токова) намотка на ватметър и оборудван с точка:

Напрежението на паралелната намотка се приема равно на потенциалната разлика между нейния край, който има точка (точка а), и нейния край, който няма точка (точка). Предполага се, че токът протича в края на последователната намотка, който има точка.

Цената на делението на един ватметър се определя като частното от произведението на номиналното напрежение и номиналния ток (посочен на предната страна на уреда), разделено на броя деления на скалата.

Пример 41. Номиналното напрежение на ватметъра е 120 V. Номиналният ток е 5 A. Скалата има 150 деления. Определете стойността на делението на ватметъра.

Решение. Делението на цената на ватметъра е равно на

За директно измерване на мощността на веригата постоянен токизползва се ватметър. Фиксирана серийна намотка или токова намотка на ватметър е свързана последователно с приемниците. електрическа енергия. Подвижна паралелна или напреженова намотка, свързана последователно с допълнително съпротивление, образува паралелна верига на ватметъра, която е свързана паралелно с енергийните приемници.

Ъгъл на въртене на подвижната част на ватметъра:

α = k2IIu = k2U/Ru

където I - сериен ток на намотка; I и - токът на паралелната намотка на ватметъра.

Ориз. 1. Схема на устройството и връзките на ватметъра

Тъй като в резултат на прилагането на допълнително съпротивление, паралелната верига на ватметъра има практически постоянно съпротивление ru , тогава α = (k2/Ru)IU = k2IU = k3P

По този начин, чрез ъгъла на въртене на подвижната част на ватметъра, може да се прецени мощността на веригата.

Скалата на ватметъра е еднаква. При работа с ватметър трябва да се има предвид, че промяната в посоката на тока в една от намотките води до промяна в посоката на въртящия момент и посоката на въртене на движещата се намотка и тъй като скалата на ватметърът обикновено се прави едностранен, т.е. деленията на скалата са разположени от нула надясно, тогава ако посоката на тока в една от бобините е невъзможна за определяне на измерената стойност с помощта на ватметър.

Поради тези причини винаги трябва да се прави разлика между клещите на ватметъра. Клемата на серийната намотка, свързана към източника на захранване, се нарича клема на генератора и е отбелязана на инструментите и диаграмите със звездичка. Клема на разклонена верига, прикрепена към проводник, свързан към последователна бобина, се нарича също клема на генератор и е маркирана със звездичка.

По този начин, с правилната схема на превключване на ватметъра, токовете в намотките на ватметъра се насочват от генераторните клеми към негенераторните. Може да има две схеми за включване на ватметъра (виж фиг. 2 и фиг. 3).

Ориз. 2. Правилна схемавключване на ватметъра

Ориз. 3. Правилната схема за включване на ватметъра

В диаграмата, дадена на фиг. 2, токът на последователната намотка на ватметъра е равен на тока на енергийните приемници, чиято мощност се измерва, а паралелната верига на ватметъра е под напрежение U "по-голямо от напрежението на приемниците с размера на спада на напрежението в серийната намотка. Следователно Pv \u003d IU" \u003d I (U + U1 ) = IU = IU1, т.е. мощността, измерена от ватметъра, е равна на мощността на енергийните приемници, които трябва да бъдат измерени, и мощността на серията намотка на ватметъра.

В диаграмата, дадена на фиг. 3, напрежението в паралелната верига на ватметъра е равно на напрежението на приемниците, а токът в последователната намотка е по-голям от тока, консумиран от приемника, с количеството ток в паралелната верига на ватметъра. Следователно P в \u003d U (I + Iu) \u003d UI + UIu, т.е. мощността, измерена от ватметъра, е равна на мощността на енергийните приемници, които трябва да бъдат измерени, и мощността на паралелната верига на ватметъра.

За измервания, при които мощността на намотките на ватметъра може да бъде пренебрегната, за предпочитане е да се използва схемата, показана на фиг. 2, тъй като обикновено мощността на последователната намотка е по-малка от тази на паралелната намотка и следователно показанията на ватметъра ще бъдат по-точни.

За точни измервания е необходимо да се въведат корекции в показанията на ватметъра поради мощността на неговата намотка и в такива случаи може да се препоръча схемата на фиг. 3, тъй като корекцията лесно се изчислява по формулата U 2 / Ru, където Ru обикновено е известно и корекцията остава непроменена при различни стойноститок, ако U е постоянно.

Когато включите ватметъра според схемата на фиг. 2, потенциалите на краищата на намотките се различават само по количеството на спада на напрежението в движещата се намотка, тъй като клемите на генератора на намотките са свързани заедно. Спадът на напрежението в движещата се бобина е незначителен в сравнение с напрежението в паралелната верига, тъй като съпротивлението на тази намотка е незначително в сравнение със съпротивлението на паралелната верига.

Ориз. 4. Неправилна схема на превключване на ватметъра

На фиг. 4 показва неправилна схема за свързване на паралелна верига на ватметър. Тук клемите на генератора на намотките са свързани чрез допълнително съпротивление, в резултат на което потенциалната разлика между краищата на намотките е равна на напрежението на веригата (понякога много значително 240 - 600 V), и тъй като фиксираните и движещите се бобини са в непосредствена близост една до друга, благоприятни условия за разрушаване на изолацията на бобината. Освен това ще се наблюдава електростатично взаимодействие между намотки с много различни потенциали, което може да причини допълнителна грешка при измерване на мощността в електрическа верига.

Ако товарният ток е по-голям допустим токватметър, тогава токовата намотка на ватметъра се включва чрез измервателен токов трансформатор (фиг. 1, а).

Ориз. 1. Схеми за включване на ватметър във верига променлив токс голям ток (а) и в мрежа с високо напрежение (б).

При избора на токов трансформатор е необходимо да се гарантира, че номиналният първичен ток на трансформатора I 1i е равен или по-голям от измерения ток в мрежата.

Например, ако стойността на тока в товара достигне 20 A, тогава можете да вземете токов трансформатор, проектиран за първичен номинален ток от 20 A с номинален коефициент на трансформация на тока Kn1 = I 1i / I 2i = 20/5 = 4.

Ако в този случай напрежението в измервателната верига е по-малко от позволеното от ватметъра, тогава бобината на напрежението се свързва директно към напрежението на товара. Началото на напреженовата намотка с джъмпер / се свързва с началото на токовата намотка. Също така е необходимо да инсталирате джъмпер 2 (началото на намотката е свързано към мрежата). Краят на бобината на напрежението е свързан към друг мрежов терминал.

За да се определи действителната мощност в измерената верига, е необходимо да се умножи показанието на ватметъра по номиналния коефициент на трансформация на токовия трансформатор: P = Pw x Kn 1 = Pw x 4

Ако токът в мрежата може да надвишава 20 A, тогава трябва да изберете токов трансформатор с първичен номинален ток 50 A, докато Kn 1 = 50/5 = 10.

В този случай, за да се определи стойността на мощността, показанията на ватметъра трябва да се умножат по 10.

От израза за мощността на постоянен ток P = IU се вижда, че тя може да се измери с амперметър и волтметър по индиректен метод. В този случай обаче е необходимо да се извършват едновременни отчитания на два инструмента и изчисления, които усложняват измерванията и намаляват тяхната точност.

За измерване на мощността в вериги с постоянен и еднофазен променлив ток се използват устройства, наречени ватметри, за които се използват електродинамични и феродинамични измервателни механизми.

Електродинамичните ватметри се произвеждат под формата на преносими инструменти с високи класове на точност (0,1 - 0,5) и се използват за точни измервания на постоянен и променлив ток при промишлени и повишени честоти (до 5000 Hz). Феродинамичните ватметри най-често се срещат под формата на панелни инструменти с относително нисък клас на точност (1,5 - 2,5).

Такива ватметри се използват главно на променлив ток с индустриална честота. При постоянен ток те имат значителна грешка поради хистерезиса на сърцевините.

За измерване на мощността вкл високи честотисе използват термоелектрически и електронни ватметри, които представляват магнитоелектрически измервателен механизъм, снабден с преобразувател на активна мощност към постоянен ток. В преобразувателя на мощността се извършва операцията за умножение ui = p и се получава изходен сигнал в зависимост от произведението ui, т.е. от мощността.

На фиг. 2а показва възможността за използване на електродинамичен измервателен механизъм за изграждане на ватметър и измерване на мощността.

Ориз. 2. Схема на включване на ватметъра (а) и векторна диаграма (б)

Фиксираната намотка 1, свързана последователно към веригата на товара, се нарича последователна верига на ватметъра, подвижната намотка 2 (с допълнителен резистор), свързана паралелно на товара, се нарича паралелна верига.

За DC ватметър:

Помислете за работата на електродинамичен ватметър на променлив ток. Векторна диаграма фиг. 2b е построен за индуктивен характертовари. Текущият вектор Iu на паралелната верига изостава от вектора U с ъгъл γ поради известна индуктивност на движещата се намотка.

От този израз следва, че ватметърът измерва правилно мощността само в два случая: при γ = 0 и γ = φ.

Условието γ = 0 може да бъде постигнато чрез създаване на резонанс на напрежение в паралелна верига, например чрез включване на кондензатор C с подходящ капацитет, както е показано с пунктираната линия на фиг. 1, а. Резонансът на напрежението обаче ще бъде само при определена специфична честота. При промяна на честотата се нарушава условието γ = 0. Когато γ не е равно на 0, ватметърът измерва мощността с грешка βy, която се нарича ъглова грешка.

При малка стойност на ъгъла γ (γ обикновено не е повече от 40 - 50 "), относителната грешка

При ъгли φ близки до 90° ъгловата грешка може да достигне големи стойности.

Втората, специфична грешка на ватметрите е грешката, дължаща се на консумацията на енергия от неговите намотки.

При измерване на мощността, консумирана от товара, са възможни две схеми за включване на ватметъра, които се различават по включването на неговата паралелна верига (фиг. 3).

Ориз. 3. Схеми за включване на паралелна намотка на ватметър

Ако не вземем предвид фазовите отмествания между токовете и напреженията в намотките и считаме товара H за чисто активен, грешките β(a) и β(b), дължащи се на консумацията на енергия на намотките на ватметъра, за вериги на фиг. 3, а и б:

където Pi и Pu са съответно мощността, консумирана от последователните и паралелните вериги на ватметъра.

От формулите за β(a) и β(b) се вижда, че грешките могат да имат забележими стойности само при измерване на мощността във вериги с ниска мощност, т.е. когато Pi и Pu са съизмерими с Рn.

Ако промените знака само на един от токовете, тогава посоката на отклонение на движещата се част на ватметъра ще се промени.

Ватметърът има два чифта клещи (серийни и паралелни вериги), като в зависимост от включването им във веригата посоката на отклонение на стрелката може да е различна. За да включите правилно ватметъра, една от всяка двойка клещи е маркирана с "*" (звездичка) и се нарича "генераторна клема".

Тестови въпроси:

1. Каква енергия измерва ватметърът на електродинамична система?

2. Стойността на натоварването влияе ли на превключващата верига на ватметъра?

3. Как да разширим границите на измерване на ватметъра при променлив ток?

4. Как да се определи мощността в DC веригата чрез измерване на тока и напрежението?

5. Как да включите правилно ватметъра монофазен токпри измерване на мощност в контролирана верига?

6. Как да измерите привидната мощност на еднофазен ток с помощта на амперметър и волтметър?

7. Как да се определи реактивната мощност на веригата?

Едно от свойствата, които характеризират състоянието на електрическата верига, е мощността. Това свойство отразява стойността на работата, извършена от електрически ток за определено време. Мощността на оборудването, включено в електрическата верига, не трябва да надвишава мощността на мрежата. В противен случай оборудването може да се повреди, да възникне късо съединение или пожар.

Измервания на мощността електрически токпроизведени от специални устройства - ватметри. При постоянен ток мощността се изчислява, като се умножи напрежението по тока (имате нужда от амперметър и волтметър). Във верига с променлив ток всичко се случва по различен начин, ще ви трябва измервателни уреди. Ватметър се използва за измерване на режима на работа на електрическото оборудване, за отчитане на потреблението на електроенергия.

Обхват на използване

Основната област на използване на ватметри е индустриите в електроенергетиката, машиностроенето и ремонта на електрически устройства. Ватметрите също често се използват в ежедневието. Те се купуват от специалисти по електроника, компютърна техника, радиолюбители - за изчисляване на спестяванията от потреблението на електрическа енергия.

Ватметрите се използват за:

Изчисления на мощността на устройството.
Провеждане на тестове електрически вериги, някои от разделите им.
Извършване на изпитвания на електрически инсталации, като показатели.
Проверка на работата на електрическото оборудване.
Отчитане на потреблението на електроенергия.

Разновидности

Първо се измерва напрежението, след това токът и след това мощността се измерва въз основа на тези данни. Според метода на измерване, преобразуване на параметрите и издаване на резултата, ватметрите се разделят на цифрови и аналогови типове.

Дигиталенватметри измерват. Екранът също така показва напрежение, ток, консумация на електроенергия за определен период от време. Параметрите за измерване се показват на компютъра.

аналоговверсията на ватметъра е разделена на самозаписващи и показващи устройства. Те определят активната мощност на секцията на веригата. Екранът на ватметъра е оборудван със скала и стрелка. Скалата е калибрирана за деления и стойности на мощността във ватове.

Конструктивни характеристики и принцип на работа

Аналоговите видове ватметри са широко разпространени, точни измервания и са устройства на електродинамичната система.

Принципът на тяхното действие се основава на взаимодействието между две бобини. Едната намотка е фиксирана, с дебела намотка, малък брой навивки и малко съпротивление. Свързва се последователно с консуматора. Втората намотка се движи. Намотката му се състои от тънък проводник със значителен брой завъртания, съпротивлението му е високо. Свързва се паралелно с консуматора, снабден с допълнително съпротивление за избягване късо съединениенамотки.

Когато устройството е свързано към мрежата, в намотките има магнитни полета, чието взаимодействие образува момент на въртене, който отклонява движещата се намотка с прикрепена стрелка към изчисления ъгъл. Стойността на ъгъла зависи от произведението на напрежението и тока в определен момент от времето.

Основният принцип на работа на цифров тип ватметър е предварителното измерване на напрежение и ток. За тези цели те се свързват: в последователна верига към потребителя на товара - датчик за ток, в паралелна верига - датчик за напрежение. Тези сензори обикновено се изработват от термистори, термодвойки, измервателни трансформатори.

Моментните параметри на измереното напрежение и ток, през преобразувателя, се подават към вътрешния микропроцесор. Изчислява мощността. Резултатът от информацията се показва на екрана, а също така се предава на външни устройства.

Устройства от електродинамичен тип, които имат широко приложение, подходящ за AC и DC. Ватметрите от индуктивен тип се използват само за променлив ток.

Обмислете някои опции за устройства (ватметри) от различни версии и различни производители.

Домакински уреди произведени в Китай

Ръководството описва всички режими на работа на това устройство, технически характеристики.

Всъщност това е уред, който измерва мощността на различни електрически консуматори. Как работи той? Поставете го в контакта, а в контакта на този уред вкарайте щепсела на консуматора, чиято мощност искате да измерите. С този уред ще измерите мощността на който и да е консуматор за определено време и след това с него дори можете да изчислите например колко пари харчи вашият хладилник или друг уред за ток.

Устройството е с вградена батерия. Необходимо е да запомните мощността, която сте измерили, след което ще я използвате за изчисляване на цената. Предният панел на устройството има пет бутона: превключване на режими, показалец на цената, превключвател нагоре-надолу, бутон за нулиране, ако устройството е хванало някакъв проблем. На гърба на кутията са характеристиките на устройството:

Работно напрежение 230 волта.
Честота 50 херца.
Максимален ток 16 ампера.
Диапазонът на измерваната мощност е 0-3600 вата.

Помислете за работата на устройството. Вкарваме го в гнездото.

Нека включим настолната LED лампа.

Веднага на дисплея започва времето, през което се измерва мощността на консуматора, в случая лампата. 0,4 вата е мощността на изключената лампа. Включваме лампата, в режим на работа тя консумира 10,3 вата. Не сме посочили цената на киловат, така че там има нули.

Нашата лампа може да променя силата на светлината. Когато светлината на лампата се увеличава, отчитаната мощност се увеличава. Когато вторият режим е включен, времето за работа също се показва в горната част, във второто поле, киловатчаса, тъй като устройството все още не е работило дори един час, се показват нули. Долната част показва броя на дните, през които този консуматор е бил измерен.

В следващия режим второто поле показва напрежението на мрежата, долното показва честотата на тока. Часът се показва в горната част на дисплея във всички режими. При преминаване към следващ режим текущата сила се показва в центъра. В долната част е показан параметър на определен фактор, за който все още няма данни, тъй като производителят на устройството е китайски.

Петият режим показва минималната мощност. В шести режим - максимална мощност.

Ще бъде интересно да се видят показанията на тези режими, когато компютърът работи. Например в режим на заспиване, с нормално отворен работен плот или при стартиране на мощна игра.

В следния режим задайте цената на електроенергията с бутоните за настройка, за да изчислите цената на потреблението на енергия. Така можете да измервате и изчислявате консумацията на всеки ваш домакински уред и устройство и ще знаете кои устройства са ви икономични и кои консумират твърде много електроенергия.

Такова устройство има ниска цена, около 14 долара. Това е малка цена, която трябва да платите, за да оптимизирате разходите си чрез изчисляване на консумацията на енергия на вашите устройства.

Многофункционален цифров ватметър SM 3010

Уредът се използва за измерване на напрежение, честота, мощност, постоянен и променлив ток с една фаза. Освен това е проектиран да контролира такива устройства с по-малка точност.

Диапазонът на измерване на тока е 0,002 - 10 ампера.

Измервания на напрежение:

Постоянно от 1 до 1000 волта.
Променлива от 1 до 700 волта.
Честотата се измерва в диапазона 40-5000 херца.

Грешка в измерването

Ток, напрежение, постоянен ток + 0,1%.
Ток, напрежение, променлив ток + 0,1% в честотния диапазон 40-1500 херца.
Относителна грешка при измерване на честотата в диапазона 40-5000 херца + 0,003%.

Размери на корпуса на уреда 225 х 100 х 205 мм. Тегло 1 кг. Консумирана мощност под 5 вата.

Уред за измерване на процесора 8506 – 120

Служи за измерване на мощността на активна и реактивна 3-фазна AC мрежа, показва текущата стойност на параметъра на мощността на индикатора, преобразува го в аналогов сигнал.

Направените измервания се показват под формата на числа на индикаторите в единици стойности, които влизат в устройството, или на входа на токов или напреженов трансформатор. В този случай се взема предвид коефициентът на трансформация. Цифровият дисплей е разделен на четири цифри.

Предназначение на устройството - за измерване на активна и реактивна мощност в трифазни електрически мрежи с честота 50 херца.

Технически подробности

Фактор на мощността - 1.
Размери на касата 120 х 120 х 150 мм.
Височината на цифрите на дисплея е 20 мм.
Най-големият интервал на четене е 9999.
Степен на точност: 0,5.
Време за преобразуване: по-малко от 0,5 s.
Работна температура: от +5 до + 40 градуса.
Клас на защита на корпуса и панела: IP 40.
Консумирана мощност: 5 вата.
Тегло под 1,2 кг.

Наличието на две намотки в едно електродинамично устройство и възможността за включването им в две различни вериги прави възможно използването на тези устройства за измерване на мощността на електрически ток, т.е. като ватметри.

От израза за ъгъла на въртене на подвижната система на електродинамичното устройство (2.12) следва, че ако неподвижната намотка е свързана последователно с товара z (фиг. 2-12), а допълнителното съпротивление Yad е свързано последователно с движещата се намотка, така че тази намотка да може да бъде свързана паралелно с товара, тогава токът в движещата се намотка е

къде е съпротивлението на бобината; U - напрежение върху товара; - константата на това устройство по отношение на мощността; P е мощността, консумирана от товара. Такова устройство се нарича ватметър. Мащабът му е еднакъв.

За измерване електрическа силав AC вериги се използват ватметри за активна и реактивна мощност.

Ватметър за активна мощност. Ако във веригата на движещата се намотка е включено активно допълнително съпротивление, така че общото съпротивление на тази верига R е равно на

след това при напрежение и в мрежата и при ток i в товара

токът в движещата се намотка е

Моментната стойност на въртящия момент в този случай е равна на

и средната стойност на този момент за периода

Следователно, ватметър с активно допълнително съпротивление във веригата на движещата се намотка измерва активната мощност на AC веригата.

Полученото заключение има просто физическо обяснение. Наистина, ако амперметър, волтметър и ватметър са включени във веригата с индуктивност (фиг. 2-13), тогава, тъй като движещата се система на волтметъра се върти под действието само на приложеното напрежение, независимо от фазата на това напрежение (по-точно под въздействието на ток в намотката, пропорционален на приложеното напрежение), а подвижната част на амперметъра се върти под въздействието само на тока в намотката, независимо от фазата на този ток. Що се отнася до подвижната част (намотка) на ватметъра, тя се върти само ако токовете в двете намотки не са равни на нула, в противен случай няма да има взаимодействие. Но в разглежданата верига токът на движещата се намотка е максимален, когато токът във верига i е нула, и обратно. Устройството няма да покаже нищо. Това можеше да се очаква, тъй като товарът или съхранява енергия в магнитното поле, или я връща в мрежата.

От графиката на токовете на тази верига с индуктивност (фиг. 2-14) следва, че токовете съвпадат по посока (на графиката - от едната страна на времевата ос) само през две (през една) четвърти от периода за периода, а през останалите две четвърти период теченията са противоположни. Това означава, че посоката на въртящия момент се променя четири пъти за период. Следователно движещата се система на ватметъра през периода ще изпита действието на четири импулса със същата стойност, но противоположни по посока и устройството няма да покаже нищо, тъй като въртящият момент, действащ върху движещата се система, се определя от средната му стойност през периода.

Ако ъгълът на изместване между токовете е малък (фиг. 2-15), тогава по време на периода положителните стойности на въртящия момент значително надвишават отрицателните (по време и по стойности) и движещата се система на ватметъра ще се завърти под действието на средната

стойности в отговор на активната мощност, консумирана от дадения товар.

И така, ватметърът показва активната мощност, консумирана от мрежата.

Ватметър за реактивна мощност. В този ватметър, последователно с движещата се намотка, специално се включва индуктивно допълнително съпротивление (фиг. 2-16), така че

Нека приложеното напрежение действа във веригата и товарът създава ток

Тогава моментната стойност на въртящия момент е

След заместване и трансформации получаваме:

Средната стойност на въртящия момент за периода е

От това следва, че ватметърът с индуктивно съпротивлениевъв веригата на движещата се бобина показва реактивната мощност на веригата AC. Този извод може лесно да се обясни: в случай например на чисто индуктивен товаркогато енергията не се изразходва безвъзвратно от мрежата, такава схема изкуствено измества фазата на тока в движещата се намотка, за да съвпадне с фазата на тока в неподвижната, така че ватметърът показва стойността на реактивната мощност.

И така, един електродинамичен ватметър има две намотки: едната е намотка за ток, свързана последователно с товара, другата е намотка за напрежение, свързана успоредно на товара, чиято консумация на енергия трябва да бъде измерена.

За да включите устройството правилно (така че стрелката да се отклонява в правилната посока), един от терминалите на неговата намотка е маркиран със звездичка; тези терминали на ватметъра се наричат ​​генераторни терминали. Те трябва да бъдат свързани към клемата на товара, която е свързана към генератора (мрежата).