От израза за мощността на постоянен ток се вижда, че тя може да се измерва с помощта на 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 мощност в DC и монофазни вериги променлив токизползват устройства, наречени ватметри, за които 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 мощност се извършва операция по умножение и се получава изходен сигнал, който зависи от потребителския интерфейс на продукта, т.е. от мощността.

Ако не вземем предвид фазовите отмествания между токовете и напреженията в бобините и считаме, че товарът H е чисто активен, грешките и се дължат на консумацията на енергия на бобините на ватметъра за веригите (фиг. 8.3):

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

От формулите за и може да се види, че грешките могат да имат забележими стойности само при измерване на мощността във вериги с ниска мощност, т.е. когато и са съизмерими с .

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 клеми е маркирана с "*" (звездичка) и се нарича "генераторна клема".

Измерване на мощността с помощта на ефекта на Хол

Умножаването на стойностите на разликата в тока и потенциала при измерване на мощността може да се получи с помощта на полупроводникови преобразуватели на Хол.

Ако специална полупроводникова плоча, през която протича ток I (фиг. 8.4), се възбуди електрическо полесила E, поставен в магнитно поле със сила H (индукция B), тогава между неговите точки, лежащи на права линия, перпендикулярна на посоките на протичащия ток I и магнитното поле, възниква потенциална разлика (ефект на Хол), дефинирана като

където k е коефициентът на пропорционалност.

Съгласно теоремата на Умов-Пойнтинг, плътността на потока на предаваната мощност на микровълновите трептения в определена точка на полето се определя от векторния продукт на електрическата и магнитната сила на това поле:

Следователно, ако токът I е функция електрическо напрежение E, тогава с помощта на сензора на Хол можете да получите следната зависимост на напрежението от предаваната мощност:

където g е постоянен коефициент, характеризиращ извадката. За измерване на такава мощност във вълновода се поставя полупроводникова пластина (плоча на Хол - HRP), както е показано (фиг. 8.5).

Разглежданият електромер има следните предимства:

1. може да работи при всяко натоварване, а не само при съвпадащо;
2. високата скорост на ватметъра позволява използването му при измерване на импулсна мощност.

Въпреки това, практическото прилагане на ватметри с ефект на Хол е доста трудна задача поради много фактори. Има обаче ватметри, които измерват предаваната импулсна мощност до 100 kW с грешка не повече от 10%.

Методи за измерване на мощност при високи и микровълнови честоти

Силата като цяло е физическо количество, което се определя от произведения труд за единица време. Единицата за мощност - ват (W) - съответства на мощността, при която един джаул (J) работа се извършва за една секунда.

При постоянен ток и променлив ток с ниска честота директното измерване на мощността често се заменя с измерване на ефективната стойност на електрическото напрежение при товара U, ефективната стойност на тока, протичащ през товара I, и фазовия ъгъл между тока и напрежението. В този случай мощността се определя от израза:

В микровълновия диапазон измерването на напрежение и ток става трудно. Съизмеримостта на размерите на входните вериги на измервателните устройства с дължината на вълната е една от причините за неяснотата на измерване на напрежение и ток.

Измерванията са придружени от значителни честотни грешки. Трябва да се добави, че измерването на напрежението и тока във вълноводните пътища за някои видове вълни губи практическото си значение, тъй като в проводника няма надлъжен компонент и потенциалната разлика между краищата на всеки диаметър на вълноводната секция е нула. Следователно при честоти, започващи от десетки мегахерца, директното измерване на мощността става за предпочитане и по-точно, а при честоти над 1000 MHz това е единственият тип измерване, което недвусмислено характеризира интензитета електромагнитни трептения.

За директно измерване на микровълновата мощност се използват методи, базирани на фундаментални физични закони, включително метода за директно измерване на основните величини: маса, дължина и време.

Въпреки разнообразието от методи за измерване на микровълновата мощност, всички те се свеждат до преобразуване на енергията на електромагнитните микровълнови трептения в друг вид енергия, достъпна за измерване: термична, механична и др. Сред устройствата за измерване на микровълнова мощност, ватметри, базирани на термични методи са най-широко използвани. Използват се и редица други методи – пондеромоторни, сондови и др.

Принципът на действие на по-голямата част от измервателите на микровълнова мощност, наречени ватметри, се основава на измерване на промените в температурата или съпротивлението на елементи, в които се разсейва енергията на изследваните електромагнитни трептения. Инструментите, базирани на това явление, включват калориметрични и термисторни измерватели на мощността. Широко разпространени са ватметрите, използващи пондеромоторни явления (електромеханични сили) и ватметрите, работещи с ефекта на Хол. Особеността на първия от тях е възможността за измерване на абсолютна мощност, а вторият е измерването на мощността независимо от съвпадението на RF пътя.

Според метода на включване в предавателния път се разграничават ватметри от преминаващ тип и абсорбиращ тип. Проходният ватметър е мрежа с четири клеми, в която се абсорбира само малка част от общата мощност. В края на преносната линия е свързан ватметър от поглъщащ тип, който е двутерминална мрежа и в идеалния случай цялата мощност на падащата вълна се абсорбира в него. Пропускащият тип ватметър често се базира на абсорбиращ тип измервателен уред, свързан към пътя чрез насочен съединител.

Калориметричните методи за измерване на мощността се основават на преобразуването на електромагнитната енергия в топлинна енергия в съпротивлението на натоварване, което е неразделна част от измервателния уред. Количеството отделена топлина се определя от данните за температурните промени в товара или в средата, където се пренася топлината. Има статични (адиабатни) и проточни (неадиабатни) калориметри. При първия микровълновата мощност се разсейва в топлоизолиран товар, а при втория се осигурява непрекъснат поток на калориметричната течност. Калориметричните измервателни уреди ви позволяват да измервате мощност от миливати до стотици киловати. Статичните калориметри измерват малки и средни нивамощност, и поток - средни и високи стойности на мощността

Условието на топлинния баланс в калориметричния товар има формата:

където P е микровълновата мощност, разсейвана в товара; T и T 0 - температура на натоварване и околен святсъответно; c , m – специфична топлина и маса на калориметричното тяло; k е коефициентът на топлинно разсейване. Решението на уравнението е представено като

където е термичната времева константа.

В случай на статичен калориметър времето за измерване е много по-малко от константата и микровълновата мощност е:

Основните елементи на статичните калориметри са топлоизолиран товар и устройство за измерване на температурата. Лесно е да се изчисли абсорбираната микровълнова мощност от измерената скорост на повишаване на температурата и известния топлинен капацитет на товара.

Устройствата използват различни високочестотни накрайници в твърд или течен диелектричен материал със загуби, както и под формата на плоча или филм с висока устойчивост. За определяне на температурните промени се използват термодвойки и различни термометри.

Нека разгледаме статичен калориметър, при който изискванията за топлоизолация са намалени и не е необходимо да се определя топлинният капацитет на калориметричната опаковка (фиг. 8.6). Тази схема използва метода на заместване. Използва известната сила постоянен токили нискочестотен ток, подаден към рамото 2. Предполага се, че температурата на дюза 3 се променя по същия начин, когато се разсейват равни стойности на микровълнова мощност и постоянен ток. Статичните калориметри позволяват измерването на мощност от няколко миливата с грешка по-малка от .

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 всеки консуматор за определено време и след това с него дори можете да изчислите например колко пари за ток харчи вашият хладилник или друг уред.

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 е включен вторият режим, времето за работа също се показва в горната част, във второто поле киловатчасове, тъй като устройството 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 бобината, пропорционален на приложеното напрежение), а подвижната част на амперметъра се върти под действието само на тока в бобината, 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 оста на времето) 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 неговата средна 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 бобина, за да съвпадне с фазата на тока в неподвижната, така че ватметърът показва стойността на реактивната мощност.

И така, 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 отклони 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).

Понастоящем е необходимо да се измерва мощността и енергията на постоянен ток, активната мощност и енергия на променливи еднофазни и трифазен ток, реактивна мощност и енергия на трифазен променлив ток, моментна стойност на мощността, както и количеството електроенергия в много широк диапазон.

Електрическата мощност се определя от работата, извършена от източника на електромагнитно поле за единица време.

Активна (погълната от електрическата верига) мощност

П а =UIcos >= аз 2  R=U 2 /R,(1)

където U, аз - ефективни стойности на напрежение и ток;  - ъгъл на фазово отместване.

Реактивна мощност

Р Р = грях = аз 2 х. (2)

Пълна мощност

П н = потребителски интерфейс= PZ. Тези три вида власт са свързани с израза

П=(П а 2 +P 2 Р ) (3)

И така, мощността се измерва в рамките на 1 W ... 10 GW (в постоянен ток и еднофазни променливотокови вериги) с грешка от ± (0,01 ... 0,1)%, а с микровълнова печка - с грешка от ± (1 .. 5) %. Реактивната мощност от единици var до Mvar се измерва с грешка от ±(0,1...0,5)%.

Диапазонът на измерване на електрическата енергия се определя от диапазоните на измерване номинални токове(1 nA...10 kA) и напрежения (1 µV...1 MB), грешката на измерване е ±(0,1...2,5)%.

Измерването на реактивната енергия е от интерес само за индустриални трифазни вериги.

Измерване на мощността във вериги с постоянен ток.При непряко измерване на мощността се използват методът на амперметър и волтметър и методът на компенсация.

Метод на амперметър и волтметър. В този случай устройствата се включват по две схеми (фиг. 1).

Методът е прост, надежден, икономичен, но има редица съществени недостатъци: необходимостта да се вземат показания на две

Ориз. .един. Схеми за измерване на мощността според показанията на волтметър и амперметър при малки (а) и големи б)устойчивост на натоварване

уреди; необходимостта от извършване на изчисления; ниска точност поради сумирането на грешките на инструмента.

Мощност Р х , изчислено от показанията на инструмента (фиг. 1а), има формата

Тя е по-голяма от действителната стойност на мощността, консумирана в товара R n, със стойността на консумацията на мощност на волтметъра Р v , т.е. P n = Р х - Р v .

Грешката при определяне на мощността в товара е толкова по-малка, колкото по-голямо е входното съпротивление на волтметъра и колкото по-ниско е съпротивлението на товара.

Мощност Р х , изчислено според показанията на инструмента (фиг. 1., б)имаме формата

Тя е по-голяма от действителната стойност на консумацията на мощност на товара със стойността на консумацията на мощност на амперметъра Р НО . Методологичната грешка е толкова по-малка, колкото по-ниско е входното съпротивление на амперметъра и колкото по-голямо е съпротивлението на натоварване.

компенсационен метод. Този метод се използва, когато се изисква висока точност на измерване на мощността. С помощта на компенсатор се измерват последователно токът на товара и спадът на напрежението върху товара. Измерената мощност се определя по формулата

П= U н аз н . (4)

При директно измерване активната мощност се измерва с електромеханични (електродинамични и феродинамични системи), цифрови и електронни ватметри.

Електродинамичните ватметри се използват като преносими устройства за точни измервания на мощността (клас 0,1 ... 2,5) в постоянни и променливи вериги с честота до няколко хиляди херца.

Феродинамичните екранирани волтметри се използват във вериги с променлив ток с индустриална честота (клас 1,5 ... 2,5).

В широк честотен диапазон се използват цифрови ватметри, основата

съставят различни преобразуватели на мощност (например термоелектрически), UPT, микропроцесор и DOC. Цифровите ватметри извършват автоматичен избор на граници на измерване, самокалибриране и външен интерфейс.

За измерване на мощността във високочестотни вериги се използват и специални и електронни ватметри.

За измерване на реактивна мощност при ниски честоти се използват реактивни ватметри (варметри), при които с помощта на специални схеми отклонението на подвижната част на електродинамичния ИМ е пропорционално на реактивната мощност.

Включването на електромеханични ватметри директно в електрическата верига е допустимо при токове на натоварване, които не надвишават 10 ... 20 A и напрежения до 600 V. Измерването на мощността при високи токове на натоварване и във вериги с високо напрежение се извършва от ватметър с измервателен ток трансформатори ТАи стрес телевизор(фиг..2).

Измерване на активна мощност в трифазни токови вериги.Метод с един ватметър. Този метод се използва само в симетрична система с равномерно фазово натоварване, същите фазови ъгли между векторите ази U и с пълна симетрия на напреженията (фиг..3).

Фиг..3. Схеми за свързване на ватметър към трифазна трипроводна верига с пълна симетрия на връзката на товара:

а- звезда; б -триъгълник; в ~-с изкуствена нулева точка

Фиг.4. Схеми за включване на два ватметъра в трифазна верига: а- в 1-ва и 3-та; b- в 1-ва и 2-ра; в- във 2-ра и 3-та

На фиг. .3, атоварът е свързан звезда и нулевата точка е налична. На фиг.3, bтоварът е свързан триъгълник, ватметърът е във фаза. На фиг. .3, втоварът е делта свързан с изкуствена нулева точка. Изкуствена нулева точка се създава с помощта на два резистора, всеки от които е равен на съпротивлението на веригата на намотката на напрежението на ватметъра (обикновено посочено в технически паспортна ватметър).

Показанията на ватметъра ще съответстват на мощността на една фаза и мощността на цялата трифазна мрежаи в трите случая на включване на устройството ще бъде равна на мощността на една фаза, умножена по три:

P =3 П w

Метод на два ватметъра. Този метод се използва в трифазна трипроводна верига, независимо от схемата на свързване и естеството на товара, както със симетрия, така и с асиметрия на токове и напрежения. Асиметрията е система, в която мощностите на отделните фази са различни. Токовите намотки на ватметрите са свързани към произволни две фази, а намотките на напрежението са свързани към линейни напрежения (фиг. 4).

Привидната мощност може да се изрази като сбор от показанията на два ватметъра. И така, за веригата, показана на Фиг..4, а,

където  1 - фазов ъгъл между тока аз 1 и мрежово напрежение U 12,  2 - фазов ъгъл между тока аз 3 и мрежово напрежение U 32 . В конкретен случай, със симетрична система на напрежение и същото фазово натоварване  1 , = 30° -  и  2 = 30° -  показанията на ватметъра ще бъдат:

При активен товар (= 0) показанията на ватметрите ще бъдат еднакви, тъй като П У ] = П У 2 IUcos30°.

При товар с ъгъл на срязване cp = 60 °, показанията на втория ватметър са равни на нула, тъй като П У 2 = IU cos(30° + ) = IU cos(30° + 60°) = 0, в който случай мощността на трифазната верига се измерва с един ватметър.

При натоварване с ъгъл на срязване  > 60°, мощността, измерена от втория ватметър, ще бъде отрицателна, тъй като (30° +) е по-голямо от 90°. В този случай подвижната част на ватметрите ще се завърти в обратна посока. За четене е необходимо да промените фазата на тока в една от веригите на ватметъра на 180 °. В този случай мощността на трифазната токова верига е равна на разликата в показанията на ватметрите

Метод на три ватметъра. За измерване на мощността на трифазна верига с небалансиран товар се включват три ватметъра и общата мощност при наличие на неутрален проводник ще бъде равна на аритметичната сума от показанията на три ватметъра. В този случай всеки ватметър измерва мощността на една фаза, показанията на ватметъра, независимо от естеството на товара, ще бъдат положителни (паралелната намотка е свързана към фазовото напрежение, т.е. между линейния проводник и нулата ). Ако нулевата точка не е налична и няма неутрален проводник, тогава паралелни вериги на устройства могат да образуват изкуствена нулева точка, при условие че съпротивленията на тези вериги са равни една на друга.

Измерване на реактивна мощност в монофазни и трифазни вериги.Въпреки че реактивната мощност не определя нито извършената работа, нито прехвърлената енергия за единица време, нейното измерване също е важно. Наличието на реактивна мощност води до допълнителни загуби на електрическа енергия в далекопроводи, трансформатори и генератори. Реактивната мощност се измерва в реактивни волт-ампери (var) както в еднофазни, така и в трифазни три- и четирипроводни променливотокови вериги с електродинамични и феродинамични ватметри или специално проектирани за измерване на реактивна мощност. Разликата между реактивния ватметър и конвенционалния е, че има сложна паралелна верига, за да се получи фазово изместване от 90 °

между векторите на тока и напрежението на тази верига. Тогава отклонението на движещата се част ще бъде пропорционално на реактивната мощност Р Р = грях . Реактивните ватметри се използват главно за лабораторни измервания и калибриране на реактивни измервателни уреди.

Реактивната мощност в трифазна симетрична верига може също да бъде измерена с активен ватметър: за това текущата намотка е свързана последователно към фаза A, напреженовата намотка между фази B и C.

Измерване на мощност във високочестотни вериги.За тази цел могат да се използват както преки, така и непреки измервания, а в някои случаи непреките измервания могат да бъдат за предпочитане, тъй като понякога е по-лесно да се измерят токът и напрежението при товара, отколкото директно мощността. Директното измерване на мощността във високочестотни и високочестотни вериги се извършва с термоелектрически, електронни, ватметри с ефект на Хол и цифрови ватметри.

Непреките измервания се извършват по осцилографски метод. Използва се главно, когато веригата се захранва от несинусоидално напрежение, при високи честоти, източници на напрежение с ниска мощност и др.

Измерване на енергия в монофазни и трифазни вериги.Енергията се измерва с електромеханични и електронни електромери. Електронните електромери имат по-добри метрологични характеристики, по-голяма надеждност и са перспективни средства за измерване на електрическа енергия.

4. Измерване на фаза и честота

Фазата характеризира състоянието на хармоничен сигнал в определен момент от време T. Фазовият ъгъл в началния момент от време (референтно време), т.е. при T = 0, Наречен нулаvym (начално) фазово изместване.Фазовата разлика  обикновено се измерва между ток и напрежение или между две напрежения. В първия случай те по-често се интересуват не от самия фазов ъгъл, а от стойността на cos или фактора на мощността. Cos е косинусът на ъгъла, с който токът на товара изпреварва или изостава от напрежението, приложено към този товар. фазово изместване на два хармонични сигнала с еднаква честота се нарича модул на разликата на началните им фази  = | 1 -  2 |. Фазовото изместване  не зависи от времето, ако началните фази  1 и  2 останат непроменени. Фазовата разлика се изразява в радиани или градуси.

Методи за измерване на ъгъла на фазово отместване.Тези методи зависят от честотния диапазон, нивото и формата на сигнала, необходимата точност и наличието на измервателни инструменти. Има индиректни и директни промени във фазовия ъгъл.

индиректно измерване. Такова измерване на фазовия ъгъл между напрежението U и ток азв товара в еднофазни вериги

извършва се с помощта на три уреда - волтметър, амперметър и ватметър (фиг. 5). Ъгълът  се определя чрез изчисление от намерената стойност cos:

Методът обикновено се използва при индустриална честота и осигурява ниска точност поради методологичната грешка, причинена от собственото потребление на устройства, той е доста прост, надежден и икономичен.

В трифазен симетрична веригастойността на cos може да се определи чрез следните измервания:

мощност, ток и напрежение на една фаза;

измерване на активна мощност по метода на два ватметъра;

измерване на реактивна мощност по метода на два ватметъра с изкуствена неутрална точка.

Сред осцилографските методи за измерване на фазата най-широко приложение намират методите на линейното размахване и елипсата. Осцилографският метод, който позволява да се наблюдава и фиксира изследваният сигнал по всяко време, се използва в широк честотен диапазон в схеми с ниска мощност за груби измервания (5 ... 10%). Методът на линейно сканиране включва използването на двулъчев осцилоскоп, върху чиито хоризонтални пластини се прилага линейно напрежение, а върху вертикалните пластини - напрежение, между което се измерва фазовото отместване. За синусоидални криви на екрана получаваме изображение на две напрежения (фиг. 6, а)и според измерените отсечки AB и AC се изчислява ъгълът на изместване между тях

където AB е отсечката между съответните точки на кривите, когато те преминават през нула по оста х; AC - сегмент, съответстващ на периода.

Грешка в измерването  х зависи от грешката при четене и фазовата грешка на осцилоскопа.

Ако вместо линейно размахване се използва синусоидално размахващо напрежение, тогава получените на екрана фигури на Лисажу при равни честоти дават форма на елипса на екрана на осцилоскопа (фиг. 6b). Ъгъл на срязване  x =arcsin(AB/VG).

Този метод ви позволява да измервате  x в рамките на 0 90 o, без да определяте знака на фазовия ъгъл.

Грешката на измерване  x също се определя от грешката при отчитане

Фиг..6. Криви, получени на екрана на двулъчев осцилоскоп: с линейна (а)и синусоидална (b) размах

и разлики във фазовите отмествания на каналите X и Y осцилоскоп.

Използването на AC компенсатор с калибриран фазов превключвател и електронен осцилоскоп като индикатор за фазово равенство позволява сравнително точно измерване на фазовия ъгъл. Грешката на измерване в този случай се определя главно от грешката на използвания фазов превключвател.

Директно измерване. Директното измерване на ъгъла на фазово изместване се извършва с помощта на електродинамични, феродинамични, електромагнитни, електронни и цифрови фазомери. Най-често използваните електромеханични фазомери са електродинамичните и електромагнитните съотношителни фазомери. Мащабът на тези инструменти е линеен. Използва се в честотния диапазон от 50 Hz до 6 ... 8 kHz. Класове на точност - 0,2; 0,5. Те се характеризират с голяма консумация на енергия 1 (5 ... 10 W).

В трифазна симетрична верига измерването на ъгъла на фазово отместване  или cos се извършва от еднофазни или трифазни фазомери.

Цифровите фазомери се използват във вериги с ниска мощност в честотния диапазон от единици Hz до 150 MHz, класове на точност - 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1.0. В цифровите фазомери с електронно отчитане фазовото отместване между две напрежения се преобразува във времеви интервал, запълнен с импулси със стабилна честота с определен период, които се отчитат от електронен брояч на импулси. Компонентите на грешките на тези устройства са: грешка на дискретността, грешка на стабилния честотен генератор, грешка в зависимост от точността на формиране и предаване на времевия интервал.

Методи за измерване на честотата.Честотата е една от най-важните характеристики на партиден процес. Определя се от броя на пълните цикли (периоди) на промяна на сигнала за единица време. Обхватът на честотите, използвани в технологията, е много голям и варира от части от херца до десетки. Целият честотен спектър е разделен на два диапазона - нисък и висок.

Ниски честоти: инфразвукови - под 20 Hz; звук - 20...20000 Hz; ултразвукови - 20...200 kHz.

Високи честоти: високи - от 200 kHz до 30 MHz; свръхвисоки - 30...300 MHz.

Следователно изборът на метод за измерване на честотата зависи от обхвата на измерваните честоти, необходимата точност на измерване, големината и формата на напрежението на измерваната честота, мощността на измерения сигнал, наличието на измервателни уреди и др.

Директно измерване. Методът се основава на използването на електромеханични, електронни и цифрови честотомери.

Електромеханичните честотомери използват измервателния механизъм на електромагнитни, електродинамични и феродинамични системи с директно отчитане на честотата по скалата на съотношителен метър. Те са лесни за проектиране и работа, надеждни и с доста висока точност. Използват се в честотен диапазон от 20 до 2500 Hz. Класове на точност - 0,2; 0,5; 1.0; 1,5; 2.5.

Електронните честотомери се използват за измервания в честотния диапазон от 10 Hz до няколко мегахерца, с нива на входния сигнал от 0,5 ... 200 V. Те имат голям входен импеданс, което осигурява ниска консумация на енергия. Класове на точност - 0,5; 1.0 и по-ниски.

Цифровите честотомери се използват за много точни измервания в диапазона от 0,01 Hz...17 GHz. Източници на грешка са грешката от дискретността и нестабилността на кварцовия осцилатор.

Мостов метод. Този метод за измерване на честотата се основава на използването на честотно зависими AC мостове, захранвани с напрежението на измерената честота. Най-разпространената мостова схема за измерване на честотата е капацитивният мост. Методът за измерване на мостовата честота се използва за измерване на ниски честоти в рамките на 20 Hz ... 20 kHz, грешката на измерване е 0,5 ... 1%.

индиректно измерване. Методът се осъществява с помощта на осцилоскопи: чрез интерферентни модели (фигури на Лисажу) и кръгово движение. Методите са прости, удобни и доста точни. Използват се в широк честотен диапазон от 10 Hz ... 20 MHz. Недостатъкът на метода на Lissajous е трудността при дешифрирането на цифрите, когато съотношението на цифрите е повече от 10 и следователно грешката на измерване се увеличава поради установяването на истинското съотношение на честотите. При метода на кръговото сканиране грешката на измерване се определя главно от грешката на квантуване на основната честота.

МЕТОДИ И СРЕДСТВА ЗА ИЗМЕРВАНЕ НА ПАРАМЕТРИ НА ИЗМЕРВАЩИ ВЕРИГИ