Dall'espressione per la potenza in corrente continua, si può vedere che può essere misurata utilizzando un amperometro e un voltmetro con un metodo indiretto. Tuttavia, in questo caso, è necessario eseguire letture simultanee su due strumenti e calcoli che complicano le misurazioni e ne riducono l'accuratezza.

Per misurare la potenza in circuiti CC e monofase corrente alternata utilizzano dispositivi chiamati wattmetri, per i quali utilizzano meccanismi di misura elettrodinamici e ferrodinamici.

I wattmetri elettrodinamici sono prodotti sotto forma di strumenti portatili di classi di alta precisione (0,1 - 0,5) e vengono utilizzati per misurazioni accurate della potenza in corrente continua e alternata a frequenze industriali e aumentate (fino a 5000 Hz). I wattmetri ferrodinamici si trovano più spesso sotto forma di strumenti a pannello con una classe di precisione relativamente bassa (1,5 - 2,5).

Tali wattmetri sono utilizzati principalmente su corrente alternata di frequenza industriale. In corrente continua presentano un errore significativo dovuto all'isteresi dei nuclei.

Per la misurazione della potenza attivata alte frequenze vengono utilizzati wattmetri termoelettrici ed elettronici, che sono un meccanismo di misura magnetoelettrico dotato di un convertitore da potenza attiva a cc. Nel convertitore di potenza si esegue un'operazione di moltiplicazione e si ottiene un segnale di uscita che dipende dal prodotto UI, ovvero dalla potenza.

Se non prendiamo in considerazione gli sfasamenti tra correnti e tensioni nelle bobine e consideriamo il carico H puramente attivo, gli errori e , dovuti alla potenza assorbita dalle bobine del wattmetro, per i circuiti (Fig. 8.3):

dove e sono, rispettivamente, la potenza consumata dai circuiti in serie e in parallelo del wattmetro.

Si può vedere dalle formule per e che gli errori possono avere valori evidenti solo quando si misura la potenza in circuiti a bassa potenza, cioè quando e sono commisurati a .

Se si cambia il segno di una sola delle correnti, la direzione della deviazione della parte mobile del wattmetro cambierà.

Il wattmetro ha due coppie di morsetti (seriale e circuiti paralleli), e a seconda della loro inclusione nel circuito, la direzione di deviazione del puntatore potrebbe essere diversa. Per accendere correttamente il wattmetro, uno di ogni coppia di terminali è contrassegnato da un "*" (asterisco) ed è chiamato "terminale del generatore".

Misurazione della potenza mediante l'effetto Hall

La moltiplicazione dei valori di differenza di corrente e potenziale durante la misurazione della potenza può essere ottenuta utilizzando convertitori a semiconduttore Hall.

Se una speciale piastra semiconduttrice, attraverso la quale scorre la corrente I (Fig. 8.4), eccitata campo elettrico forza E, posto in un campo magnetico di forza H (induzione B), quindi tra i suoi punti giacenti su una retta perpendicolare alle direzioni della corrente che scorre I e del campo magnetico, si crea una differenza di potenziale (effetto Hall), definita come

dove k è il coefficiente di proporzionalità.

Secondo il teorema di Umov-Poynting, la densità di flusso della potenza trasmessa delle oscillazioni delle microonde in un certo punto del campo è determinata dal prodotto vettoriale delle forze elettriche e magnetiche di questo campo:

Quindi, se la corrente I è una funzione tensione elettrica E, quindi utilizzando il sensore Hall, si ottiene la seguente dipendenza della tensione dalla potenza trasmessa:

dove g è un coefficiente costante che caratterizza il campione. Per misurare tale potenza, nella guida d'onda viene posizionato un wafer semiconduttore (piastra di Hall - HRP), come mostrato (Fig. 8.5).

Il misuratore di potenza considerato presenta i seguenti vantaggi:

1. può lavorare con qualsiasi carico, e non solo abbinato;
2. l'elevata velocità del wattmetro ne consente l'utilizzo nella misurazione della potenza pulsata.

Tuttavia, l'implementazione pratica dei wattmetri ad effetto Hall è un compito piuttosto difficile a causa di molti fattori. Tuttavia, ci sono wattmetri che misurano la potenza dell'impulso trasmessa fino a 100 kW con un errore non superiore al 10%.

Metodi per misurare la potenza alle alte frequenze e alle microonde

Il potere in generale lo è quantità fisica, che è determinato dal lavoro prodotto per unità di tempo. L'unità di potenza - watt (W) - corrisponde alla potenza alla quale viene eseguito un joule (J) di lavoro in un secondo.

Sulla corrente continua e sulla corrente alternata a bassa frequenza, la misurazione della potenza continua viene spesso sostituita dalla misurazione del valore effettivo della tensione elettrica al carico U, del valore effettivo della corrente che scorre attraverso il carico I e dell'angolo di fase tra corrente e tensione. In questo caso, la potenza è determinata dall'espressione:

Nella gamma delle microonde, la misurazione della tensione e della corrente diventa difficile. La commensurabilità delle dimensioni dei circuiti di ingresso dei dispositivi di misurazione con la lunghezza d'onda è uno dei motivi dell'ambiguità della misurazione della tensione e della corrente.

Le misurazioni sono accompagnate da errori di frequenza significativi. Va aggiunto che la misura della tensione e della corrente nei percorsi delle guide d'onda per alcuni tipi di onde perde il suo significato pratico, poiché non c'è componente longitudinale nel conduttore e la differenza di potenziale tra le estremità di qualsiasi diametro della sezione della guida d'onda è zero. Pertanto, a frequenze a partire da decine di megahertz, diventa preferibile e più precisa la misura diretta della potenza, e a frequenze superiori a 1000 MHz, questo è l'unico tipo di misura che caratterizza inequivocabilmente l'intensità oscillazioni elettromagnetiche.

Per la misura diretta della potenza delle microonde si utilizzano metodi basati su leggi fisiche fondamentali, compreso il metodo di misura diretta delle grandezze fondamentali: massa, lunghezza e tempo.

Nonostante la varietà di metodi per misurare la potenza delle microonde, tutti si riducono a convertire l'energia delle oscillazioni elettromagnetiche delle microonde in un altro tipo di energia disponibile per la misurazione: termica, meccanica, ecc. Tra i dispositivi per misurare la potenza delle microonde, i wattmetri basati su metodi termici sono i più usati. Vengono utilizzati anche numerosi altri metodi: ponderomotivo, sonda e altri.

Il principio di funzionamento della stragrande maggioranza dei misuratori di potenza a microonde, detti wattmetri, si basa sulla misurazione delle variazioni di temperatura o della resistenza degli elementi in cui viene dissipata l'energia delle oscillazioni elettromagnetiche studiate. Gli strumenti basati su questo fenomeno includono misuratori di potenza calorimetrici e termistori. Si sono diffusi wattmetri che utilizzano fenomeni ponderomotori (forze elettromeccaniche) e wattmetri operanti sull'effetto Hall. La particolarità del primo è la possibilità di misurazioni della potenza assoluta e la seconda è la misurazione della potenza indipendentemente dall'abbinamento del percorso RF.

Secondo il metodo di inclusione nel percorso di trasmissione, si distinguono i wattmetri del tipo passante e del tipo assorbente. Il wattmetro passante è una rete a quattro terminali in cui viene assorbita solo una piccola parte della potenza totale. Un wattmetro di tipo assorbente, che è una rete a due terminali, è collegato all'estremità della linea di trasmissione e, nel caso ideale, in essa viene assorbita tutta la potenza dell'onda incidente. Il wattmetro di tipo passante è spesso basato su un misuratore di tipo assorbente collegato al percorso tramite un accoppiatore direzionale.

I metodi di misurazione della potenza calorimetrica si basano sulla conversione dell'energia elettromagnetica in energia termica nella resistenza di carico, che è parte integrante del contatore. La quantità di calore rilasciata è determinata dai dati sulle variazioni di temperatura nel carico o nell'ambiente in cui il calore viene trasferito. Esistono calorimetri statici (adiabatici) e di flusso (non adiabatici). Nel primo la potenza delle microonde viene dissipata in un carico isolato termicamente, nel secondo è previsto un flusso continuo del liquido calorimetrico. I misuratori calorimetrici consentono di misurare la potenza da milliwatt a centinaia di kilowatt. I calorimetri statici misurano piccoli e livelli medi potenza e portata - valori di potenza medi e alti

La condizione di bilancio termico nel carico calorimetrico ha la forma:

dove P è la potenza delle microonde dissipata nel carico; T e T 0 - temperatura di carico e ambiente rispettivamente; c , m – calore specifico e massa del corpo calorimetrico; k è il coefficiente di dissipazione termica. La soluzione dell'equazione è rappresentata come

dove è la costante di tempo termica.

Nel caso di un calorimetro statico, il tempo di misura è molto inferiore alla costante e la potenza delle microonde è:

Gli elementi principali dei calorimetri statici sono un carico isolato termicamente e un dispositivo di misurazione della temperatura. È facile calcolare la potenza delle microonde assorbita dalla velocità di aumento della temperatura misurata e dalla capacità termica nota del carico.

I dispositivi utilizzano una varietà di terminazioni ad alta frequenza in materiale dielettrico solido o liquido con perdite, nonché sotto forma di piastra o film ad alta resistenza. Termocoppie e vari termometri vengono utilizzati per determinare le variazioni di temperatura.

Consideriamo un calorimetro statico, in cui i requisiti di isolamento termico sono ridotti e non è necessario determinare la capacità termica dell'imballaggio calorimetrico (Fig. 8.6). Questo schema utilizza il metodo di sostituzione. Usa il potere conosciuto corrente continua o una corrente a bassa frequenza fornita al braccio 2. Si presume che la temperatura dell'ugello 3 cambi allo stesso modo quando vengono dissipati valori uguali di potenza delle microonde e corrente continua. I calorimetri statici consentono di misurare la potenza di diversi milliwatt con un errore inferiore a .

Una delle proprietà che caratterizza lo stato di un circuito elettrico è la potenza. Questa proprietà riflette il valore del lavoro svolto dalla corrente elettrica per certo tempo. La potenza delle apparecchiature incluse nel circuito elettrico non deve superare la potenza della rete. In caso contrario, l'apparecchiatura potrebbe guastarsi, potrebbero verificarsi cortocircuiti o incendi.

Misure di potenza corrente elettrica prodotto da dispositivi speciali - wattmetri. Nel caso di corrente continua, la potenza si calcola moltiplicando la tensione per la corrente (occorre un amperometro e un voltmetro). In un circuito a corrente alternata, tutto accade diversamente, avrai bisogno strumenti di misura. Un wattmetro viene utilizzato per misurare la modalità di funzionamento delle apparecchiature elettriche, per registrare il consumo di elettricità.

Ambito di utilizzo

L'area principale di utilizzo dei wattmetri è l'industria dell'energia elettrica, dell'ingegneria meccanica e della riparazione di dispositivi elettrici. I wattmetri sono spesso usati anche nella vita di tutti i giorni. Sono acquistati da specialisti in elettronica, apparecchiature informatiche, radioamatori - per calcolare il risparmio nel consumo di energia elettrica.

I wattmetri sono usati per:

Calcoli della potenza del dispositivo.
Conduzione di prove circuiti elettrici, alcune delle loro sezioni.
Esecuzione di prove di installazioni elettriche, come indicatori.
Controllo del funzionamento delle apparecchiature elettriche.
Contabilità del consumo di energia elettrica.

Varietà

In primo luogo, viene misurata la tensione, quindi la corrente e quindi la potenza viene misurata sulla base di questi dati. In base al metodo di misurazione, conversione dei parametri ed emissione del risultato, i wattmetri sono suddivisi in tipi digitali e analogici.

Digitale misurano i wattmetri. Lo schermo visualizza anche la tensione, la corrente, il consumo di elettricità in un periodo di tempo. I parametri di misurazione vengono visualizzati sul computer.

analogico la versione wattmetro è suddivisa in dispositivi di autoregistrazione e indicazione. Determinano la potenza attiva della sezione del circuito. Lo schermo del wattmetro è dotato di una scala e di una freccia. La scala è calibrata per divisioni e valori di potenza, in watt.

Caratteristiche costruttive e principio di funzionamento

I tipi analogici di wattmetro sono misurazioni diffuse e accurate e sono dispositivi del sistema elettrodinamico.

Il principio del loro funzionamento si basa sull'interazione tra due bobine. Una bobina è fissa, con un filo di avvolgimento spesso, un piccolo numero di spire e poca resistenza. È collegato in serie con il consumatore. La seconda bobina si sta muovendo. Il suo avvolgimento è costituito da un conduttore sottile con un numero significativo di spire, la sua resistenza è elevata. È collegato in parallelo con l'utenza, dotato di resistenza aggiuntiva da evitare corto circuito avvolgimenti.

Quando il dispositivo è collegato alla rete, negli avvolgimenti ci sono campi magnetici, la cui interazione forma un momento di rotazione che devia l'avvolgimento in movimento con una freccia allegata all'angolo calcolato. Il valore dell'angolo dipende dal prodotto della tensione e della corrente in un determinato momento.

Il principale principio di funzionamento di un wattmetro di tipo digitale è la misurazione preliminare di tensione e corrente. A tal fine, sono collegati: in un circuito seriale al consumatore di carico: un sensore di corrente, in un circuito parallelo, un sensore di tensione. Questi sensori sono solitamente costituiti da termistori, termocoppie, trasformatori di misura.

I parametri istantanei della tensione e della corrente misurata, tramite il convertitore, vengono alimentati al microprocessore interno. Calcola la potenza. Il risultato delle informazioni viene mostrato sullo schermo e trasmesso anche a dispositivi esterni.

Dispositivi di tipo elettrodinamico, che hanno ampia applicazione, adatto per AC e DC. I wattmetri di tipo induttivo sono utilizzati solo per la corrente alternata.

Considera alcune opzioni per dispositivi (wattmetri) di varie versioni e vari produttori.

Elettrodomestici prodotti in Cina

Il manuale descrive tutte le modalità di funzionamento di questo dispositivo, le specifiche tecniche.

In effetti, questo è un dispositivo che misura la potenza di vari consumatori elettrici. Come lavora? Inseriscilo nella presa e inserisci la spina del consumatore di cui vuoi misurare la potenza nella presa di questo dispositivo. Con questo dispositivo misurerai la potenza di un consumatore per un certo tempo e poi con esso potrai anche calcolare, ad esempio, quanto denaro spende il tuo frigorifero o qualsiasi altro dispositivo per l'elettricità.

Il dispositivo ha una batteria integrata. È necessario ricordare la potenza che hai misurato e quindi la utilizzerai per calcolare il prezzo. Il pannello frontale del dispositivo ha cinque pulsanti: modalità di commutazione, puntatore del prezzo, interruttore su-giù, pulsante di ripristino se il dispositivo ha riscontrato problemi. Sul retro della custodia sono riportate le caratteristiche del dispositivo:

Tensione di esercizio 230 volt.
Frequenza 50 hertz.
Corrente massima 16 ampere.
La gamma di potenza misurata è 0-3600 watt.

Considera il funzionamento del dispositivo. Lo inseriamo nella presa.

Accendiamo la lampada da tavolo a LED.

Sul display è subito iniziato il tempo, durante il quale viene misurata la potenza dell'utenza, in questo caso la lampada. 0,4 watt è la potenza della lampada spenta. Accendiamo la lampada, in modalità operativa consuma 10,3 watt. Non abbiamo indicato il prezzo per kilowatt, quindi ci sono zeri lì.

La nostra lampada può cambiare il potere della luce. All'aumentare della luce della lampada, la lettura della potenza aumenta. All'accensione della seconda modalità, in alto viene visualizzato anche il tempo di funzionamento, nel secondo campo kilowattora, poiché il dispositivo non ha ancora funzionato nemmeno un'ora, vengono visualizzati degli zeri. La parte inferiore mostra il numero di giorni in cui questo consumatore è stato misurato.

Nella modalità successiva, il secondo campo mostra la tensione di rete, in basso la frequenza della corrente. L'ora viene visualizzata nella parte superiore del display in tutte le modalità. Quando si passa alla modalità successiva, al centro viene visualizzata la forza attuale. In basso viene mostrato un parametro di un certo fattore, sul quale non ci sono ancora dati, visto che il produttore del dispositivo è cinese.

La quinta modalità mostra la potenza minima. Nella sesta modalità: potenza massima.

Sarà interessante vedere le letture di queste modalità quando il computer è in funzione. Ad esempio, in modalità sospensione, con un normale desktop aperto o all'avvio di un gioco potente.

Nella modalità seguente, impostare il costo dell'elettricità con i pulsanti di impostazione, per calcolare il costo del consumo di energia. Quindi puoi misurare e calcolare il consumo di qualsiasi elettrodomestico e dispositivo e saprai quali dispositivi hai sono economici e quali consumano troppa elettricità.

Un tale dispositivo ha un basso costo, circa 14 dollari. Questo è un piccolo prezzo da pagare per ottimizzare i costi calcolando il consumo energetico dei tuoi dispositivi.

Wattmetro digitale multifunzione SM 3010

Il dispositivo viene utilizzato per misurare tensione, frequenza, potenza, corrente continua e alternata con una fase. Inoltre, è progettato per controllare tali dispositivi con minore precisione.

L'intervallo di misurazione corrente è 0,002 - 10 ampere.

Misure di tensione:

Costante da 1 a 1000 volt.
Variabile da 1 a 700 volt.
La frequenza è misurata nell'intervallo di 40-5000 hertz.

Errore di misurazione

Corrente, tensione, corrente continua + 0,1%.
Corrente, tensione, alimentazione CA + 0,1% nella gamma di frequenza 40-1500 hertz.
Errore di misurazione della frequenza relativa nell'intervallo 40-5000 hertz + 0,003%.

Dimensioni del corpo del dispositivo 225 x 100 x 205 mm. Peso 1 kg. Consumo energetico inferiore a 5 watt.

Dispositivo di misurazione CPU 8506 – 120

Serve per misurare la potenza di una rete AC trifase attiva e reattiva, mostra il valore attuale del parametro di potenza sull'indicatore, lo converte in un segnale analogico.

Le misurazioni effettuate sono mostrate sotto forma di numeri sugli indicatori in unità di valori che entrano nel dispositivo o nell'ingresso del trasformatore di corrente o tensione. In questo caso si tiene conto del coefficiente di trasformazione. Il display digitale è diviso in quattro cifre.

Scopo del dispositivo - per misurare la potenza attiva e reattiva in reti di corrente elettrica trifase con una frequenza di 50 hertz.

Dettagli tecnici

Fattore di potenza - 1.
Dimensioni cassa 120 x 120 x 150 mm.
L'altezza delle cifre sul display è di 20 mm.
L'intervallo di lettura più grande è 9999.
Grado di precisione: 0,5.
Tempo di conversione: inferiore a 0,5 s.
Temperatura di lavoro: da +5 a + 40 gradi.
Grado di protezione custodia e pannello: IP 40.
Consumo energetico: 5 watt.
Peso inferiore a 1,2 kg.

La presenza di due bobine in un dispositivo elettrodinamico e la possibilità di inserirle in due circuiti diversi permette di utilizzare questi dispositivi per misurare la potenza di una corrente elettrica, cioè come wattmetri.

Dall'espressione per l'angolo di rotazione del sistema mobile del dispositivo elettrodinamico (2.12), ne consegue che se la bobina fissa è collegata in serie con il carico z (Fig. 2-12) e la resistenza aggiuntiva Yad è collegata in serie con la bobina mobile in modo che questa bobina possa essere collegata in parallelo con il carico, quindi la corrente nella bobina mobile è

dov'è la resistenza della bobina; U - tensione sul carico; - la costante di questo dispositivo in termini di potenza; P è la potenza assorbita dal carico. Tale dispositivo è chiamato wattmetro. La sua scala è uniforme.

Per misurare energia elettrica nei circuiti CA vengono utilizzati wattmetri di potenza attiva e reattiva.

Wattmetro a potenza attiva. Se una resistenza aggiuntiva attiva è inclusa nel circuito della bobina mobile in modo che la resistenza totale di questo circuito R sia uguale a

quindi alla tensione e nella rete e alla corrente i nel carico

la corrente nella bobina mobile è

Il valore istantaneo della coppia in questo caso è uguale a

e il valore medio di questo momento per il periodo

Pertanto, un wattmetro con una resistenza aggiuntiva attiva nel circuito della bobina mobile misura la potenza attiva del circuito CA.

La conclusione risultante ha una semplice spiegazione fisica. Infatti, se un amperometro, un voltmetro e un wattmetro sono inclusi nel circuito con induttanza (Fig. 2-13), allora, poiché il sistema mobile del voltmetro gira sotto l'azione della sola tensione applicata, indipendentemente dalla fase di questa tensione (più precisamente, sotto l'influenza della corrente nella bobina proporzionale alla tensione applicata) e la parte mobile dell'amperometro gira sotto l'azione della sola corrente nella bobina, indipendentemente dalla fase di questa corrente. Per quanto riguarda la parte mobile (bobina) del wattmetro, gira solo se le correnti in entrambe le bobine non sono uguali a zero, altrimenti non ci sarà interazione. Ma nel circuito in esame, la corrente della bobina mobile è massima quando la corrente nel circuito i è zero, e viceversa. Il dispositivo non mostrerà nulla. Questo era prevedibile, poiché il carico immagazzina energia nel campo magnetico o la restituisce alla rete.

Dal grafico delle correnti di questo circuito con induttanza (Fig. 2-14) segue che le correnti coincidono in direzione (sul grafico - su un lato dell'asse del tempo) solo durante due (attraverso uno) quarti del periodo per il periodo, e negli altri due trimestri, le correnti sono in direzioni opposte. Ciò significa che la direzione della coppia cambia quattro volte per periodo. Pertanto, il sistema in movimento del wattmetro durante il periodo subirà l'azione di quattro impulsi dello stesso valore, ma in direzione opposta, e il dispositivo non mostrerà nulla, poiché la coppia che agisce sul sistema in movimento è determinata dal suo valore medio Nel periodo.

Se l'angolo di spostamento tra le correnti è piccolo (Fig. 2-15), durante il periodo i valori positivi della coppia superano di gran lunga quelli negativi (nel tempo e nei valori) e il sistema mobile del wattmetro girerà sotto l'azione della media

valori in risposta alla potenza attiva consumata dal carico dato.

Quindi, il wattmetro mostra la potenza attiva consumata dalla rete.

Wattmetro a potenza reattiva. In questo wattmetro, in serie con la bobina mobile, viene appositamente attivata una resistenza aggiuntiva induttiva (Fig. 2-16) tale che

Lascia che la tensione applicata agisca nel circuito e il carico crei una corrente

Allora il valore istantaneo della coppia è

Dopo sostituzioni e trasformazioni otteniamo:

Il valore medio della coppia per il periodo è

Da ciò ne consegue che il wattmetro con reattanza induttiva nel circuito a bobina mobile mostra la potenza reattiva del circuito AC. Questa conclusione può essere facilmente spiegata: nel caso, ad esempio, di puramente carico induttivo, quando l'energia non viene irrimediabilmente consumata dalla rete, un tale circuito sposta artificialmente la fase della corrente nella bobina mobile fino a farla coincidere con la fase della corrente in quella stazionaria, quindi il wattmetro mostra il valore della potenza reattiva.

Quindi, un wattmetro elettrodinamico ha due bobine: una è una bobina di corrente collegata in serie al carico, l'altra è una bobina di tensione collegata in parallelo al carico, il cui consumo di energia deve essere misurato.

Per accendere correttamente il dispositivo (in modo che la freccia devii nella giusta direzione), uno dei terminali del suo avvolgimento è contrassegnato da un asterisco; questi terminali del wattmetro sono chiamati terminali del generatore. Devono essere collegati al terminale di carico che è collegato al generatore (rete).

Allo stato attuale, è necessario misurare la potenza e l'energia di corrente continua, potenza attiva ed energia di alternata monofase e corrente trifase, potenza reattiva ed energia della corrente alternata trifase, valore della potenza istantanea, nonché quantità di energia elettrica in un range molto ampio.

L'energia elettrica è determinata dal lavoro svolto dalla sorgente del campo elettromagnetico per unità di tempo.

Potenza attiva (assorbita dal circuito elettrico).

P un =UIcos >= io 2  R=U 2 /R,(1)

dove u, io - valori effettivi di tensione e corrente;  - angolo di sfasamento.

Potere reattivo

R R = peccato = io 2 X. (2)

Piena potenza

P n = interfaccia utente= PZ. Questi tre tipi di potere sono legati dall'espressione

P=(P un 2 +P 2 R ) (3)

Quindi, la potenza viene misurata entro 1 W ... 10 GW (nei circuiti CC e CA monofase) con un errore di ± (0,01 ... 0,1)% e con microonde - con un errore di ± (1 .. 5) %. La potenza reattiva dalle unità di var a Mvar viene misurata con un errore di ±(0,1...0,5)%.

Il campo di misura dell'energia elettrica è determinato dai campi di misura correnti nominali(1 nA...10 kA) e tensioni (1 µV...1 MB), l'errore di misura è ±(0,1...2,5)%.

La misurazione dell'energia reattiva è interessante solo per i circuiti trifase industriali.

Misura della potenza nei circuiti in corrente continua. Nella misurazione indiretta della potenza vengono utilizzati il ​​metodo dell'amperometro e del voltmetro e il metodo della compensazione.

Metodo amperometro e voltmetro. In questo caso, i dispositivi vengono accesi secondo due schemi (Fig. 1).

Il metodo è semplice, affidabile, economico, ma presenta una serie di inconvenienti significativi: la necessità di eseguire letture su due

Riso. .uno. Schemi per misurare la potenza secondo le letture di un voltmetro e un amperometro in piccolo (a) e grande (b) resistenza al carico

elettrodomestici; la necessità di fare calcoli; bassa precisione a causa della somma degli errori dello strumento.

Potenza R X , calcolato dalle letture dello strumento (Fig. 1a), ha la forma

È maggiore del valore effettivo della potenza consumata nel carico R n, del valore della potenza assorbita del voltmetro R v , cioè P n = R X - R v .

L'errore nel determinare la potenza nel carico è minore, maggiore è la resistenza di ingresso del voltmetro e minore è la resistenza del carico.

Potenza R X , calcolato in base alle letture dello strumento (Fig. 1., b) abbiamo la forma

È maggiore del valore effettivo del consumo di energia del carico per il valore del consumo di energia dell'amperometro R MA . L'errore metodologico è minore, minore è la resistenza di ingresso dell'amperometro e maggiore è la resistenza di carico.

metodo di compensazione. Questo metodo viene utilizzato quando è richiesta un'elevata precisione di misurazione della potenza. Con l'aiuto di un compensatore, la corrente di carico e la caduta di tensione attraverso il carico vengono misurate alternativamente. La potenza misurata è determinata dalla formula

P= u n io n . (4)

Con la misura diretta, la potenza attiva viene misurata da wattmetri elettromeccanici (sistemi elettrodinamici e ferrodinamici), digitali ed elettronici.

I wattmetri elettrodinamici vengono utilizzati come dispositivi portatili per misurazioni di potenza accurate (classe 0,1 ... 2,5) in circuiti CC e CA con una frequenza fino a diverse migliaia di hertz.

I voltmetri a schermatura ferrodinamica sono utilizzati nei circuiti a corrente alternata di frequenza industriale (classe 1,5 ... 2,5).

In un'ampia gamma di frequenze, vengono utilizzati wattmetri digitali, la base

compongono vari convertitori di potenza (ad esempio termoelettrico), UPT, microprocessore e DOC. I wattmetri digitali effettuano la selezione automatica dei limiti di misura, l'autocalibrazione e viene fornita un'interfaccia esterna.

Per misurare la potenza nei circuiti ad alta frequenza vengono utilizzati anche wattmetri speciali ed elettronici.

Per misurare la potenza reattiva alle basse frequenze si utilizzano i wattmetri reattivi (varmetri) nei quali, mediante l'utilizzo di appositi circuiti, la deviazione della parte mobile dell'IM elettrodinamico è proporzionale alla potenza reattiva.

L'inclusione di wattmetri elettromeccanici direttamente nel circuito elettrico è consentita a correnti di carico non superiori a 10 ... 20 A e tensioni fino a 600 V. La misurazione della potenza a correnti di carico elevate e nei circuiti ad alta tensione viene eseguita da un wattmetro con corrente di misurazione trasformatori TA e stress tv(fig..2).

Misura della potenza attiva nei circuiti di corrente trifase. Metodo a un wattmetro. Questo metodo viene utilizzato solo in un sistema simmetrico con un carico di fase uniforme, gli stessi angoli di fase tra i vettori io e u e con piena simmetria delle sollecitazioni (Fig..3).

Fig..3. Schemi per il collegamento di un wattmetro a un circuito trifase a tre fili con piena simmetria della connessione del carico:

un- una stella; b - triangolo; in ~- con punto zero artificiale

Fig.4. Schemi per includere due wattmetri in un circuito trifase: un- nel 1° e 3°; b- nel 1° e 2°; in- nel 2° e 3°

Sulla fig. .3, un il carico è connesso a stella ed è disponibile il punto zero. In Fig.3, b il carico è connesso a triangolo, il wattmetro è in fase. Sulla fig. .3, in il carico è connesso a delta con un punto zero artificiale. Un punto zero artificiale viene creato utilizzando due resistori, ciascuno dei quali è uguale alla resistenza del circuito di avvolgimento della tensione del wattmetro (solitamente indicato in passaporto tecnico su un wattmetro).

Le letture del wattmetro corrisponderanno alla potenza di una fase e alla potenza dell'intera rete trifase in tutti e tre i casi di accensione il dispositivo sarà pari alla potenza di una fase moltiplicata per tre:

P =3 P w

Metodo di due wattmetri. Questo metodo viene utilizzato in un circuito trifase a tre fili, indipendentemente dallo schema di connessione e dalla natura del carico, sia con simmetria che asimmetria di correnti e tensioni. L'asimmetria è un sistema in cui i poteri delle singole fasi sono diversi. Gli avvolgimenti di corrente dei wattmetri sono collegati a due fasi qualsiasi e gli avvolgimenti di tensione sono collegati a tensioni lineari (Fig. 4).

La potenza apparente può essere espressa come la somma delle letture di due wattmetri. Quindi, per il circuito mostrato in Fig..4, un,

dove  1 - angolo di fase tra la corrente io 1 e tensione di linea u 12,  2 - angolo di fase tra la corrente io 3 e tensione di linea u 32 . In un caso particolare, con un sistema di tensione simmetrico e lo stesso carico di fase  1 , = 30° -  e  2 = 30° -  le letture del wattmetro saranno:

Con un carico attivo (= 0), le letture dei wattmetri saranno le stesse, poiché P w ] = P w 2 IUcos30°.

Con un carico con angolo di taglio cp = 60°, le letture del secondo wattmetro sono pari a zero, poiché P w 2 = IU cos(30° + ) = IU cos(30° + 60°) = 0, in questo caso si misura la potenza del circuito trifase con un wattmetro.

Con un carico con angolo di taglio  > 60°, la potenza misurata dal secondo wattmetro sarà negativa, poiché (30° +) è maggiore di 90°. In questo caso, la parte mobile dei wattmetri girerà nella direzione opposta. Per leggere, è necessario modificare di 180° la fase della corrente in uno dei circuiti del wattmetro. In questo caso la potenza del circuito di corrente trifase è uguale alla differenza nelle letture dei wattmetri

Metodo a tre wattmetro. Per misurare la potenza di un circuito trifase con un carico sbilanciato, vengono accesi tre wattmetri e la potenza totale in presenza di un filo neutro sarà uguale alla somma aritmetica delle letture di tre wattmetri. In questo caso, ogni wattmetro misura la potenza di una fase, le letture del wattmetro, indipendentemente dalla natura del carico, saranno positive (l'avvolgimento parallelo è collegato alla tensione di fase, cioè tra il filo lineare e zero ). Se il punto zero non è disponibile e non c'è un filo neutro, i circuiti paralleli dei dispositivi possono formare un punto zero artificiale, a condizione che le resistenze di questi circuiti siano uguali tra loro.

Misura della potenza reattiva in circuiti monofase e trifase. Sebbene la potenza reattiva non determini né il lavoro svolto né l'energia trasferita per unità di tempo, anche la sua misurazione è importante. La presenza di potenza reattiva comporta ulteriori perdite di energia elettrica nelle linee di trasmissione, trasformatori e generatori. La potenza reattiva viene misurata in volt-ampere reattivi (var) in circuiti CA a tre e quattro fili sia monofase che trifase con wattmetri elettrodinamici e ferrodinamici o appositamente progettati per misurare la potenza reattiva. La differenza tra un wattmetro reattivo e uno convenzionale è che ha un complicato circuito a circuito parallelo per ottenere uno sfasamento di 90°

tra i vettori di corrente e di tensione di questo circuito. Quindi la deviazione della parte mobile sarà proporzionale alla potenza reattiva R R = peccato . I wattmetri reattivi sono utilizzati principalmente per misurazioni di laboratorio e calibrazione di misuratori reattivi.

La potenza reattiva in un circuito simmetrico trifase può essere misurata anche con un wattmetro attivo: per questo la bobina di corrente è collegata in serie alla fase A, la bobina di tensione tra le fasi B e C.

Misura di potenza nei circuiti ad alta frequenza. A tale scopo possono essere utilizzate misure sia dirette che indirette e in alcuni casi possono essere preferibili misure indirette, poiché a volte è più facile misurare la corrente e la tensione al carico che direttamente la potenza. La misurazione diretta della potenza nei circuiti ad alta e alta frequenza viene effettuata da wattmetri termoelettrici, elettronici, ad effetto Hall e wattmetri digitali.

Le misurazioni indirette vengono eseguite con il metodo oscillografico. Viene utilizzato principalmente quando il circuito è alimentato da una tensione non sinusoidale, ad alte frequenze, sorgenti di tensione a bassa potenza, ecc.

Misura di energia in circuiti monofase e trifase. L'energia è misurata da contatori di elettricità elettromeccanici ed elettronici. I contatori elettronici di elettricità hanno migliori caratteristiche metrologiche, maggiore affidabilità e sono mezzi promettenti per misurare l'energia elettrica.

4. Misura di fase e frequenza

La fase caratterizza lo stato di un segnale armonico in un determinato momento t. L'angolo di fase nell'istante iniziale (riferimento temporale), cioè a t = 0, chiamato zerovym (iniziale) sfasamento. La differenza di fase  viene solitamente misurata tra corrente e tensione o tra due tensioni. Nel primo caso, più spesso sono interessati non all'angolo di fase stesso, ma al valore di cos o fattore di potenza. Cos è il coseno dell'angolo di cui la corrente del carico è in anticipo o in ritardo rispetto alla tensione applicata a questo carico. sfasamento di due segnali armonici della stessa frequenza è detto modulo della differenza delle loro fasi iniziali  = | 1 -  2 |. Lo sfasamento  non dipende dal tempo se le fasi iniziali  1 e  2 rimangono invariate. La differenza di fase è espressa in radianti o gradi.

Metodi per misurare l'angolo di sfasamento. Questi metodi dipendono dalla gamma di frequenza, dal livello e dalla forma del segnale, dalla precisione richiesta e dalla disponibilità degli strumenti di misura. Ci sono cambiamenti indiretti e diretti nell'angolo di fase.

misurazione indiretta. Tale misura dell'angolo di fase tra la tensione u e attuale io nel carico nei circuiti monofase

effettuato utilizzando tre strumenti: un voltmetro, un amperometro e un wattmetro (Fig. 5). L'angolo  è determinato dal calcolo dal valore trovato cos:

Il metodo viene solitamente utilizzato a frequenza industriale e fornisce una bassa accuratezza a causa dell'errore metodologico causato dall'autoconsumo dei dispositivi; è abbastanza semplice, affidabile ed economico.

In trifase circuito simmetrico il valore di cos può essere determinato dalle seguenti misure:

potenza, corrente e tensione di una fase;

misurazione della potenza attiva con il metodo di due wattmetri;

misurazione della potenza reattiva con il metodo di due wattmetri con punto neutro artificiale.

Tra i metodi oscillografici per misurare la fase, i metodi di scansione lineare ed ellisse sono i più utilizzati. Il metodo oscillografico, che consente di osservare e fissare il segnale in studio in qualsiasi momento, viene utilizzato in un'ampia gamma di frequenze in circuiti a bassa potenza per misurazioni approssimative (5 ... 10%). Il metodo di scansione lineare prevede l'uso di un oscilloscopio a due raggi, sulle piastre orizzontali di cui viene applicata una tensione di scansione lineare, e sulle piastre verticali, una tensione, tra la quale viene misurato lo sfasamento. Per le curve sinusoidali sullo schermo, otteniamo un'immagine di due tensioni (Fig. 6, un) e in base ai segmenti misurati AB e AC, viene calcolato l'angolo di spostamento tra di loro

dove AB è il segmento compreso tra i punti corrispondenti delle curve quando passano per lo zero lungo l'asse X; AC - segmento corrispondente al periodo.

Errore di misurazione  X dipende dall'errore di lettura e dall'errore di fase dell'oscilloscopio.

Se, invece di una scansione lineare, viene utilizzata una tensione di scansione sinusoidale, le cifre di Lissajous ottenute sullo schermo a frequenze uguali danno una forma ellittica sullo schermo dell'oscilloscopio (Fig. 6b). Angolo di taglio  x =arcosin(AB/VG).

Questo metodo consente di misurare  x entro 0 90 o senza determinare il segno dell'angolo di fase.

L'errore di misura  x è determinato anche dall'errore di lettura

Fig..6. Curve ottenute sullo schermo di un oscilloscopio a due raggi: con un lineare (un) e lo sweep sinusoidale (b).

e differenze negli sfasamenti dei canali X e Y oscilloscopio.

L'uso di un compensatore AC con uno sfasatore calibrato e un oscilloscopio elettronico come indicatore dell'uguaglianza di fase consente una misurazione abbastanza accurata dell'angolo di fase. L'errore di misura in questo caso è determinato principalmente dall'errore dello sfasatore utilizzato.

Misurazione diretta. La misurazione diretta dell'angolo di sfasamento viene eseguita utilizzando misuratori di fase elettrodinamici, ferrodinamici, elettromagnetici, elettronici e digitali. I misuratori di fase elettromeccanici più comunemente usati sono misuratori di fase raziometrici elettrodinamici ed elettromagnetici. La scala di questi strumenti è lineare. Utilizzato nella gamma di frequenza da 50 Hz a 6 ... 8 kHz. Classi di precisione - 0,2; 0,5. Sono caratterizzati da un grande consumo energetico 1 (5 ... 10 W).

In un circuito simmetrico trifase, la misura dell'angolo di sfasamento  o cos viene effettuata con misuratori di fase monofase o trifase.

I misuratori di fase digitali sono utilizzati in circuiti a bassa potenza nella gamma di frequenza da unità di Hz a 150 MHz, classi di precisione - 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1.0. Nel conteggio elettronico dei misuratori di fase digitali, lo sfasamento tra due tensioni viene convertito in un intervallo di tempo riempito con impulsi di una frequenza stabile con un certo periodo, che vengono contati da un contatore di impulsi elettronico. Le componenti degli errori di questi dispositivi sono: errore di discrezione, errore del generatore di frequenza stabile, errore dipendente dall'accuratezza della formazione e trasmissione dell'intervallo di tempo.

Metodi di misurazione della frequenza. La frequenza è una delle caratteristiche più importanti di un processo batch. È determinato dal numero di cicli completi (periodi) di variazione del segnale per unità di tempo. La gamma di frequenze utilizzate nella tecnologia è molto ampia e varia da frazioni di hertz a decine. L'intero spettro di frequenza è diviso in due gamme: bassa e alta.

Basse frequenze: infrasuoni - inferiori a 20 Hz; suono - 20...20000 Hz; ultrasuoni - 20...200 kHz.

Alte frequenze: alte - da 200 kHz a 30 MHz; ultra alto - 30...300 MHz.

Pertanto, la scelta del metodo di misurazione della frequenza dipende dalla gamma delle frequenze misurate, dalla precisione di misurazione richiesta, dall'entità e dalla forma della tensione della frequenza misurata, dalla potenza del segnale misurato, dalla disponibilità di strumenti di misura, ecc.

Misurazione diretta. Il metodo si basa sull'uso di frequenzimetri elettromeccanici, elettronici e digitali.

I misuratori di frequenza elettromeccanici utilizzano il meccanismo di misura dei sistemi elettromagnetici, elettrodinamici e ferrodinamici con una lettura diretta della frequenza sulla scala di un metro raziometrico. Sono facili da progettare e utilizzare, affidabili e hanno una precisione abbastanza elevata. Sono utilizzati nella gamma di frequenza da 20 a 2500 Hz. Classi di precisione - 0,2; 0,5; 1.0; 1.5; 2.5.

I misuratori di frequenza elettronici vengono utilizzati per misurazioni nella gamma di frequenza da 10 Hz a diversi megahertz, con livelli del segnale di ingresso di 0,5 ... 200 V. Hanno un'ampia impedenza di ingresso, che garantisce un basso consumo energetico. Classi di precisione - 0,5; 1.0 e inferiori.

I contatori di frequenza digitali vengono utilizzati per misurazioni molto precise nell'intervallo 0,01 Hz...17 GHz. Le fonti di errore sono l'errore dovuto alla discrezione e all'instabilità dell'oscillatore al quarzo.

Metodo a ponte. Questo metodo di misurazione della frequenza si basa sull'uso di ponti CA dipendenti dalla frequenza alimentati con la tensione della frequenza misurata. Il circuito a ponte più comune per misurare la frequenza è il ponte capacitivo. Il metodo di misurazione della frequenza del ponte viene utilizzato per misurare le basse frequenze entro 20 Hz ... 20 kHz, l'errore di misurazione è 0,5 ... 1%.

misurazione indiretta. Il metodo viene eseguito utilizzando oscilloscopi: mediante schemi di interferenza (figure di Lissajous) e uno sweep circolare. I metodi sono semplici, convenienti e abbastanza accurati. Sono utilizzati in un'ampia gamma di frequenze di 10 Hz ... 20 MHz. Lo svantaggio del metodo di Lissajous è la difficoltà di decifrare le cifre quando il rapporto delle cifre è maggiore di 10 e, quindi, l'errore di misura aumenta a causa della determinazione del rapporto di frequenza reale. Con il metodo dello sweep circolare, l'errore di misura è determinato principalmente dall'errore di quantizzazione della frequenza fondamentale.

METODI E STRUMENTI PER LA MISURA DEI PARAMETRI DEI CIRCUITI DI MISURA