Din expresia pentru puterea curentului continuu, se poate observa că aceasta poate fi măsurată folosind un ampermetru și un voltmetru printr-o metodă indirectă. Cu toate acestea, în acest caz, este necesar să se efectueze citiri simultane pe două instrumente și calcule care complică măsurătorile și reduc precizia acestora.

Pentru măsurarea puterii în circuite DC și monofazate curent alternativ folosesc aparate numite wattmetre, pentru care folosesc mecanisme de măsurare electrodinamice și ferodinamice.

Wattmetrele electrodinamice sunt produse sub formă de instrumente portabile de clase de precizie înaltă (0,1 - 0,5) și sunt utilizate pentru măsurători precise ale puterii curentului continuu și alternativ la frecvențe industriale și crescute (până la 5000 Hz). Wattmetrele ferrodinamice se găsesc cel mai adesea sub formă de instrumente de panou cu o clasă de precizie relativ scăzută (1,5 - 2,5).

Astfel de wattmetre sunt utilizate în principal pe curent alternativ de frecvență industrială. La curent continuu, au o eroare semnificativă din cauza histerezisului nucleelor.

Pentru măsurarea puterii pornit frecvente inalte se folosesc wattmetre termoelectrice și electronice, care sunt un mecanism de măsurare magnetoelectric echipat cu un convertor activ de putere la curent continuu. În convertorul de putere, se efectuează o operație de multiplicare și se obține un semnal de ieșire care depinde de interfața de utilizare a produsului, adică de putere.

Dacă nu ținem cont de defazajele dintre curenți și tensiuni din bobine și considerăm sarcina H pur activă, erorile și , din cauza consumului de putere al bobinelor wattmetrului, pentru circuite (Fig. 8.3):

unde și sunt, respectiv, puterea consumată de circuitele serie și paralele ale wattmetrului.

Se poate observa din formulele pentru și că erorile pot avea valori vizibile numai atunci când se măsoară puterea în circuite de putere redusă, adică atunci când și sunt proporționale cu .

Dacă schimbați semnul doar unuia dintre curenți, atunci direcția de abatere a părții mobile a wattmetrului se va schimba.

Wattmetrul are două perechi de cleme (de serie și circuite paralele), iar în funcție de includerea lor în circuit, direcția de abatere a indicatorului poate fi diferită. Pentru a porni corect wattmetrul, unul din fiecare pereche de terminale este marcat cu un „*” (asterisc) și se numește „terminal generator”.

Măsurarea puterii folosind efectul Hall

Înmulțirea valorilor curentului și diferenței de potențial la măsurarea puterii poate fi obținută cu ajutorul convertoarelor semiconductoare Hall.

Dacă o placă semiconductoare specială, prin care curge curentul I (Fig. 8.4), excitată câmp electric puterea E, plasată într-un câmp magnetic cu puterea H (inducție B), apoi între punctele sale situate pe o linie dreaptă perpendiculară pe direcțiile curentului care curge I și câmpul magnetic, apare o diferență de potențial (efectul Hall), definită ca

unde k este coeficientul de proporționalitate.

Conform teoremei Umov-Poynting, densitatea fluxului puterii transmise a oscilațiilor cu microunde într-un anumit punct al câmpului este determinată de produsul vectorial al forțelor electrice și magnetice ale acestui câmp:

Prin urmare, dacă curentul I este o funcție tensiune electrică E, apoi folosind senzorul Hall, puteți obține următoarea dependență a tensiunii de puterea transmisă:

unde g este un coeficient constant care caracterizează proba. Pentru a măsura o astfel de putere, în ghidul de undă este plasată o placă semiconductoare (Placă Hall - HRP), așa cum se arată (Fig. 8.5).

Contorul de putere considerat are următoarele avantaje:

1. poate lucra la orice sarcină, și nu doar la una potrivită;
2. viteza mare a wattmetrului face posibilă utilizarea acestuia la măsurarea puterii pulsate.

Cu toate acestea, implementarea practică a wattmetrelor cu efect Hall este o sarcină destul de dificilă din cauza multor factori. Cu toate acestea, există wattmetre care măsoară puterea impulsului transmisă până la 100 kW cu o eroare de cel mult 10%.

Metode de măsurare a puterii la frecvențe înalte și de microunde

Puterea în general este cantitate fizica, care este determinată de munca produsă pe unitatea de timp. Unitatea de putere - watt (W) - corespunde puterii la care un joule (J) de lucru este efectuat într-o secundă.

Pe curent continuu și curent alternativ de joasă frecvență, măsurarea puterii directe este adesea înlocuită prin măsurarea valorii efective a tensiunii electrice la sarcina U, a valorii efective a curentului care curge prin sarcina I și a unghiului de fază între curent și tensiune. În acest caz, puterea este determinată de expresia:

În domeniul microundelor, măsurarea tensiunii și a curentului devine dificilă. Comensurabilitatea dimensiunilor circuitelor de intrare ale dispozitivelor de măsurare cu lungimea de undă este unul dintre motivele ambiguității de măsurare a tensiunii și curentului.

Măsurătorile sunt însoțite de erori semnificative de frecvență. Trebuie adăugat că măsurarea tensiunii și a curentului pe căile ghidului de undă pentru unele tipuri de unde își pierde sensul practic, deoarece nu există o componentă longitudinală în conductor, iar diferența de potențial dintre capetele oricărei secțiuni de diametru al ghidului de undă este zero. Prin urmare, la frecvențe care încep de la zeci de megaherți, măsurarea directă a puterii devine de preferat și mai precisă, iar la frecvențe peste 1000 MHz, acesta este singurul tip de măsurare care caracterizează fără ambiguitate intensitatea oscilații electromagnetice.

Pentru măsurarea directă a puterii microundelor se folosesc metode bazate pe legi fizice fundamentale, inclusiv metoda măsurării directe a mărimilor de bază: masa, lungimea și timpul.

În ciuda varietății metodelor de măsurare a puterii microundelor, toate se rezumă la conversia energiei oscilațiilor electromagnetice ale microundelor într-un alt tip de energie disponibilă pentru măsurare: termică, mecanică etc. sunt cele mai utilizate pe scară largă. De asemenea, sunt utilizate o serie de alte metode - ponderomotor, sondă și altele.

Principiul de funcționare a marii majorități a contoarelor de putere cu microunde, denumite wattmetre, se bazează pe măsurarea modificărilor de temperatură sau de rezistență a elementelor în care energia oscilațiilor electromagnetice studiate este disipată. Instrumentele bazate pe acest fenomen includ contoare de putere calorimetrice și termistori. Wattmetrele care folosesc fenomene ponderomotrice (forțe electromecanice) și wattmetrele care funcționează pe efectul Hall au devenit larg răspândite. Particularitatea primei dintre ele este posibilitatea măsurătorilor de putere absolută, iar a doua este măsurarea puterii, indiferent de potrivirea căii RF.

Conform metodei de includere în calea de transmisie, se disting wattmetre de tip trecere și de tip absorbant. Wattmetrul de trecere este o rețea cu patru terminale în care este absorbită doar o mică parte din puterea totală. Un wattmetru de tip absorbant, care este o rețea cu două terminale, este conectat la capătul liniei de transmisie, iar în cazul ideal, toată puterea undei incidente este absorbită în acesta. Wattmetrul de tip trecere se bazează adesea pe un contor de tip absorbant conectat la calea printr-un cuplaj direcțional.

Metodele de măsurare a puterii calorimetrice se bazează pe conversia energiei electromagnetice în energie termică în rezistența de sarcină, care este parte integrantă a contorului. Cantitatea de căldură eliberată este determinată din datele privind schimbările de temperatură în sarcină sau în mediul în care este transferată căldura. Există calorimetre statice (adiabatice) și de flux (non-adiabatice). În primul, puterea microundelor este disipată într-o sarcină izolată termic, iar în a doua, este asigurat un flux continuu al lichidului calorimetric. Contoarele calorimetrice vă permit să măsurați puterea de la miliwați la sute de kilowați. Calorimetrele statice măsoară mici și niveluri medii putere și debit - valori medii și mari ale puterii

Condiția de echilibru termic în sarcina calorimetrică are forma:

unde P este puterea microundelor disipată în sarcină; T și T 0 - temperatura de sarcină și mediu inconjurator respectiv; c , m – căldura și masa specifică a corpului calorimetric; k este coeficientul de disipare termică. Soluția ecuației este reprezentată ca

unde este constanta de timp termică.

În cazul unui calorimetru static, timpul de măsurare este mult mai mic decât constanta, iar puterea microundelor este:

Elementele principale ale calorimetrelor statice sunt o sarcină izolată termic și un dispozitiv de măsurare a temperaturii. Este ușor de calculat puterea absorbită a microundelor din rata de creștere a temperaturii măsurată și capacitatea de căldură cunoscută a încărcăturii.

Dispozitivele folosesc o varietate de terminații de înaltă frecvență în material dielectric solid sau lichid cu pierderi, precum și sub formă de placă sau peliculă de înaltă rezistență. Termocuplurile și diverse termometre sunt folosite pentru a determina schimbările de temperatură.

Să luăm în considerare un calorimetru static, în care cerințele de izolare termică sunt reduse și nu este necesară determinarea capacității termice a ambalajului calorimetric (Fig. 8.6). Această schemă folosește metoda substituției. Folosește puterea cunoscută curent continuu sau un curent de joasă frecvență furnizat brațului 2. Se presupune că temperatura duzei 3 se schimbă în același mod atunci când sunt disipate valori egale ale puterii microundelor și ale curentului continuu. Calorimetrele statice fac posibilă măsurarea puterii de câțiva miliwați cu o eroare mai mică de .

Una dintre proprietățile care caracterizează starea unui circuit electric este puterea. Această proprietate reflectă valoarea muncii efectuate de curent electric pentru anumit timp. Puterea echipamentului inclus în circuitul electric nu trebuie să depășească puterea rețelei. În caz contrar, echipamentul se poate defecta, se poate produce un scurtcircuit sau un incendiu.

Măsurători de putere curent electric produs de dispozitive speciale - wattmetre. În cazul curentului continuu, puterea se calculează prin înmulțirea tensiunii cu curentul (ai nevoie de un ampermetru și un voltmetru). Într-un circuit de curent alternativ, totul se întâmplă diferit, veți avea nevoie instrumente de masura. Un wattmetru este utilizat pentru a măsura modul de funcționare al echipamentelor electrice, pentru a înregistra consumul de energie electrică.

Domeniul de utilizare

Domeniul principal de utilizare a wattmetrelor este industriile din industria energiei electrice, inginerie mecanică și repararea dispozitivelor electrice. Wattmetrele sunt adesea folosite și în viața de zi cu zi. Sunt cumpărate de specialiști în electronică, echipamente informatice, radioamatori - pentru a calcula economiile în consumul de energie electrică.

Wattmetrele sunt folosite pentru:

Calculele puterii dispozitivului.
Efectuarea de teste circuite electrice, unele dintre secțiunile lor.
Efectuarea testelor instalatiilor electrice, ca indicatori.
Verificarea functionarii echipamentelor electrice.
Contabilizarea consumului de energie electrică.

Soiuri

Mai întâi, se măsoară tensiunea, apoi curentul și apoi puterea este măsurată pe baza acestor date. Conform metodei de măsurare, conversie a parametrilor și emitere a rezultatului, wattmetrele sunt împărțite în tipuri digitale și analogice.

Digital wattmetrele măsoară. Ecranul afișează și tensiunea, curentul, consumul de energie electrică pe o perioadă de timp. Parametrii de măsurare sunt afișați pe computer.

analogic versiunea wattmetru este împărțită în dispozitive de auto-înregistrare și indicatoare. Ele determină puterea activă a secțiunii circuitului. Ecranul wattmetrului este echipat cu o scară și o săgeată. Scara este calibrată pentru diviziuni și valori de putere, în wați.

Caracteristici de proiectare și principiu de funcționare

Tipurile analogice de wattmetre sunt larg răspândite, măsurători precise și sunt dispozitive ale sistemului electrodinamic.

Principiul funcționării lor se bazează pe interacțiunea dintre două bobine. O bobină este fixă, cu un fir gros de înfășurare, un număr mic de spire și rezistență mică. Este conectat în serie cu consumatorul. A doua bobină se mișcă. Înfășurarea sa este formată dintr-un conductor subțire cu un număr semnificativ de spire, rezistența sa este mare. Este conectat în paralel cu consumatorul, dotat cu rezistență suplimentară de evitat scurt circuitînfăşurări.

Când dispozitivul este conectat la rețea, în înfășurări există campuri magnetice, a cărui interacțiune formează un moment de rotație care deviază înfășurarea în mișcare cu o săgeată atașată la unghiul calculat. Valoarea unghiului depinde de produsul dintre tensiune și curent la un anumit moment de timp.

Principiul principal de funcționare al unui wattmetru de tip digital este măsurarea preliminară a tensiunii și curentului. În aceste scopuri, ele sunt conectate: într-un circuit serial la consumatorul de sarcină - un senzor de curent, într-un circuit paralel, un senzor de tensiune. Acești senzori sunt de obicei fabricați din termistori, termocupluri, transformatoare de măsură.

Parametrii instantanei ai tensiunii și curentului măsurați, prin convertor, sunt alimentați la microprocesorul intern. Acesta calculează puterea. Rezultatul informațiilor este afișat pe ecran și, de asemenea, transmis către dispozitive externe.

Dispozitive de tip electrodinamic, care au aplicare largă, potrivit pentru AC și DC. Wattmetrele de tip inductiv sunt folosite numai pentru curent alternativ.

Luați în considerare câteva opțiuni pentru dispozitive (wattmetre) de diferite versiuni și diverși producători.

Aparate de uz casnic fabricate in China

Manualul descrie toate modurile de funcționare ale acestui dispozitiv, specificațiile tehnice.

De fapt, acesta este un dispozitiv care măsoară puterea diverșilor consumatori de electricitate. Cum lucrează? Introduceți-l în priză și introduceți ștecherul consumatorului a cărui putere doriți să măsurați în priza acestui dispozitiv. Cu acest aparat vei măsura puterea unui consumator pentru un anumit timp și apoi cu el poți chiar să calculezi, de exemplu, câți bani cheltuiește frigiderul tău sau orice alt aparat pe energie electrică.

Aparatul are o baterie încorporată. Este necesar să vă amintiți puterea pe care ați măsurat-o și apoi o veți folosi pentru a calcula prețul. Panoul frontal al dispozitivului are cinci butoane: moduri de comutare, indicator de preț, comutator sus-jos, buton de resetare dacă dispozitivul a prins vreo eroare. Pe spatele carcasei sunt caracteristicile dispozitivului:

Tensiune de funcționare 230 volți.
Frecventa 50 hertzi.
Curent maxim 16 amperi.
Gama de putere măsurată este 0-3600 wați.

Luați în considerare funcționarea dispozitivului. Îl introducem în priză.

Să aprindem lampa de masă cu LED.

Timpul a început imediat pe display, în care se măsoară puterea consumatorului, în acest caz lampa. 0,4 wați este puterea lămpii oprite. Aprindem lampa, în modul de funcționare consumă 10,3 wați. Nu am indicat prețul pe kilowatt, așa că acolo sunt zerouri.

Lampa noastră poate schimba puterea luminii. Pe măsură ce lumina lămpii crește, puterea citită crește. Când al doilea mod este pornit, timpul de funcționare este afișat și în partea de sus, în al doilea câmp, kilowați-oră, deoarece dispozitivul nu a funcționat încă nici măcar o oră, sunt afișate zerouri. Partea de jos arată numărul de zile în care acest consumator a fost măsurat.

În modul următor, al doilea câmp arată tensiunea rețelei, partea de jos arată frecvența curentului. Ora este afișată în partea de sus a afișajului în toate modurile. Când treceți la următorul mod, puterea curentă este afișată în centru. În partea de jos, este afișat un parametru al unui anumit factor, despre care nu există încă date, deoarece producătorul dispozitivului este chinez.

Al cincilea mod arată puterea minimă. În al șaselea mod - putere maximă.

Va fi interesant să vedeți citirile acestor moduri atunci când computerul funcționează. De exemplu, în modul de repaus, cu un desktop normal deschis sau când lansați un joc puternic.

În următorul mod, setați costul energiei electrice cu butoanele de setare, pentru a calcula costul consumului de energie. Așa că poți măsura și calcula consumul oricăruia dintre aparatele și aparatele tale de uz casnic și vei ști ce aparate pe care le ai sunt economice și care consumă prea multă energie electrică.

Un astfel de dispozitiv are un cost redus, aproximativ 14 dolari. Acesta este un preț mic de plătit pentru a vă optimiza costurile prin calcularea consumului de energie al dispozitivelor dumneavoastră.

Wattmetru digital multifunctional CM 3010

Aparatul este folosit pentru a măsura tensiunea, frecvența, puterea, curentul continuu și alternativ cu o fază. Și, de asemenea, este conceput pentru a controla astfel de dispozitive cu mai puțină precizie.

Intervalul de măsurare curent este 0,002 - 10 amperi.

Măsurători de tensiune:

Constanta de la 1 la 1000 volti.
Variabil de la 1 la 700 volți.
Frecvența este măsurată în intervalul 40-5000 herți.

Eroare de măsurare

Curent, tensiune, putere DC + 0,1%.
Curent, tensiune, curent alternativ + 0,1% în intervalul de frecvență 40-1500 herți.
Eroare relativă de măsurare a frecvenței în intervalul 40-5000 hertzi + 0,003%.

Dimensiunile corpului aparatului 225 x 100 x 205 mm. Greutate 1 kg. Consum de energie mai mic de 5 wați.

Dispozitiv de măsurare CPU 8506 – 120

Servește la măsurarea puterii unei rețele AC trifazate active și reactive, arată valoarea curentă a parametrului de putere pe indicator, o convertește într-un semnal analogic.

Măsurătorile efectuate sunt afișate sub formă de numere pe indicatoare în unități de valori care intră în dispozitiv sau intrarea transformatorului de curent sau de tensiune. În acest caz, se ia în considerare coeficientul de transformare. Afișajul digital este împărțit în patru cifre.

Scopul dispozitivului - pentru masurarea puterii active si reactive in retelele de curent electric trifazat cu frecventa de 50 hertzi.

Detalii tehnice

Factorul de putere - 1.
Dimensiuni carcasa 120 x 120 x 150 mm.
Înălțimea cifrelor de pe afișaj este de 20 mm.
Cel mai mare interval de citire este 9999.
Gradul de precizie: 0,5.
Timp de conversie: mai puțin de 0,5 s.
Temperatura de lucru: de la +5 la + 40 de grade.
Clasa de protecție a carcasei și a panoului: IP 40.
Consum de energie: 5 wați.
Greutate mai mică de 1,2 kg.

Prezența a două bobine într-un dispozitiv electrodinamic și posibilitatea de a le include în două circuite diferite face posibilă utilizarea acestor dispozitive pentru a măsura puterea unui curent electric, adică ca wattmetre.

Din expresia pentru unghiul de rotație al sistemului de mișcare al dispozitivului electrodinamic (2.12), rezultă că dacă bobina fixă ​​este conectată în serie cu sarcina z (Fig. 2-12), iar rezistența suplimentară Yad este conectată în serie cu bobina mobilă, astfel încât această bobină să poată fi conectată în paralel cu sarcina, atunci curentul din bobina mobilă este

unde este rezistența bobinei; U - tensiunea pe sarcină; - constanta acestui aparat din punct de vedere al puterii; P este puterea consumată de sarcină. Un astfel de dispozitiv se numește wattmetru. Scara lui este uniformă.

Pentru măsurare putere electricaîn circuitele de curent alternativ se folosesc wattmetre de putere activă și reactivă.

Wattmetru de putere activă. Dacă o rezistență suplimentară activă este inclusă în circuitul bobinei mobile, astfel încât rezistența totală a acestui circuit R este egală cu

apoi la tensiune si in retea si la curent i in sarcina

curentul din bobina mobilă este

Valoarea instantanee a cuplului în acest caz este egală cu

si valoarea medie a acestui moment pentru perioada

Prin urmare, un wattmetru cu o rezistență suplimentară activă în circuitul bobinei mobile măsoară puterea activă a circuitului AC.

Concluzia rezultată are o explicație fizică simplă. Într-adevăr, dacă un ampermetru, voltmetru și wattmetru sunt incluse în circuitul cu inductanță (Fig. 2-13), atunci, deoarece sistemul de mișcare al voltmetrului se întoarce sub acțiunea doar a tensiunii aplicate, indiferent de faza acestei tensiuni (mai precis, sub influența curentului din bobină proporțional cu tensiunea aplicată), iar partea mobilă a ampermetrului se rotește doar sub influența curentului din bobină, indiferent de faza acestui curent. În ceea ce privește partea mobilă (bobina) a wattmetrului, acesta se rotește numai dacă curenții din ambele bobine nu sunt egali cu zero, altfel nu va exista nicio interacțiune. Dar în circuitul luat în considerare, curentul bobinei mobile este maxim atunci când curentul din circuitul i este zero și invers. Dispozitivul nu va arăta nimic. Acest lucru era de așteptat, deoarece sarcina fie stochează energie în câmpul magnetic, fie o returnează în rețea.

Din graficul curenților acestui circuit cu inductanță (Fig. 2-14) rezultă că curenții coincid în direcție (pe grafic - pe o parte a axei timpului) doar pe parcursul a două (prin unul) sferturi ale perioadei. pentru perioada, si in celelalte doua trimestre, curentii sunt in directii opuse. Aceasta înseamnă că direcția cuplului se schimbă de patru ori pe perioadă. Prin urmare, sistemul în mișcare al wattmetrului în timpul perioadei va experimenta acțiunea a patru impulsuri de aceeași valoare, dar opusă în direcție, iar dispozitivul nu va afișa nimic, deoarece cuplul care acționează asupra sistemului în mișcare este determinat de valoarea medie a acestuia. de-a lungul perioadei.

Dacă unghiul de deplasare dintre curenți este mic (Fig. 2-15), atunci în timpul perioadei valorile pozitive ale cuplului le depășesc cu mult pe cele negative (în timp și în valori), iar sistemul de mișcare al wattmetrului se va întoarce sub acţiunea mediei

valori ca răspuns la puterea activă consumată de sarcina dată.

Deci, wattmetrul arată puterea activă consumată din rețea.

Wattmetru de putere reactivă. În acest wattmetru, în serie cu bobina mobilă, este activată special o rezistență suplimentară inductivă (Fig. 2-16), astfel încât

Lăsați tensiunea aplicată să acționeze în circuit și sarcina creează un curent

Atunci valoarea instantanee a cuplului este

După înlocuire și transformări, obținem:

Valoarea medie a cuplului pentru perioada este

De aici rezultă că wattmetrul cu reactanța inductivăîn circuitul bobinei mobile arată puterea reactivă a circuitului AC. Această concluzie poate fi explicată cu ușurință: în cazul, de exemplu, pur sarcină inductivă, cand energia nu este consumata iremediabil din retea, un astfel de circuit schimba artificial faza curentului din bobina mobila pana se potriveste cu faza curentului din cea stationara, astfel incat wattmetrul arata valoarea puterii reactive.

Deci, un wattmetru electrodinamic are două bobine: una este o bobină de curent conectată în serie cu sarcina, cealaltă este o bobină de tensiune conectată în paralel cu sarcina, al cărei consum de energie trebuie măsurat.

Pentru a porni dispozitivul corect (astfel încât săgeata să devieze în direcția corectă), unul dintre bornele înfășurării sale este marcat cu un asterisc; aceste terminale ale wattmetrului se numesc terminale ale generatorului. Acestea trebuie conectate la borna de sarcină care este conectată la generator (rețea).

În prezent, este necesar să se măsoare puterea și energia curentului continuu, puterea activă și energia alternantei monofazate și curent trifazat, puterea reactivă și energia curentului alternativ trifazat, valoarea puterii instantanee, precum și cantitatea de energie electrică într-un interval foarte larg.

Puterea electrică este determinată de munca efectuată de sursa câmpului electromagnetic pe unitatea de timp.

Putere activă (absorbită de circuitul electric).

P A =UIcos >= eu 2  R=U 2 /R,(1)

Unde U, eu - valori efective ale tensiunii și curentului;  - unghi de defazare.

Putere reactivă

R R = U păcat = eu 2 X. (2)

Toata puterea

P n = UI= PZ. Aceste trei tipuri de putere sunt legate prin expresie

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

Deci, puterea este măsurată în interval de 1 W ... 10 GW (în circuite DC și AC monofazate) cu o eroare de ± (0,01 ... 0,1)% și cu microunde - cu o eroare de ± (1 .. 5) %. Puterea reactivă de la unitățile de var la Mvar este măsurată cu o eroare de ±(0,1...0,5)%.

Domeniul de măsurare a energiei electrice este determinat de intervalele de măsurare curenti nominali(1 nA...10 kA) și tensiuni (1 µV...1 MB), eroarea de măsurare este ±(0,1...2,5)%.

Măsurarea energiei reactive prezintă interes doar pentru circuitele industriale trifazate.

Măsurarea puterii în circuitele de curent continuu.În măsurarea indirectă a puterii se utilizează metoda ampermetrului și voltmetrului și metoda compensației.

Metoda ampermetrului și voltmetrului. În acest caz, dispozitivele sunt pornite după două scheme (Fig. 1).

Metoda este simplă, fiabilă, economică, dar are o serie de dezavantaje semnificative: necesitatea de a efectua citiri pe două

Orez. .unu. Scheme de măsurare a puterii în funcție de citirile unui voltmetru și unui ampermetru la mic (a) și mare (b) rezistenta la sarcina

aparate; necesitatea de a face calcule; precizie scăzută datorită însumării erorilor instrumentului.

Putere R X , calculat din citirile instrumentului (Fig. 1a), are forma

Este mai mare decât valoarea reală a puterii consumate în sarcina R n, cu valoarea consumului de energie al voltmetrului R v , adică P n = R X - R v .

Eroarea în determinarea puterii în sarcină este cu cât este mai mică, cu atât rezistența de intrare a voltmetrului este mai mare și cu atât rezistența la sarcină este mai mică.

Putere R X , calculat în funcție de citirile instrumentului (Fig. 1., b) avem forma

Este mai mare decât valoarea reală a consumului de energie al sarcinii cu valoarea consumului de energie al ampermetrului R DAR . Eroarea metodologică este cu cât este mai mică, cu atât rezistența de intrare a ampermetrului este mai mică și rezistența la sarcină este mai mare.

metoda de compensare. Această metodă este utilizată atunci când este necesară o mare precizie a măsurării puterii. Cu ajutorul unui compensator, curentul de sarcină și căderea de tensiune pe sarcină sunt măsurate alternativ. Puterea măsurată este determinată de formulă

P= U n eu n . (4)

Cu măsurare directă, puterea activă se măsoară cu ajutorul unor wattmetre electromecanice (sisteme electrodinamice și ferodinamice), digitale și electronice.

Wattmetrele electrodinamice sunt utilizate ca dispozitive portabile pentru măsurători precise de putere (clasa 0,1 ... 2,5) în circuite DC și AC cu o frecvență de până la câteva mii de herți.

Voltmetrele de ecranare ferrodinamică sunt utilizate în circuitele de curent alternativ de frecvență industrială (clasa 1,5 ... 2,5).

Într-o gamă largă de frecvențe, se folosesc wattmetre digitale, baza

alcătuiesc diverse convertoare de putere (de exemplu, termoelectrice), UPT, microprocesor și DOC. Wattmetrele digitale efectuează selecția automată a limitelor de măsurare, autocalibrarea și o interfață externă este furnizată.

Pentru a măsura puterea în circuitele de înaltă frecvență, se folosesc și wattmetre speciale și electronice.

Pentru a măsura puterea reactivă la frecvențe joase, se folosesc wattmetre reactive (varmetre), în care, prin utilizarea circuitelor speciale, abaterea părții mobile a IM electrodinamic este proporțională cu puterea reactivă.

Includerea wattmetrelor electromecanice direct în circuitul electric este permisă la curenți de sarcină care nu depășesc 10 ... 20 A și tensiuni de până la 600 V. Măsurarea puterii la curenți de sarcină mari și în circuite de înaltă tensiune se realizează cu un wattmetru cu transformatoare de curent de măsurare. TA si stres televizor(fig..2).

Măsurarea puterii active în circuitele de curent trifazate. Metoda unui wattmetru. Această metodă este utilizată numai într-un sistem simetric cu o sarcină de fază uniformă, aceleași unghiuri de fază între vectori euși U şi cu simetrie deplină a tensiunilor (Fig..3).

Fig..3. Scheme pentru conectarea unui wattmetru la un circuit trifazat cu trei fire cu simetrie completă a conexiunii de sarcină:

A- o stea; b - triunghi; în ~- cu punct zero artificial

Fig.4. Scheme pentru includerea a două wattmetre într-un circuit trifazat: A- în 1 și 3; b- în 1 și 2; în- în a 2-a și a 3-a

Pe fig. .3, A sarcina este conectată în stea și punctul zero este disponibil. În Fig.3, b sarcina este conectată în delta, wattmetrul este în fază. Pe fig. .3, în sarcina este conectată în delta cu un punct zero artificial. Un punct zero artificial este creat folosind două rezistențe, fiecare dintre ele egală cu rezistența circuitului de înfășurare a tensiunii de wattmetru (indicată de obicei în pașaport tehnic pe un wattmetru).

Citirile wattmetrului vor corespunde puterii unei faze și puterii întregii retea trifazataîn toate cele trei cazuri de pornire a dispozitivului va fi egală cu puterea unei faze înmulțită cu trei:

P =3 P w

Metoda a doi wattmetre. Această metodă este utilizată într-un circuit trifazat cu trei fire, indiferent de schema de conectare și de natura sarcinii, atât cu simetria, cât și cu asimetria curenților și tensiunilor. Asimetria este un sistem în care puterile fazelor individuale sunt diferite. Înfășurările de curent ale wattmetrelor sunt conectate la oricare două faze, iar înfășurările de tensiune sunt conectate la tensiuni liniare (Fig. 4).

Puterea aparentă poate fi exprimată ca suma citirilor a doi wattmetre. Deci, pentru circuitul prezentat în Fig..4, A,

unde  1 - unghiul de fază între curent eu 1 și tensiunea de linie U 12,  2 - unghiul de fază între curent eu 3 și tensiunea de linie U 32 . Într-un caz particular, cu un sistem de tensiune simetric și aceeași sarcină de fază  1 , = 30° -  și  2 = 30° -  citirile watmetrului vor fi:

Cu o sarcină activă (= 0), citirile wattmetrelor vor fi aceleași, deoarece P W ] = P W 2 IUcos30°.

La o sarcină cu un unghi de forfecare cp = 60°, citirile celui de-al doilea wattmetru sunt egale cu zero, deoarece P W 2 = IU cos(30° + ) = IU cos(30° + 60°) = 0, caz în care puterea circuitului trifazat se măsoară cu un wattmetru.

La o sarcină cu un unghi de forfecare  > 60°, puterea măsurată de al doilea wattmetru va fi negativă, deoarece (30° +) este mai mare de 90°. În acest caz, partea în mișcare a wattmetrelor se va întoarce în direcția opusă. Pentru a citi, este necesar să schimbați faza curentului într-unul dintre circuitele wattmetrului cu 180 °. În acest caz, puterea circuitului de curent trifazat este egală cu diferența dintre citirile wattmetrelor

Metoda cu trei wattmetre. Pentru a măsura puterea unui circuit trifazat cu o sarcină dezechilibrată, sunt pornite trei wattmetre, iar puterea totală în prezența unui fir neutru va fi egală cu suma aritmetică a citirilor a trei wattmetre. În acest caz, fiecare wattmetru măsoară puterea unei faze, citirile wattmetrului, indiferent de natura sarcinii, vor fi pozitive (înfășurarea paralelă este conectată la tensiunea de fază, adică între firul liniar și zero ). Dacă punctul zero nu este disponibil și nu există un fir neutru, atunci circuitele paralele ale dispozitivelor pot forma un punct zero artificial, cu condiția ca rezistențele acestor circuite să fie egale între ele.

Măsurarea puterii reactive în circuite monofazate și trifazate. Deși puterea reactivă nu determină nici munca efectuată, nici energia transferată pe unitatea de timp, măsurarea acesteia este de asemenea importantă. Prezența puterii reactive duce la pierderi suplimentare de energie electrică în liniile de transport, transformatoare și generatoare. Puterea reactivă se măsoară în volți-amperi reactivi (var) atât în ​​circuitele de curent alternativ monofazate, cât și trifazate, cu trei și patru fire, cu wattmetre electrodinamice și ferodinamice sau special concepute pentru măsurarea puterii reactive. Diferența dintre un wattmetru reactiv și unul convențional este că are un circuit paralel complicat pentru a obține o defazare de 90 °

între vectorii curent și tensiune ai acestui circuit. Atunci abaterea părții mobile va fi proporțională cu puterea reactivă R R = U păcat . Wattmetrele reactive sunt utilizate în principal pentru măsurătorile de laborator și calibrarea contoarelor reactive.

Puterea reactivă într-un circuit simetric trifazat poate fi măsurată și cu un wattmetru activ: pentru aceasta, bobina de curent este conectată în serie la faza A, bobina de tensiune între fazele B și C.

Măsurarea puterii în circuite de înaltă frecvență.În acest scop, pot fi utilizate atât măsurători directe, cât și indirecte, iar în unele cazuri măsurători indirecte pot fi de preferat, deoarece uneori este mai ușor să măsurați curentul și tensiunea la sarcină decât direct puterea. Măsurarea directă a puterii în circuitele de înaltă și înaltă frecvență se realizează cu watmetre termoelectrice, electronice, cu efect Hall și wattmetre digitale.

Măsurătorile indirecte sunt efectuate prin metoda oscilografică. Este utilizat în principal atunci când circuitul este alimentat de o tensiune nesinusoidală, la frecvențe înalte, surse de tensiune de putere redusă etc.

Măsurarea energiei în circuite monofazate și trifazate. Energia este măsurată prin contoare de electricitate electromecanice și electronice. Contoarele electronice de electricitate au caracteristici metrologice mai bune, fiabilitate mai mare și sunt mijloace promițătoare de măsurare a energiei electrice.

4. Măsurarea fazei și a frecvenței

Faza caracterizează starea unui semnal armonic la un anumit moment în timp t. Unghiul de fază la momentul inițial de timp (referință de timp), adică la t = 0, numit zerovym (inițial) schimbare de fază. Diferența de fază  se măsoară de obicei între curent și tensiune sau între două tensiuni. În primul caz, ei sunt mai des interesați nu de unghiul de fază în sine, ci de valoarea cos sau factorul de putere. Cos este cosinusul unghiului cu care curentul de sarcină conduce sau rămâne în urma tensiunii aplicate acestei sarcini. schimbare de fază a două semnale armonice de aceeași frecvență se numește modulul diferenței fazelor lor inițiale  = | 1 -  2 |. Defazatul  nu depinde de timp dacă fazele inițiale  1 și  2 rămân neschimbate. Diferența de fază este exprimată în radiani sau grade.

Metode de măsurare a unghiului de defazare. Aceste metode depind de domeniul de frecvență, nivelul și forma semnalului, precizia necesară și disponibilitatea instrumentelor de măsură. Există modificări indirecte și directe ale unghiului de fază.

măsurare indirectă. O astfel de măsurare a unghiului de fază între tensiune U si curent euîn sarcină în circuitele monofazate

efectuat cu trei instrumente - un voltmetru, un ampermetru și un wattmetru (Fig. 5). Unghiul  este determinat prin calcul din valoarea găsită cos:

Metoda este de obicei folosită la o frecvență industrială și oferă o precizie scăzută din cauza erorii metodologice cauzate de consumul propriu al dispozitivelor; este destul de simplă, fiabilă și economică.

În trei faze circuit simetric valoarea cos poate fi determinată prin următoarele măsurători:

puterea, curentul și tensiunea unei faze;

măsurarea puterii active prin metoda a doi wattmetre;

măsurarea puterii reactive prin metoda a două wattmetre cu un punct neutru artificial.

Dintre metodele oscilografice de măsurare a fazei, cele mai utilizate sunt metodele de baleiaj liniar și elipse. Metoda oscilografică, care face posibilă observarea și fixarea semnalului studiat în orice moment, este utilizată într-o gamă largă de frecvențe în circuitele de putere redusă pentru măsurători brute (5 ... 10%). Metoda de baleiaj liniar presupune utilizarea unui osciloscop cu două fascicule, pe plăcile orizontale cărora se aplică o tensiune de baleiaj liniar, iar pe plăcile verticale - o tensiune, între care se măsoară defazatul. Pentru curbele sinusoidale de pe ecran, obținem o imagine a două tensiuni (Fig. 6, A) iar conform segmentelor măsurate AB și AC se calculează unghiul de deplasare dintre ele

unde AB este segmentul dintre punctele corespunzătoare ale curbelor când trec prin zero de-a lungul axei X; AC - segment corespunzător perioadei.

Eroare de măsurare  X depinde de eroarea de citire și eroarea de fază a osciloscopului.

Dacă, în loc de o balacere liniară, se folosește o tensiune de măturare sinusoidală, atunci cifrele Lissajous obținute pe ecran la frecvențe egale dau o formă de elipsă pe ecranul osciloscopului (Fig. 6b). Unghiul de forfecare  x =arcsin(AB/VG).

Această metodă vă permite să măsurați  x în 0 90 o fără a determina semnul unghiului de fază.

Eroarea de măsurare  x este determinată și de eroarea de citire

Fig..6. Curbe obținute pe ecranul unui osciloscop cu două fascicule: cu un liniar (A)și sinusoidal (b) măturare

și diferențe în defazarea canalelor X și Y osciloscop.

Utilizarea unui compensator AC cu un comutator de fază calibrat și un osciloscop electronic ca indicator al egalității de fază permite o măsurare destul de precisă a unghiului de fază. Eroarea de măsurare în acest caz este determinată în principal de eroarea defazatorului utilizat.

Măsurare directă. Măsurarea directă a unghiului de defazare se realizează cu ajutorul contoarelor de fază electrodinamice, ferodinamice, electromagnetice, electronice și digitale. Cele mai frecvent utilizate contoare de fază electromecanice sunt contoarele de fază electrodinamice și electromagnetice ratiometrice. Scara acestor dispozitive este liniară. Folosit în intervalul de frecvență de la 50 Hz la 6 ... 8 kHz. Clase de precizie - 0,2; 0,5. Se caracterizează printr-un consum mare de energie 1 (5 ... 10 W).

Într-un circuit simetric trifazat, măsurarea unghiului de defazare  sau cos este efectuată de contoare monofazate sau trifazate.

Contoarele digitale de fază sunt utilizate în circuite de putere redusă în intervalul de frecvență de la unități de la Hz la 150 MHz, clase de precizie - 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1.0. În contoarele digitale de numărare electronică a fazelor, defazajul dintre două tensiuni este convertit într-un interval de timp umplut cu impulsuri de o frecvență stabilă cu o anumită perioadă, care sunt numărate de un contor electronic de impulsuri. Componentele erorilor acestor dispozitive sunt: ​​eroarea de discretitate, eroarea generatorului de frecvență stabilă, eroarea în funcție de acuratețea formării și transmiterii intervalului de timp.

Metode de măsurare a frecvenței. Frecvența este una dintre cele mai importante caracteristici ale unui proces discontinuu. Este determinată de numărul de cicluri complete (perioade) de schimbare a semnalului pe unitatea de timp. Gama de frecvențe utilizate în tehnologie este foarte mare și variază de la fracțiuni de hertz la zeci. Întregul spectru de frecvență este împărțit în două game - joasă și înaltă.

Frecvente joase: infrasonic - sub 20 Hz; sunet - 20...20000 Hz; ultrasunete - 20...200 kHz.

Frecvențe înalte: înalte - de la 200 kHz la 30 MHz; ultra-înalt - 30...300 MHz.

Prin urmare, alegerea metodei de măsurare a frecvenței depinde de intervalul de frecvențe măsurate, de precizia de măsurare necesară, de mărimea și forma tensiunii frecvenței măsurate, de puterea semnalului măsurat, de disponibilitatea instrumentelor de măsură etc.

Măsurare directă. Metoda se bazează pe utilizarea contoarelor de frecvență electromecanice, electronice și digitale.

Frecvențametrele electromecanice folosesc mecanismul de măsurare al sistemelor electromagnetice, electrodinamice și ferodinamice cu citirea directă a frecvenței pe scara unui contor ratiometric. Sunt ușor de proiectat și operat, fiabile și au o precizie destul de ridicată. Sunt utilizate în intervalul de frecvență de la 20 la 2500 Hz. Clase de precizie - 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2.5.

Frecvențemetrele electronice sunt folosite pentru măsurători în intervalul de frecvență de la 10 Hz la câțiva megaherți, cu niveluri ale semnalului de intrare de 0,5 ... 200 V. Au o impedanță mare de intrare, ceea ce asigură un consum redus de energie. Clase de precizie - 0,5; 1.0 și mai jos.

Contoarele digitale de frecvență sunt folosite pentru măsurători foarte precise în intervalul 0,01 Hz...17 GHz. Sursele de eroare sunt eroarea din discretitatea și instabilitatea oscilatorului cu cuarț.

Metoda podului. Această metodă de măsurare a frecvenței se bazează pe utilizarea punților de curent alternativ dependente de frecvență alimentate cu tensiunea frecvenței măsurate. Cel mai comun circuit de punte pentru măsurarea frecvenței este puntea capacitivă. Metoda de măsurare a frecvenței în punte este utilizată pentru a măsura frecvențele joase în intervalul 20 Hz ... 20 kHz, eroarea de măsurare este de 0,5 ... 1%.

măsurare indirectă. Metoda se desfășoară folosind osciloscoape: prin modele de interferență (figuri Lissajous) și o măturare circulară. Metodele sunt simple, convenabile și destul de precise. Sunt utilizate într-o gamă largă de frecvențe de 10 Hz ... 20 MHz. Dezavantajul metodei Lissajous este dificultatea de a descifra cifrele atunci când raportul cifrelor este mai mare de 10 și, prin urmare, eroarea de măsurare crește datorită stabilirii raportului de frecvență adevărat. Cu metoda de baleiere circulară, eroarea de măsurare este determinată în principal de eroarea de cuantizare a frecvenței fundamentale.

METODE SI INSTRUMENTE DE MĂSURARE A PARAMETRILOR CIRCUITURILOR DE MĂSURARE