Как известно из теории переменного тока, средняя за период мощность S , развиваемая на участке цепи выражается соотношением:

S 2 = P 2 + Q 2 = I 2 эфф ×U 2 эфф .

Активная мощность или ваттная мощность P = I эфф ×U эфф ×cosj определяет работу в цепи, совершаемую источником э.д.с. в единицу времени. Это средняя мощность тока, обеспечивающая выделение тепла. I эфф и U эфф – так называемые эффективные значения силы тока и напряжения, равные соответственно

и получающиеся при усреднении во времени квадрата мгновенного значения силы тока и напряжения синусоидального переменного тока, cosj – коэффициент мощности.

Угол j – угол сдвига фаз между током и напряжением, зависящий от сопротивления цепи R , ее индуктивности L , емкости C и частоты переменного тока w.

Величину Q = I эфф ×U эфф sinj называют реактивной или безваттной мощностью (единица измерения Вар – вольт-ампер реактивный).

Способы измерения величин I эфф и U эфф считаются известными, поэтому остановимся только на способе измерения величины P .

Рис.1. Рис.2.

Среднее значение мощности может быть измерено при помощи специальных приборов – ваттметров . Существуют ваттметры различных конструкций и систем. Ниже приводится описание ваттметра электродинамической системы.

Устройство и способ включения электродинамического ваттметра схематично показаны на рисунках 1 и 2. Ваттметр состоит из двух катушек: неподвижной катушки 1 с малым сопротивлением, включаемой в цепь переменного тока последовательно с исследуемым участком, и вращающейся катушки 2 с большим сопротивлением, включаемой параллельно исследуемому участку. Вращающаяся катушка снабжена пружинами 3 , удерживающими её в начальном положении. Поворот этой катушки приводит к изменению положения указателя 4 на шкале ваттметра. Напряжение между концами катушки 2 равно напряжению на исследуемом участке цепи. При гармоническом характере напряжения можно записать:

U = U max ×sinwt .

Если катушка 2 имеет сопротивление R , ток в ней равен:

.

По катушке 1 и исследуемой цепи течет ток, который в общем случае находится не в фазе с напряжением и выражается соотношением

I = I 1 = I max ×sin(wt + j).

Из общих положений о взаимодействии проводников, обтекаемых токами, следует, что мгновенное значение вращательного момента электродинамических сил, приложенных к подвижной рамке ваттметра, будет выражаться, как

,

где коэффициент k зависит от конструкции подвижного узла прибора. Из этой формулы видно, что момент М является функцией времени.

Вращающаяся система ваттметра обладает большим периодом собственных колебаний и значительным затуханием. Её устойчивое отклонение от положения равновесия при прохождении тока через рамку определяется равенством момента сил пружинок 3 и среднего значения момента электродинамических сил за период Т тока

(2)

где А = k/Т – коэффициент пропорциональности.

Таким образом, среднее за период значение момента сил, определяющее угол поворота подвижной рамки, пропорционально средней мощности P , развиваемой переменным током в том участке цепи, к которому подключен ваттметр. Показания ваттметра не зависят от реактивной мощности. Однако, зная активную мощность P , можно вычислить коэффициент мощности cosj и реактивную мощность Q по формулам:

и .

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Описание лабораторного ваттметра Д–57

Измерительный прибор Д–57 (рис.3) является многопредельным высокочастотным зеркальным ваттметром средней и большой мощности (до 3 кВт). Перед работой с прибором его следует установить строго горизонтально с помощью 4 ножек с винтовыми регуляторами (горизонтальное положение контролируется по двухкоординатному уровню; при его достижении пузырек с воздухом, плавающий в жидкости, должен находиться точно в центре окружности уровня).

Подсвет зеркала, которое укреплено на оправе подвижной катушки ваттметра и образует на шкале «зайчик» отметчика, осуществляется лампочкой, питаемой от встроенного понижающего трансформатора (гнезда «освещение»).

Рис.3. Прибор Д–57. Общий вид и схема подключения к нагрузке.

1 – шкала; 2 – ручка установления отметчика на «0»; 3 – ручка смены полярности; 4 – переключатель пределов по току; 5 – двухкоординатный уровень; 6 – лампы подсвета шкалы; 7 – предохранитель питания.

Как упоминалось выше, измерительный узел ваттметра состоит из двух катушек – неподвижной («токовой») и подвижной («потенциальной»). Соответственно этому на корпусе ваттметра имеются две клеммы, вблизи которых стоят символы, обозначающие ток (к ним подключается токовая обмотка), а также две (или более) клемм, символы у которых обозначают напряжение. К ним подключается потенциальная обмотка или ее часть; вследствие этого таких клемм не две, а больше (клеммы, помеченные символами со звездочкой обычно называются «общими» и соединяются вместе).

Согласно этому, схема подключения ваттметра для измерения мощности переменного тока будет такой, как показано на рис.4.

Рис.4.

У используемого прибора шкала разбита на две части. Начало шкалы находится вверху, а ее продолжение – ниже, во втором ряду (это повышает точность показаний). Линейка шкалы разбита на 5 параллельных полос с наклонными чертами, по которым ведется отсчет десятых долей величин. Такая двумерная шкала тоже существенно повышает точность снятия показаний.

Количество делений шкалы, как правило, кратно числу, написанному вблизи выводов потенциальной обмотки. Учет масштаба ведется следующим образом. Для получения истинного отсчета А" необходимо вычислить А" = А (U m /N ), где А – отсчет по шкале прибора, U m – то значение напряжения, которое написано вблизи клемм потенциальной обмотки, которую предполагается использовать для измерения (в данной работе U m = 150), N – число полных делений в шкале прибора (в нашем случае N = 150).

Справа на корпусе прибора расположена ручка переключателя пределов по току на два положения: 5 и 10 А, а слева – ручка изменения полярности напряжения, если данный ваттметр потребуется использовать для измерения мощности постоянного тока.

Величина средней мощности, измеренной прибором, равна произведению А" на ту величину тока, которая в данный момент установлена на переключателе пределов по току (5 или 10 А).

Внимание ! Не рекомендуется превышать в процессе измерений даже хотя бы один из пределов (либо по току, либо по напряжению), указанных цифрами, стоящими на ручке переключателя по току и вблизи клемм, к которым подключены выводы потенциальной обмотки, соответственно. Невыполнение этого может привести к повреждению прибора, даже если предельная мощность, на которую рассчитан прибор (она равна произведению значений пределов), не достигнута.

Перед измерениями необходимо всегда ручкой 2 (см.рис.4) устанавливать «зайчик» на нулевую отметку шкалы.

В качестве тренировки и проверки навыков работы с ваттметром можно измерить мощность лампы накаливания и сравнить полученную величину с указанной на цоколе (или колбе) лампы. В качестве источника напряжения взять сеть напряжением 220 В и частотой 50 Гц.

Похожая информация.

Тарифы на электроэнергию только растут и что бы научится экономить, необходимо знать сколько электроэнергии потребляет то или иное устройство и именно при ваших условиях эксплуатации, определить это и поможет, протестированный мной ваттметр.

Однорозеточный измеритель мощности EG-EM1 поставляется в небольшой коробке, название и назначение прибора продублированы на нескольких языках, в том числе и на русском, спецификации и меры предосторожности – на английском.

Комплектация:

В коробке находится сам прибор и маленькая книжка, громко названная руководством пользователя. Единственная картинка-руководство показывает нам, что прибор включается в розетку электросети, а на кнопки управления нужно нажимать пальцем.

Спецификация

Напряжение: 230 V переменного тока, 50/60 Hz

Максимальный ток нагрузки: 16 A

Диапазон измерения мощности: 5 VA - 3680 VA

Отображение потребленной энергии: 0.0 KWh - 999.9 KWh

Максимальное время записи: 999.9 часов.

Использовать только в закрытом помещении не выше 2000 метров над уровнем моря.

Рабочая температура: от + 5 C до +40 C

Рабочая влажность: 80% при + 31 С. С 31 до 40 С эта цифра уменьшается линейно до 50%.

Прибор имеет встроенный аккумулятор, который позволяет при отключении от электросети не потерять накопленные показания и при необходимости изменить настройки.

Инструкция

Полная инструкция, в том числе и на русском языке есть только на сайте производителя, а не в комплекте с прибором, поэтому я кратко ее продублирую:

Кнопки - и + служат для изменения значений (время, тариф и т.д.) в режиме настройки прибора, для перехода между значениями служит кнопка MODE .

Для перехода в режим настройки необходимо одновременно нажать кнопки - и + и удерживать их нажатыми 3-4 секунды.

Обратите внимание, что стоимость киловатт часа указывается в копейках (вероятно из-за минимума кнопок управления).

В режиме измерения кнопка MODE переключает отображаемые на экране показатели.

В основном режиме на экране отображается текущее время в 24-х часовом формате, день недели, текущая потребляемая мощность и ее стоимость по тарифу.

При превышении максимальной нагрузки в 3680 Вт на экране должна отображаться мигающая линия.

При нажатии на кнопку MODE экран переключается на отображение всего использованной электроэнергии и начисленной стоимости на электроэнергию, через несколько секунд экран возвращается к основным показателям – времени, текущей потребляемой электроэнергии и стоимости.

Несмотря на возможность двухзонной тарификации, прибор отображает только общую потребленную электроэнергию и ее стоимость.

При двукратном нажатии на кнопку MODE экран переключается на отображение общего времени записи, общего времени под нагрузкой и процентного соотношения и так же через несколько секунд прибор возвращается к отображению основных показателей.

Использование

Измерение потребляемой отдельными бытовыми приборами и их группами, электроэнергии может сэкономить не только ваши деньги, но и время.

Например, при выборе источника бесперебойного питания для вашего компьютера куда проще включить сам компьютер и всю необходимую периферию через ваттметр, чем искать потребляемую мощность в характеристиках каждого подключенного устройства.

С другой стороны, далеко не на всех устройствах помимо максимальной потребляемой энергии написаны средние значения (последний раз я такое видел в инструкции к посудомоечной машине, где помимо максимально потребляемой мощности было указано среднее значение за цикл, но это скорее исключение из правил), да и не везде это возможно предсказать, а вот посчитать с измерителем мощности EG-EM1 можно без особых сложностей – достаточно свести в одной таблице суточное потребление электроэнергии для большинства электроприборов в доме (для редко используемой бытовой техники нужно увеличить интервал измерения).

Потребляемая мощность некоторых бытовых устройств

Зарядное для смартфона 1А – 6-7 Вт

Лампочка накаливания 95 Вт – 94 Вт

Фен (2кВт) (на максимуме) – 2085 Вт

Ноутбук MSI 17" – 65 Вт при обычной работе и 122 Вт при нагрузке

Монитор 24" – 34 Вт

Электрочайник с маркировкой (2,0-2,4кВт) при кипячении – 2075 Вт

Водонагреватель 2,5 кВт – 2470 Вт

Выводы

Перед нами простой в эксплуатации и настройке прибор для измерения потребляемой мощности бытовых электроприборов. Несмотря на то, что данный ваттметр не может показать сколько «набежало» по дневному и ночному тарифу раздельно, а только в сумме. Так же этот прибор не может зафиксировать максимальные показатели за время измерения (пиковая нагрузка).

Тем не менее он прекрасно справляется со своим основным назначением – измерением потребляемой мощности и позволяет выявить самую расточительную, в расходах на электричество, бытовую технику.

Модель безопасна для детей, так как в ней предусмотрены защитные шторки.

Измерение активной мощности в однофазной цепи производится одноэлементными ваттметрами. Для измерения активной мощности в трехфазных цепях используются специальные двух-и трехэлементные ваттметры.

Расширение диапазонов измерения во всех случаях применения ваттметров в цепях переменного тока осуществляется с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения.

Измерение мощности методом одного прибора. При использовании метода одного прибора измерение мощности осуществляется с помощью одноэлементного ваттметра. Метод применяется при измерении мощности в однофазных цепях и симметричных трехфазных цепях (комплексные сопротивления фаз одинаковы). И в том и в другом случае обмотка напряжения ваттметра включается на фазное напряжение, а обмотка тока включается в рассечку провода какой-либо фазы.

На рис. 11.3 показано включение одноэлементного ваттметра в однофазную цепь переменного тока. Показание ваттметра определяется формулой

Р^= иісоьц,

где и и / - действующие значения напряжения и тока нагрузки; Ф - угол между и и /.

Рис. 11.3.

и векторная диаграмма

На рис. 11.4, а , б показано включение одноэлементного ваттметра в симметричную трехфазную трехпроводную цепь.

На рис. 11.4, а нагрузка соединена звездой и нулевая точка доступна. На рис. 11.4, б нагрузка соединена треугольником. Если ваттметр невозможно включить в фазу так, как это показано на рис. 11.4, б, или нулевая точка при соединении нагрузки звездой (рис. 11.4, а) недоступна, то в этом случае используется искусственная нулевая точка. Показание ваттметра в таком включении соответствует мощности одной фазы.

Рис. 11.4. Схемы включения ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь при полной симметрии: а - нагрузка соединена звездой и нулевая точка доступна;

Искусственная нулевая точка обычно создается с помощью двух резисторов (сопротивление каждого резистора равно сопротивлению цепи обмотки напряжения ваттметра) и сопротивления цепи обмотки напряжения. Сопротивление цепи обмотки напряжения любого ваттметра либо приведено на циферблате прибора, либо указывается в техническом паспорте на данный прибор.

Включение ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь по схеме с искусственной нулевой точкой показано на рис. 11.5.

Рис. 11.5.

Мощности одной фазы будет соответствовать и показание ваттметра в схеме на рис. 11.5. Действительно, фазное напряжение U A , на которое включена обмотка напряжения ваттметра, равно U АВ л1 3. Линейный ток 1 А в токовой обмотке ваттметра

1 АВ у/3. Следовательно, показание ваттметра

P w - ^ IАВ ^ C0S О А 1 Уд ) = U АВ I АВ COS ф.

Для получения мощности всей трехфазной цепи во всех трех рассматриваемых случаях необходимо показание ваттметра утроить:

Эти рассуждения справедливы лишь при измерении мощности в симметричных цепях, т. е. при симметрии напряжений и равенстве комплексных сопротивлений фаз.

Расширение диапазона измерения ваттметра по току в цепях с большими токами производится с помощью измерительного трансформатора тока. Диапазон измерения по напряжению расширяют с помощью измерительного трансформатора напряжения.

Для примера на рис. 11.6, а показано включение ваттметра для измерения мощности в однофазной цепи через измерительный трансформатор тока, а на рис. 11.6, б - через измерительный трансформатор тока и измерительный трансформатор напряжения.

Рис. 11.6. Схемы включения ваттметра в однофазную цепь переменного тока: а - с использованием измерительного трансформатора тока: б - с использованием измерительных трансформаторов тока и напряжения

Следует обращать внимание на правильность подключения генераторных зажимов ваттметра и соответствующих зажимов измерительных трансформаторов. В схеме рис. 11.6, а значение измеряемой мощности Р вычисляется умножением показания ваттметра Рцг на номинальный коэффициент трансформации К 1ном применяемого измерительного трансформатора тока:

^ ~ ^№^1 пом"

В схеме рис. 11.6, б значение измеряемой мощности определяется по формуле

Р -^Щ^/ном ^Ч/ном’

где К ином - номинальный коэффициент трансформации используемого измерительного трансформатора напряжения.

Измерение мощности методом двух приборов. Метод двух приборов используется при измерении мощности в трехфазной трехпроводной цепи с помощью двух одноэлементных ваттметров. Метод дает правильные результаты независимо от схемы соединения и характера нагрузки как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений.

На рис. 11.7, а изображена схема включения двух одноэлементных ваттметров. Обычно токовая обмотка одного ваттметра, например РИ / ] , включается в фазу А, а токовая обмотка другого ваттметра - Р? 2 - в фазу С. Обмотки напряжения ваттметров включаются на линейные напряжения так, как это показано на рисунке.

Рис. 11.7.

(а) и векторная диаграмма (б)

На рис. 11.7, 6 представлена векторная диаграмма цепи для частного случая - случая симметрии токов и напряжений.

Показание ваттметра PW X в этом случае равно

PW X = U AB I A cos (30° + Ф) = и я / л cos (30° + ф), (11.1)

а показание ваттметра PW 2 есть

PW 2 = U CB I c cos (30° - ф) = и л 1 я cos (30°-ф). (11.2)

Учитывая, что при измерении мощности с использованием метода двух приборов общая мощность цепи равна алгебраической сумме показаний ваттметров, а из выражения (11.1) и (11.2), получаем:

Р = PW X + PW 2 = U n 1 Ч cos (30° + ф) + U n 1 Л cos (30° - ф).

После несложных преобразований имеем:

Р= и л 1 л 2cos 30° cos ф = л/3 Ц л 1 Л cos ф. (11.3)

Таким образом, сумма показаний ваттметров PW X и PW 2 , определяемая (11.3), есть не что иное, как мощность трехфазной цепи.

Отметим, что в соответствии с (11.1) и (11.2) показания каждого ваттметра могут быть положительными или отрицательными в зависимости от значения угла ф и его знака. При ф = 0, т. е. при чисто активной нагрузке, показание ваттметра PW X равно показанию ваттметра PW 2 .

Двухэлементные ваттметры, обычно называемые трехфазными ваттметрами, представляют собой конструкцию из двух измерительных механизмов одноэлементных ферродинамических ваттметров с одной общей подвижной частью.

Конструкция двухэлементного ферродинамического измерительного механизма, широко используемого для построения трехфазных ваттметров, показано на рис. 11.8. Два шихтованных

~ ^

Рис. 11.8. Измерительный механизм двухэлементного ферродинамического ваттметра: 1 и 7 - пружина плоская для растяжки; 2 - мостик; 3 - токопроводы; 4 и 6 - магнитопроводы; 5 - токовые катушки; 8 - пластины успокоителя; 9 - жидкость ПСМ; 10 - токовые катушки; 11 - пластина магнитопровода

магнитопровода 6 имеют неподвижные токовые обмотки 5. Обмотки напряжения, выполненные в виде подвижных рамок 10, укреплены на общей оси.

Включение токовых обмоток и обмоток напряжения трехфазных двухэлементных ваттметров производится по схеме рис. 11.7.

Расширение диапазонов измерения трехфазных двухэлементных ваттметров так же, как и одноэлементных однофазных ваттметров, осуществляется с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения. На рис. 11.9 показано включение элементов двухэлементного трехфазного ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь через измерительные трансформаторы тока. В этом случае для получения мощности цепи показание ваттметра необходимо умножить на номинальный коэффициент трансформации АТ /ном применяемых измерительных трансформаторов тока. Если измерение мощности осуществляется двумя одноэлементными ваттметрами, то на значение АГ /Н0М умножается арифметическая сумма показаний ваттметров.

Рис. 11.9.

Измерение мощности методом трех приборов. Известно, что метод трех приборов применяется при измерении мощности в трехфазной четырехпроводной цепи (при этом используются три одноэлементных ваттметра). Так же, как и метод двух приборов, метод трех приборов дает правильные результаты независимо от схемы соединения и характера нагрузки как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений. По схеме, реализующей метод трех приборов, включаются также элементы трехэлементных трехфазных ваттметров.

На рис. 11.10 приведена схема включения трех одноэлементных ваттметров по методу трех приборов в трехфазную четырехпроводную цепь, в этом случае каждый ваттметр измеряет мощность одной фазы:

Лк 2 = Рв = и в 1 в со$ (р в,

Лк 3 = Рс = и с 1 с со$ ф с,

где и л, и в и и с - фазные напряжения; 1 А, 1 в и / с - фазные токи; ф г и ф с - фазовые сдвиги между соответствующими фазными напряжениями и фазными токами.

Рис. 11.10.

четырехпроводиую цепь

Очевидно, что для нахождения мощности трехфазной четырехпроводной цепи необходимо взять алгебраическую сумму показаний всех ваттметров:

Р= Р А + Р в + Р С = Рщ + Лк 2 + Лк,

Конструктивная схема трехэлементного трехфазного ферро-динамического ваттметра приведена на рис. 11.11.

Каждый элемент содержит выполненный из магнитомягкого материала шихтованный магнитопровод с неподвижной токовой обмоткой 3. Подвижные рамки элементов 2 жестко укреплены на одной оси. Таким образом, на подвижную часть трехфазного трехэлементного ваттметра действует арифметическая сумма моментов всех трех элементов. Непосредственное включение элементов ваттметра в трехфазную четырехпроводную цепь осуществляется по схеме, изображенной на рис. 11.10.

Рис. 11.11. Трехэлементный ферродинамический измерительный механизм: 1 - магнитопровод; 2 - подвижные рамки; 3 - неподвижные обмотки

Расширение диапазонов измерения трехэлементных трехфазных ваттметров осуществляется так же, как и двухэлементных ваттметров, - с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения.

Контрольные вопросы

• 1. На что следует обращать внимание при подключении электродинамического ваттметра?
• 2. Как создается искусственная нулевая точка?
• 3. Какие ваттметры применяются в трехфазной четырехпроводной цепи?

Ваттметр

Ваттме́тр

прибор для измерения активной электрической мощности (в ваттах). Ваттметры имеют две электрические цепи: тока (включается в цепь нагрузки последовательно) и напряжения (включается параллельно с нагрузкой). Шкала ваттметра градуируется в ваттах. Применяются электродинамические, электронные ваттметры (для измерений на постоянном и переменном токе) и ферродинамические ваттметры для измерений на переменном токе. Наиболее распространены электродинамические ваттметры (см. рис.), которых состоит из неподвижной катушки 1 , включённой последовательно с нагрузкой Н (цепь тока), и подвижной катушки 2 , включённой через большое добавочное сопротивление R параллельно нагрузке (цепь напряжения). Работа ваттметра такого типа основана на взаимодействии магнитных полей подвижной и неподвижной катушек при прохождении по ним электрического тока. При этом вращающий момент, вызывающий отклонение подвижной части прибора и соединённой с ней стрелки (указателя), при постоянном токе пропорционален произведению силы тока на напряжение, а при переменном токе – ещё косинусу угла сдвига фаз между током и напряжением. Расширение пределов измерений достигается с помощью трансформаторов тока и добавочных резисторов, а в цепях высокого напряжения – с помощью трансформаторов тока и напряжения.

Энциклопедия «Техника». - М.: Росмэн . 2006 .

Смотреть что такое "ваттметр" в других словарях:

- (см. ватт + ...метр) прибор для измерения активной мощности в электрической цепи постоянного или переменного тока. Новый словарь иностранных слов. by EdwART, 2009. ваттметр ваттметра, м. [от слова ватт и греч. metreo – мерю] (физ.). Прибор для… … Словарь иностранных слов русского языка

- (от ватт и греч. metreo измеряю), прибор для измерения мощности в электрич. цепях (в цепях перем. тока для измерения активной мощности Р=UIcosj, где U напряжение, I сила электрич. тока, j фазовый угол между синусоидально изменяющимися током и… … Физическая энциклопедия

- (Уаттметр) прибор, имеющий назначение измерять работу,совершаемую электрическим током в единицу времени при прохождении токачрез какой либо проводник; так, напр., ваттметр может дать число ваттов,потребных для получения некоторой силы… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

ваттметр - а, м. wattemètre < wattmeter. Прибор для измерения электрической модности постоянного или перменного тока. Крысин 1998. Свет от лампа маловаттнойц, к тому же прикроватный. В. Корнилов Боль. // ДН 2002 2 9. Лекс. БСЭ 1: ваттметр; МАС 1957:… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

ВАТТМЕТР, прибор для измерения активной электрической мощности в ваттах (Вт). Имеет 2 электрические цепи: тока (включается в цепь нагрузки последовательно) и напряжения (включается параллельно с нагрузкой) … Современная энциклопедия

- (от ватт и...метр) электрический прибор для измерения активной мощности (в ваттах) в цепях постоянного или переменного тока. Работа ваттметра основана на взаимодействии 2 обмоток токовой и напряжения, включаемых последовательно с нагрузкой и… … Большой Энциклопедический словарь

- (Wattmeter) прибор для измерения электрической мощности, расходуемой в данном участке электрической цепи. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь