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?

Измерение мощности производят обычно с помощью ваттметра электродинамической системы, в котором имеются две катушки - неподвижная и подвижная.

Подвижная катушка, выполненная из очень тонкого провода, имеет практически чисто активное сопротивление и называется параллельной обмоткой. Ее включают параллельно участку цепи, подобно вольтметру. Жестко скрепленная со стрелкой (указателем), она может вращаться в магнитном поле, создаваемом непод вижной катушкой.

Неподвижная катушка, выполненная из довольно толстого провода, имеет очень малое активное сопротивление и называется последовательной обмоткой. Ее включают в цепь последовательно, подобно амперметру.

На электрической схеме ваттметр изображают, как показано на рис. 3.22. Одна пара концов (на рисунке обычно расположена горизонтально) принадлежит последовательной обмотке, другая пара концов (на рисунке расположена вертикально) - параллельной. На концах одноименных зажимов обмоток (например, у начала обмоток) принято ставить точки.

Вращающий момент ваттметра, а следовательно, и его показания пропорциональны действительной части произведения комплексного напряжения на параллельной обмотке ваттметра на сопряженный комплекс тока втекающего в конец последовательной (токовой) обмотки ваттметра и снабженной точкой:

Напряжение на параллельной обмотке берут равным разности потенциалов между ее концом, имеющим точку (точка а), и ее концом, не имеющим точки (точка ). Предполагается, что ток втекает в конец последовательной обмотки, у которого поставлена точка.

Цена деления ваттметра определяется как частное от деления произведения номинального напряжения на номинальный ток (указывают на лицевой стороне прибора) на число делений шкалы.

Пример 41. Номинальное напряжение ваттметра 120 В. Номинальный ток 5 А. Шкала имеет 150 делений. Определить цену деления ваттметра.

Решение. Цена деления ваттметра равна

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

Различные электроприборы потребляют неодинаковое количество энергии. Существует масса технологий, позволяющих экономить энергию без утраты качества эксплуатации. Разработаны устройства для измерения энергопотребления, помогающие оценить все затраты. Одно из них - бытовой ваттметр в розетку.

Общая информация

Ваттметр - комбинированное устройство, измеритель мощности в розетках. Его можно назвать прибором учета электричества, но на этом функциональность устройства не заканчивается. Прибор служит и как вольтметр, показывая напряжение постоянного тока в сети.

Есть разные виды ваттметров в розетку:

• цифровые;
• аналоговые.

Первые отражают всю нужную информацию на табло, вторые требуют произведения простых расчетов самостоятельно, зато стоят дешевле. Внешне ваттметр напоминает переходник в розетку. На панели есть кнопки управления и регулировки работы. Важно приобрести прибор, который можно включить непосредственно в гнездо. Если подключать устройство в розетку, оно показывает, сколько ватт потребляют приборы.

Бытовые ваттметры в розетки не требуют особых схем подключения. Если счетчик покажет лишь общую мощность в квартире, то эти мини-устройства отразят работу каждой розетки в отдельности. В их конструкции предусмотрена вилка для присоединения к розетке, гнездо для включения нагрузки.

Устройство состоит из следующих составляющих:

• датчиков тока, напряжения;
• преобразователя аналогово-цифрового;
• микроконтроллера;
• клавиатуры (средства ввода данных).

Качественные ваттметры для розеток, которые показывают, сколько прибор потребляет электроэнергии, могут параллельно измерять напряжение, коэффициент мощности, силу тока, частоту и ряд других показателей. Параметры измерения прибора - длительность работы техники, общее число киловатт, которые может расходовать техника.

Некоторые ваттметры после ввода тарифа даже отразят сумму, которую нужно заплатить за электроэнергию. Существуют ваттметры в розетки с регулятором мощности: при превышении показателя приборы издают сигналы.

Как работает ваттметр

В эксплуатации устройство довольно простое. Его следует включить в розетку, а через него подключить прибор, который нужно проверить. На экране будет отражена необходимая информация.

Порядок эксплуатации цифрового прибора таков:

1. Подсоединить устройство к сети.
2. Удостовериться, что оно показывает «ноль», а предыдущие цифры сброшены.
3. Включить бытовую технику.
4. Через несколько секунд оценить показания - количество ватт/час и другие.

Аналоговый счетчик устроен проще. В нем есть вращающиеся диски, по которым информацию придется вычислять с привлечением секундомера. Включив секундомер, нужно посчитать, за какое время диски развернулись. Далее нужно умножить киловатты по счетчику на 3600 и поделить на вычисленное время в секундах. Так будет получен коэффициент мощности.

Характеристики ваттметров

Ряд моделей имеет отверстия для расположения аккумуляторов, батареек, которые потребуются, если предусмотрены функции сохранения измеренных параметров и анализ, сопоставление данных.

Обычно технические характеристики устройств следующие:

• номинальная мощность - 3,6 кВт;
• ток - 16А;
• напряжение - 190 – 270 В;
• частота - 50 Гц;
• минимальная измеряемая мощность - 0,1 Вт;
• точность измерения - погрешность до 1 %;
• суммарное отражаемое энергопотребление - до 10000 кВт/ч;
• собственное потребление энергии - меньше 0,5 Вт;
• оптимальная температура окружающей среды - 5 – 40 градусов.

Чаще всего при помощи ваттметров в розетки с индикатором потребляемой мощности оценивают работу чайников, стиральных машин, обогревателей, прочей бытовой техники.

Плюсы и минусы приборов

К недостаткам можно отнести ограничение по максимальной нагрузке в пределах 3,6 кВт, хотя большинство домашних приборов укладываются в этот показатель. Не удастся проверить работу техники при сильном морозе: в неотапливаемом помещении работа прибора будет неправильной.

Достоинств у ваттметров множество:

• возможность оценить работу всех приборов в доме;
• простота в эксплуатации - справится даже новичок;
• отсутствие необходимости в особых схемах включения, в применении переходников;
• получение полной информации о работе техники;
• возможность подсчитать затраты и сэкономить в будущем;
• приемлемая цена, доступность.

Бытовые ваттметры - многофункциональные устройства, которые должны быть в каждом доме. Изделия заменят ряд других приборов для любителей электротехники и помогут контролировать энергопотребление в квартире.

Показание ваттметра равно произведению напряжения на зажимах его параллельной цепи , тока его последовательной обмотки и косинуса угла между векторами и (рис. 13.1).

Рис. 13.1. Определение показания ваттметра

Стрелки напряжения и тока на схеме ваттметра начинаются у зажимов, отмеченных звездочками, так называемых генераторных зажимов.

Из рис. 11.1 следует:

Данное вычисление может быть оформлено и иначе:

При измерении мощности в реальных цепях в зависимости от схемы подключения ваттметра показание последнего может быть как положительным, так и отрицательным. Поэтому результат может получиться и со знаком минус.

14. Преобразование электрической цепи

В соответствии с заданием № 3 к расчету электрической цепи однофазного синусоидального тока часть заданной цепи (см. рис. 11.1), содержащую обе ЭДС и подключенную к зажимам и (к

зажимам переменного элемента третьей ветви), требуется представить в виде эквивалентного генератора (рис. 14.1), параметры которого определяются на основании теоремы об активном двухполюснике.

ЭДС эквивалентного генератора равна напряжению холостого хода на разомкнутых

зажимах двухполюсника (рис. 14.2).

Для ее определения необходимо сначала найти ток :

и затем напряжение :

или по другой формуле (через параметры первой ветви):

Внутреннее сопротивление эквивалентного генератора Z Э равно входному сопротивлению двухполюсника (входному сопротивлению цепи на рис. 14.2 относительно зажимов и при

мысленно закороченных ЭДС):

Рис. 14.2. Холостой ход активного двухполюсника

Для проверки найденных и найдем ток по схеме рис. 14.1 при заданном значении :

Получили величину, равную найденной ранее.

15. Построение круговой диаграммы

Записываем комплексное уравнение окружности для неразветвлённой цепи (рис. 14.1):

,

где – ток короткого замыкания, протекающий по цепи при закороченном переменном

сопротивлении и равный

Ψ – угол, равный разности аргументов переменного и постоянного комплексных сопротивлений:

Порядок построения круговой диаграммы

1. Выбираем масштабы ЭДС – m E , тока – m I и сопротивления – m Z .

2. На комплексной плоскости по выражению (14.1) в выбранном масштабе откладываем вектор ЭДС эквивалентного генератора (рис. 15.1).

3. По данным формулы (15.1) проводим вектор тока короткого замыкания . Его длина равна

модулю тока короткого замыкания, делённому на масштаб тока:

Рис. 15.1. Круговая диаграмма тока

4. На векторе от его начала откладываем отрезок 0а , определяющий в масштабе сопротивления модуль постоянного сопротивления :

5. Через точку а под углом –Ψ к направлению проводим линию переменного параметра (л.п.п.). Для правильного её проведения мы должны зайти за точку а (идя от начала вектора ) и

отложить в нужном направлении угол –Ψ. В рассматриваемом примере этот угол отрицателен (–Ψ = –129,7°), поэтому он откладывается по часовой стрелке.

Из точки 0 (из начала координат) перпендикулярно линии переменного параметра проводим отрезок 0D

Из середины вектора (из точки р ) восстанавливаем перпендикуляр pb. Точка пересечения

отрезков pb и 0D (точка с ) – центр окружности, отрезок 0с – её радиус.

Устанавливаем остриё циркуля в точку с и радиусом, равным отрезку с0 , проводим дугу окружности между точками 0 и К . Рабочая часть окружности лежит с той же стороны от вектора , что и линия переменного параметра.

Для определения тока по диаграмме откладываем на линии переменного параметра отрезок аn , равный в масштабе m Z заданному значению переменного сопротивления: аn = . Из начала

координат через точку n проводим прямую. Точка пересечения этой прямой с окружностью (точка М ) является концом вектора тока . Величина тока равна произведению длины вектора на

I 3 = 0M ּm I .