Подключение ваттметра через трансформатор тока

Обновлено: 25.04.2024

Измерение мощности ваттметром с трансформаторами тока и напряжения

Измерение мощности в цепях высокого напряжения производится ваттметром с трансформаторами тока и напряжения (рис. 3.4.11). Первичная обмотка трансформатора тока соединяется последовательно с приемником энергии, к зажимам вторичной обмотки присоединяются последовательно соединенные амперметр и токовая цепь ваттметра. Первичная обмотка трансформатора напряжения соединяется с проводами первичной цепи, к зажимам вторичной обмотки присоединяются вольтметр и цепь напряжения ваттметра. Один зажим каждой из вторичных обмоток измерительных трансформаторов и их корпуса заземляются. Исходя из схемы соединения и векторной диаграммы (рис. 3.4.11), напишем выражение мощности, измеряемой ваттметром: Р_W = I₂ U₂ cosj₂. Умножив уравнение на произведение номинальных коэффициентов трансформации трансформаторов, получим . Так как ; и ввиду малости d_I и d_U принимаем (j₁ + d_U - d_I) » j₁. При указанных допущениях . Таким образом, найденное значение мощности, равное произведению показаний ваттметра и номинальных коэффициентов трансформации измерительных трансформаторов, приближенно равно мощности первичной цепи, подлежащей измерению.

Соединение ваттметра с измерительными трансформаторами должно быть таким, чтобы ток в последовательной обмотке с точностью до d_I совпадал по фазе с током первичной цепи трансформатора тока, а напряжение на параллельной цепи ваттметра с точностью до d_U совпадал по фазе с напряжением первичной цепи трансформатора напряжения.

Для облегчения монтажа измерительных цепей зажимы трансформаторов тока размечаются буквами Л₁ и Л₂ (линия) – первичные, И₁ и И₂ (измерение) – вторичные.

Зажимы обмоток трансформатора напряжения размечаются буквами А и Х – первичные, а и х – вторичные.

Измерение активной мощности в трехфазных цепях

Измерение мощности в четырехпроводных цепях. Активную мощность Р четырехпроводной трехфазной цепи можно выразить суммой мощностей Р_А, Р_В, Р_С трех фаз, т.е.

Из написанного следует, что измерение активной мощности цепи можно произвести тремя ваттметрами, каждый из которых измеряет мощность одной фазы (рис. 3.4.12). Удобней пользоваться трехэлементным ваттметром. Ваттметр имеет три неподвижные катушки и три подвижные, укрепленные на одной оси. Если ваттметр включен в цепь (рис. 3.4.12), то вращающий момент, действующий на каждую из подвижных катушек, будет пропорционален мощности соответствующей фазы. Результирующий вращающий момент, равный сумме отдельных моментов, будет пропорционален активной мощности четырехпроводной цепи трехфазного тока. Этой же мощности будет пропорционален и угол поворота подвижной части ваттметра.

Ваттметры - виды и применение, схема подключения, особенности использования

Каждый потребитель, питаемый от электрической сети, потребляет какую-то мощность. Мощность характеризует в данном случае скорость выполнения электрической сетью работы, необходимой для функционирования того или иного прибора либо цепи, которая от этой сети питается. Разумеется, сеть должна быть в состоянии обеспечить данную мощность и не быть при этом перегруженной, иначе может случиться авария.

Для измерения потребляемой мощности в цепях переменного тока используют специальные приборы — ваттметры. Ваттметры показывают текущую потребляемую мощность, а некоторые из них способны даже подсчитать количество энергии в киловатт-часах, израсходованной за определенное время, пока потребитель работал. В данной статье мы рассмотрим несколько основных видов ваттметров.

Ваттметры находят применение в самых разных сферах промышленности и быта, особенно в электроэнергетике и в машиностроении. Кроме того ваттметры часто полезны в быту.

Их используют для определения мощности различной бытовой техники, для расчета приблизительной стоимости электроэнергии в месяц, для диагностики приборов, для тестирования сетей, да и просто в качестве наглядных индикаторов. Есть щитовые ваттметры, ваттметры в виде сетевых адаптеров, цифровые и аналоговые ваттметры.

Принцип работы данных приборов в общем виде прост: измеряются напряжение питания и потребляемый ток, а мощность определяется как произведение данных величин с учетом коэффициента мощности исследуемой цепи. Коэффициент мощности определяется по разности фаз между током и напряжением. Цифровые ваттметры отображают показания на дисплее или записывают их в цифровой форме, а аналоговые — показывают стрелкой на шкале.

Электродинамические измерительные приборы

Приборы, основанные на принципе взаимодействия двух магнитных полей, создаваемых токами, текущими в двух различных катушках по устройству и принципу действия называют электродинамическими.

Одна из этих катушек укреплена неподвижно, а вторая, помещенная внутри первой, может поворачиваться вокруг своей оси и удерживается в некотором начальном положении спиральными пружинами. По отклонению подвижной катушки можно непосредственно судить о силе протекающего по катушкам тока.

В зависимости отданных прибора и способа его включения с помощью этого прибора можно измерять либо силу тока в цепи (амперметр), либо напряжение на зажимах цепи (вольтметр), либо мощность, потребляемую в цепи (ваттметр).

Т. к. направление электрического тока, протекающего через обе катушки электродинамического измерительного прибора изменяется одновременно, то направление силы взаимодействия между катушками остается неизменным при изменении направления подводимого к прибору тока. Поэтому такие измерительные приборы пригодны для измерения как переменного, так и постоянного токов.

Аналоговые ваттметры

К аналоговым устройства относятся ваттметры электродинамической системы. Их работа основана на взаимодействии пары катушек, первая из которых неподвижна, а вторая — подвижна, то есть может отклоняться в сторону. Неподвижная катушка связана с током, а подвижная — с напряжением.

Неподвижная катушка имеет небольшое число витков и включается в цепь измерения мощности последовательно, в то время как подвижная катушка имеет значительно большее количество витков и включается через резистор параллельно исследуемому прибору.

Чем больший ток проходит по неподвижной катушке — тем сильнее ее магнитное поле отклоняет подвижную катушку, связанную со стрелкой. Шкала прибора отградуирована в ваттах. Как вы уже поняли, здесь автоматически учитываются и ток, и напряжение, и коэффициент мощности цепи.

Схема подключения ваттметра:

Схема подключения ваттметра с крышки прибора Д5065:

Мощность трехфазной системы может быть измерена с помощи трех ваттметров, включенных в каждую из фаз. Однако задача может быть решена и проще.

При равномерной нагрузке измерения мог быть проведены с помощью одного ваттметра. При неравномерной нагрузке и трехпроводной системе — двумя ваттметрами (или одним ваттметром специальной конструкции, так называемым двухэлементным). При неравномерной нагрузке и четырехпроводной системе — тремя ваттметрами или одним трехэлементным.

Иногда для измерения реактивной мощности применяют синусные ваттметры, у которых отклонение подвижной части пропорционально не косинусу, а синусу угла сдвига фаз между током и напряжением.

Устройство ваттметров для измерения реактивной мощности такое же, как и для активной. Разница лишь в том, что в синусных ваттметрах искусственно создается сдвиг фаз на 90° между напряжением и током в параллельной цепи. Включаются синусные ваттметры или, каких иногда называют, варметры по тем же измерительным схемам, что и ваттметры для измерения активной мощности.

При неравномерной нагрузке в четырехпроводной линии последовательные обмотки трех ваттметров включают в линейные провода, а параллельные цепи подключают к линейным проводам и нулевому проводу. Мощность трехфазной цепи определяется как сумма показаний ваттметров. Возможно применение одного трехэлементного ваттметра.

Цифровые ваттметры

Цифровой ваттметр работает совершенно иначе. Ток измеряется косвенным путем по закону Ома посредством оценки падения напряжения на калиброванном шунте, а напряжение — по схеме цифрового вольтметра. Датчиком тока может быть не обязательно шунт, но и трансформатор тока.

Измеренные схемой мгновенные параметры тока и напряжения обрабатываются микропроцессором, который вычисляет на основе этих данных потребляемую мощность, а также величину суммарной электроэнергии, которая была израсходована потребителем за время проведения замеров. Результат отображается на цифровом дисплее прибора.

Аналоговые приборы часто можно встретить в виде щитовых, модульных изделий, а цифровые — в виде профессионального оборудования и портативных устройств.

Бытовой ваттметр

Очень распространенный пример простого цифрового ваттметра — бытовой ваттметр в виде сетевого адаптера — переходника. Он предназначен для наблюдения мощности потребления, а также для оперативной оценки стоимости электроэнергии в домашних условиях. Ваттметр вставляется в ту розетку, от которой обычно питается прибор, потребление которого необходимо узнать. Затем в розетку ваттметра втыкается вилка самого прибора.

По нажатии соответствующей кнопки, ваттметр начинает отсчет времени и запись количества потребленной с этого момента электроэнергии, то есть той энергии, которая была отдана через его розетку. Тут же считается стоимость электроэнергии, если предварительно задана цена киловатт-часа. Пока прибор работает а ваттметр измеряет мощность, стоимость на дисплее периодически обновляется. Ваттметры такого типа способны измерять мощности до 3600 Вт.

Стоит вставить прибор в розетку и воткнуть в него вилку — на дисплее тут же начинается отсчет времени и в режиме реального времени отображается потребляемая мощность. При помощи кнопок можно переключить отображаемый параметр с мощности — на ток, на напряжение, посмотреть пиковую мощность, минимальную мощность и т. д.

Кроме того на дисплее можно увидеть частоту переменного тока в розетке. Задав стоимость киловатт-часа электроэнергии, при помощи бытового ваттметра можно оценить стоимость электроэнергии, потребляемой холодильником, компьютером, вентилятором, кондиционером, обогревателем, водонагревателем и т. д.

Профессиональные ваттметры

Профессиональные ваттметры отличаются расширенным функционалом и повышенным классом точности. Данные приборы позволяют тестировать более простые измерительные приборы, а сами способны измерять мощности в значительно более широком диапазоне величин токов, напряжений и частот нежели бытовые.

Профессиональный ваттметр стоит дороже, как любой стационарный прибор подобного класса, просто в силу повышенных требований к точности и качеству измерений. Зачастую профессиональные ваттметры не критичны к форме тока, они могут измерять переменный и постоянный, синусоидальной, прямоугольный, пульсирующий и пилообразный токи, вычислять при этом мощность потребления с указанием коэффициента мощности и характера нагрузки (активная, индуктивная, емкостная, смешанная). Выпускаются как для работы с однофазными цепями, так и для трехфазных.

Аналоговый ваттметр в составе профессионального лабораторного измерительного комплекта К540:

Щитовые ваттметры

Для осуществления замеров и индикации активной и реактивной мощности в сетях трехфазного или однофазного переменного тока, полезны щитовые встраиваемые ваттметры. Значение текущей мощности индикатор показывает в виде цифр на своем дисплее, который может иметь обычно до четырех разрядов для обеспечения достаточно высокой точности. Прибор имеет вид своеобразной измерительной головки, монтируемой в корпус.

Привычное применение ваттметров данного вида — индикаторные панели различных электротехнических устройств, работающих в сетях с частотой 50 Гц, то есть такие, где ваттметр установлен стационарно и больше не снимается. Возможно сопряжение ваттметра с электронными схемами, которые корректируют работу цепи в которой он установлен в зависимости от динамики активной или реактивной мощности потребления.

Цифровой ваттметр в розетку со счетчиком энергии: обзор устройства и определение нижнего предела функционирования

Ваттметр (измеритель мощности электрического тока) кажется элементарным прибором, но на самом деле он должен выполнить непростую математическую задачу.
Ведь это только в школьном учебнике физики для получения мощности просто надо перемножить ток на напряжение!
А по жизни ток может иметь гораздо более сложную форму, чем синус или постоянный ток; причем фаза тока и напряжения могут не совпадать, и всё это надо как-то учесть.
Современные цифро-аналоговые процессоры (можно назвать микроконтроллерами) позволяют эту задачу решить прямым вычислительным способом: взять величину тока и напряжения за каждый дискрет времени, перемножить их и просуммировать за некоторый интервал времени; в результате чего получить мощность и ещё кучу разнообразных параметров.
В этом обзоре будет рассмотрена одна из многочисленных разновидностей такого рода приборов:

(изображение с Алиэкспресс)

Этот цифровой ваттметр куплен на Алиэкспресс у этого продавца, цена на дату обзора — $12.5 (может меняться).

И ещё несколько слов, поясняющих, почему точное значение мощности нельзя получить, просто взяв и перемножив ток на напряжение даже для чисто активной нагрузки.

Обычные измерительные приборы (вольтметры, амперметры, мультиметры) не измеряют непосредственно величину среднеквадратичного значения измеряемого параметра (тока или напряжения), которая нужна для расчёта мощности.

Они измеряют обычно величину среднего выпрямленного значения параметра (тока или напряжения), и на этой основе перемасштабируют в среднеквадратичное значение.

Такой способ — вполне корректен для «идеального» синуса, но в наших розетках нет идеального синуса!

Вот пример осциллограммы напряжения в розетке (взят из обзора блока выпрямителя и фильтров для УНЧ):

Для такого рода напряжения не будет полного совпадения значения, измеренного «обычным» вольтметром, с реальным среднеквадратичным значением.

Иными словами, такая форма напряжения может создать некоторую погрешность метода, причём в данном случае даже затруднительно предсказать знак погрешности.

А ещё в добавок может быть сдвиг фазы между током и напряжением, если в нагрузке присутствует реактивная составляющая.

И вот здесь на помощь приходят цифровые ваттметры, которые могут всё замерить и посчитать, «как надо»! Причём, смогут замерить не только основной параметр (мощность), но и сопутствующие: ток, напряжение, коэффициент мощности (он же — знаменитый «косинус фи»). И, дополнительно — расход энергии и даже денег. :)

Внешний вид, конструкция и схемотехника ваттметра

Внешний вид ваттметра представлен на следующих фото:

Ваттметр вставляется прямо в розетку, а в него вставляется питаемое устройство, чью мощность потребления надо измерить. Пользование таким ваттметром удобно и практично!

Собственно, за это такие приборы и называют в народе «ваттметрами в розетку». Звучит немного жаргонно, но суть отражает верно. :)

Экран ваттметра — буквенно-цифровой жидкокристаллический, без подсветки.

Обновление экрана происходит примерно раз в 2 секунды. Это — время накопления и усреднения мощности. Производитель мог бы легко реализовать и более быстрое обновление, но это привело бы к «мельтешению» показаний.

На задней стороне прибора находится шильдик с его параметрами:

Всё здесь ясно и понятно, за исключением третьей строки: «Wide voltage range: 230V ----250V».

Ну какой же он «Wide»?! Это не «Wide», а убожество какое-то! Неужели он при стандартном напряжении 220 Вольт не сможет работать?!

Как оказалось, сможет. А вопрос о нижней границе работоспособности прибора будет происследован в обзоре отдельно.

Половинки ваттметра скреплены тремя шурупами и тремя защёлками. Удерживают прибор в собранном виде они очень прочно, но и разборка каких-то больших технологических сложностей не представляет.

Электронная часть прибора состоит из двух плат.

Плата на левой половине отвечает за индикацию, а плата на правой половине — за измерения и вычисления.

С той её стороны, которая обращена к нам, видно несколько важных элементов схемы.

Зелёненький «бочонок» слева вверху платы — это никель-металлогидридный аккумулятор из 3-х элементов ёмкостью 20 мАч на напряжение 3.6 В. Сразу надо сказать, что он — не для работы прибора, а только для подпитки с целью сохранения параметров при отключении от питающей сети.

То есть, прибор с ним включится (по нажатию кнопки), но ничего замерить не сможет (если подать на него какое-то небольшое напряжение).

Под ним — пара электролитов (фильтрация питания), а далее под ними — большой желтый «сухой» конденсатор.

Посмотрим на него в другом ракурсе:

Номинал желтого конденсатора — 0.68 мкФ, он работает реактивным гасителем лишнего напряжения для системы питания самого ваттметра.

Последовательно с ним подключен резистор 33 Ом (справа от конденсатора); он служит для предотвращения резких бросков тока в момент включения ваттметра в розетку.

А слева от конденсатора — шунт в виде скобы из толстой проволоки. Он нужен для замера протекающего в нагрузку тока.

Ещё на этой стороне платы находится кварц, необходимый для тактового генератора аналого-цифрового процессора, расположенного на обратной стороне платы. Вот ей сейчас и займёмся.

Главная микросхема на плате (U3) — специализированный цифро-аналоговый процессор BL6523GX, спроектированный для измерения мощности.

Его структурная схема (взята из datasheet):

Рассматривать эту схему не будем, чтобы не утяжелять обзор.

Ещё одна микросхема (U2), поменьше, — это ATMHK220 24CO2N. Она работает в качестве флеш-памяти с последовательной передачей данных.

Последняя, самая маленькая микросхема (U3, 78L05) — стабилизатор питания 5 В.

Режимы ваттметра

Посмотрим на органы управления ваттметра:

На передней панели имеются 5 кнопок: 4 большие кнопки и одна полускрытая кнопка — RESET.

Кнопкой RESET рекомендую пользоваться при каждом включении прибора в розетку, иначе он может показывать белиберду. После нажатия RESET прибор работает стабильно, проблем нет.

Из остальных кнопок самая главная — это FUNCTION. С помощью этой кнопки пользователь определяет, какую информацию он желает посмотреть.

При нажатии на эту кнопку последовательно переключаются по кругу следующие режимы отображения:

Время работы (с ненулевой мощностью) + мощность + стоимость (если была установлена цена за КВт*час);
Время работы + суммарное потребление энергии (накопление);
Время работы + напряжение в сети;
Время работы + потребляемый ток + коэффициент мощности (косинус фи);
Время работы + минимальная потребляемая мощность за время работы;
Время работы + максимальная потребляемая мощность за время работы;
Стоимость за КВт*час (просмотр и установка).

Остальные три кнопки как раз используются для установки цены за КВт*час.

Как выглядит экран ваттметра в режимах показа напряжения и тока, можно посмотреть на следующих фото (режим мощности был показан выше):

Теперь перейдём к оценке «профпригодности» ваттметра — его тестированию.

Тестирование ваттметра

Первым делом проверяем точность измерения прибором напряжения и тока. Для этого проводилось сравнение показаний с мультиметром DT9205A:

Если взять за основу показания мультиметра, то ваттметр слегка занижает показания по напряжению (на 0.7%). Учитывая ограниченную точность обоих приборов, можно считать, что расхождений нет.

По току расхождение составило чуть больше: 1.5% с тем же знаком (ваттметр показал меньше).

Соответственно, при измерении мощности эти две погрешности сложатся, и погрешность измерения мощности должна будет составить 2.2%. Но эта цифра — только ориентировочная (с учетом возможной погрешности мультиметра).

Конечно, по-хорошему надо бы проверять тестируемый ваттметр не с помощью вольтметра и амперметра, а с помощью образцового ваттметра, сертифицированного Ростестом. Но извиняйте: чего нет, того нет.

Теперь подсовываем прибору простую активную нагрузку — лампу накаливания 25 Вт:

Эх, как же он приятен — тёплый ламповый свет! Но речь в данном случае о том, что номинальная мощность лампы подтвердилась с высокой точностью.

Теперь — небольшая таблица с пробными замерами различной аппаратуры, которая покажет, в том числе, как «дурят нашего брата»:

Тестируемая аппаратура	Номинальная мощность	Измеренная мощность	Измеренный коэффициент мощности
Паяльник	25 Вт	27.3 Вт	0.97
Светодиодная лампа «Старт»	10 Вт	8.3 Вт	0.59
Светодиодная лампа «Старт»	15 Вт	11.8 Вт	0.59
Микроволновка в простое	-	1.8 Вт	0.44
Микроволновка (в режиме 800 Вт)	1200 Вт	1274 Вт	0.91
Зарядка смартфона	10 Вт	11.1 Вт	0.54
Системный блок компьютера (выключен)	-	2.7 Вт	0.35
Системный блок компьютера (включен, в простое)	-	45 — 67 Вт	0.54
Системный блок компьютера (нагрузочный тест OCCT-Linpack)	-	95 — 98 Вт	0.75
Системный блок компьютера (нагрузочный тест OCCT-Большой набор)	-	105 — 111 Вт	0.76

Немного обсудим полученные результаты.

Микроволновка показала результат заметно выше указанной на ней самой номинальной мощности. Учитывая высокий КПД магнетрона, можно предположить, что и на нагрев продуктов пошло не заданные 800 Вт, а значительно больше.

Это — пример обмана в пользу потребителя, но одновременно потребителю надо задуматься и о достаточной «прочности» электропроводки.

Интересной была попытка замерить мощность микроволновки в режиме «320 Вт». Микроволновка периодически то включалась на полную мощность (1274 Вт), то периодически снижала мощность почти до нуля, чтобы в среднем получилось 320 Вт.

Со светодиодными лампами обман получился уже в обратную сторону, т.е. лампам мощности недодали.

В тесте компьютера надо иметь в виду, что это был не игровой компьютер, а компьютер офисного типа. Игровой компьютер будет потреблять значительно больше, особенно в моменты наиболее жарких баталий.

В общем, ваттметр помог совершить много интересных открытий касательно имеющейся в доме аппаратуры.

Последний вопрос в тестировании ваттметра — нижний предел его работоспособности по напряжению.

Для выяснения этого вопроса был использован трансформатор ТПП-282-127/220-50 с множеством отводов от первичной обмотки (своего рода замена ЛАТР-у).

Эксперименты с подключением к разным отводам трансформатора показали, что ваттметр работоспособен при напряжении 112 Вольт и выше (по показаниям самого ваттметра). При более низких напряжениях прибор включался, но ничего не измерял (показывал нулевые ток, напряжение и мощность).

Таким образом, ваттметр будет работоспособным даже при значительных колебаниях напряжения в питающей сети.

Итоги и выводы

Протестированный «ваттметр в розетку» показал точность, вполне достаточную для бытовых применений (без претензий на что-то более высокое). И это — главное.

Естественно, у него есть множество недостатков, простительных за его цену.

У него нет возможности передать данные в компьютер или смартфон; нет и возможности запротоколировать график потребления мощности по времени.

Мне лично ещё не понравилось, что у него нет возможности вывести на экран одновременно мощность, напряжение и потребляемый ток. Чтобы их увидеть, надо поочерёдно переключаться между экранами.

И, конечно, отсутствие подсветки экрана — тоже не украшение.

Но, с учётом цены, право же, всё это — мелочи. :)

Купить ваттметр можно на Алиэкспресс по этой ссылке.

Кроме протестированного варианта ваттметра в таком же корпусе выпускается ваттметр на основе другого процессора. Он не тестировался, но, вероятно, должен показать аналогичные характеристики.

Включение электроизмерительных приборов через измерительные трансформаторы

В ваттметрах, счетчиках, фазометрах и некоторых других приборах отклонение подвижной части (в счетчиках — направление вращения диска) зависит от направления токов в их цепях. Поэтому включение их через измерительные трансформаторы тока и напряжения необходимо производить так, чтобы токи в цепях приборов имели такое же направление, как и при включении приборов без трансформаторов.

Для правильного включения приборов зажимы обмоток измерительных трансформаторов помечаются особыми знаками. Зажимы первичной обмотки трансформатора тока помечаются знаками Л1 и Л2 (линия) и соответствующие им зажимы вторичной обмотки И1 и И2 (измерительный прибор). Зажимы первичной обмотки однофазного трансформатора напряжения обозначаются А и Х, а вторичной обмотки — а и х.

При включении через измерительные трансформаторы ваттметров и других приборов, на показания которых влияют фазовые сдвиги между токами и напряжениями, угловые погрешности трансформаторов влияют на показания приборов.

При включении приборов с измерительными трансформаторами необходимо всегда помнить следующее:

1. Генераторные зажимы ваттметров и других приборов должны быть присоединены к зажиму "а" трансформатора напряжения (параллельные цепи) и к зажиму "И1" трансформатора тока (токовые цепи), а при последовательном соединении токовых цепей приборов — так, как показано на рисунке.

Схема включения электромеханических приборов через измерительные трансформаторы тока и напряжения

2. При наличии первичного тока вторичная цепь трансформаторов тока не должна размыкаться. Вторичная обмотка трансформатора напряжения не должна подвергаться короткому замыканию.

В целях безопасности обслуживающего персонала и защиты приборов вторичные цепи измерительных трансформаторов должны обязательно заземляться, как это показано на рисунке. Заземление вторичных цепей трансформаторов исключает возможность появления высокого напряжения в цепях приборов относительно земли при порче (пробое) изоляции между обмотками измерительного трансформатора.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Схема включения ваттметра

Для непосредственного измерения мощности цепи постоянного тока применяется ваттметр. Неподвижная последовательная катушка или катушка тока ваттметра соединяется последовательно с приемниками электрической энергии. Подвижная параллельная катушка или катушка напряжения, соединенная последовательно с добавочным сопротивлением, образует параллельную цепь ваттметра, которая присоединяется параллельно приемникам энергии.

Угол поворота подвижной части ваттметра:

где I — ток последовательной катушки; I и — ток параллельной катушки ваттметра.

Рис. 1. Схема устройства и соединений ваттметра

Таким образом, по углу поворота подвижной части ваттметра можно судить о мощности цепи.

Шкала ваттметра равномерна. При работе с ваттметром необходимо иметь в виду, что изменение направления тока в одной из катушек вызывает изменение направления вращающего момента и направления поворота подвижной катушки, а так как обычно шкала ваттметра делается односторонней, т. е. деления шкалы расположены от нуля вправо, то при неправильном направлении тока в одной из катушек определение измеряемой величины по ваттметру будет невозможно.

По указанным причинам следует всегда различать зажимы ваттметра. Зажим последовательной обмотки, соединяемый с источником питания, называется генераторным и отмечается на приборах и схемах звездочкой. Зажим параллельной цепи, присоединяемый к проводу, соединенному с последовательной катушкой, также называется генераторным и отмечается звездочкой.

Таким образом, при правильной схеме включения ваттметра токи в катушках ваттметра направлены от генераторных зажимов к негенераторным. Могут иметь место две схемы включения ваттметра (см. рис. 2 и рис. 3).

Рис. 2. Правильная схема включения ваттметра

Рис. 3. Правильная схема включения ваттметра

В схеме, данной на рис. 2, ток последовательной обмотки ваттметра равен току приемников энергии, мощность которых измеряется, а параллельная цепь ваттметра находится под напряжением U ' большим, чем напряжение приемников, на величину падения напряжения в последовательной катушке. Следовательно, Рв = IU' = I(U+U1) = IU = IU1 , т. е. мощность, измеряемая ваттметром, равна мощности приемников энергии, подлежащей измерению, и мощности последовательной обмотки ваттметра.

В схеме, данной на рис. 3, напряжение на параллельной цепи ваттметра равно напряжению на приемниках, а ток в последовательной обмотке больше тока, потребляемого приемником, на величину тока параллельной цепи ваттметра. Следовательно, P в = U(I+Iu) = UI+ UIu , т. е. мощность, измеряемая ваттметром, равна мощности приемников энергии, подлежащей измерению, и мощности параллельной цепи ваттметра.

При измерениях, в которых мощностью обмоток ваттметра можно пренебречь, предпочтительнее пользоваться схемой, показанной на рис. 2, так как обычно мощность последовательной обмотки меньше, чем параллельной, а следовательно, показания ваттметра будут более точными.

При точных измерениях необходимо вводить поправки в показания ваттметра, обусловленные мощностью его обмотки, и в таких случаях можно рекомендовать схему на рис.3, так как поправка легко вычисляется по формуле U 2 /Ru , где Ru обычно известно, а поправка остается неизменной при различных значениях тока, если U постоянно.

При включении ваттметра по схеме на рис. 2 потенциалы концов катушек разнятся только на величину падения напряжения в подвижной катушке, так как генераторные зажимы катушек соединены вместе. Падение напряжения в подвижной катушке незначительно по сравнению с напряжением на параллельной цепи, так как сопротивление этой катушки незначительно по сравнению с сопротивлением параллельной цепи.

Рис. 4. Неправильная схема включения ваттметра

На рис. 4 дана неправильная схема включения параллельной цепи ваттметра. Здесь генераторные зажимы катушек соединены через добавочное сопротивление, вследствие чего разность потенциалов между концами катушек равна напряжению цепи (иногда весьма значительному 240 - 600 В), а так как неподвижная и подвижная катушки находятся в непосредственной близости одна от другой, то создаются условия, благоприятные для пробоя изоляции катушек. Кроме того, между катушками, имеющими весьма различные потенциалы, будет наблюдаться электростатическое взаимодействие, могущее вызвать дополнительную погрешность при измерении мощности в электрической цепи.

Как измерить мощность в цепи трехфазного переменного тока

Мощность в цепи трехфазного тока может быть измерена с помощью одного, двух и трех ваттметров. Метод одного прибора применяют в трехфазной симметричной системе. Активная мощность всей системы равна утроенной мощности потребления по одной из фаз.

При соединении нагрузки звездой с доступной нулевой точкой или если при соединении нагрузки треугольником имеется возможность включить обмотку ваттметра последовательно с нагрузкой, можно использовать схемы включения, показанные на рис. 1.

Рис. 1 Схемы измерения мощности трехфазного переменного тока при соединении нагрузок а - по схеме звезды с доступной нулевой точкой; б - по схеме треугольника с помощью одного ваттметра

Если нагрузка соединена звездой с недоступной нулевой точкой или треугольником, то можно применить схему с искусственной нулевой точкой (рис. 2). В этом случае сопротивления должны быть равны Rвт+ Rа = Rb =Rc.

Рис 2. Схема измерения мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром с искусственной нулевой точкой

Для измерения реактивной мощности токовые концы ваттметра включают в рассечку любой фазы, а концы обмотки напряжения - на две другие фазы (рис. 3). Полная реактивная мощность определяется умножением показания ваттметра на корень из трех. (Даже при незначительной асимметрии фаз применение данного метода дает значительную погрешность).

Рис. 3. Схема измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром

Методом двух приборов можно пользоваться при симметричной и несимметричной нагрузке фаз. Три равноценных варианта включения ваттметров для измерения активной мощности показаны на рис. 4. Активная мощность определяется как сумма показаний ваттметров.

При измерении реактивной мощности можно применять схему рис. 5, а с искусственной нулевой точкой. Для создания нулевой точки необходимо выполнить условие равенства сопротивлений обмоток напряжений ваттметров и резистора R. Реактивная мощность вычисляется по формуле

где Р1 и Р2 - показания ваттметров.

По этой же формуле можно вычислить реактивную мощность при равномерной загрузке фаз и соединении ваттметров по схеме рис. 4. Достоинство этого способа в том, что по одной и той же схеме можно определить активную и реактивную мощности. При равномерной загрузке фаз реактивная мощность может быть измерена по схеме рис. 5, б.

Метод трех приборов применяется при любой нагрузке фаз. Активная мощность может быть замерена по схеме рис. 6. Мощность всей цепи определяется суммированием показаний всех ваттметров.

Рис. 4. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами а - токовые обмотки включены в фазы А и С; б - в фазы А и В; в - в фазы В и С

Реактивная мощность для трех- и четырехпроводной сети измеряется по схеме рис. 7 и вычисляется по формуле

где РA, РB, РC - показания ваттметров, включенных в фазы А, В, С.

Рис. 5. Схемы измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами

Рис. 6. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока тремя ваттметрами а - при наличии нулевого провода; б - с искусственной нулевой точкой

На практике обычно применяют одно-, двух- и трехэлементные трехфазные ваттметры соответственно методу измерения.

Чтобы расширить предел измерения, можно применить все указанные схемы при подключении ваттметров через измерительные трансформаторы тока и напряжения. На рис. 8 в качестве примера показана схема измерения мощности по методу двух приборов при включении их через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Рис. 7. Схемы измерения реактивной мощности тремя ваттметрами

Рис. 8. Схемы включения ваттметров через измерительные трансформаторы.

Как подключить ваттметр

Мощность – важный параметр, характеризующий электрическую цепь. Он отображает объем работы, осуществляемой током за некоторый период времени. Замеряется этот параметр специальными приборами. Для выяснения мощности постоянного тока берутся амперметр и вольтметр, а затем полученные величины умножаются между собой. В случае переменного тока производится непосредственное измерение. Для решения этой задачи используются ваттметры.

определять мощность аппаратов;
выяснять режимы работы агрегатов;
тестировать цепи (полностью или частично);
отслеживать расходование электроэнергии;
анализировать параметры мотор-колес и аккумуляторных батарей;
испытывать электроустановки.

Ваттметры по своей конструкции классифицируются на цифровые и аналоговые. Первые замеряют активную и реактивную мощность. Они дополнительно отображают силу тока, напряжение, удельное расходование электроэнергии. Итоги замеров поступают на компьютер. Аналоговые модели (есть 2 разновидности – самопишущие и показывающие) замеряют активную мощность цепного участка. Еще одно их характерное отличие – дисплей, имеющий стрелку и шкалу с градуировкой.

Как правильно подключить ваттметр в электрическую цепь

По инструкции для ваттметра, у него есть 4 клеммы – по 2 входа и выхода. Одна пара клемм применяется при сборке последовательной (токовой) цепи. Вторая пара клемм подключается после первой и применяется для получения параллельной цепи (напряжения). Начальная точка цепи напряжения подключается перемычкой к начальной точке токовой цепи, который должен быть соединен с зажимом сети. Конечная точка цепи напряжения коммутируется с оставшимся зажимом.

В результате катушка тока получает последовательное соединение с приемниками электроэнергии, а катушка напряжения – аналогичное соединение с дополнительным сопротивлением. Она создает параллельную цепь, располагаемую параллельно приемникам энергии.

При смене направленности тока в 1-й катушке меняется направленность вращающего момента и поворота катушки напряжения. А поскольку шкала аналогового прибора зачастую односторонняя, то при неверной направленности тока определить измеряемый параметр не удастся. Поэтому необходимо четко различать зажимы прибора. Коммутируемый с источником питания зажим последовательной катушки называют генераторным. Для него характерно обозначение звездочкой. Идентично называется и обозначается подсоединяемый к проводу от последовательной катушки зажим параллельной цепи.

Поэтому в вопросе, как включается ваттметр, важно обеспечить направленность токов в катушках от генераторных зажимов к остальным. На рисунках представлены 2 корректные схемы включения ваттметра. Первую схему рекомендуется использовать в ситуациях, когда мощностью обмоток прибора допустимо пренебречь. Вторая схема применяется при необходимости высокоточных замеров.

Читайте также: