Ваттметр как подключается в цепь

Как подключается ваттметр. Включение ваттметра в измеряемую цепь. Внутренние установки — диалоговое окно Multimeter Settings

Одной из важнейших характеристик электрической цепи является ее мощность. С помощью данного параметра определяется величина работы, которую электрический ток выполняет за определенную единицу времени. Все устройства включаемые в цепь должны иметь мощность, соответствующую мощности конкретной сети. Для замеров мощности электрического тока применяется – ваттметр. В основном он нужен в сетях переменного тока, определяя мощность включенных приборов, а также для тестирования сетей и их отдельных участков, контроля и слежения за режимом работы электрооборудования, учета потребленной электроэнергии.

Ваттметр для измерения мощности: назначение, типы, подключение, применение

Один из параметров, который характеризует состояние электрической сети – это ее мощность. Она отражает величину работы, выполняемую электрическим током в единицу времени. Мощность устройств, включаемых в электрическую цепь, должна быть в рамках мощности сети. Иначе возможны неприятные сюрпризы – от выхода из строя оборудования до короткого замыкания и пожара. Измеряют мощность электрического тока специальным прибором – ваттметром. И если в цепи постоянного тока она рассчитывается простым умножением силы тока на напряжение (достаточно наличия вольтметра и амперметра), то в сети переменного тока без измерительного оборудования не обойтись. Также им контролируют режим работы электрического оборудования и учитывают расход энергии.

Применение Ваттметров
Типы ваттметров
Устройство и принцип действия
Аналоговые ваттметры
Цифровые ваттметры
Подключение Ваттметра
Многофункциональный цифровой ваттметр СМ3010 класса точности 0,1
Устройства измерительные ЦП8506-120 (далее – устройства).
Ваттметр Д5085 (Д 5085, Д-5085)

Схема включения ваттметров для измерения однофазной цепи

Для измерения мощности постоянного тока достаточно измерить напряжение вольтметром и ток амперметром (метод амперметра и вольтметра). Чаще всего измерение мощности осуществляется одним прибором – ваттметром.

Для измерения мощности постоянного тока достаточно измерить напряжение вольтметром и ток амперметром. Результат определяется по формуле

Метод амперметра и вольтметра пригоден и для измерения полной мощности S = U·I, а также активной мощности переменного тока, если cosφ = 1

Чаще всего измерение мощности осуществляется одним прибором – ваттметром. Для измерения мощности лучшей является электродинамическая система.

Эта система представляет собой две катушки (рисунок 1), одна из которых неподвижная, а другая – подвижная. Обе катушки подключаются к сети, и взаимодействие их магнитных полей приводит к повороту подвижной катушки относительно неподвижной.

Применение Ваттметров

Основная область применения – это электроэнергетическая промышленность и машиностроение, мастерские по ремонту электроприборов. Однако достаточно широко используют и бытовые измерители, которые приобретают любители электроники, компьютеров и просто обыватели – для учета и экономии энергопотребления.

Применяют ваттметры для:

Определения мощности приборов;
Тестирования электрических сетей, и их отдельных участков;
Испытаний электрических установок (как показывающие приборы);
Контроля работы оборудования;
Учета расхода электроэнергии.

Типы ваттметров

Измерению мощности предшествует измерение силы тока и напряжения исследуемого участка цепи.

В зависимости способов измерения, преобразования данных и показа итоговой информации, ваттметры делятся на аналоговые и цифровые.

Аналоговые ваттметры бывают показывающие и самопишущие и отражают активную мощность участка цепи. Табло показывающего прибора имеет полукруглую шкалу и поворачивающуюся стрелку. Деления шкалы отградуированы в соответствии с определенными величинами мощности, измеряемой в ваттах (Вт).

Цифровые ваттметры измеряют как активную, так и реактивную мощность. Кроме того, на дисплей прибора могут выводиться (кроме показания мощности) также и сила тока, напряжение, и расход энергии по времени. Данные измерений можно вывести удаленно на компьютер оператора.

Видео о ваттметре из Китая:

Правила использования

Известно несколько разных ваттметров, большая часть приспособлений призвана проводить аналогичные замеры. Однако необходимо отыскать устройство, подключаемое к розетке на стене, (наиболее простой метод точного определения, какое количество электроэнергии использует конкретный прибор). Возможно пользоваться аналоговыми и цифровыми ваттметрами. Приобретение цифровых устройств даст возможность потребителям получить точную информацию, в тот момент как аналоговые приборы потребуют от пользователей самых простых расчетов для установления потребления ватт.

Устройство и принцип действия

Аналоговые ваттметры

Наиболее распространенными и точными аналоговыми ваттметрами являются приборы электродинамической системы.

Принцип работы основан на взаимодействии двух катушек. Одна из них – неподвижная, имеет толстую обмотку с небольшим числом витков и малое сопротивление. Подключается последовательно с нагрузкой. Вторая катушка – подвижная.

Ее намотка выполнена из тонкого провода и имеет большое количество витков, поэтому и сопротивление у нее высокое.

Подключается она параллельно нагрузке и снабжается еще добавочным сопротивлением (для исключения короткого замыкания между катушками).

При подключении прибора к сети, в катушках образуются магнитные поля. Их взаимодействие создает вращающий момент, который отклоняет подвижную катушку с подсоединенной к ней стрелкой на определенный угол.

Величина угла эквивалентна произведению силы тока и напряжения в данный момент времени.

Цифровые ваттметры

В основе работы цифрового ваттметра лежит предварительное измерение силы тока и напряжения. Для этого на входе устанавливаются: последовательно нагрузке – датчик тока, параллельно – датчик напряжения. Они могут выполняться на базе термисторов, измерительных трансформаторов, термопар и других элементов.

Мгновенные значения полученных величин тока и напряжения посредством аналого-цифрового преобразователя передаются к встроенному микропроцессору. Здесь производятся необходимые вычисления (находится активная и реактивная мощности) и выдаются в виде итоговой информации на дисплей и подключенные внешние устройства.

Рисунок — Схема подключения Ваттметра

Преимущества и недостатки ваттметра

К преимуществам относят:

К недостаткам следует отнести:

воздействие наружных электромагнитных полей и механического воздействия;
значительную мощность потребления.

Изучив все достоинства и недостатки устройства, возможно осуществить правильный выбор приспособления.

Изначально требуется замерять напряжение, после силу тока, а тогда, отталкиваясь от показателей, мощность. С учетом предназначения различаются следующие разновидности ваттметров:

Измеритель мощности. Применяют, чтобы вычислить количество ватт в оптическом либо радиодиапазоне.
Киловаттметр. Используют в процессе проведения замеров больших параметров (примерно 100Кв).
Милливаттметр. Чтобы измерять малые показатели (менее единицы).
Варметр. Он показывает реактивную мощность электроцепи.
Ваттварметр. Дает возможность узнать сведения об активной и реактивной мощности в электроцепи переменного тока.

По типу измерения, преобразования показателей и получению информации рассматриваемые приспособления делятся на цифровые и бытовые.

Цифровой

Основой функционирования цифрового ваттметра становятся общие измерения. В этих целях на входе устанавливают: последовательно нагрузке — индикатор тока, параллельно — индикатор напряжения. Они выполняются на основе термисторов, спецтрансформаторов, термопар и прочих.

Мгновенные показатели замеряемых величин при помощи цифрового преобразователя будут переданы на интегрированный процессор. Тут будут произведены требуемые замеры и выданы в качестве итоговых данных на монитор и подсоединенные наружные приспособления.

Бытовой

Самыми популярными и точными бытовыми ваттметрами считаются устройства электродинамической системы.

Принцип функционирования предполагает взаимосвязь 2 катушек. Одна неподвижна и обладает толстой обмоткой с малым количеством витков. Другая будет подвижной, намотка изготовлена из тонкого провода. Обладает большим количеством витков, потому сопротивление будет высоким.

Подключается параллельно нагрузке и оснащается вспомогательным сопротивлением (чтобы исключить короткое замыкание).

Во время подсоединения устройства к электросети, в них формируются электромагнитные поля. В процессе взаимодействия создается вращение, отклоняющее подвижную катушку с подключенной стрелкой на конкретный угол.

Подключение Ваттметра

Ваттметры имеют четыре клеммы (2 входа, 2 выхода) для подключения. Две из них используют при сборе последовательной (токовой) цепи – ее подключают первой, а две – для параллельной (цепи напряжения).

Начало цепи напряжения (вход) подключают к началу токовой цепи (соединить клеммы перемычкой), соединенному с одним зажимом сети. Конец цепи напряжения (выход) соединяют с другим зажимом сети.

Рассмотрим несколько ваттметров разного исполнения и разных производителей:

Многофункциональный цифровой ваттметр СМ3010 класса точности 0,1

Предназначен для измерения активной мощности, тока, напряжения и частоты в цепях постоянного тока и в однофазных цепях переменного тока; для поверки ваттметров, амперметров, вольтметров класса 0,3 и ниже, частотомеров класса 0,01 и ниже.

Пределы измерения тока Iп:

на постоянном и переменном токе: 0,002-0,005-0,01-0,02-0,05-0,1-0,2-0,5-1-2-5-10 А.

Пределы измерения напряжения Uп:

постоянный ток: 1-3-7,5-15-30-75-150-300-450-700-1000 В.
переменный ток: 1-3-7,5-15-30-75-150-300-450-700 В.

Пределы измерения мощности соответственно Uп* Iп

Пределы измерения частоты от 40 до 5000Гц.

приведенная погрешность измерения тока, напряжения и мощности на постоянном токе ±0,1%;
приведенная погрешность измерения тока и напряжения на переменном токе в диапазоне частот от 40 до 1500Гц ±0,1%;
приведенная погрешность измерения мощности на переменном токе в диапазоне частот от 40 до 1000Гц ±0,1%;
относительная погрешность измерения частоты в диапазоне частот от 40 до 5000Гц ±0,003%;

Габаритные размеры 225х100х205 мм. Масса не более 1кг. Потребляемая мощность не более 5Вт.

Ваттметры многофункциональные СМ3010 выпускаются по ТУ 4221-047-16851585-2014, соответствуют требованиям ТР ТС 004/2011, ТР ТС 020/2011.

Устройства измерительные ЦП8506-120 (далее – устройства).

Предназначены для измерения активной, реактивной, активной и реактивной трехфазных трехпроводных цепей переменного тока, отображения текущего значения измеряемой мощности на цифровом индикаторе и преобразования его в аналоговый выход-ной сигнал (далее – выходной сигнал).

Измеренные значения отображаются в цифровой форме на встроенных индикаторах. Отображение измеренных величин на цифровых индикаторах производится в единицах измеряемой величины, поступающей непосредственно на вход устройства, или в единицах измеряемой величины, поступающей на вход трансформаторов тока и напряжения с учетом коэффициентов трансформации, в ваттах, киловаттах, мегаваттах, варах, киловарах, мегаварах. Цифровые индикаторы имеют по четыре значащих разряда.

для измерения активной и реактивной мощности в трехфазных трехпроводных электрических цепях переменного тока частотой от 45 до 55 Гц

Краткие технические характеристики ЦП8506-120 (Ваттметр)

Варметр щитовой цифровой трехфазный:

Коэффициент мощности: для ваттметра cos φ=1, для варметра sin φ=1
Габаритные размеры: 120х120х150 мм
Высота знака: 20 мм
Максимальный диапазон отображения: 9999
Класс точности: 0,5
Время преобразования: не более 0,5 с
Рабочая температура: +5 … +40 град С (О4.1), -40…+50 град С (УХЛ3.1)
Степень защиты по передней панели: IP40
Потребляемая мощность: 5ВА
Масса: не более 1,2 кг

Ваттметр

, прибор для измерения электрической мощности, расходуемой в каком-нибудь участке электрической цепи. В технике и в лабораторной практике применяется ваттметр двух типов: электродинамический и индукционный.

Электродинамический ваттметр основан на взаимодействии токов и состоит из двух обмоток (фиг. 1): неподвижной а

, несущей весь ток цепи I, и подвижной b, несущей ток i, пропорциональный напряжению цепи. Подвижная обмотка соединяется последовательно с большим безындукционным сопротивлением и включается параллельно приемнику. Ток к подвижной обмотке подводится по двум спиральным пружинкам с, которые в то же время создают вращающий момент, противодействующий повороту обмотки.

При синусоидальных токах, если Е — эффективное напряжение, I — эффективная сила тока однофазной цепи и ϕ — угол сдвига фаз между током и напряжением, мощность Р, потребляемая в цепи, выражается произведением:

В электродинамических ваттметрах взаимодействие двух магнитных потоков Ф1 и Ф2, созданных токами I и i в обмотках, образует момент вращения:

Здесь α — угол отставания тока i в подвижной обмотке ваттметра, имеющей индуктивность L. Благодаря наличию угла α момент М не вполне пропорционален мощности Р; поэтому расчет прибора необходимо вести так, чтобы создаваемая углом α ошибка ваттметра не превосходила пределов точности отсчета. Так как

то угол α можно уменьшить введением большого добавочного сопротивления в цепь подвижной обмотки. Это сопротивление изготовляется из материала с ничтожным температурным коэффициентом и делает прибор нечувствительным к изменениям температуры окружающей среды. Из преобразования формулы (2)

следует, что это же добавочное сопротивление делает прибор малочувствительным и к изменению частоты тока, так как при малом значении дроби можно принять Электродинамический ваттметр является прецизионным прибором и применяется гл. обр. в лабораторной практике. Достоинства его: большая точность (до 0,25%), пригодность для постоянного и переменного тока, независимость показаний от частоты тока, формы кривой напряжения и температуры. Недостатки: легкая конструкция, слабые магнитные поля, небольшой вращающий момент и, вследствие этого, сильное влияние внешнего поля на показания ваттметра. Для уменьшения этого влияния и приспособления электродинамического ваттметра к условиям работы на распределительных щитах, применяют железный кожух, защищающий механизм ваттметра от действия внешнего поля, или устраивают весь магнитопровод из железа, усиливая таким образом поле и вращающий момент.

Механизм электродинамического ваттметра представлен на фиг. 2.

Индукционный ваттметр отличается от электродинамического тем, что ток в подвижную систему не подводится извне, а индуктируется токами в неподвижных обмотках (фиг. 3).

Индукционный ваттметр состоит из кольцеобразного сердечника а

с двумя парами выступающих внутрь полюсов b, охватывающих центральный цилиндрический сердечник с; оба сердечника набраны из листового железа. В зазоре между полюсами и цилиндром вращается на опорах тонкостенный алюминиевый барабан d. На каждом полюсе кольцеобразного сердечника расположена обмотка; обмотки диаметрально противоположных полюсов соединены последовательно. Одна пара обмоток несет весь ток цепи, другая — ток, пропорциональный напряжению цепи, причем в этой обмотке искусственно создается отставание тока от напряжения на 90°. При включении такого ваттметра в цепь переменного тока пульсация двух полей, смещенных на 1/4 периода во времени и на 90° в пространстве, создает вращающееся поле, которое индуктирует ток в барабане и приводит его во вращение. Противодействующий момент развивается спиральными или цилиндрическими пружинками. Вращающий момент индукционного ваттметра выражается формулой:

где с — частота тока и ϱ — удельное сопротивление материала барабана. Индукционный ваттметр не м. б. отнесен к классу прецизионных приборов, так как показания его зависят от формы кривой напряжения, от частоты тока и от температуры среды. Индукционный ваттметр пригоден только для переменного тока и градуируется на определенную частоту. Достоинства его: прочная и сильная конструкция, слабое влияние внешних полей.

Поэтому индукционный ваттметр является прекрасным техническим прибором и с успехом применяется на распределительных щитах. Механизм индукционного ваттметра показан на фиг. 4.

Обычно ваттметры выполняются на умеренные токи и напряжения: 100—200 А, 120 V. Для напряжений до 600 V применяются внешние добавочные сопротивления в цепи напряжения.

Для токов больше 200 А и напряжений выше 600 V применяются пятиамперные ваттметры на 100—120 V в соединении с трансформаторами тока и напряжения. Для измерения мощности трехфазного тока имеются различные специальные конструкции ваттметра: 1) однофазный ваттметр, включаемый на линейный ток и фазовое напряжение; ваттметр измеряет фазовую мощность, но градуируется на мощность Р трехфазного тока: он годен только для равномерной нагрузки; 2) однофазный ваттметр, включаемый на линейный ток и линейное напряжение по схеме фиг. 5; в цепь напряжения включается дроссель, дающий добавочный сдвиг фазы тока в обмотке напряжения на 30°; ваттметр градуируется на мощность трехфазного тока, но дает правильные показания только при равномерной нагрузке всех трех фаз; применяется в сетях с недоступной нулевой точкой;

3) ваттметр с двумя однофазными системами, действующими на общую ось; включается на два линейных тока — I1 и I2 и два линейных напряжения – Е1-3 и Е2-3 по схеме фиг. 6; ваттметр измеряет мощность трехфазного тока; годен для неравномерной нагрузки и для трехпроводной системы (без нулевого провода);

4) ваттметр с двумя однофазными системами, действующими на общую ось, причем каждая катушка тока состоит из 2 обмоток; включается на два фазовых напряжения – E1-0 и Е2-0 и три тока по схеме фиг. 7;

ваттметр измеряет мощность трехфазного тока; годен для неравномерной нагрузки и для четырехпроводной системы (трехфазная с нулевым проводом).

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 3 — 1928 г.

< Назад
Вперёд >

Аналоговый и цифровой ваттметр

Классификация ваттметров
Принцип действия аналогового ваттметра
Как работает цифровой ваттметр
Схема подключения измерительного прибора

Классификация ваттметров

До того, как выполняется измерение мощности ваттметром, на исследуемом участке предварительно измеряется сила тока и напряжение. Для того чтобы получить наглядную итоговую информацию, эти данные следует преобразовать с помощью ваттметров, которые могут быть аналоговыми и цифровыми.

Большая часть всех измерений в течение длительного времени проводилась аналоговыми устройствами, в свою очередь разделяющихся на категории показывающих и самопишущих. Они отображают значение активной мощности на заданном участке цепи. Типичным представителем считается показывающий прибор с полукруглой шкалой и поворачивающейся стрелкой. На шкалу нанесена градуировка, соответствующая величинам нарастающей мощности, которую он измеряет в ваттах.

Другой тип – ваттметр цифровой относится к измерительным приборам, способным выполнять замеры не только активной, но и реактивной мощности. Все подобные устройства оборудованы дисплеем, на который кроме мощности, выводятся показания силы тока, напряжения, расхода электроэнергии за определенный период времени. Наиболее совершенные приборы подключаются и позволяют выводить полученные данные на компьютер, расположенный удаленно от места проведения измерений.

Добавить ссылку на обсуждение статьи на форуме

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Измерительная техника >

Теги статьи:

Добавить тег

Ваттметр, вольтметр, амперметр, измеритель коэффициента мощности класса TrueRMS на базе микросхемы ADE7756

Автор: Секретный Кот Опубликовано 16.08.2012 Создано при помощи КотоРед. Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2012!»

Энергосбережение без преувеличения можно считать лейтмотивом нашего времени. Человечество вынуждено экономить, чтобы продлить свою относительно безбедную жизнь на планете. Даже люди, далёкие от технических тонкостей и не стеснённые в средствах, вынуждены применять энергосберегающие решения, иногда сами того не подозревая. Значительную роль в этом играет реклама, красочно расписывающая преимущества новых технологий, оставляя «ненужные подробности» за кадром.

Нужно ли экономить электроэнергию? Вряд ли ответ на этот вопрос вызывает у кого-то сомнения. Но вот как и где это целесообразно сделать, ответит далеко не каждый. Дело в том, что экономия энергии не всегда означает сбережение в денежном выражении. Например, частое включение/выключение света приводит к ускоренному перегоранию ламп, стоимость которых может многократно превысить цену сэкономленного электричества. Или можно отказаться от режима Standby в домашней аппаратуре, отключая её из розетки – потеряв при этом все преимущества дистанционного и таймерного управления, то есть комфорт. Окупит ли сэкономленная сумма эти неудобства? Чтобы получить точное представление о потенциале энергосбережения и экономии средств в том или ином случае, в первую очередь необходимо определить энергоёмкость исследуемого решения. В условиях личного хозяйства это означает, что нужно знать мощность и количество электроэнергии, потребляемые интересующим нас электроприбором. Эта, простая на первый взгляд, задача на практике оборачивается далеко не самым примитивным решением.

Немного теории

Какой ток потребляет 40-ваттная лампочка от сети, напряжение в которой 220 вольт? Стоп-стоп, не торопитесь с ответом. Добавим ещё одно маленькое условие: лампочка эта люминесцентная ;). Ну что, ответ по-прежнему очевиден? А ведь иногда и маститым (с виду) специалистам по электросетям невдомёк, что такая лампа потребляет ток свыше 400 мА, а активную мощность почти 50 Вт! Можно ли выяснить это простыми измерительными средствами? Попробуем разобраться. Как известно из курса электротехники, в случае постоянного тока потребляемая прибором полная (она же активная) мощность равна произведению тока на напряжение: P = U×I Эта формула справедлива и для переменного тока, но с двумя оговорками. Во-первых, в этом случае значения тока и напряжения должны быть среднеквадратичными. А во-вторых, кривые напряжения и тока должны быть синфазными, что наблюдается только в случае активной (резистивной) нагрузки (рис. 1): Чтобы узнать мощность в этом случае, достаточно измерить ток и напряжение сети любым мультиметром, и перемножить полученные числа. Здесь нужно сказать, что в быту не так уж и много нагрузок чисто резистивного характера. Наряду с медленно, но верно отмирающими лампами накаливания можно назвать разве что некоторые отопительные приборы, утюги, электроплиты и чайники. Вот, собственно, и всё! А как же быть в остальных случаях? И тут измерение мощности становится достаточно нетривиальным делом. Полная мощность любого электроприбора по-прежнему равна произведению действующих значений тока и напряжения, но нас уже интересует не она. Так как бытовой электросчётчик измеряет (и соответственно предъявляет к оплате) только потребляемую активную энергию, для нас важна только активная составляющая мощности, зависящая от многих факторов. В случае чисто реактивной нагрузки, когда кривые тока и напряжения сдвинуты во времени относительно друг друга (рис. 2): активная мощность определяется по формуле P = U×I×cosφ где U, I – соответственно действующие значения напряжения и тока, а φ – угол сдвига фаз между соответствующими кривыми. Сложность измерения мощности «подручными средствами» в данном случае заключается в том, что этот угол заранее неизвестен (хотя мы по-прежнему можем узнать U и I при помощи простейшего мультиметра). Вторая сложность состоит в том, что нагрузок с чисто реактивным характером потребления в быту также не очень много. Гораздо чаще встречается так называемый импульсный характер потребления, при котором форма кривой тока не является синусоидальной (классический пример – лампа накаливания, включённая через тиристорный диммер). В этом случае активная мощность также всегда будет меньше произведения действующих значений U и I, причём фазовый сдвиг этих кривых может как присутствовать, так и отсутствовать (рис. 3): В этом случае активную мощность можно рассчитать по формуле P = U×I×λ где λ – общий коэффициент, учитывающий как сдвиг фаз между напряжением и током, так и искаженную форму тока, получивший название коэффициента мощности. Очевидно, что для активной нагрузки λ = 1, а в случае чисто реактивной нагрузки λ = cosφ. Здесь нелишне отметить, что для электроприборов, имеющих характер потребления энергии, показанный на рис. 3, «подручные» средства измерения и вовсе непригодны. Это объясняется тем, что недорогие мультиметры реализуют упрощённый принцип определения действующего значения переменного тока, рассчитанные только на его синусоидальную форму, что приводит к существенным погрешностям. Для корректного измерения необходимо использовать прибор класса TrueRMS, принадлежащий также к соответствующей ценовой категории :(. Кроме этого, нам по-прежнему неизвестен коэффициент λ. Каким же образом измерить мощность электроприбора в общем случае? Одним из способов является применение для этой цели обычного контрольного электросчётчика (рис. 4): Подключив интересующую нас нагрузку через такой счётчик, через определённый период времени мы получим информацию об израсходованной электроэнергии, что позволит рассчитать среднюю потребляемую мощность. Недостатками такого подхода являются невысокая точность, ярко выраженная зависимость времени измерения от мощности нагрузки, невозможность измерения характеристик динамических нагрузок и определения λ.

Основа прибора

Забраковав применение обычного электросчётчика и оставив за скобками возможность приобретения дорогостоящего профессионального ваттметра, рассмотрим возможность построения собственного измерительного прибора. Вначале сформулируем общие требования к нему: • автоматическое измерение активной мощности в широком диапазоне мощностей, например от 0,1 до 1000 Вт; • подсчёт электроэнергии, потреблённой за определённый период времени (максимум – 1 сутки); • время измерения мощности не более 2 сек; • точность измерения не хуже 1%; • возможность измерения действующего значения напряжения; • возможность измерения действующего значения тока (независимо от формы кривой); • расчёт и отображение коэффициента мощности λ.

В процессе поисков подходящего решения взгляд автора упал на серию микросхем для электросчётчиков производства компании Analog Devices [1]. Кроме этого, была обнаружена статья, посвящённая любительскому ваттметру в журнале Everyday Practical Electronics [2] (к сожалению, авторы реализовали в нём только измерение мощности и энергии). Несмотря на то, что наиболее подходящей микросхемой для построения прибора оказалась ADE7753, окончательный выбор по ряду причин (в числе которых не последней оказалась доставаемость в России) был сделан в пользу ADE7756 [3]. Согласно спецификации изготовителя, микросхема ADE7756 представляет собой программируемый высокоточный счётчик электрической энергии с последовательным интерфейсом. Её структурная схема приведена на рис. 5: Сигналы, пропорциональные току и напряжению нагрузки, подаются соответственно на аналого-цифровые преобразователи ADC1 и ADC2 с опорным напряжением 2,4 В. Затем токовый сигнал подвергается цифровой обработке в фильтре верхних частот HPF1, после чего перемножается с сигналом напряжения. Полученный таким образом сигнал активной мощности пропускается через фильтр нижних частот LPF2, после чего накапливается в регистре активной энергии AENERGY, содержимое которого доступно через последовательный интерфейс SPI. Кроме этого, этот же сигнал подаётся на преобразователь DFC, формирующий импульсный (частотный) выход индикации мощности на выводе CF. Настройка работы микросхемы производится при помощи регистров усиления тока (APGAIN), калибровки фазового сдвига напряжения и тока (PHCAL), коррекции нуля активной мощности (APOS), калибровки выходной частоты CF (CFDIV). Кроме интерфейса SPI и частотного выхода CF, имеются также дополнительные выходы ZX (синхронизированный с переходом измеряемого напряжения через ноль) и SAG (активизируемый при недопустимом снижении входного напряжения). Микросхема тактируется кварцевым резонатором с частотой 3,58 МГц, подключаемым к выводам CLKIN и CLKOUT. Для работы с микросхемой необходимо её подключение к внешнему терминалу или микроконтроллеру, имеющему интерфейс SPI. Сама работа заключается в чтении и записи регистров, полный перечень которых приведён в документе [3]. Важной для нашего случая особенностью является возможность считывания не только накопленной за определённый период времени энергии из регистра AENERGY, но также и мгновенных значений напряжения, тока и мощности из регистра WAVEFORM. Это позволяет рассчитать все необходимые электрические характеристики нагрузки с помощью микроконтроллера.

Электрическая схема

В результате ознакомления с материалами [2], [3], [4] и [5] была разработана принципиальная схема ваттметра, получившего условное название WH-756 (рис. 6): Входные цепи построены на базе микросхемы ADE7756 (DD2). В качестве датчика тока используется резистивный шунт R7 сопротивлением около 25 мОм. Напряжение, выделяющееся на шунте, подаётся на входы V1N, V1P микросхемы DD2 через резисторы R8 и R9, которые совместно с конденсаторами С7, С9 формируют фильтры нижних частот, отсекающие влияние высших гармоник тока на результат измерения. Аналогичным образом напряжение сети подаётся на входы V2N, V2P через делители R2/R3 и R4/R5, нижние плечи которых зашунтированы конденсаторами С3, С5. Микросхема DD2 подключается к питающему напряжению +5 В, дополнительно отфильтрованному при помощи конденсаторов С8 и С11. Такая же пара конденсаторов (С10 и С12) дополнительно подключается к выходу опорного напряжения. Микросхема тактируется стандартным кварцевым резонатором ZQ2 на частоту 3,58 МГц. «Сердцем» системы является управляющий микроконтроллер DD1 типа ATMega8535, работающий на частоте 16 МГц, обеспечиваемой кварцевым резонатором ZQ1. Один из таймеров микроконтроллера используется для отсчёта точных интервалов времени, для чего потребовалось дополнительное подключение часового резонатора ZQ3 номиналом 32768 Гц. Микроконтроллер DD1 осуществляет взаимодействие с микросхемой DD2 при помощи аппаратного последовательного интерфейса SPI и асинхронных сигналов, подключённых к порту D. Необходимо отметить, что в текущей реализации прибора WH-756 соединение между 11 выводом DD2 (CF) и 20 выводом DD1 (PortD.6) не используется и его можно не выполнять. Выход CF DD2 используется только для визуальной индикации измерения мощности при помощи светодиода HL2. Управление прибором осуществляется при помощи четырёх кнопок SB1-SB4, имеющих условные наименования «Влево», «Вправо», «Вверх», «Вниз». Каждая кнопка выполняет функцию, зависящую от текущего режима работы. Отображение измеренных величин и другой информации производится на стандартном знакосинтезирующем ЖК индикаторе HG1 (16х2) с контроллером серии HD44780 и подсветкой. Настройка контрастности индикатора производится с помощью подстроечного резистора R14. Измерительная часть схемы питается от сети через трансформатор Т1 с предохранителем FU1, диодный мост VD1-VD4 и стабилизатор DA1. Силовая часть подключена через предохранители FU2 и FU3, одновременное удаление которых позволяет полностью изолировать низковольтную часть схемы от сетевого напряжения. ВНИМАНИЕ! Схема устройства имеет непосредственную гальваническую связь с проводами электросети 220/230 В. Следует соблюдать все правила монтажа и электробезопасности, применимые к цепям соответствующего напряжения. Необходимо проявлять крайнюю внимательность и осторожность при подключении устройства!

Работа с прибором

Ваттметр переменного тока WH-756 имеет два основных режима работы, которые условно могут быть названы режимом электросчётчика и режимом ваттметра. При включении прибор отображает стартовую заставку, содержащую его название и сведения о разработчике. Нажатие кнопки «Влево» позволяет включить или выключить подсветку экрана, остальные кнопки переводят прибор в первый режим работы. В этом случае экран примет вид, показанный на рис. 7: В режиме работы «электросчётчик» в первой строке экрана выводится время текущего измерения и текущая мощность подключённой нагрузки. При входе в этот режим время измерения и счётчик накопленной энергии автоматически обнуляются. В нижней строке отображается количество израсходованной электроэнергии, а также средняя мощность за время измерения. Обновление информации на экране в этом режиме осуществляется 1 раз в секунду. По истечении 23 часов, 59 минут и 59 секунд измерение автоматически приостанавливается с фиксацией информации на экране. Для того, чтобы произвести перезапуск (сброс результатов) измерения, необходимо нажать кнопку «Вправо». Кнопка «Влево» переключает подсветку индикатора. Переход ко второму режиму измерения производится по нажатию кнопки «Вниз». В режиме работы «ваттметр» первая строка экрана содержит измеренные значения напряжения сети и тока нагрузки (рис. 8): В нижней строке приводятся значения активной мощности нагрузки и коэффициента мощности λ (PF). Информация обновляется на экране 1 раз примерно в 2 секунды. Здесь необходимо отметить, что в силу особенностей применяемой микросхемы измерение напряжения и тока сделано последовательными циклами по 1 сек, следовательно при измерении нагрузок с быстро меняющимся током, а также при быстро меняющемся напряжении сети может возникать некоторая погрешность расчёта λ. Также в силу недокументированных особенностей микросхемы DD2 корректное измерение тока и коэффициента мощности осуществляется только при токах свыше 5-10 мА (хотя активная мощность и при меньших токах измеряется корректно!). Для того, чтобы «заморозить» информацию на экране или возобновить её обновление, в этом режиме используется кнопка «Вправо». При нажатии кнопки «Вниз» происходит переход к справочному экрану, а кнопка «Вверх» возвращает прибор в первый режим работы. Все кнопки необходимо удерживать после нажатия не более 2 сек до завершения требуемого действия. Справочный экран (рис. 9) содержит сведения о текущей температуре микросхемы DD2 и версии прошивки: Отсюда можно вернуться к режимам «ват (нажатием кнопок «Вверх» и «Вниз» соответственно). Работает также управление подсветкой с помощью кнопки «Влево». Обратим внимание на то, что подсветка экрана автоматически отключается через 10 минут после входа в любой экран прибора. Это сделано для снижения нагрузки на блок питания, так как подсветка потребляет ток, многократно превышающий потребление всей остальной схемы.

Калибровка

Как и любой метрологический прибор, для достижения достаточной точности измерений ваттметр WH-756 требует проведения предварительной калибровки. Калибровочная информация записывается в EEPROM микроконтроллера DD1 и не требует частого обновления. Для облегчения выполнения калибровки в приборе предусмотрено несколько специальных функций, первой из которых является автоматическая установка нуля напряжения и тока. Для вызова этой функции необходимо в режиме работы «ваттметр» при удалённых предохранителях FU2 и FU3 дождаться стабилизации показаний U и I, после чего нажать и удерживать кнопку «Влево» до обнуления показаний. При необходимости эту операцию можно повторить несколько раз, до достижения стабильных нулевых значений напряжения и тока. Следующим этапом является калибровка отображаемых значений в реальных единицах, осуществляемая при помощи набора калибровочных экранов. Первый из них вызывается из третьего (справочного) основного экрана нажатием кнопки «Вправо». В верхней строке приводится измеренное значение мощности в условных единицах, а в нижней строке – калиброванное с помощью текущего коэффициента значение в ваттах (для справки). Эта информация нужна для расчёта калибровочного коэффициента KP по формуле: KP = P / Pact где Pact – реальная мощность нагрузки (в ваттах), P – мощность в условных единицах из первой строки экрана. Аналогичные коэффициенты для тока и напряжения KUи KIна втором и третьем калибровочном экранах рассчитываются по формулам KU = Uact / U KI = Iact / I Калибровку рекомендуется выполнять на активной нагрузке с известными параметрами, например с использованием набора ламп накаливания мощностью от 10 до 500 ватт. Значения KP, KUи KIзаписываются в EEPROM микроконтроллера DD1 в формате Single.

Корпус, детали

Авторский вариант прибора WH-756 собран в универсальном пластмассовом корпусе типа 15-2(B3) с габаритами 150х120х40 мм (рис. 10): На лицевую панель корпуса выведены кнопки SB1-SB4, индикатор CF и экран HG2. Вверху закреплена стандартная двухконтактная розетка, к которой подключаются исследуемые нагрузки. Важно обратить внимание на то, что эта розетка напрямую подключена к шнуру питания через предохранители FU2 и FU3 и не коммутируется выключателем питания прибора. На задней панели установлены выключатель SA1 и предохранители FU1-FU3 (рис. 11): Так как прибор был изготовлен в единственном экземпляре и его серийное изготовление не предполагалось, печатная плата для него не разрабатывалась. Детали установлены на макетной плате размерами 110х50 мм, внешний вид которой (без шунта, блока питания и индикатора) показан на рис. 12: Микросхемы в DIP-корпусах установлены на монтажные панели, резисторы и конденсаторы применены корпусные. Все резисторы, кроме R2, R4 и R7 – типа МЛТ-0,125. Резисторы R2 и R4 на напряжение не ниже 250 В мощностью 1 ватт. Шунт R7 составлен из четырёх параллельно соединённых резисторов типа SQP-15W номиналом 0,1 Ом каждый. Максимально возможный в реальных условиях нагрев этого шунта не способен оказать какое-либо влияние на точность измерений. Разъём J1 предназначен для внутрисхемного программирования.

Заключение

Точный цифровой прибор, обеспечивающий измерение мощности, напряжения, тока и коэффициента мощности сетевых нагрузок, позволяет оценить потенциал энергосбережения различных устройств, находящихся в личном пользовании. Например, при проведении обмеров автор выяснил, что один из телевизоров в дежурном режиме потреблял более 10 ватт, то есть впустую потреблял почти половину мощности, расходуемой с пользой домашним NAS-сервером! Разумеется, это позволяет сделать выводы о необходимости полного отключения подобных нагрузок от сети, когда они не используются. В целом среди результатов обмеров оказалось столько показательных и даже иногда неожиданных чисел, что это заслуживает написания отдельной статьи. Литература, источники

1. https://www.eltech.spb.ru/techinfo.html?aid=27 2. Clarke, J. Control your power costs with the Energy meter // Everyday Practical Electronics, 2007. №5, pp. 12-21, №6, pp. 52-61. 3. https://smd.hu/Data/Analog/ADE77xx/ADE7756/ADE7756_0.pdf 4. https://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/an564.pdf 5. https://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN578_a.pdf

Файлы: Прошивка версии 4.4 + EEPROM

Все вопросы в Форум.

Принцип действия аналогового ваттметра

Основой конструкции наиболее распространенных аналоговых ваттметров является электродинамическая система. Приборы этого типа дают возможность сделать максимально точные замеры и получить необходимые результаты.

Принцип действия ваттметра аналогового типа осуществляется на основе двух взаимодействующих катушек. Первая катушка является неподвижной, в ее конструкции используется толстый обмоточный провод с небольшим количеством витков и незначительным сопротивлением. Подключение этой катушки выполняется последовательно с потребителем.

Вторая катушка находится в движении. Для ее обмотки применяется тонкий проводник с большим числом витков и высоким сопротивлением. Эта катушка подключается параллельно с потребителем и оборудуется дополнительным сопротивлением для защиты от коротких замыканий обмоток.

Когда ваттметр включается в сеть, в обмотках его катушек появляются магнитные поля, взаимодействующие между собой. За счет этого взаимодействия происходит образование момента вращения, отклоняющего движущуюся обмотку на величину расчетного угла. На данный показатель оказывает влияние произведение силы тока и напряжения в установленный момент времени.

Как работает цифровой ваттметр

Основной принцип работы цифрового ваттметра заключается в предварительном измерении силы тока и напряжения на исследуемом участке цепи. К потребителю нагрузки последовательно подключается датчик тока, а датчик напряжения подключается по параллельной схеме. Главным конструктивным элементом датчика служит термистор, термопара или измеряющий трансформатор.

По такому же принципу работает ваттметр бытовой, широко используемый в домашних условиях. Такое устройство достаточно включить в розетку, чтобы начать процесс измерения.

Основой устройства служит микропроцессор, к которому поступают измеренные параметры тока и напряжения, после чего и вычисляется мощность. Полученные результаты выводятся на экран и одновременно передаются на внешние приборы. В самом микропроцессоре присутствуют элементы, в том числе и микроконтроллеры, позволяющие автоматически управлять рабочими режимами, дистанционно переключать пределы измерений. С их помощью выполняется индикация условных обозначений измеряемых величин.

При работе с преобразователями больших и средних уровней мощности, выполняется калибровка цифрового устройства с помощью калибратора мощности постоянного тока. Самостоятельная калибровка ваттметра осуществляется калибратором мощности переменного тока. Питание всех узлов и элементов происходит через источник питания постоянного тока, встроенный внутрь измерительного прибора.

Напряжение, поступающее с приемного преобразователя, включенного в розетку, усиливается УПТ – усилителем постоянного тока до значений, делающих более устойчивой работу АЦП – блока аналого-цифрового преобразователя. Далее напряжение, пропорциональное измеряемой мощности, преобразуется во временной интервал, заполняемый импульсами опорной частоты.

Схема подключения измерительного прибора

От того, насколько правильно подключен ваттметр в конкретном участке цепи, будет зависеть точность полученных данных. Правильная схема включения ваттметра выглядит следующим образом: неподвижная катушка тока измерительного прибора последовательно соединяется с нагрузкой или потребителями электроэнергии.

Подвижная катушка напряжения последовательно соединяется с добавочным сопротивлением, а затем весь этот участок параллельно подключается к нагрузке. Подвижная часть ваттметра имеет определенный угол поворота, вычисляемый по формуле: α = k2IхIu = k2U/Ru, в которой I и Iu являются соответственно токами последовательной и параллельной катушек прибора.

Поскольку в схеме используется добавочное сопротивление, параллельная цепь устройства будет обладать практически постоянным сопротивлением (Ru). В этом случае угол поворота будет равен: α = (k2/Ru)хIхU = k2IхU = k3P. То есть, мощность цепи будет определяться именно по этому параметру.

В ваттметре равномерно нанесена измерительная шкала, сделанная в одностороннем варианте, когда расположение делений начинается от нуля в правую сторону. Когда электрический ток в неподвижной катушке изменяет свое направление, это приводит к изменению направления поворота и вращающего момента подвижной катушки. Если подключение ваттметра выполнено неправильно и направление тока будет другим, электронный прибор не сработает.

По этим причинам не следует путать зажимы, которые используют для подключения. Последовательная обмотка имеет зажим для соединения с источником питания, называемый генераторным. Параллельная цепь также называется генераторной и имеет собственную нужную клемму, чтобы подключить участок к проводу, соединенному с последовательной катушкой.

Измерение мощности

Основные понятия
Классификация электро измерительных приборов
Измерительные механизмы приборов
Измерение тока и напря жения
Измерение мощности
Измерение электрической энергии
Измерение сопротивлений
Измерение неэлектрических величин электрическими методами
…

Электрооборудование до 1000 В
Электрические аппараты
Электрические машины
Эксплуатация электро оборудования
Электрооборудование электротехнологических установок
Электрооборудование общепромышленных установок
Электрооборудование подъемно-транспортных установок
Электрооборудование металлообрабатывающих станков
Электрооборудование выше 1000 В
Электрические аппараты высокого напряжения
Электротехника
Электрическое поле
Электрические цепи постоянного тока
Электромагнетизм
Электрические машины постоянного тока
Основные понятия,отно сящиеся к переменным токам
Цепи переменного тока
Трехфазные цепи
Электротехнические измерения и приборы
Трансформаторы
Электрические машины переменного тока
Электромонтаж
С чего начинается электро монтаж энергоснабжения электрооборудования и электропроводки
Монтаж электропроводки
Расчёт потребляемой мощ ности,сечения кабеля и номинала автоматического выключателя
Электромонтажные работы и прокладка кабеля в жилых и нежилых помещениях
Электромонтажные работы по расключению распаечных коробок и электрооборудова ния
Электромонтаж и заземле ние розеток
Электромонтаж уравнива ния потенциалов
Электромонтаж контура заземления
Электромонтаж модульного штыревого контура заземле ния
Электромонтаж нагреватель ного кабеля для подогрева полов
Электромонтажные работы по прокладке кабеля в зем ле
Электричество в частном доме
Проект электроснабжения

Электрическое поле
Электрические цепи постоянного тока
Электромагнетизм
Электрические машины постоянного тока
Основные понятия,отно сящиеся к переменным токам
Цепи переменного тока
Трехфазные цепи
Электротехнические измерения и приборы
Трансформаторы
Электрические машины переменного тока
…

Измерив напряжение U и силу тока I в цепи постоянного тока, мощность ее можно определить по формуле

Эту мощность можно также измерить электродинамическим ваттметром. Электродинамический ваттметр состоит из измерителя той же системы, шкала которого проградуирована в значениях мощности. Неподвижная катушка ваттметра называется токовой или последовательной, так как соединяется последовательно с приемниками энергии (рис. 8-16 и 8-17).

Подвижная катушка ваттметра и безреактивное добавочное сопротивление rд из манганина представляет собой цепь напряжения или параллельную цепь ваттметра, так как она присоединяется параллельно приемнику энергии (рис. 8-17), мощность которого измеряется. Угол поворота подвижной части электродинамического измерителя пропорционален произведению токов в его катушках (8-6)

а так как сопротивление параллельной цепи rU постоянно, то ток в ней пропорционален напряжению (IU = U/rU) и угол поворота подвижной части ваттметра пропорционален мощности

Для измерения активной мощности цепи переменного тока ( P = UI cos φ ) применяются электродинамические и ферродинамические ваттметры. В этом случае угол поворота подвижной части измерителя

Так как ток в параллельной цепи IU = U/rU пропорционален напряжению и совпадает с ним по фазе (рис. 8-18), то угол сдвига φ между токами в катушках прибора равен углу сдвига фаз φ между током I и напряжением U и, следовательно, угол поворота подвижной части ваттметра пропорционален активной мощности цепи

Зажим токовой катушки ваттметра, соединяемый с источником питания, называется генераторным, зажим параллельной цепи, соединяемый с токовой катушкой, также именуется генераторным. Генераторные зажимы отмечаются на приборе звездочками *. При сборке схем нельзя менять местами зажимы токовой катушки или зажимы цепи напряжения, так как такая замена влечет за собой изменение направления тока или изменение фазы соответствующего тока на половину периода, а это вызовет поворот подвижной части ваттметра в обратную сторону. Включение ваттметра в цепь переменного тока с напряжением свыше 220 В и током выше 5 А производится через измерительные трансформаторы . Активная мощность четырехпроводной трехфазной цепи

Измерение ее производится тремя ваттметрами, соединенными по схеме (рис. 8-19), обеспечивающей измерение каждым ваттметром мощности одной фазы.

Целесообразней пользоваться трехэлементным ваттметром, состоящим из трех неподвижных и трех подвижных катушек, воздействующих на общую ось с указательной стрелкой. Мощность трехфазной цепи отсчитывается непосредственно на шкале прибора. В трехфазной симметричной цепи, измерив ваттметром (рис. 8-20 и 8-21) мощность одной фазы Pw = Pф и умножив ее на три, найдем мощность всей цепи P = 3Pw = 3Pф.

Мощность трехфазной трехпроводной цепи при симметричной, и несимметричной нагрузке измеряется двухэлементным ваттметром. Двухэлементный ваттметр электродинамической и ферродинамической системы имеет две неподвижные катушки тока и соответственно две подвижные катушки напряжения, укрепленные на одной оси с указательной стрелкой (рис. 8-22). Мгновенная мощность трехфазной цепи равна сумме мгновенных мощностей трех фаз

Заменив ток ic его выражением (7-25)

Из (8-17) следует, что мгновенную мощность трехфазной цепи можно считать состоящей из слагающих p1 и p2

Включим двухэлементный ваттметр (рис. 8-23) согласно выражению (8-17).

Катушку первого элемента включим в рассечку провода A (ток iA), а катушку тока второго элемента — в рассечку провода B (ток iB). Цепь напряжения первого элемента присоединим к проводам AC (напряжение uAC), а второго элемента — к проводам BC (напряжение uBC). При такой схеме соединения мгновенный момент, действующий на подвижную часть,пропорционален мгновенной мощности цепи, а угол поворота подвижной части, пропорциональный среднему вращающему моменту, пропорционален средней или активной мощности трехфазной цепи:

Рассмотренная схема пригодна при любом соединении приемников, т. е. как при соединении звездой, так и при соединении их треугольником, потому что всякий треугольник может быть заменен эквивалентной звездой. Две токовые катушки ваттметра могут включаться не только в провода A и B, а в два произвольно выбранных провода трехфазной цепи. Генераторный зажим каждой цепи напряжения ваттметра должен быть присоединен к линейному проводу, в котором включена токовая катушка «своего» элемента. Негенераторные зажимы цепей напряжения соединяются с линейным проводом, свободным от катушки тока ваттметра. Двухэлементный ваттметр может быть заменен двумя однофазными ваттметрами, соединенными по той же схеме (рис. 8-23). Активная мощность трехфазной цепи определяется алгебраической суммой их показаний. При отклонении стрелки одного из ваттметров в обратную сторону концы проводов, присоединяемых к зажимам параллельной цепи этого ваттметра, следует поменять местами, считая показание его отрицательным.

Ваттметр для измерения мощности в розетке

Выполнение любого действия требует траты силы. Чем сложнее процессы, тем больше уходит последней. Ранее, величина измерялась в лошадином эквиваленте. То есть, относительно перемещения груза. Сила бралась от количества совместно работающих парнокопытных, для сдвига некой массы, на определенное расстояние, в течении установленного времени.

Применение упомянутого аналога затруднено во множестве современных сфер жизни. К примеру, сложно определить, сколько лошадей требуется, чтобы нагреть на градус воду, или генерировать фотон освещения. Да и вместо реактивного двигателя использовать табун не получиться. На смену лошадиным силам пришел ватт, который определяет затраченную энергию за единицу времени. Если брать числовой эквивалент, — 1 л.с. равна 735 Вт.

Знание текущей мощности производимой работы важно в разрезе учета расхода энергоносителей (электричества, бензина, газа), обеспечения безопасности — система доставки должна выдерживать подобные траты, и расчета соответствующего результата «приложенным усилиям».

Объединение мощного реактивного двигателя и автомобиля

В целях выявления количества ватт разработаны разные автоматические измерители, от типа выполняемой работы и вида затраченной энергии. Наиболее нужными для обыденной жизни из них стали электрические, называемые ваттметрами. От проходящей силы тока за единицу времени зависит эффективность финальных процессов его переработки — яркости ламп, оборотов двигателей, нагрева и охлаждения. Не на последнем месте находится безопасность доставки энергоносителя — по тонким проводникам мощный ток запускать нельзя. Критически сильный поток электронов их физически сожжет в процессе своего движения. Нужен и учет объема текущего расхода для планирования последующих затрат.

Виды мощности электросетей

В промышленности и быту используются цепи постоянного и переменного движения тока. Для каждой из них применяют свой метод получения результата. В линиях непрерывной подачи энергии ватты вычисляются перемножением текущего напряжения на амперы потребления. Для периода времени, в формулу добавляется прошедшее его количество:

В отношении переменных сетей все сложнее. В них различают несколько видов мощности, важных для получения итоговых результатов измерения:

Мгновенная. Формула нахождения для синусоидальных сетей, наподобие классических бытовых электролиний — Pватт = Uвольт × Iампер × cos φ, где φ — угол сдвига фаз. Если вид электрического сигнала отличается, — «мгновенное» количество ватт вычисляют по сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Другой способ получения значения — знание проводимости цепи, или ее активного сопротивления. Математически взаимосвязь выражается формулами: Pватт = I2 × r, где I — сила тока в амперах, а r — сопротивление в оммах,
Pватт = U2 × g, где U — напряжение вольт, g — проводимость в сименсах (обозначение См, или S в документации).

Формула активной мощности

Формула полной мощности

Кроме системной единицы в ваттах результат можно встретить обозначенным в вольт-амперах или V·A.

Опыт 2. Измерение мощности в цепи трёхфазного тока с активной симметричной нагрузкой.

С помощью одного демонстрационного ваттметра можно произвести опыт по измерению активной мощности трёхфазного тока при равномерной нагрузке всех фаз (т.е. когда в каждую фазу включены одинаковые нагрузки).

Если эти условия не выполняются, показания ваттметра, считая, что ваттметр, который был откалиброван с непрерывными токами, может быть слишком высоким или слишком низким, когда переменные токи используются. Для того чтобы ваттметр был подходящим для измерения мощности, потребляемой в индуктивном контуре, должны выполняться определенные условия конструкции. Каркас и корпус прибора должны быть полностью неметаллическими, иначе вихревые токи, возникающие в опорах, вызовут возмущающие силы, воздействующие на подвижную катушку.

Опять же, схема шунтирования должна иметь практически нулевую индуктивность, а катушка серии или тока должна быть намотана или сконструирована с многожильным медным проводом, причем каждая нить является шелковой оболочкой. Крышка, чтобы предотвратить образование вихревых токов в массе проводника. Ваттметры такого типа были разработаны Дж. Сампнером, однако, разработали формы ваттметра типа динамометра, в котором используются железные сердечники, и определил условия, при которых эти приборы доступны для точных измерений.

Для проведения этого опыта собирают электрическую цепь, как показано на рисунке 7.

В каждую фазу в качестве нагрузки включают по одной электрической лампе одинакового сопротивления.

Измерительные приборы используются те же, что и в предыдущем опыте.

Пределы ваттметра (по току и напряжению) устанавливаются в зависимости от напряжения и мощности электрических ламп.

Существуют методы измерения электрической мощности с помощью электростатических вольтметров или квадрантных электрометров, приспособленных для этой цели, которые при таком использовании могут называться электростатическими ваттметрами. Это выражение, однако, измеряет мощность, потребляемую в энергопоглощающей цепи.

Подробные сведения об этих и многих других методах использования ваттметров для измерения поглощения мощности в однофазных и многофазных схемах читателя относятся к следующим работам: Дж. Суинберн, «Электрометр как ваттметр», Фил. Блэксли, «Дальнейшие вклады в динамометрию или измерение силы», Фил. Вольтметр, Амперметр, счетчик ватт и измеритель энергии — четыре столпа электрической энергии и являются наиболее важными устройствами, используемыми в области электротехники. Вы не можете себе представить какое-либо применение в электротехнике без измерения напряжения, тока, энергии и мощности.

ис. 7 Схема электрической цепи в опыте 2.

По показаниям приборов устанавливают, что мощность одной фазы равна произведению фазного напряжения на ток в фазе.

Учитывая полную симметрию цепи трёхфазного тока, приведённой на рисунке 4, высчитывают мощность всей цепи, умножив показания ваттметра на 3.

Здесь обсуждаются подключения и основные принципы измерения вольтметра, амперметра, ваттметра и электросчетчика. Если вы инженер-электрик, то вы должны знать, как подключать различные электрические приборы в цепи, специальные измерительные приборы. Наиболее распространенными приборами или измерительной аппаратурой, о которых вы должны знать, являются вольтметр, амперметр, счетчик электроэнергии и ваттметр.

Выбор формы сигнала

Вольтметр: вольтметр — это устройство, которое используется для измерения напряжения или разности потенциалов в двух заданных точках. По сути, вольтметр — это не что иное, как гальванометр с бесконечным сопротивлением, соединенным последовательно. Это делает сопротивление идеального вольтметра бесконечным. Вольтметр подключен параллельно, это показано ниже.

20 Измерение мощности в однофазных и трехфазных цепях

Значение активной мощности в однофазной цепи переменного тока определяют по формуле P = UI cos фи, где U — напряжение приемника, В, I — ток приемника, А, фи — фазовый сдвиг между напряжением и током.

Из формулы видно, что мощность в цепи переменного тока можно определить косвенным путем, если включить три прибора: амперметр, вольтметр и фазометр. Однако в этом случае нельзя рассчитывать на большую точность измерения, так как погрешность измерения мощности будет зависеть не только от суммы погрешностей всех трех приборов, но и от погрешности метода измерения, вызванной способом включения амперметра и вольтметра. Поэтому данный метод можно применять только в случае, когда не требуется большая точность измерений.

Как показано на рисунке, вольтметр подключен параллельно или в конфигурации шунтирования из-за последовательного разделения напряжения. Если мы подключим его последовательно, высокое сопротивление вольтметра сделает изоляцию цепи и ток не течет, и система перестанет работать.

Разделение напряжений в сериях Если два сопротивления соединены последовательно, напряжение, переданное на полную систему, делится на сопротивления. На рисунке ниже показано это более четко. Амперметр и ваттметр в цепи

Сунил Сахар. Обычно ваттметр считывает данные в ваттах или киловаттах. Амперметр соединен последовательно, потому что он имеет низкое сопротивление, и ток остается таким же, как и серия, поэтому количество тока, протекающего через нагрузку, будет таким же, как и Амперметра, и, следовательно, Амперметр даст точное значение.

Если активную мощность нужно измерить точно, то лучше всего применить ваттметры электродинамической системы или электронные ваттметры. При грубых измерениях могут быть использованы ферродинамические ваттметры.

Если напряжение в цепи меньше предела измерений ваттметра по напряжению, ток нагрузки меньше допустимого тока измерительного прибора, то схема включения ваттметра в цепь переменного тока аналогична cхеме включения ваттметра в цепь постоянного тока . То есть токовую катушку включают последовательно с нагрузкой, а обмотку напряжения — параллельно нагрузке.

Начнем с определения ваттметра и того, как работает счетчик. Ваттметр имеет фиксированную катушку, расположенную так, чтобы весь ток схемы проходил через нее, а движущаяся катушка соединена последовательно с большим сопротивлением и пропускает только пропорциональную часть напряжения источника. Принцип действия прибора заключается в следующем: предположим, что любая цепь, такая как электродвигатель, лампа или трансформатор, получает электрический ток; то энергия, передаваемая этой схеме, подсчитанная в ваттах, измеряется продуктом тока, протекающего через цепь в амперах, и разностью потенциалов концов этой схемы в вольтах, умноженной на определенный множитель, называемый энергетическим фактором в этих случаях в котором схема является индуктивной и переменный ток.

При подключении электродинамических ваттметров следует учитывать, что они полярны не только в цепи постоянного, но и в цепи переменного тока. Чтобы обеспечить правильное (в сторону шкалы) отклонение стрелки прибора от нуля, начала обмоток на панели прибора обозначены точкой или звездочкой. Зажимы, по меченные таким образом, называют генераторными, так как именно их подключают к источнику энергии.

Внутренние установки — диалоговое окно Multimeter Settings

Существует два типа ваттметров: аналоговый и цифровой. Аналоги движущейся катушки имеют иглу, движущуюся по шкале, чтобы указать измеренную мощность. Ток, протекающий через фиксированные катушки, генерирует электромагнитное поле, мощность которого пропорциональна току и находится в фазе с ним. Катушка имеет, как правило, большое сопротивление, соединенное последовательно, чтобы уменьшить протекающий через него ток. В цепи переменного тока отклонение пропорционально мгновенному среднему произведению напряжения и тока, измеряя фактическую мощность и, возможно, показав отличное от показания, полученное путем простого умножения показаний, выдаваемых независимым вольтметром и амперметром в той же схеме Электронные ваттометры используются для измерения мощности и малой мощности или для измерения мощности на частотах выше диапазона приборов электродинамического типа.
Неподвижную катушку ваттметра можно включать последовательно с нагрузкой только при токах нагрузки 10 — 20 А. Если ток нагрузки больше, то токовую катушку ваттметра включают через измерительный трансформатор тока.

Для измерения мощности в цепи переменного тока с низким коэффициентом мощности следует применять специальные низкокосинусные ваттметры. На их шкале указано, для каких значений cos фи они предназначены.

Связанные триоды работают в нелинейной части их характеристических кривых при напряжении сети и токе пластины. Частотный диапазон электронного ваттметра может быть увеличен до 20 мегагерц, используя пентодовые трубки вместо триодов. Рабочие условия пентода установлены так, что ток пластины пропорционален произведению линейной функции напряжения пластины и экспоненциальной функции напряжения сети.

Классификация ваттметров

В общем виде, ваттметры можно разделить на аналоговые и цифровые. Оба класса могут ориентироваться на постоянный, или переменный ток, быть универсальными, обладать различной точностью и нишей использования. Существуют одно- и трехфазные измерительные приборы.

Большинство цифровых и аналоговых измерителей фиксируют «мгновенные» значения характеристики, что может быть удобно с одной стороны для контроля, но не дает обзора ситуации в целом — на общее потребление линии по времени.

Электродинамические аналоговые приборы

Основа электродинамического ваттметра — две катушки, одна из которых имеет фиксированное положение, вторая подвижна и закреплена на оси индикаторной стрелки. Обе имеет разное количество витков и подключение к линии. Первая монтируется к исследуемой цепи последовательно, вторая — параллельно через резистор. Принцип работы механизма устройства заключен в том, что чем сильнее ток течет в фиксированной катушке, тем мощнее магнитные поля между ней и подвижной, а значит больше отклоняется стрелка, указывающая на текущее значение характеристики.

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.

Ваттметр Д5065

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.

Щитовые киловаттметры

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.

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.

Устройство ваттметра

Схема подключения ваттметра:

Схема подключения ваттметра с крышки прибора Д5065:

Схема подключения ваттметра, показаная на крышке 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.

Виды исполнения измерителей

Ваттметры делятся на мобильные (носимые), стационарные (щитовые), лабораторные и бытовые. Все представленные разновидности могут быть выполнены в аналоговом и цифровом классе устройств.

Мобильные

Сюда относятся тестеры небольшого размера, для единовременной разовой проверки каналов нагрузки. Питание подобные аппараты, часто получают от самой исследуемой линии. Есть варианты, оснащенные аккумуляторами, или батареями. Зависимые от сети — часто аналогового, автономные — цифрового класса.

Мобильный цифровой ваттметр

Стационарные

Подключение ваттметра стационарного вида обычно выполняется в щитах питания зданий, домов, квартир, или в иных точках центрального распределения энергии. Отдельными постоянными измерительными устройствами выступают лабораторные аппараты. Первые предназначены целям постоянного контроля расхода линии, вторые для единовременной, но высокоточной пробы электрического потребления отдельных нагрузок.

Ваттметр стационарного типа бывает аналогового и цифрового класса. Плюсом первого выступает непревзойденная надежность, второго — удобство и функциональность. Частым случаем, монтируемых в щиток и учитывающих потребление аппаратов можно назвать классические счетчики расхода электроэнергии. К сожалению, они не определяют «моментальные» значения, но дают представление об общих затратах на нагрузку линии в киловатт часах.

Бытовые

Аппараты подобного вида не очень точны, и предназначены обычно для измерения расхода одного, реже двух бытовых устройств. Классическое исполнение — переходник с индикатором, размещаемый между гнездом 220 В и вилкой потребителя. Подобный ваттметр, вставляемый в розетку, может, в зависимости от модели, показывать и «мгновенный» общий расход, или разделять его на активный, реактивный, комплексный и общие киловатт-часы.

Бытовые ваттметры

Получение результата иным путем

Показания ваттметра, не единственный способ получить значения текущего расхода линии. Для вычисления характеристики достаточно пользоваться классическим мультиметром. Для чего, вначале тестер подключают параллельно цепи нагрузки, выясняют текущий вольтаж. Затем размещают его последовательно к ней и замеряют силу тока. Подставив полученные значения в ранее описанные формулы, рассчитывают нужное количество ватт:

Pватт = Vвольт × Aампер

Правда, в отношении результативных данных, есть один нюанс. Для цепей постоянного движения тока результат будет соответствовать реальной активной нагрузке. Для переменных — полной мощности, включая реактивную, которая обычно не нужна. Чтобы получить приблизительно реальные ватты потребления, нужно результат из предыдущего примера, для сетей переменного тока 220 В, умножить на cos 120°. То есть, формула примет вид:

Полученная величина будет приблизительно соответствовать активной мощности цепи потребления. Вместо многофункционального прибора, вполне доступно использование для измерений первоначальных характеристик линии, отдельного вольтметра и амперметра.

Опыт 1. Измерение мощности в цепи однофазного переменного тока с активной нагрузкой.

Для выполнения этого опыта собирают электрическую цепь по схеме, приведённой на рисунке 3.

При проведении опыта целесообразно иметь возможность плавного изменения напряжения, поэтому следует провода А, Б подключить к зажимам регулируемого напряжения школьного распределительного щита или воспользоваться школьным регулятором напряжения (или иным трансформатором), допускающим плавное или ступенчатое регулирование напряжения.

Подвижная катушка ваттметра обычно подвешена так, что ее ось находится под прямым углом к оси неподвижной катушки и ограничена кручением спиральной пружины. Когда течения протекают через две катушки, приводятся в действие силы, заставляющие катушки устанавливать свои оси в одном и том же направлении, и этим силам можно противостоять другой крутящий момент из-за управления спиральной пружиной, регулируемой перемещением торсионной головки на инструмент. Крутящий момент, необходимый для удержания катушек в их нормальном положении, пропорционален среднему значению продукта токов, протекающих через две катушки соответственно, или к среднему значению продукта тока в поглощающей энергию цепи и разности потенциалов на его концах, то есть на мощность, потребляемую схемой.

Рис. 6 Схема электрической цепи в опыте 1.

В качестве нагрузки следует включить ползунковый реостат сопротивлением до 20 Ом (с допустимым током 5А).

Ваттметр включают в цепь через добавочное сопротивление 150V и через зажим 5А (см. схему).

Остановив ползунок реостата так, что в цепь включается все сопротивления реостата, устанавливается напряжение на нагрузку 50В, и наблюдают показания ваттметра, вольтметра и амперметра. Затем повышают напряжение на нагрузку, устанавливая последовательно 60, 80, 100В наблюдая каждый раз показания всех приборов.

Следовательно, эта мощность может быть измерена кручением, которое должно быть применено к подвижной катушке ваттметра, чтобы удерживать ее в нормальном положении от действия сил, склонных к ее смещению. Таким образом, ваттметр можно откалибровать, чтобы дать прямые показания мощности, учитываемой в ваттах, взятой в цепи; отсюда его название, ваттметр. В тех случаях, когда схема энергопоглощения индуктивна, катушка ваттметра, подключенная через выводы схемы поглощения энергии, должна иметь чрезвычайно малую индуктивность, иначе может потребоваться значительная коррекция.

Результаты этого опыта подтверждают, что мощность равна произведению напряжения на силу тока.

Как подключить ваттметр

Статья обновлена: 2020-12-13

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.

Включение ваттметра в измеряемую цепь

Для включения ваттметра его генераторные зажимы (зажимы, обозначенные *I и *V), соединяются накоротко одним проводником. Для правильного показания ваттметра оба генераторных зажима должны быть присоединены к одному проводу со стороны генератора источника тока, а не нагрузки. Затем другим проводом включается последовательно в цепь неподвижная катушка; при этом в зависимости от предела тока этот провод подключается к зажиму 1А – при измеряемом токе не превышающем 1А, или 5А при токе, не превышающем 5А.

Затем включается параллельно цепи рамки; для этого предварительно к зажиму подключается одно из дополнительных сопротивлений (в зависимости от предела напряжения: 30V – до 30В, 150V – до 150В и 300V – 300В).

В передний паз крышки прибора устанавливается рабочая шкала так, чтобы лицевая сторона прибора была обращена к шкале с пределом измерения, равным произведению предела по току на предел по напряжению.

Опыты с ваттметром

Ниже описаны только отдельные опыты, характеризующие возможности демонстрационного ваттметра.

Опыт 1. Измерение мощности в цепи однофазного переменного тока с активной нагрузкой.

Для выполнения этого опыта собирают электрическую цепь по схеме, приведённой на рисунке 3.

Рис. 6 Схема электрической цепи в опыте 1.

В качестве нагрузки следует включить ползунковый реостат сопротивлением до 20 Ом (с допустимым током 5А).

Ваттметр включают в цепь через добавочное сопротивление 150V и через зажим 5А (см. схему).

Результаты этого опыта подтверждают, что мощность равна произведению напряжения на силу тока.

Опыт 2. Измерение мощности в цепи трёхфазного тока с активной симметричной нагрузкой.

Для проведения этого опыта собирают электрическую цепь, как показано на рисунке 7.

В каждую фазу в качестве нагрузки включают по одной электрической лампе одинакового сопротивления.

Измерительные приборы используются те же, что и в предыдущем опыте.

Рис. 7 Схема электрической цепи в опыте 2.

Измерение мощности тока. Схема включения ваттметра. Схемы измерения мощности.

Для измерения мощности постоянного тока достаточно измерить напряжение и ток. Результат определяется по формуле:

Метод амперметра и вольтметра пригоден и для измерения полной мощности, а также активной мощности переменного тока, если cosφ = 1.

Измерение мощности тока

Чаще всего измерение мощности осуществляется одним прибором — ваттметром. Как было сказано ранее, для измерения мощности лучшей является электродинамическая система.

Ваттметр снабжен двумя измерительными элементами в виде двух катушек: последовательной и параллельной. По первой катушке течет ток, пропорциональный нагрузке, а по второй — пропорциональный напряжению в сети. Угол поворота подвижной части электродинамического ваттметра пропорционален произведению тока и напряжения в измерительных катушках:

Схема включения ваттметра

Измерение мощности в трехфазных цепях

В трехфазных цепях для измерения мощности используют один, два и три ваттметра. Если нагрузка симметричная и включена «звездой», то достаточно одного ваттметра (рис. 2, а). Если в этой же схеме нагрузка несимметрична по фазам, то используются три ваттметра (рис. 2, б).

Схемы измерения мощности

В схеме соединения потребителей «треугольником» измерение мощности производится двумя ваттметрами (рис. 2, в).

Схема включения ваттметров для измерения однофазной цепи

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:

α = k2IIu = k2U/Ru

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

Рис. 1. Схема устройства и соединений ваттметра

Так как в результате применения добавочного сопротивления параллельная цепь ваттметра имеет практически постоянное сопротивление r u , то α = (k2/Ru)IU = k2IU = k3P

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.

Классификация ваттметров

Принцип действия аналогового ваттметра

Включение ваттметра в цепь переменного тока, при токе нагрузки больше допустимого

Если ток нагрузки больше допустимого тока ваттметра, то токовую катушку ваттметра включают через измерительный трансформатор тока (рис. 1, а).

Рис. 1. Схемы включения ваттметра в цепь переменного тока с большим током (а) и в высоковольтную сеть (б).

При выборе трансформатора тока необходимо следить за тем, чтобы номинальный первичный ток трансформатора I1и был равен измеряемому току в сети или больше него.

Например, если значение тока в нагрузке достигает 20 А, то можно брать трансформатор тока, рассчитанный на первичный номинальный ток 20 А с номинальным коэффициентом трансформации по току Kн1 = I1и/ I2и = 20/5 = 4.

Если при этом в измерительной цепи напряжение меньше допустимого ваттметром, то катушку напряжения включают непосредственно на напряжение нагрузки. Начало катушки напряжения при помощи перемычки / подключают к началу токовой катушки. Так же обязательно устанавливают перемычку 2 (начало катушки подключают к сети). Конец катушки напряжения подключают к другому зажиму сети.

Для определения действительной мощности в измеряемой цепи необходимо показание ваттметра умножить на номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока: P = Pw х Kн1 = Pw х 4

Если ток в сети может превышать 20 А, то следует выбрать трансформатор тока с первичным номинальным током 50 А, при этом Kн1 = 50/5 = 10.

В этом случае для определения значения мощности показания ваттметра надо умножать на 10.

Из выражения для мощности на постоянном токе Р = IU видно, что ее можно измерить с помощью амперметра и вольтметра косвенным методом. Однако в этом случае необходимо производить одновременный отсчет по двум приборам и вычисления, усложняющие измерения и снижающие его точность.

Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока применяют приборы, называемые ваттметрами, для которых используют электродинамические и ферродинамические измерительные механизмы.

Электродинамические ваттметры выпускают в виде переносных приборов высоких классов точности (0,1 — 0,5) и используют для точных измерений мощности постоянного и переменного тока на промышленной и повышенной частоте (до 5000 Гц). Ферродинамические ваттметры чаще всего встречаются в виде щитовых приборов относительно низкого класса точности (1,5 — 2,5).

Применяют такие ваттметры главным образом на переменном токе промышленной частоты. На постоянном токе они имеют значительную погрешность, обусловленную гистерезисом сердечников.

Для измерения мощности на высоких частотах применяют термоэлектрические и электронные ваттметры, представляющие собой магнитоэлектрический измерительный механизм, снабженный преобразователем активной мощности в постоянный ток. В преобразователе мощности осуществляется операция умножения ui = р и получение сигнала на выходе, зависящего от произведения ui, т. е. от мощности.

На рис. 2, а показана возможность использования электродинамического измерительного механизма для построения ваттметра и измерения мощности.

Рис. 2. Схема включения ваттметра (а) и векторная диаграмма (б)

Неподвижная катушка 1, включаемая в цепь нагрузки последовательно, называется последовательной цепью ваттметра, подвижная катушка 2 (с добавочным резистором), включаемая параллельно нагрузке — параллельной цепью.

Для ваттметра, работающего на постоянном токе:

Рассмотрим работу электродинамического ваттметра на переменном токе. Векторная диаграмма рис. 2, б построена для индуктивного характера нагрузки. Вектор тока Iuпараллельной цепи отстает от вектора U на угол γ вследствие некоторой индуктивности подвижной катушки.

Из этого выражения следует, что ваттметр правильно измеряет мощность лишь в двух случаях: при γ = 0 и γ = φ.

Условие γ = 0 может быть достигнуто созданием резонанса напряжений в параллельной цепи, например включением конденсатора С соответствующей емкости, как это показано штриховой линией на рис. 1, а. Однако резонанс напряжений будет лишь при некоторой определенной частоте. С изменением частоты условие γ = 0 нарушается. При γ не равном 0 ваттметр измеряет мощность с погрешностью βy, которая носит название угловой погрешности.

При малом значении угла γ (γ обычно составляет не более 40 — 50′), относительная погрешность

При углах φ, близких к 90°, угловая погрешность может достигать больших значений.

Второй, специфической, погрешностью ваттметров является погрешность, обусловленная потреблением мощности его катушками.

При измерении мощности, потребляемой нагрузкой, возможны две схемы включения ваттметра, отличающиеся включением его параллельной цепи (рис. 3).

Рис. 3. Схемы включения параллельной обмотки ваттметра

Если не учитывать фазовых сдвигов между токами и напряжениями в катушках и считать нагрузку Н чисто активной, погрешности β(а) и β(б), обусловленные потреблением мощности катушками ваттметра, для схем рис. 3, а и б:

где Рi и Рu — соответственно мощность, потребляемая последовательной и параллельной цепью ваттметра.

Из формул для β(а) и β(б) видно, что погрешности могут иметь заметные значения лишь при измерениях мощности в маломощных цепях, т. е. когда Рi и Рu соизмеримы с Рн.

Если поменять знак только одного из токов, то изменится направление отклонения подвижной части ваттметра.

У ваттметра имеются две пары зажимов (последовательной и параллельной цепей), и в зависимости от их включения в цепь направление отклонения указателя может быть различным. Для правильного включения ваттметра один из каждой пары зажимов обозначается знаком «*» (звездочка) и называется «генераторным зажимом».

1. Какую энергию измеряет ваттметр электродинамической системы?

2. Влияет ли величина нагрузки на схему включения ваттметра?

3. Как расширяют пределы измерения ваттметра на переменном токе?

4. Как определить мощность в цепи постоянного тока по результатам измерения силы тока и напряжения?

5. Как правильно включить ваттметр однофазного тока при измерении мощности в контролируемой цепи?

6. Как измерить полную мощность однофазного тока, пользуясь амперметром и вольтметром?

7. Как определить реактивную мощность схемы?

Как работает цифровой ваттметр

Количество этих импульсов, пропорциональное измеряемой мощности будет отображаться на ЦОУ – цифровом отсчетном устройстве. Полученные данные могут быть введены в специальное устройство, предназначенное для обработки информации.

Схема включения ваттметров для измерения однофазной цепи

Схема подключения измерительного прибора

При нормальном подключении, токи в катушках прибора от генераторных зажимов направляются к негенераторным.

Разнообразные электрические приборы могут потреблять неодинаковый объем энергии. Есть большое количество технологий, которые дают возможность сэкономить энергию, не утратив качество эксплуатации. Разрабатываются приспособления, которые измеряют энергопотребление и помогают дать оценку затратам. Таковым считается бытовой ваттметр в розетку.

Подключение Ваттметра

Начало цепи напряжения (вход) подключают к началу токовой цепи (соединить клеммы перемычкой), соединенному с одним зажимом сети. Конец цепи напряжения (выход) соединяют с другим зажимом сети.

Рассмотрим несколько ваттметров разного исполнения и разных производителей:

Ваттметр для измерения мощности: назначение, типы, подключение, применение

Многофункциональный цифровой ваттметр СМ3010 класса точности 0,1

Пределы измерения тока Iп:

на постоянном и переменном токе: 0,002-0,005-0,01-0,02-0,05-0,1-0,2-0,5-1-2-5-10 А.

Пределы измерения напряжения Uп:

постоянный ток: 1-3-7,5-15-30-75-150-300-450-700-1000 В.
переменный ток: 1-3-7,5-15-30-75-150-300-450-700 В.

Пределы измерения мощности соответственно Uп* Iп

Пределы измерения частоты от 40 до 5000Гц.

приведенная погрешность измерения тока, напряжения и мощности на постоянном токе ±0,1%;
приведенная погрешность измерения тока и напряжения на переменном токе в диапазоне частот от 40 до 1500Гц ±0,1%;
приведенная погрешность измерения мощности на переменном токе в диапазоне частот от 40 до 1000Гц ±0,1%;
относительная погрешность измерения частоты в диапазоне частот от 40 до 5000Гц ±0,003%;

Габаритные размеры 225х100х205 мм. Масса не более 1кг. Потребляемая мощность не более 5Вт.

Измеритель потребления электроэнергии в розетку: преимущества и характеристики

Устройства измерительные ЦП8506-120 (далее – устройства).

для измерения активной и реактивной мощности в трехфазных трехпроводных электрических цепях переменного тока частотой от 45 до 55 Гц

Краткие технические характеристики ЦП8506-120 (Ваттметр)

Варметр щитовой цифровой трехфазный:

Коэффициент мощности: для ваттметра cos φ=1, для варметра sin φ=1
Габаритные размеры: 120х120х150 мм
Высота знака: 20 мм
Максимальный диапазон отображения: 9999
Класс точности: 0,5
Время преобразования: не более 0,5 с
Рабочая температура: +5 … +40 град С (О4.1), -40…+50 град С (УХЛ3.1)
Степень защиты по передней панели: IP40
Потребляемая мощность: 5ВА
Масса: не более 1,2 кг

Ваттметр Д5085 (Д 5085, Д-5085)

Предназначен для измерения мощности в однофазных цепях переменного и постоянного тока, а также для поверки менее точных приборов.

Габариты не более (205±1,45)х(290±1,6)х(135±2,0) мм.

Класс точности 0,2.

Ваттметры Д5085 предназначены для измерения мощности в однофазных цепях переменного и постоянного тока, а также для поверки менее точных приборов.

Ваттметры Д5085 предназначены для эксплуатации в условиях умеренного климата в закрытых сухих отапливаемых помещениях, при температуре окружающего воздуха от 10 до 35 °С и относительной влажности до 80 % (при 25 °С ).

Ваттметры Д5085 -04.1 (тропическое исполнение) предназначены для эксплуатации в условиях как сухого, так и влажного тропического климата в закрытых помещениях с кондиционированным или частично кондиционированным воздухом при температуре окружающего воздуха от 1 до 45 °C и относительной влажности до 80 % при температуре 25 °С (по ГОСТ 15150-69).

Технические данные

Ваттметры Д5085 соответствуют классу точности 0,2 по ГОСТ 8476-78.

Номинальный коэффициент мощности ваттметра – 1,0.

Номинальный ток параллельной цепи ваттметра Д5085 равен (5 ± 0,1) mА. Нормальная область частот ваттметра от 45 до 500 Гц, рабочая область частот – 500-1000 Гц.

Предел допускаемой дополнительной погрешности прибора Ваттметр Д5085, вызванной отклонением напряжения на ± 20 % от номинального значения либо от пределов нормальной области напряжений, при неизменном значении измеряемой мощности равен ± 0,2 % от конечного значения диапазона измерений.

Предел допускаемой дополнительной погрешности прибора Ваттметр Д5085, вызванной отклонением частоты от верхней границы нормальной области до любого значения в рабочей области частот, не превышает ± 0,2 % от конечного значения диапазона измерений.

Предел допускаемой дополнительной погрешности прибора Ваттметр Д5085, вызванной изменением температуры окружающего воздуха от нормальной до любой температуры в пределах рабочих температур на каждые 10 °С изменения температуры, равен ±0,2% от конечного значения диапазона измерений. Нормальная температура – 20±2 °С, если на лицевойчасти прибора не оговорено иное значение.

Ещё одно видео о встраиваемом ваттметре:

Угол поворота подвижной части ваттметра:

О± = k2IIu = k2U/Ru

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

Рис. 1. Схема устройства и соединений ваттметра

Так как в результате применения добавочного сопротивления параллельная цепь ваттметра имеет практически постоянное сопротивление ru, то О± = (k2/Ru)IU = k2IU = k3P

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

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, Pв = U(I+Iu) = UI+ UIu, т. е. мощность, измеряемая ваттметром, равна мощности приемников энергии, подлежащей измерению, и мощности параллельной цепи ваттметра.

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 U2/Ru, где Ru обычно известно, а поправка остается неизменной при различных значениях тока, если U постоянно.

Рис. 4. Неправильная схема включения ваттметра

Измерение мощности сети ваттметром

Автор: anclebenz от 16-04-2016 —!>

Что это такое

На сегодняшний день экономия электроэнергии является крайне актуальным вопросом. Осуществляется выпуск большого количества приспособлений, где используются новейшие технологии, которые дают возможность сэкономить электрическую энергию, не потеряв в качестве. Кроме того, прогресс коснулся и измерительных приспособлений.

Ваттметр бытовой — прибор, предназначенный в целях замера мощности, которая потребляется приемником электроэнергии в домашних условиях и не нуждающийся в особой схеме включения. В отличие от электросчетчиков, измеряющих используемую мощность по квартирам (домам), ваттметр способен осуществить измерения мощности в любых точках жилища.

Важно! Рассматриваемое приспособление функционирует также точно, как и электросчетчик. Отличием станет более тонкая разбивка информации по конкретному потребителю.

Технические параметры

В соответствии с указанными техпараметрами, приспособление крайне полезное в домашнем использовании и дает возможность оценить напряжение в электросети, ток, мощность нагрузки и расходование электричества.

рабочее и тестируемое напряжение: 80

замеряемый ток: 0-20A;
рабочая частота (в электросети): 50-60 Гц;
замеряемая мощность: 0-4500Вт;
расходование электроэнергии: 0-9999 кВтч (отображается, какое количество электричества за 60 минут затрачивается подсоединенный к такому приспособление электронный прибор);
рабочие температурные показатели окружающего пространства: 0-50 градусов;
указанные габариты 8,5 на 5 на 2,5 см будут соответствовать реальным параметрам.

Важно! Кроме мощности, такое устройство способно измерять напряжение, электроток, частоту. Другие возможности ваттметров будут зависеть от компании-производителя.

Преимущества и недостатки ваттметра

К преимуществам относят:

К недостаткам следует отнести:

воздействие наружных электромагнитных полей и механического воздействия;
значительную мощность потребления.

Изучив все достоинства и недостатки устройства, возможно осуществить правильный выбор приспособления.

Измеритель мощности. Применяют, чтобы вычислить количество ватт в оптическом либо радиодиапазоне.
Киловаттметр. Используют в процессе проведения замеров больших параметров (примерно 100Кв).
Милливаттметр. Чтобы измерять малые показатели (менее единицы).
Варметр. Он показывает реактивную мощность электроцепи.
Ваттварметр. Дает возможность узнать сведения об активной и реактивной мощности в электроцепи переменного тока.

Цифровой

Бытовой

Самыми популярными и точными бытовыми ваттметрами считаются устройства электродинамической системы.

Устройство и принцип действия

Аналоговые ваттметры

Рейтинг лучших ваттметров 2019—2020 года для домашнего и профессионального применения

Ее намотка выполнена из тонкого провода и имеет большое количество витков, поэтому и сопротивление у нее высокое.

Величина угла эквивалентна произведению силы тока и напряжения в данный момент времени.

Цифровые ваттметры

Рисунок — Схема подключения Ваттметра

Что измеряет

Часто возникает вопрос, какую мощность будет показывать ваттметр. Посредством рассматриваемого приспособления возможно осуществить замер используемой мощности фактически всех устройств в жилище. При измерении требуется учитывать номинальную мощность приспособления, где происходят замеры, чтобы не нанести вред ваттметру. Это даст возможность сэкономить электрическую энергию при помощи выключения либо снижения времени работы бытовой техники. Теперь будет известно, какое количество электроэнергии потребляет, к примеру, телевизор и он чаще отключается от сети. Кроме того, возможно провести измерения пиковых нагрузок потребителей электроэнергии и коэффициент мощности электросети.

Помимо этого, есть возможность установить тарифы на электричество для получения цены используемой электроэнергии за определенный период. Достаточно комфортно, когда пользователю необходима экономия, поскольку прибор показывает сколько будет стоить использование конкретного приспособления.

Цифровые

Сегодня чаще проводят измерение ваттметром цифровым. Им можно производить замеры как активной, так и реактивной мощности. Устройства оснащены дисплеем, на который выводится не только мощность, но и другие характеристики ваттметра ― ток, напряжение или, например, расход электроэнергии за определенный временной отрезок. Если используются современные цифровые модели, то они позволяют выводить все полученные результаты на удаленный ПК.

Принцип работы

При подключении ваттметра в цепь измерение происходит косвенным методом посредством закона Ома. Проводится оценка падения токовых показателей на шунте, а также падение напряжения, после этого полученные значения обрабатывает микропроцессор и на их основе вычисляется мощность, а также определяется суммарная электроэнергия, израсходованная потребителем. После проведения всех замеров данные выводятся на дисплей.

Как подключить

От правильности подключения ваттметра в конкретной части электроцепи зависит точность полученной информации. Надлежащая схема подключения ваттметра будет выглядеть таким образом: неподвижную катушку ваттметра последовательно соединяют с нагрузкой либо потребителями электричества.

Подвижная катушка подключается с вспомогательным сопротивлением, а после весь участок параллельно подключают к нагрузке. Подвижный участок рассматриваемого приспособления обладает определенным углом поворота.

Так как в схеме применяется добавочное сопротивление, электроцепь приспособления обладает фактически постоянным сопротивлением. Мощность определяется непосредственно по такому показателю.

В таком устройстве равномерным образом наносится шкала измерений, которая изготовлена в 1-стороннем варианте, когда положение делений продолжается от 0 вправо. Когда электрический ток изменит собственное направление, подобное ведет к изменениям в направлении поворота и вращению активной катушки. Когда подсоединение рассматриваемого приспособления произведено неверно и направление тока другое, электроприбор не будет работать.

Из-за этих факторов нельзя путать зажимы, используемые для подсоединения. Последовательная обмотка обладает зажимом, который подключает к источнику питания. Параллельную электроцепь называют генераторной, обладает собственной клеммой для подключения фрагмента к проводу, который связан с последовательной катушкой.

Важно! При надлежащем подсоединении, токи в катушке ваттметра от генераторного направляются к негенераторному зажиму.

Онлайн журнал электрика

Дан ваттметр на номинальный ток 5 А и номинальное напряжение 300 В. Как его включить в сеть?

Если ток нагрузки Iх меньше допустимого тока, другими словами в этом случае меньше 5 А, и если напряжение в измерительной цепи меньше допустимого напряжения катушки, другими словами меньше 300 В, то схема включения имеет последующий вид (рис. 1, а): поначалу включают поочередную катушку ваттметра — собирают токовую цепь (на рисунке показана жирной линией), потом собирают цепь напряжения, для этого начало катушки напряжения ваттметра с помощью перемычки К подключают к началу токовой катушки, соединенной с одним из зажимов сети, а конец катушки напряжения присоединяют к другому зажиму сети.

Схемы включения ваттметра: а — конкретно в сеть верно, б — некорректно, в — в сеть с огромным напряжением и огромным током

Набросок 1. Схемы включения ваттметра: а — конкретно в сеть верно, б — некорректно, в — в сеть с огромным напряжением и огромным током.

Время от времени при выполнении токовой цепи в нее включают сопротивление перемычки (рис. 1, б). Этого делать нельзя, потому что в данном случае через перемычку проходит рабочий ток, а не малый ток цепи напряжения, как в рассмотренной ранее схеме. Не считая того, в цепи токовой катушки ваттметра, имеющей маленькое сопротивление, добавляется сопротивление самой перемычки и два контактных переходных сопротивления. Все это приводит к возникновению дополнительной погрешности при измерении мощности.

Если шкала прибора не отградуирована в единицах мощности (к примеру, в многопредельном электродинамическом ваттметре), но имеет определенное число делений N, то для измерения мощности на данном пределе измерений следует найти стоимость деления ваттметра по формуле:

где Uн — номинальное напряжение ваттметра либо предел измерений по напряжениею, Iн — ток ваттметра, либо предел измерений по току, А, N — число делений шкалы ваттметра (обычно 100 либо 150).

Пусть дан ваттметр с Uн=150 В, Iн=5 А и N=150. Тогда стоимость деления прибора Сн = 150 х 5/150 = 5 Вт/дел,

Для того чтоб найти мощность по свидетельствам прибора, необходимо показание прибора в делениях шкалы n помножить на стоимость деления Сн:

Если напряжение в сети больше допустимого напряжения катушки напряжения, а ток больше допустимого тока токовой катушки, то нужно в цепи неизменного тока для подключения прибора пользоваться дополнительным резистором и измерительным шунтом (рис. 1, в).

Как высчитать сопротивления дополнительного резистора и шунта для подключения ваттметра в цепь неизменного тока

Значение сопротивления шунта для подключения ваттметра для схемы, приведенной на рисунке 1, в, можно найти по формуле:

rш = ra (p — 1) = ra (Ia/Iн — 1),

где ra — сопротивление токовой катушки ваттметра, Ом, p — коэффициент шунтирования, а значение сопротивления дополнительного резистора — из выражения rд = rv (q — 1) = rv (U / Uн — 1),

где rv — сопротивление катушки напряжения ваттметра, Ом.

К примеру, для ваттметра с номинальным напряжением катушки напряжения Uн=150 В и номинальным током токовой катушки Iн=5 А, включенного в измерительную цепь напряжением 220 В (рис. 1, в) с током около 20 А, нужно высчитать сопротивления дополнительного резистора и шунта.

Значение сопротивления шунта rш = ra /(20/5—1) = ra /3,

то есть для подключения ваттметра нужен шунт, сопротивление которого меньше сопротивления токовой цепи ваттметра втрое. Сопротивление дополнительного резистора ra = rv (220/150—1) =0,46rv,

Действительное значение мощности P = Pwpq, где Pw — показание ваттметра, если его шкала отградуирована в единицах мощности.

Если ваттметр подключен через шунт, то стоимость деления можно найти так:

С‘н = (UнIн / pq) = Сн х p х q

В приведенном примере р=4, а q=1,46, как следует, показание ваттметра следует множить на 5,86, чтоб найти действительное значение мощности, что неловко. Потому при подборе шунта и дополнительного резистора стремятся принимать коэффициенты q и р равными целым числам.

В данном примере комфортно принять р=5, a q=2, другими словами rш = ra / 4 и Rд=rv, тогда измеренное значение мощности можно определять, умножая показания прибора на 10. Новенькая стоимость деления ваттметра будет равна С’н= 150х 2 х 5 х 5 / 150 = 50 Вт/дел.,

где 150 х 2 = 300 В — новый предел измерений ваттметра по напряжению, 5 х 5 = 25 А — новый предел измерений ваттметра по току.

Внешний дополнительный резистор следует включать только после обмотки напряжения ваттметра, а не перед ней, по другому потенциал подвижной катушки относительно недвижной может добиться небезопасных для изоляции значений.

Правила использования

Конструкция

Перед приобретением изделия, необходимо исследовать устройство и понять принцип действия ваттметра. Бытовой ваттметр включает в себя:

ДТ, ДН — индикаторы тока и напряжения;
АЦП— цифровой преобразователь, при помощи аналогового сигнала происходит преобразование в цифровой;
микроконтроллер — происходит обрабатывание полученных от индикаторов сигналов по определенному алгоритму, после чего отправляются сведения на монитор;
монитор — на нем будет отображаться полученная информация;
СВ — средство, которое осуществляет ввод данных и дает возможность человеку задавать параметры в целях получения необходимой информации;
I — ток, который протекает через ваттметр;
Uвх — входное напряжение;
Uвых — напряжение выхода ваттметра.

Лучшие модели

На рынке существует большое количество таких измерительных приборов от европейских и отечественных производителей. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Необходимо детально исследовать наиболее популярные модели.

ROBITON PM-1

Устройство, которое помогает контролировать расходование электрической энергии из электросети 1 потребителем. В нем совмещается в 1 корпусе вилка, розетка, электроблок и монитор, считывающий полученные данные.

Дает возможность вычислять мощность единичной, подсоединенной через устройство, нагрузки. Ваттметр определяет число используемой энергии за конкретный временной период и рассчитывает цену использованного электричества.

компактные размеры, простота, адекватная цена;
возможность работы с любыми бытовыми устройства;
возможность определения числа энергии, которая потребляется нагревателем.

плохо продумано обнуление;
работает лишь в тепле.

HiDANCE 3680W AC Power Meter

Компактное бытовое электронное приспособление с расширенным функционалом. Дает возможность определять силу напряжения переменного тока. Рассчитывается потребляемая мощность и ее коэффициент.

Присутствует функция определения цены используемой энергии. Устройство комфортно во время тестирования быттехники, электроприборов и нагревателей любого типа в целях расчета экономической эффективности.

яркий дизайн, аккуратная сборка цифрового прибора;
высокоточные измерения, наглядно отображается результат;
большое количество режимов.

необходимо снова вводить стоимость после обнуления информации;
приваренные штыри увилки.

Espada TSL 1500WB

Легкий для освоения и использования ваттметр, который тестирует быттехнику по уровню потребленной энергии. Крайне комфортен, чтобы проверять потребление электроэнергии в процессе выбора обогревателя. Устройство в кратчайший период времени показывает реальную мощность, траты и цену электроэнергии.

Помогает рассчитывать теплоэффективность и траты на протяжении отопительного сезона. Предусматривается опция введения информации при 2-хтарифном счётчике. Изделие сигнализирует о нештатной ситуации либо превышении силы тока, мощности.

высокоточное изделие, скорость измерений;
подсвечивается монитор, большие цифры;
расчёт цены электричества.

непостоянная подсветка;
трудно менять источник питания.

TP-Link HS110

Прибор контролирует и осуществляет замеры на дистанции посредством сети с помощью смартфона либо иного электроприбора. Предусматривается опция автоподключения либо выключения потребителей энергии.

Мониторинг на дистанции потребления электроэнергии дает возможность выбирать надлежащий режим функционирования быттехники либо отопительных систем. Ваттметр помогает выставлять требуемую мощность.

опция контроля на расстоянии;
компактные размеры, функционирует с любой бытовой техникой;
адекватная стоимость.

восприимчивость к качеству сети.

Edimax SP 2101W

Интеллектуальное устройство с опцией замера мощности. Подключается к любой стандартной сети. Приспособление будет управлять уровнем энергопотребления, подключать либо отключать бытовую технику самостоятельно, по команде либо по расписанию.

Контролирует функционирование бытовых устройств, осуществляя автоотключение питания в нештатном режиме. Вспомогательная функция — передается тревожный сигнал в авторежиме.

«умная» розетка, контролирующая мощность;
помощь при выработке эконом режима;
сохраняется результат на протяжении года.

Ваттметр является прибором, который необходим в различных сферах, в том числе в быту. Цифровые устройства дают намного больше информации. При выборе изделия следует учесть его техпараметры, рабочую частоту и компанию-разработчика. Нужно помнить, что модификации из Китая намного дешевле, но качество и точность их измерений не на самом высоком уровне.

Виды мощности электросетей

Мгновенная. Формула нахождения для синусоидальных сетей, наподобие классических бытовых электролиний — Pватт = Uвольт × Iампер × cos φ, где φ — угол сдвига фаз. Если вид электрического сигнала отличается, — «мгновенное» количество ватт вычисляют по сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Другой способ получения значения — знание проводимости цепи, или ее активного сопротивления. Математически взаимосвязь выражается формулами: Pватт = I2 × r, где I — сила тока в амперах, а r — сопротивление в оммах,
Pватт = U2 × g, где U — напряжение вольт, g — проводимость в сименсах (обозначение См, или S в документации).

Формула активной мощности

Формула полной мощности

Кроме системной единицы в ваттах результат можно встретить обозначенным в вольт-амперах или V·A.

Ваттметр как подключается в цепь

Как подключается ваттметр. Включение ваттметра в измеряемую цепь. Внутренние установки — диалоговое окно Multimeter Settings

Ваттметр для измерения мощности: назначение, типы, подключение, применение

Схема включения ваттметров для измерения однофазной цепи

Применение Ваттметров

Типы ваттметров

Правила использования

Устройство и принцип действия

Аналоговые ваттметры

Цифровые ваттметры

Преимущества и недостатки ваттметра

Цифровой

Бытовой

Подключение Ваттметра

Многофункциональный цифровой ваттметр СМ3010 класса точности 0,1

Устройства измерительные ЦП8506-120 (далее – устройства).

Ваттметр

Аналоговый и цифровой ваттметр

Классификация ваттметров

Принцип действия аналогового ваттметра

Как работает цифровой ваттметр

Схема подключения измерительного прибора

Измерение мощности

Ваттметр для измерения мощности в розетке

Виды мощности электросетей

Опыт 2. Измерение мощности в цепи трёхфазного тока с активной симметричной нагрузкой.

Выбор формы сигнала

Внутренние установки — диалоговое окно Multimeter Settings

Классификация ваттметров

Электродинамические аналоговые приборы

Ваттметры — виды и применение, схема подключения, особенности использования

Виды исполнения измерителей

Мобильные

Стационарные

Бытовые

Получение результата иным путем

Опыт 1. Измерение мощности в цепи однофазного переменного тока с активной нагрузкой.

Как подключить ваттметр

​Как правильно подключить ваттметр в электрическую цепь

Включение ваттметра в измеряемую цепь

Опыты с ваттметром

Опыт 1. Измерение мощности в цепи однофазного переменного тока с активной нагрузкой.

Опыт 2. Измерение мощности в цепи трёхфазного тока с активной симметричной нагрузкой.

Измерение мощности тока. Схема включения ваттметра. Схемы измерения мощности.

Измерение мощности тока

Схема включения ваттметра

Измерение мощности в трехфазных цепях

Схемы измерения мощности

Схема включения ваттметров для измерения однофазной цепи

Классификация ваттметров

Принцип действия аналогового ваттметра

Включение ваттметра в цепь переменного тока, при токе нагрузки больше допустимого

Как работает цифровой ваттметр

Схема включения ваттметров для измерения однофазной цепи

Схема подключения измерительного прибора

Подключение Ваттметра

Многофункциональный цифровой ваттметр СМ3010 класса точности 0,1

Устройства измерительные ЦП8506-120 (далее – устройства).

Ваттметр Д5085 (Д 5085, Д-5085)

Измерение мощности сети ваттметром

Что это такое

Технические параметры

Преимущества и недостатки ваттметра

Цифровой

Бытовой

Устройство и принцип действия

Аналоговые ваттметры

Цифровые ваттметры

Что измеряет

Цифровые

Принцип работы

Как подключить

Онлайн журнал электрика

Правила использования

Конструкция

Лучшие модели

ROBITON PM-1

HiDANCE 3680W AC Power Meter

Espada TSL 1500WB

TP-Link HS110

Как правильно подключить ваттметр в электрическую цепь