Site Loader

Содержание

Обычный ваттметр — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Обычный ваттметр

Cтраница 1


Обычный ваттметр, включенный в цепь переменного тока, измеряет, как известно, активную мощность, равную действительной части комплекса мощности этой цепи.  [2]

Применим обычные ваттметры с пределами 5 а, 100 в, шкала 100 делений.  [3]

Для обычных ваттметров постоянную ( цену деления) определяют по формуле С ImUm / am, вт / дел, где 1т и Um — предельные ток и напряжение для данного предела измерения; ат — полное число делений шкалы ваттметра.  [4]

При пользовании обычным ваттметром ( для созф1), когда катушки токовая и напряжения полностью загружены, показания стрелок ваттметров будут находиться в середине шкалы и разность этих показаний ( которая будет давать величину измеряемой мощности) будет невелика.  [5]

Величину Р можно измерить с помощью обычного ваттметра, а величину Q — с помощью специально предназначенного для этой цели электроизмерительного прибора.  [6]

Величину Р можно измерить с помощью обычного ваттметра, gt величину Q — с помощью специально предназначенного для этой цели электроизмерительного прибора.  [7]

Величину Р можно измерить с помощью обычного ваттметра, а величину Q — с помощью специально предназначенного для этой цели электроизмерительного прибора.  [8]

При измерении по схеме одного ваттметра применим обычный ваттметр с номинальным cos f 1 и с теми же, как в предыдущем случае, пределами измерения по току и напряжению.  [9]

Способы измерения мощности в трехфазных цепях с помощью обычных ваттметров неудобны, так как требуют отсчетов мощности по шкалам нескольких приборов и суммирования их показаний.  [11]

Описанные способы измерения мощности трехфазного тока при помощи обычных ваттметров широко применяются в лабораторной практике и при различного рода испытаниях энергетического оборудования, однако они неудобны для непрерывного наблюдения за режимом работы стационарных электросиловых установок, так как определение общей мощности нагрузки требует отчетов по шкалам двух или трех приборов с последующими вычислениями. Для устранения этого неудобства изготовляются трехфазные ваттметры.  [12]

В цепях трехфазного тока при равномерной нагрузке фаз реактивную мощность можно измерить обычным ваттметром, включенным по схеме рис. 418, а, показания его следует затем увеличить в У Зраз. При неравномерной нагрузке фаз ее можно измерить при помощи трех ваттметров, каждый из которых включают по схеме рис. 418, а. Последовательную катушку каждого прибора включают в один из линейных проводов, а параллельную присоединяют к двум другим проводам при соблюдении последовательности в чередовании фаз. Реактивная мощность всей системы при этом равна сумме показаний всех ваттметров, поделенной на УЗ.  [14]

Реактивную мощность в однофазных цепях измеряют только в лабораториях при проведении каких-либо исследований включением обычных ваттметров по специальным схемам.  [15]

Страницы:      1    2

Электродинамический ваттметр — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Электродинамический ваттметр

Cтраница 4

Электродинамические ваттметры обычно выполняются многопредельными как по току, так и по напряжению. Для этого неподвижная катушка состоит из секций, соединенных последовательно или параллельно, а в цепи подвижной катушки добавочный резистор выполняется секционированным так, чтобы получать несколько номинальных напряжений.  [46]

Переносные электродинамические ваттметры обычно имеют несколько пределов измерения по току и напряжению.  [48]

Электродинамический ваттметр типа Д566 / 12 имеет два предела измерения по току: / к 2 5; 5 А и три-по напряжению: / 75; 150; 300 В.  [49]

Электродинамические ваттметры лабораторного типа одинаково работают как в цепи постоянного, так и в цепи переменного тока. Обычно их изготовляют многопредельными и с условной шкалой.  [50]

Электродинамическими ваттметрами измеряют мощность в цепях постоянного и переменного токов.  [52]

Некоторые электродинамические ваттметры имеют переключаемые пределы измерения по величине номинального напряжения и номинального тока, например, 30 / 75 / 150 / 300 В и 2 5 / 5 А.  [53]

Имеется электродинамический ваттметр с двумя пределами измерения по току ( 2 5 — 5) а, двумя пределами измерения по напряжению ( 30 и 120 в) и шкалой ( 0 — 150) делений.  [54]

Шкала переносных электродинамических ваттметров, как правило, градуируется не в единицах измеряемой величины, а в делениях ( 75, 100 или 150) без указания значения этих делений в единицах мощности. Цена деления шкалы в зависимости от предела измерения имеет разные значения.  [55]

В электродинамическом ваттметре на рабочем участке шкалы это условие всегда обеспечивается путем выбора определенных соотношений размеров катушек и их начального взаимного расположения.  [57]

Широко распространены электродинамические ваттметры — приборы для измерения электрической мощности в цепях постоянного и переменного токов. Электродинамические ваттметры имеют равномерную шкалу.  [59]

Задача 9.13. Электродинамический ваттметр типа АСТД со шкалой на ак 150 делений и с пределами измерения по току / к 5 а и по напряжению UK 75 в, включен в схему постоянного тока и показывает а 102 деления.  [60]

Страницы:      1    2    3    4    5

Всё о ваттметрах

Ваттметр (ватт + др.-греч. μετρεω — «измеряю») — измерительный прибор, предназначенный для определения мощности электрического тока или электромагнитного сигнала.

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

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

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

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

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

Аналоговые ваттметры

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

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

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

Схема подключения ваттметра:

Цифровые ваттметры

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

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

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

Бытовой ваттметр

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

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

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

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

Профессиональные ваттметры

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

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

Щитовые ваттметры

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

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

Ранее ЭлектроВести писали, что правительство Южной Кореи опубликовало «Четвёртую дорожную карту исследований и разработок в области приоритетных энергетических технологий», которая предусматривает повышение эффективности солнечных модулей до 24% к 2030 году и одновременно снижение их стоимости более чем вдвое.

По материалам: electrik.info.

4.2. Измерение мощности

Мощность измеряют различными способами.

Мощность в электрических цепях постоянного и однофазного переменного тока, измеряют в основном ваттметрами электродинамической системы. На рис. 4.4 приведены схемы включения ваттметра для измерения мощности, потребляемой сопротивлением нагрузки RНАГ в цепях постоянного и однофазного переменного тока.

В цепях напряжения включено добавочное сопротивление RД. Начало токовой обмотки напряжения, так же как и в последующих схемах, показано, соответственно, левой и верхней точками на обмотках ваттметра W; перемена полярности одной из обмоток приведет к отклонению стрелки ваттметра в обратную сторону. Если включить ваттметр в цепь постоянного тока (рис. 4.4, схема а), то он учтёт потребляемую электроприемниками мощность и потери в токовой обмотке ваттметра. Мощность Р определяют по формуле

P=IU’=I(U+IRт)=IU+I2RT=Pпp+Pт,

где I и U — соответственно, ток  и напряжение на нагрузке; U’ — напряжение питания; Rт — сопротивление токовой обмотки ваттметра; Рпр и Рт — соответственно, потребляемая приемниками мощность и потери мощности в токовой обмотке.

При включении (рис. 4.4, схема б) по схеме ваттметра учитываются дополнительные потери в обмотке напряжения Рн:

P=U(I+Iн)=UI+UIн=Pнр+Pн.

Таким образом, систематической погрешности, возникающей в следствии того, что цепи тока и напряжения измерительного механизма должны включаться также, как и приборы для измерения тока и напряжения избежать не удается. Если ожидаются значительные колебания мощности за счёт колебаний тока, то предпочтительней будет схема а. При включении ваттметра (рис. 4.4, схема в) на добавочном сопротивлении Rд окажется почти полное напряжение источника, на которое не может быть рассчитана изоляция подвижной катушки. Кроме того, появляется дополнительная погрешность за счет электростатического взаимодействия обмоток. Такую схему не следует применять.

Показания ваттметра, включенного в цепь переменного тока, пропорциональны произведению подведенного к нему напряжения U, тока в токовой обмотке I и cosφ:

Р = с·U·I·cosφ, где с — цена деления ваттметра.

При определенном положении переключателей пределов по току и напряжению цена деления составит

с = (UПРIПР)/ПР, Вт/дел,

где UПР и IПР — верхние пределы ваттметра, ПР — количество делений шкалы ваттметра.

При определении мощности косвенным методом в цепи постоянного тока измеряют ток и напряжение, а в цепи переменного тока (дополнительно, с помощью фазометра), коэффициент мощности cosφ.

Для расширения пределов измерения по току и напряжению применяют шунты, добавочные сопротивления и измерительные трансформаторы (рис. 4.5). Цену деления ватт-метра при пользовании измерительными трансформаторами определяют по уравнению:

СИЗМ= СКIHКUH, Вт/дел.

На сверхвысоких частотах (СВЧ) способы измерения мощности, рассмотренные выше очень трудно реализуемы, поэтому применяются другие способы измерения мощности. Несмотря на кажущееся разнообразие, все они сводятся к преобразованию энергии электромагнитных колебаний в другой вид энергии, более применяемый для измерения (тепловую, механическую и другие) с последующим вторичным преобразованием в электрический сигнал. Измерение производится в основном цифровыми приборами.

При измерении активной мощности в трёхфазных цепях (три фазовых провода и один нулевой — четырех проводная сеть) используют три однофазных ваттметра, включенных в отдельные фазы; измеряемую мощность определяют как сумму мощностей всех фаз. В, этом случае не следует пользоваться ваттметром, включенным в одну из фаз, так как велика вероятность неравномерности нагрузки, и погрешность измерения может оказаться значительно больше допустимой.

В трехфазных цепях без нулевого провода возникает затруднение с подключением цепи напряжения ваттметра, потому что в цепи имеется линейное напряжение. Однако при симметричной, нагрузке можно измерить мощность одним ваттметром. Для этого в месте измерения создается искусственная нулевая точка. Сопротивления всех фаз, образующие звезду, должны быть равными. Мощность в этом случае равна утроенному показанию ваттметра.

В несимметричных трехфазных трехпроводных цепях мощность можно измерить так же, как и в четырехпроводных цепях, т.е. как сумму трех мощностей. Здесь также необходима искусственная нулевая точка, однако ее можно очень просто создать соединением в звезду трех (одинаковых!) цепей напряжения ваттметров.

Более универсальным и точным методом измерения трехфазной мощности является метод двух ваттметров или так называемая схема Арона (рис. 4.6).

Токовые обмотки ваттметров включены на линии А, В; обмотки по напряжению на АС и ВС (рис. 4.6, а).

Токовые обмотки ваттметров включены на линии А, С; обмотки по напряжению — на АВ и СВ (рис. 4.6, б).

Токовые обмотки ваттметров включены в линии В, С; обмотки по напряжению – на ВА и СА (рис. 4.6, в).

Построим векторную диаграмму (рис. 4.7) для схемы Арона (рис. 4.6, схема б).

Мощность определяют по сумме показаний ваттметров

P=P1+P2=UавIаcosψ1+UсвIсcosψ2.

В зависимости от характера нагрузки один из углов (ψ1 или ψ2) может стать больше 90°. В этом случае один из ваттметров будет показывать отклонение в противоположную сторону. Чтобы получить отсчет, надо изменить направление тока в одной из обмоток этого ваттметра. Показания берут со знаком минус, т.е. общая мощность равна алгебраической сумме показаний. В частном случае, когда система симметрична, ψ1=30+φ, ψ2=30-φ и общую мощность находят по формуле

P=P1+P2=UавIаcos(30+φ)+UсвIсcos(30-φ)=UлIл2cos30cosφ= UлIлcosφ.

Даже при полной симметрии показания ваттметров не равны и зависят от величины и знака угла φ. При значении φ, равном 0-60 показания обоих положительны; при φ=60 показания первого ваттметра Р1=0; при φ>60 оба покажут отрицательные значения.

При измерении реактивной мощности однофазные реактивные ваттметры применяют для лабораторных измерений и поверки индукционных счетчиков. В отличии от обыкновенного ваттметра реактивный имеет усложненную схему параллельной цепи, в которую включают реактивное сопротивление для получения сдвига по фазе на 90° между током и напряжением. Тогда угол отклонения подвижной части будет пропорционален реактивной мощности. При измерении реактивной мощности в трехфазных цепях нет необходимости получать сдвиг по фазе на 90°, так как при переходе от схемы звезды к схеме треугольника всегда имеется напряжение, которое пропорционально измеряемому и сдвинуто по фазе на 90°. В соответствии с этим, например в несимметрично нагруженной трех- и четырехфазной сети, реактивную мощность Q определяют по схеме трех активных ваттметров, включенных по напряжению на «чужие» фазы (рис. 4.8).

Тогда реактивная мощность Q = (P1+P2+P3)/

При равномерной нагрузке можно ограничиться одним из ваттметров. Тогда Q =·Р1. В трехфазной сети с равномерной нагрузкой (рис. 4.6, любая схема), реактивную мощность Q определяют по формуле

Q =·(P1-P2).

Реактивную мощность в трехфазной сети с равномерной и неравномерной загрузкой фаз Q находят по схеме с искусственной нулевой точкой (рис. 4.9):

Q = ·(P1+ Р2).

Сопротивление, включенное на свободную фазу (R), подбирают так, чтобы оно вместе с обмотками напряжения ваттметров образовало симметричную звезду, а к ваттметрам были подведены фазовые напряжения:

R=Rw1=Rw2.

Для определении реактивной мощности указанными выше методами необходимо знать порядок чередования фаз сети. Если он окажется обратным, показания ваттметров во многих случаях будут отрицательными.

4.1. Измерение тока и напряжения< Предыдущая   Следующая >4.3. Измерение энергии

Какую мощность измеряет вольтметр и амперметр, а какую ваттметр?

Какую мощность измеряет вольтметр и амперметр, а какую ваттметр?

0

69

почти 3лет назад

0 комментариев

Войдите что бы оставлять комментарии

Ответы (5)

Сам понял что написал? Вольтметр — напряжение Амперметр — ток Ваттметр — кагбе ватты (мощность)

0

ответ написан почти 3лет назад

0 комментариев

Войдите что бы оставлять комментарии

Вольтметр — напряжение тока. Амперметр — сила тока. Ваттметр — мощность.

0

ответ написан почти 3лет назад

0 комментариев

Войдите что бы оставлять комментарии

Ваттметр — мощность электрического тока или электромагнитного сигнала. Вольтметр — отсчет для определения напряжения. Амперметр — сила тока.

0

ответ написан почти 3лет назад

0 комментариев

Войдите что бы оставлять комментарии

ВОЛЬТ̘ЕТР (от вольт и греч. metron — мера, metreo — измеряю) , прибор для измерения электродвижущей силы или напряжения (в мкВ, мВ, В, кВ) в электрических цепях. ВАТТ̘ЕТР (от ватт и греч. metron — мера, metreo — измеряю) , электрический прибор для измерения активной мощности (в ваттах) в цепях постоянного или переменного тока. АМПЕР̘ЕТР (от ампер и греч. metron — мера, metreo — измеряю) , электроизмерительный прибор для измерения силы постоянного и (или) переменного тока

0

ответ написан почти 3лет назад

0 комментариев

Войдите что бы оставлять комментарии

ВОЛЬТМ˜ЕТР (от вольт и греч. metron — мера, metreo — измеряю) , прибор для измерения электродвижущей силы или напряжения (в мкВ, мВ, В, кВ) в электрических цепях. ВАТТМ˜ЕТР (от ватт и греч. metron — мера, metreo — измеряю) , электрический прибор для измерения активной мощности (в ваттах) в цепях постоянного или переменного тока. АМПЕРМ˜ЕТР (от ампер и греч. metron — мера, metreo — измеряю) , электроизмерительный прибор для измерения силы постоянного и (или) переменного тока

0

ответ написан почти 3лет назад

0 комментариев

Войдите что бы оставлять комментарии

Оставить ответ

Войдите, чтобы написать ответ

Тема 9. Методы измерения сопротивлений. Мостовые схемы.

Далее нужно перейти к способам измерения параметров электрических цепей (активных и реактивных сопротивлений) различными способами, при этом необходимо выделить наиболее точный (по минимальной погрешности). Необходимо будет обратиться к мостовым методам измерения сопротивлений, изучить типы существующих мостов постоянного и переменного тока, а также автоматических мостов и потенциометров.

Тема 10. Методы измерения активной и реактивной мощности и электрической энергии. Схемы включения ваттметров и счетчиков активной и реактивной электроэнергии.

На этом этапе изучаются методы и средства измерения мощности, энергии, угла сдвига фаз и частоты. Особое внимание здесь необходимо уделить навыкам правильного подключения ваттметров, счетчиков электрической энергии и фазометров.

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Контрольные задания служат для прочного закрепления учебного материала по данному курсу. Задания оформляются в виде записки, выполненной в соответствии с требованиями стандартов ВоГТУ, на листах формата А4 с указанием дисциплины, фамилии и инициалов студента, шифра, факультета и номера варианта.

Каждое контрольное задание по курсу состоит из трех задач по различным разделам дисциплины. Варианты задач выбираются по последней цифре шифра студента и первой букве его фамилии следующим образом: если фамилия начинается с буквы от А до К, то вариант соответствует последней цифре шифра; если фамилия начинается с буквы от Л до Х, то вариант соответствует последней цифре шифра +10; если фамилия начинается с буквы от Ц до Я, то вариант соответствует последней цифре шифра +20.

4.1. Задачи 1.

0. Имеется стрелочный вольтметр с UНОМ=10 В иRВН=1 кОм. Можно ли на его основе создать амперметр сIНОМ=10 А? Если можно – привести схему и рассчитать параметры элементов.

  1. Можно ли на основе аналогового амперметра с IНОМ=1 А иRВН=1 Ом создать двухпредельный вольтметр сUНОМ=100 В иUНОМ=200 В? Если можно – привести схему и рассчитать параметры ее элементов.

  2. Как на основе стрелочного миллиамперметра с IНОМ=100 мА,RВН=0,5 Ом и числом деленийN=100 создать вольтметр сUНОМ=10 В? Привести схему, рассчитать ее параметры. Определить чувствительность нового прибора.

  3. Как на основе однопредельного стрелочного вольтметра с UНОМ=10 В иRВН=10 кОм создать двухпредельный вольтметр сUНОМ1=100 В иUНОМ2=400В? Привести схему и рассчитать ее параметры.

  4. На основе электромагнитного измерительного механизма со следующими известными параметрами: UПО=100 мВ;IПО=10 мА требуется создать двухпредельный амперметр сIНОМ1=100 мА,IНОМ2=1 А. Как это сделать (привести схему и рассчитать ее параметры)?

  5. Рассчитать и изобразить схему миллиамперметра с универсальным шунтом на три предела измерений: 0,2; 2 и 20 мА. Измеритель прибора – микроамперметр имеет данные: IПО= 150 мкА;RВН= 850 Ом. Определить допустимую мощность рассеивания для выбранных резисторов.

  6. При измерении напряжения двумя параллельно включенными вольтметрами их показания были: U1 = 29,2 В;U2 = 30 В. Показания какого прибора точнее, если классы точности приборов:К1 = 2,5 иК2 = 1,0, а пределы измерения соответственно равны 30 В и 150 В.

  7. Магнитоэлектрический прибор со шкалой на 100 делений имеет сопротивление катушки 25 Ом. Чувствительность по току прибора составляет 4 дел/мА. Определить предел измерения по напряжению и цену деления прибора в вольтах.

  8. Рассчитать вольтметр со ступенчатым включением добавочных резисторов на три предела измерений: 10, 100 и 1000 В. Измерителем вольтметра служит микроамперметр с параметрами: IПО= 200 мкА,RВН= 900 Ом. Определить допустимую мощность рассеивания для выбранных резисторов.

  9. При поверке амперметр с конечным значением шкалы 10 А, показал ток 7 А, а образцовый амперметр – 7,12 А. Найти поправку к показаниям прибора, абсолютную, относительную и приведенную погрешности.

  10. Во сколько раз чувствительность по напряжению у вольтметра с верхним пределом измерения 250 В и шкалой, имеющей 100 делений, отличается от чувствительности милливольтметра с верхним пределом 150 мВ и шкалой, имеющей 75 делений?

  11. Определить чувствительность по току и напряжению для прибора с напряжением полного отклонения стрелки 150 мВ, сопротивлением катушки 10 Ом и шкалой на 1000 делений.

  12. Рассчитать вольтметр с раздельными добавочными сопротивлениями на четыре предела измерений: 3, 10, 30, 100 В. В качестве измерителя применить микроамперметр с параметрами: IПО = 500 мкА,RВН = 150 Ом.

  13. В цепь однофазного тока через измерительный трансформатор напряжения kV= 6000/100 класса точности 0,5 включен вольтметр с номинальным напряжением 100 В класса точности 1,5. Определить величину напряжения сети и наибольшую возможную погрешность измерения, если вольтметр показал 20 В.

  14. Определить значение переменного тока в однофазной цепи и наибольшую возможную погрешность измерения, если для измерения использован амперметр класса точности 0,5 с верхним пределом измерения 5 А, который включен через трансформатор тока kТ= 100/5 класса точности 0,2.

  15. Определить активное сопротивление электрической нагрузки методом амперметра и вольтметра, если амперметр показывает ток в нагрузке 5 А и имеет сопротивление 2 Ом, а вольтметр показывает падение напряжения на нагрузке 50 В. Амперметр включен последовательно с нагрузкой. Определить относительную погрешность.

  16. Определить сопротивление методом амперметра и вольтметра, если вольтметр показывает 200 В, амперметр – 1 А, сопротивление вольтметра 3000 Ом и он включен параллельно измеряемому сопротивлению. Вычислить относительную погрешность.

  17. Определить значения индуктивности LX, сопротивленияRX, добротностиQXв цепи уравновешенного моста (рис.1), если частота питающего моста напряженияf = 1000 Гц,R3 = 1000 Ом,С3= 1 мкФ,R2 =R4 = 100 Ом.

  18. Найти входное сопротивление RВХуравновешенного моста (рис.1) со стороны зажимов диагонали индикатора равновесия (ИР), еслиR1 = 10 Ом,L1= 0,01 Гн,R2= 100 Ом,R3= 1000 Ом,С3= 1 мкФ,R4= 100 Ом, частота питающего моста напряженияf =100 Гц.

  19. В схеме моста (рис.2) измерение тангенса угла потерь катушки индуктивности осуществляется при следующих данных: С3= 0,1мкФ,R3= 1,652,2 Ом. Каково значение добротности при частоте измерения 1000Гц?

  20. Определить емкость СXи тангенс угла потерь конденсатора, если измерение выполнялось по схеме моста (рис.3) на частоте 1000 Гц; плечо множителяR2= 1000 Ом; плечо отсчетаR3= 500 Ом; регулируемое сопротивлениеR4= 10 Ом, емкость образцового конденсатораС4= 0,1 мкФ.

  21. В каких пределах может быть измерена добротность QXкатушки, если в схеме моста (рис.1) сопротивление плеча сравненияR3представляет собой переменный резистор значением 49 кОм;С3= 1 мкФ;f= 100 Гц?

  22. Рассчитать и изобразить схему амперметра постоянного тока с универсальным шунтом на пределы измерений: 0,15; 0,75; 1,5; 30 А. Измеритель прибора – микроамперметр имеет данные: IПО= 100 мкА;RВН= 1000 Ом. Рассчитать сопротивление шунтов и мощность рассеяния.

Рис.1 Рис.2

Рис.3 Рис.4

Рис.5 Рис.6

Рис.7

  1. Рассчитать и изобразить схему миллиамперметра постоянного тока с постоянным шунтом на пределы измерений: 0,3; 1; 3; 10; 30; 1000 А. Измеритель прибора – микроамперметр имеет данные: IПО= 150 мкА;RВН= 800 Ом. Рассчитать сопротивление шунтов и мощность рассеивания.

  2. Рассчитать вольтметр с раздельным добавочным сопротивлением на пределы измерений: 1,5; 7,5; 15; 75; 150; 750 В. В качестве измерителя применить микроамперметр с параметрами: IПО= 500 мкА;RВН = 150 Ом. Определить допустимую мощность рассеивания для выбранных резисторов.

  3. Через измерительный трансформатор напряжения kV= 1000/100 класса точности 0,5 включен вольтметр с номинальным напряжением 300 В класса точности 1,5. Определить напряжение сети и наибольшую возможную погрешность измерения, если вольтметр показал 63 В.

  4. Определить величину переменного тока и наибольшую возможную погрешность измерения, если для измерения использован амперметр класса точности 0,5 с верхним пределом измерения 5 А, который включен через трансформатор тока ТК – 20, имеющий kТ = 1000/5 и класс точности 2,5.

  5. Определить активное и реактивное сопротивления и индуктивность методом амперметра, вольтметра, фазометра, если амперметр показывает 1 А, вольтметр – 200 В, фазометр – cos = 0,5 отстающий, а частота сети равна 50 Гц.

  6. Определить активное и реактивное сопротивления и емкость конденсатора методом амперметра, вольтметра, фазометра, если амперметр показывает 1А, вольтметр – 200 В, фазометр – cos опережающий, а частота сети равна 50Гц. Изобразить схему опыта.

  7. Определить характер и величины сопротивлений, измеренных методом амперметра, вольтметра, фазометра, если амперметр показывает 2А, вольтметр – 220 В, а фазометр – сos = 0,707 отстающий. Частота сети равна 50 Гц. Изобразить схему опыта.

4.2. Задачи 2.

0. Изобразить схему для включения трехфазного электрического счетчика реактивной энергии для учета последней в четырехпроводной сети напряжением 0,4 кВ и током нагрузки 80 А. Выбрать необходимые трансформаторы.

  1. Во вторичные обмотки трансформаторов тока kТ= 300/5 и напряженияkV= 10000/100 включены амперметр, вольтметр и ваттметр. Определить мощность, потребляемую цепью, и показания ваттметра в делениях, если показания приборов равны:IA= 4 A,UV= 100 B, угол сдвига фаз между током и напряжением в цепи составляет 30. Ваттметр имеет верхние пределы измерения:IН = 5 А,UН= 150 В; число делений шкалы – 150. Представить схему измерения. Погрешностью пренебречь.

  2. Для измерения активной мощности трехфазной симметричной цепи с линейным напряжением 380 В и соs = 0,5 использованы два одинаковых электродинамических ваттметра со шкалами на 150 делений. Известно, что активная мощность цепи равна 15 кВт. Определить линейный ток, подобрать ваттметры, определить показания каждого ваттметра в делениях, привести схему включения.

  3. Для поверки счетчика индукционной системы класса 2 в цепь включен электродинамический ваттметр класса 0,5. На щитке счетчика написано: 1 кВтч – 3600 оборотов диска. Диск счетчика сделал 60 оборотов за 2 минуты. При этом ваттметр показывал неизменную мощность 480 Вт. Определить погрешность счетчика. Соответствует ли поверенный счетчик классу точности?

  4. Активная мощность трехфазной цепи измерена методом двух ваттметров. Линейное напряжение равно 660 В, линейный ток – 20 А. Определить реактивную мощность сети, если показания ваттметров равны n1 = 60 делений,n2 = 60 делений.

  5. Активная мощность трехфазной симметричной цепи измерена методом двух ваттметров. Линейное напряжение равно 380 В, линейный ток – 15 А. Определить реактивную мощность сети, если показания ваттметров равны n1 = 30 делений,n2= 60 делений.

  6. Активная мощность трехфазной симметричной цепи измерена методом двух ваттметров. Линейное напряжение равно 660 В, линейный ток – 10 А. Определить реактивную мощность сети, если показания ваттметров равны n1 = 0 делений,n2 = 80 делений.

  7. В цепи переменного тока необходимо измерить мощность с помощью трансформатора тока kT= 1000/5, трансформатора напряженияkV= 10000/100 и ваттметра, рассчитанного на 5 А и 150 В, со шкалой 150 делений. Чему равна потребляемая мощность, если показания ваттметра составляют 75 делений?

  8. Для поверки трехфазного счетчика воспользовались двумя одинаковыми ваттметрами, включенными по схеме двух ваттметров. В течение двух минут ваттметры давали постоянные отклонения n1 = 40 делений иn2= 80 делений, а диск за это время сделал 25 оборотов. Определить погрешность счетчика, если номинальные данные ваттметров: 5 А; 150 В; 150 делений, а у счетчика 1 кВтч составляет 1200 оборотов диска. Привести схему включения всех приборов.

  9. Для определения коэффициента мощности нагрузки в цепь переменного тока промышленной частоты включены амперметр класса точности 1,5 с IН= 5 А, вольтметр класса точности 1,5 сUН= 250 В и ваттметр класса точности 0,5 сUН= 300 В,IН= 5 А и шкалой на 150 делений. Показания приборов составилиIА= 4 A,UV= 220 B, число делений по шкале ваттметрn= 60. Привести схему включения всех приборов. Определитьсоs и относительную погрешность его измерения.

  10. Определить собственное потребление мощности ваттметра при номинальном напряжении UН= 300 В и токаIН= 10 А, если мощность, потребляемая токовой обмоткой, равна 3 Вт, а ток в потенциальной обмотке при номинальном напряжении равен 30 мА. Найти сопротивления обмоток ваттметра.

  11. Для измерения мощности постоянного тока использовали ваттметр с верхним пределом измерения IН= 5 А,UН= 600 В. Сопротивление токовой обмоткиRА= 0,25 Ом, потенциальной обмоткиRV= 12 кОм. По какой схеме следует включить обмотку напряжения, чтобы при токе нагрузки 3 А и напряжении нагрузки 440 В получить наименьшую относительную погрешность результата измерения мощности?

  12. Изобразите схему для включения трехфазного электрического счетчика реактивной энергии для учета последней в трехпроводной сети напряжением 10 кВ и током нагрузки 900 А. Выберите трансформаторы тока и напряжения.

  13. Изобразите схему для включения трехфазного электрического счетчика активной энергии для учета последней в трехпроводной сети напряжением 6 кВ и током нагрузки 500 А. Выберите трансформаторы тока и напряжения.

  14. Объясните, какую энергию учитывает счетчик активной энергии типа СО – И446, включенный по типовой схеме (рис.4). Для доказательства постройте векторную диаграмму токов и напряжений.

  15. Можно ли определить реактивную мощность трехфазной сети по показаниям двух ваттметров, включенных в сети для измерения активной мощности (схема Арона)? Привести схему и вывод формулы для определения реактивной мощности.

  16. Каким образом можно определить коэффициент мощности трехфазной сети по показаниям двух ваттметров, включенных в сети для измерения активной мощности (схема Арона)?

  17. Доказать, что методом двух ваттметров можно измерить активную мощность в трехфазной трехпроводной цепи. Привести схему, вывод формул.

  18. Во вторичные обмотки трансформаторов тока kТ = 150/5 и напряженияkV= 6000/100 включены амперметр, вольтметр и ваттметр. Определить мощность, потребляемую цепью, и показания ваттметра в делениях, если показания приборов равны:IA= 3 A,UV= 100 B, угол сдвига фаз между током и напряжением в цепи 30. Ваттметр имеет верхние пределы измерения:IН= 5 А,UН= 150 В; число делений шкалыN= 150. Погрешностями трансформаторов пренебречь. Представить схему измерения.

  19. Для измерения активной мощности трехфазной симметричной цепи, равной 10 кВт, с линейным напряжением 220 В и соs = 0,866 использованы два одинаковых электродинамических ваттметра со шкалами на 150 делений. Определить линейный ток, подобрать ваттметры, определить показания каждого ваттметра в делениях, привести схему включения.

  20. Для поверки счетчика индукционной системы в цепь включен электродинамический ваттметр высокого класса точности. На щитке счетчика написано: 1 кВт ч – 4500 оборотов диска. Диск счетчика сделал 50 оборотов за 2 минуты. При этом ваттметр показывал неизменную мощность 390 Вт. Определить постоянную счетчика и относительную погрешность его показаний. Являются ли его показания завышенными или заниженными?

  21. Активная мощность трехфазной цепи измерена методом двух ваттметров. Линейное напряжение равно 380 В, линейный ток – 10 А. Определить реактивную мощность сети, не меняя схемы включения ваттметров, если их показания равны n1= 30 делений,n2= 60 делений.

  22. В цепи переменного тока необходимо измерить мощность с помощью трансформатора тока (kT= 400/5), трансформатора напряжения (kV= 6000/100), ваттметра, рассчитанного на 5 А и 150 В, со шкалой 150 делений. Чему равна потребляемая мощность, если показания ваттметра составляют 60 делений?

  23. Для поверки трехфазного счетчика воспользовались двумя одинаковыми однофазными ваттметрами, включенными по схеме двух ваттметров. В течение одной минуты ваттметры давали постоянные отклонения n1= 60 делений иn2= 90 делений, а диск за это время сделал 9 оборотов. Определить погрешность счетчика, если номинальные данные ваттметров: 5 А, 150 В, 150 делений, а у счетчика 1 кВтч соответствует 750 оборотов диска. Привести схему включения всех приборов.

  24. Для определения коэффициента мощности нагрузки в цепь переменного тока промышленной частоты включены амперметр класса точности 1,5 с IН= 3 А, вольтметр класса точности 1,5 сUН= 150 В и ваттметр класса точности 0,5 сUН= 150 В,IН= 5 А со шкалой на 150 делений. Показание приборовIА= 2,4 A,UV= 125 B, число делений по ваттметруn= 36. Определитьсоs и относительную погрешность его измерения.

  25. Для измерения мощности постоянного тока использован ваттметр с верхним пределом измерения IН= 2 А,UН= 300 В. Сопротивление токовой обмоткиRА= 0,3 Ом, обмотки напряженияRV= 8 кОм. По какой схеме следует включить обмотку напряжения, чтобы при токе нагрузки 1 А и напряжении нагрузки 220 В получить наименьшую погрешность результата измерения мощности?

  26. Определить собственное потребление мощности ваттметра при номинальном напряжении UН= 250 В и токаIН= 5 А, если мощность, потребляемая токовой обмоткой, равна 5,5 Вт, а ток в обмотке напряжения при номинальном напряжении равен 50 мА. Найти сопротивления обмоток ваттметра.

  27. Какую мощность измеряет ваттметр в схеме, изображенной на рис.5? Ответ обоснуйте.

  28. Какую мощность измеряет ваттметр в схеме, изображенной на рис.6? Ответ обоснуйте.

  29. Каково показание ваттметра в схеме, изображенной на рис.7, если UЛ= 380В,R1=R2=R3= 20 Ом, частотаf= 50 Гц? Ответ обоснуйте.

4.3. Задачи 3.

Задача 3 является комплексной. Необходимо разработать систему измерения электрических величин и учета электроэнергии для участка цепи (рис.8  13).

Решение задачи должно содержать следующие разделы:

– определение номинальных (максимальных) токов присоединений;

– определение величин, которые необходимо измерять на присоединениях в соответствии с требованиями ПУЭ [4];

– выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения;

– выбор измерительных приборов;

– проверка возможности использования выбранных приборов совместно с выбранными трансформаторами тока и напряжения. При необходимости – корректировка выбора;

– полная электрическая принципиальная схема цепей измерений для всех присоединений заданного участка сети.

Рис.8 Рис.9

Рис.10 Рис.11

Рис.12 Рис.13

Таблица 1

вар.

Напряжение

сети,

кВ

Двигатель асинхронный

Генератор

Мощность конденсаторной

батареи, кВАр

Мощность нагрузки,

кВА

Мощность

трансформаторной КТП, кВА

Рис.

Мощность,

кВт

cos

КПД

Мощность,

кВт

cos

0

6

100

0,87

0,94

900

8

1

10

800

0,88

0,95

1600

9

2

6

1600

0,8

2000

10

3

0,4/0,23

315

0,91

0,93

400

2500

11

4

0,4/0,23

500

0,8

150

1000

12

5

0,4/0,23

75

0,89

0,91

150

400

13

6

6

500

0,88

0,95

4350

8

7

10

1000

0,89

0,955

2400

9

8

6

2000

0,8

3000

10

9

0,4/0,23

132

0,89

0,915

200

630

11

10

0,4/0,23

600

0,8

250

1000

12

11

0,4/0,23

90

0,9

0,92

250

630

13

12

6

630

0,88

0,95

1800

8

13

10

630

0,83

0,945

1800

9

14

6

2500

0,8

3200

10

Продолжение табл.1

вар.

Напряжение

сети,

кВ

Двигатель асинхронный

Генератор

Мощность конденсаторной

батареи, кВАр

Мощность нагрузки,

кВА

Мощность

трансформаторной КТП, кВА

Рис.

Мощность,

кВт

cos

КПД

Мощность,

кВт

cos

15

0,4/0,23

160

0,9

0,92

252

1000

11

16

0,4/0,23

750

0,8

300

1600

12

17

0,4/0,23

110

0,89

0,91

400

1000

13

18

10

800

0,88

0,95

1800

8

19

6

315

0,85

0,936

1400

9

20

10

2000

0,8

2500

10

21

0,4/0,23

200

0,9

0,925

300

1000

11

22

0,4/0,23

900

0,8

240

1600

12

23

0,4/0,23

55

0,92

0,91

200

630

13

24

10

1000

0,89

0,925

2700

8

25

6

500

0,83

0,94

2000

9

26

10

3200

0,8

3600

10

27

0,4/0,23

250

0,9

0,925

300

1600

11

28

0,4/0,23

1000

0,8

390

2500

12

29

0,4/0,23

160

0,9

0,92

450

1000

13

4.4. Пример выполнения контрольной работы.

Задача 1.

Определить активное и реактивное сопротивления и индуктивность методом амперметра, вольтметра, фазометра, если амперметр показывает 5 А, вольтметр – 220 В, фазометр – cos = 0,8 отстающий, частота сети равна 50 Гц. Изобразить схему опыта.

Решение.

Полное сопротивление: .

Активное сопротивление цепи: .

Индуктивное сопротивление цепи:.

Индуктивность: .

Так как величина измеряемых сопротивлений много меньше сопротивления вольтметра, то схема опыта, при котором погрешности, вносимые приборами минимальны, и выглядит так:

Рис.14. Схема опыта.

Задача №2.

Для измерения активной мощности трехфазной симметричной цепи с линейным напряжением 220 В и сos = 0,8 использованы два одинаковых электродинамических ваттметра со шкалами на 150 делений. Определить линейный ток, подобрать ваттметры, определить показания каждого ваттметра в делениях, привести схему включения, если известно, что активная мощность этой цепи равна 6 кВт.

Решение.

Мощность трехфазной цепи определяется выражением:

.

Отсюда .

Первый ваттметр измеряет мощность:

Аналогично второй ваттметр:

Выберем ваттметры для измерений: UН =300 B;IН =5 A; число делений шкалы по условию задачиN = 150. Так как номинальный ток ваттметра меньше измеряемого, то необходимо применить измерительный трансформатор тока типа ТШ – 0,66– 30/5.

Определим цену делений шкалы ваттметра:

Мощности, измеряемые ваттметрами с учетом трансформаторов тока:

,

.

В делениях шкалы это выглядит так:

,

.

Схема измерений приведена на рис.15.

Рис.15. Схема измерений

Задача №3.

Разработать систему измерений электрических величин для участка электрической сети (рис.10) со следующими параметрами:

– номинальное напряжение – 6 кВ;

– мощность генератора – 1200 кВт;

соs = 0,8;

– мощность обобщенной нагрузки 2600 кВА.

Решение.

1. Рассчитаем номинальный ток генератора:

.

2. Определим расчетный ток нагрузки:

.

3. Обоснование необходимости измерения электрических величин согласно ПУЭ[4].

На ответвлении к обобщенной нагрузке необходимо контролировать ток (п.1.6.6), активную энергию (п.1.5.9) и реактивную (п.1.5.12).

На линии с генератором необходимо устанавливать расчетные счетчики (п.1.5.7) для учета активной и реактивной энергии и амперметр для измерения тока. Будем считать, что необходимые согласно (п.1.6.13, п.1.6.19) ваттметр, частотомер, вольтметр и синхроскоп установлены в щите управления генератором, а не на ячейке присоединения генератора.

На секции шин (п.1.6.9) должно производится измерение напряжения, причем допускается одним вольтметром с переключением на несколько точек измерения.

Классы точности измерительных приборов должны быть не хуже 2,5. (п.1.6.2).

Класс точности счетчиков активной энергии должен быть не хуже 2, а реактивной – 2,5.(п.1.5.15).

Класс точности трансформатора тока и напряжения должен быть не более 0,5 (п.1.5.16), но допускается и Кл – 1,0.

4. Выберем измерительные трансформаторы тока, напряжения, измерительные приборы и счетчики.

Условия выбора, расчетные и каталожные данные на трансформаторы напряжения и тока согласно [7] приведены соответственно в таблицах 2 и 3.

Марки выбранных измерительных приборов и счетчиков приведены в приложении 1 (формат А4), а схемы подключения – в приложении 2 (формат А3).

Таблица 2

Условия выбора трансформаторов

напряжения

Каталожные

данные

Расчетные

данные

UНОМ UСЕТИ НОМ

6000 В

6000 В

SНОМ S2

75 ВА– кл. 0,5

59ВА

Класс точности

0,5

0,5

U2 НОМ

100; 100/3 B

100

Марка

НАМИ – 6 – 66 УЗ ТЗ– 6000/100

Таблица 3

Условия выбора

трансформаторов тока

Каталожные

данные

Расчетные

данные

ТА1, ТА2

UНОМ UСЕТИ НОМ

10000 В

6000 В

IНОМ IР

150 А

144 А

KДИН2I1 НОМ jУД

74,5 кА

не расчитыв.

Z2 НОМZ2 R2

0,4 Oм

0,34 Ом

I2 НОМ.

5 А

 5 А

Класс точности

0,5

0,5

Марка

ТПЛК – 10 – 150/5 – 0,5/10р

ТА3, ТА4

UНОМ UСЕТИ НОМ

10000 В

6000 В

IНОМ IР

300 А

250 А

KДИН2I1 НОМ jУД

74,5 кА

не расчитыв.

Z2 НОМZ2 R2

0,4 Ом

0,34 Ом

I2 НОМ

5 А

5 А

Класс точности

0,5

0.5

Марка

ТПЛК – 10 – 300/5 – 0,5/10р

Согласно потребляемой мощности катушек измерительных приборов и счетчиков [7] и схеме подключения этих катушек к измерительным трансформаторам определим наиболее загруженные фазы вторичных обмоток последних.

Потребляемая полная мощность:

1) токовых катушек:

  • счетчиков SСЧ = 2,5 ВА;

  • амперметров SА = 0,1 ВА;

2) катушек напряжения:

  • счетчиков активной энергии SСЧА = 6 ВА;

  • счетчиков реактивной энергии SСЧР = 5,5 ВА;

  • вольтметра SV = 2 ВА.

Сопротивление нагрузки трансформатора тока ТА1:

.

Мощность нагрузки трансформатора напряжения:

.

Следовательно, выбранные трансформаторы тока и напряжения, а также электроизмерительные приборы удовлетворяют условиям выбора и могут работать совместно.

Приложение 1

Приложение 2

Продолжение прил.2

Схема включения электродинамического ваттметра. Ваттметры. Виды и применение. Работа. Примеры и параметры

Одно из свойств, которое дает характеристику состояния электрической цепи – это мощность. Это свойство отражает значение работы, выполненное электрическим током за определенное время. Мощность оборудования, входящего в электрическую цепь, не должна выходить за рамки мощности сети. В противном случае оборудование может выйти из строя, возникнет замыкание или пожар.

Замеры мощности электрического тока производят специальными устройствами – ваттметры. В случае постоянного тока мощность вычисляется путем умножения напряжения на силу тока (нужен амперметр и вольтметр). В цепи переменного тока все происходит иначе, понадобятся измерительные приборы. Ваттметром измеряют режим работы электрооборудования, производят учет расхода электроэнергии.

Сфера использования

Основная сфера использования ваттметров – это отрасли промышленности в электроэнергетике, машиностроении, ремонта электрических устройств. Также часто применяют ваттметры и в быту. Их покупают специалисты по электронике, компьютерному оборудованию, радиолюбители – для расчета экономии потребления электрической энергии.

Ваттметры используют для:

Вычисления мощности устройств.
Проведения тестов электрических цепей, некоторых их участков.
Проведения испытаний электроустановок, в качестве индикаторов.
Проверка действия электрооборудования.
Учет потребления электроэнергии.

Разновидности

Сначала измеряется напряжение, затем сила тока, а потом на основе этих данных измеряется мощность. По методу измерения, преобразования параметров и выдачи результата ваттметры разделяются на цифровые и аналоговые виды.

Цифровые ваттметры производят измерение . На экран также выводятся напряжение, сила тока, потребление электричества за период времени. Параметры замеров выводятся на компьютер.

Аналоговый вариант ваттметра разделен на самопишущие и показывающие приборы. Они определяют активную мощность участка схемы. Экран ваттметра оснащен шкалой и стрелкой. Шкала отградуирована по делениям и величинам мощности, в ваттах.

Конструктивные особенности и принцип работы

Аналоговые типы ваттметров имеют широкое распространение, точное измерение, и являются устройствами электродинамической системы.

Принцип их действия основывается на взаимодействии между собой двух катушек. Одна катушка неподвижная, с толстым проводом обмотки, малым числом витков и небольшим сопротивлением. Она подключена по последовательной схеме с потребителем. Вторая катушка двигается. Ее обмотка состоит из тонкого проводника, имеющего значительное число витков, ее сопротивление большое. Она подключена по параллельной схеме с потребителем, снабжена дополнительным сопротивлением во избежание короткого замыкания обмоток.

При включении устройства в сеть, в обмотках возникают магнитные поля, взаимодействие которых образует момент вращения, отклоняющий двигающуюся обмотку с прикрепленной стрелкой, на расчетный угол. Значение угла зависит от произведения напряжения и силы тока в конкретный момент времени.

Главным принципом действия ваттметра цифрового типа является предварительный замер напряжения и силы тока. Для этих целей подключаются: по последовательной схеме к потребителю нагрузки – датчик тока, по параллельной схеме датчик напряжения. Эти датчики обычно изготавливаются из термисторов, термопар, измеряющих трансформаторов.

Мгновенные параметры измеренных напряжения и тока, путем преобразователя, поступают к внутреннему микропроцессору. В нем происходит вычисление мощности. На экране показывается результат информации, а также передается на внешние приборы.

Приборы электродинамического типа, которые имеют широкое применение, подходят для переменного и постоянного тока. Ваттметры индуктивного типа применяются только для переменного тока.

Рассмотрим некоторые варианты приборов (ваттметров) различных вариантов исполнения и различных фирм производителей.
Бытовые приборы китайского производства

В инструкции описаны все режимы работы этого устройства, технические характеристики.

По сути это прибор, измеряющий мощность различных электрических потребителей. Как он работает? Вставляете его в розетку, а в розетку этого прибора вставляете вилку потребителя, мощность которого вы хотите замерить. Этим прибором вы измерите мощность какого-либо потребителя в течение определенного времени и потом с помощью него вы можете даже рассчитать, например, сколько денег тратит за электроэнергию ваш холодильник или любой другой прибор.

В устройстве есть встроенный аккумулятор. Он нужен для запоминания мощности, которую вы замерили, и потом будете использовать для расчета цены. Передняя панель прибора имеет пять кнопок: переключение режимов, указатель цены, переключатель вверх-вниз, кнопка сброса, если прибор поймал какой-либо глюк. Сзади на корпусе указаны характеристики прибора:

Рабочее напряжение 230 вольт.
Частота 50 герц.
Максимальный ток 16 ампер.
Диапазон измеряемой мощности 0-3600 ватт.

Рассмотрим работу прибора. Вставляем его в розетку.

Включим в него настольную светодиодную лампу.

На дисплее сразу пошло время, в течение которого измеряется мощность потребителя, в данном случае лампы. 0,4 ватта – это мощность отключенной лампы. Включаем лампу, в рабочем режиме она потребляет 10,3 ватта. Цену за киловатт мы не указывали, поэтому там стоят нули.

У нас лампа может менять мощность света. При увеличении света лампы показания мощности увеличиваются. При включении второго режима вверху также показано время работы, во втором поле киловатт часы, так как прибор пока не проработал даже одного часа, то показаны нули. Внизу показано количество дней, в течение которых измерялся этот потребитель.

В следующем режиме во втором поле показано напряжение электросети, внизу показана частота тока. Вверху дисплея при всех режимах показывается время. При переходе на следующий режим в центре показывается сила тока. Внизу показывается параметр некоего фактора, о котором пока нет данных, так как производитель прибора китайский.

На пятом режиме показана мощность минимальная. На шестом режиме – максимальная мощность.

Интересно будет посмотреть показания этих режимов при работе компьютера. Например, в спящем режиме, при обычном открытом рабочем столе, либо при запуске мощной игры.

В следующем режиме устанавливается стоимость электроэнергии кнопками установки, для расчета стоимости расхода энергии. Так вы можете измерить и рассчитать потребление любого из домашних бытовых приборов и устройств, и будете знать, какие устройства у вас экономные, а какие слишком много потребляют электричества.

Такой прибор имеет невысокую стоимость, около 14 долларов. Это небольшая цена для того, чтобы оптимизировать ваши затраты, рассчитав мощность потребления ваших устройств.

Цифровой ваттметр многофункциональный СМ 3010

Прибор служит для проведения замера напряжения, частоты, мощности, постоянного и переменного тока с одной фазой. А также, предназначен для контроля подобных приборов с меньшей точностью.

Диапазон замеров тока 0,002 — 10 ампер.

Замеры напряжения:

Постоянного от 1 до 1000 вольт.
Переменного от 1 до 700 вольт.
Частота измеряется в интервале 40-5000 герц.

Погрешность измерения

Тока, напряжения, мощности постоянного тока + 0,1%.
Тока, напряжения, мощности переменного тока + 0,1% в интервале частот 40-1500 герц.
Относительная погрешность замера частоты в интервале 40-5000 герц + 0,003%.

Габариты корпуса прибора 225 х 100 х 205 мм. Вес 1 кг. Мощность потребления менее 5 ватт.

Измерительное устройство ЦП 8506 – 120

Служит для проведения замеров мощности активной и реактивной 3-фазной сети переменного тока, показывает текущее значение параметра мощности на индикаторе, преобразует в сигнал аналогового вида.

Произведенные замеры показываются в форме цифр на индикаторах в единицах величин, которые входят на устройство, либо на вход трансформатора тока или напряжения. При этом учитывается коэффициент трансформации. Цифровой дисплей разделен на четыре разряда.

Назначение устройства – для проведения замеров активной и реактивной мощностей в 3-фазных сетях электрического тока частотой 50 герц.

Технические данные

Коэффициент мощности – 1.
Размеры корпуса 120 х 120 х 150 мм.
Высота цифр на дисплее 20 мм.
Наибольший интервал показаний 9999.
Степень точности: 0,5.
Время проведения преобразования: менее 0,5 с.
Температура работы: от +5 до + 40 градусов.
Класс защиты корпуса и панели: IР 40.
Мощность потребления: 5 ватт.
Вес менее 1,2 кг.

Наличие двух катушек у электродинамического прибора и возможность включения их в две разные цепи позволяет использовать эти приборы для измерения мощности электрического тока, т. е. как ваттметры.

Из выражения для угла поворота подвижной системы электродинамического прибора (2.12) следует, что, если неподвижную катушку включить последовательно нагрузке z (рис. 2-12), а последовательно с подвижной катушкой включить добавочное сопротивление Яд так, чтобы эту катушку можно было включать параллельно нагрузке, тогда ток в подвижной катушке равен

где — сопротивление катушки; U — напряжение на нагрузке; — постоянная данного прибора по мощности; Р — мощность, потребляемая нагрузкой. Такой прибор называют ваттметром. Его шкала равномерная.

Для измерения электрической мощности в цепях переменного тока используют ваттметры активной и реактивной мощности.

Ваттметр активной мощности. Если в цепь подвижной катушки включить активное добавочное сопротивление так, чтобы общее сопротивление этой цепи R было равно

тогда при напряжении и в сети и при токе i в нагрузке

ток в подвижной катушке равен

Мгновенное значение вращающего момента в этом случае равно

а среднее за период значение этого момента

Следовательно, ваттметр с активным добавочным сопротивлением в цепи подвижной катушки измеряет активную мощность цепи переменного тока.

Полученный вывод имеет простое физическое объяснение. В самом деле, если в цепь с индуктивностью включить амперметр, вольтметр и ваттметр (рис. 2-13), то , так как подвижная система вольтметра поворачивается под действием только приложенного напряжения, независимо от фазы этого напряжения (точнее, под действием тока в катушке, пропорционального приложенному напряжению), а подвижная часть амперметра поворачивается под действием только тока в катушке, независимо от фазы этого тока. Что касается подвижной части (катушки) ваттметра, то она поворачивается только в том случае, когда токи в обеих катушках не равны нулю, иначе не будет взаимодействия. Но в рассматриваемой цепи ток подвижной катушки максимален, когда ток в цепи i равен нулю, и наоборот. Прибор ничего не покажет. Этого и следовало ожидать, так как нагрузка то запасает энергию в магнитном поле, то возвращает в сеть.

Из графика токов данной цепи с индуктивностью (рис. 2-14) следует, что токи совпадают по направлению (на графике — по одну сторону от оси времени) только в течение двух (через одну) четвертей периода за период, а в две другие четверти периода токи имеют противоположные направления. Это означает, что направление вращающего момента изменяется четыре раза за период. Поэтому подвижная система ваттметра в течение периода будет испытывать действие четырех одинаковых по значению, но противоположных по направлению толчков и прибор ничего не покажет, так как вращающий момент, действующий на подвижную систему, определяется его средним значением за период.

Если же угол сдвига между токами невелик (рис. 2-15), то в течение периода положительные значения вращающего момента сильно превосходят отрицательные (по времени и по значениям) и подвижная система ваттметра повернется под действием среднего

значения реагируя на активную мощность, потребляемую данной нагрузкой.

Итак, ваттметр показывает активную мощность, потребляемую из сети.

Ваттметр реактивной мощности. В этом ваттметре последовательно с подвижной катушкой специально включается индуктивное добавочное сопротивление (рис. 2-16) такое, что

Пусть в цепи действует приложенное напряжение и нагрузка создает ток

Тогда мгновенное значение вращающего момента равно

После подстановки и преобразований получим:

Среднее за период значение вращающего момента равно

Отсюда и следует, что ваттметр с индуктивным сопротивлением в цепи подвижной катушки показывает реактивную мощность цепи переменного тока. Такой вывод объясняется просто: в случае, например, чисто индуктивной нагрузки, когда из сети безвозвратно не потребляется энергия, такая схема искусственно сдвигает фазу тока в подвижной катушке до совпадения с фазой тока в неподвижной, поэтому ваттметр показывает значение реактивной мощности.

Итак, у электродинамического ваттметра две катушки: одна — токовая, включаемая последовательно нагрузке, другая- катушка напряжения, включаемая параллельно нагрузке, потребляемую мощность которой необходимо измерить.

Для правильного включения прибора (чтобы стрелка отклонялась в нужную сторону) один из зажимов его обмотки помечают звездочкой эти зажимы ваттметра называют генераторными. Их следует подключать к тому зажиму нагрузки, который соединен с генератором (сетью).

Из выражения для мощности на постоянном токе 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 и получение сигнала на выходе, зависящего от произведения UI , т. е. от мощности.



Рис. 8.3.

Если не учитывать фазовых сдвигов между токами и напряжениями в катушках и считать нагрузку H чисто активной, погрешности и , обусловленные потреблением мощности катушками ваттметра, для схем (рис. 8.3):

где и – соответственно мощность , потребляемая последовательной и параллельной цепью ваттметра.

Из формул для и видно, что погрешности могут иметь заметные значения лишь при измерениях мощности в маломощных цепях, т. е. когда и соизмеримы с .

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».

Измерение мощности с использованием эффекта Холла

Перемножение значений силы тока и разности потенциалов при измерении мощности можно получить, используя полупроводниковые преобразователи Холла.

Если специальную полупроводниковую пластину, по которой течет ток I (рис. 8.4), возбуждаемый электрическим полем напряженностью Е, поместить в магнитное поле с напряженностью Н (индукцией В), то между ее точками, лежащими на прямой , перпендикулярной направлениям протекающего тока I и магнитного поля, возникает разность потенциалов (эффект Холла), определяемая как

где k – коэффициент пропорциональности.


Рис. 8.4.

Согласно теореме Умова-Пойнтинга, плотность потока проходящей мощности СВЧ-колебаний в некоторой точке поля определяется векторным произведением электрической и магнитной напряженностей этого поля:

Отсюда, если ток I будет функцией электрической напряженности Е, то с помощью датчика Холла можно получить следующую зависимость напряжения от проходящей мощности:

где g – постоянный коэффициент, характеризующий образец. Для измерения такой мощности пластину полупроводника (пластинку Холла – ПХ) помещают в волновод, как показано (рис. 8.5).


Рис. 8.5.

Рассмотренный измеритель проходящей мощности обладает следующими достоинствами:

  1. может работать при любой нагрузке, а не только при согласованной;
  2. высокое быстродействие ваттметра дает возможность применять его при измерении импульсной мощности.

Однако практическая реализация ваттметров на эффекте Холла – достаточно сложная задача в силу многих факторов. Тем не менее, существуют ваттметры, измеряющие проходящую импульсную мощность до 100 кВт с погрешностью не более 10 %.

Методы измерения мощности на высоких и сверхвысоких частотах

Мощность в общем виде есть физическая величина, которая определяется работой, производимой в единицу времени. Единица мощности – ватт (Вт) – соответствует мощности, при которой за одну секунду выполняется работа в один джоуль (Дж).

На постоянном токе и переменном токе низкой частоты непосредственное измерение мощности зачастую заменяется измерением действующего значения электрического напряжения на нагрузке U , действующего значения тока, протекающего через нагрузку I , и угла сдвига фаз между током и напряжением . При этом мощность определяют выражением:

В СВЧ диапазоне измерение напряжения и тока становится затруднительным. Соизмеримость размеров входных цепей измерительных устройств с длиной волны является одной из причин неоднозначности измерения напряжения и тока.

Измерения сопровождаются значительными частотными погрешностями. Следует добавить, что измерение напряжения и тока в волноводных трактах при некоторых типах волн теряет практический смысл, так как продольная составляющая в проводнике отсутствует, а разность потенциалов между концами любого диаметра сечения волновода равна нулю. Поэтому на частотах, начиная с десятков мегагерц, предпочтительным и более точным становится непосредственное измерение мощности, а на частотах свыше 1000 МГц – это единственный вид измерений, однозначно характеризующий интенсивность электромагнитных колебаний.

Для непосредственного измерения мощности СВЧ применяют методы, основанные на фундаментальных физических законах, включающие метод прямого измерения основных величин: массы, длины и времени.

Несмотря на разнообразие методов измерения СВЧ мощности, все они сводятся к преобразованию энергии электромагнитных СВЧ колебаний в другой вид энергии, доступной для измерения: тепловую, механическую и т. д. Среди приборов для измерения СВЧ мощности наибольшее распространение получили ваттметры, основанные на тепловых методах. Используют также ряд других методов – пондеромоторный, зондовый и другие.

Принцип действия подавляющего большинства измерителей мощности СВЧ, называемых ваттметрами, основан на измерении изменений температуры или сопротивления элементов, в которых рассеивается энергия исследуемых электромагнитных колебаний. К приборам, основанным на этом явлении, относятся калориметрические и терморезисторные измерители мощности. Получили распространение ваттметры, использующие пондеромоторные явления (электромеханические силы), и ваттметры, работающие на эффекте Холла. Особенность первых из них – возможность абсолютных измерений мощности, а вторых – измерение мощности независимо от согласования ВЧ-тракта.

По способу включения в передающий тракт различают ваттметры проходящего типа и поглощающего типа. Ваттметр проходящего типа представляет собой четырехполюсник, в котором поглощается лишь небольшая часть общей мощности. Ваттметр поглощающего типа, представляющий собой двухполюсник, подключается на конце передающей линии, и в идеальном случае в нем поглощается вся мощность падающей волны. Ваттметр проходящего типа часто выполняется на основе измерителя поглощающего типа, включенного в тракт через направленный ответвитель.

Калориметрические методы измерения мощности основаны на преобразовании электромагнитной энергии в тепловую в сопротивлении нагрузки, являющейся составной частью измерителя. Количество выделяемого тепла определяется по данным изменения температуры в нагрузке или в среде, куда передано тепло. Различают калориметры статические (адиабатические) и поточные (неадиабатические). В первых мощность СВЧ рассеивается в термоизолированной нагрузке, а во вторых предусмотрено непрерывное протекание калориметрической жидкости. Калориметрические измерители позволяют измерять мощность от единиц милливатт до сотен киловатт. Статические калориметры измеряют малый и средний уровни мощности, а поточные – средние и большие значения мощности

Условие баланса тепла в калориметрической нагрузке имеет вид:

где P – мощность СВЧ, рассеиваемая в нагрузке; T и T 0 – температура нагрузки и окружающей среды соответственно; c , m – удельная теплоемкость и масса калориметрического тела; k – коэффициент теплового рассеяния. Решение уравнения представляется в виде

где – тепловая постоянная времени.

В случае статического калориметра время измерения много меньше постоянной и мощность СВЧ равна:

Основными элементами статических калориметров являются термоизолированная нагрузка и прибор для измерения температуры. Нетрудно рассчитать поглощаемую мощность СВЧ по измеренной скорости повышения температуры и известной теплоемкости нагрузки.

В приборах используются различные высокочастотные оконечные нагрузки из твердого или жидкого диэлектрического материала с потерями, а также в виде пластинки или пленки высокого сопротивления. Для определения изменения температуры применяют термопары и различные термометры.

Рассмотрим статический калориметр, в котором снижены требования к термоизоляции и отпадает необходимость в определении теплоемкости калориметрической насадки (рис. 8.6). В этой схеме используется метод замещения. В ней для калибровки прибора 4, измеряющего повышение температуры при рассеянии измеряемой мощности, подводимой к плечу 1, используется известная мощность постоянного тока или тока низкой частоты, подводимая к плечу 2. Предполагается, что температура насадки 3 изменяется одинаково при рассеянии равных значений мощности СВЧ и постоянного тока. Статические калориметры позволяют измерять мощность несколько милливатт с погрешностью менее .

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 ru , то α = (k2/Ru)IU = k2IU = k3P

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

Шкала ваттметраравномерна. 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 делаетсяодносторонней, 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.

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 I 1и 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 = I 1и / I 2и = 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 Kн 1 = Pw х 4

Если ток в сети может превышать 20 А, то следует выбрать трансформатор тока с первичным номинальным током 50 А, при этом Kн 1 = 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».

Контрольные вопросы:

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 ваттметр? — Wira Electrical

На этот раз мы попытаемся понять принцип работы ваттметра.

Некоторые ваттметры не имеют катушек; рассматриваемый здесь ваттметр относится к электромагнитному типу.

Обязательно сначала прочтите, что такое цепь переменного тока.

Измерение мощности ваттметром

Средняя мощность, потребляемая нагрузкой, измеряется прибором, который называется ваттметром .

Ваттметр — это прибор, используемый для измерения средней мощности.

На рисунке (1) показан ваттметр, который состоит по существу из двух катушек: катушки тока и катушки напряжения.

Токовая катушка с очень низким импедансом (в идеале бесконечным) подключается параллельно нагрузке, как показано на рисунке (2), и реагирует на напряжение нагрузки.

Рис. 1. Ваттметр

Катушка тока действует как короткое замыкание из-за ее низкого импеданса; катушка напряжения ведет себя как разомкнутая цепь из-за своего высокого импеданса.

В результате наличие ваттметра не нарушает цепь и не влияет на измерение мощности.

Рис. 2. Ваттметр, подключенный к нагрузке

Когда две катушки находятся под напряжением, механическая инерция подвижной системы создает угол отклонения, который пропорционален среднему значению продукт v (t) i (t) .

Если ток и напряжение нагрузки равны v (t) = V m cos (ωt + θ v ) и i (t) = I m cos (ωt + θ i ), их соответствующие среднеквадратичные векторы равны

, а ваттметр измеряет среднюю мощность, заданную как

, как показано на рисунке.(2) каждая катушка ваттметра имеет две клеммы с маркировкой ±.

Чтобы обеспечить отклонение по шкале, клемма ± токовой катушки направлена ​​к источнику, а клемма ± катушки напряжения подключена к той же линии, что и токовая катушка.

Переключение обоих соединений катушек в обратном направлении все равно приводит к высокому отклонению.

Однако реверсирование одной катушки, а не другой, приводит к уменьшению отклонения и отсутствию показаний ваттметра.

Этот ваттметр также можно использовать для измерения трехфазной мощности.

Как работает ваттметр, пример

Найдите показания ваттметра для схемы на рисунке. (3)

Рисунок 3

Решение:
на рисунке. ( 3), ваттметр считывает среднюю мощность, потребляемую импедансом (8 — j6) Ом, поскольку токовая катушка включена последовательно с импедансом, а катушка напряжения — параллельно ему. Ток в цепи составляет

Напряжение на импедансе (8 — j6) Ом составляет

Комплексная мощность составляет

Ваттметр показывает

Как часть коэффициента мощности участвует в показаниях ваттметра?

Этот вид ваттметра не работает напрямую от коэффициента мощности.Он усредняет мгновенное напряжение, умноженное на ток. Сила на игле пропорциональна напряжению, умноженному на ток, который представляет собой мгновенную мощность. Пружина заставляет иглу линейно отклоняться под действием приложенной силы. Инерция стрелки усредняет мгновенное произведение тока и напряжения, поэтому показывает среднюю реальную мощность.

Если напряжение и ток не совпадают по фазе друг с другом на 90 ° (коэффициент мощности = 0), то мощность будет положительной в течение половины цикла и отрицательной в течение половины цикла.Если измеритель предназначен для нормальных частот линии электропередачи, то механический механизм не будет реагировать на отдельные полупериоды 50 или 60 Гц, но покажет вам отфильтрованную мощность нижних частот со значительно большей постоянной времени, чем отдельные циклы мощности. При коэффициенте мощности 0 это среднее значение будет равно 0, и счетчик покажет 0.

Если вы измеряете отдельно среднеквадратичное значение напряжения и тока, а затем умножаете их, вы получаете значение ВА (величина мощности, включая действительную и мнимую части).Вы можете взять реальную мощность, показанную измерителем, и разделить ее на значение ВА, чтобы получить коэффициент мощности.

Итак, опять же, этот измеритель не имеет прямого отношения к коэффициенту мощности. Он измеряет реальную мощность, возвращаясь к основным принципам, и является ли сигналы напряжения и тока синусами или нет.

Кстати, электросчетчик в вашем доме работает по такому же принципу. Вместо того, чтобы отклонять иглу от пружины, сила между катушками напряжения и тока заставляет небольшой двигатель вращаться.Общее количество оборотов — это интеграл от мощности по времени, или от общей переданной энергии. Ряд шестеренок вращает различные маркированные циферблаты, чтобы этот интеграл можно было накапливать и отображать, чтобы счетчик мог считывать итоговую сумму каждый месяц. Более новые счетчики автоматически отправляют накопленные показания в энергокомпанию через различные средства связи.

ваттметр: определение и применение | Study.com

Лампочка, использующая электричество

Что он измеряет?

Итак, как ваттметры измеряют потребляемую электроэнергию? Вы можете подключить ваттметр к розетке, подключить ноутбук, и он покажет вам, сколько электроэнергии потребляет ваш ноутбук.

Вы видите свои результаты в ваттах. Это хороший способ запомнить название ваттметра и единицы измерения, которые он дает.

Ватт — это единица измерения мощности, которую можно рассчитать, умножив напряжение на ток в цепях постоянного тока.

Для цепей переменного тока у вас есть дополнительный коэффициент мощности, поскольку ваше электричество в цепях переменного тока представляет собой синусоидальную волну, поэтому вам нужно умножить на дополнительный коэффициент cos theta .

На многих электроприборах указана указанная мощность.Это показывает максимальную мощность, которую конкретный прибор будет использовать за час. Например, компактная люминесцентная лампа мощностью 13 Вт потребляет максимум 13 Вт в час. Итак, если эта лампочка горит в течение 3 часов, она будет потреблять 13 * 3 = 39 Вт за эти три часа. Вы увидите эти числа на своем ваттметре, если он подключен к электросети для измерения лампочки.

Как использовать

Использовать ваттметр довольно просто.

Если вы хотите измерить количество электроэнергии, потребляемой вашим ноутбуком, вы должны взять ваттметр и подключить его к розетке.Затем подключите ноутбук к ваттметру. Теперь ваш ваттметр будет считывать количество электроэнергии, потребляемой вашим ноутбуком с течением времени.

Для считывания ваттметра вы будете читать либо аналоговую версию с помощью стрелки, перемещающейся по шкале, либо цифровую версию, отображающую текущее значение.

Использует

Ваттметр имеет множество практических применений.

Вы можете использовать его, чтобы убедиться, что электроприбор получает достаточно энергии от розетки. Если вы создаете новый электрический продукт, вы можете использовать его, чтобы проверить, сколько энергии потребляет новый продукт.

Коммунальные предприятия используют ваттметры, чтобы проверить, сколько энергии вы использовали, чтобы они знали, сколько вам нужно заряжать.

Вы также можете использовать ваттметры для сравнения мощности, потребляемой от различных устройств. Затем вы можете использовать эту информацию, чтобы выбрать тот, который потребляет наименьшее количество энергии. Вы также можете использовать его, чтобы узнать, сколько энергии потребляет ваше устройство, когда оно подключено, но выключено.

Итоги урока

Давайте рассмотрим.

Ваттметр — это инструмент, используемый для измерения количества потребляемой электроэнергии.Ваттметр измеряет потребляемую электроэнергию по количеству использованных ватт. Чтобы использовать его, подключите его к розетке, а затем подключите электрическое устройство к ваттметру. Он будет измерять количество электроэнергии, потребляемой вашим устройством.

Как измерить электрическую мощность

Если продукт использует электроэнергию, измерения потребляемой мощности и качества электроэнергии должны проводиться в рамках проектирования и тестирования продукта. Эти измерения необходимы для оптимизации конструкции продукта, соответствия стандартам и предоставления клиентам информации на паспортных табличках.

В этой статье обсуждаются передовые методы проведения этих измерений, начиная с основ измерения мощности и заканчивая типами инструментов и связанных с ними компонентов, которые обычно используются для проведения измерений. Статья завершится примерами из реальной жизни, которые применяют информацию, представленную ранее в статье, для решения практических задач измерения. Несмотря на то, что большинство из нас знакомо с основными уравнениями измерения мощности, для подведения итогов этой информации и демонстрации ее применимости к проектированию и испытаниям продукта может помочь учебник для начинающих.

Основы измерения мощности

Измерение мощности постоянного тока относительно просто, так как уравнение просто ватт = вольт x ампер. Для измерения мощности переменного тока коэффициент мощности (PF) представляет сложность, поскольку ватт = вольт x ампер x коэффициент мощности. Это измерение мощности переменного тока называется активной мощностью, истинной мощностью или реальной мощностью. В системах переменного тока умножение вольт на ампер = вольт-ампер, также называемый полной мощностью.

Потребляемая мощность измеряется путем ее расчета во времени с использованием как минимум одного полного цикла.Используя методы оцифровки, мгновенное напряжение умножается на мгновенный ток, затем накапливается и интегрируется за определенный период времени, чтобы обеспечить измерение. Этот метод обеспечивает точное измерение мощности и истинное среднеквадратичное значение для любой формы сигнала, синусоидального или искаженного, включая гармонический состав вплоть до полосы пропускания прибора.

Измерение однофазной и трехфазной мощности

Преобразование Блонделя утверждает, что общая мощность измеряется на один ваттметр меньше, чем количество проводов в системе.Таким образом, для однофазной двухпроводной системы потребуется один ваттметр, для однофазной трехпроводной системы потребуется два ваттметра (Рисунок 1), для трехфазной трехпроводной системы потребуется два ваттметра и один трехфазная, четырехпроводная система потребует три ваттметра.

Рис. 1. Метод двух ваттметров позволяет измерять мощность при прямом подключении к системе 3P3W. Pt = P1 + P2

В этом контексте ваттметр — это устройство, которое измеряет мощность с использованием одного входа тока и одного входа напряжения.Многие анализаторы мощности и DSO имеют несколько входных пар ток / напряжение, способных измерять ватт, фактически действуя как несколько ваттметров в одном приборе. Таким образом, можно измерить трехфазную 4-проводную мощность с помощью одного правильно подобранного анализатора мощности.

В однофазной двухпроводной системе (рис. 2) напряжение и ток, измеренные ваттметром, равны полной мощности, рассеиваемой нагрузкой. Напряжение измеряется между двумя проводами, а ток измеряется в проводе, подающем питание на нагрузку, часто называемом горячим проводом.Напряжение обычно можно измерить непосредственно анализатором мощности до 1000 В RMS. Более высокие напряжения потребуют использования ТН (трансформатора напряжения) в системе переменного тока для понижения напряжения до уровня, который может быть измерен прибором. Как правило, токи могут быть измерены непосредственно анализатором мощности до 50 А, в зависимости от прибора. Более высокие токи потребуют использования трансформатора тока (трансформатор тока) в системе переменного тока. Существуют разные типы CT. Некоторые размещаются прямо в линию. В других есть окно, через которое проходит токоведущий кабель.Третий вид — зажимной. Для постоянного тока обычно используется шунт. Шунт помещается в линию, и прибор измеряет низкий уровень сигнала в милливольтах.

Рис. 2. Однофазная двухпроводная система использует трансформатор тока и трансформатор напряжения.

В однофазной трехпроводной системе (рис. 3) полная мощность представляет собой алгебраическую сумму двух показаний ваттметра. Каждый ваттметр подключен от одного из проводов под напряжением к нейтрали, и ток измеряется в каждом проводе под напряжением.Общая мощность рассчитывается как Pt = P1 + P2.

Рисунок 3. Два ваттметра подключаются к однофазной трехпроводной системе (1P3W).

В трехфазной четырехпроводной системе (рис. 4) каждый из трех ваттметров измеряет напряжение от горячего провода до нейтрали, а каждый ваттметр измеряет ток в одном из трех горячих проводов. Полная мощность для трех фаз — это алгебраическая сумма трех измерений ваттметра, поскольку каждый измеритель, по сути, измеряет одну фазу трехфазной системы.Pt = P1 + P2 + P3

Рис. 4. В этой трехфазной четырехпроводной системе используются три ваттметра.

В трехфазной трехпроводной системе (рис. 5) два ваттметра измеряют фазный ток в любых двух из трех проводов. Каждый ваттметр измеряет линейное напряжение между двумя из трех линий электропитания. В этой конфигурации общая мощность в ваттах точно измеряется алгебраической суммой двух значений ваттметра. Pt = P1 + P2.Это верно, если система сбалансирована или несбалансирована.

Если нагрузка несимметрична, то есть фазные токи разные, общая мощность будет правильной, но общая ВА и коэффициент мощности могут быть ошибочными. Однако анализаторы мощности могут иметь специальную конфигурацию проводки 3V3A для обеспечения точных измерений в трехфазных, трехпроводных системах со сбалансированной или несимметричной нагрузкой. Этот метод использует три ваттметра для контроля всех трех фаз. Один ваттметр измеряет напряжение между фазами R и T, второй ваттметр измеряет напряжение между фазами S и T, а третий ваттметр измеряет напряжение между фазами R и S.Фазные токи измеряются каждым ваттметром. Метод двух ваттметров все еще используется для расчета полной мощности. Pt = P1 + P2. Однако общая VA рассчитывается как (√3 / 3) (VA1 + VA2 + VA3). Все три напряжения и тока используются для точных измерений и расчетов несимметричной нагрузки.

Рис. 5. Трехфазная трехпроводная система использует метод трех ваттметров для достижения точных измерений при несимметричной нагрузке.

Измерение коэффициента мощности

Коэффициент мощности необходимо часто измерять, и это значение следует поддерживать как можно ближе к единице (1.0)
В системе электроснабжения нагрузка с низким коэффициентом мощности потребляет больше тока, чем нагрузка с высоким коэффициентом мощности, при том же количестве передаваемой полезной мощности. Более высокие токи увеличивают потери энергии в системе распределения и требуют более крупных проводов и другого оборудования. Из-за затрат на более крупное оборудование и потери энергии электрические компании обычно взимают более высокую плату с промышленных или коммерческих потребителей, демонстрирующих низкий коэффициент мощности.

На рисунке 6 показано текущее запаздывание напряжения на 44.77 °, что дает коэффициент мощности 0,70995. Полная мощность S1 составляла 120,223 ВА. Реальная мощность, или реальная мощность, P1, однако, составляла всего 85,352 Вт.

Рисунок 6. Экран анализатора мощности показывает разность фаз между напряжением и током.

Если энергопотребляющие устройства имеют хорошие коэффициенты мощности, то будет и вся энергосистема, и наоборот. Когда коэффициент мощности падает, часто приходится использовать устройства коррекции коэффициента мощности, что требует значительных затрат.Эти устройства обычно представляют собой конденсаторы, поскольку большая часть потребляющих мощность нагрузок является индуктивной.

Ток отстает от напряжения в катушке индуктивности; это известно как запаздывающий коэффициент мощности. Ток приводит к напряжению в конденсаторе; это известно как ведущий коэффициент мощности. Двигатель переменного тока является примером индуктивной нагрузки, а компактная люминесцентная лампа — примером емкостной нагрузки.

Для определения общего коэффициента мощности в трехфазной 4-проводной системе требуются три ваттметра.Каждый счетчик измеряет ватты, а также измерения в вольтах и ​​амперах. Коэффициент мощности рассчитывается путем деления общей мощности каждого счетчика на общее количество вольт-ампер.

В трехфазной трехпроводной системе коэффициент мощности следует измерять с использованием метода трех ваттметров вместо метода двух ваттметров, если нагрузка несимметрична, то есть если фазные токи разные. Поскольку метод двух ваттметров позволяет выполнять измерения только для двух ампер, любые различия в показаниях усилителя на третьей фазе вызовут неточности.

Измерение мощности бытовой техники

Типичным приложением для измерения мощности является резервное питание для бытовых приборов, основанных на стандартах Energy Star или IEC62301. Оба стандарта определяют требуемую точность мощности, разрешение и другие параметры измерения мощности, такие как гармоники. В стандарте IEC62301 есть еще 25 стандартов, которые определяют конкретные параметры испытаний для различных устройств. Например, IEC60436 определяет методы измерения производительности электрических посудомоечных машин.

Режим ожидания определяется как режим с наименьшим энергопотреблением, который не может быть отключен пользователем и который может сохраняться в течение неопределенного времени, когда приложение подключено к основному источнику электроэнергии и используется в соответствии с инструкциями производителя. Мощность в режиме ожидания — это средняя мощность в режиме ожидания, измеренная в соответствии со стандартом.

Существует три основных метода измерения энергопотребления в режиме ожидания или других подобных приложениях.Если значение мощности стабильно, можно использовать мгновенные показания прибора в любой момент времени. Если значение мощности нестабильно, возьмите среднее значение показаний прибора с течением времени или измерьте общее потребление энергии. Ватт-часы можно измерить за определенный период времени, а затем разделить на это время.

Измерение общего энергопотребления и деление на время дает наиболее точные значения как при постоянной, так и при колеблющейся мощности, и это метод, обычно используемый при использовании анализаторов мощности нашей компании.Но для измерения общего энергопотребления требуется более сложный прибор, потому что мощность должна постоянно измеряться и суммироваться.

Инструменты для измерения мощности

Мощность обычно измеряется с помощью цифрового анализатора мощности или цифрового запоминающего осциллографа с встроенным программным обеспечением для анализа мощности. Большинство современных анализаторов мощности полностью электронные и используют дигитайзеры для преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму. Анализаторы более высокого уровня используют методы цифровой обработки сигналов для выполнения вычислений, необходимых для определения значений.

DSO для анализа мощности используют специальное микропрограммное обеспечение для выполнения точных измерений мощности. Однако они несколько ограничены, поскольку основаны на выборочных данных из оцифрованных форм волн. Их датчики тока и напряжения делают их хорошо подходящими для работы на уровне плат и компонентов, где абсолютная точность не является обязательной, а частота сети относительно высока.

Анализаторы мощности обычно могут измерять до 50 A RMS непосредственно при уровнях напряжения до 1000 V RMS, поэтому большинство тестируемых продуктов можно подключать напрямую.С другой стороны, DSO потребует использования пробников напряжения и тока для измерения мощности.

ТТ

рассчитываются по соотношению входного и выходного тока, например 20: 5. Другими важными параметрами ТТ являются точность, фазовый сдвиг и частотный диапазон для измерения мощности переменного тока. ТН используются для понижения фактического напряжения до уровня, приемлемого для прибора измерения мощности. Например, если тестируемый продукт рассчитан на 480 В переменного тока, а прибор ограничен до 120 В переменного тока, то требуется от 4 до 1 ТН.

DSO обычно не обеспечивает точность анализатора мощности и не может напрямую принимать входные сигналы высокого тока и напряжения, но может измерять мощность на гораздо более высоких частотах до 500 МГц с помощью соответствующих пробников. Он также обеспечивает другие преимущества перед анализаторами мощности в определенных приложениях, включая специальные пробники для простоты подключения, фазовую компенсацию пробника и до восьми многоканальных входов.

Типичным приложением для DSO может быть любой тип измерения на уровне платы, например, при разработке печатных плат для импульсного источника питания.Параметры, которые обычно измеряются и анализируются с помощью DSO или анализатора мощности, включают, помимо прочего, потери мощности переключения, потребляемую мощность устройства, уровень шума переключения, гармоники, выходную мощность и стабильность выхода.

При использовании DSO необходимое оборудование будет включать датчики дифференциального напряжения и датчик тока (рисунок 7). Токовый пробник подключается к одному из основных токоведущих проводов, как показано на рисунке. Часто напряжения компонентов не относятся к уровню земли.Поэтому для изоляции заземления DSO от заземления компонентов требуется датчик дифференциального напряжения. В дополнение к анализатору мощности или DSO, трансформаторам тока и трансформатору тока (при необходимости) к другим вспомогательным компонентам для измерения мощности относятся зонды, зажимы и провода. Когда все необходимые инструменты и компоненты будут под рукой, следующим шагом будет определение того, какие именно инструменты необходимы и как эти инструменты должны быть подключены к нагрузке.

Рисунок 7. Используйте пробники напряжения и токовый пробник с осциллографом для измерения напряжения и тока.

Анализаторы мощности

обычно являются предпочтительным инструментом для измерения мощности бытовых приборов и других измерений мощности с относительно высокими уровнями напряжения, низкими частотами и высокими требованиями к точности. Однако для измерений на уровне платы обычно используется DSO.

Используя информацию, представленную выше, можно выбрать и подключить правильные инструменты и инструменты для различных приложений измерения мощности. Информация, полученная с помощью этих инструментов, затем может быть использована для оптимизации конструкции, соответствия стандартам и предоставления информации на паспортной табличке.

Как работает ваттметр? — Цвета-NewYork.com

Как работает ваттметр?

Ваттметр выполняет сложную работу, измеряя мощность, протекающую через электрическую цепь. Он одновременно измеряет значения напряжения и тока и умножает их, чтобы получить мощность в ваттах. Три основных типа — электродинамический, электронный и цифровой.

Ваттметр измеряет среднюю мощность?

Ваттметр — это прибор, используемый для измерения средней мощности.Ваттметр состоит из двух катушек: катушки тока и катушки напряжения. Токовая катушка с очень низким импедансом (в идеале нулевым) подключена последовательно с нагрузкой и реагирует на ток нагрузки.

Как ваттметр измеряет коэффициент мощности?

При этом мы должны доказать, что мощность, измеренная двумя ваттметрами, т.е. сумма двух показаний ваттметра, равна трехкратному корню фазного напряжения и линейного напряжения (√3VLIL Cosϕ), которое представляет собой фактическую мощность, потребляемую в 3-х фазная сбалансированная нагрузка.Содержание: Определение коэффициента мощности по показаниям ваттметра.

Как рассчитать коэффициент мощности?

Коэффициент мощности цепи переменного тока определяется как отношение реальной мощности (Вт), потребляемой цепью, к полной мощности (ВА), потребляемой той же цепью. Таким образом, это дает нам: Коэффициент мощности = Реальная мощность / Полная мощность или p.f. = Вт / ВА.

Какова формула коэффициента мощности?

Определение требуемой PFC Задача состоит в том, чтобы определить требуемую реактивную мощность (Qc (квар)), которую необходимо установить, чтобы улучшить коэффициент мощности (cos φ) и снизить полную мощность (S).Qc можно определить по формуле Qc = P (tan φ — tan φ ’), которая выводится из диаграммы.

Может ли коэффициент мощности быть больше 1?

Коэффициент мощности 1 означает, что нагрузка является чисто резистивной, и мощность потребляется на 100%. Если имеется реактивная нагрузка (индуктивная или емкостная), коэффициент мощности меньше 1, что означает потери мощности. Вы не можете потреблять больше, чем генерируется, поэтому PF никогда не может быть больше 1.

Что такое единица полной мощности?

Единицей измерения мощности является ватт (обозначение: Вт).Полная мощность часто выражается в вольт-амперах (ВА), поскольку она является произведением среднеквадратичного напряжения и среднеквадратичного тока. Единицей измерения реактивной мощности является вар, что означает реактивная вольт-амперная мощность.

Какой коэффициент мощности указан в моем счете за электричество?

Коэффициент мощности (PF) — это отношение рабочей мощности, измеренной в киловаттах (кВт), к полной мощности, измеренной в киловольт-амперах (кВА). Кажущаяся мощность, также известная как спрос, является мерой количества энергии, используемой для работы машин и оборудования в течение определенного периода.Он находится путем умножения (kVA = V x A).

Какой коэффициент мощности хороший?

Идеальный коэффициент мощности равен единице или единице. Значение меньше единицы означает, что для выполнения поставленной задачи требуется дополнительная мощность. Весь текущий поток приводит к потерям как в системе подачи, так и в системе распределения. Нагрузка с коэффициентом мощности 1,0 обеспечивает наиболее эффективную загрузку источника питания.

Что означает коэффициент мощности 80%?

Чтобы найти коэффициент мощности, разделите 100 кВт на 125 кВА, чтобы получить коэффициент мощности 80%.Это означает, что только 80% входящего тока выполняет полезную работу, а 20% теряется из-за нагрева проводов. Улучшение PF может максимизировать допустимую нагрузку по току, повысить напряжение на оборудование, снизить потери мощности и снизить счета за электроэнергию.

Что такое коэффициент мощности с точки зрения непрофессионала?

Коэффициент мощности

— это показатель того, насколько эффективно поступающая мощность используется в вашей электрической системе (энергоэффективность), и определяется как отношение реальной (рабочей) мощности к полной (полной) мощности.Его также называют фактической мощностью, активной мощностью или рабочей мощностью.

Как рассчитать кВА?

Рассчитайте номинальную мощность в киловольтах-амперах или «кВА», если вам известны номинальное напряжение и ток. Используйте формулу: P (кВА) = ВА / 1000, где P (кВА) — мощность в кВА, V — напряжение, а A — ток в амперах. Например, если V составляет 120 вольт, а A — 10 ампер, P (кВА) = VA / 1000 = (120) (10) / 1000 = 1,2 кВА.

Что такое действительная и кажущаяся мощность?

Идеальные катушки не потребляют электроэнергию, но создают значительный электрический ток.Реальная мощность — это мощность, фактически потребляемая из-за резистивной нагрузки, а полная мощность — это мощность, которую сеть должна выдерживать. Единица измерения реальной мощности — ватт, а полной мощности — ВА (вольт-ампер)

.

Как вы переводите киловатт-ампер в киловатт?

Формула для преобразования кВт в кВА: Полная мощность (кВА) x коэффициент мощности (pf) = фактическая мощность (кВт), например 100 кВА x 0,8 = 80 кВт.

Сколько кВт составляет 1 кВА?

Эквивалентные номинальные значения кВА и кВт при коэффициенте мощности 80%… .кВА в кВт. Таблица преобразования.

кВА кВт
625 кВА 500 кВт
750 кВА 600 кВт
875 кВА 700 кВт
1000 кВА 800 кВт

Сколько кВА составляет 7,5 кВт?

9,4 кВА

Сколько ватт в 1кВА?

1000 Вт

Сколько ватт в 6кВА?

= 65/8 кВА. = 8,125 кВА.Спасибо. Сколько кВА в 1000 ватт?

Сколько ватт в 240 вольтах?

360 Вт

Сколько ватт в 5кВА?

Генератор 5 кВА при единичном коэффициенте мощности (1,0), максимальная выходная мощность составляет 5000 Вт (вольт x ампер x коэффициент мощности / 1000), но при коэффициенте мощности 0,8 (некоторые генераторы Crommelins) он будет составлять 4000 Вт.

На что может мощность 5кВА?

Генератор мощностью 5 кВА может питать 1 холодильник, 1 микроволновую печь, 1 телевизор и 1 кондиционер (10 000 БТЕ).Этот тип генератора может поддерживать множество устройств, это зависит только от того, какую комбинацию устройств вы хотите запитать в своем доме, и от их размера.

Как мне рассчитать, какой размер генератора мне нужен?

Как вы определяете, какой размер генератора вам нужен? Суммируйте мощность всех мелких приборов, инструментов и лампочек, которые будут работать одновременно. На большинстве приборов есть этикетки с указанием мощности (если указаны вольты и амперы: вольт x ампер = мощность (ВА), умноженная на коэффициент мощности).

Сколько ватт в 2 кВА?

Не знаете, сколько кВА вам нужно? Хорошее практическое правило состоит в том, что 1 кВА равняется 1000 Вт. например. для электроинструмента, потребляющего примерно 2300 Вт, потребуется генератор мощностью более 2300 Вт.

Сколько ампер в кВА?

1000 вольт

Может ли генератор мощностью 1 кВА питать холодильник?

Легко предположить, что 1 кВА = 1 кВт. Не так, в большинстве случаев 1кВА = 0,8кВт (и так далее). Некоторые генераторы даже ниже.Более дешевые генераторы не предназначены для работы 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в году, если вы включаете холодильник, вам нужно, чтобы он работал постоянно, или это бессмысленно.

Что означает кВА?

киловольт-ампер

Сколько стоит кВА?

КВА — это просто 1000 вольт ампер. Вольт — это электрическое давление. Ампер — это электрический ток. Термин, называемый кажущейся мощностью (абсолютное значение комплексной мощности, S), равен произведению вольт и ампер.

Что такое кВА против кВт?

кВт — это количество «фактической мощности» электрической системы.Это показывает, сколько энергии преобразуется в полезную рабочую мощность. кВА, с другой стороны, является мерой «полной» мощности. Если кВт — это мощность, с которой вы можете работать, то кВА сообщает вам, сколько в целом используется в системе.

Что такое 50 кВА?

кВА обозначает киловольт-ампер и является номинальным значением, обычно используемым для оценки трансформатора. Размер трансформатора определяется мощностью нагрузки в кВА. Например, для нагрузки 1 кВт (1000 Вт) потребуется трансформатор 1 кВА при единичном коэффициенте мощности.

Серия тренингов по электричеству и электронике ВМС (NEETS), Модуль 21, с 3-11 по 3-20

Модуль 21 — Методы и практика испытаний

Страницы i, 1−1, 1-11, 1−21, 2−1, 2-11, 2−21, 2−31, 2−41, 3−1, 3-11, 3−21, 3−31, 4−1, 4-11, 5−1, 5-11, 5−21, 5-31, от AI-1 до AI-3, индекс

Соотношение



достигнуто.Это Однако следует понимать, что антенна действительно имеет определенный импеданс на данной частоте и что, когда При необходимости этот импеданс может быть определен с помощью моста импеданса RF.

Типичное сопротивление RF мостовая схема показана на рисунке 3-9. Для измерения импеданса моста ВЧ требуется генератор ВЧ сигналов, детектор и откалиброванный ВЧ мост для определения импеданса линии передачи. Мост сравнивает параллель резистивно-реактивная комбинация с последовательной комбинацией и обычно может измерять импеданс по частоте диапазон от 500 кГц до 60 МГц.

Рисунок 3-9. — Типовой ВЧ мост.


Обычно мост балансируется с известной емкостью в условиях короткого замыкания. Неизвестный Затем вместо короткой шины вставляется импеданс, и мост повторно балансируется. Разница между известный импеданс в условиях короткого замыкания и измерения баланса, полученные с неизвестным импедансом вместо короткого замыкания вставлено значение неизвестного импеданса.

В-7. Каков результат Несоответствие импеданса между приемником или передатчиком и его линией передачи или антенной?

ИЗМЕРЕНИЯ мощности


Часто бывает необходимо проверить уровни мощности входного и выходного сигналов электронного оборудования. В определение мощности постоянного тока вычисляется с использованием производной закона Ома (P = IE = I 2 R = E 2 / R). Однако наличие реактивной составляющей в цепях переменного тока означает, что полная мощность измеряется или рассчитывается, если среднеквадратичное значение напряжения-тока не умножается на коэффициент мощности, чтобы получить истинное меньшее значение.В измерение мощности переменного тока дополнительно осложняется частотными ограничениями различных измерителей мощности. Если там есть без разности фаз, мощность переменного тока может быть вычислена так же, как мощность постоянного тока, путем определения среднего значения произведение напряжения и тока. В практических цепях переменного тока полную мощность необходимо умножить на косинус фазового угла между напряжением и током для вычисления истинной мощности.

В повторном Для измерения мощности звуковой частоты (AF) вы можете использовать обычный измеритель мощности, откалиброванный непосредственно в ваттах.Однако, когда реактивные составляющие диссипативного импеданса вводят

3-11


фазовый угол, устройство, которое пропорционально коэффициенту мощности и полной мощности, должно быть использовал. Поскольку измерения уровня мощности связаны с децибелами, практические знания о децибелах необходимы. требуется для правильной интерпретации тестов мощности. Децибел используется для определения соотношения изменений мощности или для обозначения уровня мощности в цепи относительно 0 или стандартного опорного уровня.

Мощность AF

В электрической передаче речи или музыки участвуют быстро меняющиеся амплитуды и частоты. Измерение среднего уровня мощности и скорость его изменения зависят от характеристик сигнала и временного интервала. по которой берется это среднее значение. Измерения мощности для схем AF обычно указываются в децибелах. (дБ), децибелы относительно 1 милливатта (дБм) или единицы громкости (vu).Например, коэффициент усиления усилителя может быть выражено в дБ; уровень мощности синусоидального сигнала по сравнению с опорной мощностью 1 милливатт указан в дБм; и уровень мощности сложного сигнала, такого как голос, музыка или мультиплексированная информация, по сравнению с эталонный уровень 1 милливатт, указывается в ву.

Q-8. Какие три единицы измерения больше всего обычно используется, когда речь идет об измерениях мощности автофокусировки?

DECIBEL METERS

Измеритель дБ представляет собой электронный вольтметр переменного тока, калиброванный в дБ.Эти измерители полезны для проведения измерений там, где желательна прямая индикация в децибелах. Однако помните, что это вольтметры, а измерения мощности не имеет смысла, если не известен импеданс цепи. Когда измеритель дБ откалиброван, контрольная точка, основанная на конкретная мощность или значение напряжения на указанном сопротивлении выбирается для представления 0 дБ. Многие электронные вольтметры используют шкалу в единицу дБ, основанную на 1 милливатте на нагрузке 600 Ом, что соответствует 0 дБмВт.Основываясь на этом точки отсчета, по шкале низкого напряжения переменного тока могут быть получены различные показания напряжения. Цифры + дБ, соответствующие отношения к напряжению, которые существуют между последовательными диапазонами и диапазоном низкого переменного тока, были вычислены для каждого диапазона. Эти числа, отображаемые на передней панели прибора, алгебраически добавляются к каждому последующему диапазону. чтение для получения правильного значения для диапазона. Термин децибел сам по себе не указывает на мощность.Это указывает соотношение или сравнение между двумя уровнями мощности, которое позволяет рассчитать мощность. Часто это более желательно выражать измерения производительности в децибелах, используя фиксированный уровень мощности в качестве эталона. Первоначальный стандартный эталонный уровень составлял 6 милливатт, но для упрощения расчетов стандартный эталонный уровень составлял Принят 1 милливатт.

Q-9. По отношению к измерителям дБ, 0 дБм представляет собой 1 милливатт в том, что значение нагрузки?

ЕДИНИЦЫ ОБЪЕМА

Единицы измерения громкости (vu), используемые в аудио оборудование для индикации входной мощности передатчика или линии передачи.Этот тип счетчика имеет особые характеристики, такие как стандартизованная скорость движения указателя, скорость возврата и калибровка. В измерение среднего уровня мощности и скорости его изменения во времени зависит не только от характеристики сигнала, но также и на интервале времени, за который производится усреднение. Соответственно, Скорость отклика прибора, используемого для измерения средней мощности, вызывает особую озабоченность. Единица измерение — это единица громкости (vu), которая численно равна количеству дБ выше или ниже эталона. уровень 1 милливатт на нагрузку 600 Ом (при условии, что стандартный прибор откалиброван под постоянная амплитуда, условия синусоидальной волны).изменение одного вю — то же самое, что изменение одного децибела. Следовательно, полученное значение vu представляет собой средние мгновенные значения мощности речи или музыки, полученные с помощью инструмента. с особыми динамическими характеристиками. Показания vu эквивалентны уровню мощности в децибелах, только если синусоидальный сигнал имеет постоянную амплитуду.

Q-10. В чем основное отличие vu от a измеритель дБ?

3-12


ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ВАТТМЕТР

Электродинамический ваттметр используется для измерения потребляемой мощности от источников переменного или постоянного тока.Электродинамический ваттметр, показанный на рисунке 3-10, использует реакцию между магнитные поля двух токоведущих катушек (или наборов катушек), одна неподвижная, а другая подвижная. Когда ток через обмотку возбуждения с фиксированным положением такой же, как ток через нагрузку и ток через подвижную катушку пропорционально напряжению нагрузки, то мгновенное отклонение стрелки равно пропорциональна мгновенной мощности. Поскольку движущийся указатель не может отслеживать быстрые изменения крутящего момента из-за своего количества движения он принимает отклонение, пропорциональное средней мощности.Ваттметр динамометрического типа автоматически компенсирует ошибку коэффициента мощности тестируемой цепи. Он указывает только на мгновенная мощность, возникающая из синфазных значений тока и напряжения. При противофазных отношениях пик тока через подвижную катушку никогда не возникает в тот же момент, что и пик напряжения на нагрузке, что приводит к меньшему отклонению стрелки, чем когда ток и напряжение совпадают по фазе. Простой счетчик, показанный на рисунок 3-10 не компенсируется.Когда нагрузка отключена, этот измеритель все еще будет показывать, что питание потребляется в цепи. Эту трудность можно устранить, установив две компенсационные обмотки. с первичными обмотками фиксированной катушки, как показано на рисунке 3-11. Эти неподвижные обмотки используются для создают магнитный поток, пропорциональный току через подвижную катушку. Как показано стрелками, токи через первичную подвижную катушку и компенсационную катушку течет в противоположных направлениях, создавая крутящий момент, вызванный противоположными магнитными полями.Эти противоположные поля отменяются. Следовательно, при снятии нагрузки с цепи счетчик покажет нулевую мощность через нагрузку.

Рисунок 3-10. — Типовой электродинамический ваттметр.


3-13



Рисунок 3-11. — Электрический эквивалент компенсированного электродинамического ваттметра.


Электродинамические ваттметры подвержены ошибкам, возникающим из-за различных факторов, таких как температура и частотные характеристики и вибрация.Нагрев через механизм управления может привести к удлинению пружин и терять напряжение; в результате возникают ошибки отклонения. На рисунке 3-12 показан механический эквивалент электродинамический ваттметр. Большие токи в цепи также вызовут ошибки. Следовательно, максимальная Диапазон тока электродинамических ваттметров обычно ограничивается примерно 20 ампер. При больших токах нагрузки В сочетании с ваттметром используется трансформатор тока подходящего диапазона.Однако Трансформатор тока нельзя использовать, если тестируемая цепь переменного тока содержит компонент постоянного тока.

Рисунок 3-12. — Механический эквивалент электродинамического ваттметра.


Диапазон напряжения ваттметров обычно ограничивается несколькими сотнями вольт из-за нагрева. рассеяние в цепи напряжения. Однако диапазон напряжения можно расширить, используя внешнее напряжение. разделители.Ваттметры, используемые в качестве лабораторных эталонов, имеют точность 0,1%, высококачественные портативные ваттметры и точность от 0,2% до 0,25%, а высококлассные ваттметры распределительного щита с точностью 1% от

3-14


значение полной шкалы. Поскольку погрешности электродинамического ваттметра увеличиваются с увеличением частоты, они используются в первую очередь для измерения линейной мощности 60 Гц. Неэкранированные электродинамические ваттметры не следует размещать в близость к паразитным магнитным полям.ваттметр имеет номиналы тока, напряжения и мощности; поэтому ущерб может результат при превышении любого из этих рейтингов.

Электродинамический ваттметр может быть преобразован в прибор для измерения реактивной мощности путем замены сопротивления, обычно включенного последовательно, с катушкой напряжения на большая индуктивность. запаздывание тока на 90 градусов внутри катушки напряжения обеспечивает прямое считывание, пропорциональное реактивная мощность в цепи. Необходимо использовать компенсирующие цепи, чтобы фазовый сдвиг составлял точно 90 °.

В-11. Какой тип устройства используется для расширения токоизмерительных возможностей электродинамических ваттметров?

Ваттметры с железным сердечником, композитным катушкой и с торсионной головкой

Ваттметры с железным сердечником в основном используются в качестве коммутационные приборы и работают по принципу индукции. Катушки напряжения и тока намотаны на ламинированный железный сердечник, имеющий форму для создания взаимно перпендикулярного магнитного поля через воздушный зазор.Вихревые токи, наведенные в тонкий металлический цилиндр, вращающийся в этом воздушном зазоре, взаимодействует с магнитным полем, создавая крутящий момент, пропорциональный мгновенная мощность. Этот тип конструкции обеспечивает преимущества увеличенного рабочего крутящего момента, большего углы поворота, прочность, компактность и отсутствие ошибок, вызванных полями рассеяния. Он имеет недостаток очень узкий частотный диапазон.

Ваттметр с композитной катушкой использует повышенный крутящий момент, создаваемый измеряемой мощностью переменного тока, в отличие от крутящий момент, создаваемый регулируемым постоянным током в наборе обмоток, перемешанных или намотанных внутри обмоток переменного тока.С помощью этого метода достигается более высокая точность считывания, чем при использовании простых ваттметров, и ошибки, вызванные эластичностью пружинной подвески, несущей систему с подвижной спиралью, исключаются. В торсионный ваттметр используется для восстановления подвижной катушки в исходное положение после отклонения и для снятия ошибка взаимной индуктивности.

ЭЛЕКТРОННЫЙ ВАТТМЕТР

Электронные ваттметры используются для прямых измерений малой мощности или для измерения мощности на частотах, выходящих за пределы диапазона приборов электродинамометрического типа.упрощенный Схема электронного ваттметра показана на рисунке 3-13. Согласованные триоды работают в нелинейной части их характеристические кривые напряжение сетки и ток пластины. Симметричная резистивная Т-сеть между генератором и нагрузка будет обеспечивать напряжения V1 и V2, пропорциональные току и напряжению нагрузки, и синхронизированные с ними, соответственно. источник переменного тока подключен к нагрузке через резисторы R1 и R2. Эти двое резисторы имеют одинаковый номинал и сделаны небольшими, чтобы падение напряжения на них не уменьшало нагрузку. напряжение заметно.R3 сделан достаточно большим, чтобы потреблять незначительную мощность. Следовательно, напряжение R3 равно равно напряжению нагрузки, а напряжение на любом последовательном резисторе пропорционально разнице в выходные токи ламп. Среднее значение разницы можно измерить с помощью измерителя постоянного тока, подключенного к Считайте потенциал напряжения между сетками V1 и V2. Этот метод подходит только для низких частот. Как частота увеличивается, паразитные емкости и индуктивности также увеличиваются.Частотный диапазон электронного ваттметр может быть увеличен до 20 мегагерц за счет использования пентодов вместо триодных ламп. Условия эксплуатации в пентоде регулируются так, чтобы ток пластины был пропорционален произведению линейной функции пластины напряжение и экспоненциальная функция напряжения сети.

3-15



Рисунок 3-13. — Простая схема электронного ваттметра.


Q-12. При измерении мощности какое преимущество электронный ваттметр перед электродинамическим? ваттметр?

СЧЕТЧИКИ МОЩНОСТИ ПОГЛОЩЕНИЯ

Счетчики мощности поглощения поглощают либо все, либо часть источника питания. Им требуются средства рассеивания поглощенной мощности, измерения рассеиваемой таким образом мощности, и указывает количество энергии, потребляемой сенсорной сетью. Измерители выходной мощности, линейные ваттметры и измерители с использованием болометров являются примерами измерителей мощности поглощения, используемых военно-морским флотом.

Измерители выходной мощности

На рисунке 3-14 показан общий измеритель выходной мощности, используемый в ОВЧ-УВЧ. Приложения. Он имеет диапазон от 0 до 150 Вт, охватываемый двумя ступенями: 0–50 Вт и 0–150 Вт. Аттенюатор АТ1 обеспечивает номинальную резистивную (фиктивную) нагрузку 50 Ом и использует металлическую пленку на стеклянной конструкции. Этот фиктивный груз отводится, чтобы обеспечить правильное рабочее напряжение на счетчике. Резисторы R3 и R5 образуют калибровочную цепь на 50 Ом. ватты; R7 и R8 образуют калибровочную сеть на 150 Вт.Точность при приблизительно 20º C составляет ± 5% для частот. от 30 МГц до 600 МГц, ± 10% для частот от 0,6 ГГц до 0,8 ГГц и ± 20% для частот от 0,8 и 1,0 ГГц. Когда на AT1 подается радиочастотная (RF) мощность, этот аттенюатор сводит к минимуму влияние мощности. факторы, порождаемые реактивными компонентами. Затем радиочастотная энергия обнаруживается и фильтруется с помощью CR1 и C1, соответственно. Результирующее постоянное напряжение, пропорциональное входной мощности, подается на чувствительный микроамперметра через одну из калибровочных сетей.Этот измеритель имеет шкалу с двумя диапазонами: 0-50 Вт и 0-150 Вт. Чтобы защитить глюкометр, вы всегда должны сначала пробовать более высокий диапазон. Если значение окажется ниже 50 Вт, переход на нижнюю шкалу обеспечит повышенную точность.

3-16



Рисунок 3-14. — Ваттметр УКВ-УВЧ.


Ваттметры в линии

Ваттметры в линии AN / URM-120, показанные на рис. 3-15, измеряет мощность, приложенную к нагрузке с сопротивлением 50 Ом, и мощность, отраженную от этой нагрузки.Внутренний направленный ответвитель ориентирован так, что он реагирует только на волну, распространяющуюся в одном направлении по линии передачи. В ответвитель можно поворачивать для компенсации падающей или отраженной мощности. Затем RF выпрямляется, фильтруется, и применяется к измерителю, который масштабируется в ваттах. ВЧ-мощность от 50 до 1000 Вт может быть измерена между частоты от 2 МГц до 30 МГц; и от 10 до 500 Вт в диапазоне частот от 30 МГц до 1000 МГц.

Рисунок 3-15. — Типовой линейный ваттметр.


3-17


Q-13. В чем преимущество линейных ваттметров перед измерителями выходной мощности?

Болометр

Болометр имеет специально сконструированный элемент термочувствительного материал. Активный материал представляет собой полупроводниковую бусину, закрепленную между двумя выводами гибкого провода.Когда мощность ВЧ приложенная к элементу болометра, поглощение энергии элементом нагревает элемент и вызывает изменение его электрическое сопротивление. Таким образом, болометр можно использовать в мостовой схеме, что позволяет избежать небольших изменений сопротивления. легко обнаруживается и измерение мощности может быть выполнено методом подстановки (то есть подстановкой постоянного тока или низкочастотная энергия для создания эквивалентного теплового эффекта). обычно используется движение измерителя D’Arsonval как нулевой индикатор.

Согласно одному принципу измерения (принципу, используемому в сбалансированном мосту), мост изначально сбалансированный с низкочастотной мощностью смещения. Затем на болометр подается ВЧ-мощность, и мощность смещения постепенно уменьшается. снимается до тех пор, пока мост снова не будет уравновешен. В этом случае фактическая ВЧ-мощность равна удаленной мощности смещения.

Согласно другому принципу измерения (принцип, используемый в несимметричном мосту), мост не является перебалансируется после подачи мощности РЧ.Скорее, показания индикатора преобразуются непосредственно в мощность с помощью ранее выполненная калибровка.

Рисунок 3-16 иллюстрирует базовую мостовую схему болометра. В элемент болометра должен быть физически маленьким, чтобы быть высокочувствительным; он должен одинаково реагировать на низкочастотные и мощность RF; и он должен быть согласован с линией питания с РЧ-входом. Размер поперечного сечения болометра элемент примерно равен глубине скин-слоя проникновения ВЧ-тока на самой высокой частоте срабатывания.Это условие позволяет постоянному току и высокочастотному сопротивлению быть практически равными реактивной составляющей сопротивление болометра минимальное. Термисторы, которые являются разновидностью болометров, используют полупроводниковый материал в форме как бусинка, с большей толщиной поверхностного слоя и меньшей длиной для минимизации эффекта стоячей волны. Эти физические свойства обеспечивают соответствие между продольным низкочастотным и радиочастотным распределением мощности для обеспечения необходимая присущая точность болометра.

Рисунок 3-16. — Базовая мостовая схема болометра.


Пневматический болометр обеспечивает чувствительность по мощности в 100 или более раз большую, чем та, которую обеспечивает статические калориметрические устройства. Дополнительную чувствительность можно получить, установив элемент в вакуумированном конверт для исключения конвективных потерь тепла. Небольшие размеры элементов болометра связаны с малым тепловым массовые и малые тепловые постоянные времени.Тепловая постоянная времени напрямую зависит от отношения объема к площади элемент определенной формы и композиции. Типичное время до 0,1

3-18


секунда для бусин термистора. Термисторный элемент болометра обычно состоит из керамическая смесь оксидов металлов, имеющая большой отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Два штрафа Проволоки из платинового сплава заделываются в валик, после чего валик нагревается и покрывается стеклянной пленкой.Типичные размеры борта термистора, используемого для микроволновых измерений, составляют 0,015 дюйма вдоль его главной оси и 0,010 дюйма по малой оси. Бусина термистора может работать при высоких температурах; он прочный, оба электрически и механически; имеет высокую резистивно-силовую чувствительность; и имеет хорошую температуру-мощность чувствительность. Кроме того, он может выдерживать большие импульсы энергии; имеет вялую термическую реакцию; и у него есть незначительные ошибки измерения импульсной мощности.Более чувствительный термистор требует тепловой защиты или нагрева. компенсация за лучшую работу.

Q-14. Из какого материала изготовлены болометры а термисторы?

Измеритель мощности болометра

Стандартный измеритель мощности, используемый в ВМФ (Hewlett-Packard 431 C) — это автоматический самобалансирующийся прибор, использующий двухмостовые схемы. Он разработан для работы с креплениями термистора с температурной компенсацией, которые позволяют измерять мощность в 50-омном коаксиальном в системе от 10 МГц до 18 ГГц и в волноводной системе от 2.От 6 ГГц до 40 ГГц. Этот измеритель мощности может работать от первичного источника питания переменного или постоянного тока. Источник переменного тока может быть 115 или 230 вольт при частоте от 50 до 400 герц. Источником постоянного тока является аккумуляторная батарея на 24 В. семипозиционный переключатель диапазонов обеспечивает полную мощность измерения от 10 микроватт до 10 милливатт или от -20 дБмВт до +10 дБмВт. Эти диапазоны могут быть расширены с помощью помощь аттенюаторов. Крепление термистора (как показано на рис. 3-17) содержит два термистора: один в мост обнаружения, который поглощает измеряемую микроволновую мощность, а другой — для компенсации и измерения мост, который обеспечивает температурную компенсацию и преобразует измеренную мощность ВЧ в показания счетчика.Каждый мост включает соответствующий элемент термистора в качестве плеча моста.

3-19



Рисунок 3-17. — Сил-о-Метр.


Схема измерителя мощности в основном состоит из двух мостов; каждый мост включает в себя один термистор элементы в качестве моста. Мосты выполнены самобалансирующимися за счет использования контуров обратной связи. Положительный или в контуре обратной связи 1 используется регенеративная обратная связь; в обратной связи используется дегенеративная (отрицательная) обратная связь

3-20




NEETS Содержание

  • Введение в материю, энергию и прямое Текущий
  • Введение в переменный ток и трансформаторы
  • Введение в защиту цепей, управление, и измерение
  • Введение в электрические проводники, электромонтаж Методы и схемы чтения
  • Введение в генераторы и двигатели
  • Введение в электронную эмиссию, трубки, и блоки питания
  • Введение в твердотельные устройства и Блоки питания
  • Введение в усилители
  • Введение в генерацию волн и формирование волн Схемы
  • Введение в распространение и передачу волн Линии и антенны
  • Принципы СВЧ
  • Принципы модуляции
  • Введение в системы счисления и логические схемы
  • Введение в микроэлектронику
  • Принципы синхронизаторов, сервоприводов и гироскопов
  • Введение в испытательное оборудование
  • Принципы радиочастотной связи
  • Принципы работы радаров
  • Справочник техника, Главный глоссарий
  • Методы и практика испытаний
  • Введение в цифровые компьютеры
  • Магнитная запись
  • Введение в волоконную оптику

Построение, получение и применение

Все электрическое оборудование и машины работают на подаче электроэнергии и рассеивают большое количество энергии.Поставляемая мощность обычно измеряется в ваттах с помощью ваттметра. Ваттметр также называется измерителем отклонения, который в основном используется в электрических лабораториях. Он измеряет мощность не только в ваттах, но и в киловаттах и ​​мегаваттах. Ваттметр обычно состоит из двух катушек «CC», катушка тока, которая обычно подключается последовательно с током нагрузки, и катушки напряжения / давления / потенциала «PC», эта катушка обычно подключается к цепи нагрузки. Электроэнергия может быть представлена ​​в трех формах: активная мощность, реактивная мощность и полная мощность.В следующей статье описывается метод двух ваттметров при сбалансированной нагрузке.


Что такое метод двух ваттметров?

Трехфазный двухваттметр измеряет ток и напряжение на любой из 2 линий питания 3 фаз, соответствующих 3 линии питания 3 фазы. Считается, что ваттметр 3 фазы 2 находится в состоянии сбалансированной нагрузки, если ток в каждой фазе отстает на угол «φ» с фазным напряжением.

Конструкция метода двух ваттметров

Трехфазную мощность трехфазной цепи можно измерить тремя способами:

  • Метод 3 ваттметра
  • Метод 2 ваттметра
  • 1 Метод ваттметра.

Основная идея 2-ваттметра с 3-фазным напряжением состоит в том, чтобы сбалансировать 3-фазную нагрузку, удовлетворяя условие отставания тока под углом ‘φ’ к фазе напряжения. Принципиальная схема 3-фазного 2-ваттметра показана ниже

. Принципиальная схема

Он состоит из 2 ваттметров, таких как W1 и W2, где каждый ваттметр имеет катушку тока «CC» и катушку давления «PC». Здесь один конец ваттметра «W1» подключен к клемме «R», тогда как один конец ваттметра «W2» подключен к клемме «Y».Схема также состоит из 3 катушек индуктивности «Z», которые построены по топологии звезды. 2 конца индуктора подключены к 2 выводам ваттметра, а третий вывод индуктора подсоединен к B.

Вывод метода двух ваттметров

Два ваттметра используется для определения двух основных параметров:

Считайте нагрузку индуктивной нагрузкой, которая представлена ​​на векторной диаграмме, как показано ниже.


Phasor Diagram

Напряжения V RN, V YN, и V BN электрически 120 0 синфазны друг с другом, мы можем наблюдать, что текущая фаза отстает на «φ 0 » угол с фазой напряжения.

Ток в ваттметрах Вт 1 представлен как

W 1 = I R …… .. (1)

где I R — текущий

Разность потенциалов на катушке ваттметра W1 определяется как

.

W 1 = ~ V RB = [~ V RN — ~ V BN ] ……… (2)

Где V RN и V BN — напряжения

Разность фаз между напряжением «V YB » и током «I Y » задается как (30 0 + φ)

Следовательно, мощность, измеренная ваттметром, дается как

W 2 = V YB I Y cos (30 0 + φ) ………….. (3)

При сбалансированной нагрузке,

I R = I Y = I B = I L и ………… .. (4)

V RY = V YB = V BR = V L ………… (5)

Следовательно, получаем показания ваттметра как

W 1 = V L I L cos (30 0 — φ) и ……………. (6)

W 2 = V L I L cos (30 0 + φ) …………….. (7)

Отвод общей мощности

Общее показание ваттметра равно

.

W 1 + W 2 = V L I L cos (30 0 — φ) + V L I L cos (30 0 + φ) ……… … .. (8)

= V L I L [cos (30 0 — φ) + cos (30 0 + φ)]

= V L I L [cos 30 0 cos φ + sin 30 0 sin φ + cos 30 0 cos φ — sin 30 0 sin φ]

= V L I L [2 cos 30 0 cos φ]

= V L I L [(2 √3 /2) cos 30 0 cos φ]

= √3 [ В L I L cos φ] ……… (9)

W1 + W2 = P….. (10)

Где «P» — общая наблюдаемая мощность при трехфазной сбалансированной нагрузке.

Расчет коэффициента мощности

Определение : Это отношение между фактической мощностью, наблюдаемой нагрузкой, к полной мощности, протекающей в цепи.

Коэффициент мощности трехфазной сбалансированной нагрузки может быть определен и получен из показаний ваттметра следующим образом:

Из уравнения 9

W1 + W2 = √3 V L I L cos φ

Теперь W1 — W2 = V L I L [cos (30 0 — φ) — cos (30 0 + φ)]

= V L I L [cos 30 0 cos φ + sin 30 0 sin φ — cos 30 0 cos φ + sin 30 0 sin φ]

= 2 В L I L sin 30 0 sin φ

W1 — W2 = V L I L sin φ ………….. (11)

Уравнения деления 11 и 9

[W1 — W2 \ W1 + W2] = V L I L sin φ / √3 V L I L cos φ

Желто-коричневый φ = √3 [W1 — W2 \ W1 + W2]

Коэффициент мощности нагрузки равен

.

cos φ = cos tan -1 [√3] [W1 — W2 \ W1 + W2] ……… (12)

Расчет реактивной мощности

Определение : Это соотношение между комплексной мощностью, соответствующей хранению и возрождению энергии, а не потреблению.

Чтобы получить реактивную мощность, умножим уравнение 11 на

.

√3 [W1 — W2] = √3 [ V L I L sin φ] = P r

P r = √3 [W1 — W2] …………. (13)

Где P r — реактивная мощность, полученная от 2 ваттметров.

Таблица методов двух ваттметров

Наблюдения, полученные методом двух ваттметров, можно практически отметить, следуя таблице.

С.НЕТ Напряжение VL (вольт) Ток IL (А) Мощность, Вт1 (Вт) Мощность, Вт2 (Вт) Общая мощность P = W1 + W2 Коэффициент мощности = cos φ
1
2
3

Меры предосторожности

Следующие меры предосторожности необходимо соблюдать

  • Соединения выполнять плотно
  • Избегайте параллельной осевой ошибки.

Преимущества двухваттметра

Ниже приведены преимущества

  • С помощью этого метода можно сбалансировать как сбалансированную, так и несбалансированную нагрузку
  • В нагрузке, подключенной звездой, подключение нейтральной точки и ваттметра необязательно.
  • В треугольнике подключенные соединения нагрузки не должны открываться для подключения ваттметра
  • Трехфазную мощность можно измерить с помощью двух ваттметров
  • Мощность и коэффициент мощности определяются при сбалансированной нагрузке.

Недостатки двухваттметра

Ниже приведены недостатки

  • Не подходит для 3-фазной, 4-проводной системы
  • Первичная обмотка W1 и вторичная обмотка W2 должны быть правильно идентифицированы во избежание получения неверных результатов.

Применение двух ваттметров

Ниже приведены приложения

  • Ваттметры используются для измерения потребляемой мощности любых электроприборов и проверки их номинальной мощности.

Часто задаваемые вопросы

1). Что такое ваттметр?

Ваттметр — это электрическое устройство, которое используется для измерения электрической мощности электрического оборудования.

2). Что такое единицы мощности?

Мощность можно измерить с помощью ваттметра в диапазоне ватт, киловатт, мегаватт.

3). Что такое сбалансированное состояние в трехфазном двухваттметре?

Считается, что 3-фазный 2-ваттметр находится в состоянии сбалансированной нагрузки, если ток в каждой фазе отстает на угол φ с фазным напряжением.

4). Каково уравнение мощности трехфазного двухваттметра?

Уравнение мощности задается как P = √3 VL IL cos φ

5). Какой коэффициент мощности у трехфазного двухваттметра?

Коэффициент мощности определяется как cos φ = cos tan-1 √3 [([W1- W2] \ [W1 + W2])

6). Каково уравнение реактивной мощности трехфазного двухваттметра?

Реактивная мощность определяется как Pr = √3 (W1- W2)

Все электрические устройства рассеивают энергию при подаче электроэнергии.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.