Ваттметр в цепи переменного тока измеряет

5.10. Расчет мощности в цепи переменного тока. Баланс мощности

Из предыдущих параграфов нам уже известно, что активная мощность цепи переменного тока определяется выражением.

где  = _u — _i — угол сдвига, разность фаз между напряжением и током.

Поэтому, если известны комплексы действующих значений напряжения и тока на зажимах пассивного двухполюсника (рис. 5.11) и, то для определения активной и реактивной мощностей, потребляемых пассивным четырехполюсником, нужно умножить комплекс напряжения на сопряженный комплекс тока

Если взять просто произведение на /, то мы не получим нужного результата.

Из закона сохранения энергии следует, что вся мгновенная мощность, генерируемая в электрической цепи в любой момент времени, равна мгновенной мощности, поглощаемой элементами цепи. Такому же балансу удовлетворяет комплексная мощность.

Баланс мощности для цепи переменного тока записывается так

5.11. Измерение активной мощности ваттметром

Активная мощность измеряется прибором, называемым ваттметром (см. рис. 5.19а). Отклонение стрелки ваттметра пропорционально активной мощности

или

На рис.5.19а показаны положительные направления напряжения ваттметраи тока ваттметра

. Для их правильной ориентации соответствующие зажимы ваттметра помечены звездочками.

Схема включения ваттметра показана на рис. 5.19 б; там же показаны положительные направления ,и потока мощности ваттметра. Зажимы, помеченные звездочками, называют еще генераторными зажимами. По показанию ваттметра можно определить направление потока мощности.

Пример 5.5. В схеме рис. 5.20 определено напряжение и ток := 100 +j200 В;

= 8 + j2,5 А. Необходимо определить показания ваттметров.

Находим показание первого ваттметра.

Определяем показание второго ваттметра

Значение Р₂ получилось отрицательным. Это значит, что направление потока мощности в схеме противоположно положительному направлению потока мощности второго ваттметра (см. пунктир на рис. 5.20)/

Если известны показания вольтметра, амперметра и ваттметра, то можно определить параметры пассивного двухполюсника (рис. 5.19 б)

Характер реактивного сопротивления определяется с помощью дополнительного включения в схему известного реактивного сопротивления.

Для определения параметров двухполюсника можно вместо ваттметра использовать фазометр.

Задачи для самостоятельного решения (к главе 5)

1. Для последовательной схемы рис. 5.21 при r = l00 Oм; С = 10 -5 Ф наши параметры параллельной эквивалентной схемы.

Вычисления провести для двух случаев: 1) 2)

Ответ: 1) R = x_c = 200 Ом; 2) R = 500 Ом; x_c = 250 Ом.

2. На входе двухполюсника (рис. 5.19 б), содержащего резисторы и индуктивные катушки, измерены: мощность Р = 110 Вт, напряжение U = 220 В и ток I = 5 А. Определить параметры: а) последовательной и б) параллельной схем замещения двухполюсника.

О т в е т: a) x_L = 43,8 Ом, r = 4,4 Ом. в)

3. Определить показание приборов в цепи рис. 5.22, если известно показание первого амперметра /₁ = 1 А и заданы параметры: r₁ = 100 Ом; L = 0,276 Гн; r₂ = 200 Ом; f = 100 Гц.

Ответ: 200 В; 1,73 A; 300 Вт.

Как измерить активную мощность в однофазной цепи переменного тока

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

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

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

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

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

Неподвижную катушку ваттметра можно включать последовательно с нагрузкой только при токах нагрузки 10 — 20 А. Если ток нагрузки больше, то токовую катушку ваттметра включают через измерительный трансформатор тока.

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

Когда cos фи I и=5 А может показать полное отклонение при токе I = 5 А и cos фи =1 и при токе I = 6,25 А и cos фи =1 (так кaк I = I н / cos фи). Во втором случае ваттметр будет перегружен.

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

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

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

При выборе трансформатора тока необходимо следить за тем, чтобы номинальный первичный ток трансформатора I_{1 и} 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 K н1 = I_{1 и} / I_{2 и} = 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 K н 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 K н ₁ = 50/5 = 10.

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

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

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

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Измерение мощности постоянного и переменного однофазного тока

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 в сего 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. 1 , а показана возможность использования электродинамического измерительного механизма для построения ваттметра и измерения мощности.

Рис. 1. 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. 1, б построена для индуктивного характера нагрузки. Вектор тока Iu параллельной 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 β y , 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. 2).

Рис. 2. 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. 2, а и б:

где Р i и Р u — 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 Р i и Р u 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».

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

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

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Какую мощность измеряет вольтметр и амперметр, а какую ваттметр?

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

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

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