Цифровые
Сегодня чаще проводят измерение ваттметром цифровым. Им можно производить замеры как активной, так и реактивной мощности. Устройства оснащены дисплеем, на который выводится не только мощность, но и другие характеристики ваттметра ― ток, напряжение или, например, расход электроэнергии за определенный временной отрезок. Если используются современные цифровые модели, то они позволяют выводить все полученные результаты на удаленный ПК.
Принцип работы
При подключении ваттметра в цепь измерение происходит косвенным методом посредством закона Ома. Проводится оценка падения токовых показателей на шунте, а также падение напряжения, после этого полученные значения обрабатывает микропроцессор и на их основе вычисляется мощность, а также определяется суммарная электроэнергия, израсходованная потребителем. После проведения всех замеров данные выводятся на дисплей.
Бытовые устройства
Такой тип приборов обычно относится к устройствам цифрового типа, они производятся в виде сетевого адаптера-сетевика. Нужны для замера мощности используемого аппарата или для определения стоимости электроэнергии, если есть возможность самостоятельно устанавливать стоимость киловатт-часа. Принцип их действия достаточно прост: ваттметр вставляется в розетку, в свою очередь в розетку ваттметра включается исследуемый аппарат.
При нажатии соответствующей кнопки начинается отсчет количества потребленной энергии и тут же определяется ее стоимость. Если необходимо определить количество потребленной мощности вы просто переключаете кнопку, так же можно определить ток, напряжение, любой другой параметр, их количество зависит от функционала модели.
Предел измерения ваттметра такого типа обычно не превышает 4кВт. То есть, подключив практически любой бытовой прибор, вы без труда сможете определить денежные расходы, которые придется заплатить за его работу, например, за месяц.
Принцип действия аналогового ваттметра
Основой конструкции наиболее распространенных аналоговых ваттметров является электродинамическая система. Приборы этого типа дают возможность сделать максимально точные замеры и получить необходимые результаты.
Принцип действия ваттметра аналогового типа осуществляется на основе двух взаимодействующих катушек. Первая катушка является неподвижной, в ее конструкции используется толстый обмоточный провод с небольшим количеством витков и незначительным сопротивлением. Подключение этой катушки выполняется последовательно с потребителем.
Вторая катушка находится в движении. Для ее обмотки применяется тонкий проводник с большим числом витков и высоким сопротивлением. Эта катушка подключается параллельно с потребителем и оборудуется дополнительным сопротивлением для защиты от коротких замыканий обмоток.
Когда ваттметр включается в сеть, в обмотках его катушек появляются магнитные поля, взаимодействующие между собой. За счет этого взаимодействия происходит образование момента вращения, отклоняющего движущуюся обмотку на величину расчетного угла. На данный показатель оказывает влияние произведение силы тока и напряжения в установленный момент времени.
Профессиональные
Это более функциональные приборы, они относятся к стационарному оборудованию, отличаются бОльшими размерами, чем бытовые аналоги. Погрешность ваттметра для профессионального использования минимальная, они функционируют в более широких пределах тока, напряжения, частоты.
Естественно, что такие приборы стоят дороже своих бытовых аналогов, к ним предъявляются более высокие требования по классу точности, функционалу, по другим характеристикам. Они работают с любым током и могут определять мощность ваттметром в однофазных и трехфазных сетях.
Различают еще щитовые ваттметры, они встраиваются в однофазные или трехфазные сети. Отличаются высокой точностью, результаты передаются в виде цифр на дисплей. Внешний вид прибора напоминает измерительную головку, которая монтируется в корпус. Чаще всего используются в панелях приборов.
Ваттметры выбирают в зависимости от области применения и назначения, нет необходимости переплачивать за функциональный прибор, если вам необходимо измерить мощность домашнего холодильника, но и бытовое устройство не подойдет для профессионального применения.
Ваттметр
Подробности Категория:
ВАТТМЕТР
, прибор для измерения электрической мощности, расходуемой в каком-нибудь участке электрической цепи. В технике и в лабораторной практике применяется ваттметр двух типов: электродинамический и индукционный.
Электродинамический ваттметр основан на взаимодействии токов и состоит из двух обмоток (фиг. 1): неподвижной а
, несущей весь ток цепи I, и подвижной b, несущей ток i, пропорциональный напряжению цепи. Подвижная обмотка соединяется последовательно с большим безындукционным сопротивлением и включается параллельно приемнику. Ток к подвижной обмотке подводится по двум спиральным пружинкам с, которые в то же время создают вращающий момент, противодействующий повороту обмотки.
При синусоидальных токах, если Е — эффективное напряжение, I — эффективная сила тока однофазной цепи и ϕ — угол сдвига фаз между током и напряжением, мощность Р, потребляемая в цепи, выражается произведением:
В электродинамических ваттметрах взаимодействие двух магнитных потоков Ф1 и Ф2, созданных токами I и i в обмотках, образует момент вращения:
Здесь α — угол отставания тока i в подвижной обмотке ваттметра, имеющей индуктивность L. Благодаря наличию угла α момент М не вполне пропорционален мощности Р; поэтому расчет прибора необходимо вести так, чтобы создаваемая углом α ошибка ваттметра не превосходила пределов точности отсчета. Так как
то угол α можно уменьшить введением большого добавочного сопротивления в цепь подвижной обмотки. Это сопротивление изготовляется из материала с ничтожным температурным коэффициентом и делает прибор нечувствительным к изменениям температуры окружающей среды. Из преобразования формулы (2)
следует, что это же добавочное сопротивление делает прибор малочувствительным и к изменению частоты тока, так как при малом значении дроби можно принять Электродинамический ваттметр является прецизионным прибором и применяется гл. обр. в лабораторной практике. Достоинства его: большая точность (до 0,25%), пригодность для постоянного и переменного тока, независимость показаний от частоты тока, формы кривой напряжения и температуры. Недостатки: легкая конструкция, слабые магнитные поля, небольшой вращающий момент и, вследствие этого, сильное влияние внешнего поля на показания ваттметра. Для уменьшения этого влияния и приспособления электродинамического ваттметра к условиям работы на распределительных щитах, применяют железный кожух, защищающий механизм ваттметра от действия внешнего поля, или устраивают весь магнитопровод из железа, усиливая таким образом поле и вращающий момент.
Механизм электродинамического ваттметра представлен на фиг. 2.
Индукционный ваттметр отличается от электродинамического тем, что ток в подвижную систему не подводится извне, а индуктируется токами в неподвижных обмотках (фиг. 3).
Индукционный ваттметр состоит из кольцеобразного сердечника а
с двумя парами выступающих внутрь полюсов b, охватывающих центральный цилиндрический сердечник с; оба сердечника набраны из листового железа. В зазоре между полюсами и цилиндром вращается на опорах тонкостенный алюминиевый барабан d. На каждом полюсе кольцеобразного сердечника расположена обмотка; обмотки диаметрально противоположных полюсов соединены последовательно. Одна пара обмоток несет весь ток цепи, другая — ток, пропорциональный напряжению цепи, причем в этой обмотке искусственно создается отставание тока от напряжения на 90°. При включении такого ваттметра в цепь переменного тока пульсация двух полей, смещенных на 1/4 периода во времени и на 90° в пространстве, создает вращающееся поле, которое индуктирует ток в барабане и приводит его во вращение. Противодействующий момент развивается спиральными или цилиндрическими пружинками. Вращающий момент индукционного ваттметра выражается формулой:
где с — частота тока и ϱ — удельное сопротивление материала барабана. Индукционный ваттметр не м. б. отнесен к классу прецизионных приборов, так как показания его зависят от формы кривой напряжения, от частоты тока и от температуры среды. Индукционный ваттметр пригоден только для переменного тока и градуируется на определенную частоту. Достоинства его: прочная и сильная конструкция, слабое влияние внешних полей.
Поэтому индукционный ваттметр является прекрасным техническим прибором и с успехом применяется на распределительных щитах. Механизм индукционного ваттметра показан на фиг. 4.
Обычно ваттметры выполняются на умеренные токи и напряжения: 100—200 А, 120 V. Для напряжений до 600 V применяются внешние добавочные сопротивления в цепи напряжения.
Для токов больше 200 А и напряжений выше 600 V применяются пятиамперные ваттметры на 100—120 V в соединении с трансформаторами тока и напряжения. Для измерения мощности трехфазного тока имеются различные специальные конструкции ваттметра: 1) однофазный ваттметр, включаемый на линейный ток и фазовое напряжение; ваттметр измеряет фазовую мощность, но градуируется на мощность Р трехфазного тока: он годен только для равномерной нагрузки; 2) однофазный ваттметр, включаемый на линейный ток и линейное напряжение по схеме фиг. 5; в цепь напряжения включается дроссель, дающий добавочный сдвиг фазы тока в обмотке напряжения на 30°; ваттметр градуируется на мощность трехфазного тока, но дает правильные показания только при равномерной нагрузке всех трех фаз; применяется в сетях с недоступной нулевой точкой;
3) ваттметр с двумя однофазными системами, действующими на общую ось; включается на два линейных тока — I1 и I2 и два линейных напряжения – Е1-3 и Е2-3 по схеме фиг. 6; ваттметр измеряет мощность трехфазного тока; годен для неравномерной нагрузки и для трехпроводной системы (без нулевого провода);
4) ваттметр с двумя однофазными системами, действующими на общую ось, причем каждая катушка тока состоит из 2 обмоток; включается на два фазовых напряжения – E1-0 и Е2-0 и три тока по схеме фиг. 7;
ваттметр измеряет мощность трехфазного тока; годен для неравномерной нагрузки и для четырехпроводной системы (трехфазная с нулевым проводом).
Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 3 — 1928 г.
- < Назад
- Вперёд >
Как работает цифровой ваттметр
Основной принцип работы цифрового ваттметра заключается в предварительном измерении силы тока и напряжения на исследуемом участке цепи. К потребителю нагрузки последовательно подключается датчик тока, а датчик напряжения подключается по параллельной схеме. Главным конструктивным элементом датчика служит термистор, термопара или измеряющий трансформатор.
По такому же принципу работает ваттметр бытовой, широко используемый в домашних условиях. Такое устройство достаточно включить в розетку, чтобы начать процесс измерения.
Основой устройства служит микропроцессор, к которому поступают измеренные параметры тока и напряжения, после чего и вычисляется мощность. Полученные результаты выводятся на экран и одновременно передаются на внешние приборы. В самом микропроцессоре присутствуют элементы, в том числе и микроконтроллеры, позволяющие автоматически управлять рабочими режимами, дистанционно переключать пределы измерений. С их помощью выполняется индикация условных обозначений измеряемых величин.
При работе с преобразователями больших и средних уровней мощности, выполняется калибровка цифрового устройства с помощью калибратора мощности постоянного тока. Самостоятельная калибровка ваттметра осуществляется калибратором мощности переменного тока. Питание всех узлов и элементов происходит через источник питания постоянного тока, встроенный внутрь измерительного прибора.
Напряжение, поступающее с приемного преобразователя, включенного в розетку, усиливается УПТ – усилителем постоянного тока до значений, делающих более устойчивой работу АЦП – блока аналого-цифрового преобразователя. Далее напряжение, пропорциональное измеряемой мощности, преобразуется во временной интервал, заполняемый импульсами опорной частоты.
Количество этих импульсов, пропорциональное измеряемой мощности будет отображаться на ЦОУ – цифровом отсчетном устройстве. Полученные данные могут быть введены в специальное устройство, предназначенное для обработки информации.
