В данной статье мы рассмотрим различные методы измерения активной мощности, включая использование ваттметра, токовых и напряженных измерительных приборов, электронных счетчиков энергии, а также методы сравнения и интегрирования.
Измерение активной мощности: методы и приборы для точных результатов обновлено: 25 ноября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру
Помощь в написании работы
В изучении электротехники одной из важных задач является измерение активной мощности. Активная мощность – это мощность, которая фактически используется в электрической цепи для выполнения работы. Измерение активной мощности является неотъемлемой частью проектирования и эксплуатации электрических систем и устройств.
Существует несколько методов измерения активной мощности, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения. В данной статье мы рассмотрим основные методы измерения активной мощности, включая использование ваттметра, токовых и напряженных измерительных приборов, электронных счетчиков энергии, а также методы сравнения и интегрирования.
Цель этой статьи – объяснить студентам суть каждого метода измерения активной мощности, а также описать их преимущества и ограничения. Понимание этих методов поможет студентам правильно выбирать и применять методы измерения активной мощности в своей практической работе.
Нужна помощь в написании работы?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Ваттметры — виды и применение, схема подключения, особенности использования
Каждый потребитель, питаемый от электрической сети, потребляет какую-то мощность. Мощность характеризует в данном случае скорость выполнения электрической сетью работы, необходимой для функционирования того или иного прибора либо цепи, которая от этой сети питается. Разумеется, сеть должна быть в состоянии обеспечить данную мощность и не быть при этом перегруженной, иначе может случиться авария.
Для измерения потребляемой мощности в цепях переменного тока используют специальные приборы — ваттметры. Ваттметры показывают текущую потребляемую мощность, а некоторые из них способны даже подсчитать количество энергии в киловатт-часах, израсходованной за определенное время, пока потребитель работал. В данной статье мы рассмотрим несколько основных видов ваттметров.
Ваттметры находят применение в самых разных сферах промышленности и быта, особенно в электроэнергетике и в машиностроении. Кроме того ваттметры часто полезны в быту.
Их используют для определения мощности различной бытовой техники, для расчета приблизительной стоимости электроэнергии в месяц, для диагностики приборов, для тестирования сетей, да и просто в качестве наглядных индикаторов. Есть щитовые ваттметры, ваттметры в виде сетевых адаптеров, цифровые и аналоговые ваттметры.
✅Бытовой ВАТТМЕТР для измерения мощности электроприборов | Как пользоваться ваттметром
Принцип работы данных приборов в общем виде прост: измеряются напряжение питания и потребляемый ток, а мощность определяется как произведение данных величин с учетом коэффициента мощности исследуемой цепи. Коэффициент мощности определяется по разности фаз между током и напряжением. Цифровые ваттметры отображают показания на дисплее или записывают их в цифровой форме, а аналоговые — показывают стрелкой на шкале.
Электродинамические измерительные приборы
Приборы, основанные на принципе взаимодействия двух магнитных полей, создаваемых токами, текущими в двух различных катушках по устройству и принципу действия называют электродинамическими.
Одна из этих катушек укреплена неподвижно, а вторая, помещенная внутри первой, может поворачиваться вокруг своей оси и удерживается в некотором начальном положении спиральными пружинами. По отклонению подвижной катушки можно непосредственно судить о силе протекающего по катушкам тока.
В зависимости отданных прибора и способа его включения с помощью этого прибора можно измерять либо силу тока в цепи (амперметр), либо напряжение на зажимах цепи (вольтметр), либо мощность, потребляемую в цепи (ваттметр).
Т. к. направление электрического тока, протекающего через обе катушки электродинамического измерительного прибора изменяется одновременно, то направление силы взаимодействия между катушками остается неизменным при изменении направления подводимого к прибору тока. Поэтому такие измерительные приборы пригодны для измерения как переменного, так и постоянного токов.
Аналоговые ваттметры
К аналоговым устройства относятся ваттметры электродинамической системы. Их работа основана на взаимодействии пары катушек, первая из которых неподвижна, а вторая — подвижна, то есть может отклоняться в сторону. Неподвижная катушка связана с током, а подвижная — с напряжением.
Неподвижная катушка имеет небольшое число витков и включается в цепь измерения мощности последовательно, в то время как подвижная катушка имеет значительно большее количество витков и включается через резистор параллельно исследуемому прибору.
Чем больший ток проходит по неподвижной катушке — тем сильнее ее магнитное поле отклоняет подвижную катушку, связанную со стрелкой. Шкала прибора отградуирована в ваттах. Как вы уже поняли, здесь автоматически учитываются и ток, и напряжение, и коэффициент мощности цепи.
Схема подключения ваттметра:
Схема подключения ваттметра с крышки прибора Д5065:
Мощность трехфазной системы может быть измерена с помощи трех ваттметров, включенных в каждую из фаз. Однако задача может быть решена и проще.
При равномерной нагрузке измерения мог быть проведены с помощью одного ваттметра. При неравномерной нагрузке и трехпроводной системе — двумя ваттметрами (или одним ваттметром специальной конструкции, так называемым двухэлементным). При неравномерной нагрузке и четырехпроводной системе — тремя ваттметрами или одним трехэлементным.
Иногда для измерения реактивной мощности применяют синусные ваттметры, у которых отклонение подвижной части пропорционально не косинусу, а синусу угла сдвига фаз между током и напряжением.
Устройство ваттметров для измерения реактивной мощности такое же, как и для активной. Разница лишь в том, что в синусных ваттметрах искусственно создается сдвиг фаз на 90° между напряжением и током в параллельной цепи. Включаются синусные ваттметры или, каких иногда называют, варметры по тем же измерительным схемам, что и ваттметры для измерения активной мощности.
При неравномерной нагрузке в четырехпроводной линии последовательные обмотки трех ваттметров включают в линейные провода, а параллельные цепи подключают к линейным проводам и нулевому проводу. Мощность трехфазной цепи определяется как сумма показаний ваттметров. Возможно применение одного трехэлементного ваттметра.
Цифровые ваттметры
Цифровой ваттметр работает совершенно иначе. Ток измеряется косвенным путем по закону Ома посредством оценки падения напряжения на калиброванном шунте, а напряжение — по схеме цифрового вольтметра. Датчиком тока может быть не обязательно шунт, но и трансформатор тока.
Измеренные схемой мгновенные параметры тока и напряжения обрабатываются микропроцессором, который вычисляет на основе этих данных потребляемую мощность, а также величину суммарной электроэнергии, которая была израсходована потребителем за время проведения замеров. Результат отображается на цифровом дисплее прибора.
Аналоговые приборы часто можно встретить в виде щитовых, модульных изделий, а цифровые — в виде профессионального оборудования и портативных устройств.
Бытовой ваттметр
Очень распространенный пример простого цифрового ваттметра — бытовой ваттметр в виде сетевого адаптера — переходника. Он предназначен для наблюдения мощности потребления, а также для оперативной оценки стоимости электроэнергии в домашних условиях. Ваттметр вставляется в ту розетку, от которой обычно питается прибор, потребление которого необходимо узнать. Затем в розетку ваттметра втыкается вилка самого прибора.
По нажатии соответствующей кнопки, ваттметр начинает отсчет времени и запись количества потребленной с этого момента электроэнергии, то есть той энергии, которая была отдана через его розетку. Тут же считается стоимость электроэнергии, если предварительно задана цена киловатт-часа. Пока прибор работает а ваттметр измеряет мощность, стоимость на дисплее периодически обновляется. Ваттметры такого типа способны измерять мощности до 3600 Вт.
Стоит вставить прибор в розетку и воткнуть в него вилку — на дисплее тут же начинается отсчет времени и в режиме реального времени отображается потребляемая мощность. При помощи кнопок можно переключить отображаемый параметр с мощности — на ток, на напряжение, посмотреть пиковую мощность, минимальную мощность и т. д.
Кроме того на дисплее можно увидеть частоту переменного тока в розетке. Задав стоимость киловатт-часа электроэнергии, при помощи бытового ваттметра можно оценить стоимость электроэнергии, потребляемой холодильником, компьютером, вентилятором, кондиционером, обогревателем, водонагревателем и т. д.
Профессиональные ваттметры
Профессиональные ваттметры отличаются расширенным функционалом и повышенным классом точности. Данные приборы позволяют тестировать более простые измерительные приборы, а сами способны измерять мощности в значительно более широком диапазоне величин токов, напряжений и частот нежели бытовые.
Профессиональный ваттметр стоит дороже, как любой стационарный прибор подобного класса, просто в силу повышенных требований к точности и качеству измерений. Зачастую профессиональные ваттметры не критичны к форме тока, они могут измерять переменный и постоянный, синусоидальной, прямоугольный, пульсирующий и пилообразный токи, вычислять при этом мощность потребления с указанием коэффициента мощности и характера нагрузки (активная, индуктивная, емкостная, смешанная). Выпускаются как для работы с однофазными цепями, так и для трехфазных.
Аналоговый ваттметр в составе профессионального лабораторного измерительного комплекта К540:
Щитовые ваттметры
Для осуществления замеров и индикации активной и реактивной мощности в сетях трехфазного или однофазного переменного тока, полезны щитовые встраиваемые ваттметры. Значение текущей мощности индикатор показывает в виде цифр на своем дисплее, который может иметь обычно до четырех разрядов для обеспечения достаточно высокой точности. Прибор имеет вид своеобразной измерительной головки, монтируемой в корпус.
Привычное применение ваттметров данного вида — индикаторные панели различных электротехнических устройств, работающих в сетях с частотой 50 Гц, то есть такие, где ваттметр установлен стационарно и больше не снимается. Возможно сопряжение ваттметра с электронными схемами, которые корректируют работу цепи в которой он установлен в зависимости от динамики активной или реактивной мощности потребления.
- Провод заземления — сечение, маркировка, цвет, подключение, требования к заземляющим проводникам
- Напряжение, сопротивление, ток и мощность — основные электрические величины
- Источники постоянного тока
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам
Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика
Поделитесь этой статьей с друзьями:
Измерение мощности
Мощность Р в цепях постоянного тока может быть определена методом амперметра и вольтметра косвенно путем проведения двух прямых измерений, а именно, напряжения на нагрузке V с помощью вольтметра и тока в нагрузке I с помощью амперметра, и дальнейшего вычисления мощности по формуле
Для этого обычно применяют вольтметры и амперметры магнитоэлектрической системы. На рис. 2.2 приведена схема включения амперметра и вольтметра.
Рис. 2.2. Метод амперметра и вольтметра
В этой схеме сопротивление нагрузки мало по сравнению с сопротивлением вольтметра. Когда сопротивление нагрузки относительно велико, амперметр включают между вольтметром и нагрузкой.
Метод амперметра и вольтметра требует одновременного отсчета показаний двух приборов и последующего вычисления, что относится к его недостаткам.
Наиболее просто и с необходимой точностью измерение мощности производится непосредственно с помощью одного электродинамического ваттметра. Включение такого ваттметра в цепь постоянного тока необходимо осуществлять с соблюдением правильности соединения генераторных зажимов обмотки цепи тока и напряжения. На рис. 2.3 показано включение ваттметра PW для измерения мощности Р.
Рис. 2.3. Схема включения ваттметра в цепь постоянного тока
Генераторный зажим токовой обмотки ваттметра всегда включается в сторону источника питания. Генераторный зажим обмотки напряжения, в целях уменьшения методической погрешности, включается так, как это показано на рис. 2.3, при относительно большом значении сопротивления нагрузки Кшг.
При малом значении сопротивления нагрузки относительно сопротивления последовательной токовой цепи ваттметра, которое всегда указывается на циферблате прибора, генераторный зажим включается в сторону нагрузки. Несоблюдение правильности включения генераторного зажима приводит к изменению направления вращающего момента и выходу указателя ваттметра за пределы шкалы.
Измерение активной мощности в однофазной цепи переменного тока также производится ваттметрами.
Метод одного прибора применяется при измерении мощности в однофазных цепях и симметричных трехфазных цепях, где комплексные сопротивления фаз одинаковы. И в том и в другом случае обмотка напряжения ваттметра включается на фазное напряжение, а обмотка тока включается в рассечку провода какой-либо фазы.
Включение ваттметра в однофазную цепь переменного тока дает показания в соответствии с соотношением
где U и / — действующие значения напряжения и тока нагрузки, а (р — фазовый сдвиг между ними.
На рис. 2.4 показано включение ваттметра в симметричную трехфазную трехпроводную цепь при соединении нагрузки звездой.
Рис. 2.4. Включение ваттметра в симметричную трехфазную цепь при соединении нагрузки звездой
Метод двух приборов используется при измерении мощности в трехфазной трехпроводной цепи с помощью двух ваттметров. Метод дает правильные результаты независимо от схемы соединения и характера нагрузки как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений. Кроме того, метод двух приборов применяется для включения элементов двухэлементного ваттметра при измерении с помощью его мощности в трехфазной трехпроводной цепи.
На рис. 2.5 изображена схема включения двух ваттметров в трехфазную трехпроводную цепь.
Рис. 2.5. Схема включения двух ваттметров
Обычно токовая обмотка одного ваттметра включается в фазу А, а токовая обмотка другого ваттметра — в фазу С. Общая мощность цепи при этом равна алгебраической сумме показаний ваттметров.
Следует отметить, что показания каждого ваттметра могут быть положительными или отрицательными в зависимости от значения угла
Электромеханические приборы
Один из основных элементов электромеханического прибора – это электродинамический система, которая состоит из катушки, намагниченного стержня и пружины. Катушка подключена к системе исследуемого потребителя, и через нее протекает ток. Когда ток протекает через катушку, возникает магнитное поле, которое воздействует на намагниченный стержень. Благодаря этому воздействию стержень движется под действием пружины.
Угол поворота стержня пропорционален величине активной мощности потребителя. Чем больше мощность, тем больше угол поворота. Для измерения угла поворота используется шкала или индикатор, которые позволяют определить активную мощность потребителя.
Одной из преимуществ электромеханических приборов является их высокая точность измерений. Они могут быть использованы для измерения как постоянной, так и переменной активной мощности. Однако они имеют некоторые недостатки, такие как большой размер и масса, а также невозможность автоматизированной передачи данных.
В целом, электромеханические приборы являются надежными и долговечными устройствами для измерения активной мощности потребителя. Они широко применяются в промышленности, бытовых условиях и других сферах, где требуется точное измерение активной мощности.
Электронные приборы
В современном мире электроника занимает важное место. Электронные приборы используются во многих сферах деятельности, в том числе в электроэнергетике. Они позволяют измерять и контролировать различные параметры систем, в том числе и активную мощность потребителя.
Электронные приборы для измерения активной мощности можно разделить на несколько типов. Существуют аналоговые и цифровые приборы, а также универсальные и специализированные устройства. Аналоговые приборы основаны на использовании аналоговых измерительных схем, которые позволяют получать непрерывную информацию о значении активной мощности. Цифровые приборы, в свою очередь, используют алгоритмы обработки данных и цифровые датчики для получения и отображения информации.
Выбор прибора для измерения активной мощности зависит от конкретной задачи и требований пользователя. Универсальные приборы обладают большим функционалом и могут измерять не только активную мощность, но и другие характеристики электроэнергии. Специализированные приборы, напротив, предназначены для конкретных задач и обладают ограниченным функционалом.
Независимо от типа и назначения, принцип работы электронного прибора для измерения активной мощности основан на использовании метода сравнения мощностей сигналов. При помощи измерительной схемы прибор сравнивает мощность сигнала, передаваемого от потребителя, со ссылочной мощностью. Затем, с использованием математических алгоритмов и схем обработки данных, прибор выводит на дисплей измеренное значение активной мощности.
Электронные приборы для измерения активной мощности являются неотъемлемой частью современных систем управления электроэнергией. Они позволяют эффективно контролировать и оптимизировать энергопотребление, что является важным фактором в условиях современного энергетического кризиса.
Электронные приборы
В современном мире электроника занимает важное место. Электронные приборы используются во многих сферах деятельности, в том числе в электроэнергетике. Они позволяют измерять и контролировать различные параметры систем, в том числе и активную мощность потребителя.
Электронные приборы для измерения активной мощности можно разделить на несколько типов. Существуют аналоговые и цифровые приборы, а также универсальные и специализированные устройства. Аналоговые приборы основаны на использовании аналоговых измерительных схем, которые позволяют получать непрерывную информацию о значении активной мощности. Цифровые приборы, в свою очередь, используют алгоритмы обработки данных и цифровые датчики для получения и отображения информации.
Выбор прибора для измерения активной мощности зависит от конкретной задачи и требований пользователя. Универсальные приборы обладают большим функционалом и могут измерять не только активную мощность, но и другие характеристики электроэнергии. Специализированные приборы, напротив, предназначены для конкретных задач и обладают ограниченным функционалом.
Независимо от типа и назначения, принцип работы электронного прибора для измерения активной мощности основан на использовании метода сравнения мощностей сигналов. При помощи измерительной схемы прибор сравнивает мощность сигнала, передаваемого от потребителя, со ссылочной мощностью. Затем, с использованием математических алгоритмов и схем обработки данных, прибор выводит на дисплей измеренное значение активной мощности.
Электронные приборы для измерения активной мощности являются неотъемлемой частью современных систем управления электроэнергией. Они позволяют эффективно контролировать и оптимизировать энергопотребление, что является важным фактором в условиях современного энергетического кризиса.
Преимущества использования электронных приборов
Использование электронных приборов для измерения активной мощности потребителя имеет несколько преимуществ по сравнению с другими типами приборов:
Точность измерений:
Электронные приборы обладают высокой точностью измерений используют современные электронные компоненты и технологии.
Быстрая реакция:
Электронные приборы имеют быструю реакцию на изменения мощности и позволяют регистрировать динамические изменения нагрузки.
Автоматизация измерений:
Электронные приборы позволяют автоматизировать процесс измерений, что упрощает работу и сокращает время проведения измерений.
Возможность обработки и анализа данных:
Современные электронные приборы обладают функционалом по обработке и анализу измеренных данных, что позволяет получать более полную информацию о потреблении электроэнергии.
Удобство использования:
Электронные приборы компактны, легки в использовании и могут иметь дополнительные функции, например, отображение текущих показателей на светодиодном дисплее.
Долговечность и надежность:
Электронные приборы имеют длительный срок службы и характеризуются высокой надежностью в работе.
Все эти преимущества делают электронные приборы наиболее популярными и эффективными в измерении активной мощности потребителя.
Способы измерения активной и полной мощности в трехфазных электрических цепях. Включение ваттметров
Измерение активной мощности в трехфазных цепях производят с помощью трех, двух или одного ваттметров, используя различные схемы их включения. Схема включения ваттметров для измерения активной мощности определяется схемой сети (трех- или четырехпроводная), схемой соединения фаз приемника (звезда или треугольник), характером нагрузки (симметричная или несимметричная), доступностью нейтральной точки.
При несимметричной нагрузке в четырехпроводной цепи активную мощность измеряют тремя ваттметрами (рис. 1), каждый из которых измеряет мощность одной фазы — фазную мощность.
Активная мощность приемника определяют по сумме показаний трех ваттметров: кирхгоф электрический ток ваттметр
P = P1 + P2 + P3, где P1 = UA IA cos цA;
P2 = UB IB cos цB; P3 = UC IC cos цC.
При симметричном приемнике и доступной нейтральной точке активную мощность приемника определяют с помощью одного ваттметра, измеряя активную мощность одной фазы PФ по схеме рис. 2. Активная мощность всего трехфазного приемника равна при этом утроенному показанию ваттметра: P = 3 PФ.
На рис. 2 показано включение прибора непосредственно в одну из фаз приемника. В случае, если нейтральная точка приемника недоступна или зажимы фаз приемника, включенного треугольником не выведены, применяют схему рис. 3 с использованием искусственной нейтральной точки n’. В этой схеме дополнительно в две фазы включают резисторы с сопротивлением R = RV.
В трехпроводных трехфазных цепях при симметричной и несимметричной нагрузках и любом способе соединения приемников широко распространена схема измерения активной мощности приемника двумя ваттметрами. Показания двух ваттметров при определенной схеме их включения позволяют определить активную мощность трехфазного приемника, включенного в цепь с симметричным напряжением источника питания.
Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока в цепи I и напряжения U на её зажимах: S = UЧI;
Полная мощность трехфазного приемника:
Способы измерения активной и полной мощности в трехфазных электрических цепях. Включение ваттметров
Измерение активной мощности в трехфазных цепях производят с помощью трех, двух или одного ваттметров, используя различные схемы их включения. Схема включения ваттметров для измерения активной мощности определяется схемой сети (трех- или четырехпроводная), схемой соединения фаз приемника (звезда или треугольник), характером нагрузки (симметричная или несимметричная), доступностью нейтральной точки.
При несимметричной нагрузке в четырехпроводной цепи активную мощность измеряют тремя ваттметрами (рис. 1), каждый из которых измеряет мощность одной фазы — фазную мощность.
Активная мощность приемника определяют по сумме показаний трех ваттметров: кирхгоф электрический ток ваттметр
P = P1 + P2 + P3, где P1 = UA IA cos цA;
P2 = UB IB cos цB; P3 = UC IC cos цC.
При симметричном приемнике и доступной нейтральной точке активную мощность приемника определяют с помощью одного ваттметра, измеряя активную мощность одной фазы PФ по схеме рис. 2. Активная мощность всего трехфазного приемника равна при этом утроенному показанию ваттметра: P = 3 PФ.
На рис. 2 показано включение прибора непосредственно в одну из фаз приемника. В случае, если нейтральная точка приемника недоступна или зажимы фаз приемника, включенного треугольником не выведены, применяют схему рис. 3 с использованием искусственной нейтральной точки n’. В этой схеме дополнительно в две фазы включают резисторы с сопротивлением R = RV.
В трехпроводных трехфазных цепях при симметричной и несимметричной нагрузках и любом способе соединения приемников широко распространена схема измерения активной мощности приемника двумя ваттметрами. Показания двух ваттметров при определенной схеме их включения позволяют определить активную мощность трехфазного приемника, включенного в цепь с симметричным напряжением источника питания.
Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока в цепи I и напряжения U на её зажимах: S = UЧI;
Полная мощность трехфазного приемника:
