Что такое ваттметр. Ваттметры. Виды и применение. Работа. Примеры и параметры. Ваттметры используют для

Ваттметр

Ваттме́тр

прибор для измерения активной электрической мощности (в ваттах). Ваттметры имеют две электрические цепи: тока (включается в цепь нагрузки последовательно) и напряжения (включается параллельно с нагрузкой). Шкала ваттметра градуируется в ваттах. Применяются электродинамические, электронные ваттметры (для измерений на постоянном и переменном токе) и ферродинамические ваттметры для измерений на переменном токе. Наиболее распространены электродинамические ваттметры (см. рис.), которых состоит из неподвижной катушки 1 , включённой последовательно с нагрузкой Н (цепь тока), и подвижной катушки 2 , включённой через большое добавочное сопротивление R параллельно нагрузке (цепь напряжения). Работа ваттметра такого типа основана на взаимодействии магнитных полей подвижной и неподвижной катушек при прохождении по ним электрического тока. При этом вращающий момент, вызывающий отклонение подвижной части прибора и соединённой с ней стрелки (указателя), при постоянном токе пропорционален произведению силы тока на напряжение, а при переменном токе – ещё косинусу угла сдвига фаз между током и напряжением. Расширение пределов измерений достигается с помощью трансформаторов тока и добавочных резисторов, а в цепях высокого напряжения – с помощью трансформаторов тока и напряжения.

Энциклопедия «Техника». - М.: Росмэн . 2006 .

Смотреть что такое "ваттметр" в других словарях:

- (см. ватт + ...метр) прибор для измерения активной мощности в электрической цепи постоянного или переменного тока. Новый словарь иностранных слов. by EdwART, 2009. ваттметр ваттметра, м. [от слова ватт и греч. metreo – мерю] (физ.). Прибор для… … Словарь иностранных слов русского языка

- (от ватт и греч. metreo измеряю), прибор для измерения мощности в электрич. цепях (в цепях перем. тока для измерения активной мощности Р=UIcosj, где U напряжение, I сила электрич. тока, j фазовый угол между синусоидально изменяющимися током и… … Физическая энциклопедия

- (Уаттметр) прибор, имеющий назначение измерять работу,совершаемую электрическим током в единицу времени при прохождении токачрез какой либо проводник; так, напр., ваттметр может дать число ваттов,потребных для получения некоторой силы… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

ваттметр - а, м. wattemètre < wattmeter. Прибор для измерения электрической модности постоянного или перменного тока. Крысин 1998. Свет от лампа маловаттнойц, к тому же прикроватный. В. Корнилов Боль. // ДН 2002 2 9. Лекс. БСЭ 1: ваттметр; МАС 1957:… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

ВАТТМЕТР, прибор для измерения активной электрической мощности в ваттах (Вт). Имеет 2 электрические цепи: тока (включается в цепь нагрузки последовательно) и напряжения (включается параллельно с нагрузкой) … Современная энциклопедия

- (от ватт и...метр) электрический прибор для измерения активной мощности (в ваттах) в цепях постоянного или переменного тока. Работа ваттметра основана на взаимодействии 2 обмоток токовой и напряжения, включаемых последовательно с нагрузкой и… … Большой Энциклопедический словарь

- (Wattmeter) прибор для измерения электрической мощности, расходуемой в данном участке электрической цепи. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь

Ваттметр – измерительный прибор, имеющий назначение определять работу совершаемую электрическим током в единицу времени для прохождения тока через какой-либо проводник (определение мощности электрического тока или электромагнитного сигнала).

Ваттметр может определить количество ваттов необходимых для получения некоторой силы электрического света в каждую секунду времени или определить величину выполняемой работы в единицу времени каким-либо электрическим прибором. Работа совершаемая электрическим прибором в единицу времени (его мощность) определяется в ваттах и является произведением числа амперов (сила тока) потребляемых данным видом электрических потребителей на разность потенциалов (+ -) концов этой части цепи измеряемой в вольтах.

Для определения мощности электрического тока и используются ваттметры , представляющие собой не что иное, как электродинамометр. Проходящий ток распределяется на две части, одна из которых является, по сути, контролем, а вторая опытом, изменяя сопротивление на опытной части и измеряя разность потенциалов на выходе и определяется мощность электрического тока.

По назначению и диапазону частот ваттметры можно разделить на три основные категории:
– низкочастотные (и постоянного тока);
– радиочастотные;
– оптические.

Ваттметры радиодиапазона по назначению делятся на два вида: проходящей мощности, включаемые в разрыв линии передачи, и поглощаемой мощности, подключаемые к концу линии в качестве согласованной нагрузки. В зависимости от способа функционального преобразования измерительной информации и ее вывода пользователю ваттметры бывают аналоговые (показывающие и самопишущие) и цифровые.

Низкочастотные ваттметры используются преимущественно в сетях электропитания промышленной частоты для измерения потребляемой мощности, могут быть однофазные и трехфазные. Отдельную подгруппу составляют варметры - измерители реактивной мощности. Цифровые приборы обычно совмещают в себе возможность измерения активной и реактивной мощности.

Радиочастотные ваттметры образуют весьма большую и широко используемую подгруппу ваттметров радиодиапазона. Деление этой подгруппы связано в основном с применением различных типов первичных преобразователей. Выпускаемые ваттметры используют преобразователи на базе термистора, термопары или пикового детектора; значительно реже, применяются датчики, основанные на других принципах. При работе с ваттметрами поглощаемой мощности следует помнить, что из-за несогласования входного сопротивления приемных датчиков с волновым сопротивлением линии, часть энергии отражается и реально ваттметр измеряет не реальную мощность линии, а поглощенную, которая отличается от действительной.

Принцип действия термисторного преобразователя состоит в зависимости сопротивления термистора от температуры его нагрева, которая, в свою очередь зависит от рассеиваемой мощности сигнала, подаваемого на него. Измерение осуществляется методом сравнения мощности измеряемого сигнала, рассеиваемой в термисторе и разогревающей его, с мощностью тока низкой частоты, вызывающей такой же нагрев термистора. К недостаткам термисторных ваттметров относится их малый диапазон регистрации – несколько милливатт.

В ваттметрах проходящей мощности в качестве первичного преобразователя используется устройство, позволяющее ответвлять от основного тракта передачи очень небольшую долю энергии. Отведенная часть энергии подается на вторичный преобразователь, откуда сигнал измерительной информации подается на функциональный преобразователь и, далее, на показывающее устройство.

Показание ваттметра равно произведению напряжения на зажимах его параллельной цепи , тока его последовательной обмотки и косинуса угла между векторами и (рис. 13.1).

Рис. 13.1. Определение показания ваттметра

Стрелки напряжения и тока на схеме ваттметра начинаются у зажимов, отмеченных звездочками, так называемых генераторных зажимов.

Из рис. 11.1 следует:

Данное вычисление может быть оформлено и иначе:

При измерении мощности в реальных цепях в зависимости от схемы подключения ваттметра показание последнего может быть как положительным, так и отрицательным. Поэтому результат может получиться и со знаком минус.

14. Преобразование электрической цепи

В соответствии с заданием № 3 к расчету электрической цепи однофазного синусоидального тока часть заданной цепи (см. рис. 11.1), содержащую обе ЭДС и подключенную к зажимам и (к

зажимам переменного элемента третьей ветви), требуется представить в виде эквивалентного генератора (рис. 14.1), параметры которого определяются на основании теоремы об активном двухполюснике.

ЭДС эквивалентного генератора равна напряжению холостого хода на разомкнутых

зажимах двухполюсника (рис. 14.2).

Для ее определения необходимо сначала найти ток :

и затем напряжение :

или по другой формуле (через параметры первой ветви):

Внутреннее сопротивление эквивалентного генератора Z Э равно входному сопротивлению двухполюсника (входному сопротивлению цепи на рис. 14.2 относительно зажимов и при

мысленно закороченных ЭДС):

Рис. 14.2. Холостой ход активного двухполюсника

Для проверки найденных и найдем ток по схеме рис. 14.1 при заданном значении :

Получили величину, равную найденной ранее.

15. Построение круговой диаграммы

Записываем комплексное уравнение окружности для неразветвлённой цепи (рис. 14.1):

,

где – ток короткого замыкания, протекающий по цепи при закороченном переменном

сопротивлении и равный

Ψ – угол, равный разности аргументов переменного и постоянного комплексных сопротивлений:

Порядок построения круговой диаграммы

1. Выбираем масштабы ЭДС – m E , тока – m I и сопротивления – m Z .

2. На комплексной плоскости по выражению (14.1) в выбранном масштабе откладываем вектор ЭДС эквивалентного генератора (рис. 15.1).

3. По данным формулы (15.1) проводим вектор тока короткого замыкания . Его длина равна

модулю тока короткого замыкания, делённому на масштаб тока:

Рис. 15.1. Круговая диаграмма тока

4. На векторе от его начала откладываем отрезок 0а , определяющий в масштабе сопротивления модуль постоянного сопротивления :

5. Через точку а под углом –Ψ к направлению проводим линию переменного параметра (л.п.п.). Для правильного её проведения мы должны зайти за точку а (идя от начала вектора ) и

отложить в нужном направлении угол –Ψ. В рассматриваемом примере этот угол отрицателен (–Ψ = –129,7°), поэтому он откладывается по часовой стрелке.

Из точки 0 (из начала координат) перпендикулярно линии переменного параметра проводим отрезок 0D

Из середины вектора (из точки р ) восстанавливаем перпендикуляр pb. Точка пересечения

отрезков pb и 0D (точка с ) – центр окружности, отрезок 0с – её радиус.

Устанавливаем остриё циркуля в точку с и радиусом, равным отрезку с0 , проводим дугу окружности между точками 0 и К . Рабочая часть окружности лежит с той же стороны от вектора , что и линия переменного параметра.

Для определения тока по диаграмме откладываем на линии переменного параметра отрезок аn , равный в масштабе m Z заданному значению переменного сопротивления: аn = . Из начала

координат через точку n проводим прямую. Точка пересечения этой прямой с окружностью (точка М ) является концом вектора тока . Величина тока равна произведению длины вектора на

I 3 = 0M ּm I .

Как известно из теории переменного тока, средняя за период мощность S , развиваемая на участке цепи выражается соотношением:

S 2 = P 2 + Q 2 = I 2 эфф ×U 2 эфф .

Активная мощность или ваттная мощность P = I эфф ×U эфф ×cosj определяет работу в цепи, совершаемую источником э.д.с. в единицу времени. Это средняя мощность тока, обеспечивающая выделение тепла. I эфф и U эфф – так называемые эффективные значения силы тока и напряжения, равные соответственно

и получающиеся при усреднении во времени квадрата мгновенного значения силы тока и напряжения синусоидального переменного тока, cosj – коэффициент мощности.

Угол j – угол сдвига фаз между током и напряжением, зависящий от сопротивления цепи R , ее индуктивности L , емкости C и частоты переменного тока w.

Величину Q = I эфф ×U эфф sinj называют реактивной или безваттной мощностью (единица измерения Вар – вольт-ампер реактивный).

Способы измерения величин I эфф и U эфф считаются известными, поэтому остановимся только на способе измерения величины P .

Рис.1. Рис.2.

Среднее значение мощности может быть измерено при помощи специальных приборов – ваттметров . Существуют ваттметры различных конструкций и систем. Ниже приводится описание ваттметра электродинамической системы.

Устройство и способ включения электродинамического ваттметра схематично показаны на рисунках 1 и 2. Ваттметр состоит из двух катушек: неподвижной катушки 1 с малым сопротивлением, включаемой в цепь переменного тока последовательно с исследуемым участком, и вращающейся катушки 2 с большим сопротивлением, включаемой параллельно исследуемому участку. Вращающаяся катушка снабжена пружинами 3 , удерживающими её в начальном положении. Поворот этой катушки приводит к изменению положения указателя 4 на шкале ваттметра. Напряжение между концами катушки 2 равно напряжению на исследуемом участке цепи. При гармоническом характере напряжения можно записать:

U = U max ×sinwt .

Если катушка 2 имеет сопротивление R , ток в ней равен:

.

По катушке 1 и исследуемой цепи течет ток, который в общем случае находится не в фазе с напряжением и выражается соотношением

I = I 1 = I max ×sin(wt + j).

Из общих положений о взаимодействии проводников, обтекаемых токами, следует, что мгновенное значение вращательного момента электродинамических сил, приложенных к подвижной рамке ваттметра, будет выражаться, как

,

где коэффициент k зависит от конструкции подвижного узла прибора. Из этой формулы видно, что момент М является функцией времени.

Вращающаяся система ваттметра обладает большим периодом собственных колебаний и значительным затуханием. Её устойчивое отклонение от положения равновесия при прохождении тока через рамку определяется равенством момента сил пружинок 3 и среднего значения момента электродинамических сил за период Т тока

(2)

где А = k/Т – коэффициент пропорциональности.

Таким образом, среднее за период значение момента сил, определяющее угол поворота подвижной рамки, пропорционально средней мощности P , развиваемой переменным током в том участке цепи, к которому подключен ваттметр. Показания ваттметра не зависят от реактивной мощности. Однако, зная активную мощность P , можно вычислить коэффициент мощности cosj и реактивную мощность Q по формулам:

и .

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Описание лабораторного ваттметра Д–57

Измерительный прибор Д–57 (рис.3) является многопредельным высокочастотным зеркальным ваттметром средней и большой мощности (до 3 кВт). Перед работой с прибором его следует установить строго горизонтально с помощью 4 ножек с винтовыми регуляторами (горизонтальное положение контролируется по двухкоординатному уровню; при его достижении пузырек с воздухом, плавающий в жидкости, должен находиться точно в центре окружности уровня).

Подсвет зеркала, которое укреплено на оправе подвижной катушки ваттметра и образует на шкале «зайчик» отметчика, осуществляется лампочкой, питаемой от встроенного понижающего трансформатора (гнезда «освещение»).

Рис.3. Прибор Д–57. Общий вид и схема подключения к нагрузке.

1 – шкала; 2 – ручка установления отметчика на «0»; 3 – ручка смены полярности; 4 – переключатель пределов по току; 5 – двухкоординатный уровень; 6 – лампы подсвета шкалы; 7 – предохранитель питания.

Как упоминалось выше, измерительный узел ваттметра состоит из двух катушек – неподвижной («токовой») и подвижной («потенциальной»). Соответственно этому на корпусе ваттметра имеются две клеммы, вблизи которых стоят символы, обозначающие ток (к ним подключается токовая обмотка), а также две (или более) клемм, символы у которых обозначают напряжение. К ним подключается потенциальная обмотка или ее часть; вследствие этого таких клемм не две, а больше (клеммы, помеченные символами со звездочкой обычно называются «общими» и соединяются вместе).

Согласно этому, схема подключения ваттметра для измерения мощности переменного тока будет такой, как показано на рис.4.

Рис.4.

У используемого прибора шкала разбита на две части. Начало шкалы находится вверху, а ее продолжение – ниже, во втором ряду (это повышает точность показаний). Линейка шкалы разбита на 5 параллельных полос с наклонными чертами, по которым ведется отсчет десятых долей величин. Такая двумерная шкала тоже существенно повышает точность снятия показаний.

Количество делений шкалы, как правило, кратно числу, написанному вблизи выводов потенциальной обмотки. Учет масштаба ведется следующим образом. Для получения истинного отсчета А" необходимо вычислить А" = А (U m /N ), где А – отсчет по шкале прибора, U m – то значение напряжения, которое написано вблизи клемм потенциальной обмотки, которую предполагается использовать для измерения (в данной работе U m = 150), N – число полных делений в шкале прибора (в нашем случае N = 150).

Справа на корпусе прибора расположена ручка переключателя пределов по току на два положения: 5 и 10 А, а слева – ручка изменения полярности напряжения, если данный ваттметр потребуется использовать для измерения мощности постоянного тока.

Величина средней мощности, измеренной прибором, равна произведению А" на ту величину тока, которая в данный момент установлена на переключателе пределов по току (5 или 10 А).

Внимание ! Не рекомендуется превышать в процессе измерений даже хотя бы один из пределов (либо по току, либо по напряжению), указанных цифрами, стоящими на ручке переключателя по току и вблизи клемм, к которым подключены выводы потенциальной обмотки, соответственно. Невыполнение этого может привести к повреждению прибора, даже если предельная мощность, на которую рассчитан прибор (она равна произведению значений пределов), не достигнута.

Перед измерениями необходимо всегда ручкой 2 (см.рис.4) устанавливать «зайчик» на нулевую отметку шкалы.

В качестве тренировки и проверки навыков работы с ваттметром можно измерить мощность лампы накаливания и сравнить полученную величину с указанной на цоколе (или колбе) лампы. В качестве источника напряжения взять сеть напряжением 220 В и частотой 50 Гц.

Похожая информация.