Вимірювання потужності постійного і змінного однофазного струму

З виразу для потужності на постійному струмі Р = IU видно, що її можна виміряти за допомогою амперметра і вольтметра непрямим способом. Але в даному випадку потрібно створювати одночасний відлік по двом пристроям і обчислення, що ускладнюють вимірювання і знижують його точність.

Для вимірювання потужності в ланцюгах постійного і однофазового змінного струму використовують прилади, іменовані ватметр, для яких вживають електродинамічні і феродинамічні вимірювальні механізми.

Електродинамічні ватметри випускають у вигляді переносних пристроїв великих класів точності (0,1 - 0,5) і вживають для чітких вимірів потужності постійного і змінного струму на промислової і завищеною частоті (до 5000 Гц). Феродинамічні ватметри частіше ветого зустрічаються у вигляді щитових пристроїв відносно низького класу точності (1,5 - 2,5).

Використовують такі ватметри головним чином на змінному струмі промислової частоти. На постійному струмі вони мають значну похибку, яка обумовлена ​​гистерезисом сердечників.

Для вимірювання потужності на високих частотах використовують термоелектричні і електричні ватметри, які являють собою електромагнітний вимірювальний механізм, забезпечений перетворювачем активної потужності в незмінний струм. У перетворювачі потужності здійснюється операція множення ui = р і отримання сигналу на виході, залежить від твору ui, т. Е. Від потужності.

На рис. 1, а показана можливість використання електродинамічного вимірювального механізму для побудови ваттметра і вимірювання потужності.

Мал. 1. Схема включення ватметра (а) і векторна діаграма (б)

Нерухома котушка 1, що включається в ланцюг навантаження по черзі, іменується почергової ланцюгом ваттметра, рухлива котушка 2 (з додатковим резистором), що включається паралельно навантаженню - паралельним ланцюгом.

Для ваттметра, що працює на постійному струмі:

Розглянемо роботу електродинамічного ватметра на змінному струмі. Векторна діаграма рис. 1, б побудована для індуктивного характеру навантаження. Вектор струму Iu паралельної ланцюга відстає від вектора U на кут γ внаслідок якоїсь індуктивності рухомої котушки.

З цього виразу випливає, що ватметр чітко формулює потужність тільки в 2-ух випадках: при γ = 0 і γ = φ.

Умова γ = 0 може бути досягнуто створенням резонансу напруг в паралельній ланцюга, наприклад включенням конденсатора З відповідною ємності, як це показано штриховою лінією на рис. 1, а. Але резонанс напруг буде тільки при якоїсь певної частоті. Зі зміною частоти умова γ = 0 порушується. При γ що не дорівнює 0 ватметр визначає потужність з похибкою βy, яка носить назву кутовий похибки.

При малому значенні кута γ (γ зазвичай становить менше 40 - 50 `), відносна похибка

При кутах φ, близьких до 90 °, кутова похибка може досягати величезних значень.

2-ий, специфічною, похибкою ватметрів є похибка, обумовлена ​​споживанням потужності його котушками.

При вимірюванні потужності, споживаної навантаженням, вірогідні дві схеми включення ватметра, що відрізняються включенням його паралельної ланцюга (рис. 2).

Мал. 2. Схеми включення паралельної обмотки ватметра

Якщо не врахувати фазових зрушень між струмами і напругами в котушках і вважати навантаження Н чисто активної, похибки β (а) і β (б), обумовлені споживанням потужності котушками ваттметра, для схем рис. 2, а і б:

де Рi і Рu - відповідно потужність, споживана послідовної і паралельної ланцюгом ваттметра.

З формул для β (а) і β (б) видно, що похибки можуть мати помітні значення тільки при вимірах потужності в малопотужних ланцюгах, т. Е. Коли Рi і Рu порівнянні з Рн.

Якщо поміняти символ тільки 1-го з струмів, то зміниться напрямок відмінності рухомої частини ваттметра.

У ваттметра є дві пари затискачів (почергової і паралельної ланцюгів), і залежно від їх включення в ланцюг напрямок відмінності покажчика може бути різним. Для правильного включення ватметра один з кожної пари затискачів позначається знаком «*» (зірочка) і іменується «генераторним затискачем».

Школа для електрика