Як правильно включити ватметр в ланцюг постійного струму

Дан ватметр на номінальний струм 5 А і номінальну напругу 300 В. Як його включити в мережу?

Якщо струм навантаження Iх менше допустимого струму, іншими словами в цьому випадку менше 5 А, і якщо напруга в вимірювального ланцюга менше допустимого напруги котушки, іншими словами менше 300 В, то схема включення має наступний вигляд (рис. 1, а): спочатку включають послідовну котушку ваттметра - збирають струмовий ланцюг (на малюнку показана жирною лінією), потім збирають ланцюг напруги, для цього початок котушки напруги ватметра за допомогою перемички до підключають до початку струмового котушки, з`єднаної з одним із затискачів мережі, а кінець котушки н напруги приєднують до іншого затискача мережі.

Малюнок 1. Схеми включення ватметра: а - конкретно в мережу вірно, б - некоректно, в - в мережу з величезним напруженням і величезним струмом.

Час від часу при виконанні кола струму в неї включають опір перемички (рис. 1, б). Цього робити не можна, тому що в даному випадку через перемичку проходить робочий струм, а не малий струм ланцюга напруги, як у розглянутій раніше схемою. Крім того, в ланцюзі струмового котушки ваттметра, що має маленький опір, додається опір самої перемички і два контактних перехідних опору. Все це призводить до виникнення додаткової похибки при вимірюванні потужності.

Якщо шкала приладу не отградуирована в одиницях потужності (наприклад, в багатограничні електродинамічному ватметр), але має певне число поділок N, то для вимірювання потужності на даному межі вимірювань слід знайти вартість розподілу ваттметра за формулою:

Сп = IнUн / N,

де Uн - номінальна напруга ваттметра або межа вимірювання за напругою, Iн - струм ваттметра, або межа вимірювань по струму, А, N - число поділок шкали ваттметра (зазвичай 100 або 150).

Нехай дано ватметр з Uн = 150 В, Iн = 5 А і N = 150. Тоді вартість поділки приладу Сп = 150 х 5/150 = 5 Вт / справ,

Для того щоб знайти потужність за показниками приладу, необхідно показання приладу в поділках шкали n помножити на вартість розподілу Сп:

Р = nСн.

Якщо напруга в мережі більше допустимого напруги котушки напруги, а струм більше допустимого струму струмового котушки, то потрібно в ланцюзі постійного струму для підключення приладу користуватися додатковим резистором і вимірювальним шунтом (рис. 1, в).

Як вирахувати опору додаткового резистора і шунта для підключення ваттметра в ланцюг постійного струму

Значення опору шунта для підключення ваттметра для схеми, наведеної на малюнку 1, в, можна знайти за формулою:

Rш = ra (p - 1) = ra (Ia / Iн - 1),

де ra - опір струмового котушки ваттметра, Ом, p - коефіцієнт шунтування, а значення опору додаткового резистора - з виразу rд = rv (q - 1) = rv (U / U н - 1),

де rv - опір котушки напруги ватметра, Ом.

Наприклад, для ваттметра з номінальною напругою котушки напруги Uн = 150 В і номінальним струмом струмового котушки Iн = 5 А, включеного в вимірювальну ланцюг напругою 220 В (рис. 1, в) з струмом близько 20 А, потрібно вирахувати опору додаткового резистора і шунта.

Значення опору шунта Rш = ra / (20 / 5-1) = ra / 3,

тобто для підключення ваттметра потрібен шунт, опір якого менше опору кола струму ватметра втричі. Опір додаткового резистора ra = rv (220 / 150-1) = 0,46rv,

Справжнє значення потужності P = Pwpq, де Pw - показання ваттметра, якщо його шкала отградуирована в одиницях потужності.

Якщо ватметр підключений через шунт, то вартість розподілу можна знайти так:

С`н = (UнIн / pq) = Сп х p х q

У наведеному прикладі р = 4, а q = 1,46, як слід, показання ваттметра слід множити на 5,86, щоб знайти дійсне значення потужності, що ніяково. Тому при підборі шунта і додаткового резистора прагнуть приймати коефіцієнти q і р рівними цілим числам.

В даному прикладі комфортно прийняти р = 5, aq = 2, іншими словами Rш = ra / 4 і Rд = rv, тоді виміряне значення потужності можна визначати, множачи показання приладу на 10. Нова вартість розподілу ваттметра буде дорівнює С`н = 150х 2 х 5 х 5/150 = 50 Вт / справ.,

де 150 х 2 = 300 В - новий межа вимірювань ваттметра по напрузі, 5 х 5 = 25 А - новий межа вимірювань ваттметра по току.

Зовнішній додатковий резистор слід включати тільки після обмотки напруги ватметра, а не перед нею, інакше потенціал рухливої ​​котушки щодо нерухомій може домогтися небезпечних для ізоляції значень.