Мощность измеряет какой прибор: как измерять мощность тока, подключать в цепь, принцип действия прибора

Энергетическое образование

3. Мощность

Ваттметр — измерительный прибор, предназначенный для определения мощности электрического тока или электромагнитного сигнала.

По назначению и диапазону частот ваттметры можно разделить на три категории — низкочастотные (и постоянного тока), радиочастотные и 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 её вывода оператору ваттметры бывают аналоговые (показывающие и самопишущие) и цифровые.

Ваттметры низкой частоты и постоянного тока

НЧ-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 возможность измерения активной и реактивной мощности.

Аналоговые НЧ-ваттметры электродинамической или ферродинамической системы имеют в измерительном механизме две катушки, одна из которых подключается последовательно нагрузке, другая параллельно. Взаимодействие магнитных полей катушек создает вращающий момент, отклоняющий стрелку прибора, пропорциональный произведению силы тока, напряжения и косинуса или синуса разности фаз (для измерения соответственно активной или реактивной мощности).

Ваттметры поглощаемой мощности радиодиапазона

Ваттметры поглощаемой мощности образуют весьма большую и широко используемую подгруппу ваттметров радиодиапазона. Видовое деление этой подгруппы связано в основном с применением различных типов первичных преобразователей (приемных головок). В серийно выпускаемых ваттметрах используются преобразователи на базе термистора, термопары и пикового детектора; значительно реже, в экспериментальных работах, применяются датчики, основанные на других принципах — пондеромоторном, гальваномагнитном и т. д. При работе с ваттметрами поглощаемой мощности следует помнить, что из-за неидеального согласования входного сопротивления приемных головок с волновым сопротивлением линии, часть энергии отражается и реально ваттметр измеряет не падающую мощность, а поглощаемую, которая отличается от падающей на величину, равную KP×Pпад, где KP — коэффициент отражения по мощности.

Термисторные (болометрические) ваттметры состоят из приемного преобразователя на базе термистора (или болометра) и измерительного моста с источником низкочастотного переменного тока для подогрева термистора. 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. В процессе измерения полная мощность, рассеиваемая на термисторе (при подаче на него одновременно измеряемого сигнала и тока подогрева) и, соответственно, сопротивление термистора поддерживается одинаковым с помощью измерительного моста, который уравновешивается изменением тока подогрева. В первых моделях термисторных ваттметров уравновешивание осуществлялось вручную, в современных ваттметрах уравновешивание автоматическое, показания выводятся в цифровом виде. К недостаткам термисторных ваттметров относится их малый динамический диапазон — максимальная мощность рассеивания — несколько милливатт, это ограничение преодолевается использованием аттенюаторов, делящих мощность, но вносящих при этом дополнительную погрешность.

Ваттметры проходящей мощности радиодиапазона

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

На относительно низких частотах (в ДВ- и СВ-диапазонах), использование направленных ответвителей затруднительно, в этом случае в качестве первичных преобразователей можно использовать датчики силы тока и напряжения в линии, измерительная информация с которых далее обрабатывается в функциональном преобразователе (перемножение значений с учетом разности фаз). Датчиками могут служить, например, трансформатор напряжения и трансформатор тока. Такой способ измерения используется обычно в специализированных приборах для контроля мощности, выдаваемой в антенну радиопередатчиком. На сверхвысоких частотах, в волноводных трактах, для измерения проходящей мощности может использоваться пондеромоторный метод или датчики, встраиваемые в стенку волновода — термисторные, термоэлектрические, гальваномагнитные.

Приборы для измерения мощности электрического тока

Оценить состояние электрической сети можно по нескольким характеристикам, и одна из них – мощность. Это свойство сети отображает, какую величину работы выполняет ток за определенное время. Чтобы определять этот показатель, необходимы специальные приборы для измерения мощности электрического тока.

Данная характеристика важна, так как в ее пределах должна находиться мощность любой техники, подключаемой к питанию. Если не соблюдать это правило, могут случиться поломки и сбои, замыкания и даже возгорание.  

Вычислить мощность возможно несколькими методами – косвенным и прямым. Первый применим для цепей постоянного тока. Здесь понадобятся такие приборы для измерения электрического тока – амперметр и вольтметр или осциллограф, мультиметр. Ими замеряются напряжение и сила тока, а мощность вычисляется умножением этих показателей. Для работы с переменным током нужен один прибор, измеряющий мощность электрического тока, – ваттметр. Такой измеритель быстро вычисляет необходимое значение.

Приборы для измерения электрического тока: сфера использования

Радиолюбители, мастера-ремонтники, электрики в своем арсенале имеют разные виды оборудования: прибор для измерения электрического напряжения, амперметр или мультиметр, токовые клещи, USB-осциллограф и многое другое. Но и ваттметр очень востребован, так как в конкретном случае замера мощности не всегда удобно носить по несколько инструментов. Такой прибор для измерения электрического тока, как ваттметр, быстро справляется с задачами.

Приборы для измерения мощности электрического тока нашли свое применение в энергопромышленных отраслях, машино- и приборостроении, в ремонтных мастерских, в строительстве. Ими пользуются домашние мастера в домашних условиях для контроля над энергопотреблением и т.д. Остановимся на ваттметрах. Их применяют для:

• расчета мощности техники, оборудования;
• диагностики электросетей и их отрезков;
• тестирования электроустановок, в качестве показывающей измерительной техники;
• наблюдения за работой оборудования;
• контроля за расходом энергии.

Какие бывают ваттметры

Как и многая другая техника такого класса и предназначения, этот прибор, измеряющий мощность электрического тока, исходя из способа замера, преобразования цифр и демонстрации итоговых показателей может быть таких видов:

• Аналоговые. Подразделяются на самопишущие и показывающие, демонстрируют мощность отрезка цепи. Индикатор измерителя имеет движущуюся стрелку и шкалу в виде полусферы с нанесенными на ней делениями (соответствуют измеряемым величинам).
• Цифровые. Способны измерять «паразитарную» (реактивную) и «полезную» (активную) мощности, вывести значения и других характеристик электросети, расхода энергии. Замеренные значения возможно отправить на удаленный ПК.

Приборы для измерения электрического тока из первой группы функционируют на взаимодействии подвижной и статичной катушек. Первая связана с напряжением, включается параллельно, возможны смещения в сторону. Вторая имеет малое количество витков, переключается последовательно и связана с током. Сопротивление первой катушки больше второй. При замерах ток движется по статичной катушке. Чем выше его значение, тем больше подвижная катушка отклоняется и передает отклонение на стрелку. Так мастер видит изменение показаний, в которых автоматом учтены ампераж и напряжение (от этих характеристик зависит мощность).

Цифровой прибор для измерения электрического тока вычисляет мощность методом вычисления с начала силы тока и напряжения. Для выполнения замеров на входе установлены: 

• последовательно нагрузке – преобразователь тока;
• параллельно – преобразователь напряжения. 

Измеренные значения благодаря современному аналого-цифровому преобразователю мгновенно поступают на внутренний вмонтированный микро-чипсет. Микропроцессор выполняет необходимые расчеты, на экран и внешние подсоединенные устройства выдает как итог замеряемые значения.

По области, в которой применяются приборы для измерения мощности электрического тока, их можно условно объединить в группы.

Бытовые

Чаще всего ответственные потребители в домах и квартирах пользуются самым простым цифровым прибором, измеряющим мощность электрического тока, – ваттметром в форме сетевого переходника (адаптера). Предназначение устройства – наблюдение и диагностика мощности потребления, подсчет стоимости использованной конкретным потребителем электроэнергии в быту.  

Обычно ваттметр подключается в ту розетку, от которой запитан прибор, чье потребление нужно рассчитать. В сам измеритель подключается техника, на адаптере включается кнопка активации, и он начинает отсчитывать время и фиксировать объем потребляемой энергии с момента включения. Фиксируется тот объем, который «отдает» через свою розетку прибор для измерения электрического тока. Если на приборе установить цену на киловатт/час, то можно увидеть и стоимость потребленной энергии. Такие ваттметры-адаптеры могут измерять мощность до 3600 Вт.

Профессиональные

Такие измерители отличаются от простых бытовых расширенным набором функций и возможностей, а также повышенной точностью. Профессиональный прибор, измеряющий мощность электрического тока, может проверять более простые измерители, диапазон измерений намного шире. 

Профессиональные измерители отличаются также более высокой стоимостью, как и другое стационарное измерительное оборудование этого класса, из-за высоких требований к скорости измерений, отсутствия погрешностей. Для большинства моделей ваттметров для профессионалов неважна форма тока, устройства замеряют не только распространенные виды тока – постоянный и переменный, но и другие его разновидности (импульсный и т.д.), способны определить мощность с фиксацией ее коэффициента и типа нагрузки. Ваттметры такого класса производятся для работы и с цепями на одну фазу, а также на три фазы. Для оценки мощности постоянного тока также годятся мультиметры. 

Где купить

Наш интернет-магазин Radio-Shop работает уже 10 лет, поэтому мы знаем все о качественном измерительном оборудовании, радиотехнике и инструментах. В каталоге магазина представлены не только приборы для измерения электрического тока, но и осциллографы (в том числе и портативный осциллограф), токоизмерительные клещи, радиодетали, инструменты, оптика, техника для сада и дома: насосы, газонокосилки, садовые инструменты, опрыскиватели и многое другое. 

В Radio-Shop можно купить все не выходя из дома, а специалисты компании всегда готовы помочь с выбором и предоставить всю актуальную информацию о любом товаре. Получить товар можно в Киеве, Львове или другом городе с помощью доставки почтовыми компаниями. В нашем блоге каждый сможет найти полезную информацию и практические советы.

Что такое измеритель мощности? | ШИМ

Измеритель мощности является одним из самых полезных и простых приборов для измерения электрической мощности, когда не требуется более глубокий анализ измеренных данных. Он измеряет напряжение (В) и ток (А) и выводит из них наиболее важные результаты измерения мощности. Измерители мощности идеально подходят для техников и инженеров, выполняющих простые задачи, такие как измерение мощности в режиме ожидания. Наиболее важными функциями являются быстрые, точные и простые измерения мощности, а также простая работа с прибором, похожим на базовый блок.

Типичные области применения измерителя мощности

Измеритель мощности прост в использовании, точен и является предпочтительным инструментом для экономически эффективных решений по измерению мощности для широкого спектра применений, таких как: тестирование производственных линий электрических устройств, оценка больших текущее оборудование, оценка устройств с питанием от батареи или постоянного тока, обеспечение качества, измерение эффективности промышленных двигателей, вращающихся машин и калибровочных лабораторий, для задач установки и обслуживания и частично для НИОКР. Он также используется для измерения мощности GRID.

Принципы работы измерителя мощности

Измерители мощности обычно имеют 1, 3 или 6 измерительных каналов. Они могут измерять все параметры в системах переменного (AC) или постоянного тока (DC), такие как полная мощность, активная и реактивная мощность, ток, напряжение, частота, коэффициент мощности, полная энергия, активная и реактивная энергия.

Обычные измерители мощности представляют собой приборы кнопочного типа, которые остаются неизменными на протяжении десятилетий. Принимая во внимание, что современные измерители мощности оснащены современными и интуитивно понятными пользовательскими интерфейсами. Еще более продвинутые системы можно подключить через веб-приложение к ноутбуку или смартфону. Это упрощает работу и даже возможен удаленный мониторинг на любом расстоянии.

Измерители мощности от HBM

HBM – один из ведущих мировых производителей и поставщиков электрических и механических измерительных приборов для промышленных объектов. Мы предоставляем два типа измерителей мощности с 3 и 6 каналами и частотой дискретизации 200 квыб/с для приложений GRID, а также два других измерителя мощности с частотой 2 Мвыб/с для приложений с электроприводом.

Станьте частью сообщества e-Power и получите советы и рекомендации по оптимизации настройки вашего теста

Общайтесь с нами, используя LiveChat

Рекомендуется для вас

Испытания электрических машин | Испытания трансмиссии |

Компания HBM разработала решение для испытаний электрических машин и силовых агрегатов, состоящее из высокоточного анализатора мощности и устройства сбора данных.

База знаний по тестированию электроэнергии

Анализатор мощности HBM дает вам представление о внутренней жизни вашего инвертора и электрической трансмиссии. Узнайте больше об этом на странице нашей базы знаний.

15-минутный обед и обучение: тестирование электроэнергии

Выпейте чашку кофе, включите звук и присоединяйтесь к нашим экспертам на бесплатном 15-минутном онлайн-ланче и обучающем занятии по тестированию электроэнергии.

Преобразователи тока

Трансформаторы тока с замкнутым контуром «Zero-Flux» от HBM обеспечивают непревзойденную точность и широкую полосу пропускания для требовательных приложений при испытании электроэнергии.

Высоковольтный датчик

Высокоточный пассивный дифференциальный датчик для безопасного измерения в высоковольтных системах и больших приводах с напряжением до 5 кВ.

Веб-семинар: Быстрое картирование эффективности электрических приводов

На этом веб-семинаре вы узнаете, как значительно ускорить процесс создания карты эффективности для электрической машины с помощью HBM

Динамические измерения мощности: электрические/гибридные приводы

На этом вебинаре будет представлен анализатор мощности HBM, предназначенный для сложных приложений, выходящих за рамки трехфазных или шестифазных измерений мощности и эффективности.

Преобразователь эталонной силы C5

Эталон передачи силы для сравнения систем калибровки или в качестве эталонного преобразователя силы для гидравлических калибровочных машин.

Шум и вибрация в электрических машинах

На этом вебинаре мы обсудим, что вызывает шум и вибрацию в электрических машинах, как взаимосвязаны электричество и машины и многое другое.

Проверка эффективности электронных двигателей: как это работает?

Электрические испытания приводов электродвигателей дают пользователям возможность проверить эффективность электрических машин и электрических инверторов с помощью приборов HBM.

Устройства измерения мощности и принцип их работы

Измерение электрической мощности не сильно изменилось за эти годы. Вольт остается вольтом, а ватт остается ваттом. Однако приборы, используемые для измерения этих электрических параметров, сильно изменились. То, что когда-то было механическим, теперь стало электронным; то, что когда-то было аналоговым, теперь стало цифровым.

Джек Смит, старший редактор журнала Plant Engineering Magazine

15 января 2002 г.

Измерение электрической мощности не сильно изменилось за эти годы. Вольт остается вольтом, а ватт остается ваттом. Однако приборы, используемые для измерения этих электрических параметров, сильно изменились. То, что когда-то было механическим, теперь стало электронным; то, что когда-то было аналоговым, теперь стало цифровым.

Типы измерения мощности

Следующий список представляет собой выборку измерений, применимых к промышленным установкам.

• Полная квач — квадратный корень из суммы квадратов активной и реактивной мощностей за час. Как правило, это не относится к несинусоидальным величинам.

• Ток — мера электрического тока, протекающего через электрический проводник, измеряемая в амперах.

• Demand — активная, реальная или истинная мощность. Мощность, которая фактически потребляется нагрузкой. При этом измерении учитывается коэффициент мощности.

• Частота — количество полных циклов переменного напряжения или тока, происходящих в течение одной секунды, измеряемое в Гц.

• Гармоники — напряжения или токи с частотами, кратными основной частоте сети. Они распространены и иногда опасны при нелинейных нагрузках.

• кв — межфазное напряжение цепи. Если требуется измерение напряжения фаза-земля, это следует отметить.

• кВАр — практическая единица реактивной мощности, равная произведению среднеквадратичного (действующего) напряжения в кВ, действующего значения тока в амперах и синуса угла между ними. КВАр — это реактивная мощность, или мощность, которая фактически «заимствуется» у нагрузки и возвращается к источнику энергии в каждом цикле.

• кВт — мгновенная потребляемая мощность.

• кВтч —1 кВт в течение 1 часа.

• Разность фаз — разность фаз между двумя синусоидальными функциями, такими как напряжение или ток, имеющими одинаковые периоды. Временная зависимость между током и напряжением в цепях переменного тока.

• Phasor kvah — Комплексное число, связанное с синусоидально изменяющимися электрическими величинами, так что абсолютное значение комплексного числа соответствует либо пиковой амплитуде, либо среднеквадратичному значению величины (квач в данном случае), а фаза — фазе. угол в нулевое время.

• Коэффициент мощности — отношение активной мощности (в Вт) к полной мощности (в ВА). Выражается в десятичной форме, например, 0,97.

• Реактивное сопротивление — сопротивление протеканию тока в цепи переменного тока, введенное через индуктивность или емкость.

• Квадергия — интеграл реактивной мощности по времени. Подается электрической цепью в течение интервала времени, когда напряжения и токи являются периодическими, произведением реактивной мощности на интервал времени, при условии, что интервал времени достаточно велик по сравнению со временем одного периода.

• Напряжение — наибольшая среднеквадратичная (эффективная) электрическая разность потенциалов между любыми двумя проводниками цепи. Некоторые системы, такие как 3-фазные 4-проводные, однофазные 3-проводные и 3-проводные системы постоянного тока, могут иметь различные цепи с различными напряжениями.

• Разброс напряжения — разница между максимальным и минимальным напряжением.

• Вольтампер — единица полной мощности в Международной системе единиц (СИ). Полная мощность в точках ввода однофазной двухпроводной системы, когда произведение действующего значения тока в амперах на среднеквадратичное напряжение равно единице.

• Ватт — мощность, необходимая для выполнения работы со скоростью один джоуль в секунду. W=EI, где W=ватты, E=вольты и I=амперы.

• Ватт-час — мощность, необходимая для выполнения работы со скоростью один джоуль в секунду в течение одного часа.

• Индукционный ваттметр

  Рисунок 1. В жилых или промышленных помещениях основным устройством для измерения мощности является ваттметр. Напряжение и ток преобразуются в пропорциональные магнитные потоки. Магнитный поток фокусируется на диске узла ротора и взаимодействует с ним. Временные и пространственные отношения, а также величина потока определяют воздействие вращающего момента на диск. Постоянный магнит, служащий эталоном энергии, управляет скоростью вращения диска. Это гарантирует, что вращение пропорционально ваттам. Червячная передача, находящаяся в зацеплении с дисковым валом, приводит в действие механический счетчик, который отображает накопленную энергию в кВтч. Узел затвора преобразует вращение диска в импульсы, подаваемые на электронный регистр.

  Рис. 2. Ротор представляет собой алюминиевый диск с валом, червячной передачей, опорными поверхностями, противоугонными отверстиями и установочной меткой. Это часть ваттметра, которая напрямую приводится в действие электромагнитной силой.

  Рис. 3. Статор состоит из катушки потенциала и катушки тока. Потенциальная катушка подключается линейно к электрической сети. Он создает горизонтальное поле потока, пропорциональное приложенному напряжению. Катушка тока соединена последовательно с одной силовой ветвью. Он создает поле вертикального потока, пропорциональное току, протекающему через нагрузку. Статор может включать более одной токовой цепи. Комбинированная магнитная цепь устроена таким образом, что совместное воздействие при подаче питания заключается в приложении вращающего момента к ротору.

  Рис. 4. Двигатель представляет собой комбинированный ротор и статор. Когда диск подвешен магнитно, он индуцирует вихревые токи, которые взаимодействуют с полями потока в статоре, создавая крутящий момент на диске, пропорциональный истинной мощности. Скорость вращения диска пропорциональна истинной мощности.

  Рис. 5. На приведенной выше блок-схеме счетчика электроэнергии показано, как его компоненты работают вместе для регистрации потребленной электроэнергии.

  Цифровой измеритель мощности

  Рис. 6. Киловатт-часы — это только один параметр, который может измерять цифровой измеритель мощности. Он подключается к линии, измеряет мгновенные значения напряжения и тока, а затем производит другие измерения, вычисляя эти данные. Некоторые из рассчитанных величин:

  • Энергия (кВтч)

  • Квадергия (кварх)

  • Фазор кВАч

  • Полная мощность кВАч

  • Значения потребности

  • Текущий фазовый угол для каждой фазы

  • Коэффициент мощности искажения для каждого элемента

  • Искажение Vah для всех фаз

  • I2h, основная гармоника и гармоники для каждой фазы

  • I2nh, (расчетный ток нейтрали в квадрате часов)

  • V2h, основная гармоника и гармоники для каждой фазы

  • ВАч для всех фаз

  • Варх

  • Напряжение фаза-нейтраль, основное напряжение для всех фаз

  • Фазовый угол напряжения

  • Ватт-часы все фазы

  • Ватт-часы, основные для каждой фазы

  • Ватт-часы, основная частота и гармоники для каждой фазы.

  • Некоторые цифровые счетчики электроэнергии могут передавать свои измерения и расчеты. Это делается через последовательные порты, соединения Ethernet и/или встроенные веб-браузеры с соответствующим программным обеспечением.

    Рис. 7. Работу типичного цифрового счетчика электроэнергии можно пояснить с помощью блок-схемы. Обычно цифровой измеритель мощности состоит из датчиков напряжения и тока, тактовых генераторов и эталонных цепей напряжения, преобразователя тока в напряжение, аналого-цифровых преобразователей напряжения и тока, цифровых умножителей, накопителя и выходных регистров. которые обрабатывают энергетические импульсы.

    Рис. 8. Аналоговые входы напряжения и тока опрашиваются одновременно. Образцы преобразуются в цифровые значения аналого-цифровым преобразователем. Цифровая схема обрабатывает данные для расчета желаемых величин.

    Журнал PLANT ENGINEERING выражает признательность General Electric Meter and Power Measurement, Inc.