Jak funguje wattmetr?

Každý spotřebič napájený z elektrické sítě spotřebovává určitou energii. Výkon charakterizuje v tomto případě rychlost, jakou elektrická síť vykonává práci nezbytnou pro provoz konkrétního zařízení nebo obvodu, který je z této sítě napájen. Síť samozřejmě musí být schopna zajistit tento výkon bez přetížení, jinak může dojít k nehodě.

Pro měření spotřeby energie v obvodech střídavého proudu se používají speciální zařízení – wattmetry. Wattmetry ukazují aktuální spotřebu energie a některé z nich dokonce dokážou vypočítat množství energie v kilowatthodinách spotřebované za určitou dobu, když spotřebitel pracoval. V tomto článku se podíváme na několik hlavních typů wattmetrů.

Wattmetry se používají v různých oblastech průmyslu a každodenního života, zejména v elektroenergetice a strojírenství. Kromě toho jsou wattmetry často užitečné v každodenním životě.

Používají se k určení výkonu různých domácích spotřebičů, k výpočtu přibližných nákladů na elektřinu za měsíc, k diagnostice zařízení, k testování sítí a jednoduše jako vizuální indikátory. Existují panelové wattmetry, wattmetry ve formě síťových adaptérů, digitální a analogové wattmetry.

Princip činnosti těchto zařízení je obecně jednoduchý: měří se napájecí napětí a spotřeba proudu a výkon se určuje jako součin těchto hodnot s přihlédnutím k účiníku zkoumaného obvodu. Účiník je určen fázovým rozdílem mezi proudem a napětím. Digitální wattmetry zobrazují hodnoty na displeji nebo je digitálně zaznamenávají, zatímco analogové wattmetry zobrazují hodnoty pomocí šipky na stupnici.

Elektrodynamické měřicí přístroje

Zařízení založená na principu interakce dvou magnetických polí vytvářených proudy tekoucími ve dvou různých cívkách v konstrukci a principu činnosti se nazývají elektrodynamická.

Jedna z těchto cívek je pevně fixována a druhá, umístěná uvnitř první, se může otáčet kolem své osy a je držena v určité výchozí poloze spirálovými pružinami. Podle výchylky pohybující se cívky lze přímo posoudit sílu proudu procházejícího cívkami.

V závislosti na údajích zařízení a způsobu jeho zapnutí lze tímto zařízením měřit buď proud v obvodu (ampérmetr), nebo napětí na svorkách obvodu (voltmetr), nebo spotřebovanou energii v obvod (wattmetr).

Protože se směr elektrického proudu protékajícího oběma cívkami elektrodynamického měřicího zařízení mění současně, zůstává směr interakční síly mezi cívkami při změně směru proudu dodávaného do zařízení nezměněn. Proto jsou takové měřicí přístroje vhodné pro měření střídavého i stejnosměrného proudu.

Analogové wattmetry

Mezi analogová zařízení patří wattmetry elektrodynamického systému. Jejich práce je založena na interakci dvojice cívek, z nichž první je stacionární a druhá je pohyblivá, to znamená, že se může vychýlit do strany. Pevná cívka je spojena s proudem a pohyblivá cívka je spojena s napětím.

Pevná cívka má malý počet závitů a je zapojena sériově do obvodu měření výkonu, zatímco pohyblivá cívka má výrazně větší počet závitů a je připojena přes rezistor paralelně k testovanému zařízení.

Čím více proudu prochází stacionární cívkou, tím více její magnetické pole vychyluje pohybující se cívku spojenou se šipkou. Stupnice přístroje je odstupňována ve wattech. Jak jste již pochopili, zde se automaticky bere v úvahu proud, napětí a účiník obvodu.

Schéma zapojení wattmetru:

Schéma zapojení pro wattmetr z krytu zařízení D5065:

Výkon třífázového systému lze měřit pomocí tří wattmetrů připojených ke každé fázi. Problém však lze vyřešit jednodušším způsobem.

Při rovnoměrném zatížení bylo možné provádět měření pomocí jediného wattmetru. Pro nerovnoměrnou zátěž a třívodičový systém použijte dva wattmetry (nebo jeden speciálně navržený wattmetr, tzv. dvoučlánkový). Pro nerovnoměrnou zátěž a čtyřvodičový systém použijte tři wattmetry nebo jeden tříprvkový.

Někdy se k měření jalového výkonu používají sinusové wattmetry, u kterých je odchylka pohyblivé části úměrná nikoli kosinusu, ale sinusu fázového úhlu mezi proudem a napětím.

Provedení wattmetrů pro měření jalového výkonu je stejné jako pro činný výkon. Jediný rozdíl je v tom, že u sinusových wattmetrů je uměle vytvořen fázový posun o 90° mezi napětím a proudem v paralelním obvodu. Sinusové wattmetry nebo někdy nazývané varmetry se zapínají pomocí stejných měřicích obvodů jako wattmetry pro měření činného výkonu.

Při nerovnoměrném zatížení ve čtyřvodičovém vedení jsou sériová vinutí tří wattmetrů připojena k lineárním vodičům a paralelní obvody jsou připojeny k lineárním vodičům a nulovému vodiči. Výkon třífázového obvodu se určuje jako součet odečtů wattmetru. Je možné použít jeden tříprvkový wattmetr.

Digitální wattmetry

Digitální wattmetr funguje úplně jinak. Proud se měří nepřímo pomocí Ohmova zákona odhadem poklesu napětí na kalibrovaném bočníku a napětí se měří pomocí obvodu digitálního voltmetru. Snímač proudu nemusí být nutně bočník, ale také proudový transformátor.

Okamžité proudové a napěťové parametry naměřené obvodem jsou zpracovávány mikroprocesorem, který na základě těchto údajů vypočítává spotřebu elektrické energie a také množství celkové elektrické energie, kterou spotřebitel za dobu měření spotřeboval. Výsledek se zobrazí na digitálním displeji přístroje.

Analogová zařízení lze často nalézt ve formě panelů, modulárních produktů a digitální zařízení lze nalézt ve formě profesionálních zařízení a přenosných zařízení.

Domácí wattmetr

Velmi častým příkladem jednoduchého digitálního wattmetru je domácí wattmetr v podobě síťového adaptéru – adaptéru. Je určen ke sledování spotřeby energie a také k rychlému odhadu nákladů na elektřinu v domácnosti. Wattmetr se zasune do zásuvky, ze které je obvykle napájeno zařízení, jehož spotřebu je potřeba zjistit. Poté se zástrčka samotného zařízení zapojí do zásuvky wattmetru.

Stisknutím odpovídajícího tlačítka začne wattmetr počítat čas a zaznamenávat množství elektřiny spotřebované od tohoto okamžiku, tedy energii, která byla vydána jeho zásuvkou. Náklady na elektřinu se také počítají, pokud je přednastavena cena za kilowatthodinu. Zatímco zařízení běží a wattmetr měří výkon, cena na displeji se pravidelně aktualizuje. Wattmetry tohoto typu jsou schopny měřit výkony až 3600 W.

Jakmile zařízení zasunete do zásuvky a zapojíte, displej začne okamžitě odpočítávat čas a v reálném čase zobrazuje spotřebu energie. Pomocí tlačítek můžete přepínat zobrazovaný parametr z výkonu na proud, na napětí, zobrazit špičkový výkon, minimální výkon atd.

Navíc na displeji vidíte frekvenci střídavého proudu v zásuvce. Nastavením ceny za kilowatthodinu elektřiny pomocí domácího wattmetru můžete odhadnout náklady na elektřinu spotřebovanou lednicí, počítačem, ventilátorem, klimatizací, topením, ohřívačem vody atd.

Profesionální wattmetry

Profesionální wattmetry se vyznačují rozšířenou funkčností a vyšší třídou přesnosti. Tyto přístroje umožňují otestovat jednodušší měřicí přístroje a samy jsou schopny měřit výkon v mnohem širším rozsahu proudů, napětí a frekvencí než domácí.

Profesionální wattmetr je dražší, jako každý stacionární přístroj této třídy, už jen kvůli zvýšeným požadavkům na přesnost a kvalitu měření. Profesionální wattmetry často nejsou kritické pro tvar proudu, dokážou měřit střídavé a stejnosměrné, sinusové, obdélníkové, pulzující a pilové proudy a přitom vypočítat spotřebu energie s uvedením účiníku a charakteru zátěže (jalové, indukční, kapacitní); , smíšené). K dispozici pro jednofázové i třífázové obvody.

Analogový wattmetr jako součást profesionální laboratorní měřicí sady K540:

Panelové wattmetry

Pro měření a indikaci činného a jalového výkonu v třífázových nebo jednofázových sítích na střídavý proud jsou užitečné panelové vestavěné wattmetry. Indikátor zobrazuje aktuální hodnotu výkonu ve formě čísel na svém displeji, který může mít obvykle až čtyři číslice, aby byla zajištěna dostatečně vysoká přesnost. Zařízení vypadá jako druh měřicí hlavy namontované v pouzdře.

Obvyklým využitím wattmetrů tohoto typu jsou indikační panely různých elektrických zařízení pracujících v sítích s frekvencí 50 Hz, tedy těch, kde je wattmetr instalován napevno a nelze jej již sejmout. Je možné propojit wattmetr s elektronickými obvody, které upravují činnost obvodu, ve kterém je instalován, v závislosti na dynamice spotřeby činného nebo jalového výkonu.

• Zemnící vodič – průřez, značení, barva, zapojení, požadavky na zemnící vodiče
• Napětí, odpor, proud a výkon – základní elektrické veličiny
• DC napájecí zdroje

Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie v každodenním životě i v práci » Pomoci začínajícím elektrikářům

Přihlaste se k odběru našeho kanálu na Telegram: World of Electricity

Zde můžete zanechat komentář, položit otázku a jen chatovat:
Chat na elektrická témata

Sdílejte tento článek se svými přáteli:

Každý spotřebitel napájený sítí spotřebuje určité množství elektřiny. Výkon je rychlost, kterou může elektrická síť vykonat práci potřebnou k provozu spotřebiče nebo obvodu napájeného ze sítě. Elektrická síť musí být samozřejmě schopna dodávat tento výkon bez přetížení, jinak selže.

K měření výkonu spotřebovaného střídavým obvodem se používá speciální zařízení zvané wattmetr. Wattmetry ukazují aktuální spotřebu energie a některé jsou dokonce schopny vypočítat kilowatthodiny energie spotřebované spotřebitelem během provozu. V tomto článku se podíváme na několik hlavních typů wattmetrů.

Wattmetry se používají v celé řadě průmyslových i domácích aplikací, zejména v energetice a strojírenství. Wattmetry jsou také často užitečné v každodenním životě.

Používají se k určení výkonu různých spotřebičů, k výpočtu odhadovaných měsíčních účtů za elektřinu, k diagnostice spotřebičů, k testování sítí a jednoduše jako vizuální indikátory. Existují panelové wattmetry, wattmetry napájecích adaptérů, digitální a analogové wattmetry.

Obecně je princip činnosti těchto zařízení jednoduchý: měří se napájecí napětí a spotřeba proudu a výkon se určuje jako součin těchto veličin s přihlédnutím k účiníku příslušného obvodu. Účiník je určen fázovým rozdílem mezi proudem a napětím. Digitální wattmetry ukazují naměřenou hodnotu na displeji nebo ji digitálně zaznamenávají, zatímco analogové wattmetry ji zobrazují pomocí jehly na váze.

Elektrické měřicí přístroje

Zařízení založená na principu interakce dvou magnetických polí vytvářených proudy tekoucími ve dvou různých cívkách jsou známá jako elektrodynamická zařízení.

Jedna z cívek je stacionární a druhá cívka, umístěná uvnitř první, se může otáčet kolem své osy a je držena v určité výchozí poloze pomocí spirálové pružiny. Z výchylky pohybující se cívky lze přímo určit proud protékající cívkou.

V závislosti na přístroji a způsobu jeho otevření může být použit k měření proudu v obvodu (ampérmetr), napětí na konci obvodu (voltmetr) nebo energie spotřebované v obvodu (wattmetr).

Protože se směr proudu procházejícího dvěma cívkami elektroměru mění současně, zůstává směr interakční síly mezi cívkami konstantní, když se mění směr proudu dodávaného do elektroměru. Proto je tento měřič vhodný pro měření střídavého i stejnosměrného proudu.

Analogová zařízení zahrnují wattmetry pro elektrické systémy. Jejich práce je založena na interakci dvojice cívek, kdy první cívka je stacionární a druhá pohyblivá, tzn. se může odklonit na jednu stranu. Pevná cívka je spojena s proudem a pohyblivá cívka je spojena s napětím.

Pevná cívka má méně závitů a je zapojena do série s obvodem měření výkonu, zatímco pohyblivá cívka má mnohem vyšší počet závitů a je připojena paralelně k testovanému zařízení přes odpor.

Čím větší proud protéká stacionární cívkou, tím větší je odchylka jejího magnetického pole vzhledem k pohybující se cívce spojené se šipkou. Měřítko je ve wattech. Jak jste již pochopili, proud, napětí a účiník se berou v úvahu automaticky.

Schéma zapojení wattmetru.

Schéma zapojení pro wattmetr z krytu přístroje D5065.

Výkon třífázového systému lze měřit pomocí tří wattmetrů připojených ke každé fázi. Tento problém lze však vyřešit jednodušším způsobem.

Při rovnoměrném zatížení lze měření provádět pomocí jediného wattmetru. Pro nerovnoměrné zatížení a třívodičové systémy lze použít dva wattmetry (nebo speciálně navržený wattmetr, tzv. dvouprvkový wattmetr). Pro nestejné zatížení a čtyřvodičové systémy jsou zapotřebí tři wattmetry nebo tříprvkový wattmetr.

Někdy se k měření jalového výkonu používají sinusové ampérmetry, u kterých je výchylka pohyblivé části úměrná sinusovému fázovému úhlu mezi proudem a napětím, nikoli kosinusu.

Konstrukce wattmetru pro měření jalového výkonu je stejná jako u wattmetru pro měření činného výkonu. Jediný rozdíl je v tom, že u sinusového ampérmetru je fázový posun 90° mezi napětím a proudem v paralelním obvodu umělý. Sinusové wattmetry nebo wattmetry, jak se jim někdy říká, používají stejný měřicí obvod jako wattmetry činného výkonu.

Čtěte k tématu: Elektrický sloup na místě

Pokud je zátěž ve čtyřvodičovém obvodu nerovnoměrná, jsou tři sériová vinutí wattmetru připojena k lince a paralelní obvod je připojen k lince a nulovému vodiči. Výkon třífázového obvodu se určuje jako součet odečtů wattmetru. Můžete použít tříčlánkový wattmetr.

Digitální wattmetr funguje úplně jinak. Podle Ohmova zákona se proud měří nepřímo odhadem úbytku napětí na kalibrovaném bočníku a napětí se měří v obvodu digitálního voltmetru. Proudovým snímačem může být proudový transformátor nebo bočník.

Okamžité hodnoty proudu a napětí naměřené obvodem jsou zpracovávány mikroprocesorem, který na základě těchto údajů vypočítává spotřebu elektřiny spotřebitele za dobu měření a celkovou spotřebu elektřiny. Výsledky se zobrazují na digitálním displeji.

Analogové přístroje se často nacházejí v modulárních panelových produktech, zatímco digitální přístroje se dodávají v profesionální a přenosné formě.

Elektroměry pro domácnost

Velmi častým příkladem jednoduchého digitálního wattmetru je domácí wattmetr ve formě napájecího adaptéru. Je navržen tak, aby monitoroval spotřebu elektřiny a rychle odhadoval náklady na elektřinu spotřebovanou v domácnosti. Wattmetr je připojen k zásuvce, která obvykle napájí spotřebovaný spotřebič. Poté se samotné zařízení zapojí do zásuvky wattmetru.

Po stisknutí příslušného tlačítka začne wattmetr počítat a zaznamenávat množství elektřiny spotřebované za tuto dobu, tzn. energie přenášená jeho zásuvkou. Dokáže také vypočítat náklady na elektřinu, pokud byla přednastavena cena za kilowatthodinu. Zatímco zařízení běží a wattmetr měří výkon, hodnota na displeji se pravidelně aktualizuje. Tento typ wattmetru je schopen měřit výkon až 3600 W.

Jakmile elektroměr připojíte, okamžitě začnete odpočítávat a ukazovat svou spotřebu energie v reálném čase. Displej lze přepínat z napájení, na proud, na napětí, na špičkový výkon, na minimální výkon atd.

Displej také zobrazuje frekvenci střídavého proudu na zásuvce. Stanovením nákladů na elektřinu za kilowatthodinu lze domácí elektroměr použít k odhadu nákladů na elektřinu spotřebovanou ledničkami, počítači, ventilátory, klimatizačními zařízeními, ohřívači, ohřívači vody atd.

Profesionální wattmetry mají větší funkčnost a přesnost. Umožňují testování jednodušších přístrojů a jsou schopny měřit výkon v širším rozsahu proudů, napětí a frekvencí než domácí přístroje.

Profesionální wattmetr je dražší než jakýkoli stacionární přístroj ve své třídě, už jen kvůli zvýšeným požadavkům na přesnost a kvalitu měření. Profesionální wattmetry zpravidla nejsou na aktuální průběh vybíravé; Mohou měřit AC a DC, sinusové, obdélníkové, pulzující a rampové proudy a vypočítat spotřebu energie na základě účiníku a typu zátěže (odporová, indukční, kapacitní, smíšená). Lze je použít pro jednofázové i třífázové obvody.

Analogový wattmetr součástí profesionální laboratorní testovací sady K540.

Panelové wattmetry jsou užitečné pro měření a zobrazování činného a jalového výkonu v třífázových nebo jednofázových AC sítích. Aktuální hodnota výkonu se zobrazuje jako jedna číslice na displeji, který může mít obvykle čtyři číslice, aby byla zajištěna přiměřeně vysoká úroveň přesnosti. Zařízení má měřicí hlavu nainstalovanou v pouzdře.

Tento typ wattmetru se obvykle používá na zobrazovacím panelu různých elektrických spotřebičů pracujících v síti 50 Hz, tzn. Wattmetr je instalován trvale a nelze jej odstranit. Wattmetr lze připojit k elektronickému obvodu a činnost obvodu, ve kterém je instalován, lze upravit v souladu s dynamikou činného nebo jalového výkonu.

Související příspěvky:

1. Základní pojmy z elektrotechniky: pojmy, definice
2. Proudové kleště: praktické použití
3. Jak vyrobit usměrňovač a jednoduchý napájecí zdroj
4. Co je elektrický proud?