Jak správně zapojit wattmetr do obvodu?

Jednou z nejdůležitějších vlastností elektrického obvodu je jeho výkon. Pomocí tohoto parametru se určí množství práce, kterou elektrický proud vykoná za určitou časovou jednotku. Všechna zařízení zařazená do obvodu musí mít výkon odpovídající výkonu konkrétní sítě. K měření výkonu elektrického proudu se používá wattmetr. Je potřeba především ve střídavých sítích, zjišťování výkonu zapnutých zařízení, dále pro testování sítí a jejich jednotlivých úseků, sledování a sledování provozního režimu elektrických zařízení a účtování spotřebované elektřiny.

Klasifikace wattmetrů

Před měřením výkonu wattmetrem se nejprve ve zkoumané oblasti změří proud a napětí. Aby bylo možné získat jasné souhrnné informace, měla by být tato data převedena pomocí wattmetrů, které mohou být analogové nebo digitální.

Dlouhou dobu byla většina měření prováděna analogovými zařízeními, která byla zase rozdělena do kategorií indikačních a záznamových. Zobrazují hodnotu činného výkonu na daném úseku obvodu. Za typického zástupce je považováno indikační zařízení s půlkruhovou stupnicí a otočnou šipkou. Stupnice je označena stupnicí odpovídající hodnotám rostoucího výkonu, který měří ve wattech.

Dalším typem, digitálním wattmetrem, jsou měřicí přístroje schopné měřit nejen činný, ale i jalový výkon. Všechna taková zařízení jsou vybavena displejem, který kromě napájení zobrazuje hodnoty proudu, napětí a spotřeby energie za určitou dobu. Nejpokročilejší zařízení jsou připojena a umožňují výstup přijatých dat do počítače umístěného vzdáleně od místa měření.

Přečtěte si také: Instalace spínače: instalační schéma, jak připojit vodiče

K čemu je wattmetr – účel, typy, zapojení, použití, parametry

Výkon elektrického proudu se měří speciálním přístrojem – wattmetrem. A pokud se ve stejnosměrném obvodu počítá pouhým vynásobením proudu napětím (stačí voltmetr a ampérmetr), pak se ve střídavé síti bez měřicího zařízení neobejde. Řídí také provozní režim elektrických zařízení a zohledňují spotřebu energie.

Aplikace wattmetrů

Hlavní oblastí použití je elektroenergetika a strojírenství, opravny elektrospotřebičů. Hojně se však používají i měřiče pro domácnost, které si pořizují milovníci elektroniky, počítačů i obyčejní lidé – pro zúčtování a úsporu spotřeby energie.

Wattmetry se používají pro:

Typy wattmetrů

Měření výkonu předchází měření proudu a napětí zkušebního úseku obvodu.

Podle způsobů měření, převodu dat a zobrazení finálních informací se wattmetry dělí na analogové a digitální.

Analogové wattmetry buď indikují nebo zaznamenávají a odrážejí činný výkon části obvodu. Displej indikačního zařízení má půlkruhovou stupnici a otočnou šipku. Dílky stupnice jsou odstupňovány podle konkrétních hodnot výkonu, měřených ve wattech (W).

Digitální wattmetry měří činný i jalový výkon. Kromě toho může displej zařízení zobrazovat (kromě údajů o výkonu) také proud, napětí a spotřebu energie v průběhu času. Naměřená data lze zobrazit vzdáleně na počítači operátora.

Video o wattmetru z Číny:

Analogové wattmetry

Nejběžnější a nejpřesnější analogové wattmetry jsou zařízení elektrodynamického systému.

Princip činnosti je založen na interakci dvou cívek. Jeden z nich je stacionární, má silné vinutí s malým počtem závitů a nízkým odporem. Zapojeno do série se zátěží. Druhá cívka je pohyblivá.

Jeho vinutí je vyrobeno z tenkého drátu a má velký počet závitů, takže jeho odolnost je vysoká.

Při připojení zařízení k síti se v cívkách tvoří magnetická pole. Jejich interakce vytváří točivý moment, který vychyluje pohybující se cívku se šipkou k ní připojenou pod určitým úhlem.

Velikost úhlu je ekvivalentní součinu proudu a napětí v daném čase.

Digitální wattmetry

Činnost digitálního wattmetru je založena na předběžném měření proudu a napětí. K tomu jsou na vstupu instalovány následující: v sérii se zátěží – proudový senzor, paralelně – napěťový senzor. Mohou být založeny na termistorech, přístrojových transformátorech, termočláncích a dalších prvcích.

Okamžité hodnoty získaných hodnot proudu a napětí jsou přenášeny přes analogově-digitální převodník do vestavěného mikroprocesoru. Zde se provedou potřebné výpočty (zjistí se činný a jalový výkon) a zobrazí se jako konečná informace na displeji a připojených externích zařízeních.

Čtěte také: Klasifikace magnetických startérů

Obrázek – Schéma zapojení wattmetru

Připojení wattmetru

Wattmetry mají čtyři svorky (2 vstupy, 2 výstupy) pro připojení. Dva z nich se používají při sestavování sériového (proudového) obvodu – je připojen jako první a dva – pro paralelní (napěťový obvod).

Začátek napěťového obvodu (vstup) je spojen se začátkem proudového obvodu (svorky propojte propojkou), připojený k jedné svorce sítě. Konec napěťového obvodu (výstup) je připojen k jiné svorce sítě.

Podívejme se na několik wattmetrů různých konstrukcí a různých výrobců:

Multifunkční digitální wattmetr CM3010 třída přesnosti 0,1

Navrženo pro měření činného výkonu, proudu, napětí a frekvence ve stejnosměrných obvodech a jednofázových střídavých obvodech; pro testování wattmetrů, ampérmetrů, voltmetrů třídy 0,3 a nižší, měřičů frekvence třídy 0,01 a nižší.

Aktuální limity měření Iп:

na stejnosměrný a střídavý proud: 0,002-0,005-0,01-0,02-0,05-0,1-0,2-0,5-1-2-5-10 A.

Meze měření napětí Nahoru:

Jak funguje digitální wattmetr?

Základním principem činnosti digitálního wattmetru je předběžné měření proudu a napětí ve zkušební části obvodu. Snímač proudu je zapojen do série ke spotřebiči zátěže a snímač napětí je připojen paralelně. Hlavním konstrukčním prvkem snímače je termistor, termočlánek nebo měřicí transformátor.

Na stejném principu funguje i domácí wattmetr, hojně používaný doma. Pro zahájení procesu měření stačí takové zařízení zapojit do elektrické zásuvky.

Základem zařízení je mikroprocesor, který přijímá naměřené parametry proudu a napětí, načež je vypočítán výkon. Získané výsledky se zobrazí na obrazovce a současně se přenesou na externí zařízení. Samotný mikroprocesor obsahuje prvky včetně mikrokontrolérů, které umožňují automaticky řídit provozní režimy a na dálku přepínat meze měření. S jejich pomocí jsou indikovány symboly měřených veličin.

Při práci s měniči úrovně vysokého a středního výkonu zkalibrujte digitální zařízení pomocí kalibrátoru stejnosměrného výkonu. Vlastní kalibrace wattmetru se provádí střídavým kalibrátorem výkonu. Všechny komponenty a prvky jsou napájeny přes stejnosměrný napájecí zdroj zabudovaný uvnitř měřicího zařízení.

Obvod – zapínání – wattmetr

Výchylky jehel wattmetru jsou úměrné kosinusům úhlů a a p, které se nerovnají úhlu f, který vyplývá ze schématu zapojení wattmetrů. Ve skutečnosti je proudová cívka prvního wattmetru připojena k vodiči fáze A a prochází jím proud / d a napěťová cívka je připojena k napětí UAB. Totéž platí pro druhý wattmetr.

Schéma připojení dvouprvkového diferenciálního indukčního jalového elektroměru k třífázovému a třívodičovému obvodu (a a odpovídající vektorové schéma (b.

V tomto případě se množství jalové energie vypočítá z odečtů elektroměrů pomocí vzorců uvedených pro výpočet jalového výkonu a odpovídajících obvodů pro připojení wattmetrů.

Ručička prvního wattmetru by se měla vychylovat v opačném směru – ne po stupnici Pro měření výkonu daného první cívkou je nutné změnit zapojení obvodu wattmetru Wj. Zapojení napěťového obvodu můžete změnit například připojením svorky s hvězdičkou ke spodnímu vodiči a svorky bez hvězdičky k hornímu vodiči, jak je znázorněno na obr. 6 – 17, b Poté změří výkon daný cívkou.

Čtěte také: STANOVENÍ PROUDU TRANSFORMÁTORU naprázdno

Nejjednodušším a nejpřesnějším způsobem měření fázového úhlu mezi proudem a napětím v jednofázovém proudu je měření pomocí fázového měřiče, jehož zapojení je dosti podobné připojovacímu obvodu wattmetru (obr. jednofázové fázové měřiče jsou velmi rozmanité.

Vzhledem k tomu, že elektroměr se svou konstrukcí liší od wattmetru pouze v mechanickém obvodu a točivý moment v obou zařízeních musí být úměrný výkonu, obvod připojení elektroměru se neliší od obvodu připojení wattmetru.

Jak je vidět z diagramu, sériová vinutí wattmetrů jsou připojena k lineárním proudům a paralelní vinutí jsou připojena k lineárním napětím. Schéma zapojení pro wattmetry zůstává při připojení zátěže trojúhelníkem stejné.

Jednodušeji řečeno, výkon ve stejnosměrných obvodech se měří pomocí elektrodynamického wattmetru. Schéma zapojení wattmetru do obvodu je na Obr. 6.3. Jak vyplývá z § 3.3, mechanismus elektrodynamického ukazovátka má dvě vinutí. Hodnota wattmetru (kladná nebo záporná) závisí na směru proudu ve vinutí cívky. Svorky označené tímto symbolem se nazývají svorky generátoru nebo svorky generátoru.

Schéma zapojení pro připojení dvou wattmetrů pro měření činného výkonu.| Měření činného výkonu metodou tří wattmetrů.

Třípřístrojová metoda se používá k měření činného výkonu v třífázovém čtyřvodičovém obvodu. Schéma zapojení wattmetrů je na Obr. 5.14. Pomocí stejného schématu jsou zapnuty tříprvkové třífázové wattmetry.

Schéma zapojení dvou wattmetrů do třífázového obvodu je na Obr. 7.20. V tomto případě jsou fáze zátěže zapojeny do hvězdy. Připojovací obvod pro wattmetry zůstává stejný, když je zátěž zapojena do trojúhelníku. V obou případech protékají sériovým vinutím wattmetru lineární proudy a paralelní vinutí jsou připojena k lineárním napětím. Volná fáze může být kterákoli ze tří.

Ostatní konce napěťových cívek jsou připojeny k fázi, ve které nejsou zahrnuty proudové cívky. S tímto schématem pro připojení wattmetru se výkon spotřebovaný instalací bude rovnat algebraickému součtu odečtů dvou wattmetrů.

Použití tří wattmetrů k měření jalového výkonu v třífázovém čtyřvodičovém obvodu, o – schéma zapojení. b – vektorový diagram.

Na Obr. 12 14, a ukazuje (plné čáry) zahrnutí tří wattmetrů PW1 – PW3 pro měření jalového výkonu v třífázovém čtyřvodičovém obvodu. Pro usnadnění analýzy obvodu pro připojení wattmetrů pro měření jalového výkonu je na stejném obrázku znázorněno zapojení tří wattmetrů (přerušované čáry) pro měření činného výkonu.

Pokud je zatěžovací proud větší než přípustný proud wattmetru, sepne se proudová cívka wattmetru přes měřicí transformátor proudu (obr. 1, a).

Rýže. 1. Schémata připojení wattmetru do obvodu střídavého proudu s vysokým proudem (a) a do sítě vysokého napětí (b).

Při výběru proudového transformátoru je nutné dbát na to, aby jmenovitý primární proud transformátoru I_1i byl stejný nebo větší než naměřený proud v síti.

Například, pokud hodnota proudu v zátěži dosáhne 20 A, můžete si vzít proudový transformátor navržený pro primární jmenovitý proud 20 A s transformačním poměrem jmenovitého proudu Kn1 = I_1i/ I_2i = 20 / 5 = 4.

Je-li napětí v měřicím obvodu menší, než dovoluje wattmetr, je napěťová cívka připojena přímo k napětí zátěže. Začátek napěťové cívky se spojí se začátkem proudové cívky pomocí propojky /. Dále je nutné osadit jumper 2 (začátek cívky je zapojen do sítě). Konec napěťové cívky je připojen k jinému terminálu sítě.

Pro zjištění skutečného výkonu v měřeném obvodu je nutné vynásobit odečet wattmetru jmenovitým transformačním poměrem proudového transformátoru: P = Pw x Kn₁ = Pw x 4

Pokud proud v síti může překročit 20 A, měli byste zvolit proudový transformátor s primárním jmenovitým proudem 50 A, zatímco Kn₁ = 50 / 5 = 10.

V tomto případě je pro určení hodnoty výkonu nutné vynásobit hodnoty wattmetru 10.

Z výrazu pro stejnosměrný výkon P = IU je vidět, že jej lze měřit pomocí ampérmetru a voltmetru nepřímou metodou. V tomto případě je však nutné provádět současné odečty ze dvou přístrojů a výpočty, které měření komplikují a snižují jeho přesnost.

Pro měření výkonu v obvodech stejnosměrného a jednofázového střídavého proudu se používají přístroje zvané wattmetry, pro které se používají elektrodynamické a ferodynamické měřicí mechanismy.

Elektrodynamické wattmetry jsou vyráběny ve formě přenosných zařízení vysokých tříd přesnosti (0,1 – 0,5) a slouží k přesnému měření výkonu stejnosměrného a střídavého proudu na průmyslových a vysokých frekvencích (do 5000 Hz). Ferodynamické wattmetry se nejčastěji vyskytují ve formě panelových zařízení s relativně nízkou třídou přesnosti (1,5 – 2,5).

Takové wattmetry se používají hlavně na střídavý proud na průmyslové frekvenci. Při stejnosměrném proudu mají značnou chybu v důsledku hystereze jader.

Pro měření výkonu na vysokých frekvencích se používají termoelektrické a elektronické wattmetry, což je magnetoelektrický měřicí mechanismus vybavený převodníkem činného výkonu na stejnosměrný proud. Výkonový měnič provede operaci násobení ui = p a získá výstupní signál, který závisí na součinu ui, tj. na výkonu.

Na Obr. 2 a ukazuje možnost použití elektrodynamického měřícího mechanismu pro stavbu wattmetru a měření výkonu.

Rýže. 2. Schéma zapojení elektroměru (a) a vektorové schéma (b)

Pevná cívka 1, zapojená do série se zátěžovým obvodem, se nazývá sériový wattmetrový obvod, pohyblivá cívka 2 (s přídavným rezistorem), zapojená paralelně k zátěži, se nazývá paralelní obvod.

Pro DC wattmetr:

Uvažujme provoz elektrodynamického wattmetru na střídavý proud. Vektorový diagram Obr. 2, b je stavěn pro indukční charakter zátěže. Proudový vektor Iu paralelního obvodu zaostává za vektorem U o úhel γ v důsledku určité indukčnosti pohyblivé cívky.

Z tohoto výrazu vyplývá, že wattmetr správně měří výkon pouze ve dvou případech: když γ = 0 a γ = φ.

Podmínku γ = 0 lze dosáhnout vytvořením napěťové rezonance v paralelním obvodu, např. zapnutím kondenzátoru C příslušné kapacity, jak je znázorněno čárkovanou čarou na Obr. 1, a. K napěťové rezonanci však dojde pouze při určité frekvenci. Při změně frekvence je porušena podmínka γ = 0. Když γ není rovno 0, wattmetr měří výkon s chybou βy, která se nazývá úhlová chyba.

Při malé hodnotě úhlu γ (γ není obvykle větší než 40 – 50′) je relativní chyba

Při úhlech φ blízkých 90° může úhlová chyba dosahovat velkých hodnot.

Druhou, specifickou chybou wattmetrů je chyba způsobená příkonem jeho cívek.

Při měření výkonu spotřebovaného zátěží jsou možná dvě schémata připojení wattmetru, lišící se zařazením jeho paralelního obvodu (obr. 3).

Rýže. 3. Obvody pro připojení paralelního vinutí wattmetru

Pokud nebudeme brát v úvahu fázové posuny mezi proudy a napětími v cívkách a budeme zátěž H považovat za čistě aktivní, budou chyby β(a) a β(b), způsobené příkonem cívek wattmetru, pro obvody na obr. 3, a a b:

kde Pi a Pi jsou v tomto pořadí výkon spotřebovaný sériovým a paralelním obvodem wattmetru.

Ze vzorců pro β(a) a β(b) je zřejmé, že chyby mohou mít znatelné hodnoty pouze při měření výkonu v obvodech s nízkým výkonem, to znamená, když jsou Pi a Pi úměrné Рн.

Pokud změníte znaménko pouze jednoho z proudů, změní se směr výchylky pohyblivé části wattmetru.

Wattmetr má dva páry svorek (sériový a paralelní obvod) a v závislosti na jejich zařazení do obvodu může být směr vychýlení ukazatele různý. Pro správné zapnutí wattmetru je jeden z každého páru svorek označen „*“ (hvězdička) a nazývá se „svorka generátoru“.

1. Jakou energii měří wattmetr v elektrodynamickém systému?

2. Ovlivňuje velikost zátěže spínací obvod wattmetru?

3. Jak rozšiřují meze měření wattmetru na střídavý proud?

4. Jak určit výkon ve stejnosměrném obvodu z výsledků měření proudu a napětí?

5. Jak správně zapnout jednofázový proudový wattmetr při měření výkonu v řízeném obvodu?

6. Jak změřit celkový výkon jednofázového proudu pomocí ampérmetru a voltmetru?

7. Jak určit jalový výkon obvodu?

Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli: