В настоящее время необходимо измерять мощность и энергию постоянного тока, активную мощность и энергию переменного однофазного и трехфазного тока, реактивную мощность и энергию трехфазного переменного тока, мгновенное значение мощности, а также количество электричества в очень широких пределах.

Электрическая мощность определяется работой, совершаемой источником электромагнитного поля в единицу времени.

Активная (поглощаемая электрической цепью) мощность

P a =UIcos  > = I  2  R=U 2 /R, (1)

где U , I - действующие значения напряжения и тока;  - угол сдвига фаз.

Реактивная мощность

Р р = UIsin  = I 2 X . (2)

Полная мощность

P n = UI = PZ . Эти три типа мощности связаны выражением

P =(Р а 2 +Р 2 р ) (3)

Так, мощность измеряется в пределах 1 Вт... 10 ГВт (в цепях постоянного и однофазного переменного тока) с погрешностью ±(0,01...0,1) %, а при СВЧ - с погрешностью ±(1...5) %. Реактивная мощность от единиц вар до Мвар измеряется с погрешностью ±(0,1...0,5)%.

Диапазон измерения электрической энергии определяется диапазонами измерения номинальных токов (1 нА...1О кА) и на­пряжений (1 мкВ...1 MB), погрешность измерения составляет ±(0,1...2,5)%.

Измерение реактивной энергии представляет интерес только для промышленных трехфазных цепей.

Измерение мощности в цепях постоянного тока. При косвенном измерении мощности используют метод амперметра и вольтметра и компенсационный метод.

Метод амперметра и вольтметра. В этом случае приборы включаются по двум схемам (рис.1).

Метод прост, надежен, экономичен, но обладает рядом существенных недостатков: необходимостью снимать показания по двум

Рис. .1. Схемы измерения мощности по показаниям вольтметра и амперметра при малых (а) и больших (б) сопротивлениях нагрузки

приборам; необходимостью производить вычисления; невысокой точностью за счет суммирования погрешности приборов.

Мощность Р х , вычисленная по показаниям приборов (рис. 1а), имеет вид

Она больше действительного значения мощности, расходуемой в нагрузке Р н, на значение мощности потребления вольтметра Р v , т. е. Р н = Р х – Р v .

Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем больше входное сопротивление вольтметра и меньше сопротивление нагрузки.

Мощность Р х , вычисленная по показаниям приборов (рис 1., б), имеем вид

Она больше действительного значения мощности потребления нагрузки на значение мощности потребления амперметром Р А . Методическая погрешность тем меньше, чем меньше входное сопротивление амперметра и больше сопротивление нагрузки.

Компенсационный метод. Этот метод применяется тогда, когда требуется высокая точность измерения мощности. С помощью компенсатора поочередно измеряется ток нагрузки и падение напряжения на нагрузке. Измеряемая мощность определяется по формуле

P = U н I н . (4)

При прямом измерении активная мощность измеряется электромеханическими (электродинамической и ферродинамической систем), цифровыми и электронными ваттметрами.

Электродинамические ваттметры применяются как переносные приборы для точных измерений мощности (класс 0,1... 2,5) в цепях постоянного и переменного тока с частотой до нескольких тысяч герц.

Ферродинамические щитовые вольтметры применяются в цепях переменного тока промышленной частоты (класс 1,5…2,5).

В широком диапазоне частот применяются цифровые ваттметры, основу

составляют различные преобразователи мощности (например, термоэлектрические), УПТ, микропроцессор и ЦОУ. В цифровых ваттметрах осуществляется автоматический выбор пределов измерений, самокалибровка и предусмотрен внешний интерфейс.

Для измерения мощности в высокочастотных цепях также используются специальные и электронные ваттметры.

Для измерения реактивной мощности на низких частотах служат реактивные ваттметры (варметры), в которых путем использования специальных схем отклонение подвижной части электродинамического ИМ пропорционально реактивной мощности.

Включение электромеханических ваттметров непосредственно в электрическую цепь допустимо при токах нагрузки, не превышающих 10... 20 А, и напряжениях до 600 В. Измерение мощности при больших токах нагрузки и в цепях высокого напряжения производится ваттметром с измерительными трансформаторами тока ТА и напряжения TV (рис..2).

Измерение активной мощности в цепях трехфазного тока. Метод одного ваттметра. Этот метод применяется только в симметричной системе с равномерной нагрузкой фаз, одинаковыми углами сдвига по фазе между векторами I и U и с полной симметрией напряжений (рис..3).

Рис..3. Схемы включения ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь при полной симметрии присоединения нагрузки:

а - звездой; б - треугольником; в ~- с искусственной нулевой точкой

Рис.4. Схемы включения двух ваттметров в трехфазную цепь: а - в 1-ю и 3-ю; б - в 1-ю и 2-ю; в - в 2-ю и 3-ю

На рис. .3, а нагрузка соединена звездой и нулевая точка доступна. На рис.3, б нагрузка соединена треугольником, ваттметр включен в фазу. На рис. .3, в нагрузка соединена треугольником с искусственной нулевой точкой. Искусственная нулевая точка создается с помощью двух резисторов, каждый из которых равен сопротивлению цепи обмотки напряжения ваттметра (обычно указывается в техническом паспорте на ваттметр).

Показания ваттметра будут соответствовать мощности одной фазы, а мощность всей трехфазной сети во всех трех случаях включения прибора будет равна мощности одной фазы, умноженной на три:

Р = 3 P w

Метод двух ваттметров. Этот метод применяется в трехфазной трехпроводной цепи независимо от схемы соединения и характера нагрузки как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений. Асимметрия - это система, в которой мощности отдельных фаз различны. Токовые обмотки ваттметров включаются в любые две фазы, а обмотки напряжения включаются на линейные напряжения (рис. 4).

Полная мощность может быть выражена в виде суммы показаний Двух ваттметров. Так, для схемы, представленной на рис..4, а,

где  1 - угол сдвига фаз между током I 1 и линейным напряжением U 12,  2 - угол сдвига фаз между током I 3 и линейным напряжением U 32 . В частном случае при симметричной системе напряжений и одинаковой нагрузке фаз  1 , = 30° -  и  2 = 30° -  показания ваттметров будут:

При активной нагрузке (= 0) показания ваттметров будут одинаковы, так как P W ] = P W 2 IUcos 30°.

При нагрузке с углом сдвига ср = 60° показания второго ваттметра равны нулю, так как P W 2 = IU cos(30° + ) = IU cos(30° + 60°) = 0, и в этом случае мощность трехфазной цепи измеряется одним ваттметром.

При нагрузке с углом сдвига  > 60° мощность, измеряемая вторым ваттметром, будет отрицательной, так как (30° +) больше 90°. В этом случае подвижная часть ваттметров повернется в обратную сторону. Для отсчета необходимо изменить на 180° фазу тока в одной из цепей ваттметра. В этом случае мощность цепи трехфазного тока равна разности показаний ваттметров

Метод трех ваттметров. Для измерения мощности трехфазной цепи при несимметричной нагрузке включаются три ваттметра, и общая мощность при наличии нулевого провода будет равна арифметической сумме показаний трех ваттметров. В этом случае каждый ваттметр измеряет мощность одной фазы, показания ваттметра независимо от характера нагрузки будут положительные (параллельная обмотка включается на фазное напряжение, т. е. между линейным проводом и нулевым). Если нулевая точка недоступна и нулевой провод отсутствует, то параллельные цепи приборов могут образовать искусственную нулевую точку при условии, что сопротивления этих цепей равны между собой.

Измерение реактивной мощности в однофазных и трехфазных цепях. Несмотря на то что реактивная мощность не определяет ни совершаемой работы, ни передаваемой энергии за единицу времени, ее измерение также важно. Наличие реактивной мощности приводит к дополнительным потерям электрической энергии в линиях передачи, трансформаторах и генераторах. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивных (вар) как в однофазных, так и в трехфазных трех- и четырехпроводных цепях переменного тока электродинамическими и ферродинамическими или специально предназначенными для измерения реактивной мощности ваттметрами. Отличие реактивного ваттметра от обычного состоит в том, что он имеет усложненную схему параллельной цепи для получения сдвига по фазе, равного 90°

между векторами тока и напряжения этой цепи. Тогда отклоне­ние подвижной части будет пропорционально реактивной мощности Р р = UIsin  . Реактивные ваттметры преимущественно применяются для лабораторных измерений и поверки реактивных счетчиков.

Реактивную мощность в трехфазной симметричной цепи можно измерить и активным ваттметром: для этого –токовая катушка последовательно включается в фазу А, катушка напряжения между фазами В и С.

Измерение мощности в цепях повышенной частоты. С этой це­лью можно использовать как прямые, так и косвенные измерения и в ряде случаев предпочтительнее могут оказаться косвенные, так как иногда легче измерить ток и напряжение на нагрузке, чем непосредственно мощность. Прямое измерение мощности в цепях повышенных и высоких частот производится термоэлектрическими, электронными ваттметрами, ваттметрами, основанными на эффекте Холла, и цифровыми ваттметрами.

Косвенные измерения осуществляются осциллографическим методом. Он применяется в основном тогда, когда цепь питается напряжением несинусоидальной формы, при высоких частотах, маломощных источниках напряжения и т. д.

Измерение энергии в однофазных и трехфазных цепях. Энергия измеряется электромеханическими и электронными счетчиками электрической энергии. Электронные счетчики электрической энергии обладают лучшими метрологическими характеристиками, большей надежностью и являются перспективными средствами измерений электрической энергии.

4. Измерение фазы и частоты

Фаза характеризует состояние гармонического сигнала в опре­деленный момент времени t . Фазовый угол в начальный момент времени (начало отсчета времени), т.е. при t = 0, называют нуле вым (начальным) фазовым сдвигом. Разность фаз  измеряют обычно между током и напряжением либо между двумя напряжениями. В первом случае чаще интересуются не самим углом сдвига фаз, а величиной cos или коэффициентом мощности. Cos- это ко­синус того угла, на который опережает или отстает ток нагрузки от напряжения, приложенного к этой нагрузке. Фазовым сдвигом  двух гармонических сигналов одинаковой частоты называют модуль разности их начальных фаз  =| 1 -  2 |. Фазовый сдвиг  не зависит от времени, если остаются неизменными начальные фазы  1 , и  2 . Разность фаз выражается в радианах или градусах.

Методы измерения угла сдвига фаз. Эти методы зависят от диапазона частот, уровня и формы сигнала, от требуемой точности и Наличия средств измерений. Различают косвенное и прямое изменения угла сдвига фаз.

Косвенное измерение. Такое измерение угла сдвига фаз Между напряжением U и током I в нагрузке в однофазных цепях

осуществляют с помощью трех приборов - вольтметра, амперметра и ваттметра (рис.5). Угол  определяется расчетным путем из найденного значения cos:

Метод используется обычно на промышленной частоте и обеспечивает невысокую точность из-за методической погрешности, вызванной собственным потреблением приборов, достаточно прост, надежен, экономичен.

В трехфазной симметричной цепи величина cos может быть определена следующими измерениями:

мощность, ток и напряжение одной фазы;

измерение активной мощности методом двух ваттметров;

измерение реактивной мощности методом двух ваттметров с искусственной нейтральной точкой.

Среди осциллографических методов измерения фазы наибольшее распространение получили методы линейной развертки и эллипса. Осциллографический метод, позволяющий наблюдать и фиксировать исследуемый сигнал в любой момент времени, используется в широком диапазоне частот в маломощных цепях при грубых измерениях (5... 10 %). Метод линейной развертки предполагает применение двухлучевого осциллографа, на горизонтальные пластины которого подают линейное развертывающее напряжение, а на вертикальные пластины - напряжение, между которыми измеряется фазовый сдвиг. Для синусоидальных кривых на экране получаем изображение двух напряжений (рис.6, а) и по измеренным отрезкам АБ и АС вычисляется угол сдвига между ними

где АБ - отрезок между соответствующими точками кривых при переходе их через нуль по оси X ; АС - отрезок, соответствующий периоду.

Погрешность измерения  х зависит от погрешности отсчета и фазовой погрешности осциллографа.

Если вместо линейной развертки использовать синусоидальное развертывающее напряжение, то получаемые на экране фигуры Лиссажу при равных частотах дают на экране осциллографа форму эллипса (Рис. 6б). Угол сдвига  x =arcsin(АБ/ВГ).

Этот метод позволяет измерять  х в пределах 0 90 о без определения знака фазового угла.

Погрешность измерения  х также определяется погрешностью отсчета

Рис..6. Кривые, получаемые на экране двухлучевого осциллографа: при линейной (а) и синусоидальной (б) развертке

и расхождениями в фазовых сдвигах каналов Х и Y осциллографа.

Применение компенсатора переменного тока с калиброванным фазовращателем и электронным осциллографом в качестве индикатора равенства фаз позволяет произвести достаточно точное измерение угла сдвига фаз. Погрешность измерения в этом случае определяется в основном погрешностью используемого фазовращателя.

Прямое измерение. Прямое измерение утла сдвига фаз осуществляют с помощью электродинамических, ферродинамических, электромагнитных, электронных и цифровых фазометров. Наиболее часто из электромеханических фазометров используют электродинамические и электромагнитные логометрические фазометры. Шкала у этих приборов линейная. Используются на диапазоне частот от 50 Гц до 6... 8 кГц. Классы точности - 0,2; 0,5. Для них характерна большая потребляемая мощность 1(5...10 Вт).

В трехфазной симметричной цепи измерение угла сдвига фаз  или cos осуществляется однофазным или трехфазным фазометрами.

Цифровые фазометры используются в маломощных цепях в диапазоне частот от единиц Гц до 150 МГц, классы точности - 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1,0. В электронно-счетных цифровых фазометрах сдвиг по фазе между двумя напряжениями преобразуется во временной интервал, заполняемый импульсами стабильной частоты с определенным периодом, которые под-считываются электронным счетчиком импульсов. Составляющие погрешности этих приборов: погрешность дискретности, погрешность генератора стабильной частоты, погрешность, зависящая от точности формирования и передачи временного интервала.

Методы измерения частоты. Частота является одной из важнейших характеристик периодического процесса. Определяется числом полных циклов (периодов) изменения сигнала в единицу времени. Диапазон используемых в технике частот очень велик и колеблется от долей герц до десятков. Весь спектр частот подразделяется на два диапазона - низкие и высокие.

Низкие частоты: инфразвуковые - ниже 20 Гц; звуковые - 20...20000 Гц; ультразвуковые - 20...200 кГц.

Высокие частоты: высокие - от 200 кГц до 30 МГц; ультравысокие - 30...300 МГц.

Поэтому выбор метода измерения частоты зависит от диапазона измеряемых частот, необходимой точности измерения, величины и формы напряжения измеряемой частоты, мощности измеряемого сигнала, наличия средств измерений и т.д.

Прямое измерение. Метод основан на применении электромеханических, электронных и цифровых частотомеров.

Электромеханические частотомеры используют измерительный механизм электромагнитной, электродинамической и ферродинамической систем с непосредственным отсчетом частоты по шкале логометрического измерителя. Они просты в устройстве и эксплуатации, надежны, обладают довольно высокой точностью. Их используют в диапазоне частот от 20 до 2500 Гц. Классы точно­сти - 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5.

Электронные частотомеры применяются при измерениях в частотном диапазоне от 10 Гц до нескольких мегагерц, при уровнях входного сигнала 0,5... 200 В. Они имеют большое входное сопротивление, что обеспечивает малое потребление мощности. Классы точности - 0,5; 1,0 и ниже.

Цифровые частотомеры применяются для очень точных изме­рений в диапазоне 0,01 Гц... 17 ГГц. Источниками погрешности являются погрешность от дискретности и нестабильности кварцевого генератора.

Мостовой метод. Этот метод измерения частоты основан на использовании частотозависимых мостов переменного тока, питаемых напряжением измеряемой частоты. Наиболее распространенной мостовой схемой для измерения частоты является емкостной мост. Мостовой метод измерения частоты применяют для измерения низких частот в пределах 20 Гц... 20 кГц, погрешность измерения составляет 0,5... 1 %.

Косвенное измерение. Метод осуществляется с использованием осциллографов: по интерференционным фигурам (фигурам Лиссажу) и круговой развертки. Методы просты, удобны и достаточно точны. Их применяют в широком диапазоне частот 10 Гц... 20 МГц. Недостатком метода Лиссажу является сложность расшифровки фигур при соотношении фигур более 10 и, следовательно, возрастает погрешность измерения за счет установления истинного отношения частот. При методе круговой развертки погрешность измерения в основном определяется погрешностью квантования основной частоты.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ

Измерение мощности. В цепях постоянного тока мощность измеряют электро- или ферродинамическим ваттметром. Мощность может быть также подсчитана перемножением значений тока и напряжения, измеренных амперметром и вольтметром.

В цепях однофазного тока измерение мощности может быть осуществлено электродинамическим, ферродинамическим или индукционным ваттметром. Ваттметр 4 (рис. 336) имеет две катушки: токовую 2, которая включается в цепь последовательно, и напряжения 3, которая включается в цепь параллельно.

Ваттметр является прибором, требующим при включении соблюдения правильной полярности, поэтому его генераторные зажимы (зажимы, к которым присоединяют проводники, идущие со стороны источника 1) обозначают звездочками.

Для расширения пределов измерения ваттметров их токовые катушки включают в цепь при помощи шунтов или измерительных трансформаторов тока, а катушки напряжения - через добавочные резисторы или измерительные трансформаторы напряжения.

Измерение электрической энергии. Способ измерения . Для учета электрической энергии, получаемой потребителями или отдаваемой источниками тока, применяют счетчики электрической энергии. Счетчик электрической энергии по принципу своего действия аналогичен ваттметру. Однако в отличие от ваттметров вместо спиральной пружины, создающей противодействующий момент, в счетчиках предусматривают устройство, подобное электромагнитному демпферу, создающее тормозящее усилие, пропорциональное частоте вращения подвижной системы. Поэтому при включении прибора в электрическую цепь возникающий вращающий момент будет вызывать не отклонение подвижной системы на некоторый угол, а вращение ее с определенной частотой.

Число оборотов подвижной части прибора будет пропорционально произведению мощности электрического тока на время, в течение которого он действует, т. е. количеству электрической энергии, проходящей через прибор. Число оборотов счетчика фиксируется счетным механизмом. Передаточное число этого механизма выбирают так, чтобы по показаниям счетчика можно было отсчитывать не обороты, а непосредственно электрическую энергию в киловатт-часах.

Наибольшее распространение получили ферродинамические и индукционные счетчики; первые применяют в цепях постоянного тока, вторые - в цепях переменного тока. Счетчики электрической энергии включают в электрические цепи постоянного и переменного тока так же, как и ваттметры.

Ферродинамический счетчик (рис. 337) устанавливают на э. п. с. постоянного тока. Он имеет две катушки: неподвижную 4 и подвижную 6. Неподвижная токовая катушка 4 разделена на две части, которые охватывают ферромагнитный сердечник 5 (обычно из пермаллоя). Последний позволяет создать в приборе сильное магнитное поле и значительный вращающий момент, обеспечивающий нормальную работу счетчика в условиях тряски и вибраций. Применение пермаллоя способствует уменьшению погрешности счетного механизма 2 от гистерезиса магнитной системы (он имеет весьма узкую петлю гистерезиса).

Чтобы уменьшить влияние внешних магнитных полей на показания счетчика, магнитные потоки отдельных частей токовой катушки имеют взаимно противоположное направление (астатическая система). При этом внешнее поле, ослабляя поток одной части, соответственно усиливает поток другой части и оказывает в целом небольшое влияние на результирующий вращающий момент, создаваемый прибором. Подвижная катушка 6 счетчика (катушка напряжения) расположена на якоре, выполненном в виде диска из изоляционного материала или в виде алюминиевой чаши. Катушка состоит из отдельных секций, соединенных с пластинами коллектора 7 (эти соединения на рис. 337 не показаны), по которому скользят щетки из тонких серебряных пластин.

Ферродинамический счетчик работает принципиально как двигатель постоянного тока, обмотка якоря которого подключена параллельно, а обмотка возбуждения - последовательно с потребителем электроэнергии. Якорь вращается в воздушном зазоре между полюсами сердечника. Тормозной момент создается в результате взаимодействия потока постоянного магнита 1 с вихревыми токами, возникающими в алюминиевом диске 3 при его вращении.

Для компенсации влияния момента трения и уменьшения благодаря этому погрешности прибора в ферродинамических счетчиках устанавливают компенсационную катушку или в магнитном поле неподвижной (токовой) катушки помещают лепесток из пермаллоя, который имеет высокую магнитную проницаемость при малой напряженности поля. При небольших нагрузках этот лепесток усиливает магнитный поток токовой катушки, что приводит к увеличению вращающего момента и компенсации трения. При увеличении нагрузки индукция магнитного поля катушки увеличивается, лепесток насыщается и его компенсирующее действие перестает возрастать.

При работе счетчика на э. п. с. возможны сильные толчки и удары, при которых щетки могут отскакивать от коллекторных пластин. При этом под щетками будет возникать искрение. Для его предотвращения между щетками включают конденсатор С и резистор R1. Компенсация температурной погрешности осуществляется с помощью термистора Rт (полупроводникового прибора, сопротивление которого зависит от температуры). Он включается совместно с добавочным резистором R2 параллельно подвижной катушке. Чтобы уменьшить влияние тряски и вибраций на работу счетчиков, их устанавливают на э. п. с. на резинометаллических амортизаторах.

Индукционный счетчик имеет два электромагнита (рис. 338,а), между которыми расположен алюминиевый диск 7. Вращающий момент в приборе создается в результате взаимодействия переменных магнитных потоков Ф1 и Ф2, созданных катушками электромагнитов, с вихревыми токами I в1 и I в2 , индуцируемыми ими в алюминиевом диске (так же, как и в обычном индукционном измерительном механизме, см. § 99).

В индукционном счетчике вращающий момент М должен быть пропорционален мощности P=UIcos?. Для этого катушку 6 одного из электромагнитов (токовую) включают последовательно с нагрузкой 5, а катушку 2 другого (катушку напряжения) - параллельно нагрузке. В этом случае магнитный поток Ф1 будет пропорционален току I в цепи нагрузки, а поток Ф2 - напряжению U, приложенному к нагрузке. Для обеспечения требуемого угла сдвига фаз? между потоками Ф1 и Ф2 (чтобы sin? = cos?) в электромагните катушки напряжения предусмотрен магнитный шунт 3, через который часть потока Ф2 замыкается

помимо диска 7. Угол сдвига фаз между потоками Ф1 и Ф2 точно регулируется изменением положения металлического экрана 1, расположенного на пути потока, ответвляющегося через магнитный шунт 3.

Тормозной момент создается так же, как в ферродинамическом счетчике. Компенсация момента трения осуществляется путем создания небольшой несимметрии в магнитной цепи одного из электромагнитов с помощью стального винта.

Для предотвращения вращения якоря при отсутствии нагрузки под действием усилия, созданного устройством, компенсирующим трение, на оси счетчика укрепляется стальной тормозной крючок. Этот крючок притягивается к тормозному магниту 4, благодаря чему предотвращается возможность вращения подвижной системы без нагрузки.

При работе же счетчика под нагрузкой тормозной крючок практически не влияет на его показания.

Чтобы диск счетчика вращался в требуемом направлении, необходимо соблюдать определенный порядок подключения проводов к его зажимам. Нагрузочные зажимы прибора, к которым подключают провода, идущие от потребителя, обозначают буквами Я (рис. 338,б), генераторные зажимы, к которым подключают провода от источника тока или от сети переменного тока,- буквами Г.

Довольно часто возникает необходимость измерять мощность, потребляемую из сети, или же генерируемую в сеть. Это необходимо для учета потребляемой или генерируемой энергии, а также для обеспечения нормальной работы энергосистемы (избежание перегрузок). Измерять мощность можно несколькими способами – прямым и косвенным. При прямом измерении применяют ваттметр, а при косвенном амперметр и вольтметр.

Измерение мощности в цепи постоянного тока

Из-за отсутствия реактивной и активной составляющей в цепях постоянного тока для измерения мощности ваттметр применяют очень редко. Как правило, величину потребляемой или отдаваемой энергии измеряют косвенным методом, с помощью измеряют ток I в цепи, а с помощью измеряют напряжение U нагрузки. После чего применив простую формулу P=UI и получают значение мощности.

Чтоб уменьшить из-за влияний внутренних сопротивлений устройств, приборы могут подключать по различным схемам, а именно при относительно малом сопротивлении нагрузки R применяют такую схему включения:

А при большом значении R такую схему:

Измерение мощности в однофазных цепях переменного тока

Главным отличием цепей переменного тока от сетей постоянного тока, пожалуй, заключается в том, что в переменном напряжении существует несколько мощностей – . Полную измеряют зачастую тем же косвенным методом с помощью амперметра и вольтметра и значение ее равно S=UI.

Замер же активной P=UIcosφ и реактивной Q=UIsinφ производится прямым методом, с помощью ваттметра. Для измерения ваттметр в цепь подключают по следующей схеме:

Где токовую обмотку необходимо подключить последовательно с нагрузкой R н, и, соответственно, обмотку напряжения параллельно нагрузке.

Замер реактивной мощности в однофазных сетях не производится. Такие опыты зачастую ставятся только в лабораториях, где ваттметры включают по специальным схемам.

Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока

Как и в однофазных сетях, так же и в трехфазных полную энергию сети можно измерять косвенным методом, то есть с помощью вольтметра и амперметра по схемам показанным выше. Если нагрузка трехфазной цепи будет симметричной, то можно применить такую формулу:

U л – напряжение линейное, I- фазный ток.

Если же фазная нагрузка не симметрична, то производят суммирование мощностей каждой из фаз:

При измерении активной энергии в четырехпроводной цепи при использовании трех ваттметров, как показано ниже:

Общей энергией потребляемой из сети будет сумма показаний ваттметров:

Не меньшее распространение получил и метод измерения двумя ваттметрами (применим только для трехпроводных цепей):

Сумму их показаний можно выразить следующим выражением:

При симметричной нагрузке применима такая же формула как и для полной энергии:

Где φ – сдвиг между током и напряжением (угол фазового сдвига).

Измерение реактивной составляющей производят по той же схеме (смотри рисунок в)) и в этом случае она будет равна разности алгебраической между показателями приборов:

Если сеть не симметрична, то для измерения реактивной составляющей применяют два или три ваттметра, которые подключают по различным схемам.

Процесс измерения активной и реактивной мощности

Производят измерения активной мощности цепи переменного напряжения. Они подключаются по тем же схемам что и ваттметры. Учет реактивной энергии в однофазных потребителей в нашей стране не ведется. Ее учет производят в трехфазных цепях крупных промышленных предприятий, потребляющих большие объемы электроэнергии. Счетчики активной энергии имеют маркировку СА, реактивной СР. Также широкое применение получают электронные счетчики электроэнергии.

Все пользователи электроприборов прежде, чем приобрести новое устройство, желают знать, как рассчитать потребляемую мощность. Это необходимо, чтобы спланировать нагрузку на домашнюю электросеть или конкретный источник питания. Также мощность – важнейший показатель для примерного расчета затрат на электроэнергию.

Формула для определения мощности

Первое, на что надо обратить внимание, – это паспортные данные приборов. Потребляемая мощность в ваттах может быть указана и на различных табличках, прикрепленных к устройствам.

Часто показатель мощности указывается в вольтамперах (В*А). Обычно это происходит, когда потребляемая прибором энергия имеет реактивную составляющую. Тогда обозначается полная мощность электрического устройства, а она измеряется в вольтамперах.

Но не всегда эта информация доступна. Тогда на помощь приходят простая формула и измерительные приборы.

Основная формула, с помощью которой ведется расчет потребляемой мощности:

P = I * U, то есть надо перемножить напряжение и ток.

Если в паспортных данных электроприбора нет мощности, но указан ток, то ее можно узнать по этой формуле. Допустим, устройство берет ток 1 А и работает от сети 220 В. Тогда P = U * I = 1 * 220 = 220 Вт.

Измерение мощности приборами

Если это обычный бытовой прибор, подключаемый в розетку, то питающее напряжение электрической сети известно – 220 В. При подсоединении к другим источникам питания берется их напряжение.

Сила тока может быть измерена:

• токоизмерительными клещами;
• используя тестер.

С помощью токоизмерительных клещей замеры проще, так как осуществляются бесконтактным способом на одном проводе, подходящем к нагрузке.

Существует два метода, как измерить мощность мультиметром:

1. Включить его в режиме измерения силы тока последовательно с электроприбором и затем рассчитать мощность по формуле. Этот способ не всегда подходит, так как может не быть возможности разорвать цепь питания устройства для подключения мультиметра;
2. Подсоединить мультиметр к устройству в режиме измерения сопротивления и затем определить ток по формуле I = U/R, зная напряжение. Затем посчитать мощность.

Важно! Если измеряется сила тока бытовых электроприборов, то тестер устанавливается на измерение переменного тока.

Измеритель мощности

Проблема точного расчета энергопотребления телевизора или дисплея компьютера сводится к качеству сборки экрана, энергосберегающим функциям и к шаблонам использования оборудования конкретным пользователем. Хороший способ точно узнать потребление конкретного электроприбора – использовать специальный ваттметр для измерений мощности бытовых устройств.

Этот измерительный прибор является недорогим, но безопасным и эффективным средством определить потребляемую мощность. Ваттметр подключается непосредственно в розетку, а затем в его розеточный вход включается электроприбор.

Измерение мощности с помощью электросчетчика

Для того чтобы узнать мощность электроприбора, пользуясь счетчиком, надо отсоединить от сети все остальные устройства и посмотреть на счетчик:

1. Есть электронные приборы учета, которые сразу показывают, какова потребляемая мощность. Для этого надо просто воспользоваться соответствующими кнопками, найдя активную мощность;
2. В других электросчетчиках мигающий индикатор позволяет подсчитать количество импульсов. Например, сосчитав их за 1 минуту, надо умножить полученную цифру на 60 (получится количество импульсов за час). На приборе должно быть указано значение imp/kW*h (3200 или другая цифра). Теперь количество импульсов за час делится на imp/kW*h, и получается мощность электроприбора;
3. Если установлен индукционный счетчик, мощность рассчитывается в несколько этапов.

Расчет мощности потребления с помощью индукционного счетчика:

• нужно найти на табло счетчика цифру, указывающую число оборотов диска, совершаемых за 1 кВт ч;
• с помощью секундомера отсчитать, сколько вращений диск совершит за 15 секунд (можно взять и другой временной промежуток);
• вычислить мощность по формуле P = (3600 x N х 1000)/(15 x n), где n – коэффициент, найденный на счетчике, N – сосчитанное число вращений диска, 15 – временной промежуток в секундах, который может быть представлен другой цифрой.

Пример. За 15 секунд диск совершил 5 вращений. Передаточный коэффициент электросчетчика – 1200. Тогда мощность будет равна:

P = (3600 x 5 х 1000)/(15 х 1200) = 1000 Вт.

Очевидно, что мощность приборов, рассчитанных на малое потребление, измерить, пользуясь индукционным счетчиком, почти невозможно. Слишком большая погрешность измерения. Если диск вращается очень медленно, невозможно корректно учесть часть оборота. На электронном счетчике результат будет немного точнее.

В сети существуют калькуляторы для расчета мощности, куда в соответствующие окна надо ввести значения токов и напряжений и получить высчитанное значение мощности. Иногда в поле калькулятора достаточно обозначить название электроприбора. Другой вариант – воспользоваться таблицами, где указаны средние значения потребляемых мощностей для различных электроприборов.

Потребляемая энергия

Потребляемая энергия тесно связана с мощностью. Она рассчитывается, исходя из мощности прибора, умноженной на время его работы. Это именно тот показатель, по которому судят о потребительских расходах на электроэнергию. Точное значение израсходованной мощности во всей квартире или доме за определенный временной промежуток укажут данные счетчика. Для того, чтобы продумать способы уменьшения этого расхода, служат замеры мощности конкретных электроприборов.

Способы экономии электроэнергии:

1. По возможности постараться не использовать старые модели холодильников, телевизоров и других бытовых электроприборов, которые рассчитаны на значительно большее потребление;
2. Заменить лампы накаливания на люминесцентные, а еще лучше – на светодиодные. Для сравнения: средняя лампа накаливания потребляет 60 Вт, люминесцентная – 15 Вт, а LED лампа – всего 8 Вт. При использовании 5 ламп разного типа в течение 3-х часов в день получается суточный расход: лампы накаливания – 0,900 кВт ч, люминесцентные – 0,225 кВт ч, LED лампы – 0,120 кВт ч. Экономия значительная;

Важно! Низкая мощность энергосберегающих ламп не означает плохого освещения. Их яркость практически соответствует более мощным аналогам ламп накаливания.

1. Большинство дисплеев телевизоров и компьютеров потребляет от 0,1 до 3 Вт электроэнергии, даже находясь в спящем режиме. Поэтому важно отключать их от сети, когда приборы не используются длительное время.

Методы расчета мощности при помощи измерений тестером дадут величины приблизительные из-за недостаточного учета реактивного мощностного показателя в электросетях переменного тока. Самым точным является измерение потребляемой мощности ваттметром для бытового пользования.

Видео

Занимаясь энергетическим практиками с 2001 года, со всех сторон я слышала: «Надо набирать энергию» или «Не хватило энергии». В цигун вообще говорили, что человек приходит с определенным запасом энергии, полученным от родителей, и далее всю жизнь живет «на ней», либо начинает накапливать свою.
​
В 19 лет вопросы накопления энергии или ее недостатка не стоят так остро, как в 30, а тем более как стоят у женщины после рождения ребенка.

Краткая предыстория: в апреле 2015 года я родила дочь, в феврале 2016 года я стала возрождать сайт и блог, потихоньку возвращаться к профессиональной деятельности в рамках психологии и оздоровления и ощутила, что энергии, которая у меня была, недостаточно. Поняла, что происходит, я не сразу. Вначале мне казалось, что не хватает времени в сутках, потом - что его просто недостаточно на отдых, потом - что у меня накопился недосып… В результате пришла простая мысль-пожелание: «Если бы было больше энергии…»

И тут мой пытливый ум зацепился: а как измерить энергию человека? Кто и чем ее измеряет? Сколько энергии достаточно на день? Сколько дается при рождении? Сколько оптимально расходовать и можно ли энергию сохранять?

Действительно, когда мы слышим: «Не хватает энергии», мы безусловно понимаем, о чем речь, вот только неясно, а сколько энергии достаточно. Давайте проведем следующую параллель: денег часто недостаточно и почти все люди хотят иметь их больше. Умные и богатые люди занимаются инвестированием, а также они копят деньги, вкладывают, деньги работают на них, давая им еще больше денег. Реально ли такое сделать с энергией?

С деньгами каждый из нас может сказать точно или приблизительно, сколько тратит на жизнь, на какую сумму способен прожить, каковы его расходы. А можем ли мы такое же сказать про свои энергетические затраты? Вряд ли.

Размышляя на эту тему, я пришла к тому, что раз я хочу успевать за день дела по работе и дела с дочерью, а также проходить один тренинг по финансовой грамотности, то требуется приблизительно в 2,5 раз больше энергии, чем для обычного дня ранее. Так, один полноценный запас сил на день с дочерью, один запас на дела и 0,5 запаса на тренинг и чтобы оставалось сверху. Итого, посчитала я, мне нужно в сутки энергии из расчета на 2,5 дня. Можно ли этого добиться?

Так как я не знаю никаких единиц измерения энергии человека, хотя и занимаюсь энергетическими практиками уже много лет, я решила поступить просто и приняла условные величины. Например, всю энергию, которая необходима на один полноценный (обычный) день я приравняла к 1000 единицам энергии. Значит, сейчас мне нужно 2500 единиц.

Тогда встал вопрос: откуда я получала эти 1000 единиц? Понятно, что жить на запасах вечно нельзя, да и неразумно это с инвестиционной точки зрения. Нужно создавать новые активы, то есть делать то, что дает энергию постоянно на базовые нужны и чтобы было, что отложить на потом. Тогда как можно получать 2500 единиц в сутки? Можно ли?

Оказалось,что можно. Например, раньше за счет сна 8-10 часов я получала порядка 600-700 единиц энергии, а сейчас с маленьким ребенком спать больше 6 часов не получается, да и то это сон с прерываниями и подъемами. Поэтому 6 часов сна сейчас дают мне всего 500 единиц энергии. Очевидно, что сна сделать больше я сейчас не могу. Но могу делать другие вещи, которые наполнят энергией. То есть на сон нужно больше времени, а мне нужны были такие инвестиции, чтобы требовали меньше времени, а возврат (энергетический) давали в разы больше.

И я для себя такие способы увеличения энергии нашла. Как я это сделала? Очень просто. Я интуитивно и с помощью энергетического считывания определила:

• сколько энергии мне нужно;
• какие активности и действия могут дать мне энергию и сколько;
• выбрала, какие действия буду делать регулярно для набора энергии, какие оставлю как допопции, на «про запас».

Например, одна из вещей, которую я поменяла, - это питание. Раньше оно давало мне около 100-200 единиц, а сейчас, благодаря внесенным изменениям, дает 600. Скажу, что после новых действий для увеличения энергии день стал проходить в разы легче, ведь теперь я не была усталая, а имела ровно столько энергии, сколько мне было нужно!

Посчитайте, сколько энергии нужно вам для успешного дня. Рассчитайте, как и где вы можете получить эту необходимую энергию. Если вам нужна помощь в определении необходимого запаса энергии на день и способов ее получать лично вам, с 19 по 23 марта я приглашаю вас на онлайн-консультацию по Скайп . Я помогу считать ваш энергетический расход на день, определить, сколько энергии вы получаете от текущих дел, сколько энергии вам будет достаточно для того, чтобы успевать все то, что вы намечаете для себя и как эту энергию вам получить.

Живите полной жизнью, опираясь на всю ту энергию, которая вам нужна. Откладывайте немного на завтра, создавайте себе энергетическую подушку безопасности. Это также возможно, как и в финансах. Эта «подушка» пригодится в экстренной ситуации, для начала новых проектов, когда начатое вами дело затянулось и потребовало больше сил и времени.

Осознав, что энергию можно и нужно накапливать, а также что ее можно получить больше путем простой смены активностей, я стала спокойнее, радостнее, более довольной жизнью, ведь теперь мои силы четко рассчитаны. Успехов вам, друзья!