Измерение мощности и энергии

Для измерения мощности в цепи постоянного тока не требуется специального прибора, так как мощность P=UI легко может быть подсчитана по показаниям вольтметра и амперметра.

В цепи переменного тока мощность зависит не только от напряжения и тока, но и от сдвига фаз между ними: P=UIcosf. Поэтому произведение напряжения и тока не определяет мощности, для измерения которой необходим ваттметр электродинамической или ферродииамической системы. В электродинамическом ваттметре неподвижная катушка включается последовательно с нагрузкой R_н, а подвижная снабжается добавочным сопротивлением R_Д и включается параллельно нагрузке (рис. 3).

Рисунок 3. Схема включения ваттметра.

Таким образом, мгновенное значение тока неподвижной катушки равно току нагрузки, а ток подвижной катушки пропорционален напряжению на зажимах приемника и должен совпадать с напряжением по фазе. Чтобы ток совпадал по фазе с напряжением, добавочное активное сопротивление R_Д должно быть много больше индуктивного сопротивления самой обмотки, что дает возможность считать сопротивление цепи напряжения безреактивным.

Вращающий момент у электродинамического ваттметра пропорционален произведению напряжения и тока. При включении ваттметра в цепь переменного тока на вращающий момент не влияет одновременное изменение направления тока в обеих катушках, но если поменять местами зажимы одной из двух катушек ваттметра, то это изменит фазу тока в этой катушке на 180° и направление вращающего момента. Для предупреждения возможности неправильного включения ваттметра относительно «начала» двух катушек ваттметра (генераторные зажимы), присоединенные к одному же полюсу источника, отмечаются у зажимов звездочка (*); концы этих катушек присоединяются к разным полюсам нагрузки.

Электродинамические ваттметры используются как в цепях переменного, так и постоянного тока.

Ферродинамические ваттметры обладают меньшей точностью и в цепях постоянного тока непригодны из-за влияния гистерезиса.

Для измерения расхода электрической энергии переменного тока применяют счетчики индукционной системы. Схема включения в сеть подобна схеме включения ваттметра. Т.е. одна обмотка счетчика включается последовательно с нагрузкой. А вторая - параллельно ей (рис. 4). В отличие от ваттметров в цепи параллельной обмотки никаких добавочных сопротивлений нет, так как для создания вращающего магнитного поля токи в двух катушках должны быть сдвинуты фазе на угол, близкий к 90^о.

На таблице счетчика указано напряжение, ток, частота, на которые он рассчитан, в каких единицах измеряют энергию, какому количеству оборотов диска соответствует расход энергии в 1 кВт-ч.

Рисунок 4. Схема включения счетчика

Лекция