О приборах для измерения тока и напряжения в электрических цепях — вольтметре и амперметре — слышали даже далекие от техники люди. Прибор для измерения электрической мощности – ваттметр – менее распространен, но в некоторых случаях он очень важен.
Для чего нужен прибор ваттметр
Потребитель оплачивает энергоснабжающей организации количество потребленной электроэнергии, измеряемой в киловатт*часах. Из названия величины очевидно, что эта мера зависит как от времени потребления (часы), так и от мощности нагрузки (киловатты, ватты, мегаватты). Чтобы анализировать потребление электроэнергии в целях оптимизации расходов, требуется устройство для замеров мощности потребителей. Таким устройством является ваттметр.
Другое применение прибора, которым измеряется мощность – проверка соответствия сечения проводки и фактического энергопотребления различных нагрузок. Если потребитель требует больше мощности, чем позволяет пропускная способность электропроводки, это приведет к перегреву кабелей и проводов, а в худшем случае – к возгоранию. Ваттметром можно замерить фактическое потребление и соотнести с существующим сечением проводниковой продукции, а при необходимости – принять меры.
Классификация и характеристики
Классифицировать ваттметры можно по различным характеристикам. По способу отображения информации их можно разделить на две категории:
- Стрелочные (их не очень правильно называют аналоговыми).
- Цифровые.
Первые отображают измеряемую величину указанием деления на шкале с помощью стрелки, цифровые выводят результат замера на дисплей в виде цифр.
Можно разделить приборы по роду тока:
- ваттметры переменного тока;
- ваттметры постоянного тока.
Они работают в соответствующих сетях.
Ваттметры, предназначенные для работы в сетях переменного тока, делят еще по типам мощности – измерители активной, реактивной и полной мощности. Последние два называются варметрами и вольтамперметрами.
Можно разделить приборы по кратным и дольным (относительно ватта) единицам измерения:
- милливатметры;
- ваттметры;
- киловаттметры;
- мегаваттметры.
По способу включения в измеряемую цепь ваттметры можно разделить на приборы:
- Прямого включения (их выводы включаются непосредственно в сеть).
- Косвенного включения (подключаются через промежуточные трансформаторы).
Есть и другие критерии разделения средств измерения по категориям (например, по классу точности и т.п.), по назначению (щитовые, бытовые, переносные) и т.д.
Принцип действия аналогового типа
Классические стрелочные ваттметры – приборы электродинамической системы. Известно, что электрическая мощность определяется напряжением сети и током, потребляемым нагрузкой (в общем случае P=U*I), поэтому для измерения искомой величины надо измерить оба параметра, а затем их перемножить.
Электродинамический прибор имеет две катушки:
- Подвижную.
- Неподвижную.
Неподвижная катушка включается последовательно с нагрузкой и служит для измерения тока. Подвижная катушка включается параллельно потребителю и предназначена для замера напряжения. К подвижной катушке, которая может вращаться вокруг своей оси, прикреплена стрелка. Если в цепь включен потребитель, магнитные поля обеих катушек взаимодействуют между собой так, что у подвижной системы возникает вращающий момент, которому противодействует пружина. В итоге стрелка прибора отклоняется на угол, который зависит:
- в цепях постоянного тока – от напряжения и тока;
- в цепях переменного тока – еще и от сдвига фаз между этими двумя величинами (cos φ).
Таким способом осуществляется механическое перемножение величин (с необходимым масштабированием), а итоговый результат можно считать по шкале прибора – на мгновенное значение мощности укажет стрелка.
Помимо электродинамических приборов к категории «аналоговых» относят и ваттметры ферродинамической конструкции, а также индукционнные, термоэлектрические и электростатические, но они встречаются гораздо реже.
Принцип действия цифровой версии
Принцип работы так называемых «цифровых» ваттметров не отличается от принципа действия «аналоговых». В каждый момент времени измеряется напряжение на нагрузке и потребляемый ток, как падение напряжения на измерительном сопротивлении (шунте), тоже включенном последовательно с потребителем. Далее измеренные величины преобразовываются в цифровую форму, и в этом виде перемножаются встроенным микроконтроллером.
Готовый результат выводится на цифровой дисплей, а также может храниться во внутренней памяти. Измеренные за промежуток времени величины могут обрабатываться статистически (например, средняя мощность за час, сутки и т.п.), и выдаваться пользователю для анализа, из них могут строиться графики и т.д. Во многих случаях, на дисплей выводятся и другие величины – ток, напряжение, расход электроэнергии за определенное время и т.п.
Как использовать ваттметр
Использовать ваттметр несложно, если понять, что он должен измерить ток и напряжение.
Подключение в цепь
Схема подключения стационарного ваттметра следует из его принципа действия. Токоизмерительная обмотка включается последовательно с нагрузкой, напряженческая обмотка — параллельно нагрузке. Возможны два варианта включения обмотки измерения напряжения (в реальных конструкциях последовательно с ней включается резистор для повышения сопротивления):
- до токовой обмотки (на рисунке слева);
- после токовой обмотки (справа).
Второй способ точнее измеряет мощность нагрузки, так как исключает небольшое падение напряжения на токовой обмотке. Второй способ предпочтительнее, когда надо померить потребление всей цепи, так как учитывает потери мощности в ваттметре.
Если прибор не может быть подключен в сеть непосредственно (обмотки и изоляция не рассчитаны на существующие напряжения или токи), ваттметр подключается через соответствующие понижающие трансформаторы (напряжения и тока). Такие трансформаторы называются измерительными.
Бытовой ваттметр, предназначенный для измерения нагрузок, питаемых от бытовых розеток, подключать еще проще:
- сначала прибор включается в розетку;
- затем нагрузка подключается к выходу прибора.
Все остальное (измерение электрических величин, обработка и вывод показаний) выполняется внутри измерительного устройства.
Замеры и расшифровка показаний
Считывание показаний стрелочного прибора обычно не вызывает проблем. Стрелка показывает текущее значение мощности в единицах, указанных на шкале (ваттах, киловаттах, мегаваттах, милливаттах и т.п.). Надо лишь быть внимательным при считывании значений с несколькими пределами.
Так, для прибора, показанного на рисунке, одно и то же положение стрелки может означать как 10, так и 50, и 100 ватт – в зависимости от выбранного диапазона.
С цифровыми же приборами «измерить ватты» еще проще. Они сами пересчитывают измеренную мощность и выдают пользователю в удобном виде, приведенном к соответствующей кратной или дольной единице измерения.
Рекомендуем: Как замерить ампераж тока мультиметром
Пример использования для замеров потребления электроэнергии
Если есть бытовой ваттметр, с его помощью легко измерить мощность любого прибора, применяющегося в домашнем или офисном обиходе:
- торшера;
- настольной лампы;
- персонального компьютера;
- греющего кабеля;
- многих и многих других потребителей электрической энергии.
Принцип един:
- В розетку бытовой сети включается ваттметр.
- В его розетку включается измеряемое устройство.
- Показания считываются с дисплея.
На фото показан пример измерения мощности, потребляемой ноутбуком. Она может меняться со временем из-за изменения режима работы компьютера:
- изменения яркости дисплея;
- изменения загрузки процессора;
- других обстоятельств.
Экспериментируя, можно выбрать наиболее экономичный режим и использовать его при работе от аккумулятора – заряда хватит на более длительный период.
Использование ваттметра этим не исчерпывается. Замеры мощности могут понадобиться в других ситуациях, а знание этой величины поможет оптимизировать оплату электрической энергии.
