В чем измеряется полная мощность цепи
В электротехнике среди множества определений довольно часто используются такие понятия, как активная, реактивная и полная мощность. Эти параметры напрямую связаны с током и напряжением в замкнутой электрической цепи, когда включены какие-либо потребители.
Для проведения вычислений применяются различные формулы, среди которых основной является произведение напряжения и силы тока. Прежде всего это касается постоянного напряжения. Однако в цепях переменного тока мощность разделяется на несколько составляющих, отмеченных выше.
Вычисление каждой из них также осуществляется с помощью формул, благодаря которым можно получить точные результаты.
Формулы активной, реактивной и полной мощности
Основной составляющей считается активная мощность. Она представляет собой величину, характеризующую процесс преобразования электрической энергии в другие виды энергии. То есть по-другому является скоростью, с какой потребляется электроэнергия. Именно это значение отображается на электросчетчике и оплачивается потребителями. Вычисление активной мощности выполняется по формуле: P = U x I x cosф.
В отличие от активной, которая относится к той энергии, которая непосредственно потребляется электроприборами и преобразуется в другие виды энергии – тепловую, световую, механическую и т.д., реактивная мощность является своеобразным невидимым помощником.
С ее участием создаются электромагнитные поля, потребляемые электродвигателями. Прежде всего она определяет характер нагрузки, и может не только генерироваться, но и потребляться.
Расчеты реактивной мощности производятся по формуле: Q = U x I x sinф.
Полной мощностью является величина, состоящая из активной и реактивной составляющих. Именно она обеспечивает потребителям необходимое количество электроэнергии и поддерживает их в рабочем состоянии. Для ее расчетов применяется формула: S = .
Как найти активную, реактивную и полную мощность
Активная мощность относится к энергии, которая необратимо расходуется источником за единицу времени для выполнения потребителем какой-либо полезной работы. В процессе потребления, как уже было отмечено, она преобразуется в другие виды энергии.
В цепи переменного тока значение активной мощности определяется, как средний показатель мгновенной мощности за установленный период времени.
Следовательно, среднее значение за этот период будет зависеть от угла сдвига фаз между током и напряжением и не будет равной нулю, при условии присутствия на данном участке цепи активного сопротивления.
Последний фактор и определяет название активной мощности. Именно через активное сопротивление электроэнергия необратимо преобразуется в другие виды энергии.
При выполнении расчетов электрических цепей широко используется понятие реактивной мощности. С ее участием происходят такие процессы, как обмен энергией между источниками и реактивными элементами цепи. Данный параметр численно будет равен амплитуде, которой обладает переменная составляющая мгновенной мощности цепи.
Существует определенная зависимость реактивной мощности от знака угла ф, отображенного на рисунке. В связи с этим, она будет иметь положительное или отрицательное значение. В отличие от активной мощности, измеряемой в ваттах, реактивная мощность измеряется в вар – вольт-амперах реактивных. Итоговое значение реактивной мощности в разветвленных электрических цепях представляет собой алгебраическую сумму таких же мощностей у каждого элемента цепи с учетом их индивидуальных характеристик.
Основной составляющей полной мощности является максимально возможная активная мощность при заранее известных токе и напряжении. При этом, cosф равен 1, когда отсутствует сдвиг фаз между током и напряжением. В состав полной мощности входит и реактивная составляющая, что хорошо видно из формулы, представленной выше. Единицей измерения данного параметра служит вольт-ампер (ВА).
В цепях переменного тока различают три вида мощностей: активную Р, реактивную Q и полную S.
Активная мощность вычисляется по формуле:
(2.20)
Активную мощность потребляет резистивный элемент. Единица измерения активной мощности называется Ватт (Вт), производная единица – килоВатт (кВт), равная 10 3 Вт.
Реактивная мощность вычисляется по формуле:
(2.21)
Реактивная мощность потребляется идеальным индуктивным и
емкостным элементами. Единица измерения реактивной мощности называется Вольт-Ампер реактивный (Вар), производная единица – килоВАр (кВАр), равная 10 3 ВАр.
Полная мощность потребляется полным сопротивлением и обозначается буквой S:
Источник: https://vemiru.ru/info/v-chem-izmerjaetsja-polnaja-moshhnost-cepi/
Датчики измерения активной мощности ДИМ-200
Цена: по запросу
Датчики (измерительные преобразователи) предназначены для преобразования активной мощности, потребляемой нагрузкой в цепях переменного тока частоты 50 Гц и постоянного тока, в пропорциональный сигнал токового интерфейса 0-20 или 4-20 мА, гальванически изолированного от измерительных цепей. Датчики используются в составе измерительных и управляющих систем.
Для повышения точности преобразования входное напряжение разделено на три диапазона. Датчики-преобразователи выпускаются на заказ: от 20 до 200 кВт. Датчики могут поставляться с цифровым интерфейсом RS-485. Датчики ДИМ используют внешний источник питания. Состоят из замкнутого магнитопровода с двумя зазорами, в которых размещены датчики Холла, и печатной платы, на которой установлены элементы электронной схемы обработки сигнала.
При заказе указать
- Максимальное значение мощности с учетом входного делителя напряжения. Если в заказе не указана мощность, будет считаться 200кВт, если не указано напряжение — 380В. По согласованию с производителем, верхнее значение диапазона входных напряжений может быть уменьшено. Максимальное значение мощности обратно пропорционально верхнему значению диапазона входных напряжений.
- Выходной сигнал датчика 0-20 или 4-20мА . Если не указано — 4-20мА.
- Тип датчика А или В. Можно указать диаметр отверстия под токовую шину. Если не указано – поставляется имеющийся в наличии.
- Наличие цифрового выхода. Если не указано – без цифрового интерфейса.
Пример заказа
ДИМ-200, 40мм, 40 кВт, 220 В, 4-20 мА, RS-485
Что будет поставлено
- ДИМ-200А (диаметр отверстия под токовую шину 40мм).
- Пределы измерения мощности, диапазоны входного напряжения, используемые контакты входного разъема:
Входные контактыдиапазон напряжениямощность 1,6 0-380 В 60 кВт 2,5 0-250 В 40 кВт 3,4 0-127 В 20 кВт - Выходной сигнал токового интерфейса — 4-20 мА
- Цифровой интерфейс RS-485 — присутствует
Как применить
Для шкалы 40 кВт — напряжение подается на контакты 2 и 5 входного разъема.
| Максимальное значение измеряемой мощности для диапазона входных напряжений 0-380В, кВт | от 20 до 200 (указывается при заказе) | |
| Диапазоны входных напряжений, В | 0-380, 0-250, 0-127 | |
| Максимальный входной ток, не вызывающий дополнительной погрешности измерения, А | 500 | |
| Выходной сигнал датчика, мА | 0-20 или 4-20 | |
| Цифровой интерфейс (опционально) | MODBUS, RTU, RS-485, 9600,19200 Бод | |
| Основная приведенная погрешность, не более, % | 2 | |
| Напряжение питания, В | 10-30 | |
| Габаритные размеры, мм | 115х95х102 | 120х110х106 |
| Диаметр отверстия под токовую шину, мм | 30 | 40 |
| Масса, г | 600 | 700 |
Источник: https://www.technoac.ru/product/item/dim-200
Измерение мощности трехфазной системы
Мощность в цепи трехфазного тока может быть измерена с помощью одного, двух и трех ваттметров. Метод одного прибора применяют в трехфазной симметричной системе. Активная мощность всей системы равна утроенной мощности потребления по одной из фаз.
При соединении нагрузки звездой с доступной нулевой точкой или если при соединении нагрузки треугольником имеется возможность включить обмотку ваттметра последовательно с нагрузкой, можно использовать схемы включения, показанные на рис. 1.
Рис. 1 Схемы измерения мощности трехфазного переменного тока при соединении нагрузок а — по схеме звезды с доступной нулевой точкой; б — по схеме треугольника с помощью одного ваттметра
Если нагрузка соединена звездой с недоступной нулевой точкой или треугольником, то можно применить схему с искусственной нулевой точкой (рис. 2). В этом случае сопротивления должны быть равны Rвт+ Rа = Rb =Rc.
Рис 2. Схема измерения мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром с искусственной нулевой точкой
Для измерения реактивной мощности токовые концы ваттметра включают в рассечку любой фазы, а концы обмотки напряжения — на две другие фазы (рис. 3). Полная реактивная мощность определяется умножением показания ваттметра на корень из трех. (Даже при незначительной асимметрии фаз применение данного метода дает значительную погрешность).
Рис. 3. Схема измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром
Методом двух приборов можно пользоваться при симметричной и несимметричной нагрузке фаз. Три равноценных варианта включения ваттметров для измерения активной мощности показаны на рис. 4. Активная мощность определяется как сумма показаний ваттметров.
При измерении реактивной мощности можно применять схему рис. 5, а с искусственной нулевой точкой. Для создания нулевой точки необходимо выполнить условие равенства сопротивлений обмоток напряжений ваттметров и резистора R. Реактивная мощность вычисляется по формуле
где Р1 и Р2 — показания ваттметров.
По этой же формуле можно вычислить реактивную мощность при равномерной загрузке фаз и соединении ваттметров по схеме рис. 4. Достоинство этого способа в том, что по одной и той же схеме можно определить активную и реактивную мощности. При равномерной загрузке фаз реактивная мощность может быть измерена по схеме рис. 5, б.
Метод трех приборов применяется при любой нагрузке фаз. Активная мощность может быть замерена по схеме рис. 6. Мощность всей цепи определяется суммированием показаний всех ваттметров.
Рис. 4. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами а — токовые обмотки включены в фазы А и С; б — в фазы А и В; в — в фазы В и С
Реактивная мощность для трех- и четырехпроводной сети измеряется по схеме рис. 7 и вычисляется по формуле
где РA, РB, РC — показания ваттметров, включенных в фазы А, В, С.
Рис. 5. Схемы измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами
Рис. 6. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока тремя ваттметрами а — при наличии нулевого провода; б — с искусственной нулевой точкой
На практике обычно применяют одно-, двух- и трехэлементные трехфазные ваттметры соответственно методу измерения.
Чтобы расширить предел измерения, можно применить все указанные схемы при подключении ваттметров через измерительные трансформаторы тока и напряжения. На рис. 8 в качестве примера показана схема измерения мощности по методу двух приборов при включении их через измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Рис. 8. Схемы включения ваттметров через измерительные трансформаторы.
Измерение мощности трехфазной системы
В случае симметричной нагрузки мощности, потребляемые отдельными ее фазами, одинаковы, поэтому достаточно измерить мощность Рф, потребляемую одной фазой, и, чтобы определить мощность, потребляемую нагрузкой в целом, умножить результат на 3: Р = 3 х Р .
Простейшие условия для такого измерения имеются, когда нагрузка соединена по схеме «звезда» с доступной нулевой точкой. В таких случаях цепь тока ваттметра следует включить последовательно с одной из фаз нагрузки (рис. 50.1), а цепь напряжения прибора — на напряжение той фазы, ток которой проходит через ваттметр.
Рис. 50.1.Измерение мощности трехфазной симметричной нагрузки при соединении по схеме «звезда» с доступной нулевой точкой
Ьсли нулевая точка нагрузки недоступна или нагрузка соединена по схеме «треугольник», то применяется искусственная нулевая точка. Это нулевая точка звезды, состоящей из сопротивления цепи напряжения ваттметра rmu и двух других, равных ему добавочных сопротивлений гв и гс (рис. 50.
2); при правильном соединении с искусственной нулевой точкой цепь напряжения ваттметра находится под фазным напряжением и через его цепь тока проходит фазный ток. Следовательно, ваттметр измеряет фазную мощность Р и вся мощность трехфазной нагрузки опять определится посредством умножения показаний ваттметра на 3.
Обычно завод-изготовитель снабжает ваттметр искусственной нулевой точкой.
Читать еще: Основные виды и норм документы
В трехфазных трехпроходных системах измерения мощности при несимметричной нагрузке в большинстве случаев выполняются по методу двух ваттметров. Особен-
Рис. 50. 2.Измерение мощности с помощью искусственной нулевой точки
ность этого способа заключается в том, что даже при симметричной нагрузке показания ваттметров в большинстве случаев не равны, а показания одного из ваттметров могут быть отрицательными. В этом случае мощность трехфазной системы равна алгебраической сумме показаний двух ваттметров.
Чтобы доказать справедливость этого способа измерения, обратимся к уравнению мгновенной мощности системы, выразив ее через мгновенные значения токов и напряжений. Мгновенная мощность любой фазы равна произведению мгновенных значений фазных напряжения и тока, а мгновенная мощность трехфазной системы равна сумме мгновенных мощностей:
В частности, при соединении звездой
Но при соединении звездой без нулевого провода и, следовательно,
Подставив это значение /с в уравнение мощности, получим:
а так как разность фазных напряжений равна соответствующему линейному напряжению, то:
на основании чего
Следовательно, мощность трехфазной системы может быть выражена как сумма двух произведений напряжений и токов, а эти два произведения могут быть измерены двумя ваттметрами, включенными надлежащим образом (рис. 50.3).
Рис. 50.3.Измерение мощности с помощью метода двух ваттметров
Мощность трехфазной сети
В цепи постоянного тока мощность определяется довольно просто – это произведение тока и напряжения. Они не изменяются во времени и есть постоянной величиной, соответственно и мощность является постоянной, то есть система уравновешена.
С сетями переменного напряжения все гораздо сложнее. Они бывают однофазные, двухфазные, трехфазные и т.д. Наибольшее распространение получили однофазные и трехфазные сети в силу своего удобства и наименьших затрат.
Рассмотрим трехфазную систему питания
Такие цепи, могут соединяться в звезду или в треугольник. Для удобства чтение схем и во избежание ошибок фазы принято обозначать U, V, W или А, В, С.
Схема соединения звезда:
Схема соединения фаз в звезду
Для соединения звездой суммарное напряжение в точке N равно нулю. Мощность трехфазного тока в данном случае тоже будет постоянной величиной, в отличии от однофазного. Это значит что трехфазная система уравновешена, в отличии от однофазной, то есть мощность трехфазной сети постоянна. Мгновенно значение полной трехфазной мощности будет равно:
В данном типе соединения присутствуют два вида напряжения – фазное и линейное. Фазное – это напряжение между фазой и нулевой точкой N:
Фазное напряжение в цепи
Линейное – между фазами:
Линейное напряжение
Поэтому полная мощность трехфазной сети для такого типа соединения будет равна:
Но поскольку линейное и фазное напряжение отличаются между собой в , но считается сумма фазовых мощностей. При расчете трехфазных цепей такого типа принято пользоваться формулой:
Соответственно для активной:
Для реактивной:
Схема соединения в треугольник
Как видим при таком виде соединения, фазное и линейное напряжение равны, из чего следует, что мощность для соединения в треугольник равна:
Измерение мощности
Измерение активной мощности в сетях производится с помощью ваттметра
Цифровой ваттметр Аналоговый ваттметр
В зависимости от схемы соединения нагрузки и его характера (симметричная или несимметричная) схемы подключения приборов могут разниться. Рассмотрим случай с симметричной нагрузкой:
Схема включения ваттметра при симметричной нагрузке
Здесь измерение проводится всего лишь в одной фазе и далее согласно формуле умножается на три. Этот способ позволяет сэкономить на приборах и уменьшить габариты измерительной установки. Применяется, когда не нужна большая точность измерения в каждой фазе.
Измерение при несимметричной нагрузке:
Схема включения ваттметра при несимметричной нагрузке
Этот способ более точный, так как позволяет измерить мощность каждой фазы, но это требует трех приборов, больших габаритных размеров установки и обработки показаний с трех приборов.
Читать еще: Оптимальная величина шага лаг
Измерении в цепи без нулевого проводника:
Схема включения ваттметра при отсутствии нулевого провода
Эта схема требует двух приборов. Этот способ основывается на первом законе Кирхгофа
IA+IB+IC=0. Из этого следует, что сумма показаний двух ваттметров равна трехфазной мощности этой цепи. Ниже показана векторная диаграмма для данного случая:
Векторная диаграмма включения двух ваттметров при различных видах нагрузки
Мы можем сделать вывод, что показания приборов зависят не только от величины, но еще и от характера нагрузки.
Из диаграммы следует, что мы можем определить показание приборов аналитически:
Источник: https://palitrabazar.ru/raznoe/izmerenie-moshhnosti-trehfaznoj-sistemy.html
Ваттметры. Виды и применение. Работа. Примеры и параметры
Одно из свойств, которое дает характеристику состояния электрической цепи – это мощность. Это свойство отражает значение работы, выполненное электрическим током за определенное время. Мощность оборудования, входящего в электрическую цепь, не должна выходить за рамки мощности сети. В противном случае оборудование может выйти из строя, возникнет замыкание или пожар.
Замеры мощности электрического тока производят специальными устройствами – ваттметры. В случае постоянного тока мощность вычисляется путем умножения напряжения на силу тока (нужен амперметр и вольтметр). В цепи переменного тока все происходит иначе, понадобятся измерительные приборы. Ваттметром измеряют режим работы электрооборудования, производят учет расхода электроэнергии.
Сфера использования
Основная сфера использования ваттметров – это отрасли промышленности в электроэнергетике, машиностроении, ремонта электрических устройств. Также часто применяют ваттметры и в быту. Их покупают специалисты по электронике, компьютерному оборудованию, радиолюбители – для расчета экономии потребления электрической энергии.
Ваттметры используют для:
- Вычисления мощности устройств.
- Проведения тестов электрических цепей, некоторых их участков.
- Проведения испытаний электроустановок, в качестве индикаторов.
- Проверка действия электрооборудования.
- Учет потребления электроэнергии.
Разновидности
Сначала измеряется напряжение, затем сила тока, а потом на основе этих данных измеряется мощность. По методу измерения, преобразования параметров и выдачи результата ваттметры разделяются на цифровые и аналоговые виды.
Цифровые ваттметры производят измерение активной и реактивной мощности. На экран также выводятся напряжение, сила тока, потребление электричества за период времени. Параметры замеров выводятся на компьютер.
Аналоговые ваттметры разделены на самопишущие и показывающие приборы. Они определяют активную мощность участка схемы. Экран ваттметра оснащен шкалой и стрелкой. Шкала отградуирована по делениям и величинам мощности, в ваттах.
Конструктивные особенности и принцип работы
Аналоговые ваттметры имеют широкое распространение, точное измерение, и являются устройствами электродинамической системы.
Принцип их действия основывается на взаимодействии между собой двух катушек. Одна катушка неподвижная, с толстым проводом обмотки, малым числом витков и небольшим сопротивлением. Она подключена по последовательной схеме с потребителем.
Вторая катушка двигается. Ее обмотка состоит из тонкого проводника, имеющего значительное число витков, ее сопротивление большое.
Она подключена по параллельной схеме с потребителем, снабжена дополнительным сопротивлением во избежание короткого замыкания обмоток.
При включении устройства в сеть, в обмотках возникают магнитные поля, взаимодействие которых образует момент вращения, отклоняющий двигающуюся обмотку с прикрепленной стрелкой, на расчетный угол. Значение угла зависит от произведения напряжения и силы тока в конкретный момент времени.
Главным принципом действия ваттметра цифрового типа является предварительный замер напряжения и силы тока. Для этих целей подключаются: по последовательной схеме к потребителю нагрузки – датчик тока, по параллельной схеме датчик напряжения. Эти датчики обычно изготавливаются из термисторов, термопар, измеряющих трансформаторов.
Мгновенные параметры измеренных напряжения и тока, путем преобразователя, поступают к внутреннему микропроцессору. В нем происходит вычисление мощности. На экране показывается результат информации, а также передается на внешние приборы.
Приборы электродинамического типа, которые имеют широкое применение, подходят для переменного и постоянного тока. Ваттметры индуктивного типа применяются только для переменного тока.
Бытовые приборы китайского производства
В инструкции описаны все режимы работы этого устройства, технические характеристики.
По сути это прибор, измеряющий мощность различных электрических потребителей. Как он работает? Вставляете его в розетку, а в розетку этого прибора вставляете вилку потребителя, мощность которого вы хотите замерить. Этим прибором вы измерите мощность какого-либо потребителя в течение определенного времени и потом с помощью него вы можете даже рассчитать, например, сколько денег тратит за электроэнергию ваш холодильник или любой другой прибор.
В устройстве есть встроенный аккумулятор. Он нужен для запоминания мощности, которую вы замерили, и потом будете использовать для расчета цены. Передняя панель прибора имеет пять кнопок: переключение режимов, указатель цены, переключатель вверх-вниз, кнопка сброса, если прибор поймал какой-либо глюк.
На корпусе указаны характеристики прибора:
- Рабочее напряжение 230 вольт.
- Частота 50 герц.
- Максимальный ток 16 ампер.
- Диапазон измеряемой мощности 0-3600 ватт.
Работа прибора
Вставляем его в розетку.
Включим в него настольную светодиодную лампу.
На дисплее сразу пошло время, в течение которого измеряется мощность потребителя, в данном случае лампы. 0,4 ватта – это мощность отключенной лампы. Включаем лампу, в рабочем режиме она потребляет 10,3 ватта. Цену за киловатт мы не указывали, поэтому там стоят нули.
У нас лампа может менять мощность света. При увеличении света лампы показания мощности увеличиваются. При включении второго режима вверху также показано время работы, во втором поле киловатт часы, так как прибор пока не проработал даже одного часа, то показаны нули. Внизу показано количество дней, в течение которых измерялся этот потребитель.
В следующем режиме во втором поле показано напряжение электросети, внизу показана частота тока. Вверху дисплея при всех режимах показывается время. При переходе на следующий режим в центре показывается сила тока. Внизу показывается параметр некоего фактора, о котором пока нет данных, так как производитель прибора китайский.
На пятом режиме показана мощность минимальная. На шестом режиме – максимальная мощность.
Интересно будет посмотреть показания этих режимов при работе компьютера. Например, в спящем режиме, при обычном открытом рабочем столе, либо при запуске мощной игры.
В следующем режиме устанавливается стоимость электроэнергии кнопками установки, для расчета стоимости расхода энергии. Так вы можете измерить и рассчитать потребление любого из домашних бытовых приборов и устройств, и будете знать, какие устройства у вас экономные, а какие слишком много потребляют электричества.
Такой прибор имеет невысокую стоимость, около 14 долларов. Это небольшая цена для того, чтобы оптимизировать затраты, рассчитав мощность потребления устройств.
Цифровой прибор многофункциональный СМ 3010
Ваттметр служит для проведения замера напряжения, частоты, мощности, постоянного и переменного тока с одной фазой. А также, предназначен для контроля подобных приборов с меньшей точностью.
Диапазон замеров тока 0,002 — 10 ампер.
Замеры напряжения:
- Постоянного от 1 до 1000 вольт.
- Переменного от 1 до 700 вольт.
- Частота измеряется в интервале 40-5000 герц.
Погрешность измерения:
- Тока, напряжения, мощности постоянного тока +0,1%.
- Тока, напряжения, мощности переменного тока +0,1% в интервале частот 40-1500 герц.
- Относительная погрешность замера частоты в интервале 40-5000 герц +0,003%.
Габариты корпуса прибора 225 х 100 х 205 мм. Вес 1 кг. Мощность потребления менее 5 ватт.
Измерительное устройство ЦП 8506 – 120
Служит для проведения замеров мощности активной и реактивной 3-фазной сети переменного тока, показывает текущее значение параметра мощности на индикаторе, преобразует в сигнал аналогового вида.
Произведенные замеры показываются в форме цифр на индикаторах в единицах величин, которые входят на устройство, либо на вход трансформатора тока или напряжения. При этом учитывается коэффициент трансформации. Цифровой дисплей разделен на четыре разряда.
Назначение устройства – для проведения замеров активной и реактивной мощностей в 3-фазных сетях электрического тока частотой 50 герц.
Технические данные
- Коэффициент мощности – 1.
- Размеры корпуса 120 х 120 х 150 мм.
- Высота цифр на дисплее 20 мм.
- Наибольший интервал показаний 9999.
- Степень точности: 0,5.
- Время проведения преобразования: менее 0,5 с.
- Температура работы: от +5 до + 40 градусов.
- Класс защиты корпуса и панели: IР 40.
- Мощность потребления: 5 ватт.
- Вес менее 1,2 кг.
Похожие темы:
Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/ustrojstva/vattmetry/
Активная, реактивная и полная (кажущаяся) мощности
Активная мощность (P)
Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, то есть
P = U I
потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи постоянного тока нет никакого коэффициента мощности.
Но при синусоидальных сигналах, то есть в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности (активная мощность), которая в действительности питает нагрузку, определяется как:
P = U I Cosθ
В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для постоянного тока: P = U I.
Формулы для активной мощности
P = U I — в цепях постоянного тока
P = U I cosθ — в однофазных цепях переменного тока
P = √3 UL IL cosθ — в трёхфазных цепях переменного тока
P = 3 UPh IPh cosθ
P = √ (S2 – Q2) или
P =√ (ВА2 – вар2) или
Активная мощность = √ (Полная мощность2 – Реактивная мощность2) или
кВт = √ (кВА2 – квар2)
Реактивная мощность (Q)
Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.
Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, известна как реактивная (Q).
Реактивной называется мощность, которая потребляется и затем возвращается нагрузкой из-за её реактивных свойств. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В х 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного поля или электрического поля в случае, соответственно, индуктивности или конденсатора.
Реактивная мощность определяется, как
Q = U I sinθ
и может быть положительной (+Ue) для индуктивной нагрузки и отрицательной (-Ue) для емкостной нагрузки.
Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар): 1 вар = 1 В х 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.
Формулы для реактивной мощности
Q = U I sinθ
Реактивная мощность = √ (Полная мощность2 – Активная мощность2)
вар =√ (ВА2 – P2)
квар = √ (кВА2 – кВт2)
Полная мощность (S)
Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.
Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока называется полной мощностью.
Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной или ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности.
Формула для полной мощности
Источник: https://khomovelectro.ru/articles/aktivnaya-reaktivnaya-i-polnaya-kazhushchayasya-moshchnosti.html
Измерение электрической мощности и энергии
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 последовательно включенного амперметра измеряют ток I в цепи, а с помощью параллельно подключенного вольтметра измеряют напряжение U нагрузки. После чего применив простую формулу P=UI и получают значение мощности.
Чтоб уменьшить погрешность измерений 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 – полная, активная и реактивная. 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 Rн, 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:
Uл – 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
Счетчиками индукционными или электронными 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.
Источник: https://elenergi.ru/izmerenie-elektricheskoj-moshhnosti-i-energii.html
Активная мощность: формула, как определить — Asutpp
Мощностные характеристики установки или сети являются основными для большинства известных электрических приборов. Активная мощность (проходящая, потребляема) характеризует часть полной мощности, которая передается за определенный период частоты переменного тока.
Определение
Активная и реактивная мощность может быть только у переменного тока, т. к. характеристики сети (силы тока и напряжения) у постоянного всегда равны. Единица измерений активной мощности Ватт, в то время, как реактивной – реактивный вольтампер и килоВАР (кВАР). Стоит отметить, что как полная, так и активная характеристики могут измеряться в кВт и кВА, это зависит от параметров конкретного устройства и сети. В промышленных цепях чаще всего измеряется в килоВаттах.
Соотношение энергий
Электротехника используется активную составляющую в качестве измерения передачи энергии отдельными электрическими приборами. Рассмотрим, сколько мощности потребляют некоторые из них:
| Прибор | Мощность бытовых приборов, Вт/час |
| Зарядное устройство | 2 |
| Люминесцентная лампа ДРЛ | От 50 |
| Акустическая система | 30 |
| Электрический чайник | 1500 |
| Стиральной машины | 2500 |
| Полуавтоматический инвертор | 3500 |
| Мойка высокого давления | 3500 |
Исходя из всего, сказанного выше, активная мощность – это положительная характеристика конкретной электрической цепи, которая является одним из основных параметров для выбора электрических приборов и контроля расхода электричества.
Генерация активной составляющей
Обозначение реактивной составляющей:
Это номинальная величина, которая характеризует нагрузки в электрических устройствах при помощи колебаний ЭМП и потери при работе прибора. Иными словами, передаваемая энергия переходит на определенный реактивный преобразователь (это конденсатор, диодный мост и т. д.) и проявляется только в том случае, если система включает в себя эту составляющую.
Расчет
Для выяснения показателя активной мощности, необходимо знать полную мощность, для её вычисления используется следующая формула:
Источник: https://www.asutpp.ru/aktivnaya-moshhnost-cepi-peremennogo-toka.html
2. Измерение активной мощности методом двух ваттметров
Этотметод применяется для измерения мощностив трёхфазных трёхпроводных цепях (звездабез нейтрали и тр-к)при любой нагрузкеи может быть использован в четырёхпроводнойсистеме при симметричной нагрузке,когда ток в нейтрали отсутствует In=
Рассмотримвывод формулы при соединении нагрузкив звезду.
Вобщем случае для мощности трёхфазнойцепи можно записать:
.
Этоуравнение можно переписать в виде суммыскалярных произведений:
Посколькув соединении звезда линейный ток равенфазному: IЛ= IФ, то можно записать: .
Вслучае трёхпроводной системы: ,откуда можно получить выражение длялинейного тока, например, в фазе «B»: .
Тогдавыражение для мощности трёхфазной цепиможно записать в следующем виде:
здесь и — линейные напряжения.
Вэтом случае для мощности трёхфазнойцепи можно записать:
Здесьугол — угол сдвига фаз между линейными токоми напряжением ,угол — угол сдвига фаз между и .
Всоответствии с полученным уравнениемв трёхфазную трёхпроводную цепь можновключить два однофазных ваттметра так,чтобы один был включен на линейные токи напряжение ,а второй – на линейные ток и линейное напряжение .
3. Измерение активной мощности методом трёх ваттметров
Методтрёх ваттметров применяется для измерениямощности трёхфазной цепи при несимметричнойнагрузке в четырёхпроводной системе(иногда применяется и в трёхпроводной).Каждый из ваттметров включается в однуиз фаз и измеряет мощность этой фазы, асумма показаний всех трёх ваттметровравна активной мощности трёхфазнойцепи: .
4. Измерение активной мощности с помощью трёхфазного ваттметра
Вчетырёхпроводной цепи для измеренияактивной мощности при несимметричнойнагрузке используется трёхэлементныйтрёхфазный ваттметр,включённый по схеме трёх ваттметров.Измерительный механизм трёхэлементного ваттметра состоит из трёх неподвижныхи трёх подвижных катушек, укреплённыхна одной оси с указательной стрелкой. В этом случае отсчёт показанийпроизводится по одной шкале, чтозначительно облегчает работу с трёхфазнымваттметром.
Втрёхпроводной цепи для измеренияактивной мощности обычно используетсядвухэлементныйтрёхфазный ваттметр,включённый по схеме двух ваттметров.
Измерительный механизм двухэлементного ваттметра состоит из двух неподвижныхи двух подвижных катушек, укреплённыхна одной оси с указательной стрелкой,поэтому отсчёт показаний производитсяпо одной шкале.
Измерение мощности спомощью двухэлементного ваттметра (каки методом двух ваттметров) можетпроизводиться при любой нагрузке втрёхпроводной системе, а также вчетырёхпроводной системе (звезда снейтралью) при симметричной нагрузке.
Измерениереактивной мощности трёхфазной цепи
1. Измерение реактивной мощности методом одного ваттметра
Дляизмерении реактивной мощности трёхфазнойцепи при симметричной нагрузке можноиспользовать обычный однофазный«косинусный» ваттметр, включенный потак называемой «синуснойсхеме» :токовая обмотка ваттметра включаетсяв одну из линий (например, фаза А), аобмотка напряжения – на две другиелинии (фазы В и С).
Каквидно из схемы, показание ваттметраравно: .
Извекторной диаграммы для симметричнойнагрузки следует:
, откуда .
Тогдапоказание ваттметра:
.
Отсюдаследует, что реактивная мощностьтрёхфазной цепи равна показаниюваттметра, умноженному на :.
Источник: https://studfile.net/preview/1079143/page:19/
ПУЭ: Глава 1.6. Измерения электрических величин
1.6.1. Настоящая глава Правил распространяется на измерения электрических величин, осуществляемых при помощи стационарных средств (показывающих, регистрирующих, фиксирующих и др.).
Правила не распространяются на лабораторные измерения и на измерения, осуществляемые с помощью переносных приборов.
Измерения неэлектрических величин, а также измерения других электрических величин, не регламентированных Правилами, требуемые в связи с особенностями технологического процесса или основного оборудования, выполняются на основании соответствующих нормативных документов.
Общие требования
1.6.2. Средства измерений электрических величин должны удовлетворять следующим основным требованиям:
1) класс точности измерительных приборов должен быть не хуже 2,5;
2) классы точности измерительных шунтов, добавочных резисторов, трансформаторов и преобразователей должны быть не хуже приведенных в табл. 1.6.1.
3) пределы измерения приборов должны выбираться с учетом возможных наибольших длительных отклонений измеряемых величин от номинальных значений.
1.6.3. Установка измерительных приборов должна, как правило, производиться в пунктах, откуда осуществляется управление.
Таблица 1.6.1. Классы точности средств измерений
| 1,0 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| 1,5 | 0,5 | 0,5* | 0,5* |
| __________________ * Допускается 1,0. | |||
| 2,5 | 0,5 | 1,0 | 1,0** |
| __________________ ** Допускается 3,0. |
На подстанциях и гидроэлектростанциях без постоянного дежурства оперативного персонала допускается не устанавливать стационарные показывающие приборы, при этом должны быть предусмотрены места для присоединения переносных приборов специально обученным персоналом.
1.6.4. Измерения на линиях электропередачи 330 кВ и выше, а также на генераторах и трансформаторах должны производиться непрерывно.
На генераторах и трансформаторах гидроэлектростанций допускается производить измерения периодически с помощью средств централизованного контроля.
Допускается производить измерения «по вызову» на общий для нескольких присоединений (за исключением указанных в первом абзаце) комплект показывающих приборов, а также применять другие средства централизованного контроля.
1.6.5. При установке регистрирующих приборов в оперативном контуре пункта управления допускается не устанавливать показывающие приборы для непрерывного измерения тех же величин.
Измерение тока
1.6.6. Измерение тока должно производиться в цепях всех напряжений, где оно необходимо для систематического контроля технологического процесса или оборудования.
1.6.7. Измерение постоянного тока должно производиться в цепях:
1) генераторов постоянного тока и силовых преобразователей;
2) аккумуляторных батарей, зарядных, подзарядных и разрядных устройств;
3) возбуждения синхронных генераторов, компенсаторов, а также электродвигателей с регулируемым возбуждением.
Амперметры постоянного тока должны иметь двусторонние шкалы, если возможно изменение направления тока.
1.6.8. В цепях переменного трехфазного тока следует, как правило, измерять ток одной фазы.
Измерение тока каждой фазы должно производиться:
1) для синхронных турбогенераторов мощностью 12 МВт и более;
2) для линий электропередачи с пофазным управлением, линий с продольной компенсацией и линий, для которых предусматривается возможность длительной работы в неполнофазном режиме; в обоснованных случаях может быть предусмотрено измерение тока каждой фазы линий электропередачи 330 кВ и выше с трехфазным управлением;
3) для дуговых электропечей.
Измерение напряжения
1.6.9. Измерение напряжения, как правило, должно производиться:
1) на секциях сборных шин постоянного и переменного тока, которые могут работать раздельно.
Допускается установка одного прибора с переключением на несколько точек измерения.
На подстанциях допускается измерять напряжение только на стороне низшего напряжения, если установка трансформаторов напряжения на стороне высшего напряжения не требуется для других целей;
2) в цепях генераторов постоянного и переменного тока, синхронных компенсаторов, а также в отдельных случаях в цепях агрегатов специального назначения.
При автоматизированном пуске генераторов или других агрегатов установка на них приборов для непрерывного измерения напряжения не обязательна;
3) в цепях возбуждения синхронных машин мощностью 1 МВт и более. В цепях возбуждения гидрогенераторов измерение не обязательно;
4) в цепях силовых преобразователей, аккумуляторных батарей, зарядных и подзарядных устройств;
5) в цепях дугогасящих реакторов.
1.6.10. В трехфазных сетях производится измерение, как правило, одного междуфазного напряжения. В сетях напряжением выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью допускается измерение трех междуфазных напряжений для контроля исправности цепей напряжением одним прибором (с переключением).
Источник: http://etp-perm.ru/el/pue/razdel-1.-obshhie-pravila/pue-glava-1.6.-izmereniya-elektricheskix-velichin
Ваттметр для измерения мощности: назначение, типы, подключение, применение
Один из параметров, который характеризует состояние электрической сети – это ее мощность. Она отражает величину работы, выполняемую электрическим током в единицу времени. Мощность устройств, включаемых в электрическую цепь, должна быть в рамках мощности сети. Иначе возможны неприятные сюрпризы – от выхода из строя оборудования до короткого замыкания и пожара.
Измеряют мощность электрического тока специальным прибором – ваттметром. И если в цепи постоянного тока она рассчитывается простым умножением силы тока на напряжение (достаточно наличия вольтметра и амперметра), то в сети переменного тока без измерительного оборудования не обойтись. Также им контролируют режим работы электрического оборудования и учитывают расход энергии.
Применение Ваттметров
Основная область применения – это электроэнергетическая промышленность и машиностроение, мастерские по ремонту электроприборов. Однако достаточно широко используют и бытовые измерители, которые приобретают любители электроники, компьютеров и просто обыватели – для учета и экономии энергопотребления.
Применяют ваттметры для:
Типы ваттметров
Измерению мощности предшествует измерение силы тока и напряжения исследуемого участка цепи.
В зависимости способов измерения, преобразования данных и показа итоговой информации, ваттметры делятся на аналоговые и цифровые.
Аналоговые ваттметры бывают показывающие и самопишущие и отражают активную мощность участка цепи. Табло показывающего прибора имеет полукруглую шкалу и поворачивающуюся стрелку. Деления шкалы отградуированы в соответствии с определенными величинами мощности, измеряемой в ваттах (Вт).
Цифровые ваттметры измеряют как активную, так и реактивную мощность. Кроме того, на дисплей прибора могут выводиться (кроме показания мощности) также и сила тока, напряжение, и расход энергии по времени. Данные измерений можно вывести удаленно на компьютер оператора.
о ваттметре из Китая:
Аналоговые ваттметры
Наиболее распространенными и точными аналоговыми ваттметрами являются приборы электродинамической системы.
Принцип работы основан на взаимодействии двух катушек. Одна из них – неподвижная, имеет толстую обмотку с небольшим числом витков и малое сопротивление. Подключается последовательно с нагрузкой. Вторая катушка – подвижная.
Ее намотка выполнена из тонкого провода и имеет большое количество витков, поэтому и сопротивление у нее высокое.
Подключается она параллельно нагрузке и снабжается еще добавочным сопротивлением (для исключения короткого замыкания между катушками).
При подключении прибора к сети, в катушках образуются магнитные поля. Их взаимодействие создает вращающий момент, который отклоняет подвижную катушку с подсоединенной к ней стрелкой на определенный угол.
Величина угла эквивалентна произведению силы тока и напряжения в данный момент времени.
Цифровые ваттметры
В основе работы цифрового ваттметра лежит предварительное измерение силы тока и напряжения. Для этого на входе устанавливаются: последовательно нагрузке – датчик тока, параллельно – датчик напряжения. Они могут выполняться на базе термисторов, измерительных трансформаторов, термопар и других элементов.
Мгновенные значения полученных величин тока и напряжения посредством аналого-цифрового преобразователя передаются к встроенному микропроцессору. Здесь производятся необходимые вычисления (находится активная и реактивная мощности) и выдаются в виде итоговой информации на дисплей и подключенные внешние устройства.
Рисунок — Схема подключения Ваттметра
Подключение Ваттметра
Ваттметры имеют четыре клеммы (2 входа, 2 выхода) для подключения. Две из них используют при сборе последовательной (токовой) цепи – ее подключают первой, а две – для параллельной (цепи напряжения).
Начало цепи напряжения (вход) подключают к началу токовой цепи (соединить клеммы перемычкой), соединенному с одним зажимом сети. Конец цепи напряжения (выход) соединяют с другим зажимом сети.
Рассмотрим несколько ваттметров разного исполнения и разных производителей:
Многофункциональный цифровой ваттметр СМ3010 класса точности 0,1
Предназначен для измерения активной мощности, тока, напряжения и частоты в цепях постоянного тока и в однофазных цепях переменного тока; для поверки ваттметров, амперметров, вольтметров класса 0,3 и ниже, частотомеров класса 0,01 и ниже.
Пределы измерения тока Iп:
- на постоянном и переменном токе: 0,002-0,005-0,01-0,02-0,05-0,1-0,2-0,5-1-2-5-10 А.
Пределы измерения напряжения Uп:
Источник: https://pue8.ru/elektrotekhnik/812-vattmetry-naznachenie-tipy-podklyuchenie.html
