Краткие теоретические сведения. Активную мощность в электрической цепи можно измерить ваттметром

 

Активную мощность в электрической цепи можно измерить ваттметром. Ваттметр, прибор электродинамической системы, имеет две катушки, одну неподвижную, другую подвижную. У приборов ферродинамической системы катушки располагается на ферромагнитных сердечниках.

Обмотка неподвижной катушки выполняется из небольшого числа витков проволоки большого сечения. Она включается последовательно с нагрузкой , мощность которой необходимо измерить. Через нее проходит ток , и она называется токовой обмоткой ваттметра. Ее зажимы обозначаются буквой . Обмотка подвижной катушки выполняется из большого числа витков проволоки малого сечения и включается параллельно нагрузке. Она называется обмоткой напряжения. Ее зажимы обозначаются буквой (рис. 22). При взаимодействии токов неподвижной и подвижной катушек возникают силы, стремящиеся повернуть подвижную катушку и укрепленную на ней стрелку. Направление отклонения подвижной системы прибора зависит от взаимного направления токов в обеих обмотках.

Поэтому для правильного включения обмоток их зажимы маркируют. Зажимы, к которым следует присоединять провода от источника питания, называют генераторными зажимами ваттметра.

На электрических схемах эти зажимы обозначают точками, а на приборе – звездочкой (*).

Угол отклонения подвижной системы пропорционален активной мощности: , где – коэффициент пропорциональ-ности; – напряжение на подвижной обмотке; – ток, проходящий по неподвижной катушке; – коэффициент мощности, зависящий от характера нагрузки; – измеренная активная мощность.

Рис. 22. Схема включения ваттметра

Измеренную ваттметром активную мощность вычисляют по формуле

,

где – цена деления шкалы ваттметра, Вт/дел.;

– число делений шкалы прибора, отсчитанное указателем.

,

где – предельное (номинальное) значение напряжения обмотки напряжения ваттметра; – предельное (номинальное) значение тока токовой обмотки ваттметра; – число делений всей шкалы прибора.

Например, , , дел.

Цена деления шкалы ваттметра составит:

Вт/дел.

Если число делений шкалы прибора, отсчитанное указателем дел., то измеренная ваттметром активная мощность Вт.

Для учета электрической энергии применяются индукционные счетчики.

Счетчик – интегрирующий прибор, дающий суммарное значение измеряемой величины за определенный промежуток времени.

Однофазный индукционный счетчик (рис. 23) состоит из двух электромагнитов 1 и 2, между которыми находится алюминиевый диск 3, насаженный на ось, вместе с которой он может свободно вращаться, постоянного магнита 4. Ось связана с помощью червячной передачи со счетным механизмом.

Рис. 23. Устройство однофазного индукционного счетчика

Обмотка электромагнита 1 с током включается последовательно с нагрузкой . Она состоит из небольшого числа витков провода большого сечения. Обмотка электромагнита 2 с током включается параллельно нагрузке. Она имеет большое число витков провода малого сечения. Токи и создают магнитные потоки и , которые пересекают диск и наводят в них вихревые токи.

При взаимодействии вихревых токов с магнитными потоками возникает вращающий момент, пропорциональный активной мощности нагрузки:

.

Постоянный магнит 4 препятствует вращению диска, создавая тормозной момент , пропорциональный частоте вращения диска :

.

При равенстве вращающего и тормозного моментов диск вращается равномерно .

,

откуда активная мощность ,

где и – коэффициенты пропорциональности; , .

Энергия, израсходованная за время :

,

где – число оборотов диска за время :

.

Полученное выражение является основным уравнением счетчика.

– постоянная счетчика или цена одного оборота (). Она показывает, какому количеству киловатт-часов электроэнергии соответствует один оборот диска. Червячная передача счетного механизма учитывает постоянную счетчика, и счетный механизм непосредственно отсчитывает энергию в киловатт-часах. Величина, обратная постоянной счетчика, называется передаточным числом счетчика: .

Передаточное число показывает, сколько оборотов делает диск, пока энергия изменяется на 1 кВт ^. ч. Оно всегда указывается на маркировочной таблице счетчика.

Например, 1 – 5000 об.диска. Зная передаточное число счетчика, определяют номинальную постоянную счетчика . В формуле расход энергии выражен в Вт ^. с., киловатты необходимо перевести в ватты (1кВт=1000 Вт), а часы перевести в секунды (1 ч=3600 сек.).

Тогда номинальная постоянная счетчика .

Рис. 24. Схема включения однофазного счетчика

В счетчике имеются четыре основные клеммы. Они обозначаются буквами Г и Н. Буква Г означает, что к этим клеммам нужно присоединить провода, идущие от генератора (от сети). Буква Н означает, что к этим клеммам нужно присоединить провода, идущие к нагрузке. Начало обмотки напряжения присоединяется к началу токовой обмотки внутри счетчика.

Из рис. 24 видно, что данная схема аналогична подключению ваттметра для измерения активной мощности в однофазных цепях с той лишь разницей, что обратный провод от нагрузки проходит внутри счетчика.