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.