Цифрові ватметри (05.04.22)

 

Схема включення ватметра. Аналоговий та цифровий ватметр З чого складається ватметр

Одна з властивостей, що дає характеристику стану електричного кола – це потужність. Ця властивість відображає значення роботи, виконане електричним струмом за певний час. Потужність обладнання, що входить в електричний ланцюг, не повинна виходити за межі потужності мережі. В іншому випадку обладнання може вийти з ладу, виникне замикання або пожежа. Виміри потужності електричного струмувиробляють спеціальними пристроями – ватметри. У разі постійного струму потужність обчислюється шляхом множення напруги на силу струму (потрібний амперметр та вольтметр). У ланцюзі змінного струму все відбувається інакше, знадобляться вимірювальні прилади. Ваттметр вимірюють режим роботи електрообладнання, проводять облік витрати електроенергії.

Сфера використання

Основна сфера використання ватметрів – це галузі промисловості в електроенергетиці, машинобудуванні, ремонті електричних пристроїв. Також часто застосовують ватметри і в побуті. Їх купують фахівці з електроніки, комп'ютерного обладнання, радіоаматори – для розрахунку економії споживання електричної енергії.

Ваттметри використовують для:

• Обчислення потужності пристроїв.
• Проведення тестів електричних ланцюгів, деяких ділянок.
• Проведення випробувань електроустановок як індикатори.
• Перевірка дії електроустаткування.
• Врахування споживання електроенергії.

Різновиди

Спочатку вимірюється напруга, потім сила струму, потім на основі цих даних вимірюється потужність. За методом вимірювання, перетворення параметрів та видачі результату ватметри поділяються на цифрові та аналогові види.

Цифровіватметри проводять вимірювання. На екран також виводяться напруга, сила струму, споживання електрики у період. Параметри вимірювання відображаються на комп'ютері.

Аналоговіватметри розділені на прилади, що самопишуть і показують. Вони визначають активну потужність ділянки схеми. Екран ватметра оснащений шкалою та стрілкою. Шкала відградуйована за розподілами та величинами потужності, у ватах.

Конструктивні особливості та принцип роботи

Аналогові ватметри мають широке поширення, точне вимірювання, і є пристроями електродинамічної системи.

Принцип їхньої дії ґрунтується на взаємодії між собою двох котушок. Одна котушка нерухома, з товстим проводом обмотки, малим числом витків та невеликим опором. Вона підключена за послідовною схемою із споживачем. Друга котушка рухається. Її обмотка складається з тонкого провідника, що має значну кількість витків, її великий опір. Вона підключена за паралельною схемою зі споживачем, забезпечена додатковим опором, щоб уникнути короткого замикання обмоток.

При включенні пристрою в мережу, в обмотках виникають магнітні поля, взаємодія яких утворює момент обертання, що відхиляє обмотку, що рухається, з прикріпленою стрілкою, на розрахунковий кут. Значення кута залежить від добутку напруги та сили струму в конкретний момент часу.

Головним принципом дії ватметра цифрового типу є попередній вимір напруги та сили струму. Для цього підключаються: за послідовною схемою до споживача навантаження – датчик струму, за паралельною схемою датчик напруги. Ці датчики зазвичай виготовляються із термісторів, термопар, що вимірюють трансформаторів.

Миттєві параметри вимірюваних напруги та струму, шляхом перетворювача, надходять до внутрішнього мікропроцесора. У ньому відбувається обчислення потужності. На екрані відображається результат інформації, а також передається на зовнішні прилади.

Прилади електродинамічного типу, які мають широке застосування, підходять для змінного та постійного струму. Ваттметри індуктивного типу використовуються тільки для змінного струму.

Деякі варіанти приладів (ватметрів).

Побутові прилади китайського виробництва

В інструкції описано всі режими роботи цього пристрою, технічні характеристики.

По суті, це прилад, що вимірює потужність різних електричних споживачів. Як він працює? Вставляєте його в розетку, а в розетку приладу вставляєте вилку споживача, потужність якого ви хочете заміряти. Цим приладом ви виміряєте потужність якогось споживача протягом певного часу і потім за допомогою нього ви можете навіть розрахувати, наприклад, скільки грошей витрачає за електроенергію ваш холодильник чи будь-який інший прилад.

У Вашому пристрої є вбудований акумулятор. Він потрібний для запам'ятовування потужності, яку ви заміряли, і потім використовуватимете для розрахунку ціни. Передня панель приладу має п'ять кнопок: перемикання режимів, вказівник ціни, перемикач вгору-вниз, кнопка скидання, якщо прилад упіймав якийсь глюк.

На корпусі вказано характеристики приладу:

• Робоча напруга 230 вольт.
• Частота 50 герц.
• Максимальний струм 16 Ампер.
• Діапазон вимірюваної потужності 0-3600 Вт.

Робота приладу.

Вставляємо його в розетку.

Включимо до нього настільну світлодіодну лампу.

На дисплеї відразу пішов час, протягом якого вимірюється потужність споживача, у цьому випадку лампи. 0,4 Ват – це потужність відключеної лампи. Включаємо лампу, у робочому режимі вона споживає 10,3 Вт. Ціни за кіловат ми не вказували, тому там стоять нулі.

У нас лампа може змінювати потужність світла. При збільшенні світла лампи показники потужності збільшуються. При включенні другого режиму вгорі також показано час роботи, у другому полі кіловат годинник, так як прилад поки не пропрацював навіть однієї години, то показано нулі. Нижче показано кількість днів, протягом яких вимірювався цей споживач.

У наступному режимі у другому полі показано напругу електромережі, внизу показано частоту струму. У верхній частині дисплея відображається час. При переході на наступний режим у центрі відображається сила струму. Внизу показується параметр якогось фактора, про який поки що немає даних, оскільки виробник приладу китайський.

На п'ятому режимі показано мінімальну потужність. На шостому режимі – максимальна потужність.

Цікаво буде переглянути показання цих режимів під час роботи комп'ютера. Наприклад, в режимі сну, при звичайному відкритому робочому столі, або при запуску потужної гри.

У наступному режимі встановлюється вартість електроенергії кнопками установки для розрахунку вартості витрати енергії. Так ви можете виміряти та розрахувати споживання будь-якого з домашніх побутових приладів та пристроїв, і знатимете, які пристрої у вас економні, а які занадто багато споживають електрики.

Такий прилад має невисоку вартість близько 14 доларів. Це невелика ціна для того, щоб оптимізувати витрати, розрахувавши потужність споживання пристроїв.

Цифровий прилад багатофункціональний СМ 3010

Ваттметр служить щодо заміру напруги, частоти, потужності, постійного і змінного струму з однією фазою. А також призначений для контролю подібних приладів з меншою точністю.

Діапазон вимірювання струму 0,002 - 10 ампер.

Виміри напруги:

• Постійного від 1 до 1000 вольт.
• Змінного від 1 до 700 вольт.
• Частота вимірюється в інтервалі 40-5000 герц.

Похибка вимірювання:

• струму, напруги, потужності постійного струму + 0,1%.
• Струму, напруги, потужності змінного струму + 0,1% в інтервалі частот 40-1500 герц.
• Відносна похибка виміру частоти в інтервалі 40-5000 герц + 0,003%.

Габарити корпусу приладу 225 х 100 х 205 мм. Вага 1 кг. Потужність споживання менше 5 ватів.

Вимірювальний пристрій ЦП 8506 – 120

Служить щодо вимірювань потужності активної і реактивної 3-фазной мережі змінного струму, показує поточне значення параметра потужності на індикаторі, перетворює на сигнал аналогового виду.

Зроблені виміри відображаються у формі цифр на індикаторах в одиницях величин, що входять на пристрій, або на вхід трансформатора струму або напруги. У цьому враховується коефіцієнт трансформації. Цифровий дисплей розділений на чотири розряди.

Призначення пристрою – для проведення вимірів активної та реактивної потужностей у 3-фазних мережах електричного струму частотою 50 герц.

Технічні дані

• Коефіцієнт потужності – 1.
• Розміри корпусу 120 х 120 х 150 мм.
• Висота цифр на дисплеї 20 мм.
• Найбільший інтервал показань 9999.
• Ступінь точності: 0,5.
• Час проведення перетворення менше 0,5 с.
• Температура роботи: від +5 до +40 градусів.
• Клас захисту корпусу та панелі: IР 40.
• Потужність споживання: 5 ват.
• Вага не менше 1,2 кг.

Один із параметрів, який характеризує стан – це її потужність. Вона відображає величину роботи, яку виконує електричний струм в одиницю часу. Потужність пристроїв, що включаються до електричного ланцюга, повинна бути в рамках потужності мережі. Інакше можливі неприємні сюрпризи – від виходу з ладу обладнання до короткого замикання та пожежі.

Вимірюють потужність електричного струму спеціальним приладом – ватметром. І якщо в ланцюзі постійного струму вона розраховується простим множенням сили струму на (достатньо наявності вольтметра та амперметра), то в мережі змінного струму без вимірювального обладнанняне обійтись. Також ним контролюють та враховують витрати енергії.

Застосування Ватметрів

Основна сфера застосування – це електроенергетична промисловість та машинобудування, майстерні з ремонту електроприладів. Проте досить широко використовують і побутові вимірювачі, які купують любителі електроніки, комп'ютерів та просто обивателі – для обліку та економії енергоспоживання.

Застосовують ватметри для:

• визначення потужності приладів;
• Тестування електричних мереж, та їх окремих ділянок;
• (як показують прилади);
• Контроль роботи обладнання;

Типи ватметрів

• постійний струм: 1-3-7,5-15-30-75-150-300-450-700-1000 Ст.
• змінний струм: 1-3-7,5-15-30-75-150-300-450-700 Ст.

Межі вимірювання потужності відповідно Uп* Iп

Межі виміру частоти від 40 до 5000Гц.

Основна похибка:

• наведена похибка вимірювання струму та потужності на постійному струмі ±0,1%;
• наведена похибка вимірювання струму та на змінному струмі в діапазоні частот від 40 до 1500Гц ±0,1%;
• наведена похибка вимірювання потужності на змінному струмі діапазоні частот від 40 до 1000Гц ±0,1%;
• відносна похибка вимірювання частоти в діапазоні частот від 40 до 5000Гц ±0,003%;

габаритні розміри 225х100х205 мм. Маса трохи більше 1кг. Споживана потужність трохи більше 5Вт.

Ваттметри багатофункціональні СМ3010 випускаються за ТУ 4221-047-16851585-2014, відповідають вимогам ТР ТС 004/2011, ТР ТС 020/2011.

Виробництво - ЗІП-Научприлад.

Пристрої вимірювальні ЦП8506-120 (далі – пристрої).

Призначені для вимірювання активного, реактивного, активного та реактивного трифазних трипровідних ланцюгів змінного струму, відображення поточного значення вимірюваної потужності на цифровому індикаторі та перетворення його в аналоговий вихідний сигнал (далі – вихідний сигнал).

Вимірювані значення відображаються у цифровій формі на вбудованих індикаторах. Відображення вимірюваних величин на цифрових індикаторах проводиться в одиницях вимірюваної величини, що надходить безпосередньо на вхід пристрою, або в одиницях вимірюваної величини, що надходить на вхід трансформаторів струму та з урахуванням коефіцієнтів трансформації, у ватах, кіловатах, мегаватах, варах, кіловарах, мегаварах. Цифрові індикатори мають чотири значущих розряду.

Призначення ЦП8506-120:

• для вимірювання активної та реактивної потужності у трифазних трипровідних електричних ланцюгах змінного струму частотою від 45 до 55 Гц

Короткі технічні характеристики ЦП8506-120 (Ватметр)

Варметр щитовий цифровий трифазний:

• Коефіцієнт потужності: для ватметра cos φ=1, для варметра sin φ=1
• Габаритні розміри: 120х120х150 мм
• Висота знака: 20 мм
• Максимальний діапазон відображення: 9999
• Клас точності: 0,5
• Час перетворення: не більше 0,5 с
• Робоча температура: +5 ... +40 град С (О4.1), -40 ... +50 град С (УХЛ3.1)
• Ступінь захисту передньої панелі: IP40
• Потужність: 5ВА
• Маса: не більше 1,2 кг

Ваттметр Д5085 (Д 5085, Д-5085)

Призначений для вимірювання потужності в однофазних ланцюгах змінного та постійного струму, а також для перевірки менш точних приладів.

Габарити трохи більше (205±1,45)х(290±1,6)х(135±2,0) мм.

Клас точності 0,2.

Ваттметри Д5085 призначені для вимірювання потужності в однофазних ланцюгах змінного та постійного струму, а також для перевірки менш точних приладів.

Ваттметри Д5085 призначені для експлуатації в умовах помірного клімату в закритих сухих опалювальних приміщеннях при температурі навколишнього повітря від 10 до 35 ° С і відносної вологості до 80 % (при 25 ° С).

Ваттметри Д5085 -04.1 (тропічне виконання) призначені для експлуатації в умовах як сухого, так і вологого тропічного клімату в закритих приміщеннях з кондиціонованим або частково кондиціонованим повітрям при температурі навколишнього повітря від 1 до 45 ° C та відносній вологості до 80 % при температурі 2 З (за ГОСТ 15150-69).

Технічні дані

Ваттметри Д5085 відповідають класу точності 0,2 згідно з ГОСТ 8476-78.

Номінальний коефіцієнт потужності ватметра - 1,0.

Номінальний паралельний ланцюг ватметра Д5085 дорівнює (5 ± 0,1) mА. Нормальна область частот ватметра від 45 до 500 Гц, робоча область частот – 500-1000 Гц.

Межа допустимої додаткової похибки приладу Ваттметр Д5085, викликаної відхиленням на ± 20% від номінального значення або від меж нормальної області напруги, при незмінному значенні вимірюваної потужності дорівнює ± 0,2% від кінцевого значення діапазону вимірювань.

Межа допустимої додаткової похибки приладу Ваттметр Д5085, викликаної відхиленням частоти від верхньої межі нормальної області до будь-якого значення робочої області частот, не перевищує ± 0,2% від кінцевого значення діапазону вимірювань.

Межа допусканої додаткової похибки приладу Ваттметр Д5085, викликаної зміною температури навколишнього повітря від нормальної до будь-якої температури в межах робочих температур на кожні 10 ° С зміни температури дорівнює ±0,2% від кінцевого значення діапазону вимірювань. Нормальна температура – ​​20±2 °С, якщо на лицьовій частині приладу не зазначено інше значення.

Однією з найважливіших характеристик електричного кола є його потужність. За допомогою даного параметра визначається величина роботи, яку електричний струм виконує певну одиницю часу. Всі пристрої, що включаються в ланцюг, повинні мати потужність, що відповідає потужності конкретної мережі. Для вимірювання потужності електричного струму застосовується спеціальний вимірювальний прилад - ватметр.

В основному він потрібен у мережах змінного струму, визначаючи потужність включених приладів, а також для тестування мереж та їх окремих ділянок, контролю та стеження за режимом роботи електрообладнання, обліку спожитої електроенергії.

Класифікація ватметрів

До того, як виконується вимірювання потужності ватметром, на досліджуваній ділянці попередньо вимірюється сила струму та напруга. Для того щоб отримати наочну підсумкову інформацію, ці дані слід перетворити за допомогою ватметрів, які можуть бути аналоговими та цифровими.

Більшість всіх вимірювань протягом тривалого часу проводилася аналоговими пристроями, у свою чергу поділяються на категорії показують і самописних. Вони відображають значення активної потужності на заданій ділянці ланцюга. Типовим представником вважається показуючий прилад з напівкруглою шкалою і стрілкою, що повертається. На шкалу нанесено градуювання, що відповідає величинам наростаючої потужності, яку він вимірює в .

Інший тип - ватметр цифровий відноситься до вимірювальних приладів, здатних виконувати . Усі подібні пристрої обладнані дисплеєм, який крім потужності, виводяться показання сили струму, напруги, витрати електроенергії за певний період. Найбільш досконалі прилади підключаються і дозволяють виводити отримані дані на комп'ютер, розташований на відстані від місця проведення вимірювань.

Принцип дії аналогового ватметра

Основою конструкції найпоширеніших аналогових ватметрів є електродинамічна система. Прилади цього типу дозволяють зробити максимально точні виміри та отримати необхідні результати.

Принцип дії ватметра аналогового типу здійснюється на основі двох котушок, що взаємодіють. Перша котушка є нерухомою, у її конструкції використовується товстий обмотковий провід з невеликою кількістю витків та незначним опором. Підключення цієї котушки виконується послідовно із споживачем.

Друга котушка знаходиться у русі. Для її обмотки застосовується тонкий провідник з великою кількістю витків та високим опором. Ця котушка підключається паралельно зі споживачем та обладнується додатковим опором для захисту від коротких замикань обмоток.

Коли ватметр входить у мережу, в обмотках його котушок з'являються магнітні поля, що взаємодіють між собою. За рахунок цієї взаємодії відбувається утворення моменту обертання, що відхиляє обмотку, що рухається, на величину розрахункового кута. На цей показник впливає добуток сили струму та напруги у встановлений момент часу.

Як працює цифровий ватметр

Основний принцип роботи цифрового ватметра полягає в попередньому вимірі сили струму і напруги на досліджуваному ділянці ланцюга. До споживача навантаження послідовно підключається датчик струму, а датчик напруги підключається за паралельною схемою. Головним конструктивним елементомдатчика служить , або вимірювальний трансформатор.

За таким же принципом працює ватметр побутовий, що широко використовується в домашніх умовах. Такий пристрій достатньо включити в розетку, щоб розпочати процес вимірювання.

Основою пристрою служить мікропроцесор, якого надходять виміряні параметри струму і напруги, після чого обчислюється потужність. Отримані результати виводяться на екран і одночасно передаються зовнішні прилади. У самому мікропроцесорі присутні елементи, у тому числі мікроконтролери, що дозволяють автоматично керувати робочими режимами, дистанційно перемикати межі вимірювань. З їхньою допомогою виконується індикація умовних позначень вимірюваних величин.

Під час роботи з перетворювачами великих і середніх рівнів потужності виконується калібрування цифрового пристрою за допомогою калібратора потужності постійного струму. Самостійне калібрування ватметра здійснюється калібратором потужності змінного струму. Живлення всіх вузлів та елементів відбувається через джерело живлення постійного струму, вбудоване всередину вимірювального приладу.

Напруга, що надходить з приймального перетворювача, включеного в розетку, посилюється УПТ - підсилювачем постійного струму до значень, що роблять стійкішою роботу АЦП - блок аналого-цифрового перетворювача. Далі напруга, пропорційна вимірюваної потужності, перетворюється на часовий інтервал, що заповнюється імпульсами опорної частоти.

Кількість цих імпульсів, пропорційне вимірюваної потужності, буде відображатися на ЦОУ - цифровому відліковому пристрої. Отримані дані можуть бути введені у спеціальний пристрій, призначений для обробки інформації.

Схема підключення вимірювального приладу

Від того, наскільки правильно підключений ватметр у конкретній ділянці ланцюга, залежатиме точність отриманих даних. Правильна схемавключення ватметра виглядає так: нерухома котушка струму вимірювального приладу послідовно з'єднується з навантаженням або споживачами електроенергії.

Рухома котушка напруги послідовно з'єднується з додатковим опором, а потім вся ця ділянка паралельно підключається до навантаження. Рухлива частина ватметра має певний кут повороту, що обчислюється за формулою: α = k2IхIu = k2U/Ru, в якій I та Iu є відповідно струмами послідовної та паралельної котушок приладу.

Оскільки в схемі використовується додатковий опір, паралельний ланцюг пристрою матиме практично постійний опір (Ru). У цьому випадку кут повороту дорівнюватиме: α = (k2/Ru)хIхU = k2IхU = k3P. Тобто потужність ланцюга визначатиметься саме за цим параметром.

У ватметрі рівномірно нанесена вимірювальна шкала, зроблена в односторонньому варіанті, коли розташування поділів починається від нуля в праву сторону. Коли електричний струм у нерухомій котушці змінює свій напрямок, це призводить до зміни напрямку повороту і моменту обертання рухомої котушки. Якщо підключення ватметра виконано неправильно і напрям струму буде іншим, електронний прилад не спрацює.

З цих причин не слід плутати затискачі, які використовують для підключення. Послідовна обмотка має затискач для з'єднання з джерелом живлення, що називається генераторним. Паралельний ланцюг також називається генераторним і має власну потрібну клему, щоб підключити ділянку до дроту, з'єднаного з послідовною котушкою.

При нормальному підключенні струми в котушках приладу від генераторних затискачів направляються до негенераторних.

Електронні ватметрина базі електронних вольтметрів бувають параметричного та модуляційного типів. Параметричні ватметри поділяються на ватметри прямого і непрямого перетворення.

Принцип роботи параметричних ватметров з прямим перетворенням заснований на реалізації функціональної залежності виду:

Таким чином, в результаті виконання зазначених математичних операцій з двома сигналами можна отримати їхній твір, що і потрібно при вимірюванні потужності сигналу. Для цієї мети струм попередньо перетворюється на напругу, а зведення значень сигналів квадрат здійснюється за допомогою функціональних перетворювачів.

Рис. 9.5 Структурна схема квадратурного ватметра.

Модуляційні ватметризасновані на подвійній модуляції імпульсних сигналів (широтно-імпульсної – ШІМ та амплітудно-імпульсної – АІМ).

В лічильники електроенергіїз розподілом часу використовується своєрідний, але точний метод вимірювання електричної потужності. Такий прилад має два канали. Один канал є електронним ключем, який пропускає або не пропускає вхідний сигнал Y (або звернений вхідний сигнал Y) на фільтр нижніх частот. Станом ключа управляє вихідний сигнал другого каналу з відношенням часових інтервалів «закрито»/«відкрито», пропорційним до його вхідного сигналу. Середній сигнал на виході фільтра дорівнює середньому часу твору двох вхідних сигналів. Якщо один вхідний сигнал пропорційний напрузі на навантаженні, а інший – струму навантаження, то вихідна напруга пропорційна потужності, що споживається навантаженням.

Похибка таких лічильників промислового виготовлення становить 0,02% на частотах до 3 кГц (лабораторних – близько 0,0001%). Як прилади високої точності вони застосовуються як еталонні лічильники для перевірки робочих засобів вимірювання.

Дискретизуючі ватметри та лічильникиелектроенергії засновані на принципі цифрового вольтметра, але мають два вхідні канали, що дискретизують паралельно сигнали струму та напруги. Кожне дискретне значення, що представляє миттєві значення сигналу напруги в момент дискретизації, множиться відповідне дискретне значення сигналу струму, отримане в той же час. Середня за часом таких творів є потужність у ватах:

.

Суматор, що накопичує добутки дискретних значень з часом, дає повну електроенергію у ват-годинах. Похибка лічильників електроенергії може становити лише 0,01%.

Індукційний лічильникє не що інше, як малопотужний електродвигун змінного струму з двома обмотками - струмової та обмоткою напруги. Провідний диск, поміщений між обмотками, обертається під дією моменту, що крутить, пропорційного споживаної потужності. Цей момент врівноважується струмами, що наводяться в диску постійним магнітом, так що частота обертання диска пропорційна потужності, що споживається. Число обертів диска за той чи інший час пропорційно до повної електроенергії, отриманої за цей час споживачем. Число оборотів диска вважає механічний лічильник, який показує електроенергію в кіловат-годинах. Прилади такого типу широко застосовуються як побутові лічильники електроенергії. Їхня похибка, як правило, становить 0,5%; вони відрізняються великим терміном служби за будь-яких допустимих рівнях струму.

Може виконувати роботу. Наприклад, закип'ятити воду в електрочайнику, перемолоти каву в кавомолці, зігріти курку в мікрохвильовій печі і так далі. Всі ці побутові приладиє навантаженням для домашньої мережі. Але, як ви знаєте, деякі прилади крутять лічильник дуже швидко, а деякі прилади майже не споживають електричний струм.

Якщо включити чайник і лампочку розжарювання у вашій кімнаті і залишити на годину, то чайник "з'їсть" електроенергії набагато більше, ніж та сама лампа розжарювання. Справа в тому, що чайник має більшу потужність, ніж лампочка. У цьому випадку можна сказати, що потужність чайника буде більшою, ніж потужність лампи в одиницю часу, наприклад, за секунду. Щоб точно виміряти, скільки разів чайник споживає електричної енергії більше, ніж лампочка, нам потрібно виміряти потужність чайника і лампочки.

– це прилад, який вимірює споживану потужність будь-якого навантаження. Виділяють три групи ватметрів:

• низької частоти та постійного струму
• радіочастотні ватметри
• оптичні ватметри

Оскільки наш сайт присвячений електроніці та електротехніці, то ми будемо в цій статті розглядати лише ватметри постійного струму та низької частоти. Під низькою частотою мається на увазі частота 50-60 Герц.

Потужність постійного струму

Отже, ви вже все в курсі, що будь-яке навантаження для електричного струму споживає будь-яку потужність. Потужність постійного струму виражається формулою:

P=IU

де

P- це потужність, яка виражається у Ваттах (Вт, W)

I- Сила струму, яку споживає навантаження, виражається в Амперах

U– напруга, яка подається на навантаження, виражається у Вольтах

Тому, щоб знайти потужність будь-якого навантаження, яке приєднано до постійного струму, достатньо перемножити значення і . Наприклад, на цьому фото бачимо вентилятор від комп'ютера, який підчепили до . Його потужність, як не важко здогадатися, склала P = IU = 0,18 Ампер x 12 Вольт = 2,16 Ватт.

Ваттметри для постійного струму

Адже ви не будете щоразу тягати з собою громіздкий блок живлення або два, які вимірюватимуть струм і напругу? Тому, в даний час ватметри представляють собою закінчені прилади, які дуже легко з'єднуються зі споживаним навантаженням. На Аліекспресі я знаходив такі ватметри для постійного струму, які показують відразу і струм, і напруга, і споживану потужність навантаження. До дротів, де написано SOURCE чіпляємо джерело постійного струму, а до дротів LOAD чіпляємо навантаження. Все просто і просто!

Деякі з них йдуть у комплекті зі

Схема підключення джерела постійного струму та навантаження в такому ватметрі виглядає так

Ну і самий бюджетний варіант– це взяти ампервольтметр і просто множити значення струму та напруги

Ось такий вольтамперметр розрахований на максимальні параметри 100 Вольт та 50 Ампер. Тобто теоретично він може вимірювати потужність до 5 кВт.

Потужність змінного струму

Потужність змінного струму обчислюється за такою формулою:

P=IU cos φ

де

P – потужність, Ватт

I – сила струму, Ампер

U – напруга, Вольти

cos φ – коефіцієнт потужності

Що ще за косинус фі? І що він взагалі означає? Є такі радіоелементи як конденсатори , котушки індуктивності , трансформатори , електромеханічні реле різні двигуни та інші радіоелементи, які мають будь-який ємністю чи індуктивністю.

Якщо згадати осцилограму змінної напруги з нашої домашньої розетки, вона виглядатиме ось так:

Якщо ж запитати якесь навантаження, типу лампочки розжарювання, то в нас піде також такий параметр як сила струму. Так як лампочка розжарювання не має ніякої ємності або індуктивності, то сила струму у нас буде синфазнозмінюватись із напругою. Синфазно – це однаково, синхронно. Наприклад, синхронне плавання. Там учасники все роблять разом та однаково.

Так ось, такий параметр як сила струму та напруга на лампочці теж діють синфазно. Нижче червоною синусоїдою я показав силу струму, що “біжить” через лампочку:

Бачите? Вона починається в тому ж місці, де і напруга. Сила струму досягає максимуму, і напруга теж досягає максимуму в той же час, отже і потужність в цей момент теж максимальна (P = IU). Сила струму дорівнює нулю і напруга теж дорівнює нулю в тому місці, де перетинаються ці синусоїди, отже, і потужність в цей момент теж дорівнюватиме нулю.

Але весь прикол у тому, що якимось дивом радіоелементи, що мають індуктивну або ємнісну складову (конденсатори, котушки, трансформатори тощо) примудряються зрушувати синусоїдусили струму.

Припустимо, живитимемо від мережі мій трансформаторний блок живлення.

І в нас осцилограма сили струму вже прийматиме приблизно такий вигляд:

Залежно від значення індуктивної або ємнісної складової, сила струму може випереджати або відставати від напруги. А щоб виміряти на скільки, для цього в ужиток ввели фі φ), яка показує це зрушення у градусах.

Коротше кажучи, не розглядатимемо тригонометрію, скажу просто, що для розрахунку потужності беруть косинус значення цього кута.

Ваттметр цифровий на мережеву напругу

У гостях у нас китайський ватметр, придбаний на розпродажі в Аліекспресі.

Ну що ж, познайомимося з ним ближче.

Перший рядок на ватметрі - це годинник. Вони починають рахунок тільки тоді, коли в розетку ватметра включено якесь навантаження. Навантаженням у нашому випадку може бути будь-який електропобутовий прилад: праска, паяльник, світильник тощо

Рядком нижче за допомогою кнопки “Energy” ми можемо виводити параметри електричного сигналу, такі як:

- Напруга (V, Вольт)

- Сила струму (A, Ампер)

- Частота (Hz, Герц)

- Потужність (W, Ватт)

- Коефіцієнт потужності (Power Factor) абоcos φ (Косінус фі, безрозмірна величина, тобто вимірюється чисто в цифрах)

Третій рядок – це розрахунок вартості електроенергії. Вимірюється в Кіловатах помножених на Годину(КВатт х год). Найчастіша помилка – це коли пишуть кват/годину. Запам'ятайте, там знак не розподілу, а множення! Ось за ці кіловат-години ми і платимо гроші провайдерам електричної енергії;-).

Зараз ніяке навантаження не включене до розетки ватметра. Дивимося на дисплей:

Нічого собі, майже 240 вольт.

Можна виміряти частоту. 50 Герц – так і має бути.

Так як в розетці нашого ватметра немає ніякого навантаження, отже і сила струму також дорівнюватиме нулю:

Ну і потужність також дорівнюватиме нулю

Наприклад, мій самопальний простий блок живлення, включений в мережу і не живить ніякого навантаження, все одно споживає енергію, оскільки є трансформаторним. Напруга відразу йде на первинну обмотку трансформатора.

Його не слід залишати включеним у розетку, тому що він все одно хоч і трохи споживає струм.

Включаю свій трансформаторний блок живлення до мережі 220 Вольт. Отже, напруга в розетці 236,8 Вольт:

До блоку живлення я підчепив лампочку на 12 вольт. Отже, навантажений блок живлення у нас споживає 0,043 Ампера.

Power Factor - коефіцієнт потужності, він же косинус фі. Зараз він у нас дорівнює 0,42, тому що індуктивне навантаження.

Перевіряємо всю цю справу за формулоюP=IUcos φ=0,043х236,8х0,42= 4,28 Ватт. Майже все сходиться із невеликою похибкою.

Проведемо ще один досвід. Візьмемо лампу розжарювання на 220 Вольт і підчепимо її через ватметр в мережу. Так як лампочка розжарювання у нас не має ні індуктивності, ні ємності, то на графіку синусоїда сили струму і напруги приблизно виглядатиме ось так. Тобто синхронно:

Фі в цьому випадку дорівнює нулю (зсуву фаз між ними немає). Згадуємо шкільний курс тригонометрії та пам'ятаємо, що косинус нуля – це одиниця!

Перевіряємо на досвіді.

Power Factor, він же косинус фі, висвічує одиничку. Все вірно!

Вимірюємо споживану силу струму:

Вимірюємо напругу:

Вважаємо за формулою: P=IUcos φ=0,115х233,5х1= 26,9 Ватт. Все також сходиться з невеликою похибкою;-)

Трохи відходячи від теми, давайте ще наостанок глянемо, яку потужність споживає світлодіодна лампа

Всього 6 Ватт! А світить вона навіть краще 25 Ватної, яку я використав у дослідах. Висновок робіть самі.