Приборы для измерения мощности

Мощность цепи электрического тока можно определить косвенным методом, измерив ток и напряжение (рис. 5) и найдя их произведение

Р = U ∙ I.

Приемник  энергии

Рис. 5. Схема для измерения мощности амперметром и вольтметром.

Этот способ обладает рядом недостатков, заключающихся:

1) в необходимости при каждом измерении производить вычисление, требующее затраты времени;

2) в значительной относительной погрешности при измерении мощности, равной сумме относительных погрешностей измерения напряжения и измерения тока;

3) в невозможности производить измерение при изменяющихся значениях тока и напряжения вследствие невозможности произвести одновременный отсчет по двум приборам и др.

Электродинамический ваттметр. Для непосредственного измерения мощности в цепи электрического тока применяется электродинамический ваттметр.

Электродинамический ваттметр (рис. 6) представляет собой измерительный механизм электродинамической системы. Неподвижная последовательная катушка или катушка тока ваттметра соединяется последовательно с приемниками энергии. Подвижная параллельная катушка или катушка напряжения, соединенная последовательно с добавочным сопротивлением, образует параллельную цепь ваттметра, которая присоединяется параллельно приемникам энергии.

Рис. 6. Схема устройства и соединений электродинамического ваттметра

Угол поворота подвижной части ваттметра

      α = k∙I∙I_u = k∙I∙U / r_u ,       (1)

где I ─ ток последовательной катушки;

I_u ─ ток параллельной катушки ваттметра.

Так как вследствие применения добавочного резистора параллельно цепи ваттметра имеет практически постоянное сопротивление r_u , то

                   α = k∙I∙U / r_u = k₁∙I∙U = k₁∙P, (2)

где k₁ = k / r_u .

Таким образом, по углу поворота подвижной части ваттметра можно судить о мощности цепи. Шкала ваттметра, как следует из уравнения (2), равномерна.

Приборы для измерения количества электричества. Электрические счетчики

Электрические счетчики представляют собой интегрирующие приборы, предназначенные для измерения электрической энергии и количества протекающего электричества за некоторый промежуток времени.

Счетчики, так же как и показывающие приборы, делятся на системы. Наибольшее распространение получили счетчики электрической энергии индукционной системы для цепей переменного тока и электродинамической системы для цепей постоянного тока.

Основное отличие счетчиков от показывающих приборов заключается в том, что угол поворота подвижной части их не ограничивается пружиной, а имеет нарастающее значение, причем каждому обороту подвижной части счетчика соответствует определенное значение измеряемой величины.

Для регистрации электрической энергии или количества электричества каждый счетчик имеет счетный механизм, представляющий собой, по существу, счетчик оборотов, соединенный с подвижной частью зубчатой передачей.

Индукционные счетчики активной энергии однофазного тока.

На рис. 7 дана схема устройства и соединения индукционного счетчика отечественного производства типа СО.

Счетчик состоит из последовательного А и параллельного Б электромагнитов, алюминиевого диска Д, укрепленного на оси, и постоянного тормозного магнита М.

При включении счетчика в цепь переменного тока по его последовательной обмотке (цепи) будет проходить ток потребителей энергии, вследствие чего в последовательном электромагните возникает магнитный поток Ф_I. Напряжение U на обмотке параллельного электромагнита вызовет в ней ток I_u, и в сердечнике электромагнита будет поддерживаться магнитный поток Ф_u, состоящий из двух частей: рабочего Ф_up и вспомогательного Ф_uB. Магнитный поток последовательного электромагнита и рабочий поток параллельного электромагнита, пронизывая диск, индуктируют в нем вихревые токи (рис. 7). Вращающий момент, возникающий от взаимодействия вихревых токов с магнитными потоками, заставит вращаться диск Д счетчика.

Следовательно, числом оборотов диска счетчика можно измерять электрическую энергию.

Рис. 7. Схема устройства и соединения индукционного счетчика.

Рис. 8. Схема устройства счетного механизма.

Число оборотов диска счетчика или пропорциональная ему электрическая энергия регистрируется счетным механизмом (рис. 8). Движение диска счетчика через червячную передачу и шестерни передается пяти роликам, на боковых поверхностях которых нанесены цифры от 0 до 9. Ролики свободно надеты на ось А. Первый (см. рис. 8 – правый) ролик скреплен с шестерней и при движении диска счетчика беспрерывно вращается. Один оборот его вызывает поворот второго ролика на 1/10 часть оборота. Один оборот второго ролика вызывает поворот третьего ролика также на 1/10 часть оборота и т. д. Ролики прикрываются алюминиевым щитком с отверстиями, через которые видно только по одной цифре на каждом ролике. Таким образом, прочитанное через отверстия в щитке числовое значение даст величину энергий, зарегистрированную счетчиком за весь период его работы, начиная с момента, когда показания его соответствовали нулевому значению.

Для нахождения энергии, израсходованной за какое-то время, нужно из показания счетчика в конце измерения вычесть показания, снятые вначале. На щитке счетчика всегда указывается передаточное число счетчика С, т. е. число оборотов диска счетчика, соответствующее единице энергии, регистрируемой счетчиком, – например, 1 кВт • ч равен 4 000 оборотов диска.

Индукционные счетчики активной энергии в цепях трехфазного тока

Для измерения электрической энергии в четырехпроводных цепях применяются трехэлементные счетчики. Схема включения такого счетчика (рис. 9) принципиально та же, что и ваттметра. Как показывает название, такой счетчик имеет три электромагнитные системы, которые воздействуют или на три диска, укрепленных на одной оси (например, счетчик типа СА4-ТЧ), или на два диска, также укрепленных на одной оси (например, счетчик типа СА4-И45, в котором на один диск воздействуют две системы, на второй – одна). Счетчик имеет один счетный механизм. Устройство каждой электромагнитной системы трехэлементного счетчика ничем не отличается от устройства электромагнитной системы однофазного счетчика.

Рис. 9. Схема устройства и соединения трехэлементного

трехдискового счетчика типа СА4-ТЧ

Наиболее распространенными приборами для измерения электрической энергии в трехпроводных цепях трёхфазного тока являются двухэлементные счетчики.

Двухэлементный счетчик имеет две электромагнитные системы, которые воздействуют на два диска, укрепленных на одной оси (например, счетчик типа САЗ-И43, рис. 10).

Рис. 10. Схема устройства и соединения двухэлементного двухдискового счетчика типа САЗ-И43