2.2. Вимірювання частотної потужності ватметра
НЧ-ватметри використовуються переважно в мережах електроживлення промислової частоти для вимірювання споживаної потужності, можуть бути однофазні та трифазні. Окрему підгрупу становлять варметри - вимірювачі реактивної потужності. Цифрові прилади зазвичай поєднують можливість вимірювання активної та реактивної потужності.
Рис.2.1 Схема вимірювання
Аналогові НЧ-ватметри електродинамічної або феродинамічної системи мають у вимірювальному механізмі дві котушки, одна з яких підключається послідовно навантаженні, інша паралельно. Взаємодія магнітних полів котушок створює обертаючий момент, що відхиляє стрілку приладу, пропорційний добутку сили струму, напруги і косинуса або синуса різниці фаз (для вимірювання відповідно активної або реактивної потужності).
Рис.2.1 Види ваттметра
Електронні лічильники електричної енергії (далі ЕС) володіють кращими метрологічними характеристиками. В основу роботи ЕС встановлене використовування статичного перетворювача потужності в постійну напругу. При цьому застосовується подвійна модуляція з перетворенням напруги в частоту електричних імпульсів і подальшою інтеграцією.Структурна схема ЕС активної енергії змінного струму містить перетворювач потужності в напругу (ППН), перетворювач напруги в частоту (ПНЧ) і лічильник імпульсів (ЛІ). ППН містить блоки широтно-імпульсної (ШІМ) і амплітудно-імпульсної (АІМ) модуляції.
На вхід блоку ШІМ поступає напруга, пропорційна струму навантаження Ін, а на вхід блоку АІМ — напруга на навантаженні Uн. За допомогою схеми ШІМ напруга U1 перетвориться в послідовність прямокутних імпульсів змінної тривалості.
Із зміною величини U1 змінюється відношення різниці тривалостей імпульсів Ті та інтервалів між ними Тп до їх суми, тобто
де k — постійний коефіцієнт; ΔT = Ті - Тп — різниця тривалості імпульсів;
Т = Ті + Тп — період проходження імпульсів.
Оскільки амплітуда імпульсів в схемі АІМ змінюється пропорційно напрузі на навантаженні, а їх тривалість функціонально пов'язана із струмом навантаження, в блоці АІМ виробляється перемножування вхідних сигналів. Середнє значення напруги U3 на виході схеми АІМ пропорційне активній потужності Рн. За допомогою ПНЧ напруга U3 перетвориться в частоту імпульсів, яка, таким чином, пропорційна потужності Рн. Вихідні імпульси ПНЧ підраховуються лічильником імпульсів ЛІ, тобто тим самим здійснюється їх інтеграція. Отже, покази ЛІ пропорційні активній енергії W.
Електронні лічильники активної енергії змінного струму, що серійно випускаються, мають клас точності 0,5.
ПРИКЛАДИ: Ц301, Д8002, Д5071
Цифрові НЧ-ватметри мають у якості вхідних ланцюгів два датчики - по струму і по напрузі, що підключаються відповідно послідовно і паралельно навантаженні, датчики можуть бути на основі вимірювальних трансформаторів, термисторов, термопар та інші. Інформація з датчиків через АЦП передається на обчислювальний пристрій, в якому розраховуються активна і реактивна потужність, далі підсумкова інформація виводиться на цифрове табло і, при необхідності, на зовнішні пристрої (для зберігання, друку даних і т. д.).
Рис.2.2 Будова ваттметра
ПРИКЛАДИ: MI 2010А, СР3010, ЩВ02
Вимірювання потужності і енергії трифазної мережі живлення.
Для вимірювань потужності і енергії трифазної системи можуть бути застосовані один прилад (ватметр або лічильник), два прилади або три прилади.