4.2. Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока

Из выражений (4.1) и (4.3) следует, что мощность в цепях постоянного и переменного тока низкой частоты можно измерять как прямо, так и косвенно. При прямых измерениях используются ваттметры, а при косвенных — ампермет­ры и вольтметры, с помощью которых измеряются ток и напряжение, а затем рас­считывается искомое значение мощности. К косвенным измерениям необходимо обращаться только в крайних случаях (при отсутствии ваттметров). Действительно, погрешности измерения тока и напряжения с помощью различных приборов суммируются, снижая, таким образом, точность измерений мощности. Кроме того, при косвенных измерениях актив­ной мощности необходимо иметь еще один прибор — измеритель коэффициента мощности. Прямые измерения, наоборот, легко реализуются в цепях постоянного и переменного тока, причем в последнем случае результаты измерений в принци­пе учитывают активные мощности всех гармоник сигнала. На практике прямые измерения осуществляются с помощью электродинамических и электростатиче­ских ваттметров. Наибольшее распрост­ранение получили электродинамические ₀ ваттметры.

Рис. 4.2. Схемы включения электродинамического ваттметра.

При измерении мощности Р_х неподвижная катушка электродинамического ИМ (см. рис. 3.6) включается последовательно с нагрузкой, а подвижная катушка вместе с добавочным резистором обра­зует параллельную цепь, которая может быть подключена либо параллельно источнику, либо параллельно нагрузке. Таким образом, могут применяться две схемы включения ваттметра, отмеченные на рис. 4.2 буквами А и Б.

Для обеих схем включения значение R_Д выбирается таким, что общее со­противление параллельной цепи R_υ > |Z_H|. Поэтому можно считать, что в фор­муле (3.23) , а . Следовательно,

(4.10)

где -чувствительность ваттметра по мощности. При = const ваттметр будет иметь равномерную шкалу.

Уравнение шкалы (4.10) не учитывает инструментальную погрешность ватт­метра. Среди ее составляющих есть погрешности, характерные только для по­стоянного тока (например, из-за влияния внешних постоянных магнитных по­лей), только для переменного тока (например, из-за влияния индуктивностей катушек ИМ) и практически одинаковые для постоянного и переменного тока (например, из-за непостоянства ). В совокупности они и определяют класс точности ваттметра.

Кроме того, обеим схемам включения ваттметра присуща методическая погреш­ность за счет потребления ваттметром определенной мощности. Ваттметр всегда измеряет мощность Р_и > Р_х. Поэтому методическая погрешность в отличие от методических погрешностей измерения тока (3.14) и напряжения (3.19) имеет положительный знак. При этом для схемы А при активной нагрузке (Z_н = = R_н) Р_и = Р_х + по аналогии с выводом формулы (3.14)

(4.11)

Для схемы Б соответственно и

(4.12)

Из формул (4.11) и (4.12) видно, что значения и существенно зависят от , причем существует определенное значение при котором = . Таким образом, при < следует пользоваться схемой Б, а при > — схемой А.