Выполнение любого действия требует траты силы. Чем сложнее процессы, тем больше уходит последней. Ранее, величина измерялась в лошадином эквиваленте. То есть, относительно перемещения груза. Сила бралась от количества совместно работающих парнокопытных, для сдвига некой массы, на определенное расстояние, в течении установленного времени.
Применение упомянутого аналога затруднено во множестве современных сфер жизни. К примеру, сложно определить, сколько лошадей требуется, чтобы нагреть на градус воду, или генерировать фотон освещения. Да и вместо реактивного двигателя использовать табун не получиться. На смену лошадиным силам пришел ватт, который определяет затраченную энергию за единицу времени. Если брать числовой эквивалент, — 1 л.с. равна 735 Вт.
Знание текущей мощности производимой работы важно в разрезе учета расхода энергоносителей (электричества, бензина, газа), обеспечения безопасности — система доставки должна выдерживать подобные траты, и расчета соответствующего результата «приложенным усилиям».
В целях выявления количества ватт разработаны разные автоматические измерители, от типа выполняемой работы и вида затраченной энергии. Наиболее нужными для обыденной жизни из них стали электрические, называемые ваттметрами. От проходящей силы тока за единицу времени зависит эффективность финальных процессов его переработки — яркости ламп, оборотов двигателей, нагрева и охлаждения. Не на последнем месте находится безопасность доставки энергоносителя — по тонким проводникам мощный ток запускать нельзя. Критически сильный поток электронов их физически сожжет в процессе своего движения. Нужен и учет объема текущего расхода для планирования последующих затрат.
Виды мощности электросетей
В промышленности и быту используются цепи постоянного и переменного движения тока. Для каждой из них применяют свой метод получения результата. В линиях непрерывной подачи энергии ватты вычисляются перемножением текущего напряжения на амперы потребления. Для периода времени, в формулу добавляется прошедшее его количество:
В отношении переменных сетей все сложнее. В них различают несколько видов мощности, важных для получения итоговых результатов измерения:
- Мгновенная. Формула нахождения для синусоидальных сетей, наподобие классических бытовых электролиний — Pватт = Uвольт × Iампер × cos φ, где φ — угол сдвига фаз. Если вид электрического сигнала отличается, — «мгновенное» количество ватт вычисляют по сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Другой способ получения значения — знание проводимости цепи, или ее активного сопротивления. Математически взаимосвязь выражается формулами:
- Pватт = I2 × r, где I — сила тока в амперах, а r — сопротивление в оммах,
- Pватт = U2 × g, где U — напряжение вольт, g — проводимость в сименсах (обозначение См, или S в документации).
- Активная мощность. Наиболее важная характеристика импульсных цепей потребления. Среднее количество затраченной энергии, преобразовавшееся в конечную работу за период времени. Выражается формулой:
- Реактивная мощность. В цепях переменного тока находится элементы, нагружающих линию, но не приводящих к результативному уходу энергии в другие состояния. То есть, количество электронов остается прежним. Нюанс, непосредственно имеющий значение в том, что движение реактивного тока импульсное. Когда он идет в катушки индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей, он «как бы» покидает цепь. Возвращаясь от них, общий поток энергии системы насыщается добавочными частицами.
Математически связь между реактивной Q, полной S и активной мощностью P описывается следующим выражением:
Кроме СИ в ваттах, результат измерения Q обозначают в варах (вольт-амперах реактивных). - Полная мощность. Берется из корня сумм квадратов активной и реактивной мощностей. Математически описывается следующей формулой:
Кроме системной единицы в ваттах результат можно встретить обозначенным в вольт-амперах или V·A.
Классификация ваттметров
В общем виде, ваттметры можно разделить на аналоговые и цифровые. Оба класса могут ориентироваться на постоянный, или переменный ток, быть универсальными, обладать различной точностью и нишей использования. Существуют одно- и трехфазные измерительные приборы.
Большинство цифровых и аналоговых измерителей фиксируют «мгновенные» значения характеристики, что может быть удобно с одной стороны для контроля, но не дает обзора ситуации в целом — на общее потребление линии по времени.
Электродинамические аналоговые приборы
Основа электродинамического ваттметра — две катушки, одна из которых имеет фиксированное положение, вторая подвижна и закреплена на оси индикаторной стрелки. Обе имеет разное количество витков и подключение к линии. Первая монтируется к исследуемой цепи последовательно, вторая — параллельно через резистор. Принцип работы механизма устройства заключен в том, что чем сильнее ток течет в фиксированной катушке, тем мощнее магнитные поля между ней и подвижной, а значит больше отклоняется стрелка, указывающая на текущее значение характеристики.
Схема включения ваттметра подобного класса подразумевает нахождение его последовательно с линией нагрузки потребителя. Главный минус большинства аналоговых устройств — без сильного усложнения конструкции, невозможно получать раздельную информацию по активной, реактивной и полной мощности.
Цифровые измерительные аппараты
Принцип действия цифрового измерительного прибора всегда одинаков — внутренняя микро-ЭВМ (микроконтроллер) обрабатывает сигнал от аналогового датчика исследуемой линии и выводит результат на экран или числовой индикатор. Схема подключения ваттметра подобного класса похожа на используемую у аналоговых — параллельно нагрузке. Основной плюс цифровых измерителей в их универсальности и широте возможностей. К примеру, для раздельного вычисления реактивной, активной и полной мощности, не нужно использовать сложные аппаратные конструкции — достаточно предусмотреть несколько дополнительных сенсоров. Не редкость объединение разноплановых измерительных устройств в одном корпусе — амперметра, вольтметра, анализатора «мгновенного» расхода и его значений по периоду времени.
Виды исполнения измерителей
Ваттметры делятся на мобильные (носимые), стационарные (щитовые), лабораторные и бытовые. Все представленные разновидности могут быть выполнены в аналоговом и цифровом классе устройств.
Мобильные
Сюда относятся тестеры небольшого размера, для единовременной разовой проверки каналов нагрузки. Питание подобные аппараты, часто получают от самой исследуемой линии. Есть варианты, оснащенные аккумуляторами, или батареями. Зависимые от сети — часто аналогового, автономные — цифрового класса.
Стационарные
Подключение ваттметра стационарного вида обычно выполняется в щитах питания зданий, домов, квартир, или в иных точках центрального распределения энергии. Отдельными постоянными измерительными устройствами выступают лабораторные аппараты. Первые предназначены целям постоянного контроля расхода линии, вторые для единовременной, но высокоточной пробы электрического потребления отдельных нагрузок.
Ваттметр стационарного типа бывает аналогового и цифрового класса. Плюсом первого выступает непревзойденная надежность, второго — удобство и функциональность. Частым случаем, монтируемых в щиток и учитывающих потребление аппаратов можно назвать классические счетчики расхода электроэнергии. К сожалению, они не определяют «моментальные» значения, но дают представление об общих затратах на нагрузку линии в киловатт часах.
Бытовые
Аппараты подобного вида не очень точны, и предназначены обычно для измерения расхода одного, реже двух бытовых устройств. Классическое исполнение — переходник с индикатором, размещаемый между гнездом 220 В и вилкой потребителя. Подобный ваттметр, вставляемый в розетку, может, в зависимости от модели, показывать и «мгновенный» общий расход, или разделять его на активный, реактивный, комплексный и общие киловатт-часы.
Обозначение на принципиальных схемах
Часто требуется разобрать документальное описание, к какой линии уже смонтирован, или должен быть подключен в будущем, измеряющий прибор. Вне зависимости от его вида, ваттметр на схеме обозначается элементом:
Получение результата иным путем
Показания ваттметра, не единственный способ получить значения текущего расхода линии. Для вычисления характеристики достаточно пользоваться классическим мультиметром. Для чего, вначале тестер подключают параллельно цепи нагрузки, выясняют текущий вольтаж. Затем размещают его последовательно к ней и замеряют силу тока. Подставив полученные значения в ранее описанные формулы, рассчитывают нужное количество ватт:
Pватт = Vвольт × Aампер
Правда, в отношении результативных данных, есть один нюанс. Для цепей постоянного движения тока результат будет соответствовать реальной активной нагрузке. Для переменных — полной мощности, включая реактивную, которая обычно не нужна. Чтобы получить приблизительно реальные ватты потребления, нужно результат из предыдущего примера, для сетей переменного тока 220 В, умножить на cos 120°. То есть, формула примет вид:
Полученная величина будет приблизительно соответствовать активной мощности цепи потребления. Вместо многофункционального прибора, вполне доступно использование для измерений первоначальных характеристик линии, отдельного вольтметра и амперметра.
Резюме
Статья полностью дает понять, что такое ваттметр, как его подключать в цепь потребления, какие различия между цифровыми и аналоговыми приборами. Предоставлены сведения о вычислении характеристик нагрузки без специализированного измерителя.
Загрузка...
