Ваттметр трехфазный: ТРЁХФАЗНЫЙ ВАТТМЕТР

ТРЁХФАЗНЫЙ ВАТТМЕТР

Давно нужно было создать простой измеритель на Arduino, который бы измерял расход электроэнергии. В то время, как есть в продаже немало доступных по цене счетчиков энергии одной фазы, 3-х фазные счетчики не столь распространены и, как правило, довольно дорогие. Поэтому решено было сделать самодельный. Конечно, для идеально точных измерений нужно измерить потребляемый ток и напряжение, но для этого устройства конструкцию упростили до измерения только тока, что уже дает неплохую оценку потребления киловатт-часов на стандартных электросетях (будем считать что отклонение от нормы напряжения невелико). Этот прибор измеряет ток через каждую фазу с помощью ТТ (трансформатора тока), а затем делает несколько вычислений, чтобы показать на ЖК экране ток, мощность, максимальную мощность и киловатт-часы, затраченные на каждую фазу.

Компоненты для сборки 3-фазного счётчика

1. Arduino Uno
2. ЖК-экран
3. 3 x CTs – Talema AC1030
4. 3 х 56 Ом нагрузочные резисторы
5. 3 х 10µF конденсаторы
6. 6 х 100к резисторы делителя

Внимание – будьте осторожны при подключении устройства к электросети и убедитесь, что питание выключено, прежде чем делать какие-либо соединения!

Процесс изготовления

Сначала нужно начать монтаж компонентов для создания датчиков тока, что производят сигнал, который Arduino может понять. Ардуино имеет только аналоговые входы напряжения, которые измеряют 0-5 В, так что надо преобразовать токовый выход из ТТ в опорное напряжение, а затем масштабировать его в 0-5 В диапазоне напряжений. Если вы собираетесь устанавливать измеритель мощности где-то постоянно, то можно сразу припаять резисторы и конденсатор непосредственно на каждый ТТ, чтобы они не могли отвалиться.

Принципиальная схема подключения ТТ к Arduino

После подключения всех компонентов, нужно подключить датчики к линии, которую вы хотите контролировать. Для подключения к обычной 3-х фазной питающей сети, подсоедините каждый ТТ на каждую из фаз, как показано на схеме. Каждый ТТ должен иметь только один фазный провод, проходящей через его сердечник.

Выбор трансформатора тока

Важный элемент измерителя — трансформатор тока. Здесь используется Talema AC1030, который может выдержать 30 А номинальный, и 75 А максимальный ток. При 220 В, теоретически он может распознавать до 16 кВт в течение коротких периодов времени, но чтобы постоянно быть под нагрузкой — примерно 6 кВт. Чтобы рассчитать максимум мощности — умножьте ток на напряжение (обычно 220 В).

Расчет нагрузочного резистора

Далее нужно рассчитать нагрузочный резистор R3, который преобразует ток в опорное напряжение. Это делается путем деления первичного тока на коэффициент трансформации ТТ. Оно должно быть около 500-5000 к 1. В этой схеме он работал на 42 А с соотношением витков 1000:1, что дает вторичный ток 0.042 А. Аналоговое опорное напряжение на Arduino составляет 2,5 В, и чтобы определить сопротивление используем формулу R=V/I – R = 2.5/0.042=59.5 Ом. Ближайшее стандартное значение резистора 56 Ом, что и было использовано. Вот несколько вариантов разных кольцевых трансформаторов и их подходящие нагрузочные резисторы:

• Murata 56050C – 10A – 50:1 – 13 Ом
• Talema AS-103 – 15A – 300:1 – 51 Ом
• Talema AC-1020 – 20A – 1000:1 – 130 Ом
• Alttec L01-6215 – 30A – 1000:1 – 82 Ом
• Alttec L01-6216 – 40A – 1000:1 – 62 Ом
• Talema ACX-1050 – 50A – 2500:1 – 130 Ом
• Alttec L01-6218 – 60A – 1000:1 – 43 Ом
• Talema AC-1060 – 60A – 1000:1 – 43 Ом
• Alttec L01-6219 – 75A – 1000:1 – 33 Ом
• Alttec L01-6221 – 150A – 1000:1 – 18 Ом

Ещё необходимо 2 разделительных резистора, чтобы получить 2. 5 вольта опорного напряжения к Arduino. Они должны быть одинаковыми, поэтому в данной схеме используются два резистора по 100 к.

Загрузка прошивки

Теперь можно прошить Arduino, если вы еще не сделали это сразу. Вот архив с кодом. Для проверки работоспособности и точности использовалось пару ламп накаливания — их потребление довольно близко к тому, что указано на этикетке, то есть 100 Вт лампочка использует очень близко к 100 Вт реальной мощности, так как это почти полностью резистивная нагрузка. Теперь необходимо настроить коэффициенты масштабирования, поиграйтесь с различными значениями, глядя что отображается на экране счетчика энергии.

Когда счетчик энергии будет откалиброван и коэффициенты масштабирования будут загружены на Ardunio, ваш 3-фазный измеритель готов к подключению.

После запуска, вы увидите 3 типа данных на экране ваттметра с последующим переключением по току, мощности, максимальной мощности и киловатт-часам потребленной энергии. В верхней строке появится фаза 1 и фаза 2, а в нижней строке отображается значение данных фазы 3.

   Форум по микроконтроллерам

   Форум по обсуждению материала ТРЁХФАЗНЫЙ ВАТТМЕТР

Д390Ц-3 цифровой трехфазный измеритель мощности (ваттметр)

Назначение цифрового трехфазного измерителя мощности (ваттметр) Д390Ц-3:

Измеритель мощности (ваттметр) Д390Ц-1 предназначен для измерения активной мощности в однофазных сетях переменного тока частотой 45-65Гц.

Особенности цифрового трехфазного измерителя мощности (ваттметр) Д390Ц-3:

Измерители мощности Ц390Ц имеют два вида индикации (исполнения шкалы):

• цифровую — четырехсимвольная индикация с высотой знаков 14 мм;
• комбинированную (цифро-аналоговую) — четырехсимвольная индикация с высотой знаков 8 мм и 39-ти сегментная цифровая линейка для улучшения визуализации при измерении и регулировании.

Измерители мощности Д390Ц могут быть оснащены коммутирующим устройством на основе двух оптоэлектронных реле, коммутирующих с пределом допускаемой основной приведённой погрешности по срабатыванию реле ±0,5 %.

Измерители мощности Д390Ц могут быть оснащены унифицированным аналоговым выходом из ряда 0-5 мА, 5-0-5 мА, 4-20 мА с пределом допускаемой основной погрешности преобразования «вход-выход» ±1,0 %.

Измерители мощности Д390Ц могут быть оснащены последовательным интерфейсом RS-485. Приборы предназначены для работы, как в ручном (автономном) режиме, так и под управлением компьютерной программы через последовательный интерфейс RS485, протокол обмена MODBUS-RTU.

В приборе предусмотрена возможность регистрации измеряемых параметров, с применением адаптера — регистрации АД4.

Информация для заказа:

1.	Вид индикатора	Цифровой								Комбинированный
	Код для заказа	00								01
2.	Цвет индикации встроенного дисплея	Красный					Зеленый					Желтый
	Код для заказа	0					1					2
3.	Обозначение единицы измеряемой величины	Вт	кВт	МВт	ГВт	Вар	Квар	Мвар	Гвар	W	kW	MW	GW	var	kvar	Mvar	Gvar
	Код для заказа	141	142	143	144	145	146	147	148	141	142	143	144	145	146	147	148
4.	Шкала	0…N								N…0…N
	Код для заказа	0								1
5.	Номинальное значение напряжения, В1	100				127				220				380
	Код для заказа	100				127				220				380
6.	Номинальное значение тока, А2	1								5
	Код для заказа	1								5
7.	Вид сети3	трехфазная трехпроводная								трехфазная четырехпроводная
	Код для заказа	3								4
8.	Выходы	Нет		RS485		аналоговый выход 0…5мА			аналоговый выход 4…20мА			аналоговый выход -5…0…+5мА			аналоговый выход 0…20мА
	Код для заказа	0		1		2			3			4			5
9.	Коммутирующие устройство	оптоэлектронное реле: (60 мА, ~120В =220В)								оптоэлектронное реле: (0,7 А, ±400В)
	Код для заказа	0								1
10.	Вид исполнения	общепромышленное					экспортное					тропическое
	Код для заказа	0					1					2
11.	Вид приемки	приемка ОТК								поверка ЦСМ
	Код для заказа	0								1

¹ при подключении ваттметра через ИТТ следует вместо кода номинальных значений напряжения и тока, указывать коэффициент трансформации по напряжению и (или) току.
² при подключении ваттметра через ИТТ следует вместо кода номинальных значений напряжения и тока, указывать коэффициент трансформации по напряжению и (или) току.
³ четырехпроводная только для ваттметров.

Исполнение прибора формируется из последовательного набора кодов заказа.

Пример:

Вид индикатора	Комбинированный	01
Цвет индикации встроенного дисплея	Красный	0
Обозначение единицы измеряемой величины	Вт	141
Шкала	0. ..N	0
Номинальное значение линейного напряжения, В	100	100
Номинальное значение тока, А	1	1
Вид сети	трехфазная трехпроводная	3
Выходы	Нет	0
Коммутирующие устройство (два реле)	нет	0
Вид исполнения	общепромышленное	0
Вид приемки	приемка ОТК	0

Код заказа: Д390Ц-1 — 01 0 141 0 100 1 3 0 0 0 0

Технические характеристики цифрового трехфазного измерителя мощности (ваттметр) Д390Ц-3:

Измеряемый параметр	Активная мощность ваттметры	Реактивная мощность варметры
Номинальный ток, А	1;5 — для непосредственного включения и включения через измерительные трасформаторы тока
Номинальное напряжение, В	127; 220; 380 — для непосредственного включения; 100 — для включения через измерительные трансформаторы напряжения
Номинальный коэффициент мощности	cos φ = 1	sin φ = 1
Предел допускаемой основной приведенной погрешности, %	±0,5 от суммы конечных значений диапазона измерений
Нормальная область частот, Гц	45 — 65
Тип индикации	4-х значный (Возможные цвета: красный, зеленый, желтый)
Напряжение питания, В	100 — 250 (с частотой (50-400) Гц)
Мощность потребления,ВА	Не более 7
Диапазон рабочих температур, С	от -20 до +40
Габаритные размеры, мм	160x30x200
Масса, не более, кг	0,7
Интерфейс связи	RS-485 (протокол ModBus)
Аналоговый выход	-5. ..+5 мА; 4…20 мА; 0…5 мА
Линейная шкала	светодиодная шкала 39 элементов (Возможные цвета: красный, зеленый, желтый)
Уставки, шт	2
Заменяемые приборы	Д390

Комплект поставки Д390Ц-3

Ваттметр-счетчик эталонный многофункциональный CE603M — АО «Энергомера»

Трехфазный ваттметр,Многофункциональный трёхфазный ваттметр,Турбогенераторы

Многофункциональный трёхфазный ваттметр, DTSD3/DSSD2

Этот продукт был снят с производства и более не предлагается.

Данный многофункциональный трёхфазный ваттметр — это прибор с интеллектуальным управлением. Показатели функционирования ваттметра соответствуют техническим требованиям международного стандарта по электронике IEC1036, IEC1107, IEC687 and IEC 1268. Этот ваттметр отличает высокоточность, многофункциональность, устойчивость и удобство эксплуатации.

Главные характеристики:

1. Измерение электроэнергии.

2. Функция памяти: запись требований максимальной величины электроэнергии. Продолжительность: 5 мин, 10 мин, 15 мин, 30 мин, или 60 мин.

3. 4 тарифа, 4 часовых поясов, 5 периодов времени, 10 времени суток, 10 общественных праздников

4. ЖК-дисплей: индикатор с режимом бегущей строки и дисплей с клавишей счётчика.

5. Коммуникационный интерфейс включает интерфейс рекомендованного стандарта RS485 и оптический интерфейс.

6. Прямой и активный обратный и реактивный импульсный выход, синхронизированный выход, проверка выходных параметров.

7. Протоколирование событий

Компания Huayi Electric Co.,Ltd. — профессиональный производитель и поставщик многофункциональных трёхфазных ваттметров в Китае. Кроме этого мы также производим и поставляем ветротурбогенераторы, разъединители, переключатели наружной и внутренней установки и другую продукцию по доступным ценам.

Наша продукция экспортируются более чем в 30 стран и регионов, таких как США, РФ, Иран, Южная Африка и Аргентина.

Если вы заинтересованы в наших многофункциональных трёхфазных ваттметрах или др. товарах, мы готовы предоставить вам всю необходимую информацию в любое удобное для вас время

Схожая продукция

• Трёхфазный статический ваттметр активной мощности, DSS3/DTS3
  Для работы данного трехфазного статического ваттметра активной мощности применяется большая интегральная схема, а также современные технологии поверхностного монтажа (SMT). Данный прибор соответствует Международному стандарту. ..

• Трёхфазный статический ваттметр активной мощности, DSS3/DTS3
  Для работы данного трехфазного статического ваттметра активной мощности применяется большая интегральная схема, а также современные технологии поверхностного монтажа (SMT). Данный прибор соответствует Международному стандарту…

Д350 — Ваттметры и варметры трехфазные щитовые.

Д350 — Ваттметры и варметры трехфазные щитовые.

Ваттметр Д350, варметр Д350 предназначены для измерения активной и реактивной мощности в трехфазных цепях переменного тока частотой 50Гц.

Габариты — 96х96х90,5мм.

Класс точности — ±1,5.

Тряскоустойчивый.

Технические характеристики приборов ваттметры Д350, варметры Д350:

Допускаемая погрешность — ±1,5% диапазона измерений;

Вариация показаний — не более 1,5% диапазона измерений;

Невозвращение стрелки прибора ваттметр Д350, варметр Д350 к нулевой отметке — не более 1,3мм;

Приборы предназначены для включения в сеть как непосредственно с номинальным током и номинальным напряжением 127В, 220В и 380В, так и через трансформаторы тока с вторичной обмоткой на 5А или 1А и через трансформаторы напряжения с вторичной обмоткой на 100В;

Номинальная мощность (конечное значение диапазона измерений) прибора ваттметр Д350, варметр Д350 в ватах для ваттметров и в варах для варметров устанавливается как произведение номинального тока в амперах, номинального напряжения в вольтах, номинального коэффициента мощности и множителя с округлением полученного произведения до ближайшего числа Р соответствующего ряда:

Р=а·10^п,

где а — одно из чисел 1, 1,2, 1,5, 2, 2,5, 3, 4, 5, 6, 8; п — любое положительное число, но не ниже 2;

Номинальный коэффициент активной мощности cosφ=1 и реактивной мощности sinφ=1;

Рабочее положение прибора ваттметр Д350, варметр Д350 — вертикальное;

Время успокоения подвижной части — 4с;

Допускаемая дополнительная погрешность прибора ваттметр Д350, варметр Д350, вызванная влиянием магнитного поля частотой 50Гц напряженностью 400А/м — не более 2,5%;

Длина шкалы — 85мм;

Габаритные размеры прибора ваттметр Д350, варметр Д350 — 96х96х90,5мм;

Масса — 0,7кг;

Возможные наименования:  варметр, ваттметр, щитовой, стрелочный, морской, судовый, судовой, универсальный, д350, д-350,

Измерение трехфазной мощности с использованием метода одного ваттметра

Ваттметр — это прибор, используемый для измерения электрической мощности, подаваемой в цепь. Он состоит из катушки напряжения, соединенной параллельно нагрузке, и катушки тока, соединенной последовательно с нагрузкой. Таким образом, отклонение стрелки пропорционально магнитному полю, создаваемому двумя катушками, которое не что иное, как пропорционально мощности.

     Ваттметр может измерять мощность непосредственно в однофазных цепях.А вот для измерения 3-х фазной мощности используют один или несколько ваттметров. Существуют различные методы измерения мощности в трехфазных цепях:

• Метод одного ваттметра
• Метод двух ваттметров
• Метод трех ваттметров

В этой статье давайте рассмотрим измерение мощности методом одного ваттметра. .

Один ваттметр Метод измерения мощности:

Этот метод используется только для сбалансированной нагрузки. Когда 3-фазная система подключена к сбалансированной 3-фазной нагрузке, то полную потребляемую мощность нагрузки можно определить с помощью одного ваттметра, устройство которого показано ниже.

Катушка тока ваттметра соединена последовательно с любой из линий и, следовательно, несет полный линейный ток. Катушка напряжения подключена таким образом, что один конец к линии, в которой размещена катушка тока, другой конец подключен к оставшимся двум линиям через переключатель SPDT, и, следовательно, линейное напряжение будет приложено к ней.

Здесь переключатель SPDT используется для изменения соединения катушки напряжения между двумя фазами. Отсюда сумма показаний ваттметра при двух разных положениях переключателя даст общую мощность, потребляемую нагрузкой.Пусть фазные напряжения фаз R, Y и B равны V _R , V _Y и V _B соответственно, а фазные/линейные токи фаз R, Y и B равны I _R , I _Y и I _B соответственно.

Так как система является симметричной, импедансы фаз должны быть одинаковыми. Ниже показана векторная диаграмма сбалансированной 3-фазной системы. Когда переключатель SPDT находится в положении 1, показания ваттметра показывают,

= V _RY I _R cos (30° + φ )

= √3VI cos (30° + φ ) 20047
0 ,

W ₂ = V _RB I _RB I _R COS (30 ° — Φ )

= √3VI COS (30 ° — φ )

Общая мощность I. е., сумма показаний двух ваттметров равна,

Измерение коэффициента мощности с использованием метода одного ваттметра:

Вычитая Вт

₁ с Вт ₂ , мы получаем, Разделив уравнения 2 и 1, мы получаем, Следовательно, коэффициент мощности,      Измерение мощности в 3-фазной системе с использованием одного ваттметра может быть выполнено только при сбалансированной нагрузке. Любое незначительное изменение нагрузки на любой фазе приводит к значительной ошибке в показаниях. Однако для измерения трехфазной мощности при несимметричной нагрузке используется метод двух ваттметров или трех ваттметров.

Измерение трехфазной мощности

В этой статье объясняется измерение трехфазной мощности при соединении по схеме «звезда» или «треугольник» с использованием методов ваттметра.

Мощность трехфазной нагрузки можно измерить следующими методами:

1. Метод трех ваттметров
2. Метод двух ваттметров
3. Метод одного ваттметра

Название этих методов указывает на количество ваттметров, используемых при измерении трехфазной мощности.

Что такое ваттметр?

Ваттметр — это прибор, используемый для измерения мощности в электрической цепи. Он состоит из двух типов катушек. Они:

• Токовая катушка , обладающая низким сопротивлением .
• Катушка давления или потенциала , обладающая высоким сопротивлением .

Токовая катушка соединена последовательно с линией, по которой течет ток. Катушка давления подключается к двум точкам, разность потенциалов которых должна быть измерена.Обратитесь к рисунку для подключения ваттметра.

Подключение ваттметра

Ваттметр показывает показание, пропорциональное произведению трех величин. Их

• Ток (I) через катушку тока.
• Разность потенциалов (В) на катушке давления.
• Косинус угла между напряжением и током (Cosϕ).

P = VICos(ϕ)

Сравнение методов измерения мощности в трехфазной цепи показано в таблице ниже.

Метод трех ваттметров

Теперь мы объясним измерение трехфазной мощности с помощью метода трех ваттметров.

Метод трех ваттметров используется для измерения мощности в трехфазных четырехпроводных цепях. Однако этот метод также можно использовать для трехфазной нагрузки, соединенной по схеме треугольника с тремя проводами, где мощность, потребляемая каждой нагрузкой, должна определяться отдельно.

На приведенном ниже рисунке показано подключение трех ваттметров для трехфазной четырехпроводной нагрузки, соединенной звездой.

Метод трех ваттметров

Как показано на рисунке, три ваттметра подключены к каждой из трех фаз для измерения трехфазного энергопотребления нагрузки, независимо от того, соединены ли они звездой или треугольником.

Катушка тока каждого ваттметра пропускает ток только одной фазы, а катушка давления измеряет фазное напряжение фазы. Следовательно, каждый ваттметр измеряет мощность в одной фазе. Полная мощность в нагрузке определяется алгебраической суммой показаний трех ваттметров.

П = П1 + П2 + П3

где, W1 = V1*I1, W2 = V2*I2, W3 = V3*I3

Недостатки метода трех ваттметров

При использовании метода трех ваттметров возникает следующая трудность:

• В случае 3-фазной, 3-проводной нагрузки, соединенной звездой, трудно получить нейтральную точку, которая требуется для подключения.В особых случаях, когда необходимо использовать этот метод, можно сформировать «искусственную звезду».
• В случае цепей, соединенных треугольником, сложность использования этого метода связана с тем, что для ввода токовых катушек ваттметров требуется разрыв фазных катушек.

Для измерения мощности не обязательно использовать три ваттметра, можно использовать даже два ваттметра.

За исключением 3-фазной, 4-проводной несбалансированной нагрузки, трехфазная мощность измеряется только методом двух ваттметров.

Метод одного ваттметра

Следующий метод, который мы собираемся обсудить, это метод одного ваттметра.

В этом методе измерения трехфазной мощности катушка тока подключается к любой линии, а катушка давления подключается попеременно между этой и двумя другими линиями. Схема подключения показана на рисунке ниже.

Метод одного ваттметра

Таким образом, мы получим два показания для сбалансированной нагрузки. Два полученных таким образом показания соответствуют показаниям, полученным обычным методом двух ваттметров.

Сбалансированная нагрузка — это нагрузка, потребляющая одинаковый ток от каждой фазы трехфазной системы, в то время как несимметричная нагрузка имеет по крайней мере один из этих токов, отличный от остальных.

В симметричной 3-проводной 3-фазной цепи нагрузки мощность в каждой фазе одинакова. Следовательно, полную мощность цепи можно определить, умножив мощность, измеренную в любой одной фазе, на три.

Суммарная мощность при сбалансированной нагрузке = 3 x Мощность на фазу

= 3 x показания ваттметра

Недостатки метода одного ваттметра

Этот метод не имеет такого универсального применения, как метод двух ваттметров, потому что он ограничен только справедливой балансировкой нагрузок.Даже незначительная степень дисбаланса нагрузки приводит к большой ошибке измерения.

Однако его удобно применять, например, когда требуется найти мощность, потребляемую заводским двигателем, чтобы проверить нагрузку на двигатель.

Метод двух ваттметров

Как видно из названия, в этом методе для измерения трехфазной мощности используются два ваттметра. Это самый популярный метод среди трех.

Этот метод обычно используется для измерения мощности в трехфазных трехпроводных цепях нагрузки. Его можно использовать для измерения мощности при соединении нагрузки по схеме звезда/треугольник в сбалансированном или несбалансированном состоянии.

Помните, что сбалансированная нагрузка — это нагрузка, потребляющая одинаковый ток от каждой фазы трехфазной системы, в то время как несимметричная нагрузка имеет по крайней мере один из этих токов, отличный от остальных.

В методе двух ваттметров катушки тока двух ваттметров вставлены в любые две линии, а катушка давления каждого ваттметра присоединена к третьей линии. Обратитесь к рисунку ниже для лучшего понимания.

Метод двух ваттметров

На рисунке выше показано подключение двух ваттметров нагрузки, соединенной звездой. Точно так же используются нагрузки, соединенные треугольником. Метод двух ваттметров можно использовать независимо от сбалансированной или несимметричной нагрузки.

Алгебраическая сумма двух показаний ваттметра дает общую мощность в 3-фазных, 3-проводных цепях нагрузки, соединенных звездой или треугольником, независимо от того, является ли нагрузка сбалансированной или несимметричной.

П = П1 + П2

Измерение трехфазной мощности Простые шаги — Wira Electrical

Один ваттметр также может выполнять измерение средней трехфазной мощности, сбалансированное таким образом, что P ₁ = P ₂  = P ₃ ; общая мощность в три раза превышает показания этого одного ваттметра.

Однако для измерения мощности в несбалансированной системе необходимы два или три однофазных ваттметра.

Подробное описание трехфазного измерения мощности

Метод измерения мощности с помощью трех ваттметров , показанный на рисунке (1), будет работать независимо от того, является ли нагрузка сбалансированной или несбалансированной, соединена по схеме звезда или треугольник .

Метод трех ваттметров хорошо подходит для измерения мощности в трехфазной системе, где коэффициент мощности постоянно меняется. Общая средняя мощность — алгебраическая сумма из трех чтения Wattermeter,

где p ₁ , p ₂ и p ₃ соответствует показания ваттметров W ₁ , W ₂ и W ₃ соответственно.Обратите внимание, что общая или опорная точка o на рисунке (1) выбрана произвольно. Если нагрузка соединена звездой, точка или может быть подключена к нейтральной точке n .

Для нагрузки, соединенной треугольником, точка или может быть подключена к любой точке. Если точка o соединена с точкой b , например, катушка напряжения в ваттметре W ₂ показывает ноль, а P ₂ = 0, указывая на то, что ваттметр W ₂ не нужен.Таким образом, для измерения полной мощности достаточно двух ваттметров.

Метод двух ваттметров является наиболее часто используемым методом измерения трехфазной мощности. Два ваттметра должны быть правильно подключены к любым двум фазам, как показано на рисунке (2).

Обратите внимание, что токовая катушка каждого ваттметра измеряет линейный ток, а соответствующая катушка напряжения подключается между линией и третьей линией и измеряет линейное напряжение.

Также обратите внимание, что клемма ± катушки напряжения подключена к линии, к которой подключена соответствующая катушка тока.

Хотя отдельные ваттметры больше не показывают мощность, потребляемую какой-либо конкретной фазой, алгебраическая сумма двух показаний ваттметров равна общей средней мощности, поглощаемой нагрузкой.

Независимо от того, подключены ли они по схеме «звезда» или «треугольник», сбалансированы или несимметричны.Полная активная мощность равна алгебраической сумме двух показаний ваттметра:

Здесь мы покажем, что метод работает для сбалансированной трехфазной системы. Целесообразно сначала прочитать, как работает ваттметр.

Рассмотрим сбалансированную нагрузку, соединенную звездой, на рис. (3). Наша цель — применить метод двух ваттметров для определения средней мощности, поглощаемой нагрузкой. Предположим, что источник находится в последовательности abc, а полное сопротивление нагрузки Z _Y  =  Z _Y ∠θ.

С 2 SIN 30◦ = 1 показывает, что разница в сведениях Wattermeter пропорциональна к полной реактивной мощности, или

Из уравнений.(7) и (9), общая кажущаяся мощность может быть получена как

Деление уравнений (9) на (7) дает тангенс коэффициента мощности угол как

из которых мы можем получить коэффициент мощности как pf = cos θ. Таким образом, метод двух ваттметров позволяет не только получить полную активную и реактивную мощности, но также может быть использован для расчета коэффициента мощности.

Из уравнений (7), (9) и (11) мы заключаем, что:
1. Если P2 = P1, нагрузка резистивная.
2. Если P2 > P1, нагрузка индуктивная.
3. Если P2 < P1, нагрузка емкостная.

Хотя эти результаты получены для сбалансированной нагрузки, соединенной звездой, они в равной степени действительны и для сбалансированной нагрузки, соединенной треугольником. Однако метод двух ваттметров нельзя использовать для измерения мощности в трехфазной четырехпроводной системе, если только ток через нейтральную линию не равен нулю.

Мы используем метод трех ваттметров для измерения активной мощности в трехфазной четырехпроводной системе.

Измерение трехфазной мощности Примеры

1. Три ваттметра W ₁ , W ₂ и W ₃ подключены соответственно к фазам a , 7 0 90 4 c , 7 0 90 4 c 90 040 b 90 40 измерьте общую мощность, поглощаемую несимметричной нагрузкой, подключенной звездой, на рис. (4). а) Предсказать показания ваттметра. б) Найдите полную поглощаемую мощность.

(а) Напряжения

Пока

Мы рассчитываем показания Wattermeter следующим образом:

(b) Общая поглощенная мощность составляет

. Мы можем найти мощность, потребляемая резисторами на рис.(5) и используйте это, чтобы проверить или подтвердить этот результат.

, что то же самое.

2. Метод двух ваттметров дает показания ваттметра P ₁  = 1560 Вт и P ₂ = 2100 Вт при подключении к нагрузке, соединенной треугольником.

Если напряжение сети составляет 220 В, рассчитайте: (a) среднюю мощность по фазам, (b) реактивную мощность по фазам, (c) коэффициент мощности и (d) полное сопротивление фазы.

Решение:
Приведенные результаты можно применить к нагрузке, соединенной треугольником.

(a) Суммарная активная или средняя мощность равна

Тогда средняя мощность по фазам равна

(b) Суммарная реактивная мощность равна

, так что реактивная мощность по фазам равна

(c) Мощность угол равен

Следовательно, коэффициент мощности равен

Это опережающий коэффициент мощности, поскольку Q _T  положительный или P ₂  > P ₁ .

(d) Импеданс фазы равен Z _P  =  Z _P ∠θ. Мы знаем, что θ совпадает с углом pf; то есть θ = 14.57◦.

Напомним, что для нагрузки, соединенной треугольником, V _P  = V _L  = 220 В.

Следовательно,

и

на фазу Z _Y = 8 + j6 Ом. Если нагрузка подключена к линиям 208 В, прогнозируют показания ваттметров W ₁ и W ₂ . Найдите P _T  и Q _T .

Решение:
Импеданс на фазу равен

, так что угол pf равен 36.87◦. Так как линейное напряжение V _L  = 208 В, то линейный ток равен

Тогда

Таким образом, ваттметр 1 показывает 980,48 Вт, а ваттметр 2 показывает 2478,1 Вт. Поскольку P ₂  > P ₁ , нагрузка равна индуктивный.

Это видно из самого груза Z _Y .

Далее,

и

Измерение трехфазной мощности — руководство по электрике

В цепях переменного тока мощность измеряется ваттметром.Ваттметр — это прибор, состоящий из двух катушек, называемых катушкой потенциала (PC) и катушкой тока (CC).

Потенциальная катушка с высоким сопротивлением подключена к нагрузке и пропускает ток, пропорциональный разности потенциалов на нагрузке. Катушка тока с малым сопротивлением включена последовательно с нагрузкой.

Измерение трехфазной мощности может быть выполнено с использованием следующих методов:

• Метод одного ваттметра
• Метод двух ваттметров
• Метод трех ваттметров.

Данным методом проводится измерение мощности в трехфазной трехпроводной цепи. Подключение показано на рисунке. Поскольку нейтральный провод является общим для трех фаз, каждый ваттметр показывает мощность в своей фазе, а общая мощность определяется суммой показаний трех ваттметров.

Суммарная мощность цепи нагрузки, П _3-φ = Вт ₁ + Вт ₂ + Вт ₃

В случае цепей, соединенных треугольником, измерение мощности методом трех ваттметров очень затруднительно, поскольку для ввода токовых катушек ваттметра требуется размыкание фазных катушек нагрузки.

В сбалансированной 3-проводной 3-фазной цепи нагрузки мощность в каждой фазе одинакова, поэтому общую мощность цепи можно определить путем умножения мощности, измеренной в любой фазе. Следовательно, измерение мощности в трехфазных, трехпроводных цепях можно проводить только с помощью одного ваттметра.

Но у этого метода есть недостаток. Даже незначительная степень дисбаланса нагрузки приводит к значительной ошибке измерения .

Измерение мощности в трехфазных, трехпроводных цепях нагрузки обычно проводят этим методом.

Токовые катушки двух ваттметров вставляются в любые две линии, а потенциальная катушка подключается от собственной токовой катушки к линии без токовой катушки.

Можно доказать, что сумма мощностей, измеренных двумя ваттметрами W ₁ и W ₂ , равна полной мгновенной мощности, поглощаемой нагрузкой. Но на практике ваттметры показывают среднюю мощность из-за инерции их движущейся системы.

Двухваттметр Метод измерения мощности в трехфазных цепях  подходит для всех типов трехфазных цепей независимо от того, является ли цепь сбалансированной или несимметричной, а также соединена звездой или треугольником.

Отклонение показаний ваттметра (при отставании PF)

В методе двух ваттметров показания обоих ваттметров зависят от коэффициента мощности нагрузки. Влияние различных коэффициентов мощности на показания ваттметра:

При φ = 0 ^o  т. е. cos φ = 1

Оба ваттметра дадут одинаковые и положительные показания.

Следовательно, P _3-φ = W ₁ + W ₂

При φ = 60 ^o i.е., cos φ = 0,5

При этом один ваттметр показывает нулевое отклонение, а другой показывает положительное показание.

Следовательно, P _3-φ = W ₁ .

Когда 90 ^o > φ > 60 ^o  т.е. 0 < cos φ < 0,5

В этом случае один ваттметр даст положительное показание, а другой ваттметр даст отрицательное показание (снижение шкалы).

 Необходимо поменять местами либо потенциальную катушку, либо токовую катушку  , чтобы получить положительное значение на W ₂ . Все показания, снятые после реверсирования соединения, следует принимать как отрицательные.

Следовательно, P _3-φ = W ₁ – W ₂

При φ = 90 ^o  т.е. cos φ = 0

Оба ваттметра будут давать одинаковые и противоположные показания.

Следовательно, P _3-φ = W ₁ + W ₂ = 0

Влияние опережающего коэффициента мощности на показания ваттметра

Эффект ведущего коэффициента мощности заключается в том, что показания двух ваттметров меняются местами.Теперь ваттметр W ₂ стал ваттметром с более высокими показаниями. Все остальные рассуждения остаются такими же, как и для запаздывающего коэффициента мощности.

ECE 494 — Лабораторная работа 1: Измерение трехфазной мощности

Эксперимент 1: Измерение трехфазной мощности

целей

• Для демонстрации линейных и фазовых соотношений в трехфазных симметричных сетях.
• Изучить и продемонстрировать двухваттметровый метод измерения мощности в трехфазных сетях.

Оборудование

• Два цифровых мультиметра со склада.
• Один комплект кабелей типа «банан» и измеритель качества электроэнергии Fluke 43B со склада.
• Тележка для загрузки резисторов HMRL-3.
• Один трехфазный вариатор.
• Один маленький ваттметр черного ящика (измеритель мощности переменного тока Murata)
• Одна распределительная коробка из шкафа или однофазного выключателя.

Каталожные номера

• Ричард Дорф, Введение в электрические цепи, гл.11, 9-е издание, John Wiley & Sons, Inc., 2013 г.
• Д. Джонсон, Дж. Джонсон, Дж. Хилберн, Анализ электрических цепей, гл. 9, 10,
  3-е издание, Prentice Hall, NJ, 1997.
• Туран Генен, Электрические машины с MATLAB, стр. 17-41, 2-е издание,
  CRC Press, Бока-Ратон, Флорида, 2012 г.

Фон

Трехфазные симметричные сети применяются в электроэнергетике из соображений экономии и
представление. Трехфазные генераторы и двигатели работают ровно, без пульсаций крутящего момента,
в отличие от однофазных машин. Кроме того, уравновешенные трехфазные системы могут работать как
трехпроводные или четырехпроводные системы с гораздо меньшим количеством меди, необходимой для подачи питания, как
по сравнению с тремя однофазными системами.

На электростанции обмотки трехфазной машины устроены так, чтобы обеспечить
три напряжения, каждое на 120 ° друг от друга во времени, и в общей сбалансированной системе ,
обычно все одного размера.Эти три источника напряжения могут быть соединены звездой.
(Y) или дельта (∆) конфигурации. Трехфазные нагрузки также могут быть соединены звездой или звездой.
дельта соединения. Соединение звездой имеет центральный узел, к которому может быть подключен нейтральный провод.
быть соединены, но соединение треугольником представляет собой трехпроводную систему без узла для нейтрали.
или заземление).

Для измерения мощности в 3-х фазной системе, казалось бы, необходимо использовать три ваттметра,
каждый подключен к нейтрали для общего терминала, и каждый отвечает на линию к нейтрали
напряжение и линейный ток. Затем можно было бы сложить мощности, указанные на каждом ваттметре.
Анализ такой схемы показывает, что один ваттметр избыточен, поэтому двухваттметр
Метод измерения трехфазной мощности был разработан для трехпроводных систем. Этот метод
удовлетворительно, даже если нагрузки не сбалансированы. Необходимо подключить ваттметры
с учетом полярности их катушек. Когда ток входит в отмеченную клемму
катушки тока и положительное напряжение подключается к отмеченной клемме
катушка напряжения, показание представляет собой потребляемую мощность.В этом случае алгебраическая сумма
ваттметров определяет общую мощность нагрузки. В реактивных цепях может понадобиться
перевернуть катушку тока одного ваттметра, чтобы получить высококлассное отклонение.
Это показание считается отрицательным, когда общая мощность определяется алгебраически.

Если трехфазная система имеет четыре провода, необходимо использовать три ваттметра, если только
Известно, что система уравновешена, и поэтому ток в нейтрали не течет.
провод.Для любой сбалансированной системы проводов N необходимо использовать N − 1
ваттметры для измерения полной мощности.

Prelab

1. Предположим, что фазное напряжение 120 В (линейное напряжение 208 В) на рис. 1.1 и что
   три резистора имеют значения 800 Ом. Рассчитать ожидаемые значения
   I ₁ = I ₂ = I ₃ для полностью балансной схемы.
2. Ознакомьтесь с методом двух измерителей мощности для измерения трехфазной мощности.Определите, как
   включить счетчики в цепи рисунков 1.1 и 1.2 для измерения мощности
   обеспечивается вариатором. Измерители мощности, которые мы используем, также будут считывать напряжение и ток.
   они измеряют, но вам нужно будет подключить DMV для измерения оставшейся фазы
   напряжения и линейного тока, а также для измерения дополнительных напряжений и токов
   просят в описании лаборатории. (Линейные напряжения: V _AB , V _BC , V _CA . Фазные напряжения: V _AN , V _BN , V _CN .Мощность: Вт ₁ , Вт ₂ . Линейные токи: I ₁ , I ₂ , I ₃ . Фазные токи: I _P1 , I _P2 , I _P3 . Ток нейтрали: I _N ) Распечатайте эти схемы и укажите на них, где
   ваши ваттметры и DVM будут подключаться.
3. При каких условиях один из ваттметров при измерении двумя ваттметрами
   считывать отрицательные мощности со сбалансированным источником, питающим сбалансированную нагрузку?

Измерение мощности в 3-φ системах

1. Установите переключатели Load Rack так, чтобы все 3 сопротивления были номинально одинаковыми.Мера
   номиналы резисторов до эксперимента; их значения должны быть точно согласованы.
2. Подключите трехфазную цепь звездой, как показано на рис. 1.1. Подключиться к власти
   счетчики и цифровые вольтметры, позволяющие измерять мощность, поступающую в нагрузку,
   линейные напряжения (В _АВ , В _ВС ,
   и V _CA ), фазные напряжения
   через резисторы (В _{, АН} и др. ),
   ток нейтрали (I _N ) и линейные токи.

   Примечание. Важно контролировать ток через измерители мощности.
   чтобы он не превышал номинальный ток. Может наблюдаться низкая мощность
   когда есть большие напряжения и большие токи, если есть низкий коэффициент мощности.
   Обратите внимание, что все измерения в этом эксперименте относятся к переменному току. Оценить все инструменты
   показания для фазного напряжения источника 120В (линейное напряжение 208В между фазами).
   Соответственно выберите шкалы измерителя.

3. Щит распределения напряжения расположен сбоку от скамейки.Используйте вольтметр
   чтобы убедиться, что напряжение между линиями составляет 208 вольт. Подключите трехфазный вариатор к щиту распределения напряжения.
4. Тщательно отрегулируйте выходное напряжение вариатора до фазного напряжения 120 В (линейное напряжение 208 В).
5. Не подключая выключатель нейтрали в разомкнутом положении, измерьте и запишите все токи, напряжения
   (линия и фаза) и питайте его различными сбалансированными нагрузками тележки нагрузки резистора. Запишите результаты в таблицу 1.1. Выключите вариак и выключите питание.

   Примечание: Измерение мощности требует измерения напряжения, тока и
   фазы между ними. Измеритель Fluke имеет токоизмерительные клещи, представляющие собой индуктивный датчик, который преобразует ток в напряжение для измерения прибором. Зажим имеет две шкалы
   настройки, и важно убедиться, что счетчик настроен на ту же шкалу, что и текущий
   зажим. Маленькие измерители черного ящика должны иметь свои текущие «катушки» соединения в
   серия со схемой.Для большинства измерений (всех в этой лабораторной работе) вам потребуется закоротить
   подключение входного тока к одному из подключений «катушки» напряжения. Эти
   счетчики включаются, когда напряжение превышает примерно 65 Вольт. Они не читают отрицательную силу
   (поток мощности от нагрузки к источнику). Если счетчик показывает ток и напряжение
   но нет мощности, то направление тока через устройство должно быть изменено на противоположное. ватт
   тогда показания счетчика следует считать отрицательными.

   И ток, и напряжение могут быть очень высокими, хотя рассеиваемая мощность практически отсутствует
   в цепи, когда они не совпадают по фазе (низкий коэффициент мощности).Следовательно, важно
   всегда контролируйте напряжение, ток и мощность, чтобы убедиться, что ни один из них не превышает
   номиналы электросчетчиков.

6. Переведите переключатель в замкнутое положение, чтобы подключить амперметр от нейтрали резисторной цепи к нейтрали
   трехфазного переменного тока и наблюдайте за текущим потоком. Ток должен считываться на 300 мА.
   (или ниже) масштаб.
7. Измерьте все токи, напряжения и показания мощности при одинаковых настройках нагрузки тележки для нагрузки резисторов, начиная с шага 5.Запишите все измерения в таблицу 1.1.
   Выключите вариак и выключите питание.
8. Подключите трехфазную цепь, как показано на рис. 1.2. Поднимите напряжение в сети до 120 В.
   Вольт (фазное напряжение 69,3В). Измерьте и запишите все показания тока, напряжения и мощности при одинаковых настройках сбалансированной нагрузки тележки резисторной нагрузки, начиная с шага 5.

   Примечание: Амперметров не хватит для измерения всех фаз.
   токи и фазные напряжения одновременно. Сначала измерьте фазные токи, затем
   повторно подключите для измерения фазных напряжений.

Отчет

1. Почему мы используем 208 В для линейного напряжения по схеме «звезда», а только 120 В
   для линейного напряжения на нагрузке «треугольник»?
2. Рассчитайте общую мощность нагрузки в конфигурации «звезда» (ү) и «треугольник» (Δ) при каждой уравновешивающей нагрузке из эксперимента, используя данные по току и напряжению двумя разными методами.
3. Сведите в таблицу общую мощность нагрузки, полученную на основании расчетов, полученных в предыдущем вопросе, и измерений с помощью двух ваттметров.
   метод.Обсудите любые различия.
4. Проверить соотношение между фазой и линейным напряжением/током в схемах конфигурации звезда (ү) и треугольник (Δ).

Вопросы для обсуждения

1. Обсудите любые различия или сходства данных, полученных для связи Y с или
   без нейтрального соединения.

Таблица 1.1: Спецификация подключенной нагрузки Y и Δ.
	Y без нейтрали	Y с нейтралью	Δ соединение
Напряжение сети      В ab в вольтах              В bc V ca
Фазное напряжение   В AN в вольтах В БН V CN Мощность            Вт 1 в ваттах           Вт 2			— — —
Линия/фаза I 1 /I p1 Токи I 2 /I p2 в амперах I 3 /I p3 И Н	— —		— —
Резистор R A в омах Р Б Р С

2. Повлияло бы на результаты, если бы ваттметр 2 был установлен для измерения сетевого тока
   В-В’ и обе потенциальные катушки ваттметра были выведены на линию С, а не на линию В.
3. Покажите схему использования только одного ваттметра для измерения мощности в одной фазе электросети.
   сбалансированная трехфазная нагрузка.

Измерение 3-фазной мощности с использованием 2 трансформаторов тока и 1 ваттметра Ваттметр. Детали оборудования, необходимого для этого измерения, следующие:

1. Ваттметр 600 В, 10 А, UPF -> 1 шт.
2. Амперметр (0-10)A MI -> 1 шт.
3. Вольтметр (0-600)В МИ -> 1 шт.
4. Трансформатор тока (ТТ) 5/5A -> 2 шт.

В этом методе мощность, потребляемая в сбалансированной цепи с 3 φ, измеряется с помощью одного ваттметра в сочетании с 2 трансформаторами тока. Обычно метод 2-ваттметра используется для измерения мощности 3-φ как для симметричной, так и для несимметричной нагрузки, но такой метод требует только одного ваттметра. ТТ, используемые для этого метода, должны иметь соотношение 1:1.

Первичные обмотки соединены последовательно с двумя фазами.Вторичные обмотки подключены к токовой катушке ваттметра таким образом, что разница токов двух фаз будет протекать через токовую катушку. Катушка давления ваттметра включена между теми же двумя фазами.

Любой ваттметр измеряет произведение

• Напряжение на катушке давления
• Ток через катушку тока

Косинус фазового угла между напряжением и током равен φ.

Предполагается, что цепь соединена по схеме «звезда», для соединения по схеме «треугольник» процедура также действительна, и ваттметр показывает непосредственно общую потребляемую мощность.

Процедура

1. Выполните соединения в соответствии с принципиальной схемой.
2. Подайте питание 415 В, 3-φ, 50 Гц, замыкая переключатель TPST.
3. Изменяйте нагрузку подходящими шагами.
4. При каждой нагрузке записывайте показания ваттметра.
5. Сведите результаты в таблицу. Ожидаемый пример приведенные результаты следующие:
   

   S.NO 6 V L (вольт) (вольт) 6 I L (AMPS) 6 Чтение Ваттеметра (WATTS)	ω Рассчитано (1. 732V L I L COSφ) 2
   1.	415	480149	480149	480146 1725.12
   2.	415	3	600 x 4 = 2400	2156,2

Как измерить электрическую мощность

Если продукт потребляет электроэнергию, измерения энергопотребления и качества электроэнергии должны выполняться в рамках проектирования и тестирования продукта. Эти измерения необходимы для оптимизации конструкции продукта, соответствия стандартам и предоставления клиентам информации с паспортной таблички.

В этой статье обсуждаются передовые методы проведения этих измерений, начиная с основ измерения мощности и заканчивая типами приборов и связанных с ними компонентов, обычно используемых для проведения измерений. Статья завершится примерами из реальной жизни, в которых информация, представленная ранее в статье, применяется для решения практических задач измерения. Хотя большинству из нас приходилось сталкиваться с основными уравнениями измерения мощности, полезно обобщить эту информацию и показать, как она применима к разработке и тестированию продукта.

Основы измерения мощности

Измерение мощности постоянного тока относительно просто, так как формула просто ватты = вольты x амперы. Для измерения мощности переменного тока коэффициент мощности (PF) вводит сложность, поскольку ватты = вольты x амперы x PF. Это измерение мощности переменного тока называется активной мощностью, истинной мощностью или реальной мощностью. В системах переменного тока умножение вольт на ампер = вольт-ампер, также называемое полной мощностью.

Потребляемая мощность измеряется путем ее расчета во времени с использованием как минимум одного полного цикла.Используя методы оцифровки, мгновенное напряжение умножается на мгновенный ток, затем накапливается и интегрируется в течение определенного периода времени для обеспечения измерения. Этот метод обеспечивает истинное измерение мощности и истинное среднеквадратичное значение для любой формы волны, синусоидальной или искаженной, включая содержание гармоник вплоть до полосы пропускания прибора.

Измерение однофазной и трехфазной мощности

Преобразование Блонделя утверждает, что общая мощность измеряется на один ваттметр меньше, чем количество проводов в системе.Так, для однофазной двухпроводной системы потребуется один ваттметр, для однофазной трехпроводной системы — два ваттметра (рис. 1), для трехфазной трехпроводной системы — два ваттметра, а для трехпроводной — два ваттметра. для трехфазной четырехпроводной системы потребуется три ваттметра.

Рис. 1. Метод двух ваттметров позволяет измерять мощность при прямом подключении к системе 3P3W. Pt = P1 + P2

В этом контексте ваттметр — это устройство, которое измеряет мощность, используя один вход тока и один вход напряжения.Многие анализаторы мощности и DSO имеют несколько входных пар ток/напряжение, способных измерять мощность в ваттах, фактически действуя как несколько ваттметров в одном приборе. Таким образом, можно измерить трехфазную 4-проводную мощность с помощью одного правильно указанного анализатора мощности.

В однофазной двухпроводной системе (рис. 2) напряжение и ток, определяемые ваттметром, равны общей мощности, рассеиваемой нагрузкой. Напряжение измеряется между двумя проводами, а ток измеряется в проводе, питающем нагрузку, который часто называют горячим проводом.Напряжение обычно может быть измерено непосредственно анализатором мощности до 1000 В RMS. Более высокие напряжения потребуют использования VT (трансформатора напряжения) в системе переменного тока для понижения напряжения до уровня, который может быть измерен прибором. Токи обычно могут быть измерены непосредственно анализатором мощности до 50 А, в зависимости от прибора. Более высокие токи потребуют использования трансформатора тока (ТТ) в системе переменного тока. Существуют разные типы КТ. Некоторые из них размещены непосредственно в линии. Другие имеют окно, через которое проходит токоведущий кабель.Третий вид – накладной. Для постоянного тока обычно используется шунт. Шунт помещают в линию, и прибор измеряет милливольтовый сигнал низкого уровня.

Рис. 2. В однофазной двухпроводной системе используются трансформатор тока и трансформатор напряжения.

В однофазной трехпроводной системе (рис. 3) общая мощность представляет собой алгебраическую сумму двух показаний ваттметра. Каждый ваттметр подключается от одного из горячих проводов к нейтрали, и в каждом горячем проводе измеряется ток.Общая мощность рассчитывается как Pt = P1 + P2.

Рис. 3. Два ваттметра подключаются к однофазной трехпроводной системе (1P3W).

В трехфазной четырехпроводной системе (рис. 4) каждый из трех ваттметров измеряет напряжение от горячих проводов к нейтрали, и каждый ваттметр измеряет ток в одном из трех горячих проводов. Общая мощность для трех фаз представляет собой алгебраическую сумму трех измерений ваттметра, поскольку каждый счетчик, по сути, измеряет одну фазу трехфазной системы.Pt = P1 + P2 + P3

Рис. 4. В этой трехфазной четырехпроводной системе используются три ваттметра.

В трехфазной трехпроводной системе (рис. 5) два ваттметра измеряют фазный ток в любых двух из трех проводов. Каждый ваттметр измеряет междуфазное напряжение между двумя из трех линий электропитания. В этой конфигурации общая мощность в ваттах точно измеряется алгебраической суммой двух значений ваттметра. Пт = П1 + П2.Это верно, если система сбалансирована или несбалансирована.

Если нагрузка несбалансированная, то есть фазные токи разные, общая мощность будет правильной, но общая мощность, ВА и коэффициент мощности, могут быть ошибочными. Однако анализаторы мощности могут иметь специальную схему подключения 3V3A для обеспечения точных измерений в трехфазных трехпроводных системах со сбалансированной или несбалансированной нагрузкой. Этот метод использует три ваттметра для контроля всех трех фаз. Один ваттметр измеряет напряжение между фазами R и T, второй ваттметр измеряет напряжение между фазами S и T, а третий ваттметр измеряет напряжение между фазами R и S. Фазные токи измеряются каждым ваттметром. Метод двух ваттметров до сих пор используется для расчета полной мощности. Пт = П1 + П2. Однако общая VA рассчитывается как (√3/3)(VA1 + VA2 + VA3). Все три значения напряжения и тока используются для точного измерения и расчета несимметричной нагрузки.

Рис. 5. Трехфазная трехпроводная система использует метод трех ваттметров для получения точных измерений при несбалансированной нагрузке.

Измерение коэффициента мощности

Необходимо часто измерять коэффициент мощности, и это значение следует поддерживать как можно ближе к единице (1.0) 
В электроэнергетической системе нагрузка с низким коэффициентом мощности потребляет больше тока, чем нагрузка с высоким коэффициентом мощности при одинаковом количестве передаваемой полезной мощности. Более высокие токи увеличивают потери энергии в системе распределения и требуют более крупных проводов и другого оборудования. Из-за стоимости более крупного оборудования и потерь энергии электрические коммунальные предприятия обычно взимают более высокую плату с промышленных или коммерческих потребителей с низким коэффициентом мощности.

На рис. 6 показано отставание тока от напряжения на 44.77 °, что дало коэффициент мощности 0,70995. Полная мощность S1 составляла 120,223 ВА. Однако истинная мощность, или реальная мощность, P1 составляла всего 85,352 Вт.

Рис. 6. Экран анализатора мощности показывает разность фаз между напряжением и током.

Если у энергопотребляющих устройств хорошие коэффициенты мощности, то и у всей энергосистемы, и наоборот. Когда коэффициент мощности падает, часто приходится использовать устройства коррекции коэффициента мощности, что требует значительных затрат.Эти устройства, как правило, представляют собой конденсаторы, поскольку большая часть потребляемой мощности является индуктивной.

Ток отстает от напряжения в дросселе; это известно как отстающий коэффициент мощности. Ток опережает напряжение в конденсаторе; это известно как ведущий фактор мощности. Двигатель переменного тока является примером индуктивной нагрузки, а компактная люминесцентная лампа — примером емкостной нагрузки.

Для определения общего коэффициента мощности в трехфазной 4-проводной системе требуются три ваттметра.Каждый счетчик измеряет ватты, а также измеряются вольты и амперы. Коэффициент мощности рассчитывается путем деления общего количества ватт от каждого счетчика на общее количество вольт-ампер.

В трехфазной трехпроводной системе коэффициент мощности следует измерять с помощью метода трех ваттметров вместо метода двух ваттметров, если нагрузка несимметрична, то есть если фазные токи различаются. Поскольку метод двух ваттметров измеряет только два ампера, любые различия в показаниях ампер на третьей фазе вызовут неточности.

Измерение мощности бытовой техники

Типичным приложением для измерения мощности является мощность в режиме ожидания для бытовых приборов, которые основаны на стандартах Energy Star или IEC62301 . Оба стандарта определяют требуемую точность измерения мощности, разрешение и другие параметры измерения мощности, такие как гармоники. В стандарте IEC62301 есть еще 25 стандартов, которые определяют конкретные параметры испытаний для различных устройств. Например, IEC60436 определяет методы измерения производительности электрических посудомоечных машин.

Режим ожидания определяется как режим с наименьшим энергопотреблением, который не может быть отключен пользователем и который может сохраняться в течение неопределенного времени, когда приложение подключено к основному источнику питания и используется в соответствии с инструкциями производителя. Мощность в режиме ожидания — это средняя мощность в режиме ожидания при измерении в соответствии со стандартом.

Существует три основных метода измерения энергопотребления в режиме ожидания или других подобных приложений.Если значение мощности стабильно, то можно использовать мгновенные показания прибора в любой момент времени. Если значение мощности нестабильно, возьмите либо среднее значение показаний прибора с течением времени, либо измерьте общее потребление энергии. Ватт-часы можно измерить за определенный период времени, а затем разделить на это время.

Измерение общего энергопотребления и деление на время дает наиболее точные значения как для постоянной, так и для флуктуирующей мощности. Этот метод обычно используется при использовании анализаторов мощности нашей компании.Но для измерения общего энергопотребления требуется более сложный прибор, поскольку мощность необходимо постоянно измерять и суммировать.

Инструменты для измерения мощности

Мощность обычно измеряется с помощью цифрового анализатора мощности или цифрового запоминающего осциллографа с программным обеспечением для анализа мощности. Большинство современных анализаторов мощности полностью электронные и используют дигитайзеры для преобразования аналоговых сигналов в цифровые формы. Анализаторы более высокого класса используют методы цифровой обработки сигналов для выполнения вычислений, необходимых для определения значений.

DSO, анализирующие мощность, используют специальную прошивку для проведения реальных измерений мощности. Однако они несколько ограничены, поскольку основаны на выборочных данных из оцифрованных волновых форм. Благодаря пробникам тока и напряжения они хорошо подходят для работы на уровне плат и компонентов, где абсолютная точность не является обязательной, а частота сети относительно высока.

Анализаторы мощности обычно могут измерять до 50 А (среднеквадратичное значение) непосредственно при уровне напряжения до 1000 В (среднеквадратичное значение), поэтому большинство тестируемых продуктов можно подключать напрямую.С другой стороны, DSO потребует использования пробников напряжения и тока для измерения мощности.

ТТ рассчитаны на соотношение входного и выходного тока, например 20:5. Другими важными параметрами ТТ являются точность, фазовый сдвиг и диапазон частот для измерения мощности переменного тока. ТН используются для понижения фактического напряжения до уровня, который может быть воспринят прибором для измерения мощности. Например, если испытуемый продукт рассчитан на 480 В переменного тока, а прибор ограничен 120 В переменного тока, то требуется ТН 4:1.

DSO обычно не обеспечивает точности анализатора мощности и не может напрямую принимать входные сигналы высокого тока и напряжения, но он может измерять мощность на гораздо более высоких частотах до 500 МГц с помощью соответствующих пробников. Он также обеспечивает другие преимущества по сравнению с анализаторами мощности в определенных приложениях, включая специальные пробники для простоты подключения, компенсацию фазы пробника и до восьми многоканальных входов.

Типичным применением DSO может быть любой тип измерения на уровне платы, например, при разработке печатных плат для импульсного источника питания.Параметры, которые обычно измеряются и анализируются с помощью DSO или анализатора мощности, включают, помимо прочего, потери мощности при переключении, энергопотребление устройства, уровень шума при переключении, гармоники, выходную мощность и стабильность выходного сигнала.

При использовании DSO необходимое оборудование включает датчики дифференциального напряжения и датчики тока (рис. 7). Токоизмерительный датчик подключается к одному из главных токонесущих проводов, как показано на рисунке. Часто напряжения компонентов не привязаны к уровню земли.Поэтому для изоляции заземления DSO от заземления компонентов требуется дифференциальный пробник напряжения. В дополнение к анализатору мощности или DSO, а также ТТ и ТП, при необходимости, другими вспомогательными компонентами для измерения мощности являются пробники, клещи и провода. После того, как все необходимые инструменты и компоненты будут в наличии, следующим шагом будет определение того, какие именно инструменты необходимы и как эти инструменты должны быть подключены к нагрузке.

Рис. 7. Используйте пробники напряжения и пробники тока с осциллографом для измерения напряжения и тока.

Анализаторы мощности

обычно выбирают для измерения мощности бытовых приборов и других измерений мощности с относительно высокими уровнями напряжения, низкими частотами и высокими требованиями к точности. Однако для измерений на уровне платы обычно используется DSO.

Используя информацию, представленную выше, можно выбрать и подключить правильные приборы и инструменты для различных приложений измерения мощности. Информация, полученная от этих приборов, может затем использоваться для оптимизации конструкции, соответствия стандартам и предоставления информации с паспортных данных.