Ваттметр

Ваттметр, прибор для измерения электрической мощности, расходуемой в каком-нибудь участке электрической цепи. В технике и в лабораторной практике применяется ваттметр двух типов: электродинамический и индукционный.

Электродинамический В. основан на взаимодействии токов и состоит из двух обмоток (фигура 1): неподвижной а, несущей весь ток цепи I, и подвижной b, несущей ток г, пропор-циональн. напряжению цепи. Подвиж-наяобмотка соединяется последовательно с большим безин-дукционным сопро- фигура 1.

тивлением и включается параллельно приемнику. Ток к подвижной обмотке подводится по двум спиральным пружинкам с которые в то же время создают вращающий момент, противодействующий повороту обмотки.При синусоидальных токах, если Е—эффективное напряжение, I—эффективная сила тока однофазной цепи и φ—угол сдвига фаз между током и напряжением, мощность Р, потребляемая в цепи, выражается произведением:

Ρ—Ι-Ε-cos ψ. (1)

В электродинамических ваттметрах взаимодействие двух магнитных потоков Ф_г и Ф₂, созданных токами и i в обмотках, образует момент вращения:

М=к₁-Ф₁-Ф₂-соз {φ—«)= к₂· Ι·ί·cos (φ—к). (2) Здесь а—угол отставания тока г в подвижной обмотке В., имеющей индуктивность L. Благодаря наличию угла к момент М не вполне пропорционален мощности Р; поэтому расчет прибора необходимо вести так, чтобы создаваемая углом а ошибка ваттметра не превосходила пределов точности отсчета. Так как х Ь-ω

tg«=—, (3)

то угол а можно уменьшить введением большого добавочного сопротивления в цепь подвижной обмотки. Это сопротивление изготовляется из материала с ничтожным температурным коэффициентом и делает прибор нечувствительным к изменениям t° окружающей среды. Из преобразования ф-лы (2)

М= к₂· I-i· cos (φ—cc)=к,-1-E—=

}/г^г+ (L-ω)·

COS(a-a)_ ^

следует, что это же добавочное сопротивление делает прибор малочувствительным и к изменению частоты тока, так как при ма-

лом значении дроби — мояшо принять у/~ 1+(^γ“)²— 1· Электродинамич. В. является прецизионным прибором и применяется гл. обр. в лабораторной практике. Достоинства его: большая точность (до 0,25%), пригодность для постоянного и переменного тока, независимость показаний от частоты тока, формы кривой напряжения и темп-ры. Недостатки: легкая конструкция, слабые магнитные поля, небольшой вращающ. момент и, вследствие этого, сильное влияние внешнего поля на показания ваттметра. Для уменьшения этого влияния и приспособления эле-ктродинамическ. В. к условиям работы на распределительных щитах, применяют железный кожух, защищающий механизм В. от действия внешнего поля, или устраивают весь магнитопровод из железа, усиливая таким образом поле и вращающий момент. Механизм электродинамического ваттметра представлен на фигуре 2.

Индукционный В. отличается от электродинамическ. тем, что ток в подвижную систему не подводится извне, а индуктируется токами в неподвижных обмотках (фигура 3). Индукционный ваттметр состоит из кольцеобразного сердечника а с двумя парами выступающих внутрь полюсов b, охватывающих центральный цилиндрический сердечник с; оба сердечника набраны из листового железа. В зазоре между полюсами и цилиндром вращается на опорах тонкостенный алюминиевый барабан d. На каждом полюсе кольцеобразного сердечника расположена обмотка; обмотки диаметрально противоположных полюсов соединены последовательно. Одна пара обмоток несет весь ток цепи,другая— ток, пропорциональный напряжению цепи, причем в этой обмотке искусственно создается отставание тока от напряжения на 90°. При включении такого В. в цепь переменного тока пульсация двух полей, смещенных на Vi периода во времени и на 90° в пространстве, создает вращающееся поле,

Фигура 3.

технич. прибором и с успехом применяется на распределительных щитах. Механизм индукционного В. показан на фигуре 4.

Обычно ваттметры выполняются на умеренные токи и напряжения: 100—200 А, 120 V. Для напряжений до 600 V применяются внешние добавочные сопротивления в цепи напряжения.

Для токов больше 200 А и напряжений выше 600 V применяются пятиамперные ваттметры на 100—120 Y в соединении с трансформаторами тока и напряжения. Для измерения мощности трехфазного тока имеются различные специальные конструкции ваттметра: 1) однофазный В., включаемый на линейный ток и фазовое напряжение; ваттметр измеряет фазовую мощность, но градуируется на мощность Р трехфазного тока: Р= j/3 Е I cosy; он годен только для равномерной нагрузки; 2) однофазный ваттметр, включаемый на линейный ток и линейное напряжение по к-рое индуктирует ток в барабане и приводит его во вращение. Противодействующий момент развивается спиральными или цилиндрическими пружинками. Вращающий момент индукционного В. выражается ф-лой:

Μ=1ζ₂·^·Φ_νΦ₂· 005ψ=Τΐ·^·Ε·Ι·005φ, (5)

где с—частота тока и Q—уд. сопротивление материала барабана. Индукционный В. не м. б. отнесен к классу прецизионных приборов, так как показания его зависят от формы кривой напряжения, от частоты тока и от t° среды. Индукционный В. пригоден только для переменного тока и градуируется на определенную частоту. Достоинства его: прочная и сильная конструкция, слабое влияние внешних полей. Поэтому индукционный ваттметр является прекрасным схеме фигура 5; в цепь напряжения включается дроссель, дающий добавочный сдвиг фазы тока в обмотке напряжения на 30°; В. градуируется на мощность трехфазного тока, но дает правильные показания только при

равномерной нагрузке всех трех фаз; применяется в сетях с недоступной нулевой точкой; 3) В. с двумя однофазными системами, действующими на общую ось; включается на два линейных тока—и /₂ и два линейных напряжения — i?j_₃ и Е₂_₃ по схеме фигура 6; ваттметр измеряет мощность трехфазного тока; годен для неравномерной нагрузки и для трехпроводной системы (без нулевого провода);

4) В. с двумя однофазными системами, действующими на общую ось, причем каждая катушка тока состоит из 2 обмоток; включается на два фазовых напряжения— £^_₀ и Е_г-о и три В. измеряет мощность трехфазного тока; годен для неравномерной нагрузки и для четырехпроводной системы (трехфазная с нулевым проводом).

Лит.: Ермаков В. Д., Основы электрометрии, часть I, М.—Л., 1927; Keinath G-., Die Technik elektrischer Messgerate, В. l, Munchen—Berlin, 1928; P г у s cl a 1 e, Electrical Measuring Instruments, y. l, 2, London, 1924. H. Александров.