Bendra informacija. Galios matavimas yra labai paplitęs praktikoje atliekant elektrinius ir elektroninius nuolatinės ir kintamos srovės matavimus visame įsisavintame dažnių diapazone – iki milimetrų ir trumpesnių bangų.
Ypač svarbus yra galios matavimas mikrobangų diapazone, nes galia yra vienintelė atitinkamo kelio elektrinio režimo charakteristika, kai srovės ir įtampos matavimas mikrobangų krosnelėje yra praktiškai neįmanomas dėl didelės paklaidos.
Galia matuojama vatmetrais nuo mikrovatų dalių iki vienetų – dešimčių gigavatų.
Priklausomai nuo išmatuotos galios, prietaisai skirstomi į mažus vatmetrus (<10 мВт), средней (10 мВт... 10 Вт) и большой (>10 W) galia.
Pagrindinis galios vienetas yra vatas (W). Taip pat naudojami kartotiniai ir padauginiai:
Gigavatas (1 GW = W);
Megavatų (1 MW = W);
kilovatas (1 kW = W);
Milivatas (1 mW = W);
Mikrovatai (1 µW = W).
Tarptautiniai jėgos agregatų pavadinimai pateikti 1 priede.
Galią galima išmatuoti ne tik absoliučiais, bet ir santykiniais vienetais – decibelais:
Galiai matuoti naudojami netiesioginiai ir tiesioginiai metodai. Katalogo klasifikacijoje elektroniniai vatmetrai žymimi taip: Ml - pavyzdinė, M2 - perduodama galia, MZ - sugerta galia, M4 - galios skaitiklių tilteliai, M5 - vatmetrų keitikliai (galvutės).
Elektromechaniniai vatmetrai klasifikuojami pagal jų svarstykles ir priekinius skydelius nurodytus galios vienetus: W - vatmetrai: kW - kilovatmetrai; mW - milivatmetrai; W - mikrovatmetrai.
Galios matavimas DC ir kintamoji srovė žemi dažniai. Pramoninių dažnių nuolatinės ir kintamosios srovės grandinėse galiai matuoti dažniausiai naudojami elektrodinaminių ir ferodinaminių sistemų elektromechaniniai vatmetrai.
Laboratorinėje praktikoje daugiausia naudojami 3, 4 ir 5 tikslumo klasių (0,1; 0,2; 0,5) elektrodinaminės sistemos vatmetrai. Pramonėje techniniams matavimams naudojami 6, 7 ir 8 tikslumo klasės (1,0; 1,5 ir 2,5) ferodinaminės sistemos vatmetrai.
Vienos ribos vatmetrų skalės yra sugraduotos pagal išmatuotos vertės reikšmes (vatai, kilovatai ir kt.). Daugiaribiai vatmetrai turi nerūšiuotą skalę. Prieš naudojant tokius vatmetrus su žinoma nominalios srovės reikšme ir pasirinktos ribos atminimo įtampos verte, taip pat taikomo vatmetro skalės padalų skaičiumi, būtina nustatyti jo padalijimo kainą. Su(įrenginio konstanta) at pagal formulę
Žinant tam tikro vatmetro padalijimo vertę pasirinktoje riboje, nesunku nuskaityti išmatuotos galios vertę. Išmatuota galios vertė bus
kur P - skaičiuojant padalinių skaičių įrenginio skalėje.
Elektrodinaminės sistemos vatmetrai naudojami galiai matuoti nuolatinės ir kintamosios srovės grandinėse, kurių dažnis yra iki kelių kilohercų.
Ferodinaminės sistemos vatmetrai yra taikomi galiai matuoti pramoninių dažnių nuolatinės ir kintamosios srovės grandinėse.
Esant žemo, vidutinio ir aukšto dažnio nuolatinei ir kintamajai srovei, naudojami netiesioginiai galios matavimo metodai, t.y. įtampos, srovės ir fazių poslinkiai nustatomi vėlesniais galios skaičiavimais. Dviejų fazių kintamos srovės aktyvioji galia grandinėje su sudėtinga apkrova nustatoma pagal formulę
kur tu, aš-įtampos ir srovės efektinė vertė;
Fazių poslinkis tarp srovės ir įtampos.
Grandinėje su grynai varžine apkrova , kai = 0, = 1, kintamosios srovės galia yra
,
(3.33)
impulsų srovės galia:
Praktikoje jis dažniausiai matuojamas vidutinė galia už impulsų laikotarpį:
(3-35)
kur q- darbo ciklas: q =;
Pulso trukmė;
Pulso formos faktorius 1;
Impulsų laikotarpis.
Aukšto dažnio galios matavimo metodai. Yra du tipiniai galios matavimo metodai (priklausomai nuo jos tipo: sugertoji arba perduodama).
Sugerta galia yra apkrovos sunaudota galia. Šiuo atveju apkrova pakeičiama jos ekvivalentu, o išmatuota galia visiškai išsklaido šį apkrovos ekvivalentą, o tada matuojama šiluminio proceso galia. Vatmetro apkrova visiškai sugeria galią, todėl tokie prietaisai vadinami sugertos galios vatmetrais (3.16 pav. a). Kadangi apkrova turi visiškai sugerti išmatuotą galią, prietaisą galima naudoti tik tada, kai vartotojas yra atjungtas. Matavimo paklaida bus kuo mažesnė, tuo vatmetro įėjimo varža labiau atitiks tiriamo šaltinio išėjimo varžą arba perdavimo linijos bangos varžą.
Ryžiai. 3.16. Sugertos (o) ir perduodamos galios matavimo vatmetrais metodai b)
Perdavimo galia yra generatoriaus perduodama galia realiai apkrovai. Jį matuojantys prietaisai vadinami perduodamos galios vatmetrais. Tokie vatmetrai sunaudoja nereikšmingą šaltinio galios dalį, o didžioji jos dalis paskirstoma realioje naudingojoje apkrovoje (3.16 pav. b).
Praleidžiantys galios vatmetrai apima Holo keitiklių įrenginius su sugeriančia sienele ir kitus įrenginius.
Aukščiau ir toliau aukšti dažniai netiesioginiai galios matavimo metodai nenaudojami, nes skirtingose perdavimo linijos atkarpose srovės stiprumo ir įtampos kritimo vertės skiriasi; be to, prijungus matavimo prietaisą, pasikeičia matavimo grandinės veikimo režimas. Todėl mikrobangėje naudojami kiti metodai: 1 pavyzdžiui, elektromagnetinės energijos pavertimas šiluma (kalorimetrinis metodas), rezistoriaus varžos keitimas (termistoriaus metodas).
Kalorimetrinis metodas galios matavimas pasižymi dideliu tikslumu. Šis metodas naudojamas visame radijo dažnių diapazone matuojant santykinai dideles galias, kai yra šilumos nuostolių. Kalorimetrinis metodas pagrįstas transformacija elektros energijaį terminį, kai vatmetro kalorimetre įkaista šiek tiek skysčio (3.17 pav.). Be to, galia apskaičiuojama pagal žinomą temperatūros skirtumą ir žinomą skysčio, tekančio per kalorimetrą, tūrį:
,
(3.36)
kur yra sunaudoto skysčio koeficientas;
- šildomo skysčio tūris.
Ryžiai. 3.17. Kalorimetrinio vatmetro įtaisas
Kalorimetrinio metodo paklaida yra 1...7%.
Termistorius (bolometrinis) metodas galios matavimas pagrįstas termistorių savybe pakeisti jų varžą veikiant jų sugeriamų elektromagnetinių virpesių galiai. Termistoriai ir bolometrai naudojami kaip termistoriai.
Termistorius yra puslaidininkinė plokštelė (arba diskas), uždarytas stikliniame inde. Termistoriai turi neigiamą temperatūros koeficientą, t.y. kylant temperatūrai jų atsparumas mažėja.
Bolometras yra plona žėručio arba stiklo plokštelė, padengta platinos sluoksniu (plėvele). Plėveliniai bolometrai turi labai didelį jautrumą (iki ... W). Bolometrai turi teigiamą temperatūros koeficientą, t.y. kylant temperatūrai didėja jų atsparumas.
Termistorių jautrumas ir patikimumas yra didesnis nei bolometrų, tačiau bolometrų parametrai yra stabilesni, todėl jie naudojami pavyzdiniuose vatmetruose (M1 pogrupis).
Termistoriaus metodas užtikrina didelį jautrumą, todėl jis naudojamas mažoms ir vidutinėms galioms matuoti. Jungčių ir daliklių naudojimas leidžia taikyti metodą didelėms galioms matuoti. Termistorių vatmetrų paklaida yra 4 ... 10% ir dažniausiai priklauso nuo apkrovos nuoseklumo laipsnio.
Pagrindinės metrologinės vatmetrų charakteristikos, kurias reikia žinoti renkantis įrenginį, yra šios:
Prietaiso tipas (sugerta arba perduodama galia);
Galios matavimo diapazonas;
Dažnių diapazonas;
Leistina matavimo paklaida;
Galios matuoklio įvesties arba atspindžio modulio stovinčios bangos santykis (SWR).
1. Pateikite ampermetro įtraukimo į tiriamą grandinę taisyklę.
2. Kokia šuntų paskirtis?
3. Kaip kinta ampermetro varža sujungus šuntą?
4. Kaip šuntas prijungiamas prie ampermetro?
5. Kurios sistemos ampermetrai dažniau naudojami matuojant jėgą nuolatinė srovė?
6. Kurios sistemos ampermetrai naudojami aukšto dažnio kintamosios srovės stipriui I matuoti?
7. Kokių taisyklių reikia laikytis matuojant aukštų dažnių srovės stiprumą?
8. Pateikite lygiavertę ampermetro grandinę žemo dažnio srovei matuoti.
9. Pateikite lygiavertę ampermetro grandinę aukšto dažnio srovei matuoti.
10. Išvardykite pagrindinius ampermetro parametrus.
11. Koks yra ampermetro vidinės varžos reikalavimas?
12. Kodėl matuojant aukšto dažnio kintamąją srovę negalima naudoti elektromechaninio elektrodinaminės sistemos ampermetro?
13. Išvardykite magnetoelektrinės sistemos ampermetrų privalumus.
14. Išvardykite magnetoelektrinės sistemos ampermetrų trūkumus.
15. Kiek šuntų turi elektromechaninis ampermetras su penkiomis matavimo ribomis?
16. Kuo esminis skirtumas tarp voltmetro ir ampermetro?
17. Kaip voltmetras prijungiamas prie grandinės?
18. Kokia papildomų rezistorių paskirtis?
19. Ką reikia padaryti norint išplėsti elektromechaninio voltmetro įtampos matavimo diapazoną?
20. Išvardykite elektromechaninių voltmetrų privalumus ir trūkumus.
21. Pagal kokius kriterijus klasifikuojami elektroniniai analoginiai voltmetrai?
22. Kokios konstrukcinės schemos naudojamos kuriant elektroninius analoginius voltmetrus?
23. Išvardykite elektroninių analoginių voltmetrų privalumus ir trūkumus.
24. Kodėl U-D tipo voltmetrai turi didelį jautrumą?
25. Kodėl D-U tipo voltmetrai turi platų dažnių diapazoną?
26. Kokie yra elektroninių skaitmeninių voltmetrų pranašumai prieš elektroninius analoginius?
27. Kodėl elektroninių analoginių voltmetrų skalė yra sugraduota decibelais?
28. Kokios pagrindinės metrologinės charakteristikos renkantis voltmetrą?
29. Kokiais vienetais matuojama įtampa?
30. Kas yra multimetrai?
31. Kokiais prietaisais galima matuoti galią nuolatinės srovės grandinėse?
32. Kokiais prietaisais galima matuoti galią pramoninių dažnių kintamosios srovės sinusinės srovės grandinėse?
33. Kokiu būdu galima matuoti mažą galią mikrobangų diapazone?
34. Kokiu būdu galima išmatuoti daugiau galios mikrobangų diapazone?
35. Ką reikia žinoti nustatant impulsinio signalo galią?
36. Nustatykite rezistoriui skirtą galią R= 1 kΩ esant 5 mA nuolatinei srovei.
37. Nustatykite rezistoriaus sklaidą R- 2 kΩ galia, jei per ją teka sinusinė srovė, kurios amplitudė yra 4 mA.
38. Koks yra kalorimetrinis galios matavimo metodas?
39. Koks yra termistoriaus galios matavimo metodas?
40. Kas yra bolometras ir kur jis naudojamas?
41. Nurodykite termistoriaus pranašumus, palyginti su bolometru.
42. Nurodykite termistoriaus trūkumus, palyginti su bolometru.
43. Išvardykite elektrodinaminių vatmetrų privalumus ir trūkumus.
44. Kokiai grupei ir pogrupiui priklauso sugertos galios vatmetrai?
45. Kokią dalį energijos sunaudoja praleidžiantys galios vatmetrai?
Darbo planas
Įvairūs galios matavimo metodai ir įrenginių prijungimo būdai nuolatinės srovės grandinėse.
Matavimo rezultatų analizė.
Pagrindinės teorinės nuostatos
Galia yra fizikinis dydis, lygus darbui, atliktam per laiko vienetą, kuris yra lygus sistemos energijos kitimo greičiui. Visų pirma, elektros galia yra dydis, apibūdinantis elektros energijos perdavimo arba pavertimo kitų rūšių energija, pvz., mechanine, šilumine, šviesa ir kt., greitį.
Maitinimas nuolatinės srovės grandinėse apibrėžiamas išraiška P = UI, kur U- Įtampa, taikomas apkrovai, V, aš – srovė, tekanti per apkrovą, A. Matavimo vienetas elektros energija yra vatas (W). Iš aukščiau pateiktos lygties išplaukia, kad galia P galima nustatyti netiesiogiai, matuojant įtampą voltmetru U ant apkrovos ir ampermetro - srovės aš, tekantis per krovinį. Matavimo rezultatų padauginimas U ir aš, gauti galios vertę.
Ant pav. 1 parodytos dvi voltmetro ir ampermetro įjungimo grandinės. Vienos ar kitos schemos pasirinkimą lemia leistina metodinė matavimo paklaida. Paklaida priklauso nuo prietaisų vidinių varžų suderinamumo su atsparumu apkrovai R n .
Ryžiai. vienas. Galios matavimo prietaisų įjungimo schemos
nuolatinės srovės grandinėje.
Schema pav. vienas a taikomas, kai apkrovos pasipriešinimas R n daug mažesnė už voltmetro varžą R in; ir diagrama pav. vienas b– kai apkrovos pasipriešinimas R n daug daugiau nei ampermetro varža R a. Jei nepaisysime šių sąlygų ir manysime, kad R n = R in schemai pav. vienas a ir R n = R a schemai pav. vienas b, tada santykinė galios matavimo paklaida bus 100%.
Galią praktiškai patogiau matuoti vienu prietaisu – vatmetru. Norint nustatyti galią, vatmetrui reikia informacijos apie srovę ir įtampą, ir jis turi sugebėti juos padauginti. Toks įtaisas yra elektrodinaminis vatmetras, susidedantis iš kilnojamos ritės, esančios fiksuotos ritės viduje.
Apkrovos įtampa yra prijungta prie judančios ritės, o apkrovos srovė perduodama per fiksuotą ritę. Ričių magnetinių laukų sąveika sukelia judančios ritės sukimąsi kampu, proporcingu galiai. Sukimosi kryptis priklauso nuo srovių krypties ritėse, todėl ją būtina įtraukti į grandinę, kad ritės apvijų užuomazgos būtų prijungtos prie maitinimo šaltinio (generatoriaus). Ant vatmetro gnybtų apvijų pradžia pažymėta žvaigždute (* U ir * aš). Jie vadinami generatoriaus spaustukais. Jei srovės generatoriaus spaustukas klaidingai prijungtas prie apkrovos, prietaiso rodyklė nukryps į kairę nuo nulinės žymos ir nuskaityti nebus galima. Įtampos apvijos generatoriaus gnybtas, siekiant sumažinti matavimo paklaidą, gali būti prijungtas pagal schemą pav. 2 a arba pav. 2 b.
Ryžiai. 2. Vatmetro prijungimo prie nuolatinės srovės grandinės schema.
Schema pav. 2 bet taikoma, kai apkrovos pasipriešinimas R n daug daugiau nei vatmetro srovės grandinės varža R a; ir diagrama pav. 2 b– kai apkrovos pasipriešinimas R n daug mažesnė vatmetro įtampos grandinės varža R in. Įtampos ir srovės grandinių varžos nurodytos prietaiso ciferblate. Vatmetras suprojektuotas taip, kad grandinė pav. 2 a.
Elektros galios matavimo metodai labai skiriasi nuo įtampos ar srovės matavimo metodų. Tai daugiausia lemia išmatuoto dydžio – galios – specifika, kuri neturi tiesioginės įtakos matavimo keitikliui, išskyrus tiesioginių sugerties galios matavimų (kalorimetrinių metodų) atvejus, kurie šioje knygoje nenagrinėjami.
Perduodamos galios matavimas atliekamas nustatant apkrovos įtampą ir ja tekančią srovę. Pagal priimtą terminologiją (GOST 16263-70), galios matavimas gali būti priskirtas tiesioginiams matavimams, kai konversijos rezultatas yra proporcingas pradinių verčių sandaugai, kurių vertės nenustatytos jokiu būdu konvertuojant. etapais (vatmetro metodas) arba netiesioginiams matavimams.
matavimai, kai nustatomos pradinių dydžių reikšmės ir apskaičiuojama jų sandauga (ampermetro ir voltmetro metodas). Bet kokiu atveju galios matavimo keitiklį (IPM) arba įvesties verčių MT įtakoja ne pati galia, o įvesties reikšmės ir . Priklausomai nuo to, ar matuojama momentinė, vidutinė, aktyvioji, reaktyvioji ar tariamoji galia, momentinės, efektyviosios ar vidutinės vertės padauginamos galios matavimo prietaisuose (SIM) ir su vėlesniu gaminio integravimu arba be jo. Galios vaizdavimo formų įvairovė [žr. išraiškos (1-1) - (1-9)], įvesties dydžių parametrus ir gaminio funkcijos įgyvendinimo būdus, paaiškina galios matavimo metodų ir priemonių įvairovę. Straipsniuose pateikiama išsami šių matavimo priemonių klasifikacija, atliekama pagal šiuos pagrindinius pastarųjų požymius: matematinės priklausomybės tipą, naudojamą gaminiui gauti, fizinę dauginimo įtaiso prigimtį arba elementų charakteristikų tipus. jį įgyvendinti.
Ryžiai. 1-1 (žr. nuskaitymą)
Remiantis Hugo, kokie reikalavimai SIM yra dominuojantys (greitis, patikimumas, kaina ir kt.), renkantis matavimo priemonę, pravartu remtis viena iš esamų klasifikacijų. Kadangi šiame skyriuje neturėtume pateikti rekomendacijų dėl SIMS pasirinkimo, mes apsvarstysime pagrindinius tikslių (su paklaida mažesnė nei 0,5%) galios matavimo metodus, nepretenduodami į šių matavimo priemonių charakteristikų išsamumą.
Netiesioginio galios matavimo metodai.
Šie metodai daugiausia naudojami nuolatinės srovės galios matavimams arba pilna jėga kintamoji srovė (5). Kartais, kaip matyti iš straipsnio, jie taip pat gali būti naudojami matuojant aktyvioji galia. Ant pav. 1-1, a yra blokinė įrangos, kuri įgyvendina netiesioginių matavimų ir S metodą, schema, o fig. 1-1, b ir c - P matavimo grandinės. Matuojant įtampa ir srovė yra keičiamos skalėje
naudojant daliklius arba įtampos transformatorius ir šuntus arba srovės transformatorius ir matuojami analoginiu arba skaitmeniniu voltmetru B ir ampermetru A. Naudojant analoginius prietaisus, jų rodmenų sandaugą apskaičiuoja operatorius arba naudodamas skaičiavimo įrenginį su rankiniu įėjimu, o kai naudojant skaitmeninius instrumentus – naudojant nuolatinį įvestį.
Ampermetro ir voltmetro metodas
Iš formulės P \u003d I * U matyti, kad nuolatinės srovės grandinėje galia gali būti
matuojamas netiesioginiu metodu pagal ampermetro ir voltmetro rodmenis. Šiuo atveju galimos dvi įrenginių įjungimo schemos:
Faktinė apkrovos sunaudotos galios vertė yra Pa = Ui*Ii.
Pirmoje grandinėje ampermetras rodo apkrovos srovės vertę, o voltmetras -
įtampų suma krenta per ampermetrą ir per apkrovą. Galia, nustatyta pagal prietaisų rodmenis, yra lygi:
P=(Ui+Ua)*Ii=Ui*Ii+Ua*Ii=P A +P a
Raskite pirmosios schemos metodinės klaidos reikšmę:
Antroje grandinėje voltmetro rodmenys atitinka įtampą esant Un apkrovai, o ampermetras rodo srovių, tekančių per apkrovą ir per voltmetrą, sumą. Išmatuota galios vertė yra:
P=Ui(Ii+IA)=Ui*Ii+Ui*Ia
Raskite antrosios schemos metodinės klaidos reikšmę:
Matavimas nuolatinės srovės maitinimo grandinėse vatmetrais.
Šiuo metu nuolatinės ir kintamosios srovės galiai matuoti
naudoti elektrodinaminius ir ferrodinaminius vatmetrus.
Plačiai naudojamas kintamosios srovės galiai matuoti
ferodinaminiai vatmetrai.
Ferodinaminiai vatmetrai turi visus privalumus ir trūkumus, kurie būdingi ferodinaminiams MI, palyginti su elektrodinaminiais. Jų tikslumas mažesnis lyginant su elektrodinaminiais, tačiau suteikia didesnį jautrumą ir mechaninį stiprumą platus pritaikymas ferodinaminiai vatmetrai.
Paprasčiau tariant, galia nuolatinės srovės grandinėse matuojama naudojant elektrodinaminį vatmetrą (vienas rodyklės mechanizmas turi dvi apvijas). Vatmetro rodmenys ("+" arba "-"), priklausomai nuo srovės krypties apvijoje. Apvijų „pradžia“ žymima * arba + . Gnybtai, pažymėti *, vadinami generatoriaus gnybtais arba generatoriaus gnybtais, nes dažniausiai jie yra įtraukti į laidus, einančius iš srovės šaltinio (į generatorių), o ne į apkrovą.
Vatmetras turi dvi grandines: viena iš jų sujungta nuosekliai, o kita lygiagrečiai su apkrova. Apkrovos srovė teka per pirmąjį, o šaltinio įtampa teka per antrąjį. Pirmoji apvija vadinama serijos grandinė vatmetras, o kitas - lygiagretus. Kartais jie taip pat vadinami „srovės grandine“ ir „įtampos grandine“. Srovės apvijos generatoriaus gnybtas visada yra prijungtas prie maitinimo šaltinio.
Norint sumažinti metodinę klaidą, generatoriaus spaustuką galima prijungti taip.
Kaip ir taikant ampermetro-voltmetro metodą, klaida atsiranda dėl apkrovos manevravimo dėl įtampos apvijos varžos ir įtampos kritimo srovės apvijoje.
Lyginant grandines, nesunku pastebėti, kad patartina naudoti pirmąją grandinę su santykinai didele apkrovos varža, o antrąją su santykinai maža apkrovos varža. Srovės grandinės varžos vertė nurodyta prietaiso ciferblate.
Matavimas kintamosios srovės elektros grandinėse vatmetrais.
Aukščiau pateiktos grandinės gali būti naudojamos kintamosios srovės galiai matuoti. Vatmetro rodmenys nustatomi pagal santykį P=U*I*cosφ.
φ lemia apkrovos pobūdis. Paprastai EM tipo vatmetrai naudojami galiai matuoti kintamosios srovės grandinėse, kurių dažnis yra 50 Hz. Didėjant dažniui, atsiranda indukcinis ritių pobūdis ir mažėja rodmenų tikslumas. Tačiau EMF vatmetro veikimo dažnių diapazonas gali siekti kelis kHz. D568 vatmetras naudojamas dažnių diapazone iki 5 kHz. Ferodinaminiai vatmetrai su magnetinėmis šerdimis turi didesnį jautrumą, tačiau dažninės savybės yra prastesnės dėl šerdies nuostolių.
Galios matavimas. Nuolatinės srovės grandinėje galia gali būti matuojama naudojant ampermetrą ir voltmetrą, nes P =UI. Tačiau jį galima tiksliau išmatuoti tiesiogiai elektrodinamine vatmetras(10.3 pav.). Jį sudaro mažos varžos ritė, sujungta nuosekliai, kaip ampermetras, ir vadinama srovės apvija, ir judanti ritė su dideliu pasipriešinimu, sujungta lygiagrečiai ir vadinama įtampos apvija.
Vatmetro sukimo momentas yra proporcingas ritėse esančių srovių sandaugai:
kur I yra srovė fiksuotoje ritėje, praktiškai lygi apkrovos srovei; 
Aš U
=
U/
r U
- srovė judančioje ritėje, t.y., įtampos apvijoje; r U
-
judančios ritės grandinės varža. Vadinasi,
(10.5)
kur NUO – proporcingumo koeficientas.
Taigi, vatmetro sukimo momentas yra proporcingas galiai, o jo skalė gali būti kalibruojama tiesiogiai vatais arba kilovatais.
Aktyviajai galiai kintamosios srovės grandinėse matuoti naudojami elektrodinaminės sistemos vatmetrai.
Aktyvios galios matavimas vienfazė grandinė . Elektrodinaminis vatmetras aktyviajai galiai matuoti vienfazėje kintamosios srovės grandinėje įjungiamas taip pat, kaip ir matuojant nuolatinės srovės grandinėje, t.y., pagal pav. 10.3. Nuo dabartinės I U in judanti ritė yra proporcinga įtampai U ir praktiškai sutampa su ja fazėje, o srovė I fiksuotoje ritėje (srovės apvijoje) yra lygi apkrovos srovei, tada vatmetro sukimo momentas
kur C yra proporcingumo koeficientas.
Taigi, vatmetro sukimo momentas yra proporcingas išmatuotai aktyviajai galiai R, a reakcijos momentas M ir tt , proporcingas judančios ritės (arba instrumento rodyklės) sukimosi kampui α. Todėl prietaiso rodyklės nuokrypis yra proporcingas išmatuotai galiai R ir todėl vatmetro skalė yra sugraduota vatais arba kilovatais.
Vatmetro srovės apvijos ir įtampos apvijos gnybtai, pažymėti žvaigždutėmis ir vadinami generuoti, turi būti įtrauktas į elektros grandinę iš maitinimo šaltinio pusės.
Aktyvios galios matavimas trifazė grandinė . Priklausomai nuo apkrovos pobūdžio ir trifazės grandinės schemos, naudojami keli galios matavimo metodai.
Esant simetrinei apkrovai, galima išmatuoti aktyviąją galią trifazėje grandinėje matuojant galią vienoje fazėje su naudojant vatmetrą, prijungtą pagal schemą pav. 10.4, a, b. Išmatavus rodmenis
vatmetras P w padauginkite iš 3: *"
(10.7)
Trijų laidų trifazėje grandinėje, tiek su simetrinėmis, tiek su nesubalansuotomis apkrovomis, tiek su bet kokiu vartotojų prijungimo būdu, galima išmatuoti aktyviąją galią su dviem vatmetrais(10.5 pav.). Parodykime, kad algebrinė vatmetrų rodmenų suma šiuo atveju lygi aktyviajai galiai R trijų laidų trifazėje grandinėje.
Momentinė galios vertė, išmatuota pirmuoju vatmetru, p 1 = u AB i A . Momentinė galia, išmatuota antruoju vatmetru, p 2 = u CB i C . Momentinės galios verčių suma, išmatuota dviem vatmetrais, p =p 1 + p 2 = u AB i A + u CB i C . .
Jei linijos įtampos ir AB ir u CB , prie kurių prijungtos vatmetrų įtampos apvijos, išreikštos fazinėmis įtampomis u AB = u A - u B ; u cb = ir Su - ir in ,; tada p = ir BET i A - u B i A + u c i c - u B i c arba p =u A i A + u c i c - ir in (i A + i c). Kadangi trijų laidų trifazėje grandinėje i A + i B + i C = 0, tada aš A + i C = - i B , , o galutinė galios, išmatuotos dviem vatmetrais, išraiška yra
Iš šios išraiškos matyti, kad bendra momentinė galia, išmatuota dviem vatmetrais, yra lygi aktyviajai galiai trifazėje grandinėje, kai vartotojai yra sujungti žvaigždute. Panašūs samprotavimai gali būti kartojami sujungiant vartotojus su trikampiu, o galutinis rezultatas yra toks pat.
Trifazės sistemos aktyvioji galia, išreikšta efektyviomis įtampų ir srovių vertėmis ir išmatuota dviejų vatmetrų metodu, yra lygi
kur R w 1 ir P w 2 – vatmetrų rodmenys.
Matuojant aktyviąją galią dviejų vatmetrų metodu simetriškos apkrovos atveju aš BET = aš AT = aš NUO = aš l ; U AC = U CB = U l .
10.6 pav. yra vektorinė srovių ir įtampų diagrama, paaiškinanti aktyviosios galios matavimus naudojant
du vatmetrai simetriškai žvaigždute sujungtai apkrovai. Kadangi vektorinėje diagramoje kampas α tarp vektorių U AB ir aš BET yra φ + 30°, o kampas β tarp vektorių U CB ir I C yra φ - 30°, tada trifazės sistemos galia su simetriška apkrova
Jei fazės kampas φ< 60°, то, согласно (10.9), мощность, учитываемая ваттметрами, всегда положительна: R w1 = U L I L cos (φ + 30°) ir P w 2 = U L I L cos (φ - 30°). Esant φ = 60°, pirmojo vatmetro rodoma galia yra lygi nuliui: cos(60° + 30°) = 0. Šiuo atveju visa trifazės grandinės galia bus atsižvelgta į antrąjį vatmetrą. Esant φ > 60°, galia, į kurią atsižvelgia pirmasis vatmetras, tampa neigiama, o bendra dviejų vatmetrų galia apskaičiuojama atsižvelgiant į pastarųjų galių ženklą, kaip jų algebrinę sumą.
Praktiškai norint nuskaityti neigiamą galią pagal vatmetro rodmenis, reikia pakeisti srovės kryptį įtampos apvijoje, kuriai ant vatmetro yra įtampos apvijos srovės krypties jungiklis. raidė, turi būti pakeista iš „+“ į „-“.
Galima išmatuoti aktyviąją galią keturių laidų trifazėje grandinėje su nesubalansuota apkrova trimis vatmetrais (10.7 pav.). Kadangi šiuo atveju kiekvienas vatmetras matuoja vienos fazės aktyviąją galią, galia keturių laidų trifazėje grandinėje
kur R BET , R B , P C - fazės aktyviosios galios A, B, C.
Reaktyviosios galios matavimas trifazėje grandinėje. Reaktyviąją galią trifazėje trijų laidų grandinėje su simetriška apkrova galima nustatyti pagal vatmetro rodmenų skirtumą (žr. 10.5 pav.):
kur yra reaktyvioji galia
Reaktyvioji galia trijų laidų trifazėje grandinėje su simetriška apkrova gali būti matuojama vienu vatmetru (10.8 pav. a), be to, vatmetro srovės apvija yra įtraukta į linijinį laidą BET, o įtampos apvija skirta linijos įtampai U pr. Kr (t. y. į „svetimą“ įtampą). Nuo vektorinė diagrama(10.8.6 pav.) matyti, kad fazinis poslinkis tarp srovės I A ir įtampa U pr. Kr yra α = 90° - φ. Tada vatmetro rodmenys 4
Norint apskaičiuoti trifazės trijų laidų grandinės reaktyviąją galią su simetriška apkrova, vatmetro rodmenis reikia padauginti iš 
:
Energijos matavimas kintamosios srovės grandinėse. Kintamosios srovės grandinėse, vienfazėse ir trifazėse skaitikliai indukcijos sistema. Aktyviajai energijai matuoti vienfazėse ir trifazėse grandinėse vienfaziai skaitikliai įjungiami pagal schemas, panašias į vatmetrų (žr. 10.3 ir 10.5 pav.). Trijų laidų trifazėse grandinėse, dviejų elementų, sujungiančių dviejų matavimo sistemas vienfaziai skaitikliai(10.9 pav.).
Aktyviajai energijai matuoti trifazės srovės keturių laidų grandinėse naudojami trijų elementų skaitikliai.
Reaktyvioji energija W P
tiek su simetriška, tiek nesubalansuota apkrova trifazėje grandinėje matuojama trifaziais indukciniais skaitikliais reaktyvioji energija. Esant simetriškai apkrovai trijų laidų trifazėje grandinėje, reaktyviąją galią galima išmatuoti naudojant du vienfazius skaitiklius. Norėdami tai padaryti, jie yra įtraukti į grandinę, kaip ir vatmetrai, pagal 1 pav. 10.5. Reaktyvioji energija lygi skaitiklio rodmenų skirtumui, padaugintam iš .
