Назначение и устройство ваттметра
Ваттметр — это специализированный электроизмерительный прибор, предназначенный для определения мощности электрического тока. Большинство современных ваттметров построено на основе электродинамических измерительных механизмов. Эти приборы являются неотъемлемой частью оборудования на электростанциях, где они монтируются в силовых щитах, а также используются в составе самопишущих регистрирующих устройств для непрерывного контроля энергопотребления.
История создания и развития
Первые ваттметры появились в середине 1890-х годов благодаря разработкам инженеров в Англии и Германии. В Российской империи их начали устанавливать на электростанциях уже в конце того же десятилетия, причем это было преимущественно оборудование германского производства. Активное развитие энергетики и тяжелой промышленности в первой половине XX века стимулировало рост производства и совершенствование ваттметров в ведущих странах мира.
В СССР собственное производство ваттметров для оснащения электростанций и крупных промышленных объектов было налажено в середине 1930-х годов, часто при техническом содействии немецких и американских компаний. В последующие десятилетия, вплоть до 1990-х годов, советская промышленность выпускала несколько успешных модификаций этих приборов.
Основные типы и методы измерений
1. Измерение реактивной мощности одним ваттметром
Данный метод применяется в симметричных трехфазных сетях для определения реактивной мощности. Его суть заключается в особом подключении прибора: токовая цепь ваттметра включается в одну фазу, а цепь напряжения — к двум другим. Такая схема создает необходимый фазовый сдвиг в 90° между током и напряжением, характерный для трехфазных систем.
Поскольку при симметричной нагрузке реактивная мощность одинакова во всех фазах, общее её значение для всей системы получают, умножая показания одного ваттметра на √3. Принцип действия основан на взаимодействии магнитных полей от двух катушек: неподвижной (токовой) и подвижной (подключенной к цепи напряжения). Возникающий вращающий момент пропорционален активной мощности (P = U*I*cos φ). Электродинамические механизмы также могут быть адаптированы для измерения полной мощности, хотя это применяется реже.
2. Многоэлементный ваттметр
Этот прибор состоит из двух или трех механически объединенных измерительных механизмов. Их вращающие моменты, создаваемые измеряемыми величинами, воздействуют на общую ось. Суммарный момент соответствует общей мощности в цепи, значение которой и отображается на шкале. Такие ваттметры не являются универсальными и разрабатываются для работы в строго определенных типах электрических цепей.
3. Ваттметр с самокорректировкой
Особенность этой конструкции — наличие дополнительной корректирующей обмотки. Она предназначена для устранения методической погрешности, возникающей из-за того, что сам прибор потребляет некоторую мощность из измеряемой цепи. Вторая неподвижная катушка, через которую протекает ток цепи напряжения, компенсирует соответствующую составляющую магнитного поля. Интересно, что при отключении функции самокоррекции эту катушку иногда используют для расширения измерительного диапазона прибора.
Современное состояние и применение
В Советском Союзе выпуск ваттметров стабильно рос в 1960–1980-е годы, однако с переходом к рыночной экономике в 1990-х их производство резко сократилось. Несмотря на это, на многих российских предприятиях энергетики и промышленности до сих пор успешно эксплуатируются ваттметры, выпущенные в конце 1980-х и отмеченные Знаком качества СССР. Эти приборы проходят регулярные поверки в метрологических лабораториях, что подтверждает их надежность. В России сегодня ваттметры производятся по заказу, например, популярны модели В-10/150 и В-20/300.