Дан ваттметр на номинальный ток 5 А и номинальное напряжение 300 В. Как его включить в сеть?
Если ток нагрузки Iх меньше допустимого тока, то есть в данном случае меньше 5 А, и если напряжение в измерительной цепи меньше допустимого напряжения катушки, то есть меньше 300 В, то схема включения имеет следующий вид (рис. 1, а): сначала включают последовательную катушку ваттметра — собирают токовую цепь (на рисунке показана жирной линией), затем собирают цепь напряжения, для этого начало катушки напряжения ваттметра при помощи перемычки К подключают к началу токовой катушки, соединенной с одним из зажимов сети, а конец катушки напряжения присоединяют к другому зажиму сети.
Рисунок 1. Схемы включения ваттметра: а — непосредственно в сеть правильно, б — неправильно, в — в сеть с большим напряжением и большим током.
Иногда при выполнении токовой цепи в нее включают сопротивление перемычки (рис. 1, б). Этого делать нельзя, так как в этом случае через перемычку проходит рабочий ток, а не малый ток цепи напряжения, как в рассмотренной ранее схеме. Кроме того, в цепи токовой катушки ваттметра, имеющей малое сопротивление, добавляется сопротивление самой перемычки и два контактных переходных сопротивления. Все это приводит к появлению дополнительной погрешности при измерении мощности.
Если шкала прибора не отградуирована в единицах мощности (например, в многопредельном электродинамическом ваттметре), но имеет определенное число делений N, то для измерения мощности на данном пределе измерений следует определить цену деления ваттметра по формуле:
Сн = IнUн/N,
где Uн — номинальное напряжение ваттметра или предел измерений по напряжениею, Iн - ток ваттметра, или предел измерений по току, А, N — число делений шкалы ваттметра (обычно 100 или 150).
Пусть дан ваттметр с Uн=150 В, Iн=5 А и N=150. Тогда цена деления прибора Сн = 150 х 5/150 = 5 Вт/дел,
Для того чтобы определить мощность по показаниям прибора, нужно показание прибора в делениях шкалы n умножить на цену деления Сн:
Р = nСн.
Если напряжение в сети больше допустимого напряжения катушки напряжения, а ток больше допустимого тока токовой катушки, то необходимо в цепи постоянного тока для подключения прибора воспользоваться добавочным резистором и измерительным шунтом (рис. 1, в).
Как рассчитать сопротивления добавочного резистора и шунта для подключения ваттметра в цепь постоянного тока
Значение сопротивления шунта для подключения ваттметра для схемы, приведенной на рисунке 1, в, можно определить по формуле:
rш = ra (p - 1) = ra (Ia/Iн - 1),
где ra — сопротивление токовой катушки ваттметра, Ом, p — коэффициент шунтирования, а значение сопротивления добавочного резистора — из выражения rд = rv (q - 1) = rv (U / Uн - 1),
где rv — сопротивление катушки напряжения ваттметра, Ом.
Например, для ваттметра с номинальным напряжением катушки напряжения Uн=150 В и номинальным током токовой катушки Iн=5 А, включенного в измерительную цепь напряжением 220 В (рис. 1, в) с током около 20 А, необходимо рассчитать сопротивления добавочного резистора и шунта.
Значение сопротивления шунта rш = ra /(20/5-1) = ra /3,
то есть для подключения ваттметра необходим шунт, сопротивление которого меньше сопротивления токовой цепи ваттметра в три раза. Сопротивление добавочного резистора ra = rv (220/150—1) =0,46rv,
Действительное значение мощности P = Pwpq, где Pw — показание ваттметра, если его шкала отградуирована в единицах мощности.
Если ваттметр подключен через шунт, то цену деления можно определить так:
С'н = (UнIн / pq) = Сн х p х q
В приведенном примере р=4, а q=1,46, следовательно, показание ваттметра следует умножать на 5,86, чтобы определить действительное значение мощности, что неудобно. Поэтому при подборе шунта и добавочного резистора стремятся принимать коэффициенты q и р равными целым числам.
В данном примере удобно принять р=5, a q=2, то есть rш = ra / 4 и Rд=rv, тогда измеренное значение мощности можно определять, умножая показания прибора на 10. Новая цена деления ваттметра будет равна С'н= 150х 2 х 5 х 5 / 150 = 50 Вт/дел.,
где 150 х 2 = 300 В — новый предел измерений ваттметра по напряжению, 5 х 5 = 25 А — новый предел измерений ваттметра по току.
Наружный добавочный резистор следует включать только после обмотки напряжения ваттметра, а не перед ней, иначе потенциал подвижной катушки относительно неподвижной может достигнуть опасных для изоляции значений.
