В зависимости от диапазона частот, в котором работают устройства, их можно условно классифицировать на две основные группы: устройства низкочастотного и высокочастотного диапазонов. Низкочастотные ваттметры, как правило, находят свое применение в промышленных сетях, использующих переменный ток, тогда как высокочастотные модели предпочтительнее для проведения высокоточных измерений в специализированных технических приложениях. Все эти устройства, в свою очередь, подразделяются на два класса мощности.
Ваттметр
Наверняка, большинство из вас осведомлено о том, что электрическая энергия может выполнять различные виды работ. Примеры этому — кипячение воды в электрочае, помол кофе в кофеварке или разогрев пищи в микроволновой печи. В то же время, вы могли замечать, что одни приборы значительно быстрее «накручивают» показания счетчика электроэнергии, в то время как другие используют электричество в минимальных объемах.
Когда вы одновременно включаете чайник и лампочку, оставляя их работать в течение часа, то можете заметить, что чайник использует существенно больше энергии, чем лампочка. Это происходит потому, что производительность чайника значительно больше. Таким образом, мощность чайника, измеряемая в единицу времени, например, за одну секунду, несоизмеримо выше, чем у лампочки. Чтобы точно установить, насколько больше электроэнергии в действительности потребляет чайник по сравнению с лампочкой, необходимо провести измерение их мощности.
Ваттметр представляет собой прибор, который предназначен для измерения потребляемой нагрузкой мощности. Существует три категории ваттметров:
- ваттметры низкой частоты и постоянного тока, подходящие для большинства бытовых приборов;
- радиочастотные ваттметры, предназначенные для специфических задач;
- оптические ваттметры, используемые в оптических приложениях.
Так как наш сайт сосредоточен на теме электроники и электротехники, в данной статье мы подробнее рассмотрим только ваттметры, работающие на постоянном токе и устройства для низкочастотного измерения. Важно отметить, что низкой частотой принято считать диапазон колебаний, равный 50-60 Гц.
Мощность постоянного тока
Вы уже знакомы с тем, что любое энергопотребление подразумевает использование определенного типа энергии. Для выражения мощности постоянного тока применяется следующая формула:
P — мощность, измеряемая в ваттах (Вт, или W);
I — ток, проходящий через нагрузку, измеряемый в амперах;
U — напряжение, которое подается на нагрузку, измеряемое в вольтах.
Таким образом, для расчета мощности нагрузки, которая подключена к источнику постоянного тока, достаточно просто перемножить значения тока и напряжения. Например, на представленной иллюстрации изображен компьютерный вентилятор, соединенный с лабораторным блоком питания. Его мощность определяется по формуле P=IU, что в данном случае составляет 0,18 ампер х 12 вольт, что равняется 2,16 ватта.
Ваттметры для постоянного тока
Естественно, вы не будете носить с собой большой блок питания или использовать два отдельных мультиметра для параллельного измерения тока и напряжения. На сегодняшний день ваттметры представлены как интегрированные устройства, к которым подключение к нагрузке не составляет труда. Например, на Aliexpress можно встретить ваттметры постоянного тока, которые показывают не только ток, но и напряжение, а также мощность, потребляемую подключенной нагрузкой. Вы просто подключаете источник постоянного тока к проводам, отмеченным как SOURCE, а нагрузку — к проводам LOAD. Устройство очень простое и интуитивно понятное!
Некоторые из моделей свидетельствуют о наличии байпаса, что может также быть полезной функцией.
Схема подключения постоянного тока и нагрузки к ваттметру представлена на следующем рисунке.
Самым доступным вариантом остается использование амперметра для измерения тока и вольтметра для измерения напряжения, а затем просто перемножить полученные значения.
Такой вольтметр, как правило, ориентирован на максимальные показатели в 100 вольт и 50 ампер, что в свою очередь позволяет ему измерять мощность до 5 кВт.
8 лучших ваттметров
Ваттметр является счетчиком электрической энергии, который позволяет определить количество потребленной электроэнергии (в киловатт-часах) с помощью различных приборов, будь то бытовые устройства или специализированное оборудование. Его стационарный аналог — это счетчик, установленный на входе в жилое или коммерческое здание, который учитывает общую мощность всех подключенных к нему энергоемких устройств. В повседневной практике используются также более простые счетчики, предназначенные для индивидуального пользования, в мастерских по ремонту бытовой техники и электротехнических систем. Кроме того, современные ваттметры доступны в виде «умных» розеток, которые могут управляться удаленно через интернет с помощью мобильных приложений.
Не упустите возможность подписаться на наш Telegram-канал, чтобы всегда быть в курсе новостей.
Лучшие бытовые ваттметры
Эти компактные электроприборы подключаются к электросети параллельно. В большинстве случаев они объединяют в одном корпусе и дозатор, и выходное отверстие. Кроме того, данный тип устройства может выполнять функцию отслеживания как минимального, так и максимального потребления энергии за заданный временной промежуток.
На дисплее отображается это значение напряжения в сети, время работы потребителя электроэнергии, а также проводится расчет стоимости затраченной электроэнергии за рабочий период.
ROBITON PM-1 – недорогой
Данное устройство служит для мониторинга потребления электроэнергии от сети для подключенного устройства. В его состав входят вилка, розетка, электронный блок, а также дисплей, предназначенный для отображения результатов измерений.
Оно рассчитывает мощность нагрузки, подключенной через устройство. Прибор также определяет общее количество электроэнергии, потребленной за определенный промежуток времени, и вычисляет стоимость потребленного ресурса.
Преимущества:
- Компактные размеры, доступная цена и простота в использовании.
- Подходит для работы с различной бытовой техникой.
- Индикатор количества электроэнергии, потребляемой нагревателями.
Недостатки:
- Механизм обнуления не продуман.
- Работает только в пределах теплого климатического диапазона.
HiDANCE 3680W AC Power Meter – цифровой прибор
Это компактное электронное устройство для домашнего применения с расширенными функциональными возможностями. Прибор позволяет определять уровень напряжения переменного тока и силу тока, а также производит расчет потребляемой мощности и коэффициента мощности.
Устройство также позволяет рассчитывать стоимость затраченной электроэнергии. Оно используется для тестирования различных бытовых приборов, электронных устройств и электрических нагревателей, что вместе способствует более точному расчету экономической эффективности их потребления.
Преимущества:
- Компактные размеры, аккуратная сборка и привлекательный дизайн.
- Высокая точность измерений с наглядным отображением результатов.
- Несколько доступных режимов работы для различного применения.
Недостатки:
- Часто необходимо повторно вводить цену после обнуления полученных результатов.
- Штырьки в вилке закреплены не припайкой, а сваркой, что может вызывать неудобства при использовании.
Espada TSL 1500WB – оптимален для дома
Этот ваттметр прост в освоении и использовании идеально подходит для проверки энергопотребления различных бытовых приборов. Он крайне полезен при выборе отопительных устройств, так как показывает текущий уровень потребляемой мощности, стоимость и затраты на электроэнергию за короткий промежуток времени.
Устройство также помогает рассчитать тепловую эффективность и затраты в ходе отопительного сезона, предоставляет возможность ввода данных для тарифов второго уровня и выдает предупреждения о ненормальной работе или перегреве.
Преимущества:
- Высокая точность измерений и скорость получения данных.
- Наличие подсветки дисплея и крупные читаемые цифры.
- Функция расчета стоимости затраченной электроэнергии.
Недостатки:
- Подсветка не активна постоянно, что может доставить неудобства в темное время суток.
- Проблема со сменой источника питания, что усложняет эксплуатацию.
Лучшие интеллектуальные ваттметры
Современные разработки в области бытовых ваттметров предлагают наличие встроенного электронного модуля, который может устанавливать связь с владельцем через интернет. Управление данными ваттметрами осуществляется удаленно, посредством смартфона или других электронных устройств.
Функциональные возможности этих устройств были расширены благодаря улучшенному программированию, которое позволяет отключать устройство в условиях аномальных ситуаций или аварий, а также передавать сигналы на ваш телефон или электронную почту. Эти цифровые ваттметры могут быть особенно полезны для лабораторий, занимающихся разработкой бытовых приборов, так как предоставляют возможность строить графики и диаграммы в реальном времени.
TP-Link HS110 – замеры на расстоянии
Управление и измерения с использованием этого устройства могут быть осуществлены удаленно через интернет с помощью смартфона или другого электронного устройства. Система имеет функцию автоматического включения и отключения подключенных к ней устройств.
Удаленный мониторинг потребления электроэнергии позволяет правильно выбрать оптимальные режимы работы бытовых приборов или систем отопления и эффективно установить необходимую мощность.
Преимущества:
- Возможность дистанционного управления и контроля за потреблением электроэнергии.
- Компактные размеры и совместимость со всеми типами бытовых приборов.
- Адекватная цена для данного уровня функциональности.
Недостатки:
- Чувствительность к качеству интернет-соединения и наличию доступа к нему.
Edimax SP 2101W – интеллектуальный прибор
Это интеллектуальный ваттметр-переключатель, который способен измерять мощность подключения. С его помощью можно подключить любые стандартные розетки.
Он обеспечивает связь между электронными устройствами и пользователями, контролирует энергорасход, позволяет вручную включать или выключать бытовые приборы, а также срабатывать автоматически по заданному расписанию.
Помимо этого, он обеспечивает автоматическое отключение питания в случае возникновения аномалий, и при этом отправляется сигнал тревоги в автоматическом режиме.
Преимущества:
- Наиболее прогрессивная «умная» розетка с контролем мощности и энергоэффективности.
- Обеспечивает помощь в выработке экономного режима работы различных устройств.
- Хранит результаты расчетов на протяжении года.
Недостатки:
- Достаточно высокая цена для обычного потребителя, что может не оправдать сэкономленную электроэнергию.
Energenie EGM-PWM – зелёная энергетика
Этот вольтметр относится к «зеленой» серии eco-energy. Он способен считывать параметры электрической сети, вычисляет уровень мощности и создает диаграммы и таблицы для визуализации анализа.
Программное приложение рассчитывает потребление энергии за заданный период времени. Устройство не требует постоянного подключения к персональному компьютеру, а связь может осуществляться по внешней команде или в рамках заранее выставленной программы.
Преимущества:
- Точность и возможность получения информации в любое время.
- Программируемые настройки на заданное время.
- Применение в коттеджах или загородных домах для контроля электричества во время отопительного сезона.
Недостатки:
- Купив один экземпляр, многие пользователи под воздействием удобства начинают желать приобрести еще, но вопрос об оправданности расходов остаётся открытым.
Устройство и принцип работы
Ваттметры могут быть условно تقسیمены на два основных типа в зависимости от структуры их измерительных цепей.
Аналоговый
Аналоговые сигналы характеризуются непрерывностью. Для измерения силы электрического тока, протекающего через электрическую цепь, активно используются электродинамические приборы. В качестве примера работы аналогового гальванометра можно рассмотреть его действие на основе электромагнитного взаимодействия между двумя катушками. Одна из катушек, известная как электродинамический статор, постоянно соединена с прибором и прикреплена к его раме (нижней части корпуса). Эта катушка статора намотана толстыми, покрытыми эмалью проводами (обычно с диаметром до 1 мм и более). Данная катушка имеет небольшой диаметр и подключается последовательно с нагрузкой без применения дополнительных резисторов.
Ротор, или звуковая катушка, вращается в магнитном поле катушки статора. Он установлен на валу таким образом, чтобы отклонение в любую сторону не приводило к смещению зазора статора. Она намотана тонкой эмалированной проволокой и обладает значительно большим сопротивлением (и большим количеством витков). В случае, если бы они были намотаны одинаковой толстой проволокой, результат работы гальванометра было бы визуально неразличимо. Подключение осуществляется параллельно нагрузке через высокоомный резистор, что предотвращает короткое замыкание в цепи и защищает катушки от выхода из строя.
Когда ваттметр подключается к электросети, создаваемое от него электрическое напряжение запускает взаимодействие между подвижной и неподвижной катушками, в результате чего генерируются магнитные поля. Взаимодействие этих магнитных полей приводит к вращению ротора на определенный угол, который заранее рассчитывается. Указатель, имеющий фиксированную пружину, подвешен к оси роторной катушки, и она возвращает стрелку в нулевую позицию сразу после отключения ваттметра от электросети. Положение стрелки совпадает по направлению с плоскостью звуковой катушки — они взаимосвязаны.
Конец неуравновешенного указателя может сталкиваться с весами, которые имеют градуированные отметки, что может вызывать застревание при движении. Чтобы избежать этого, производители балансируют указатель с помощью металлической пружины, которая устанавливается на оси, вокруг которой вращается роторная катушка.
При возникновении необходимости, рычаг можно заменить противовесом, расположенным в соосном положении с нижним рычагом для достижения баланса.
Эта конструкция напоминет крошечную штангу или уровень жидкости на индикаторе, который идеально уравновешен по центру. Противовес сваривается из метала или сплава, способного гореть. Уравновешивание осуществляется спиртовым уровнем — как в лежачем, так и в вертикальном положении гальванометра. Если прибор повредится и противовес сломается, то изделие утратит свою функциональность и подлежит утилизации.
Важно отметить, что угол, на который поворачивается катушка, соответствует величине вольт-ампер, проходящих через измерительную цепь. В некоторых моделях оборудования, например, электрокардиометрах, вместо гальванометров используются регистраторы, которые выдают таблицы значений тока, напряжения и мощности или отображают график мощности на бумажном носителе.
Сфера применения
Измерение мощности, которую потребляет оборудование, является основной функцией ваттметров. Они находят широкое применение в различных отраслях промышленности, включая производство электроэнергии, разработку машин и различных приборов, техническое обслуживание и ремонт как бытовых, так и промышленных устройств и электрического оборудования. Ваттметры могут выступать в качестве электромеханических счетчиков, или же быть полностью электронными. Они, как правило, устанавливаются на входе в дома, квартиры, офисы, аптеки или заводы.
Следует отметить, что ваттметры представляют собой более усовершенствованную версию стандартных счетчиков электроэнергии. Они также являются одним из самых эффективных инструментов на рынке для диагностики и ремонта бытовой электроники, включая компьютеры, а также являются полезными для радиолюбителей.
Задача ваттметра заключается в расчете, сколько электроэнергии может сэкономить конкретное устройство, не теряя при этом функциональности и производительности.
Основные направления выполнения функций ваттметра следующие:
- Определение мощности подключенных устройств;
- Тестирование электрических цепей и схем — частично или полностью;
- Испытания электроустановок;
- Тестирование оборудования и устройств на наличие неисправностей;
- Расчет затрат и учет потребляемой электроэнергии.
В последнем случае ваттметр может быть выполнен в виде удлинителя с различными розетками, которые подключены к нему, обладая при этом специальными кнопками управления и цифровыми индикаторами или полными ЖК-дисплеями, что обеспечит хорошую функциональность. Подобное решение просто включается в стандартную розетку и готово к работе.
Разновидности и обозначения
В зависимости от частоты тока, мощности которого измеряются ваттметры, классифицируются на следующие группы:
- Низкочастотные и постоянного тока;
- Радиочастотные ваттметры (для измерения потребляемой и поглощаемой мощности);
- Оптические ваттметры.
Низкочастотные
Низкочастотные ваттметры предназначены для применения в различных системах как переменного, так и постоянного тока. Например, ваттметры переменного тока могут быть разделены на однофазные и трехфазные. Для определения реактивной мощности в сети применяются специальные приборы, известные как варметры. При помощи цифровых вольтметров также возможно измерение активной и реактивной мощностей. Ваттметры маркируются буквой «С», а цифра, следующая за ней, указывает на класс точности, пределы измерения мощности и модель, например, C301, D8002 или D5071.
Радиочастотные по поглощению
В рамках этого значительного подмножества ваттметров, предназначенных для измерения потребляемой мощности на радиочастотах, они могут различаться по типам в зависимости от используемых датчиков. Для радиочастотных измерений подходят термопары, термисторы, пиковые детекторы, гальваномагнитные элементы и разнонаправленные силовые элементы. Однако радиочастотное излучение часто подвергается отражению, что приводит к тому, что ваттметр измеряет не абсолютную мощность, а поглощенную энергию.
Термостатные ваттметры работают с приемным преобразователем на основе термистора или вольтметра, к которому подключается измерительный мост. Для нагревания термистора используется источник переменного тока, что в свою очередь меняет его сопротивление при изменении температуры. Верхний предел температуры термистора определяется уровнем мощности сигнала, который воздействует на термистор.
Разница между мощностью переменного тока, которая нагревает термистор, и падающей радиочастотной мощностью используется для расчета фактической измеряемой мощности.
Во время процесса измерения мощность, излучаемая термистором вместе с мощностью переменного тока, не вызывает значительных изменений в сопротивлении термистора. Работает и измерительный мост, который реагирует на изменение тока нагрева термистора. Ранее вся схема регулировалась вручную, однако сейчас продуктивность этих ваттметров улучшилась за счет цифровых технологий, которые автоматически контролируют упомянутые параметры. Термисторы ваттметров способны работать с потребляемой мощностью до нескольких милливатт. Если предел превышен, работа устройства снижается, поэтому используется входные делители мощности, такие как M3-22A, M3-28, что приводит к менее надежным измерениям.
Разновидности
Ключевым критерием, по которому ваттметры классифицируются, является тип тока — переменный или постоянный. Эти устройства общего назначения могут функционировать с любой нагрузкой.
Подключив ваттметр к электрической розетке, вы можете подключить к нему любой прибор, чьи параметры хотите измерить. Эти устройства часто используются для тестирования и ремонта электрических сетей, а также для вычисления того, какой прибор потребляет электричества больше, чем необходимо.
В этой связи важно отметить, что ваттметры могут сильно различаться по различным характеристикам:
- Точность — большинство устройств весьма точны, однако их класс (или процент погрешности) можно выяснить по технической документации;
- Общие диапазоны измерений — насколько высокие или низкие нагрузки сможет измерить конкретный прибор. Простые ваттметры могут быть не способны обработать такие потребители, как стиральные машины или крупные станки;
- Дополнительные функции — это может быть и подсветка дисплея, дистанционное управление и программирование, а также наличие встроенной памяти для хранения данных.
Если планируется проведение измерений на открытом воздухе, важно уточнить, в каком диапазоне температур можно безопасно использовать ваттметр.
Для чего необходим в бытовых условиях
Если вы хотите использовать ваттметр в домашних условиях, вам нужно знать, при какой температуре рекомендует использовать измеритель мощности. Это требование более актуально для больших квартир и уединенных домов, где значительное количество потребителей затрудняет определение устройства с чрезмерно высоким расходом электроэнергии, которое может нуждаться в замене.
Интеллектуальные ваттметры с дополнительными функциями имеют возможность не только анализа, но и управления отдельными приборами. Например, электрическим бойлером. Это можно осуществить как дистанционно, так и задав программу работы счетчика.
Для более полноценной диагностики потребление должно фиксироваться на протяжении более длительного периода — минимум нескольких часов. Время работы пользователей энергетики, как правило, различается, таким образом, приборы «потребляют» разные объемы энергии при различных условиях.
Модели, часто используемые в быту
Измерительные устройства обычно делятся на две категории: бытовые приборы и «умные» устройства. Первая группа включает в себя относительно простые устройства с минимальным набором функционала. Вторая категория «умных» ваттметров не только позволяет измерять параметры потребления энергии, но и передавать данные на мобильные телефоны, выключать и включать устройства и даже измерять концентрацию углекислого газа в помещениях.
ROBITON PM-1
Это типичное устройство, которое сочетает в одном корпусе розетку для потребителя, сетевую вилку, дисплей и три кнопки управления.
Данное устройство распознает:
- мощность подключенного нагрузочного устройства;
- количество электроэнергии, потребляемой прибором;
- большую общую стоимость киловатт-часов за определенный расчетный период.
Его преимущества заключаются в том, что оно стоит недорого и достаточно точно работает в домашних условиях.
Однако, основным недостатком остается достаточно сложный механизм сброса стоимости до нуля.
HiDANCE 3680W AC Power Meter
Это более продвинутый ваттметр, который открывает доступ к дополнительным полезным функциям: измерение коэффициента мощности подключаемого устройства — коэффициент мощности (или cos φ). Ваттметр также отображает всю остальную информацию — ток и мощность.
Преимущества: аккуратная конструкция, достаточная практичность и большой дисплей.
Недостаток состоит в том, что после сброса показаний нужно повторно вводить стоимость за кВт/ч.
Espada TSL 1500WB
Это электронный ваттметр, идеально подходящий как для частного, так и для коммерческого использования. Главной особенностью данной модели является учет дневных и ночных тарифов. Дисплей устройства имеет подсветку, а также присутствует функция сигнализации о превышении допустимой мощности или интенсивности.
Преимущества: простой и интуитивный интерфейс, долговечность, большой дисплей, минимальная погрешность измерений.
Недостатками являются сложности с заменой источника питания.
TP-Link HS110
Этот «умный» ваттметр, выпущенный известной компанией, занимающейся производством электроники и сетевых устройств, обладает функцией дистанционного управления и мониторинга. Для подключения используются компьютер, смартфон или другие электронные устройства. Пользователь может не только измерять мощность, ток и напряжение, но и отключать и включать потребители электроэнергии по мере необходимости.
Преимущества: простота в использовании и вполне доступная цена.
Недостатком является необходимость в стабильном интернете в доме.
Edimax SP 2101W
Этот ваттметр спроектирован для непрерывной работы с одним потребителем. Это «умная» розетка, управляемая по определенному расписанию или вручную хозяином. В случае возникновения чрезвычайной ситуации пользователю автоматически отправляется уведомление.
Преимущества: отлично подходит для систем «умного» дома и обладает достаточной памятью для хранения результатов вплоть до 12 месяцев.
Итоги
Для домашнего использования можно выбрать любой функциональный ваттметр в зависимости от своих финансовых возможностей и потребностей. Приобретение «умных» счетчиков, как правило, оправдано, если в домохозяйстве существует большое число потребителей, нуждающихся в дистанционном контроле. Также на использование таких приборов могут решиться коммерческие организации, стремящиеся оптимизировать свои расходы на электроэнергию.
Предлагаем вам ознакомиться с другими полезными статьями:
Методы измерения мощности в электрических цепях
В процессе проектирования электрических схем радиолюбители часто могут столкнуться с необходимостью измерения мощности, потребляемой различными радиокомпонентами. Специалисты в области метрологии рекомендуют два метода для расчета и правильно определения этой величины. Важно детально разобрать физический смысл величины и элементы, от которых она зависит.
Общие сведения
При проектировании оборудования очень важно уметь правильно рассчитывать выходную мощность оборудования. Этот аспект особенно имеет значение для долговечности устройства. В случае работы с износом, оно может выйти из строя как сразу, так и в процессе длительной эксплуатации.
Это считается недопустимым, особенно поскольку существуют устройства, которые должны работать стабильно (например, респираторы или контрольные системы уровня метана в шахтах), так как от них зависит жизнь человека. К величайшим характеристикам электричества относятся: мощность, ток, напряжение (разность потенциалов) и электропроводность (сопротивление) материалов.
Мощность потребителя
Важно не путать мощность с электричеством. Единицей измерения первой является ватт (Вт), именованный в честь знаменитого физика Джеймса Ватта. Физический смысл одного ватта — это потребление электроэнергии за единицу времени, равное одной секунде (1 ватт = потребление 1 джоуля за 1 секунду). Существуют и производные единицы измерения: милливатт (1 мВт = 0,001 Вт), киловатт (1 кВт = 1000 Вт), мегаватт (1 МВт = 1000 кВт = 1000000 Вт), гигаватт (1 ГВт = 1000 МВт = 1000000 кВт = 1000000 Вт) и т.д. Измерение электроэнергии осуществляется с помощью специальных приборов, единицей измерения которых является Ватт*ч.
Ватт может быть связан с определенными физическими величинами. Одной из числовых величин является электрическая мощность. Однако стоимость ваттметра можно также определить и другими способами, для этого требуется проанализировать физические величины, от которых она зависит.
Сила тока
Количество электрического заряда, проходящего в единицу времени через проводящий материал, называется электрическим током. Его обычно сокращают до «ток» или «ампераж». Обозначается символом «I» или «i» и имеет направление, т.е. является векторной величиной. Ток измеряется в амперах (А). Существуют также производные единицы, образованные с помощью префиксов: 1 мА = 0,001 А, 1 кА = 1000 А и т.д. Для этого ток нужно подключить последовательно в цепь.
В научной практике ток делится на постоянный и переменный. Постоянный ток не меняет направление в течение времени, однако его амплитудные значения могут колебаться. Напротив, направления и амплитуды переменного тока изменяются по установленному закону (в большинстве случаев синусоидальному). Частота для переменного тока является ключевым параметром, а его вид можно определить с помощью осциллографа.
Электрическое напряжение
Из уроков физики известно, что все вещества состоят из атомов, которые имеют нейтральный заряд, каждый из которых состоит из субатомных частиц — протонов, электронов и нейтронов. Первые имеют положительный заряд, вторые — отрицательный, тогда как третьи не имеют заряда.
Методы измерения
Важно отметить, что мощность можно определить двумя способами: косвенно и прямо. При косвенном методе измерение выполняется с помощью приборов для измерения тока и напряжения и осциллографа. Измеряются значения напряжения и тока, а затем по известным формулам можно рассчитывать мощность. Этот метод имеет недостаток — расчеты мощности ведутся с некоторой погрешностью.
При прямом методе используется специальный измерительный прибор, который называется ваттметром. Этот прибор показывает мгновенные величины мощности. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки. Радиолюбители решают, какой из методов будет более оптимальным для их задач. Если проектируется надежное изделие, рекомендуется использовать прямой метод, тогда как в других случаях больше подойдет косвенный метод.
Косвенный способ
Показатели мощности в цепях постоянного и переменного тока рассчитываются по-разному. Для каждого типа существуют свои законы и формулы. Тем не менее, мощность нельзя определить непосредственно, так как она указана на самом электроприборе. Точные расчеты касаются только конструкции данного оборудования.
Для цепей постоянного тока применяется формула P = U * I, что можно вывести из закона Ома для участка или полной цепи. В случае рассмотрения полной цепи, формула принимает другой вид, включая ЭМС (e): P = e * I. Основные расчетные уравнения следующие:
- Для участка электрической цепи: P = I * I * R = U * U / R.
- Для полной цепи, где подключен электрический двигатель или происходит зарядка аккумулятора (потребление): P = I * e = I * e — sqr (I) * Rвн = I * (e — (I * Rвн)).
- Если в цепи функционирует генератор или гальванический элемент (отдача): P = I * (e + (I * Rвн)).
Эти соотношения нельзя использовать в цепях переменного тока, так как они подчиняются другим физическим законам. При оценке мощности в цепях переменного тока обязательно нужно учитывать ее составные части (активную, реактивную и полную мощности). Если в цепи работает только резистор, то мощность считается активной. Если в цепи присутствует емкость или индуктивность, она считается реактивной. Полное значение мощности — это сумма активной и реактивной составляющих.
Формула для расчета первой величины использует среднеквадратичные значения тока и напряжения, а cos(a) — косинус угла между ними. Для вычисления реактивной мощности применяется следующая формула: Qp = I * U * sin(a). В случае индуктивной нагрузки значение оказывается больше 0, а если она емкостная, то — меньше 0. Полная мощность P определяется зависимостью: P = Pa + Qp.
Прямое определение величины
Для определения мощности в цепях как переменного, так и постоянного тока используются ваттметры. В них могут быть применены либо электродинамические, либо ферродинамические механизмы. Электродинамические устройства могут быть портативными и имеют высокую точность измерений. Ваттметры такого типа рекомендуется использовать для достоверных расчетов мощности в цепях с частотой до 5 кГц.
Ферродинамические ваттметры производятся в виде электронных элементов для установки в измерительные блоки или панели. Их основное предназначение — контроль приблизительного значения потребляемого тока оборудованием. Они имеют низкий класс точности и применяются для измерения мощности переменного тока. Погрешность значительно увеличивается в случае постоянного тока, поскольку это связано с искажением петли гистерезиса ферромагнитных сердечников.
