Jak správně zapojit wattmetr do obvodu?
I lidé daleko od techniky slyšeli o přístrojích pro měření proudu a napětí v elektrických obvodech – voltmetru a ampérmetru. Zařízení pro měření elektrického výkonu – wattmetr – je méně obvyklé, ale v některých případech je velmi důležité.
Proč potřebujete wattmetr?
Spotřebitel platí organizaci dodávající energii za množství spotřebované elektřiny měřené v kilowatthodinách. Z názvu hodnoty je zřejmé, že tato míra závisí jak na době spotřeby (hodiny), tak na výkonu zátěže (kilowatty, watty, megawatty). Pro analýzu spotřeby elektřiny za účelem optimalizace nákladů je zapotřebí zařízení pro měření výkonu spotřebitelů. Takovým zařízením je wattmetr.
Dalším využitím zařízení, které měří výkon, je kontrola, zda průřez vodičů odpovídá skutečnému příkonu různých zátěží. Pokud spotřebitel vyžaduje více energie, než umožňuje kapacita elektroinstalace, povede to k přehřátí kabelů a vodičů a v nejhorším případě k požáru. Pomocí wattmetru můžete měřit skutečnou spotřebu a korelovat ji se stávajícím průřezem výrobků vodičů a v případě potřeby zasáhnout.
Klasifikace a charakteristika
Wattmetry lze klasifikovat podle různých charakteristik. Na základě způsobu zobrazení informací je lze rozdělit do dvou kategorií:
- Ukazatel (příliš správně se jim neříká analog).
- Digitální.
První zobrazují naměřenou hodnotu vyznačením dílků na stupnici pomocí šipky, digitální zobrazují výsledek měření na displeji ve formě čísel.
Zařízení můžete rozdělit podle typu proudu:
- AC wattmetry;
- DC wattmetry.
Fungují ve svých příslušných sítích.
Wattmetry určené pro provoz ve střídavých sítích se dále dělí podle druhu výkonu – měřiče činného, jalového a zdánlivého výkonu. Poslední dva se nazývají varmetry a voltametry.
Zařízení můžete rozdělit na více a více (vzhledem k wattům) jednotek měření:
- miliwattmetry;
- wattmetry;
- kilowattmetry;
- megawattmetry.
Podle způsobu zařazení do měřeného obvodu lze wattmetry rozdělit na zařízení:
- Přímé připojení (jejich výstupy jsou připojeny přímo do sítě).
- Nepřímé připojení (připojeno přes mezilehlé transformátory).
Existují další kritéria pro rozdělení měřicích přístrojů podle kategorie (například podle třídy přesnosti atd.), podle účelu (rozvaděčové, domácí, přenosné) atd.
Princip činnosti analogového typu
Klasické číselníkové wattmetry jsou zařízení elektrodynamického systému. Je známo, že elektrický výkon je určen síťovým napětím a proudem spotřebovaným zátěží (obecně P=U*I), proto je pro měření požadované hodnoty nutné změřit oba parametry a poté je vynásobit.
Elektrodynamické zařízení má dvě cívky:
Pevná cívka je zapojena do série se zátěží a slouží k měření proudu. Pohyblivá cívka je připojena paralelně ke spotřebiči a je určena k měření napětí. Šipka je připevněna k pohyblivé cívce, která se může otáčet kolem své osy. Pokud je k obvodu připojen spotřebič, magnetická pole obou cívek na sebe vzájemně působí, takže pohybující se systém vyvine krouticí moment, proti kterému působí pružina. V důsledku toho se jehla nástroje odchyluje o úhel, který závisí na:
- ve stejnosměrných obvodech – z napětí a proudu;
- v obvodech střídavého proudu – také z fázového posunu mezi těmito dvěma veličinami (cos φ).
Tímto způsobem se hodnoty mechanicky násobí (s nezbytným měřítkem) a konečný výsledek lze odečíst na stupnici zařízení – šipka bude indikovat hodnotu okamžitého výkonu.
Do kategorie „analogových“ patří kromě elektrodynamických zařízení také wattmetry ferodynamického provedení, dále indukční, termoelektrické a elektrostatické, ale ty jsou mnohem méně obvyklé.
Jak funguje digitální verze
Princip činnosti tzv. „digitálních“ wattmetrů se neliší od principu činnosti „analogových“. V každém okamžiku se měří napětí na zátěži a odebíraný proud jako úbytek napětí na měřicím odporu (shunt), který je rovněž zapojen do série se spotřebičem. Dále jsou naměřené hodnoty převedeny do digitální podoby a v této podobě jsou vynásobeny vestavěným mikrokontrolérem.
Hotový výsledek se zobrazí na digitálním displeji a lze jej také uložit do vnitřní paměti. Hodnoty naměřené za určité období lze statisticky zpracovat (například průměrný výkon za hodinu, den atd.) a předložit uživateli k analýze, lze z nich sestavit grafy atd. V mnoha případech se na displeji zobrazují i další hodnoty – proud, napětí, spotřeba elektřiny za určitou dobu atd.