Устройство и принцип работы электронных ваттметров и счетчиков энергии

Электрические ваттметры на базе электрических вольтметров бывают параметрического и модуляционного типов. Параметрические ваттметры разделяются на ваттметры прямого и косвенного преобразования.

Механизм работы параметрических ваттметров с прямым преобразованием основан на реализации многофункциональной зависимости вида:

. (9.5)

Таким макаром, в итоге выполнения обозначенных математических операций с 2-мя сигналами можно получить их произведение, что и требуется при измерении мощности сигнала. Для этой цели ток за ранее преобразуется в напряжение, а строительство значений сигналов в квадрат осуществляется при помощи многофункциональных преобразователей.

Рис. 9.5 Структурная схема квадратурного ваттметра.

Модуляционные ваттметры основаны на двойной модуляции импульсных сигналов (широтно-импульсной – ШИМ и амплитудно-импульсной — АИМ)).

В счетчиках электроэнергии с разделением времени употребляется типичный, но четкий способ измерения электронной мощности. Таковой прибор имеет два канала. Один канал представляет собой электрический ключ, который пропускает либо не пропускает входной сигнал Y (либо обращенный входной сигнал Y) на фильтр нижних частот. Состоянием ключа управляет выходной сигнал второго канала с отношением временных интервалов «закрыто»/«открыто», пропорциональным его входному сигналу. Средний сигнал на выходе фильтра равен среднему по времени произведению 2-ух входных сигналов. Если один входной сигнал пропорционален напряжению на нагрузке, а другой – току нагрузки, то выходное напряжение пропорционально мощности, потребляемой нагрузкой.

Погрешность таких счетчиков промышленного производства составляет 0,02% на частотах до 3 кГц (лабораторных – порядка всего только 0,0001%). Как приборы высочайшей точности они используются в качестве эталонных счетчиков для поверки рабочих средств измерения.

Дискретизирующие ваттметры и счетчики электроэнергии основаны на принципе цифрового вольтметра, но имеют два входных канала, дискретизирующих параллельно сигналы тока и напряжения. Каждое дискретное значение, представляющее секундные значения сигнала напряжения в момент дискретизации, множится на соответственное дискретное значение сигнала тока, приобретенное в тот же момент времени. Среднее по времени таких произведений есть мощность в ваттах:

.

Сумматор, накапливающий произведения дискретных значений со временем, дает полную электроэнергию в ватт-часах. Погрешность счетчиков электроэнергии может составлять всего только 0,01%.

Индукционный счетчик представляет собой не что другое, как маломощный электродвигатель переменного тока с 2-мя обмотками – токовой и обмоткой напряжения. Проводящий диск, помещенный меж обмотками, крутится под действием вращающего момента, пропорционального потребляемой мощности. Этот момент уравновешивается токами, наводимыми в диске неизменным магнитом, так что частота вращения диска пропорциональна потребляемой мощности. Число оборотов диска за то либо другое время пропорционально полной электроэнергии, приобретенной за этот период времени потребителем. Число оборотов диска считает механический счетчик, который указывает электроэнергию в киловатт-часах. Приборы такового типа обширно используются в качестве бытовых счетчиков электроэнергии. Их погрешность, обычно, составляет 0,5%; они отличаются огромным сроком службы при всех допустимых уровнях тока.

Ваттметры, счетчики электронной энергии