V dnešní době je nutné měřit výkon a energii stejnosměrného proudu, činný výkon a energii jednofázového a třífázového střídavého proudu, jalový výkon a energii třífázového střídavého proudu, okamžitou hodnotu výkonu, ale i množství elektřiny ve velmi širokých rozsazích.
Elektrický výkon je určen prací vykonanou zdrojem elektromagnetického pole za jednotku času.
Činný (absorbovaný elektrickým obvodem) výkon
kde U, já — efektivní hodnoty napětí a proudu; (p je úhel fázového posunu mezi nimi.
Tyto tři typy moci spolu souvisí výrazem
Výkon se tedy měří v rozsahu 1 W – 10 GW (ve stejnosměrných a jednofázových střídavých obvodech) s chybou ±(0,01-0,1) % a pro mikrovlny – ±(1-5) %. Jalový výkon – z jednotek var do Mvar s chybou ±(0,1-0,5) %.
Rozsah měření elektrické energie je určen rozsahy měření jmenovitých proudů (1 nA – 10 kA) a napětí (1 μV – 1 MV), chyba měření je ±(0,1-2,5) %.
Měření jalové energie je zajímavé pouze pro průmyslové třífázové obvody.
Měření výkonu ve stejnosměrných obvodech
S přímým měřením Činný výkon se měří elektromechanickými (elektrodynamické a ferodynamické systémy), digitálními a elektronickými wattmetry.
Elektrodynamické wattmetry se používají jako přenosná zařízení pro přesné měření výkonu (třída 0,1–2,5) v obvodech stejnosměrného a střídavého proudu s frekvencí až několik tisíc hertzů.
Ferodynamické (panelové) wattmetry se používají v obvodech střídavého proudu, zejména na průmyslové frekvenci (třída 1,5-2,5).
Digitální wattmetry se používají v širokém rozsahu frekvencí, jejichž základem jsou různé výkonové měniče (například termoelektrické), U PT, mikroprocesor a TsOU. Digitální wattmetry automaticky volí meze měření, samokalibrují a poskytují externí rozhraní.
Speciální a elektronické wattmetry se také používají k měření výkonu ve vysokofrekvenčních obvodech.
Pro měření jalového výkonu při nízkých frekvencích se používají reaktivní wattmetry (varmetry), u kterých je pomocí speciálních obvodů odchylka pohyblivé části elektrodynamického IM úměrná reaktivnímu výkonu.
Připojení elektromechanických wattmetrů přímo do elektrického obvodu je přípustné pro zatěžovací proudy nepřesahující 10–20 A a napětí do 600 V. Měření výkonu při vysokých zatěžovacích proudech a ve vysokonapěťových obvodech se provádí pomocí wattmetru s měřicími transformátory proudu a napětí (obr. 4.1).
Obr. 4.1. Schéma zapojení pro připojení elektrodynamického wattmetru přes měřicí transformátory proudu a napětí
S nepřímým měřením výkon pomocí ampérmetru a voltmetru a kompenzační metody.
Metoda s ampérmetrem a voltmetrem. V tomto případě jsou zařízení zapojena podle dvou schémat (obr. 4.2).
Obr. 4.2. Obvody pro měření výkonu založené na odečtech voltmetru a ampérmetru při různých zatěžovacích odporech: a – malý; 6 – velké
Metoda je jednoduchá, spolehlivá, ekonomická, ale má řadu významných nevýhod: nutnost odečítat hodnoty ze dvou zařízení, nutnost provádět výpočty a nízká přesnost v důsledku součtu chyb zařízení.
Moc Рх, vypočteno na základě údajů z přístrojů (obr. 4.2, A):
větší než skutečná hodnota energie spotřebované zátěží Рн na hodnotě spotřeby energie voltmetru Рв, tj. Рн = Рх – Rн.
Chyba při určování výkonu v zátěži je menší, čím větší je vstupní odpor voltmetru a čím menší je odpor zátěže.
Moc Рх, vypočteno na základě údajů z přístrojů (obr. 4.2, b):
větší než skutečná hodnota spotřeby energie zátěže o hodnotu spotřeby energie ampérmetru РА. Metodická chyba je menší, čím menší je vstupní odpor ampérmetru a čím větší je odpor zátěže.
Způsob kompenzace používá se tam, kde je vyžadována vysoká přesnost měření výkonu. Pomocí kompenzátoru se postupně měří proud zátěže a úbytek napětí na zátěži. Naměřený výkon se určí podle vzorce
