Măsurarea puterii electrice

Puterea electrică

Puterea reprezintă energia consumată în unitatea de timp

Puterea reprezintă energia consumată în unitatea de timp. Unitatea de măsură pentru putere în Sistemul Internațional este wattul (W).

În curent continuu, întreaga energie absorbită de un consumator de la o sursă se transformă în alte forme de energie. La trecerea curentului electric printr-un conductor, acesta se încălzește, efect cunoscut ca efect caloric sau efect Joule-Lenz.

În curent continuu, puterea se exprimă prin relația P = U · I, iar în curent alternativ prin puterea instantanee p = u · i.

Curent continuu

Puterea absorbită se poate determina indirect sau direct

În curent continuu, întreaga energie absorbită de un consumator de la o sursă se transformă în alte forme de energie: calorică, mecanică, luminoasă etc. În regim electrocinetic, puterea absorbită de un consumator este:

Măsurarea puterii electrice în curent continuu poate fi realizată prin:

• metoda ampermetrului și a voltmetrului;
• măsurarea cu wattmetrul electrodinamic sau ferodinamic.

Metoda industrială

Metoda ampermetrului și voltmetrului folosește două montaje: în aval și în amonte

Metoda ampermetrului și a voltmetrului, cunoscută ca metoda industrială, este o metodă indirectă în care puterea se determină prin măsurarea directă a tensiunii și a curentului.

Pentru măsurări precise trebuie să se țină cont de consumul aparatelor, adică de puterile consumate de voltmetru și ampermetru. Corecțiile depind de montajul utilizat:

• la montajul în aval: P = U · I = R · I² = U² / R;
• la montajul în amonte: P = U · I – R_A · I².

Wattmetrul

Wattmetrul electrodinamic sau ferodinamic măsoară direct puterea electrică

La wattmetrele electrodinamice sau ferodinamice, indicația aparatului este proporțională cu produsul curenților care trec prin bobina de curent și bobina de tensiune.

Bobina fixă, de curent, se montează în serie cu consumatorul și are rezistență interioară mică. Bobina mobilă, de tensiune, se montează în paralel cu consumatorul, are rezistență mare și este parcursă de curentul I₂ = U / R_ad.

Pentru a determina puterea măsurată de wattmetru, este necesar să se cunoască constanta wattmetrului:

• I_n este domeniul de măsurare a intensității curentului electric;
• U_n este domeniul de măsurare a tensiunii electrice;
• N este numărul maxim de diviziuni ale scării gradate.

Dacă acul indicator arată n diviziuni, puterea măsurată de wattmetru este P = K_W · n.

Curent alternativ monofazat

În circuitele monofazate se disting puterea aparentă, activă și reactivă

Puterea aparentă

Puterea aparentă se poate măsura prin metoda ampermetrului și voltmetrului

Pentru a măsura puterea aparentă în curent alternativ monofazat se folosește metoda industrială ampermetru și voltmetru.

Se citesc indicațiile ampermetrului și voltmetrului și, ținând cont de puterea absorbită de cele două aparate, se calculează puterea aparentă astfel:

• montaj în aval: S = U · I = R · I² = U² / R_V;
• montaj în amonte: S = U · I – R_A · I².

În aceste relații, U este tensiunea indicată de voltmetru, I este curentul indicat de ampermetru, R_A este rezistența interioară a ampermetrului, iar R_V este rezistența interioară a voltmetrului.

Puterea activă

Puterea activă în curent alternativ monofazat se măsoară cu wattmetrul electrodinamic

Măsurarea puterii active în curent alternativ monofazat se face cu wattmetrul electrodinamic. Montarea wattmetrului în circuit se face la fel ca în curent continuu, iar indicațiile aparatului sunt proporționale cu puterea activă din circuit.

Indicațiile wattmetrului la măsurarea puterii într-un circuit alternativ monofazat sunt în sensul normal al cadranului dacă regulile de montare au fost respectate, atât pentru un consumator inductiv, cât și pentru un consumator capacitiv, deoarece factorul de putere cos ϕ este pozitiv.

Dacă tensiunile și curenții depășesc valorile nominale ale aparatului, wattmetrul se conectează prin intermediul transformatoarelor de măsură de curent și de tensiune. Montarea se face în aval sau în amonte, în funcție de mărimea și natura consumatorului.

Puterea reactivă

Puterea reactivă depinde de defazajul dintre tensiune și curent

Puterea reactivă a unui circuit bipolar este dată de produsul dintre valorile efective ale tensiunii și curentului și sinusul unghiului de defazaj dintre tensiune și curent.

Defazajul dintre tensiune și curent poate fi pozitiv sau negativ, în funcție de caracterul sarcinii: inductiv sau capacitiv. Măsurarea puterii reactive se poate face indirect sau direct, cu aparate numite varmetre, a căror scală este gradată în vari.

Măsurarea indirectă a puterii reactive constă în măsurarea puterii aparente prin metoda ampermetrului și voltmetrului, cunoscând relația care leagă puterile S și Q. Metoda se folosește rar, deoarece rezultatele sunt mai puțin precise și implică utilizarea a trei aparate de măsură.