ЕРВ

Ватметри — це електровимірювальні прилади, призначені для вимірювання електричної потужності. Їх застосовують на електричних станціях, щоб контролювати потужність, яку виробляє кожний генератор, а також вся електрична станція. Саме ватметри дають можливість персоналові станції найдоцільніше вести технологічний процес виробництва електроенергії кожним енергоблоком, що забезпечує найбільш раціональне використання палива, тобто найекономічнішу роботу всієї електростанції.

Застосування ватметрів при розподілі електричної енергії в електричних мережах дає змогу запобігти даремній циркуляції потужностей у неодноразово з’єднаних між собою мережах і зменшити в них втрати потужності.

Найбільш поширеними є ватметри електродинамічної та феродинамічної систем.

Їх виробляють як для прямого вмикання в мережу, якщо величина номінального струму, що проходить по їхніх струмових обмотках, становить одиниці чи кілька десятків ампер, так і для вмикання через вимірювальні трансформатори струму та напруги. При цьому шкали приладів градуюють у кіловатах чи мегаватах. Прилади ці називають кіловатметрами чи мегаватметрами, хоча насправді їхній власний номінальний струм у подібних випадках становить 5 А, а номінальна напруга — 100 В. Саме такими ватметрами переважно користуються на електричних станціях та у системах енергопостачання.

У мережах постійного і в однофазних мережах змінного струмів найчастіше застосовують ватметри електродинамічної системи, більшість яких здатна працювати як на постійному, так і на змінному струмах. Хоча серед стаціонарних ватметрів, особливо тих, які призначено застосовувати з вимірювальними трансформаторами струму і напруги, є багато таких, що не призначені для використання на постійному струмі.

Деякі прилади використовують і для вимірювання значних струмів — кілоамперметри. Слід зауважити, що у iміліамперметрів і мікроамперметрів вимірювані струми справді протікають безпосередньо через прилади: у амперметрів — на значні струми, а у кілоамперметрів струм, що позначений на них, ніколи не протікає через коло приладу.

Щодо переносних приладів, то такі ватметри можуть завжди використовуватись як на постійному, так і на змінному струмах. їх виробляють з класами точності 0,1; 0,2 і 0,5.

Ватметри перших, двох класів зручно використовувати як при градуюванні, так і при перевірці стаціонарних ватметрів нижчих класів точності (1,5; 2,5; 4,0).

Але основне призначення гальванометрів є все ж не вимірювання, а визначення режиму відсутності струму при нульових (врівноважувальних) методах вимірювань у потенціометричних і мостових схемах.

Схему стаціонарного ватметра відносно невисокого класу точності (2,5; 4,0) наведено на рис. 1. Цей ватметр має два роздільні електричні кола — коло струму (звичайно, це тільки обмотка нерухомої котушки W₁) і коло напруги, до якого входять рухома обмотка — рамка W_p та опори r₁, r₂ і r₃, що створюють додатковий опір. Цей опір забезпечує при вмиканні цього кола на номінальну напругу, вказану біля одного із затискачів цього кола, певну величину струму (номінального для кола напруги).

Зазначимо, що кола напруги в електродинамічних ватметрах розраховано на відносно великі (для подібних кіл) струми (наприклад, 30 мА чи ще більший). Це зумовлене тим, що струмова обмотка у таких ватметрів хоч і створює значну магніторушійну силу, але нездатна створити значне; магнітної індукції всереди ні нерухомої котушки. Це пояснюється тим, що в електродинамічних приладах лінії магнітного поля на всій своїй довжині проходять у повітрі, яке створює значний магнітний опір їх проходженню. Через це прийнятну величину обертового моменту, що діє на рухому частину електродинамічного вимірювального механізму, можна одержати лише при значному струмі у рамні приладу.

Рисунок 1. Схема стаціонарного ватметра

Резистори r₁, r₂ і r₃, ввімкнуті в коло напруги, разом з опором обмоткирамки r_р мають скласти певну величину опору кола напруги (в даному випадку — 10 000 Ом), яка б при номінальній величині напруги, прикладеної до цього кола, забезпечила протікання номінального струму обмотки-рамки (30 мА).

Опори r₁, r₂ і r₃ виготовляють із манганінового дроту для одержання малої залежності величини опору кола як від температури довкілля, так і від підвищення температури всіх елементів кола, викликаного проходженням по них електричного струму. Тут манганін є найкращим матеріалом, бо має дуже малий температурний коефіцієнт опору. Досить сказати, що при зміні температури манганінового дроту на 10 °С, його опір зміниться лише десь на 0,03% від своєї початкової величини.

У цьому колі все ж є елемент, електричний опір якого значною мірою залежить від коливань температури, — це опір обмотки рамки, намотаної мідним дротом, що при зміні температури на ті ж 10 °С змінює величину опору аж на 4 % порівняно з початковою величиною. Але якщо зважити на те, що опір рамки становить у цьому колі лише невелику частку (десь біля відсотка), вплив зміни величини опору рамки майже невідчутний у загальному опорі кола. Таким чином, у цілому струм в обмотці рамки мало залежить від температури.

Разом з тим зміна температури повітря навколо приладу й всередині нього впливатиме на пружність спіральних пружин, які створюють момент протидії і підводять струм до обмотки-рамки. Для бронзових пружин зміна їх пружності при зміні температури повітря в середньому становить десь близько 1 % на 10 °С (при підвищенні температури пружини слабнуть і показання приладу збільшуються). Якщо зважити на те, що згідно з державними стандартами додаткова похибка від зміни температури на ±10 °С відносно номінальних 20 °С може досягати величини, що відповідає класові точності (а клас точності стаціонарного ватметра 2,5), то ніяких заходів щодо зменшення цієї додаткової похибки не передбачено.

У випадках, коли ватметр має вищий клас точності, наприклад 0,5 чи 0,2, поява такої додаткової похибки неприпустима. Тому у більш точних приладів, наприклад у переносних електродинамічних ватметрах класу 0,2, застосовано досконалішу схему, яку наведено на рис. 2. Ця схема більш досконала ще й тим, що в ній ужито заходів для створення можливості застосування приладу як на постійному, так і на змінному струмі. Крім того, в цьому приладі передбачено можливість працювати на одній з двох номінальних напруг (150 чи 300 В) і на одному з двох номінальних струмів (2,5 або 5 А).

Наявність конденсатора С, паралельного резисторові r1 дає можливість налаштувати коло рамки на безреактивність, тобто практично компенсувати індуктивність рамки L_p ємністю С. Це буде можливо, якщо L_p=Cr² , при такій компенсації опір кола між точками а і б не матиме реактивної складової, тобто буде практично активним. Це можливо не тільки при величині частоти 50 Гц, але й у значному діапазоні зміни частот, хоч до 500... 1000 Гц, поки величина 4π²f²Cr² буде незначною порівняно з одиницею (тут f — частота напруги).

Налаштовування кола рамки на безреактивність дає змогу при вмиканні послідовно з рамкою додаткових активних опорів різної величини виготовити ватметр на яку завгодно номінальну напругу або на декілька номінальних напруг Таке налаштовування дає можливість уникнути кутової похибки, яка при неповній компенсації індуктивності рамки особливо проявляється при вимірюваннях у електричних колах з малим коефіцієнтом потужності та при роботі на підвищених частотах.

Рисунок 2. Схема переносного ватметра

При виробництві ватметрів високих класів точності (класи 0,1; 0,2; 0,5) наявність такої компенсації дає змогу градуювати ці прилади на постійному струмі, використовуючи особливо точні потенціометричні установки, і бути певним того, що ці прилади будуть здатні працювати як на постійному, так і на змінному струмі. Крім того, наявність скомпенсованої індуктивності обмоткирамки виключає появу похибки від взаємоіндуктивності, яку може створити ЕРС взаємоіндукції, що наводиться у рамці при проходженні крізь неї змінного магнітного потоку, створеного струмом, що протікає по обмотках нерухомих котушок. Дійсно, рамка, що перебуває у змінному магнітному полі нерухомих котушок, є, по суті, вторинною обмоткою повітряного трансформатора, де первинна обмотка — це обмотка нерухомих котушок. За наявності опору r₂ у електричному колі, створеному рамкою і резисторами r₁ і r₂, виникає електричний струм. Якщо ЕРС взаємоіндуктивності має куч зсуву відносно магнітного потоку, що її викликав, 90° (що завжди буває у повітряних трансформаторів), і електричне коло, в якому циркулює струм від ЕРС взаємоіндуктивності i_В, — безреактивне (тобто чисто активне), то цей струм при взаємодії з магнітним потоком нерухомих котушок не створює ніякого обертового моменту.

Якщо ж індуктивність рамки не скомпенсовано, то струм від ЕРС взаємоіндуктивності буде зсунуто відносно магнітного потоку не на 90°, тоді з’явиться якийсь, хоч і малий, обертовий момент, що створюватиме похибку.

Крім електродинамічних ватметрів, для вимірювання потужності використовують також і феродинамічні.

У вимірювальних механізмів цих ватметрів нерухома котушка має феромагнітний магнітопровід, зроблений з електротехнічної сталі, пермалою чи пресованого феромагнітного порошку з ізоляційним заповнювачем. Цей магнітопровід має розрив, куди введено циліндричний центральний магнітопровід, навколо якого у вузькому повітряному проміжку переміщуються дві протилежні сторони рухомої обмотки-рамки, крізь яку проходить струм паралельного кола ватметра. Цей струм підводять до обмотки через дві спіральні пружини, якщо рухома частина вимірювального механізму спирається через керни на підп’ятники, чи по розтяжках, якщо рухому частину підвішено на розтяжках. Принципова електрична схема феромагнітного ватметра практично не відрізняється від схеми електродинамічного. Завдяки наявності феромагнітного магнітопроводу з двома невеликими повітряними проміжками величина магнітної індукції у місці, де магнітний потік взаємодіє зі струмом, що проходить по витках котушки-рамки, може бути значно більшою ніж у електродинамічного ватметра. Тому обертовий момент, створюваний рамкою, може бути досить великим навіть за меншої потужності, що втрачається у вимірювальному механізмі. Це сприяє підвищенню добротності приладу з таким механізмом і його стійкості до стороннього впливу. На феродинамічні прилади незначно впливають вібрації. Завдяки наявності значної індукції у робочому повітряному проміжку сторонні магнітні поля впливають на ці прилади менше, ніж на електродинамічні.

Разом з тим при роботі феромагнітних ватметрів на постійному струмі у них з’являється похибка від наявності гістерезису матеріалу магнітопровода. Це видно по варіації показань приладу, тобто різниці показань, одержаних спочатку при збільшенні, а потім при зменшенні струму у вимірювальному колі.

При роботі на змінному струмі у цих приладів з’являється значна кутова похибка, зумовлена наявністю втрат у магнітопроводі. Ця похибка може бути настільки великою, що її компенсують збільшенням індуктивності електричного кола рамки шляхом звичайного (не біфілярного) намотування котушок додаткового до рамки опору і навіть закладенням сталевих стрижнів у центральні отвори цих котушок.

Феродинамічні ватметри розраховані на невисокі класи точності. В основному їх використовують як стаціонарні прилади зі стрілочними покажчиками класу, що не вище 1,5. Зокрема, ці прилади виготовляють на кути відхилення покажчика аж до 240°.

Завдяки наявності у вимірювальних механізмах цих приладів значних обертових моментів на їхній основі виконують реєструючі самописні прилади.

Рисунок 3. Схема вмикання ватметра для вимірювання потужності

В Україні налагоджено серійний випуск переносного феродинамічного ватметра класу 0,5, здатного вимірювати потужність як на постійному, так і на змінному струмах.

Ватметрами вимірюють потужність у колах постійного і однофазного змінного струмів за схемою, що показана на рис. 3.

Затискачі, що позначені на приладах зірочками, обов’язково з’єднують перемичкою і приєднують до провідника, що йде від мережі. Зауважимо, що ватметр відхилятиметься в належному напрямі й при з’єднанні перемичкою затискачів, не позначених зірочками, але у цьому разі напругу мережі буде прикладено між рамкою і нерухомою котушкою, які розміщені в безпосередній близькості одна від одної. Саме через це за високої напруги (наприклад, 600 В) може статися пошкодження ізоляції (електричний пробій) і ватметр безумовно вийде з ладу. Якщо ж пробою не буде, то у ватметра може виникнути додаткова похибка через електростатичне притягання рамки до нерухомої котушки.

У схемі вмикання ватметра, зображеній на рис. 3, він буде показувати потужність, споживану опором навантаження R_H (при вимірюваннях на змінному струмі цей опір може бути активно-індуктивний, або активноємнісний) та опором обмотки нерухомої котушки ватметра rк. Якщо потужність, споживана цією обмоткою, вносить небажану похибку у вимірювання (а це можна перевірити простим розрахунком: Р_к = І²r_к, де Р_к — потужність, споживана обмоткою котушки; І— струм, що проходить через обмотку; r_к — активний опір обмотки), то перемичку можна встановити між затискачем на якому звичайно вказано величину номінального струму ватметра. Але у цьому разі ватметр разом з потужністю, споживаною опором навантаження, вимірюватиме й потужність у колі напруги ватметра (в обмотці його рамки r_р та у додатковому резисторі r_Д). Втім, таке вмикання ватметра в умовах енергетичних підприємств майже ніколи не використовують. Його використовують при дослідженнях, якщо вони виконуються за малих напруг при струмах, близьких до номінального, і малих опорах R_Н, коли величина вимірюваної потужності відносно невелика. При цьому буде зовсім невеликою і потужність, споживана колом напруги ватметра.

При вимірюванні потужності, споживаної пристроями, які здатні при певних умовах виробляти електричну енергію, ватметр змінює напрям руху покажчика і він заходить за нульову позначку. Звичайно, якщо у ватметра немає “від’ємної” ділянки шкали, вимірювання потужності припиняються. Для того, щоб поновити контроль за величиною потужності (тепер вже — генерованої!), у стаціонарних ватметрів досить поміняти місцями кінці провідників, що були під’єднані до затискачів кола струму. При цьому покажчик знову відхилятиметься на шкалу, а прилад буде вимірювати генеровану бувшим споживачем потужність.

У переносних ватметрів на такий випадок є перемию полярності вмикання рамки, положення якого відповідають знакові споживаної потужності. Положення “+” перемикачі відповідає виміру споживаної потужності, положення — виміру генерованої споживачем потужності. Зауважимо що позначення положень цього перемикача “+” і “-" не мають ніякого відношення до полярності постійного струму. Ці позначення відповідають роботі ватметра як на постійному, так і на змінному струмі.

Іноді цей перемикач суміщують з перемикачем величини номінальної напруги ватметра.

У силовій енергетиці найчастіше вимірюють потужність у трифазних колах. Це зумовлено тим, що вся електрична енергія на електричних станціях виробляється трифазними генераторами змінного струму, а більша її частина споживається електродвигунами. Найбільш поширеними є трифазні асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором, які рівномірно навантажують електричні мережі. Вони економічні, найпростіші за будовою та надійні в роботі. Саме тому трифазні ватметри є досить поширеними на електричних станціях та в енергосистемах.

Трифазний ватметр являє собою сукупність двох або трьох електродинамічних (чи феродинамічних) вимірювальних механізмів, розташованих уздовж осі приладу, рамки яких закріплені на цій осі, де також закріплено покажчик (частіш за все — стрілка), балансувальні важелі й крило заспокоювача коливань.

Трифазні феродинамічні ватметри мають перевагу над електродинамічними, бо при більших обертових моментах їхні вимірювальні механізми мають меншу довжину, що скорочує довжину осі рухомої частини, а так — і довжину всього приладу. Крім того, завдяки більшій величині індукції у повітряних проміжках магнітних систем та їхній екрануючій дії, ці ватметри менше підпадають під вплив зовнішніх магнітних полів, а їхні вимірювальні механізми своїми магнітними полями менше впливають один на одного.

У більшості випадків трифазні ватметри призначені для вимірювання потужності у трипровідних мережах (без нульового проводу). Такі ватметри доцільно робити двохелементними. Схему такого стаціонарного ватметра наведено на рис. 4, а.

Рисунок 4. Схема стаціонарного трифазного феродинамічного ватметра: а – принципова схема приладу; б – схема вмикання ватметра для вимірювань

На схемі цього ватметра позначено: W_А W_c — струмові обмотки; W_pApA W_pC — обмотки рамок рухомої частини; r_дА, і r_дС — додаткові опори кіл напруги ватметра; r_к — опір для часткової компенсації взаємного магнітного впливу вимірювальних механізмів. Його величина, порівняно з величиною опорів r_дА, і r_дС, становить всього 1...2 % від їх величини.

Схему вмикання такого ватметра у трифазне коло вимірювання потужності, що споживається трьома резисторами Z₁, Z₂ і Z₃, або трифазним електродвигуном, наведено на рис. 4, б.

При вимірюваннях, коли коефіцієнт потужності резисторів навантаження (cos φ) перевищує 0,5, обертові моменти обох вимірювальних механізмів додаються один до одного і загальний обертовий момент буде пропорційним активній потужності трифазного кола, складеного з опорів Z₁, Z₂, Z₃. Цей прилад здатний правильно вимірювати потужність і у випадку несиметричного трифазного кола, якщо вказані опори будуть різні за величиною.

Якщо опори Z₁, Z₂, Z₃ мають значну реактивну склалову і коефіцієнт потужності їх менший ніж 0,5, то обертовий момент одного із вимірювальних елементів буде відніматися від обертового моменту іншого, але ця різниця все одно буде пропорційною активній потужності, що споживається резисторами Z₁, Z₂, Z₃ цього трифазного кола

Покажчик ватметра може відхилятися від нульової позначки у бік, протилежний напряму шкали лише у випадках, коли контрольоване коло почне виробляти електричну енергію і віддавати її у мережу. В такому випадку потужність, що повертається у мережу, можна буде виміряти лише тоді, якщо поміняти місцями кінці проводів, що підходять до затискачів струму: кінець провода, що підходить до затискача, позначеного зірочкою на фазі А, приєднати до затискача, позначеного “5 А” цієї ж фази, а кінець провода, що був приєднаний до затискача “5 А”, приєднати до затискача, позначеного зірочкою. Те ж саме слід зробити і на фазі С.

Зі схеми ватметра видно, що дві рамки, розташовані на рухомій частині приладу, потребують приєднання кінців їхніх обмоток аж у чотирьох місцях. Реально ж ці приєднання виконують дві спіральні пружини, які створюють і момент протидії, а також два тонких “безмоментних” струмопідводи. Бажання зменшити число цих підводів до одного (бо частіш за все їх виготовляють із золота) призводить до необхідності вмикати додаткові опори r_дА, і r_дС між кінцями обмоток рамок і затискачами, до яких підводяться напруги ( А і C мережі. У цьому випадку між обмотками рамок і відповідними їм обмотками нерухомих котушок буде прикладено значні напруги, що може викликати похибки від електростатичного тяжіння між рамками та нерухомими струмовими обмотками. Але у цьому разі кінці обмоток рамок, не приєднані до додаткових опорів, можна звести в одну точку, для з’єднання якої з нерухомим опором r_к потрібен лише один “безмоментний” струмопідвід.

Трифазний ватметр виконано на номінальний струм 5 А, що дає можливість при необхідності використати його з трансформаторами струму для вимірювань у трифазних колах, де струми значно більше за 5 А.

Номінальна напруга ватметра, що розглядається, може бути 127, 220 чи 380 В. У випадках, коли вимірювальне коло має більшу напругу, необхідно користуватись вимірювальними трансформаторами напруги з первинною напругою, що відповідає номінальній напрузі мережі, від якої живиться схема.

Рисунок 5. Схема вимірювання потужності трифазного кола трифазним ватметром із застосуванням вимірювальних трансформаторів струму і напруги

У разі використання при вимірюваннях потужності трансформаторів струму чи напруги вимірювана потужність дорівнюватиме показанню ватметра, помноженому на коефіцієнт трансформації трансформатора струму чи напруги.

Якщо ж користуватися і трансформаторами струму, й трансформаторами напруги, вимірювана потужність дорівнюватиме показанню ватметра, помноженому на добуток від множення коефіцієнтів трансформації трансформаторів, струму і напруги.

Схему вимірювання потужності Z₁, Z₂, Z₃ трифазним ватметром із застосуванням трансформаторів струму ТС1, ТС2 і напруги ТН1, ТН2 наведено на рис. 5.

Плавкі запобіжники ПЗ в цій схемі захищають трансформатори напруги ТН1, ТН2 від струмів короткого замикання у їхніх власних колах.

Стаціонарні трифазні ватметри виготовляють відносно невисоких класів точності (2,5; 4,0), що пояснюється складністю виробництва цих приладів, у яких мають збігатися показання при роздільних вимірах окремо на кожному з елементів. У феродинамічних приладів, де різниця показань може виникнути через наявність дещо різного характеру зміни довжини повітряних проміжків у ЇХНІХ магнітних систем, досягти цього складно.

Рисунок 6. Схема переносного трифазного електродинамічного ватметра

Більш точними можуть бути переносні електродинамічні трифазні ватметри, які й використовують як зразкові при повірках стаціонарних ватметрів. Схему такого переносного електродинамічного трифазного ватметра показано на рис. 6, де всі позначення такі самі, що й на рис, 9.4. Різниця між цими схемами лише в тому, що більш точний електродинамічний ватметр (рис. 6) має резистори температурної компенсації r_кА, і r_кС, виконані з манганіну. При підвищенні температури довкілля, коли дещо зменшується момент протидії пружинок, збільшується опір обмоток рамок і струм, що проходить по цих обмотках, трохи зменшується, перерозподіляючись між обмотками і резисторами r_кА, і r_кС опір яких лишається практично незмінним. В результаті дещо зменшується обертовий момент, створюваний рухомою частиною приладу. Таким чином, покажчик приладу при зміні температури довкілля показує дійсне значення потужності (звичайно, в межах класу приладу), незалежно від величини температури.

Крім того, у схемі цього ватметра відсутній резистор, що компенсує взаємний магнітний вплив обмоток нерухомих котушок. Це стало можливим завдяки встановленню у цьому ватметрі магнітного екрана, виконаного з пермалою, що виключає можливість взаємного магнітного впливу. Окрім цього екрана, в приладі є ще один, який охоплює весь вимірювальний механізм і захищає прилад від впливу зовнішнього магнітного поля.

Схема зовнішніх з’єднань для вимірювання потужності трифазного кола ватметром, власну схему якого наведено на рис 9.6, нічим не відрізняється від схеми, що наведена на рис. 4, б.

Рисунок 7. Схема вимірювання потужності, споживаної трифазним двигуном, однофазним ватметром

Величина потужності, споживана у трифазних колах, у багатьох випадках може вимірюватись за допомогою ватметрів, призначених для вимірювань у колах однофазного змінного струму.

Схему, придатну для вимірювання потужності, споживаної трифазним асинхронним двигуном, за допомогою однофазного ватметра, наведено на рис. 7. Цей ватметр ввімкнуто на одну фазу електродвигуна, робочі (фазні) обмотки якого з’єднано за схемою “зірка”. Зважаючи на те, що за технологією виготовлення електродвигуна його робочі обмотки однакові (тобто мають однакову кількість витків, виконаних ізольованим дротом з однаковою площею поперечного перерізу) і закладені у пази статора, однорідно в усіх трьох фазах, слід очікувати, що й струми обмоток фаз двигуна і потужності будуть однаковими. Тобто кожна фаза обмотки двигуна при симетричній трифазній напрузі буде споживати однакові з іншими фазами струми і потужності. Причому споживана кожною фазою двигуна потужність становить третину від загальної потужності, споживаної від мережі. Тому однофазний ватметр, ввімкнений на вимірювання потужності, споживаної однією фазою обмотки двигуна, буде показувати величину потужності, що дорівнює 1/3 від загальної. Для визначення величини потужності, споживаної трифазним двигуном (всіма трьома його фазами), показання ватметра, ввімкненого лише на одну фазу, необхідно помножити на три.

Звичайно, при наявності несиметрії напруг між проводами мережі цей метод даватиме похибки. Але при реальних умовах експлуатації сучасних трифазних мереж поява скільки-небудь значної несиметрії напруг є маловірогідною.

У разі, коли доступу до нульової точки електродвигуна немає або двигун встановлено далеко від місця, зручного для розміщення вимірювальних приладів, можна користуватися схемою вмикання ватметра зі штучним нулем. Таку схему наведено на рис. 8. Тут штучна нульова точка створена трьома однаковими опорами: один з них — власний опір кола напруги ватметра, а два інших (r₁ та r₂) — однакові додаткові опори, величина кожного з яких дорівнює власному опору паралельного кола ватметра.

Рисунок 8. Схема вимірювання потужності, споживаної трифазним електродвигуном, однофазним ватметром зі штучною нульовою точкою

При такій схемі вимірювання потужності, як і при вимірюваннях за попередньою схемою (рис. 7), виміряну ватметром W потужність слід множити на три.

При такій схемі вимірювання потужності, як і при вимірюваннях за попередньою схемою (рис. 7), виміряну ватметром W потужність слід множити на три.

Обидві схеми (рис. 7 та 9.8) придатні лише для вимірювань у симетричних колах трифазного струму.

Для вимірювань як у симетричних, так і несиметричних за навантаженням трипровідних трифазних електричних колах найчастіше 15 використовують схему з двома однофазними ватметрами (так звану схему Арона), що наведено на рис. 9.

При користуванні цією схемою слід враховувати, що потужність, споживана симетричним трифазним колом з навантаженням Z₁ = Z₂ = Z₃, дорівнюватиме сумі показань обох ватметрів при коефіцієнтах потужності від одиниці до 0,5. Якщо ж цей коефіцієнт буде меншим за 0,5, то необхідно змінити положення перемикача полярності того ватметра, показання якого стали від’ємними (покажчик приладу зайшов за нульову позначку в бік, протилежний напряму шкали). У подальшому, коли перемикач полярності перебуває в положенні мінус, для визначення величини потужності, споживаної трифазним колом, показання цього ватметра треба віднімати від показань ватметра, у котрого перемикач полярності перебуває в положенні плюс.

Можна зробити висновок, що схема трифазного ватметра, яку було розглянуто раніше (див. рис. 6), повністю збігається зі схемою рис. 9.

Рисунок 9. Схема вимірювання потужності у трифазному три провідному колі двома однофазними ватметрами

Різниця полягає лише в тому, що при роботі зі схемою вимірювання потужності двома ватметрами спостерігач повинен складати чи віднімати показання цих ватметрів, а у трифазному ватметрі, що складається з двох вимірювальних елементів, ці операції виконує сам прилад на рівні складання чи віднімання обертових моментів, створених цими елементами.

При необхідності вимірювання величини потужності у чотирипровідних трифазних колах, де у більшості випадків величини опорів по фазах неоднакові (Z₁ ≠ Z₂ ≠ Z₃), вимірювання проводять за допомогою трьох однофазних ватметрів, ввімкнутих так, як показано на рис. 10. На цій схемі три однофазних ватметри W₁ W₂ і W₃ ввімкнені на фазні струми і фазні напруги. Тобто кожний ватметр вимірює активну потужність, споживану одним з опорів Z₁ Z₂ чи Z₃.

Рисунок 10. Схема вимірювання потужності у трифазному чотири провідному колі трьома однофазними ватметрами

Загальна потужність, споживана трифазним колом, буде дорівнювати сумі потужностей, виміряних кожним ватметром W₁ W₂ і W₃ Ця схема зовсім не чутлива як до асиметрії величин резисторів Z₁ Z₂ і Z₃ так і до асиметрії лінійних і фазних напруг, бо кожний з ватметрів працює у своєму нормальному режимі — вимірювань потужності в однофазному колі змінного струму.

У випадках, коли необхідно вимірювати потужність у електричних колах зі значними величинами реактивних опорів (індуктивних чи ємнісних), при відносно малій величині активних опорів цих кіл, застосування звичайних ватметрів змінного струму небажане через наявність у них так званої кутової похибки, яка саме у цих випадках виявляється повного мірою. Це буває, наприклад, при вимірюваннях втрат холостого ходу трансформаторів, при 17 визначенні величини питомих втрат у магнітом’яких матеріалах (наприклад, в електротехнічних сталях) і, іноді, при визначенні втрат у конденсаторах, коли коефіцієнт потужності малий і досягає всього 0,05...0,1.

Кутова похибка викликана тим, що магнітний потік, створюваний нерухомими котушками ватметра, не збігається по фазі зі струмом, що проходить обмоткою цих котушок, а струм у рухомій рамці приладу не збігається по фазі з напругою, прикладеною до затискачів приладу. Крім того, у звичайного ватметра при вимірюваннях у колах з малими коефіцієнтами потужності відхилення покажчика буде незначним (при cos φ = 0,05...0,1 це відхилення становить всього 5...10 % від повного відхилення покажчика), при якому взагалі неможливо проводити точні вимірювання.

Відмінність спеціально призначених для подібних вимірювань малокосинусних ватметрів у тому, що повного відхилення покажчика досягають при номінальних струмі, напрузі та коефіцієнті потужності, що позначений на шкалі. Тобто при потужності, меншій у 10 разів, ніж у звичайного ватметра, розрахованого на ті самі напругу і струм, якщо номінальний коефіцієнт потужності, позначений на шкалі, буде 0,1 і при потужності, що у 20 разів менша, якщо цей номінальний коефіцієнт потужності дорівнюватиме 0,05. Звичайно, при високих значеннях коефіцієнтів потужності чи при вимірюваннях на постійному струмі, якщо напруга і струм близькі до номінальних, цим приладом не користуються, бо він буде значно перевантажений дією власного обертового моменту. При цьому покажчик приладу завжди буде за границею шкали, а рухома частина спиратиметься у механічний обмежувач переміщення цієї частини.

Малокосинусні ватметри мають дуже малу кутову похибку. Цього досягають старанною компенсацією цієї похибки при виробництві приладів.

Малокосинусні ватметри, про які йде мова, виробляли в Україні. Ватметр мав чотири границі вимірювань за номінальною напругою: 75; 150; 300; 600 В, і три — за номінальним струмом: 2,5; 5,0; 10,0 А (чи 0,25; 0,5; 1,0 А). Номінальний коефіцієнт потужності цього ватметра 0,1.