Wattmètre - Wattmeter
Le wattmètre est un instrument permettant de mesurer la puissance électrique active (ou la moyenne du débit d' énergie électrique ) en watts d'un circuit donné . Les wattmètres électromagnétiques sont utilisés pour mesurer la fréquence du service public et la puissance de la fréquence audio ; d'autres types sont nécessaires pour les mesures de fréquence radio.
Un wattmètre lit la valeur moyenne du produit v(t)i(t) = p(t) , où v(t) est la tension avec une polarité de référence positive à la borne ± par rapport à l'autre borne de la bobine de potentiel, et i(t) est le courant avec la direction de référence circulant dans la borne ± de la bobine de courant. Le wattmètre indique P = (1/T) ∫ 0 T v(t)i(t) dt , qui en régime permanent sinusoïdal se réduit à V rms I rms cos(φ), où T est la période de p(t) et est l'angle par lequel le courant est en retard sur la tension.
Histoire
Le 14 août 1888, Oliver B. Shallenberge fait breveter un wattheuremètre. Le Hongrois Ottó Bláthy a breveté son wattmètre AC. En 1974, Maghar S. Chana, Ramond L. Kraley, Eric A. Hauptmann Barry et M. Pressman ont breveté un wattmètre électronique. Cet appareil est composé de transformateurs de puissance, de courant et de tension, qui mesurent la puissance moyenne.
Électrodynamique
Le wattmètre analogique traditionnel est un instrument électrodynamique . Le dispositif se compose d'une paire de bobines fixes , appelées bobines de courant , et d'une bobine mobile appelée bobine de potentiel .
Les bobines de courant sont connectées en série avec le circuit, tandis que la bobine de potentiel est connectée en parallèle . De plus, sur les wattmètres analogiques , la bobine de potentiel porte une aiguille qui se déplace sur une échelle pour indiquer la mesure. Un courant circulant dans la bobine de courant génère un champ électromagnétique autour de la bobine. L'intensité de ce champ est proportionnelle au courant de ligne et en phase avec celui-ci. La bobine de potentiel a, en règle générale, une résistance de grande valeur connectée en série avec elle pour réduire le courant qui la traverse.
Le résultat de cette disposition est que sur un circuit à courant continu , la déviation de l'aiguille est proportionnelle à la fois au courant ( I ) et à la tension ( V ), se conformant ainsi à l'équation P = VI .
Pour le courant alternatif , le courant et la tension peuvent ne pas être en phase, en raison des effets retardateurs de l' inductance ou de la capacité du circuit . Sur un circuit alternatif , la déviation est proportionnelle au produit instantané moyen de la tension et du courant, mesurant ainsi la puissance active , P = VI cos φ . Ici, cos φ représente le facteur de puissance qui montre que la puissance transmise peut être inférieure à la puissance apparente obtenue en multipliant les lectures d'un voltmètre et d'un ampèremètre dans le même circuit.
Électronique
Les wattmètres électroniques sont utilisés pour des mesures directes de petites puissances ou pour des mesures de puissance à des fréquences au-delà de la plage des instruments de type électrodynamomètre.
Numérique
Un wattmètre numérique moderne échantillonne la tension et le courant des milliers de fois par seconde. Pour chaque échantillon, la tension est multipliée par le courant au même instant ; la moyenne sur au moins un cycle est la puissance réelle. La puissance réelle divisée par les voltampères apparents (VA) est le facteur de puissance. Un circuit informatique utilise les valeurs échantillonnées pour calculer la tension RMS, le courant RMS, la VA, la puissance (watts), le facteur de puissance et les kilowattheures. Les lectures peuvent être affichées sur l'appareil, conservées pour fournir un journal et calculer des moyennes, ou transmises à d'autres équipements pour une utilisation ultérieure. Les wattmètres varient considérablement pour calculer correctement la consommation d'énergie, en particulier lorsque la puissance réelle est bien inférieure à la VA ( charges très réactives , par exemple les moteurs électriques ). Les compteurs simples peuvent être étalonnés pour répondre à une précision spécifiée uniquement pour les formes d' onde sinusoïdales . Les formes d'onde des alimentations à découpage telles qu'elles sont utilisées pour la plupart des équipements électroniques peuvent être très éloignées de la sinusoïde, ce qui entraîne des erreurs inconnues et éventuellement importantes à n'importe quelle puissance. Ceci peut ne pas être spécifié dans le manuel du compteur.
Précision et exactitude
Il existe des limites à la mesure de la puissance avec des wattmètres bon marché, ou même avec des compteurs non conçus pour les mesures de faible puissance. Cela concerne particulièrement les faibles puissances (par exemple inférieures à 10 watts), telles qu'utilisées en veille ; les lectures peuvent être si inexactes qu'elles sont inutiles (bien qu'elles confirment que l'alimentation en veille est faible plutôt qu'élevée). La difficulté est en grande partie due à la difficulté de mesurer avec précision le courant alternatif, plutôt que la tension, et le besoin relativement faible de mesures de faible puissance. La spécification du compteur doit spécifier l'erreur de lecture pour différentes situations. Pour un compteur enfichable typique, l'erreur de puissance est indiquée comme ±5% de la valeur mesurée ±10 W (par exemple, une valeur mesurée de 100W peut être fausse de 5% de 100 W plus 10 W, c'est-à-dire ±15 W, ou 85–115 W); et l'erreur en kW·h est indiquée comme ±5% de la valeur mesurée ±0,1 kW·h. Si un ordinateur portable en mode veille consomme 5 W, le compteur peut lire n'importe quoi de 0 à 15,25 W, sans tenir compte des erreurs dues à une forme d'onde non sinusoïdale. En pratique, la précision peut être améliorée en connectant une charge fixe telle qu'une ampoule à incandescence, en ajoutant l'appareil en veille et en utilisant la différence de consommation électrique. Cela déplace la mesure hors de la zone problématique de faible puissance.
Fréquence radio
Les instruments à bobines mobiles peuvent être calibrés pour des courants continus ou à fréquence industrielle jusqu'à quelques centaines de hertz. Aux fréquences radio, une méthode courante est un circuit redresseur agencé pour répondre au courant dans une ligne de transmission ; le système est calibré pour l'impédance connue du circuit. Les détecteurs à diode sont soit directement connectés à la source, soit utilisés avec un système d'échantillonnage qui ne détourne qu'une partie de la puissance RF à travers le détecteur. Les thermistances et les thermocouples sont utilisés pour mesurer la chaleur produite par la puissance RF et peuvent être étalonnés soit directement, soit par comparaison avec une source d'énergie de référence connue. Un capteur de puissance bolomètre convertit la puissance radiofréquence incidente en chaleur. L'élément capteur est maintenu à une température constante par un faible courant continu. La réduction du courant nécessaire pour maintenir la température est liée à la puissance RF incidente. Des instruments de ce type sont utilisés dans tout le spectre RF et peuvent même mesurer la puissance de la lumière visible. Pour les mesures à haute puissance, un calorimètre mesure directement la chaleur produite par la puissance RF.
Wattheuremètres
Un instrument qui mesure l' énergie électrique en wattheures est essentiellement un wattmètre qui intègre la puissance dans le temps (il multiplie essentiellement la puissance par le temps écoulé). Les instruments électroniques numériques mesurent de nombreux paramètres et peuvent être utilisés lorsqu'un wattmètre est nécessaire : volts , courant en ampères , puissance instantanée apparente, puissance réelle, facteur de puissance, énergie en [k]Wh sur une période de temps et coût de l'électricité consommé.
Voir également
Les références
Liens externes
Cet article incorpore le texte d'une publication maintenant dans le domaine public : Chisholm, Hugh, ed. (1911). " Wattmètre ". Encyclopédie Britannica . 28 (11e éd.). La presse de l'Universite de Cambridge.
- DC Circuits de mesure chapitre de leçons dans les circuits électriques série