Вращающий момент ваттметра пропорционален произведению токов в катушках:
где I - ток в неподвижной катушке, практически равный току нагрузки;
IU = U /rU - ток в подвижной катушке, т. е. в обмотке напряжения;
rU - сопротивление цепи подвижной катушки. Следовательно,
где С - коэффициент пропорциональности.
Таким образом, вращающий момент ваттметра пропорционален мощности и его шкала может быть отградуирована непосредственно в ваттах или киловаттах.
Для измерения активной мощности в цепях переменного тока применяют ваттметры электродинамической системы. Их включают так же, как и при измерениях в цепи постоянного тока. Так как ток IU в подвижной катушке пропорционален напряжению U и практически совпадает с ним по фазе (сопротивление цепи обмотки напряжения ваттметра практически можно считать активным), а ток I в неподвижной катушке (токовой обмотке) равен току нагрузки, то вращающий момент ваттметра
где С - коэффициент пропорциональности.
Итак, вращающий момент ваттметра пропорционален измеряемой активной мощности P, а противодействующий момент МПР пропорционален углу поворота а подвижной катушки (или стрелки прибора). Поэтому отклонение стрелки прибора пропорционально измеряемой мощности Р и, следовательно, шкалу ваттметра градуируют в ваттах или киловаттах.
Зажимы токовой обмотки и обмотки напряжения ваттметра, помеченные звездочками и называемые генераторными, следует подключать в электрическую цепь со стороны источника питания.
В зависимости от характера нагрузки и схемы трехфазной цепи применяется несколько способов измерения мощности.
При симметричной нагрузке активную мощность в трехфазной цепи можно измерить путем замера мощности в одной фазе с помощью ваттметра (рис. 3.11).
После измерения показания ваттметра Рw умножают на 3:
В трехпроводной трехфазной цепи как при симметричной, так и несимметричной нагрузке и любом способе соединения потребителей активную мощность можно измерить с помощью двух ваттметров (рис. 3.12).
Покажем, что алгебраическая сумма показаний ваттметров в этом случае равна активной мощности Р в трехпроводной трехфазной цепи.
Мгновенное значение мощности, измеряемое первым ваттметром p1 = uAB · iA
Мгновенная мощность, измеряемая вторым ваттметром, p2 = uCD · iC
Сумма мгновенных значений мощностей измеряемых двумя ваттметрами:
Если линейные напряжения UАВ и UCB, на которые подключены обмотки напряжения ваттметров, выразить через фазные напряжения :
Из этого следует, что суммарная мгновенная мощность, измеряемая двумя ваттметрами, равна активной мощности в трехфазной цепи при соединении потребителей звездой. Подобные же рассуждения можно повторить и для соединения потребителей треугольником, получив при этом одинаковый конечный результат.
Активная мощность трехфазной системы, выраженная через действующие значения напряжений и токов и замеренная по способу двух ваттметров, равна: