Spínací obvod wattmetra
Na priame meranie výkonu jednosmerného obvodu sa používa wattmeter. Pevná sériová cievka alebo prúdová cievka wattmetra je zapojená do série s prijímačmi elektrickej energie. Pohyblivá paralelná cievka alebo napäťová cievka zapojená do série s prídavným odporom tvorí paralelný obvod wattmetra, ktorý je zapojený paralelne s prijímačmi energie.
Uhol natočenia pohyblivej časti wattmetra:
a = k2IIu = k2U/Ru
kde I — prúd sériovej cievky; Azi — prúd paralelnej cievky wattmetra.
Ryža. 1. Schéma zariadenia a zapojenia wattmetra
Pretože v dôsledku použitia dodatočného odporu má paralelný obvod wattmetra takmer konštantný odpor rth, potom α = (k2 / Ru) IU = k2IU = k3P
Podľa uhla natočenia pohyblivej časti wattmetra je teda možné odhadnúť výkon obvodu.
Jednotná stupnica wattmetra.Pri práci s wattmetrom treba mať na pamäti, že zmena smeru prúdu v jednej z cievok spôsobí zmenu smeru krútiaceho momentu a smeru otáčania pohyblivej cievky a keďže mierka wattmeter sa zvyčajne vyrába jednostranne, to znamená, že dieliky stupnice sú umiestnené od nuly doprava, potom pri nesprávnom smere prúdu v jednej z cievok nebude možné určiť nameranú hodnotu z wattmetra.
Z týchto dôvodov by ste mali vždy rozlišovať medzi svorkami wattmetra. Terminál sériovej cievky pripojenej k zdroju energie sa nazýva generátor a na zariadeniach a schémach je označený hviezdičkou. Svorka paralelného obvodu pripojená k drôtu pripojenému k sériovej cievke sa tiež nazýva svorka generátora a je označená hviezdičkou.
Pri správnom spínacom obvode wattmetra sú teda prúdy vo vinutí wattmetra nasmerované zo svoriek generátora na svorky bez generátora. Môžu existovať dva spínacie obvody wattmetra (pozri obr. 2 a obr. 3).
Ryža. 2. Správna schéma zapojenia wattmetra
Ryža. 3. Správna schéma zapojenia wattmetra
V schéme znázornenej na obr. 2, prúd sériového vinutia wattmetra sa rovná prúdu energetických prijímačov, ktorých výkon sa meria, a paralelný obvod wattmetra je pod napätím U' väčším ako je napätie prijímačov o hodnotu pokles napätia v sériovej cievke. Preto PB = IU'= I (U + U1) = IU = IU1 výkon nameraný wattmetrom sa rovná výkonu meraných prijímačov energie a výkonu sériového vinutia wattmetra.
V schéme znázornenej na obr.3, napätie v paralelnom obvode wattmetra sa rovná napätiu prijímačov a prúd v sériovej cievke je väčší ako prúd spotrebovaný prijímačom o hodnotu prúdu v paralelnom obvode wattmetra. Preto Pc = U (I + Iu) = UI + UIu, výkon nameraný wattmetrom sa rovná výkonu prijímačov meranej energie a výkonu paralelného obvodu wattmetra.
Pri meraniach, kde je možné zanedbať výkon cievok wattmetra, je vhodnejšie použiť obvod znázornený na obr. 2, pretože zvyčajne je výkon sériovej cievky menší ako paralelnej cievky, a preto bude údaj wattmetra presnejší.
Pre presné merania je potrebné vykonať korekcie údajov wattmetra kvôli sile jeho vinutia a v takýchto prípadoch je obvod z obr. 3, pretože korekcia sa ľahko vypočíta podľa vzorca U2 / Ru, kde Ru je zvyčajne známe a korekcia zostáva nezmenená pri rôznych hodnotách prúdu, ak je U konštantné.
Keď zapnete wattmeter podľa schémy na obr. 2, potenciály na koncoch cievok sa líšia iba veľkosťou poklesu napätia na pohyblivej cievke, pretože terminály generátora cievok sú navzájom spojené. Pokles napätia na pohyblivej cievke je zanedbateľný v porovnaní s napätím v paralelnom obvode, pretože odpor tejto cievky je zanedbateľný v porovnaní s odporom paralelného obvodu.
Ryža. 4. Nesprávny obvod zapojenia wattmetra
Na obr. 4 je uvedený nesprávny paralelný obvod wattmetra.Tu sú svorky generátora vinutia spojené dodatočným odporom, v dôsledku čoho sa potenciálny rozdiel medzi koncami cievok rovná napätiu obvodu (niekedy veľmi významné 240 - 600 V), a pretože stacionárne a pohyblivé vinutia sú v tesnej blízkosti vedľa seba, vytvárajú sa priaznivé podmienky na zničenie izolácie cievok. Okrem toho bude pozorovaná elektrostatická interakcia medzi cievkami s veľmi rozdielnym potenciálom, čo môže spôsobiť dodatočnú chybu v meraní výkonu v obvode.