Meranie jednosmerného a striedavého jednofázového prúdu

Z výrazu pre výkon jednosmerného prúdu P = IU je vidieť, že ho možno merať pomocou ampérmetra a voltmetra nepriamou metódou. V tomto prípade je však potrebné vykonať súčasné odčítanie z dvoch prístrojov a výpočty, ktoré komplikujú merania a znižujú ich presnosť.

Na meranie výkonu v DC a jednofázový striedavý prúd používajú prístroje nazývané wattmetre, ktoré využívajú elektrodynamické a ferodynamické meracie mechanizmy.

Elektrodynamické wattmetre sa vyrábajú vo forme prenosných zariadení s vysokou triedou presnosti (0,1 — 0,5) a používajú sa na presné merania striedavého a jednosmerného výkonu pri priemyselných a zvýšených frekvenciách (do 5000 Hz). Ferodynamické wattmetre sa častejšie vyskytujú vo forme panelových prístrojov s relatívne nízkou triedou presnosti (1,5 — 2,5).

Takéto wattmetre sa používajú hlavne v priemyselnom frekvenčnom striedavom prúde. Pri jednosmernom prúde majú výraznú chybu v dôsledku hysterézy jadier.

Na meranie výkonu pri vysokých frekvenciách sa používajú termoelektrické a elektronické wattmetre, čo sú magnetoelektrický merací mechanizmus vybavený prevodníkom činného výkonu na jednosmerný prúd. Výkonový menič vykoná operáciu násobenia ui = p a získania signálu na výstupe, ktorý závisí od súčinu ui, teda výkonu.

Na obr. 1 a je znázornená možnosť použitia elektrodynamického meracieho mechanizmu na konštrukciu wattmetra a meranie výkonu.

Ryža. 1. Schéma spínania wattmetra (a) a vektorový diagram (b)

Stacionárna cievka 1, zapojená do série so záťažovým obvodom, sa nazýva sériový obvod wattmetra, pohyblivá cievka 2 (s prídavným odporom), zapojená paralelne so záťažou, paralelný obvod.

Pre konštantný wattmeter:

Zvážte fungovanie elektrodynamického wattmetra na striedavý prúd. Vektorový diagram Obr. 1, b je konštruovaný pre indukčný charakter záťaže. Vektor prúdu Iu paralelný obvod zaostáva za vektorom U o uhol γ v dôsledku určitej indukčnosti pohyblivej cievky.

Z tohto výrazu vyplýva, že wattmeter správne meria výkon iba v dvoch prípadoch: keď γ = 0 a γ = φ.

Stav γ = 0 možno dosiahnuť vytvorením napäťová rezonancia v paralelnom obvode, napríklad zahrnutím kondenzátora C zodpovedajúcej kapacity, ako je znázornené bodkovanou čiarou na obr. 1, a. Napäťová rezonancia však bude len pri určitej konkrétnej frekvencii. Podmienka pre zmenu frekvencie γ = 0 je porušená. Keď sa γ nerovná 0, wattmeter meria výkon s chybou βy, ktorá sa nazýva uhlová chyba.

Pri malej hodnote uhla γ (γ zvyčajne nie viac ako 40 – 50 '), relatívna chyba

Pri uhloch φ blízkych 90 ° môže uhlová chyba dosiahnuť veľké hodnoty.

Druhou, špecifickou chybou wattmetrov je chyba spôsobená príkonom jeho cievok.

Pri meraní výkonu spotrebovaného záťažou dva spínacie obvody wattmetra, líšiace sa zahrnutím svojho paralelného obvodu (obr. 2).

Ryža. 2. Schémy zapnutia paralelného vinutia wattmetra

Ak neberieme do úvahy fázové posuny medzi prúdmi a napätiami v cievkach a záťaž H považujeme za čisto aktívnu, chyby βa) a β(b), spôsobené spotrebou energie vinutia wattmetra, pre obvody z obr. 2, a a b:

kde P.i a P.ti – výkon spotrebovaný sériovým a paralelným obvodom wattmetra.

Zo vzorcov pre βa) a β(b) je vidieť, že chyby môžu mať citeľné hodnoty len pri meraní výkonu v obvodoch s nízkym výkonom, t.j. keď Pi a P.ti zodpovedajú Rn.

Ak zmeníte znamienko len jedného z prúdov, zmení sa smer vychýlenia pohyblivej časti wattmetra.

Wattmeter má dva páry svoriek (sériové a paralelné obvody) a v závislosti od ich zaradenia do obvodu môže byť smer vychýlenia ukazovateľa rôzny. Pre správne pripojenie wattmetra je jedna z každého páru svoriek označená «*» (hviezdička) a nazýva sa «generátorová svorka».