Pomiar prądu jednofazowego DC i AC

Z wyrażenia na moc prądu stałego P = IU widać, że można ją zmierzyć za pomocą amperomierza i woltomierza metodą pośrednią. Jednak w tym przypadku konieczne jest wykonanie jednoczesnych odczytów z dwóch przyrządów i obliczeń, co komplikuje pomiary i zmniejsza ich dokładność.

Do pomiaru mocy w DC i jednofazowy prąd przemienny używają urządzeń zwanych watomierzami, które wykorzystują elektrodynamiczne i ferrodynamiczne mechanizmy pomiarowe.

Watomierze elektrodynamiczne produkowane są w postaci urządzeń przenośnych o wysokich klasach dokładności (0,1 — 0,5) i służą do dokładnych pomiarów mocy prądu przemiennego i stałego przy częstotliwościach przemysłowych i podwyższonych (do 5000 Hz). Watomierze ferrodynamiczne częściej spotyka się w postaci przyrządów tablicowych o stosunkowo niskiej klasie dokładności (1,5 — 2,5).

Takie watomierze są stosowane głównie w prądzie przemiennym o częstotliwości przemysłowej. Przy prądzie stałym mają znaczny błąd z powodu histerezy rdzeni.

Do pomiaru mocy przy wysokich częstotliwościach stosuje się watomierze termoelektryczne i elektroniczne, które są magnetoelektrycznymi mechanizmami pomiarowymi wyposażonymi w przetwornicę mocy czynnej na prąd stały. Przetwornica mocy wykonuje operację mnożenia ui = p i uzyskiwania na wyjściu sygnału zależnego od iloczynu ui, czyli mocy.

na ryc. 1 oraz pokazano możliwość wykorzystania elektrodynamicznego mechanizmu pomiarowego do budowy watomierza i pomiaru mocy.

Ryż. 1. Schemat przełączania watomierza (a) i schemat wektorowy (b)

Cewka stacjonarna 1, połączona szeregowo z obwodem obciążenia, nazywana jest obwodem szeregowym watomierza, cewka ruchoma 2 (z dodatkowym rezystorem), połączona równolegle z obwodem obciążenia, obwodem równoległym.

Dla stałego watomierza:

Rozważ działanie watomierza elektrodynamicznego na prąd przemienny. Schemat wektora rys. 1, b jest skonstruowany dla indukcyjnego charakteru obciążenia. Wektor prądu Iu obwód równoległy jest opóźniony w stosunku do wektora U o kąt γ z powodu pewnej indukcyjności poruszającej się cewki.

Z wyrażenia tego wynika, że ​​watomierz prawidłowo mierzy moc tylko w dwóch przypadkach: gdy γ = 0 i γ = φ.

Stan γ = 0 można osiągnąć, tworząc rezonans napięciowy w obwodzie równoległym, na przykład poprzez włączenie kondensatora C o odpowiedniej pojemności, jak pokazano linią przerywaną na ryc. 1, za. Jednak rezonans napięcia będzie występował tylko przy określonej częstotliwości. Warunek zmiany częstotliwości γ = 0 jest spełniony. Kiedy γ nie jest równe 0, watomierz mierzy moc z błędem βy, który nazywa się błędem kątowym.

Przy małej wartości kąta γ (γ zwykle nie więcej niż 40 — 50 ') błąd względny

Przy kątach φbliskich 90° błąd kątowy może osiągać duże wartości.

Drugim, specyficznym błędem watomierzy jest błąd spowodowany poborem mocy przez jego cewki.

Podczas pomiaru mocy pobieranej przez obciążenie, dwa obwody przełączające watomierzy, różniące się włączeniem obwodu równoległego (ryc. 2).

Ryż. 2. Schematy włączania równoległego uzwojenia watomierza

Jeżeli nie uwzględnimy przesunięć fazowych między prądami i napięciami w cewkach i przyjmiemy, że obciążenie H jest czysto czynne, błędy βa) i β(b), wynikające z energochłonności uzwojeń watomierza, dla obwody z ryc. 2, aib:

gdzie P.i i P.ti — odpowiednio moc pobierana przez szeregowe i równoległe obwody watomierza.

Ze wzorów na βa) i β(b) widać, że błędy mogą mieć zauważalne wartości tylko przy pomiarze mocy w obwodach małej mocy, tj. gdy Pi i P.ti są współmierne z Rn.

Jeśli zmienisz znak tylko jednego z prądów, zmieni się kierunek odchylenia ruchomej części watomierza.

Watomierz ma dwie pary cęgów (obwody szeregowe i równoległe) iw zależności od ich włączenia do obwodu, kierunek wychylenia wskazówki może być różny. W celu prawidłowego podłączenia watomierza, jeden z cęgów z każdej pary jest oznaczony „*” (gwiazdką) i nazywany jest „zaciskiem generatora”.