Obwód przełączający watomierza
Watomierz służy do bezpośredniego pomiaru mocy obwodu prądu stałego. Cewka szeregowa lub cewka prądowa watomierza jest połączona szeregowo z odbiornikami energii elektrycznej. Ruchoma cewka równoległa lub cewka napięciowa połączona szeregowo z dodatkowym opornikiem tworzy obwód równoległy watomierza, który jest połączony równolegle z odbiornikami energii.
Kąt obrotu ruchomej części watomierza:
α = k2IIu = k2U / Ru
gdzie I — szeregowy prąd cewki; Azi — prąd cewki równoległej watomierza.
Ryż. 1. Schemat urządzenia i podłączenia watomierza
Ponieważ w wyniku zastosowania dodatkowej rezystancji obwód równoległy watomierza ma prawie stałą rezystancję rth, to α = (k2 / Ru) IU = k2IU = k3P
Zatem na podstawie kąta obrotu ruchomej części watomierza można oszacować moc obwodu.
Jednolita skala watomierza.Podczas pracy z watomierzem należy pamiętać, że zmiana kierunku prądu w jednej z cewek powoduje zmianę kierunku momentu obrotowego i kierunku wirowania ruchomej cewki, a ponieważ skala watomierz jest zwykle wykonany jednostronnie, to znaczy podziałki skali znajdują się od zera do prawej, wtedy przy niewłaściwym kierunku prądu w jednej z cewek niemożliwe będzie określenie zmierzonej wartości z watomierza.
Z tych powodów należy zawsze rozróżniać cęgi watomierza. Zacisk cewki szeregowej podłączonej do źródła zasilania nazywa się generatorem i jest oznaczony na urządzeniach i schematach gwiazdką. Zacisk obwodu równoległego podłączony do przewodu połączonego z cewką szeregową jest również nazywany zaciskiem generatora i jest oznaczony gwiazdką.
Tak więc, przy prawidłowym obwodzie przełączania watomierza, prądy w uzwojeniach watomierza są kierowane z zacisków generatora do zacisków innych niż generator. Mogą istnieć dwa obwody przełączające watomierzy (patrz ryc. 2 i ryc. 3).
Ryż. 2. Prawidłowy schemat połączeń watomierza
Ryż. 3. Prawidłowy schemat połączeń watomierza
Na schemacie pokazanym na ryc. 2, prąd szeregowego uzwojenia watomierza jest równy prądowi odbiorników energii, których moc jest mierzona, a w obwodzie równoległym watomierza występuje napięcie U' większe od napięcia odbiorników o wartość spadek napięcia w cewce szeregowej. Zatem PB = IU '= I (U + U1) = IU = IU1 moc mierzona przez watomierz jest równa mocy mierzonych odbiorników energii i mocy szeregowego uzwojenia watomierza.
Na schemacie pokazanym na ryc.3, napięcie w obwodzie równoległym watomierza jest równe napięciu odbiorników, a prąd w cewce szeregowej jest większy od prądu pobieranego przez odbiornik o wartość prądu w obwodzie równoległym watomierza. Zatem Pc = U (I + Iu) = UI + UIu, moc mierzona przez watomierz jest równa mocy odbiorników mierzonej energii i mocy obwodu równoległego watomierza.
Podczas wykonywania pomiarów, w których można pominąć moc cewek watomierza, zaleca się użycie obwodu pokazanego na ryc. 2, ponieważ zwykle moc cewki szeregowej jest mniejsza niż cewki równoległej i dlatego odczyt watomierza będzie dokładniejszy.
W celu uzyskania dokładnych pomiarów konieczne jest dokonanie korekty wskazań watomierza ze względu na siłę jego uzwojenia, aw takim przypadku obwód z rys. 3, ponieważ poprawkę można łatwo obliczyć ze wzoru U2/Ru, gdzie Ru jest zwykle znane, a poprawka pozostaje niezmieniona przy różnych wartościach prądu, jeśli U jest stałe.
Po włączeniu watomierza zgodnie ze schematem na ryc. 2, potencjały na końcach cewek różnią się tylko wielkością spadku napięcia na ruchomej cewce, ponieważ zaciski generatora cewek są ze sobą połączone. Spadek napięcia na ruchomej cewce jest pomijalny w porównaniu z napięciem w obwodzie równoległym, ponieważ rezystancja tej cewki jest pomijalna w porównaniu z rezystancją obwodu równoległego.
Ryż. 4. Nieprawidłowy obwód podłączenia watomierza
na ryc. 4 podano nieprawidłowy obwód równoległy watomierza.Tutaj zaciski generatora uzwojeń są połączone dodatkową rezystancją, w wyniku czego różnica potencjałów między końcami cewek jest równa napięciu obwodu (czasem bardzo znacznemu 240 — 600 V), a ponieważ nieruchomy i ruchomy uzwojenia znajdują się blisko siebie, powstają warunki sprzyjające zniszczeniu izolacji cewek. Dodatkowo będzie obserwowane oddziaływanie elektrostatyczne między cewkami o bardzo różnych potencjałach, co może powodować dodatkowy błąd pomiaru mocy w obwodzie.