Měření stejnosměrného a střídavého jednofázového proudu

Z výrazu pro stejnosměrný výkon P = IU je vidět, že jej lze měřit pomocí ampérmetru a voltmetru nepřímou metodou. V tomto případě je však nutné provádět současné odečty ze dvou přístrojů a výpočty, které měření komplikují a snižují jeho přesnost.

Pro měření výkonu ve DC a jednofázový střídavý proud používají přístroje zvané wattmetry, které využívají elektrodynamické a ferodynamické měřicí mechanismy.

Elektrodynamické wattmetry jsou vyráběny ve formě přenosných zařízení s vysokou třídou přesnosti (0,1 — 0,5) a používají se pro přesná měření střídavého a stejnosměrného výkonu na průmyslových a zvýšených frekvencích (do 5000 Hz). Ferodynamické wattmetry se častěji vyskytují ve formě panelových přístrojů s relativně nízkou třídou přesnosti (1,5 — 2,5).

Takové wattmetry se používají hlavně v průmyslovém frekvenčním střídavém proudu. Při stejnosměrném proudu mají značnou chybu v důsledku hystereze jader.

Pro měření výkonu na vysokých frekvencích se používají termoelektrické a elektronické wattmetry, což je magnetoelektrický měřicí mechanismus vybavený převodníkem činného výkonu na stejnosměrný proud. Výkonový měnič provádí operaci násobení ui = p a získává na výstupu signál, který závisí na součinu ui, tedy výkonu.

Na Obr. 1 a je znázorněna možnost použití elektrodynamického měřícího mechanismu pro konstrukci wattmetru a měření výkonu.

Rýže. 1. Schéma spínání wattmetru (a) a vektorový diagram (b)

Stacionární cívka 1, zapojená do série se zátěžovým obvodem, se nazývá sériový obvod wattmetru, pohyblivá cívka 2 (s přídavným rezistorem), zapojená paralelně se zátěží, paralelní obvod.

Pro konstantní wattmetr:

Zvažte provoz elektrodynamického wattmetru na střídavý proud. Vektorový diagram Obr. 1, b je konstruován pro indukční charakter zátěže. Vektor proudu Iu paralelní obvod zaostává za vektorem U o úhel γ v důsledku určité indukčnosti pohyblivé cívky.

Z tohoto výrazu vyplývá, že wattmetr správně měří výkon pouze ve dvou případech: když γ = 0 a γ = φ.

Stavu γ = 0 lze dosáhnout vytvořením napěťová rezonance v paralelním obvodu, například zahrnutím kondenzátoru C o odpovídající kapacitě, jak je znázorněno tečkovanou čarou na obr. 1, a. Napěťová rezonance však bude pouze na určité konkrétní frekvenci. Podmínka pro změnu frekvence γ = 0 je porušena. Když se γ nerovná 0, wattmetr měří výkon s chybou βy, která se nazývá úhlová chyba.

Při malé hodnotě úhlu γ (γ obvykle ne více než 40 — 50 '), relativní chyba

Při úhlech φ blízkých 90° může úhlová chyba dosahovat velkých hodnot.

Druhou, specifickou chybou wattmetrů je chyba způsobená příkonem jeho cívek.

Při měření výkonu spotřebovaného zátěží dva wattmetrové spínací obvody, lišící se zařazením svého paralelního obvodu (obr. 2).

Rýže. 2. Schémata zapnutí paralelního vinutí wattmetru

Pokud nebereme v úvahu fázové posuny mezi proudy a napětími v cívkách a považujeme zátěž H za čistě aktivní, chyby βa) a β(b), způsobené spotřebou energie vinutí wattmetru, pro obvody z Obr. 2, a a b:

kde P.i a P.ti – v tomto pořadí, výkon spotřebovaný sériovým a paralelním obvodem wattmetru.

Ze vzorců pro βa) a β(b) je vidět, že chyby mohou mít citelné hodnoty pouze při měření výkonu v obvodech s nízkým výkonem, tzn. když Pi a P.ti jsou úměrné Rn.

Pokud změníte znaménko pouze jednoho z proudů, změní se směr výchylky pohyblivé části wattmetru.

Wattmetr má dva páry svorek (sériový a paralelní obvod) a v závislosti na jejich zařazení do obvodu může být směr vychýlení ručičky různý. Pro správné připojení wattmetru je jedna z každého páru svorek označena «*» (hvězdička) a nazývá se «svorka generátoru».