Spínací obvod wattmetru
K přímému měření výkonu stejnosměrného obvodu se používá wattmetr. Pevná sériová cívka nebo proudová cívka wattmetru je zapojena do série s přijímači elektrické energie. Pohyblivá paralelní cívka nebo napěťová cívka zapojená do série s přídavným odporem tvoří paralelní obvod wattmetru, který je zapojen paralelně s energetickými přijímači.
Úhel natočení pohyblivé části wattmetru:
a = k2IIu = k2U/Ru
kde I — sériový proud cívky; Azi — proud paralelní cívky wattmetru.
Rýže. 1. Schéma zařízení a zapojení wattmetru
Protože v důsledku použití dodatečného odporu má paralelní obvod wattmetru téměř konstantní odpor rth, pak α = (k2 / Ru) IU = k2IU = k3P
Tedy podle úhlu natočení pohyblivé části wattmetru lze odhadnout výkon obvodu.
Wattmetr jednotná stupnice.Při práci s wattmetrem je třeba mít na paměti, že změna směru proudu v jedné z cívek způsobí změnu směru točivého momentu a směru otáčení pohyblivé cívky, a protože měřítko wattmetr je obvykle vyroben jednostranně, to znamená, že dílky stupnice jsou umístěny od nuly doprava, pak při špatném směru proudu v jedné z cívek nebude možné určit naměřenou hodnotu z wattmetru.
Z těchto důvodů byste měli vždy rozlišovat mezi svorkami wattmetru. Svorka sériové cívky připojené ke zdroji energie se nazývá generátor a je na zařízeních a schématech označena hvězdičkou. Svorka paralelního obvodu připojená k vodiči připojenému k sériové cívce se také nazývá svorka generátoru a je označena hvězdičkou.
Při správném spínacím obvodu wattmetru jsou tedy proudy ve vinutí wattmetru směrovány ze svorek generátoru na svorky negenerátoru. Mohou existovat dva spínací obvody wattmetru (viz obr. 2 a obr. 3).
Rýže. 2. Správné schéma zapojení wattmetru
Rýže. 3. Správné schéma zapojení wattmetru
Ve schématu na Obr. 2 je proud sériového vinutí wattmetru roven proudu energetických přijímačů, jejichž výkon je měřen, a paralelní obvod wattmetru je pod napětím U' větším než je napětí přijímačů o hodnotu pokles napětí v sériové cívce. Proto PB = IU'= I (U + U1) = IU = IU1 výkon naměřený wattmetrem se rovná výkonu měřených přijímačů energie a výkonu sériového vinutí wattmetru.
Ve schématu na Obr.3 je napětí v paralelním obvodu wattmetru rovno napětí přijímačů a proud v sériové cívce je větší než proud spotřebovaný přijímačem o hodnotu proudu v paralelním obvodu wattmetru. Tedy Pc = U (I + Iu) = UI + UIu, výkon naměřený wattmetrem se rovná výkonu přijímačů měřené energie a výkonu paralelního obvodu wattmetru.
Při měření, kde lze zanedbat výkon wattmetrových cívek, je vhodnější použít obvod znázorněný na Obr. 2, protože obvykle je výkon sériové cívky menší než paralelní cívky, a proto bude údaj wattmetru přesnější.
Pro přesná měření je nutné provést korekce odečtů wattmetru, vzhledem k síle jeho vinutí, a v takových případech je obvod z Obr. 3, protože korekce se snadno vypočítá podle vzorce U2/Ru, kde Ru je obvykle známé a korekce zůstává nezměněna při různých hodnotách proudu, pokud je U konstantní.
Když zapnete wattmetr podle schématu na obr. 2, potenciály na koncích cívek se liší pouze velikostí úbytku napětí na pohyblivé cívce, protože vývody generátoru cívek jsou spojeny dohromady. Pokles napětí na pohyblivé cívce je zanedbatelný ve srovnání s napětím v paralelním obvodu, protože odpor této cívky je zanedbatelný ve srovnání s odporem paralelního obvodu.
Rýže. 4. Špatný obvod připojení wattmetru
Na Obr. 4 je uveden nesprávný paralelní obvod wattmetru.Zde jsou svorky generátoru vinutí spojeny přídavným odporem, v důsledku čehož se potenciální rozdíl mezi konci cívek rovná napětí obvodu (někdy velmi významných 240 - 600 V), a protože stacionární a pohyblivé vinutí jsou v těsné blízkosti vedle sebe, jsou vytvořeny příznivé podmínky pro zničení izolace cívek. Kromě toho bude pozorována elektrostatická interakce mezi cívkami s velmi rozdílným potenciálem, což může způsobit další chybu v měření výkonu v obvodu.