Μέτρηση μονοφασικού ρεύματος DC και AC

Από την έκφραση για την ισχύ συνεχούς ρεύματος P = IU, μπορεί να φανεί ότι μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας ένα αμπερόμετρο και ένα βολτόμετρο με μια έμμεση μέθοδο. Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθούν ταυτόχρονες μετρήσεις από δύο όργανα και υπολογισμοί, οι οποίοι περιπλέκουν τις μετρήσεις και μειώνουν την ακρίβειά τους.

Για τη μέτρηση ισχύος σε DC και μονοφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιούν συσκευές που ονομάζονται βατόμετρα που χρησιμοποιούν ηλεκτροδυναμικούς και σιδηροδυναμικούς μηχανισμούς μέτρησης.

Τα ηλεκτροδυναμικά βατόμετρα παράγονται με τη μορφή φορητών συσκευών με υψηλές κατηγορίες ακρίβειας (0,1 — 0,5) και χρησιμοποιούνται για ακριβείς μετρήσεις ισχύος AC και DC σε βιομηχανικές και υψηλές συχνότητες (έως 5000 Hz). Τα σιδηροδυναμικά βατόμετρα βρίσκονται συχνότερα με τη μορφή οργάνων πίνακα με σχετικά χαμηλή κατηγορία ακρίβειας (1,5 — 2,5).

Τέτοια βαττόμετρα χρησιμοποιούνται κυρίως σε βιομηχανικό εναλλασσόμενο ρεύμα συχνότητας. Στο συνεχές ρεύμα έχουν σημαντικό σφάλμα λόγω της υστέρησης των πυρήνων.

Για τη μέτρηση ισχύος σε υψηλές συχνότητες, χρησιμοποιούνται θερμοηλεκτρικά και ηλεκτρονικά βατόμετρα, τα οποία είναι ένας μαγνητοηλεκτρικός μηχανισμός μέτρησης εξοπλισμένος με μετατροπέα ενεργού ισχύος σε συνεχές ρεύμα. Ο μετατροπέας ισχύος εκτελεί τη λειτουργία του πολλαπλασιασμού ui = p και λαμβάνοντας ένα σήμα στην έξοδο που εξαρτάται από το γινόμενο ui, δηλαδή την ισχύ.

Στο σχ. 1, και φαίνεται η δυνατότητα χρήσης ενός ηλεκτροδυναμικού μηχανισμού μέτρησης για την κατασκευή ενός βατόμετρου και τη μέτρηση της ισχύος.

Ρύζι. 1. Σχέδιο μεταγωγής βατόμετρου (α) και διανυσματικό διάγραμμα (β)

Το σταθερό πηνίο 1, συνδεδεμένο σε σειρά με το κύκλωμα φορτίου, ονομάζεται κύκλωμα σειράς του βατόμετρου, το κινούμενο πηνίο 2 (με μια πρόσθετη αντίσταση), συνδεδεμένο παράλληλα με το φορτίο, το παράλληλο κύκλωμα.

Για σταθερό βατόμετρο:

Εξετάστε τη λειτουργία ενός ηλεκτροδυναμικού βατόμετρου σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Διανυσματικό διάγραμμα εικ. 1, b είναι κατασκευασμένο για την επαγωγική φύση του φορτίου. Το διάνυσμα ρεύματος Iu το παράλληλο κύκλωμα υστερεί πίσω από το διάνυσμα U κατά τη γωνία γ λόγω κάποιας αυτεπαγωγής του κινούμενου πηνίου.

Από αυτή την έκφραση προκύπτει ότι το βατόμετρο μετρά σωστά την ισχύ μόνο σε δύο περιπτώσεις: όταν γ = 0 και γ = φ.

Μια κατάσταση γ = 0 μπορεί να επιτευχθεί με τη δημιουργία συντονισμός τάσης σε ένα παράλληλο κύκλωμα, για παράδειγμα, συμπεριλαμβάνοντας έναν πυκνωτή C της αντίστοιχης χωρητικότητας, όπως φαίνεται από μια διακεκομμένη γραμμή στο σχ. 1, α. Ωστόσο, ο συντονισμός τάσης θα είναι μόνο σε μια συγκεκριμένη συγκεκριμένη συχνότητα. Παραβιάζεται συνθήκη αλλαγής συχνότητας γ = 0. Όταν το γ δεν είναι ίσο με 0, το βατόμετρο μετρά την ισχύ με ένα σφάλμα βy, το οποίο ονομάζεται γωνιακό σφάλμα.

Σε μια μικρή τιμή της γωνίας γ (γ συνήθως όχι μεγαλύτερη από 40 — 50 '), σχετικό σφάλμα

Σε γωνίες φ κοντά στις 90 °, το γωνιακό σφάλμα μπορεί να φτάσει μεγάλες τιμές.

Το δεύτερο, ειδικό σφάλμα των βατόμετρων είναι το σφάλμα που προκαλείται από την κατανάλωση ισχύος των πηνίων του.

Κατά τη μέτρηση της ισχύος που καταναλώνεται από το φορτίο, δύο κυκλώματα μεταγωγής βατόμετρου, που διαφέρει ως προς τη συμπερίληψη του παράλληλου κυκλώματος του (Εικ. 2).

Ρύζι. 2. Σχέδια για την ενεργοποίηση της παράλληλης περιέλιξης του βατόμετρου

Εάν δεν λάβουμε υπόψη τις μετατοπίσεις φάσης μεταξύ των ρευμάτων και των τάσεων στα πηνία και θεωρήσουμε ότι το φορτίο H είναι καθαρά ενεργό, τα σφάλματα βa) και β(b), λόγω της κατανάλωσης ενέργειας των περιελίξεων του βατόμετρου, για το κυκλώματα του σχ. 2, α και β:

όπου P.i και P.ti — αντίστοιχα, η ισχύς που καταναλώνεται από τα σειριακά και τα παράλληλα κυκλώματα του βατόμετρου.

Από τους τύπους για βa) και β(b), μπορεί να φανεί ότι τα σφάλματα μπορούν να έχουν αξιόλογες τιμές μόνο κατά τη μέτρηση ισχύος σε κυκλώματα χαμηλής ισχύος, δηλ. όταν τα Pi και P.ti είναι ανάλογα με το Rn.

Εάν αλλάξετε το πρόσημο ενός μόνο από τα ρεύματα, η φορά εκτροπής του κινούμενου τμήματος του βατόμετρου θα αλλάξει.

Το βατόμετρο έχει δύο ζεύγη σφιγκτήρων (κυκλώματα σειράς και παράλληλα) και ανάλογα με τη συμπερίληψή τους στο κύκλωμα, η κατεύθυνση εκτροπής του δείκτη μπορεί να είναι διαφορετική. Για τη σωστή σύνδεση του βατόμετρου, ένας από κάθε ζεύγος σφιγκτήρων σημειώνεται με «*» (αστερίσκος) και ονομάζεται «σφιγκτήρας γεννήτριας».