Misura della corrente continua e alternata monofase

Dall'espressione per la potenza in corrente continua P = IU, si può vedere che può essere misurata usando un amperometro e un voltmetro con un metodo indiretto. Tuttavia, in questo caso, è necessario eseguire letture simultanee da due strumenti e calcoli, che complicano le misurazioni e ne riducono la precisione.

Per misurare la potenza in DC e corrente alternata monofase utilizzano dispositivi chiamati wattmetri che utilizzano meccanismi di misurazione elettrodinamici e ferrodinamici.

I wattmetri elettrodinamici sono prodotti sotto forma di dispositivi portatili con classi di elevata precisione (0,1 — 0,5) e vengono utilizzati per misurazioni accurate della potenza CA e CC a frequenze industriali e elevate (fino a 5000 Hz). I wattmetri ferrodinamici si trovano più spesso sotto forma di strumenti a pannello con una classe di precisione relativamente bassa (1,5 - 2,5).

Tali wattmetri sono utilizzati principalmente nella corrente alternata a frequenza industriale. In corrente continua presentano un errore significativo dovuto all'isteresi dei nuclei.

Per misurare la potenza alle alte frequenze vengono utilizzati i wattmetri termoelettrici ed elettronici, che sono un meccanismo di misura magnetoelettrico dotato di un convertitore attivo di potenza in corrente continua. Il convertitore di potenza esegue l'operazione di moltiplicazione ui = pe ottenendo in uscita un segnale che dipende dal prodotto ui, cioè dalla potenza.

Nella fig. 1, e viene mostrata la possibilità di utilizzare un meccanismo di misura elettrodinamico per costruire un wattmetro e misurare la potenza.

Riso. 1. Schema di commutazione del wattmetro (a) e diagramma vettoriale (b)

La bobina stazionaria 1, collegata in serie al circuito di carico, è chiamata circuito in serie del wattmetro, la bobina mobile 2 (con un resistore aggiuntivo), collegata in parallelo al carico, il circuito parallelo.

Per un wattmetro costante:

Considera il funzionamento di un wattmetro elettrodinamico su corrente alternata. Diagramma vettoriale fig. 1, b è costruito per la natura induttiva del carico. Vettore di corrente Iu ​​il circuito parallelo è in ritardo rispetto al vettore U dell'angolo γ a causa di una certa induttanza della bobina mobile.

Da questa espressione segue che il wattmetro misura correttamente la potenza solo in due casi: quando γ = 0 e γ = φ.

Uno stato γ = 0 può essere raggiunto creando risonanza di tensione in un circuito parallelo, per esempio, includendo un condensatore C della capacità corrispondente, come mostrato da una linea tratteggiata in fig. 1, un. Tuttavia, la risonanza di tensione sarà solo a una determinata frequenza specifica. La condizione per il cambio di frequenza γ = 0 è violata. Quando γ non è uguale a 0, il wattmetro misura la potenza con un errore βy, detto errore angolare.

A un piccolo valore dell'angolo γ (γ di solito non più di 40 — 50 '), errore relativo

Ad angoli φvicini a 90°, l'errore angolare può raggiungere valori elevati.

Il secondo errore specifico dei wattmetri è l'errore causato dal consumo energetico delle sue bobine.

Quando si misura la potenza consumata dal carico, due circuiti di commutazione del wattmetro, differendo per l'inclusione del suo circuito parallelo (Fig. 2).

Riso. 2. Schemi per accendere l'avvolgimento parallelo del wattmetro

Se non si tiene conto degli sfasamenti tra le correnti e le tensioni nelle bobine e si considera il carico H puramente attivo, gli errori βa) e β(b), dovuti al consumo energetico degli avvolgimenti del wattmetro, per il circuiti di fig. 2, a e b:

dove P.i e P.ti — rispettivamente, la potenza consumata dai circuiti in serie e in parallelo del wattmetro.

Dalle formule per βa) e β(b) si può vedere che gli errori possono avere valori apprezzabili solo quando si misura la potenza in circuiti a bassa potenza, cioè quando Pi e P.ti sono commisurati a Rn.

Se cambi il segno di una sola delle correnti, cambierà la direzione della deflessione della parte mobile del wattmetro.

Il wattmetro ha due coppie di morsetti (circuiti in serie e in parallelo) e, a seconda della loro inclusione nel circuito, la direzione di deflessione del puntatore può essere diversa. Per il corretto collegamento del wattmetro, uno di ciascuna coppia di morsetti è contrassegnato da un «*» (asterisco) ed è denominato «morsetto generatore».