Messung von einphasigem Gleich- und Wechselstrom

Aus dem Ausdruck für Gleichstromleistung P = IU ist ersichtlich, dass diese indirekt mit einem Amperemeter und einem Voltmeter gemessen werden kann. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, gleichzeitige Messungen von zwei Instrumenten und Berechnungen durchzuführen, was die Messungen erschwert und ihre Genauigkeit verringert.

Zur Messung der Leistung in Gleichstrom und einphasiger Wechselstrom Sie verwenden Geräte namens Wattmeter, die elektrodynamische und ferrodynamische Messmechanismen nutzen.

Elektrodynamische Wattmeter werden in Form tragbarer Geräte mit hohen Genauigkeitsklassen (0,1 – 0,5) hergestellt und für genaue Messungen von Wechsel- und Gleichstrom bei industriellen und erhöhten Frequenzen (bis zu 5000 Hz) verwendet. Ferrodynamische Wattmeter sind häufiger in Form von Tafelmessgeräten mit einer relativ niedrigen Genauigkeitsklasse (1,5 – 2,5) anzutreffen.

Solche Wattmeter werden hauptsächlich bei Wechselstrom mit industrieller Frequenz eingesetzt. Bei Gleichstrom weisen sie aufgrund der Hysterese der Kerne einen erheblichen Fehler auf.

Zur Leistungsmessung bei hohen Frequenzen werden thermoelektrische und elektronische Wattmeter verwendet, bei denen es sich um magnetoelektrische Messmechanismen handelt, die mit einem aktiven Leistungs-Gleichstrom-Wandler ausgestattet sind. Der Leistungswandler führt die Multiplikation ui = p durch und erhält am Ausgang ein Signal, das vom Produkt ui, also der Leistung, abhängt.

In Abb. In Abb. 1 wird die Möglichkeit aufgezeigt, mit einem elektrodynamischen Messmechanismus ein Wattmeter zu konstruieren und die Leistung zu messen.

Reis. 1. Schaltschema des Wattmeters (a) und Vektordiagramm (b)

Die stationäre Spule 1, in Reihe mit dem Lastkreis geschaltet, wird Reihenschaltung des Wattmeters genannt, die bewegliche Spule 2 (mit einem zusätzlichen Widerstand), parallel zur Last geschaltet, Parallelschaltung.

Für ein Konstant-Wattmeter:

Betrachten Sie den Betrieb eines elektrodynamischen Wattmeters mit Wechselstrom. Vektordiagramm Abb. 1, b ist für die induktive Natur der Last konstruiert. Stromvektor Iu Die Parallelschaltung hinkt dem Vektor U aufgrund einer gewissen Induktivität der beweglichen Spule um den Winkel γ hinterher.

Aus diesem Ausdruck folgt, dass das Wattmeter die Leistung nur in zwei Fällen korrekt misst: wenn γ = 0 und γ = φ.

Ein Zustand γ = 0 kann durch Erstellen erreicht werden Spannungsresonanz in einer Parallelschaltung, beispielsweise durch Einbeziehung eines Kondensators C der entsprechenden Kapazität, wie durch eine gepunktete Linie in Abb. dargestellt. 1, a. Allerdings tritt die Spannungsresonanz nur bei einer bestimmten Frequenz auf. Bedingung für Frequenzänderung γ = 0 ist verletzt. Wenn γ ungleich 0 ist, misst das Wattmeter die Leistung mit einem Fehler βy, der als Winkelfehler bezeichnet wird.

Bei einem kleinen Wert des Winkels γ (γ normalerweise nicht mehr als 40 - 50 '), relativer Fehler

Bei Winkeln φnahe 90° kann der Winkelfehler große Werte erreichen.

Der zweite, spezifische Fehler von Wattmetern ist der Fehler, der durch den Stromverbrauch seiner Spulen verursacht wird.

Bei der Messung der von der Last verbrauchten Leistung zwei Schaltkreise für Wattmeter, unterscheidet sich in der Einbeziehung seiner Parallelschaltung (Abb. 2).

Reis. 2. Schemata zum Einschalten der Parallelwicklung des Wattmeters

Wenn wir die Phasenverschiebungen zwischen den Strömen und Spannungen in den Spulen nicht berücksichtigen und die Last H als rein aktiv betrachten, ergeben sich aufgrund des Energieverbrauchs der Wattmeterwicklungen die Fehler βa) und β(b). Schaltungen von Abb. 2, a und b:

wobei P.i und P.ti jeweils die von den Reihen- und Parallelschaltungen des Wattmeters verbrauchte Leistung sind.

Aus den Formeln für βa) und β(b) ist ersichtlich, dass Fehler nur bei der Leistungsmessung in Stromkreisen mit geringer Leistung nennenswerte Werte annehmen können, d.h. wenn Pi und P.ti im Verhältnis zu Rn stehen.

Wenn Sie nur das Vorzeichen eines der Ströme ändern, ändert sich die Auslenkungsrichtung des beweglichen Teils des Wattmeters.

Das Wattmeter verfügt über zwei Klemmenpaare (Reihen- und Parallelschaltung) und je nach Einbindung in die Schaltung kann die Ausschlagrichtung des Zeigers unterschiedlich sein. Für den korrekten Anschluss des Wattmeters ist jeweils eine Klemme jedes Paars mit einem „*“ (Sternchen) gekennzeichnet und wird „Generatorklemme“ genannt.