DC és AC egyfázisú áram mérése
A P = IU egyenáramú teljesítmény kifejezésből látható, hogy ampermérővel és voltmérővel mérhető indirekt módszerrel. Ebben az esetben azonban egyidejűleg két műszerből és számításból kell leolvasást végezni, ami bonyolítja a méréseket és csökkenti a pontosságát.
Teljesítmény mérésére DC-ben és egyfázisú váltakozó áram wattmérőknek nevezett eszközöket használnak, amelyek elektrodinamikus és ferrodinamikai mérőmechanizmusokat alkalmaznak.
Az elektrodinamikus wattmérőket nagy pontossági osztályú (0,1–0,5) hordozható eszközök formájában állítják elő, és az AC és DC teljesítmény pontos mérésére szolgálnak ipari és emelt frekvenciákon (5000 Hz-ig). A ferrodinamikus wattmérők gyakrabban találhatók panelműszerek formájában, amelyek pontossági osztálya viszonylag alacsony (1,5–2,5).
Az ilyen wattmérőket főként ipari frekvenciájú váltakozó áramban használják. Egyenáramnál jelentős hibájuk van a magok hiszterézise miatt.
A teljesítmény nagyfrekvenciás mérésére termoelektromos és elektronikus wattmérőket használnak, amelyek aktív teljesítmény-egyenáram átalakítóval ellátott magnetoelektromos mérőmechanizmusok. A teljesítményátalakító az ui = p szorzás műveletét hajtja végre, és a kimeneten olyan jelet kap, amely az ui szorzattól, vagyis a teljesítménytől függ.
ábrán. Az 1. ábra egy elektrodinamikus mérőmechanizmus alkalmazásának lehetőségét mutatja wattmérő felépítésére és teljesítmény mérésére.
Rizs. 1. Wattmérő kapcsolási séma (a) és vektordiagram (b)
A terhelő áramkörrel sorba kapcsolt álló 1 tekercset a wattmérő soros áramkörének, a terheléssel párhuzamosan kapcsolt 2 mozgótekercset (kiegészítő ellenállással) párhuzamos áramkörnek nevezzük.
Állandó wattmérőhöz:
Tekintsük az elektrodinamikus wattmérő működését váltakozó árammal. Vektor diagram ábra. Az 1. ábrán b a terhelés induktív jellegére készült. Iu áramvektor a párhuzamos áramkör a mozgó tekercs valamilyen induktivitása miatt γ szöggel lemarad az U vektortól.
Ebből a kifejezésből következik, hogy a wattmérő csak két esetben mér helyesen a teljesítményt: amikor γ = 0 és γ = φ.
A γ = 0 állapot létrehozásával érhető el feszültségrezonancia párhuzamos áramkörben, például egy megfelelő kapacitású C kondenzátor beépítésével, amint az a 1. ábrán szaggatott vonallal látható. 1, a. A feszültségrezonancia azonban csak egy bizonyos frekvencián lesz. A frekvencia γ = 0 változtatásának feltétele megsértődik. Ha γ nem egyenlő 0-val, a wattmérő βy hibával méri a teljesítményt, amit szöghibának nevezünk.
A γ szög kis értékénél (γ általában nem több, mint 40-50') relatív hiba
A φ 90°-hoz közeli szögeknél a szöghiba nagy értékeket érhet el.
A wattmérők második, specifikus hibája a tekercseinek teljesítményfelvétele által okozott hiba.
A terhelés által fogyasztott teljesítmény mérésekor kettő wattmérő kapcsoló áramkörök, amely a párhuzamos áramkör beépítésében különbözik (2. ábra).
Rizs. 2. Sémák a wattmérő párhuzamos tekercselésének bekapcsolására
Ha nem vesszük figyelembe a tekercsekben lévő áramok és feszültségek közötti fáziseltolódásokat, és a H terhelést tisztán aktívnak tekintjük, akkor a wattmérő tekercseinek energiafogyasztásából adódó βa) és β(b) hibák a ábra áramkörei. 2, a és b:
ahol P.i és P.ti – a wattmérő soros és párhuzamos áramkörei által fogyasztott teljesítmény.
A βa) és β(b) képletekből látható, hogy a hibáknak csak kis teljesítményű áramkörökben történő teljesítményméréskor lehet észrevehető értéke, pl. amikor Pi és P.ti arányos Rn-nel.
Ha csak az egyik áram előjelét változtatja meg, a wattmérő mozgó részének eltérítési iránya megváltozik.
A wattmérő két bilincspárral rendelkezik (soros és párhuzamos áramkörök), és az áramkörbe való beépítésüktől függően a mutató eltérítési iránya eltérő lehet. A wattmérő helyes csatlakoztatása érdekében minden bilincspár egyikét «*» (csillag) jelölik, és ezt «generátorbilincsnek» nevezik.