Medida de corriente monofásica DC y AC
De la expresión para la potencia de corriente continua P = IU, se puede ver que se puede medir usando un amperímetro y un voltímetro por un método indirecto. Sin embargo, en este caso, es necesario realizar lecturas simultáneas de dos instrumentos y cálculos, lo que complica las mediciones y reduce su precisión.
Para medir la potencia en CC y corriente alterna monofasica utilizan dispositivos llamados vatímetros que utilizan mecanismos de medición electrodinámicos y ferrodinámicos.
Los vatímetros electrodinámicos se producen en forma de dispositivos portátiles con clases de alta precisión (0,1 - 0,5) y se utilizan para mediciones precisas de potencia de CA y CC a frecuencias industriales y elevadas (hasta 5000 Hz). Los vatímetros ferrodinámicos se encuentran más a menudo en forma de instrumentos de panel con una clase de precisión relativamente baja (1,5 - 2,5).
Dichos vatímetros se utilizan principalmente en corriente alterna de frecuencia industrial. En corriente continua tienen un error importante debido a la histéresis de los núcleos.
Para medir la potencia a altas frecuencias se utilizan vatímetros termoeléctricos y electrónicos, que son un mecanismo de medida magnetoeléctrico equipado con un convertidor de potencia activa a corriente continua. El convertidor de potencia realiza la operación de multiplicación ui = p y obtiene una señal en la salida que depende del producto ui, es decir, la potencia.
En la Fig. 1, y se muestra la posibilidad de utilizar un mecanismo de medición electrodinámico para construir un vatímetro y medir la potencia.
Arroz. 1. Esquema de conmutación de vatímetro (a) y diagrama vectorial (b)
La bobina estacionaria 1, conectada en serie con el circuito de carga, se denomina circuito en serie del vatímetro, la bobina móvil 2 (con una resistencia adicional), conectada en paralelo con la carga, el circuito en paralelo.
Para un vatímetro constante:
Considere el funcionamiento de un vatímetro electrodinámico en corriente alterna. Diagrama vectorial fig. 1, b está construido para la naturaleza inductiva de la carga. El vector de corriente Iu del circuito paralelo se retrasa respecto del vector U en el ángulo γ debido a alguna inductancia de la bobina móvil.
De esta expresión se deduce que el vatímetro mide correctamente la potencia solo en dos casos: cuando γ = 0 y γ = φ.
Se puede lograr un estado γ = 0 creando resonancia de voltaje en un circuito paralelo, por ejemplo, incluyendo un capacitor C de la capacitancia correspondiente, como se muestra con una línea de puntos en la fig. 1, un. Sin embargo, la resonancia de voltaje solo estará a una cierta frecuencia específica. Se viola la condición para el cambio de frecuencia γ = 0. Cuando γ no es igual a 0, el vatímetro mide la potencia con un error βy, que se denomina error angular.
En un valor pequeño del ángulo γ (γ generalmente no más de 40 - 50 '), error relativo
En ángulos φ cercanos a 90°, el error angular puede alcanzar valores elevados.
El segundo error específico de los vatímetros es el error causado por el consumo de energía de sus bobinas.
Al medir la potencia consumida por la carga, dos circuitos de conmutación de vatímetro, diferenciándose en la inclusión de su circuito en paralelo (Fig. 2).
Arroz. 2. Esquemas para encender el devanado paralelo del vatímetro.
Si no tenemos en cuenta los desfases entre las corrientes y tensiones en las bobinas y consideramos que la carga H es puramente activa, los errores βa) y β(b), debido al consumo de energía de los devanados del vatímetro, para la circuitos de la fig. 2, a y b:
donde P.i y P.ti, respectivamente, la potencia consumida por los circuitos en serie y paralelo del vatímetro.
De las fórmulas para βa) y β(b), se puede ver que los errores pueden tener valores apreciables solo cuando se mide la potencia en circuitos de baja potencia, es decir cuando Pi y P.ti conmensurables con Rn.
Si cambia el signo de una sola de las corrientes, cambiará la dirección de desviación de la parte móvil del vatímetro.
El vatímetro tiene dos pares de pinzas (circuitos en serie y en paralelo) y dependiendo de su inclusión en el circuito, la dirección de desviación de la aguja puede ser diferente. Para la correcta conexión del vatímetro, una de cada pareja de pinzas está marcada con un «*» (asterisco) y se denomina «pinza generador».