การวัดทางไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว การวัดกำลังไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับเฟสเดียว

ค่าพลังงานที่ใช้งานใน วงจรเฟสเดียว กระแสสลับกำหนดโดยสูตร P \u003d UI cos phi โดยที่ U คือแรงดันของตัวรับ V, I คือกระแสของตัวรับ A, phi คือการเลื่อนเฟสระหว่างแรงดันและกระแส

จะเห็นได้จากสูตรที่ว่ากำลังในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับสามารถกำหนดได้ทางอ้อมโดยเปิดอุปกรณ์สามตัว: แอมมิเตอร์ โวลต์มิเตอร์ และเฟสมิเตอร์ อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ เราไม่สามารถพึ่งพาความแม่นยำในการวัดที่มากขึ้นได้ เนื่องจากข้อผิดพลาดในการวัดกำลังไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับผลรวมของข้อผิดพลาดของอุปกรณ์ทั้งสามเท่านั้น แต่ยังขึ้นกับข้อผิดพลาดของวิธีการวัดที่เกิดจากวิธีแอมป์มิเตอร์และโวลต์มิเตอร์ เปิด. ดังนั้น วิธีนี้สามารถใช้ได้เมื่อไม่ต้องการความแม่นยำในการวัดสูงเท่านั้น

ถ้า พลังที่ใช้งานจำเป็นต้องวัดอย่างถูกต้อง เป็นการดีที่สุดที่จะใช้ wattmeters ของระบบอิเล็กโทรไดนามิกหรือ wattmeters อิเล็กทรอนิกส์ สำหรับการวัดแบบคร่าวๆ สามารถใช้วัตต์มิเตอร์แบบเฟอร์โรไดนามิกได้

หากแรงดันไฟฟ้าในวงจรน้อยกว่าขีด จำกัด การวัดแรงดันของวัตต์ กระแสโหลดจะน้อยกว่ากระแสที่อนุญาตของอุปกรณ์วัด ดังนั้นวงจรสำหรับเชื่อมต่อวัตต์กับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะคล้ายกับวงจรสำหรับเชื่อมต่อ วัตต์มิเตอร์ต่อวงจร กระแสตรง. นั่นคือขดลวดปัจจุบันเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับโหลดและขดลวดแรงดันไฟฟ้าเชื่อมต่อแบบขนานกับโหลด

เมื่อเชื่อมต่อวัตต์มิเตอร์ไฟฟ้า โปรดทราบว่าพวกมันมีขั้วไม่เพียงแต่ในวงจร DC แต่ยังอยู่ในวงจร AC ด้วย เพื่อให้แน่ใจว่าการเบี่ยงเบนที่ถูกต้อง (ไปทางมาตราส่วน) ของลูกศรอุปกรณ์จากศูนย์ จุดเริ่มต้นของขดลวดบนแผงหน้าปัดจะแสดงด้วยจุดหรือเครื่องหมายดอกจัน แคลมป์ที่ทำเครื่องหมายในลักษณะนี้เรียกว่า แคลมป์เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เนื่องจากพวกมันเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน

ขดลวดคงที่ของ wattmeter สามารถเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับโหลดที่กระแสโหลด 10 - 20 A เท่านั้น หากกระแสโหลดมากกว่าขดลวดปัจจุบันของ wattmeter จะถูกเปิดผ่าน หม้อแปลงวัดหมุนเวียน.

ในการวัดกำลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีตัวประกอบกำลังไฟฟ้าต่ำ ควรใช้วัตต์มิเตอร์แบบโคไซน์ต่ำแบบพิเศษ มาตราส่วนของพวกเขาบ่งชี้ว่าค่าของ cos phi นั้นมีไว้สำหรับอะไร

เมื่อ cos fi<1, то для исключения перегрузки электродинамического ваттметра нужно включать контрольные амперметр и вольтметр. Например, ваттметр с номинальным током Iи=5 А может показать полное отклонение при токе I = 5 А и cos фи =1 и при токе I =6,25 Аиcos фи =1 (так кaк I = Iн / cos фи). Во втором случае ваттметр будет перегружен.

หากกระแสโหลดมากกว่ากระแสที่อนุญาตของ wattmeter ขดลวดปัจจุบันของ wattmeter จะถูกเปิดผ่านหม้อแปลงกระแสการวัด (รูปที่ 1, a)

ข้าว. 1. แบบแผนสำหรับการเชื่อมต่อวัตต์กับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีกระแสไฟขนาดใหญ่ (a) และเครือข่ายไฟฟ้าแรงสูง (b)

เมื่อเลือกหม้อแปลงกระแส จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ากระแสหลักที่กำหนดของหม้อแปลง I1i เท่ากับหรือมากกว่ากระแสที่วัดได้ในเครือข่าย

ตัวอย่างเช่นหากค่าของกระแสในโหลดถึง 20 A คุณสามารถใช้หม้อแปลงกระแสที่ออกแบบมาสำหรับกระแสไฟหลักที่ 20 A ที่มีอัตราส่วนการแปลงกระแสไฟที่กำหนด Kn1 = I1i / I2i = 20/5 = 4

หากในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าในวงจรการวัดมีค่าน้อยกว่าที่วัตต์มิเตอร์อนุญาต แสดงว่าขดลวดแรงดันไฟฟ้าเชื่อมต่อโดยตรงกับแรงดันโหลด จุดเริ่มต้นของคอยล์แรงดันพร้อมจัมเปอร์ / เชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้นของคอยล์ปัจจุบัน จำเป็นต้องติดตั้งจัมเปอร์ 2 ด้วย (จุดเริ่มต้นของขดลวดเชื่อมต่อกับเครือข่าย) จุดสิ้นสุดของขดลวดแรงดันไฟฟ้าเชื่อมต่อกับขั้วต่อเครือข่ายอื่น

ในการกำหนดกำลังไฟฟ้าจริงในวงจรที่วัดได้ จำเป็นต้องคูณการอ่านวัตต์ด้วยอัตราส่วนการแปลงพิกัดของหม้อแปลงกระแส:

P = Pw x Kn1 = Pw x 4

หากกระแสในเครือข่ายสามารถเกิน 20 A คุณควรเลือกหม้อแปลงกระแสที่มีกระแสไฟหลักที่ 50 A ในขณะที่ Kn1 = 50/5 = 10

ในกรณีนี้ ในการกำหนดค่าพลังงาน การอ่านค่าวัตต์จะต้องคูณด้วย 10

เมื่อทำการวัดกำลังไฟฟ้าในวงจรสามเฟสด้วยสองวัตต์ ไม่เพียงแต่สามารถประหยัดหนึ่งวัตต์เท่านั้น แต่ยังสามารถตัดสินค่าตัวประกอบกำลังของเครื่องรับไฟฟ้าแบบสามเฟสโดยประมาณจากการอ่านค่าได้อีกด้วย

ตัวอย่างเช่น หากโหลดในเฟสทำงานและสมมาตร ค่าที่อ่านได้ของวัตต์ทั้งสองจะเท่ากัน สามารถเห็นได้จากแผนภาพเวกเตอร์ (รูปที่ 1, c)

กระแสตรงกับทิศทางของแรงดันเฟส (เครื่องรับเชื่อมต่อกับดาว): IA ปัจจุบันที่มีแรงดันไฟฟ้า UA และ IB ปัจจุบันที่มีแรงดันไฟฟ้า UB เนื่องจากโหลดทำงานอยู่ มุม ψ1 ระหว่าง UAC และ IA คือ 30° และมุม ψ2 ระหว่าง UBC และ IB จะเป็น 30° ด้วย

ข้าว. 1. โครงการเชื่อมต่อวัตต์มิเตอร์สองตัวกับเครือข่ายสามสาย (a, b) และไดอะแกรมเวกเตอร์ของแรงดันและกระแสที่ cos f=1 (c) และ cos f=0.5 (d)

ค่าพลังงานที่วัดโดยวัตต์จะถูกกำหนดโดยนิพจน์เดียวกัน:

Рw1 = UACIAcosψ1= UlIl cos30°,

Pw1 = UBCIBcosψ2 = UlIl cos30°

หากโหลดเป็นแบบแอกทีฟอินดัคทีฟและค่าโคไซน์คือ 0.5 นั่นคือมุม φ = 60° จากนั้นมุม ψ1= 30° และมุม ψ2 = 90° (รูปที่ 1, d)

การอ่านค่าวัตต์จะเป็นดังนี้:

Pw1 = UlIl cos30°

Pw1 = UlIl cos90°

หากการอ่านค่าวัตต์มิเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งเท่ากับศูนย์ แสดงว่าค่าโคไซน์ไฟลดลงเหลือ 0.5

แผนภาพยังแสดงให้เห็นว่าถ้าโคไซน์ phi ในเครือข่ายน้อยกว่า 0.5 นั่นคือมุม φ จะมากกว่า 60 ° จากนั้นมุม ψ2 จะมากกว่า 90 ° และจะนำไปสู่การอ่านค่าของ wattmeters ที่สองกลายเป็นลบ ลูกศรของอุปกรณ์จะเริ่มเบี่ยงเบนไปในทิศทางอื่น (โดยปกติ wattmeters ที่ทันสมัยจะมีสวิตช์ทิศทางปัจจุบันในขดลวดเคลื่อนที่) พลังงานทั้งหมดในกรณีนี้เท่ากับความแตกต่างในการอ่านค่าวัตต์

หากโหลดมีความสมมาตรตามการอ่านสองวัตต์คุณสามารถคำนวณค่าของ cos φ ได้อย่างแม่นยำโดยใช้สูตร

cos φ = P/S = P/(√P2 + Q2),

โดยที่ P = Pw1 + Pw2 - กำลังไฟฟ้าของเครื่องรับพลังงานสามเฟส, W, Q = √3 (Pw1 + Pw2) - กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟของเครื่องรับพลังงานสามเฟส นิพจน์สุดท้ายแสดงให้เห็นว่าหากความแตกต่างในการอ่านค่าวัตต์มิเตอร์สองตัวคูณด้วย √3 จะได้รับค่ากำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟของเครื่องรับพลังงานสามเฟส

จากการแสดงออกของกระแสไฟตรง จะเห็นได้ว่าสามารถวัดได้โดยใช้แอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์โดยวิธีทางอ้อม อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ จำเป็นต้องอ่านเครื่องมือสองเครื่องพร้อมกันและการคำนวณ ซึ่งจะทำให้การวัดซับซ้อนและลดความแม่นยำลง

ในการวัดกำลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับแบบเฟสเดียวและแบบเฟสเดียว จะใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า wattmeters ซึ่งใช้กลไกการวัดแบบอิเล็กโทรไดนามิกและเฟอโรไดนามิก

วัตต์มิเตอร์ไฟฟ้าไดนามิกผลิตขึ้นในรูปแบบของเครื่องมือแบบพกพาที่มีคลาสความแม่นยำสูง (0.1 - 0.5) และใช้สำหรับการวัดที่แม่นยำของพลังงานตรงและกระแสสลับที่ความถี่อุตสาหกรรมและเพิ่มขึ้น (สูงถึง 5,000 Hz) วัตตฌมิเตอรฌแบบเฟอโรไดนามิกมักพบอยูจในรูปแบบของเครื่องมือวัดแบบพาเนลที่มีระดับความแมจนยําค่อนข้างต่ำ (1.5 - 2.5)

วัตต์มิเตอร์ดังกล่าวส่วนใหญ่จะใช้กับกระแสสลับของความถี่อุตสาหกรรม ที่กระแสตรงมีข้อผิดพลาดที่สำคัญเนื่องจากฮิสเทรีซิสของแกนกลาง

ในการวัดกำลังไฟฟ้าที่ความถี่สูง จะใช้วัตต์มิเตอร์แบบเทอร์โมอิเล็กทริกและแบบอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเป็นกลไกการวัดแบบแมกนีโตอิเล็กทริกที่ติดตั้งตัวแปลงกำลังไฟฟ้าเป็นกระแสตรงแบบแอคทีฟ ในตัวแปลงกำลังไฟฟ้า จะมีการคูณและได้สัญญาณเอาท์พุตที่ขึ้นอยู่กับ UI ของผลิตภัณฑ์ กล่าวคือ กำลังไฟฟ้า

ข้าว. 8.3.

หากเราไม่คำนึงถึงการเลื่อนเฟสระหว่างกระแสและแรงดันในขดลวด และพิจารณาโหลด H ทำงานอย่างหมดจด ข้อผิดพลาดและเนื่องจากการใช้พลังงานของขดลวดวัตต์สำหรับวงจร (รูปที่ 8.3):

โดยที่และ คือ พลังงานที่ใช้โดยอนุกรมและวงจรคู่ขนานของวัตต์มิเตอร์

สามารถเห็นได้จากสูตรและข้อผิดพลาดสามารถมีค่าที่สังเกตได้เฉพาะเมื่อวัดกำลังไฟฟ้าในวงจรพลังงานต่ำเช่น เมื่อ และ เทียบเท่ากับ .

หากคุณเปลี่ยนเครื่องหมายของกระแสเพียงกระแสเดียว ทิศทางการเบี่ยงเบนของส่วนที่เคลื่อนที่ของวัตต์จะเปลี่ยนไป

วัตต์มิเตอร์มีแคลมป์สองคู่ (วงจรอนุกรมและวงจรขนาน) และทิศทางของการเบี่ยงเบนของตัวบ่งชี้อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการรวมไว้ในวงจร หากต้องการเปิดวัตต์อย่างถูกต้อง เทอร์มินัลแต่ละคู่จะมีเครื่องหมาย "*" (เครื่องหมายดอกจัน) และเรียกว่า "เทอร์มินัลเครื่องกำเนิดไฟฟ้า"

การวัดกำลังโดยใช้เอฟเฟกต์ฮอลล์

การคูณค่าความต่างศักย์และศักย์ไฟฟ้าเมื่อวัดกำลังไฟฟ้าสามารถทำได้โดยใช้ตัวแปลงเซมิคอนดักเตอร์ของฮอลล์

หากแผ่นเซมิคอนดักเตอร์พิเศษซึ่งกระแส I ไหล (รูปที่ 8.4) ตื่นเต้นด้วยสนามไฟฟ้าความแรง E ถูกวางในสนามแม่เหล็กที่มีความแรง H (การเหนี่ยวนำ B) จากนั้นระหว่างจุดที่วางอยู่บนเส้นตรงตั้งฉาก ไปยังทิศทางของกระแสไหล I และสนามแม่เหล็ก มีความต่างศักย์ (Hall effect) นิยามเป็น

โดยที่ k คือสัมประสิทธิ์ของสัดส่วน

ข้าว. 8.4.

ตามทฤษฎีบท Umov-Poynting ความหนาแน่นฟลักซ์ของกำลังส่งของการสั่นของไมโครเวฟ ณ จุดหนึ่งในสนามถูกกำหนดโดยผลคูณของความแรงทางไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กของสนามนี้:

ดังนั้น หากกระแส I เป็นฟังก์ชันของความเข้มไฟฟ้า E จากนั้นใช้เซ็นเซอร์ Hall คุณจะได้รับการพึ่งพาแรงดันไฟฟ้าต่อไปนี้ในกำลังที่ส่ง:

โดยที่ g คือสัมประสิทธิ์คงที่ซึ่งแสดงลักษณะเฉพาะของตัวอย่าง ในการวัดกำลังดังกล่าว เวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ (Hall plate - HRP) จะถูกวางลงในท่อนำคลื่นดังที่แสดง (รูปที่ 8.5)

ข้าว. 8.5.

มิเตอร์ไฟฟ้าที่พิจารณามีข้อดีดังต่อไปนี้:

1. สามารถทำงานได้ในทุกภาระงาน ไม่ใช่แค่เพียงโหลดที่ตรงกันเท่านั้น
2. ความเร็วสูงของวัตต์มิเตอร์ทำให้สามารถใช้งานได้เมื่อวัดกำลังพัลส์

อย่างไรก็ตาม การใช้งานจริงของ Hall effect wattmeters เป็นงานที่ค่อนข้างยากเนื่องจากมีหลายปัจจัย อย่างไรก็ตาม มีวัตต์มิเตอร์ที่วัดกำลังพัลส์ที่ส่งถึง 100 กิโลวัตต์โดยมีข้อผิดพลาดไม่เกิน 10%

วิธีการวัดกำลังที่ความถี่สูงและความถี่ไมโครเวฟ

กำลังในความหมายทั่วไปคือปริมาณทางกายภาพ ซึ่งกำหนดโดยงานที่ทำต่อหน่วยเวลา หน่วยของกำลัง - วัตต์ (W) - สอดคล้องกับกำลังงานที่หนึ่งจูล (J) ดำเนินการในหนึ่งวินาที

สำหรับกระแสตรงและกระแสสลับความถี่ต่ำ การวัดกำลังไฟฟ้าโดยตรงมักจะถูกแทนที่ด้วยการวัดค่าที่มีประสิทธิภาพของแรงดันไฟฟ้าที่โหลด U ค่าประสิทธิผลของกระแสที่ไหลผ่านโหลด I และมุมเฟสระหว่างกระแสกับแรงดัน ในกรณีนี้ กำลังจะถูกกำหนดโดยนิพจน์:

ในช่วงไมโครเวฟ การวัดแรงดันและกระแสทำได้ยาก ความสามารถในการเปรียบเทียบขนาดของวงจรอินพุตของอุปกรณ์วัดที่มีความยาวคลื่นเป็นหนึ่งในสาเหตุของความกำกวมของการวัดแรงดันและกระแส

การวัดจะมาพร้อมกับข้อผิดพลาดด้านความถี่ที่สำคัญ ควรเสริมว่าการวัดแรงดันและกระแสในเส้นทางท่อนำคลื่นสำหรับคลื่นบางประเภทสูญเสียความหมายเชิงปฏิบัติ เนื่องจากไม่มีส่วนประกอบตามยาวในตัวนำ และความต่างศักย์ระหว่างปลายของเส้นผ่านศูนย์กลางส่วนท่อนำคลื่นจะเป็นศูนย์ ดังนั้น ที่ความถี่ตั้งแต่สิบเมกะเฮิรตซ์ การวัดกำลังไฟฟ้าโดยตรงจึงเป็นที่นิยมและแม่นยำกว่า และที่ความถี่สูงกว่า 1,000 MHz นี่เป็นการวัดประเภทเดียวที่แสดงลักษณะเฉพาะของความเข้มของการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างชัดเจน

สำหรับการวัดกำลังไฟฟ้าไมโครเวฟโดยตรง จะใช้วิธีการโดยยึดตามกฎฟิสิกส์พื้นฐาน รวมถึงวิธีการวัดปริมาณพื้นฐานโดยตรง ได้แก่ มวล ความยาว และเวลา

แม้จะมีวิธีการที่หลากหลายในการวัดกำลังไมโครเวฟ แต่ทั้งหมดล้วนมาจากการแปลงพลังงานของการสั่นของคลื่นไมโครเวฟแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพลังงานประเภทอื่นที่มีให้สำหรับการวัด: ความร้อน เชิงกล ฯลฯ ในบรรดาอุปกรณ์สำหรับวัดกำลังไมโครเวฟ wattmeters ตามวิธีการทางความร้อน นิยมใช้กันมากที่สุด นอกจากนี้ยังใช้วิธีการอื่น ๆ อีกหลายอย่าง เช่น ยานสำรวจ โพรบและอื่น ๆ

หลักการทำงานของมิเตอร์วัดกำลังไมโครเวฟส่วนใหญ่ เรียกว่าวัตต์ อิงจากการวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิหรือความต้านทานขององค์ประกอบซึ่งพลังงานของการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ศึกษาจะกระจายไป เครื่องมือที่ใช้ปรากฏการณ์นี้ ได้แก่ เครื่องวัดพลังงานความร้อนและความร้อน Wattmeters ที่ใช้ปรากฏการณ์ Ponderomotive (แรงไฟฟ้าเครื่องกล) และ wattmeters ที่ทำงานบน Hall effect เป็นที่แพร่หลาย ลักษณะเฉพาะของประการแรกคือความเป็นไปได้ของการวัดกำลังแบบสัมบูรณ์ และประการที่สองคือการวัดกำลังไฟฟ้าโดยไม่คำนึงถึงเส้นทาง RF ที่ตรงกัน

ตามวิธีการรวมในเส้นทางส่งสัญญาณ wattmeters ของประเภทผ่านและประเภทการดูดซับจะแตกต่างกัน วัตต์มิเตอร์ผ่านเป็นเครือข่ายสี่ขั้วซึ่งดูดซับพลังงานเพียงส่วนเล็ก ๆ เท่านั้น วัตต์มิเตอร์แบบดูดกลืนซึ่งเป็นเครือข่ายแบบสองขั้วเชื่อมต่อกันที่ส่วนท้ายของสายส่งไฟฟ้า และในกรณีที่เหมาะสมที่สุด พลังทั้งหมดของคลื่นตกกระทบจะถูกดูดกลืนเข้าไป วัตต์มิเตอร์แบบส่งผ่านมักจะใช้มิเตอร์ชนิดดูดซับที่เชื่อมต่อกับเส้นทางผ่านไดเรคชั่นนอลคัปเปิ้ล

วิธีการวัดพลังงานความร้อนจะขึ้นอยู่กับการแปลงพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อนในความต้านทานโหลด ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของมิเตอร์ ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมานั้นพิจารณาจากข้อมูลการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในโหลดหรือในสภาพแวดล้อมที่มีการถ่ายเทความร้อน มีแคลอรีมิเตอร์แบบคงที่ (อะเดียแบติก) และโฟลว์ (ไม่ใช่อะเดียแบติก) ในขั้นแรก กำลังไมโครเวฟจะกระจายไปในโหลดที่เป็นฉนวนความร้อน และในขั้นที่สอง จะมีการไหลของของเหลวที่มีแคลอรีเมตริกอย่างต่อเนื่อง เครื่องวัดความร้อนช่วยให้คุณวัดกำลังไฟฟ้าตั้งแต่มิลลิวัตต์ไปจนถึงหลายร้อยกิโลวัตต์ แคลอรีมิเตอร์แบบสถิตจะวัดระดับพลังงานต่ำและปานกลาง ในขณะที่แคลอรีมิเตอร์แบบไหลจะวัดระดับพลังงานปานกลางและสูง

สภาวะสมดุลความร้อนในโหลดความร้อนมีรูปแบบดังนี้

โดยที่ P คือกำลังไมโครเวฟที่กระจายไปในโหลด T และ T 0 คืออุณหภูมิของโหลดและสิ่งแวดล้อมตามลำดับ c , m – ความร้อนจำเพาะและมวลของวัตถุแคลอรี่; k คือค่าสัมประสิทธิ์การกระจายความร้อน คำตอบของสมการแสดงเป็น

ค่าคงที่เวลาความร้อนอยู่ที่ไหน

ในกรณีของเครื่องวัดความร้อนแบบสถิต เวลาในการวัดจะน้อยกว่าค่าคงที่มากและกำลังไมโครเวฟคือ:

องค์ประกอบหลักของแคลอรีมิเตอร์แบบสถิตคือโหลดฉนวนความร้อนและอุปกรณ์วัดอุณหภูมิ คำนวณกำลังไมโครเวฟที่ดูดซับได้ง่ายจากอัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่วัดได้และความจุความร้อนที่ทราบของโหลด

อุปกรณ์ใช้การสิ้นสุดความถี่สูงที่หลากหลายในวัสดุไดอิเล็กทริกที่เป็นของแข็งหรือของเหลวที่มีการสูญเสีย เช่นเดียวกับในรูปแบบของแผ่นหรือฟิล์มที่มีความต้านทานสูง เทอร์โมคัปเปิลและเครื่องวัดอุณหภูมิต่างๆ ใช้เพื่อกำหนดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

พิจารณาเครื่องวัดความร้อนแบบสถิตซึ่งข้อกำหนดสำหรับฉนวนกันความร้อนลดลงและไม่จำเป็นต้องกำหนดความจุความร้อนของการบรรจุความร้อน (รูปที่ 8.6) แบบแผนนี้ใช้วิธีทดแทน ในนั้นเพื่อปรับเทียบอุปกรณ์ 4 ซึ่งวัดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นระหว่างการกระเจิงของพลังงานที่วัดได้ที่จ่ายให้กับแขน 1 จะใช้พลังงานที่รู้จักของกระแสตรงหรือกระแสความถี่ต่ำที่จ่ายให้กับแขน 2 สันนิษฐานว่า อุณหภูมิของหัวฉีด 3 เปลี่ยนไปในลักษณะเดียวกันเมื่อค่าพลังงานไมโครเวฟและกระแสตรงเท่ากัน แคลอรีมิเตอร์แบบสถิตทำให้สามารถวัดกำลังไฟฟ้าได้หลายมิลลิวัตต์โดยมีข้อผิดพลาดน้อยกว่า

จากการแสดงออกของกำลังไฟฟ้าที่กระแสคงที่ P = IU จะเห็นได้ว่าสามารถวัดได้โดยใช้แอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์ในทางอ้อม แต่ในกรณีนี้ จำเป็นต้องสร้างการอ่านพร้อมกันบนอุปกรณ์สองเครื่องและการคำนวณที่ทำให้การวัดซับซ้อนและลดความแม่นยำลง

ในการวัดกำลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับแบบคงที่และแบบเฟสเดียว จะใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า wattmeters ซึ่งใช้กลไกการวัดแบบอิเล็กโทรไดนามิกและเฟอโรไดนามิก

วัตต์มิเตอร์ไฟฟ้าแบบไดนามิกผลิตขึ้นในรูปแบบของอุปกรณ์พกพาที่มีคลาสความแม่นยำสูง (0.1 - 0.5) และใช้สำหรับการวัดที่ชัดเจนของพลังงานตรงและกระแสสลับที่ความถี่อุตสาหกรรมและความถี่สูง (สูงถึง 5,000 Hz) วัตต์มิเตอร์แบบเฟอโรไดนามิกมักพบได้ในรูปแบบของอุปกรณ์ป้องกันที่มีระดับความแม่นยำค่อนข้างต่ำ (1.5 - 2.5)

วัตต์มิเตอร์ดังกล่าวส่วนใหญ่จะใช้กับกระแสสลับของความถี่อุตสาหกรรม ที่กระแสคงที่พวกเขามีข้อผิดพลาดที่สำคัญเนื่องจากฮิสเทรีซิสของแกนกลาง

ในการวัดกำลังไฟฟ้าที่ความถี่สูง จะใช้เทอร์โมอิเล็กทริกและวัตต์มิเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งเป็นกลไกการวัดแบบแมกนีโตอิเล็กทริกที่ติดตั้งตัวแปลงพลังงานแอคทีฟให้เป็นกระแสคงที่ ในตัวแปลงกำลัง การดำเนินการคูณ ui = p จะดำเนินการและได้รับสัญญาณเอาท์พุตที่ขึ้นอยู่กับ ui ของผลิตภัณฑ์ กล่าวคือ กำลังไฟฟ้า

ในรูป 1 แสดงความเป็นไปได้ของการใช้กลไกการวัดทางไฟฟ้าแบบไดนามิกเพื่อสร้างวัตต์และวัดกำลัง

ข้าว. 1. แบบแผนของการเปิดวัตต์มิเตอร์ (a) และไดอะแกรมเวกเตอร์ (b)

ขดลวดคงที่ 1 ซึ่งเชื่อมต่อกับวงจรโหลดเรียกว่าวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ขดลวดเคลื่อนที่ 2 (พร้อมตัวต้านทานเพิ่มเติม) ซึ่งเชื่อมต่อแบบขนานกับโหลดเรียกว่าวงจรขนาน

สำหรับวัตต์มิเตอร์ที่ทำงานด้วยกระแสคงที่:

พิจารณาการทำงานของวัตต์มิเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ แผนภาพเวกเตอร์ 1, b ถูกสร้างขึ้นสำหรับลักษณะอุปนัยของโหลด เวกเตอร์ Iu ปัจจุบันของวงจรขนานทำให้เวกเตอร์ U ล่าช้าเป็นมุม γ เนื่องจากการเหนี่ยวนำของขดลวดเคลื่อนที่บางส่วน

จากนิพจน์นี้ wattmeter กำหนดกำลังอย่างถูกต้องใน 2 กรณีเท่านั้น: ที่ γ = 0 และ γ = φ

สภาพ γ = 0 สามารถทำได้โดยการสร้างเรโซแนนซ์เรโซแนนซ์ในวงจรขนาน ตัวอย่างเช่น โดยการเปิดตัวเก็บประจุ C ที่มีความจุที่เหมาะสม ดังที่แสดงโดยเส้นประในรูปที่ 1, ก. แต่เรโซแนนซ์แรงดันไฟฟ้าจะอยู่ที่ความถี่เฉพาะเท่านั้น ด้วยการกำหนดค่าความถี่ เงื่อนไข γ = 0 จะถูกละเมิด เมื่อ γ ไม่เท่ากับ 0 วัตต์มิเตอร์จะกำหนดกำลังไฟฟ้าโดยมีข้อผิดพลาด β yซึ่งเรียกว่าความคลาดเคลื่อนเชิงมุม

สำหรับมุมเล็กๆ γ (γ โดยปกติน้อยกว่า 40 - 50') ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์

ที่หัวมุม φ ใกล้ถึง 90° ข้อผิดพลาดเชิงมุมสามารถเข้าถึงค่ามหาศาลได้

ข้อผิดพลาดประการที่สองที่เฉพาะเจาะจงของวัตต์คือข้อผิดพลาดเนื่องจากการใช้พลังงานของคอยส์

เมื่อทำการวัดพลังงานที่ใช้โดยโหลด มีสองรูปแบบสำหรับการเปิดวัตต์ซึ่งแตกต่างกันในการรวมวงจรขนานของมัน (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. แบบแผนสำหรับการเปิดขดลวดขนานของวัตต์มิเตอร์

หากเราไม่คำนึงถึงการเลื่อนเฟสระหว่างกระแสและแรงดันในขดลวด และพิจารณาโหลด H ทำงานอย่างหมดจด ข้อผิดพลาด β (a) และ β (b) เนื่องจากการใช้พลังงานของขดลวดวัตต์สำหรับวงจร ของรูปที่ 2, และ ข:

ที่ไหน R i และ Pu เป็นพลังงานที่ใช้โดยวงจรไฟฟ้ากระแสสลับและขนานของวัตต์มิเตอร์ตามลำดับ

จะเห็นได้จากสูตรของ β (a) และ β (b) ว่าข้อผิดพลาดสามารถมีค่าที่สังเกตได้เฉพาะเมื่อวัดกำลังไฟฟ้าในวงจรพลังงานต่ำเท่านั้น เช่น เมื่อ Pi และ Pu มีค่าเท่ากับ Рn

หากคุณเปลี่ยนสัญลักษณ์ของกระแสที่ 1 เท่านั้น ทิศทางของความแตกต่างในส่วนที่เคลื่อนที่ของวัตต์จะเปลี่ยนไป

วัตต์มิเตอร์มีแคลมป์สองคู่ (วงจรสำรองและวงจรขนาน) และขึ้นอยู่กับการรวมไว้ในวงจร ทิศทางของความแตกต่างของตัวชี้อาจแตกต่างกันไป สำหรับการเชื่อมต่อที่ถูกต้องของวัตต์ แคลมป์แต่ละคู่จะมีเครื่องหมาย "*" (เครื่องหมายดอกจัน) ระบุ และเรียกว่า "แคลมป์เครื่องกำเนิดไฟฟ้า"

โรงเรียนช่างไฟฟ้า