Мерење једносмерне и наизменичне једнофазне струје

Из израза за снагу једносмерне струје П = ИУ види се да се може мерити помоћу амперметра и волтметра индиректном методом. Међутим, у овом случају потребно је извршити истовремена очитавања са два инструмента и прорачуне, што компликује мерење и смањује његову тачност.

За мерење снаге у ДЦ и једнофазна наизменична струја користе уређаје зване ватметри који користе електродинамичке и феродинамичке мерне механизме.

Електродинамички ватметри се производе у облику преносних уређаја са високим класама тачности (0,1 — 0,5) и користе се за тачна мерења наизменичне и једносмерне струје на индустријским и повишеним фреквенцијама (до 5000 Хз). Феродинамички ватметри се чешће налазе у облику панел инструмената са релативно ниском класом тачности (1,5 — 2,5).

Такви ватметри се углавном користе у индустријској фреквенцији наизменичне струје. При једносмерној струји имају значајну грешку због хистерезе језгра.

За мерење снаге на високим фреквенцијама користе се термоелектрични и електронски ватметри, који су магнетоелектрични мерни механизам опремљен претварачем активне снаге у једносмерну струју. Претварач снаге врши операцију множења уи = п и добијања сигнала на излазу који зависи од производа уи, односно снаге.

На сл. 1, а приказана је могућност коришћења електродинамичког мерног механизма за конструисање ватметра и мерење снаге.

Пиринач. 1. Шема укључивања ватметра (а) и векторски дијаграм (б)

Стационарни калем 1, повезан у серију са колом оптерећења, назива се серијски коло ватметра, покретни калем 2 (са додатним отпорником), повезан паралелно са оптерећењем, паралелно коло.

За константни ватметар:

Размотрите рад електродинамичког ватметра на наизменичну струју. Векторски дијаграм сл. 1, б је конструисан за индуктивну природу оптерећења. Вектор струје Иу паралелно коло заостаје за вектором У за угао γ због неке индуктивности покретног калема.

Из овог израза следи да ватметар исправно мери снагу само у два случаја: када је γ = 0 и γ = φ.

Стање γ = 0 може се постићи стварањем напонска резонанца у паралелном колу, на пример, укључивањем кондензатора Ц одговарајућег капацитета, као што је приказано испрекиданом линијом на сл. 1, а. Међутим, напонска резонанца ће бити само на одређеној специфичној фреквенцији. Услов за промену фреквенције γ = 0 је нарушен. Када γ није једнако 0, ватметар мери снагу са грешком βи, која се назива угаона грешка.

При малој вредности угла γ (γ обично не више од 40 — 50 '), релативна грешка

При угловима φ близу 90 °, угаона грешка може достићи велике вредности.

Друга, специфична грешка ватметара је грешка узрокована потрошњом енергије његових калемова.

Приликом мерења снаге коју троши оптерећење, два склопна кола ватметра, који се разликује по укључивању свог паралелног кола (слика 2).

Пиринач. 2. Шеме за укључивање паралелног намотаја ватметра

Ако не узмемо у обзир фазне помаке између струја и напона у калемовима и сматрамо да је оптерећење Х чисто активно, грешке βа) и β(б), због потрошње енергије намотаја ватметра, за кола на сл. 2, а и б:

где П.и и П.ти — респективно, снага коју троше серијска и паралелна кола ватметра.

Из формула за βа) и β(б) може се видети да грешке могу имати значајне вредности само при мерењу снаге у колима мале снаге, тј. када су Пи и П.ти сразмерни са Рн.

Ако промените предзнак само једне од струја, промениће се смер отклона покретног дела ватметра.

Ватметар има два пара стезаљки (серијска и паралелна кола) и у зависности од њиховог укључивања у коло, смер отклона показивача може бити различит. За исправно повезивање ватметра, једна од сваког пара стезаљки је означена са «*» (звездица) и назива се «генераторска стезаљка».