Līdzstrāvas un maiņstrāvas vienfāzes strāvas mērīšana
No līdzstrāvas jaudas izteiksmes P = IU var redzēt, ka to var izmērīt, izmantojot ampērmetru un voltmetru ar netiešu metodi. Tomēr šajā gadījumā ir nepieciešams vienlaicīgi veikt divu instrumentu nolasījumus un aprēķinus, kas sarežģī mērījumus un samazina to precizitāti.
Lai izmērītu jaudu līdzstrāvas un vienfāzes maiņstrāva viņi izmanto ierīces, ko sauc par vatmetriem, kas izmanto elektrodinamiskos un ferodinamiskos mērīšanas mehānismus.
Elektrodinamiskie vatmetri tiek ražoti pārnēsājamu ierīču veidā ar augstām precizitātes klasēm (0,1-0,5) un tiek izmantoti precīziem maiņstrāvas un līdzstrāvas jaudas mērījumiem rūpnieciskās un paaugstinātās frekvencēs (līdz 5000 Hz). Ferodinamiskie vatmetri biežāk sastopami paneļu instrumentu veidā ar salīdzinoši zemu precizitātes klasi (1,5 — 2,5).
Šādus vatmetrus galvenokārt izmanto rūpnieciskās frekvences maiņstrāvā. Pie līdzstrāvas tiem ir būtiska kļūda serdeņu histerēzes dēļ.
Jaudas mērīšanai augstās frekvencēs tiek izmantoti termoelektriskie un elektroniskie vatmetri, kas ir magnetoelektrisks mērīšanas mehānisms, kas aprīkots ar aktīvās jaudas uz līdzstrāvas pārveidotāju. Jaudas pārveidotājs veic reizināšanas operāciju ui = p un signāla iegūšanu izejā, kas ir atkarīgs no reizinājuma ui, tas ir, jaudas.
attēlā. 1, un parādīta iespēja izmantot elektrodinamisko mērīšanas mehānismu vatmetra konstruēšanai un jaudas mērīšanai.
Rīsi. 1. Vatmetra pārslēgšanas shēma (a) un vektoru diagramma (b)
Stacionāro spoli 1, kas savienota virknē ar slodzes ķēdi, sauc par vatmetra virknes ķēdi, kustīgo spoli 2 (ar papildu rezistoru), kas savienota paralēli slodzei, par paralēlo ķēdi.
Pastāvīgam vatmetram:
Apsveriet elektrodinamiskā vatmetra darbību ar maiņstrāvu. Vektoru diagramma att. 1, b ir konstruēts slodzes induktīvā rakstura dēļ. Strāvas vektors Iu paralēlā ķēde atpaliek no vektora U par leņķi γ zināmas kustīgās spoles induktivitātes dēļ.
No šīs izteiksmes izriet, ka vatmetrs pareizi mēra jaudu tikai divos gadījumos: kad γ = 0 un γ = φ.
Stāvokli γ = 0 var panākt, izveidojot sprieguma rezonanse paralēlā shēmā, piemēram, iekļaujot atbilstošās kapacitātes kondensatoru C, kā parādīts ar punktētu līniju attēlā. 1, a. Tomēr sprieguma rezonanse būs tikai noteiktā frekvencē. Frekvences maiņas nosacījums γ = 0 ir pārkāpts. Ja γ nav vienāds ar 0, vatmetrs mēra jaudu ar kļūdu βy, ko sauc par leņķisko kļūdu.
Pie nelielas leņķa γ vērtības (γ parasti ne vairāk kā 40–50') relatīvā kļūda
Leņķos φ tuvu 90 ° leņķiskā kļūda var sasniegt lielas vērtības.
Otrā, specifiskā vatmetru kļūda ir kļūda, ko izraisa tā spoļu enerģijas patēriņš.
Mērot slodzes patērēto jaudu, divi vatmetru komutācijas ķēdes, kas atšķiras ar tās paralēlās ķēdes iekļaušanu (2. att.).
Rīsi. 2. Shēmas vatmetra paralēlā tinuma ieslēgšanai
Ja neņemam vērā fāzes nobīdes starp strāvām un spriegumiem spolēs un uzskatām, ka slodze H ir tīri aktīva, kļūdas βa) un β(b) vatmetra tinumu enerģijas patēriņa dēļ. att. 2, a un b:
kur P.i un P.ti — attiecīgi jauda, ko patērē vatmetra virknes un paralēlās ķēdes.
No βa) un β(b) formulām var redzēt, ka kļūdām var būt ievērojamas vērtības, tikai mērot jaudu mazjaudas ķēdēs, t.i. kad Pi un P.ti samērojami ar Rn.
Ja maināt zīmi tikai vienai no strāvām, mainīsies vatmetra kustīgās daļas novirzes virziens.
Vatmetram ir divi skavu pāri (sērijveida un paralēlās ķēdes), un atkarībā no to iekļaušanas ķēdē rādītāja novirzes virziens var būt atšķirīgs. Pareizam vatmetra savienojumam viens no katra skavu pāra ir atzīmēts ar «*» (zvaigznīte) un tiek saukts par «ģeneratora skavu».