Mjerenje istosmjerne i izmjenične jednofazne struje
Iz izraza za snagu istosmjerne struje P = IU vidljivo je da se ona može mjeriti ampermetrom i voltmetrom neizravnom metodom. Međutim, u ovom slučaju potrebno je izvršiti istovremeno očitavanje s dva instrumenta i izračune, što komplicira mjerenje i smanjuje njegovu točnost.
Za mjerenje snage u DC i jednofazna izmjenična struja koriste uređaje zvane vatmetri koji koriste elektrodinamičke i ferodinamičke mjerne mehanizme.
Elektrodinamički vatmetri proizvode se u obliku prijenosnih uređaja s visokim klasama točnosti (0,1 — 0,5) i koriste se za precizna mjerenja izmjenične i istosmjerne snage na industrijskim i povišenim frekvencijama (do 5000 Hz). Ferodinamički vatmetri se češće nalaze u obliku pločastih instrumenata s relativno niskom klasom točnosti (1,5 - 2,5).
Takvi se vatmetri uglavnom koriste u izmjeničnoj struji industrijske frekvencije. Kod istosmjerne struje imaju značajnu pogrešku zbog histereze jezgri.
Za mjerenje snage na visokim frekvencijama koriste se termoelektrični i elektronički vatmetri, koji su magnetoelektrični mjerni mehanizam opremljen pretvaračem aktivne snage u istosmjernu struju. Pretvarač snage izvodi operaciju množenja ui = p i dobivanja signala na izlazu koji ovisi o umnošku ui, odnosno snazi.
Na sl. 1, a prikazana je mogućnost korištenja elektrodinamičkog mjernog mehanizma za konstrukciju vatmetra i mjerenje snage.
Riža. 1. Preklopna shema vatmetra (a) i vektorski dijagram (b)
Stacionarni svitak 1, spojen u seriju s krugom opterećenja, naziva se serijski krug vatmetra, pokretni svitak 2 (s dodatnim otpornikom), spojen paralelno s opterećenjem, paralelni krug.
Za konstantni vatmetar:
Razmotrimo rad elektrodinamičkog vatmetra na izmjeničnu struju. Vektorski dijagram sl. 1, b konstruiran je za induktivnu prirodu opterećenja. Strujni vektor Iu paralelnog kruga zaostaje za vektorom U za kut γ zbog nekog induktiviteta pokretnog svitka.
Iz ovog izraza slijedi da vatmetar ispravno mjeri snagu samo u dva slučaja: kada je γ = 0 i γ = φ.
Stanje γ = 0 može se postići stvaranjem naponska rezonancija u paralelnom krugu, na primjer, uključivanjem kondenzatora C odgovarajućeg kapaciteta, kao što je prikazano točkastom linijom na sl. 1, a. Međutim, rezonancija napona bit će samo na određenoj specifičnoj frekvenciji. Uvjet za promjenu frekvencije γ = 0 je prekršen. Kada γ nije jednako 0, vatmetar mjeri snagu s pogreškom βy, koja se naziva kutna pogreška.
Pri maloj vrijednosti kuta γ (γ obično ne više od 40 - 50 '), relativna pogreška
Pod kutovima φ blizu 90 °, kutna pogreška može doseći velike vrijednosti.
Druga, specifična pogreška vatmetara je pogreška uzrokovana potrošnjom energije njegovih zavojnica.
Prilikom mjerenja snage koju troši opterećenje, dva sklopni krugovi vatmetara, razlikuju se u uključivanju svog paralelnog kruga (slika 2).
Riža. 2. Sheme za uključivanje paralelnog namota vatmetra
Ako ne uzmemo u obzir fazne pomake između struja i napona u zavojnicama i smatramo da je opterećenje H čisto aktivno, pogreške βa) i β(b), zbog potrošnje energije namota vatmetra, za strujni krugovi na sl. 2, a i b:
gdje su P.i i P.ti — snaga koju troše serijski i paralelni krugovi vatmetra.
Iz formula za βa) i β(b) može se vidjeti da pogreške mogu imati značajne vrijednosti samo pri mjerenju snage u krugovima male snage, tj. kada su Pi i P.ti razmjerni s Rn.
Ako promijenite predznak samo jedne od struja, promijenit će se smjer otklona pokretnog dijela vatmetra.
Vatmetar ima dva para stezaljki (serijski i paralelni strujni krug) i ovisno o njihovom uključivanju u strujni krug, smjer otklona kazaljke može biti različit. Za ispravno spajanje vatmetra, jedna od svakog para stezaljki je označena sa «*» (zvjezdicom) i naziva se «generatorska stezaljka».