Электродинамический ваттметр в цепи переменного тока

Если включить электродинамический ваттметр в цепь переменного тока с напряжением

Рис. 3.4.5. Векторная диаграмма электродинамического ваттметра

u = U _m sin vt и током i = I _m sin (vt-j), то ток в катушке напряжения , т.е. он отстает по фазе от напряжения на угол (рис. 3.4.5), тангенс которого tg j_U = x _U / R_U. Угол поворота подвижной части ваттметра . Если сопротивление цепи напряжения Z_U неизменно, то ток I_U пропорционален напряжению U, следовательно .

При токе I_U, совпадающем по фазе с напряжением U (при j_U = 0), , т.е. угол поворота подвижной части ваттметра пропорционален активной мощности. Кроме того, при равенстве полного сопротивления цепи напряжения ее активному сопротивлению (Z_U = R_U) показания ваттметра будут одинаковы в цепи постоянного и переменного тока. Это дает возможность производить градуировку и поверку ваттметра на постоянном токе.

Если ток в параллельной цепи ваттметра совпадает по фазе с напряжением (j_U = 0), то показания ваттметра Р = U I cosj определяют значение измеряемой величины.

Рис. 3.4.6. Векторные диаграммы ваттметра при различных включениях их обмоток: а – изменение фазы тока на ½ Т; б – изменение фазы напряжения на ½ Т	Рис. 3.4.7 Векторная диаграмма электродинамического ваттметра реактивной мощности (варметра)
Рис. 3.4.8 Схема для получения тока в параллельной катушке ваттметра, сдвинутого по фазе на 90º относительно напряжения (а), и векторная диаграмма параллельной цепи указанной схемы (б)

Защита от внешних магнитных полей выполняется экранированием или применением астатических измерительных механизмов.

При включении ваттметра в цепь переменного тока необходимо обеспечить правильное включение генераторных зажимов ваттметра, при котором положительные направления токов в катушках ваттметра будут от генераторных зажимов к нагрузочным.

Поменяв местами зажимы последовательной обмотки ваттметра, получим изменение фазы тока в ней на 180º (рис. 3.4.6, а), а поменяв местами зажимы параллельной цепи, получим изменение фазы напряжения на 180º (рис. 3.4.6, б). В том и другом случае сдвиг фазы между током I и напряжением U ваттметра будет равен (180 - j), а угол поворота подвижной части будет отрицательным, так как ,

т.е. подвижная часть отклонится в обратную сторону, где делений шкалы нет.

Сдвинув ток в параллельной катушке электродинамического ваттметра по фазе от напряжения на зажимах параллельной цепи ваттметра на угол 90º (j_U = 90º), получим угол поворота подвижной части ваттметра: , т.е. пропорциональным реактивной мощности (рис. 3.4.7).

Для получения сдвига в 90º между током I_U и напряжением U применяют одну из искусственных схем (рис. 3.4.8). Для этих схем характерна зависимость показаний ваттметра от частоты тока, так как от нее зависят реактивные сопротивления и сдвиг фаз между током и напряжением.

К положительным свойствам электродинамических ваттметров относятся высокая точность (классы точности 0,1; 0,2; 0,5); пригодность для постоянного и переменного тока частотой 45, 60, 500 Гц и выше.

К недостаткам относятся слабое магнитное поле, небольшой вращающий момент, чувствительность к перегрузкам, высокая стоимость.