ГЛАВА ВТОРАЯ. ПРИБОРЫ НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИИ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

2-1. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ И ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЕ ВАТТМЕТРЫ

Электродинамические (ЭДВ) и ферродинамические (ФДВ) ваттметры являются самыми распространенными средствами измерений активной мощности в диапазоне частот 50— 500 Гц и в отдельных случаях используются для измерений в области частот до 10 кГц. Высокая точность измерений величин переменного тока этими приборами обеспечивается возможностью их градуировки и поверки на постоянном токе и сравнительно малой погрешностью (на промышленной частоте) перехода от постоянного тока к переменному, составляющей — для ЭДВ и — для ФДВ.

Эти ваттметры представляют собой электромеханическую систему, состоящую из двух проводящих контуров, обтекаемых токами (Различие ваттметров состоит в том, что контуры ФДВ находятся в среде с высокой магнитной проницаемостью, т. е. с малым магнитным сопротивлением потокам контуров. Энергия электромагнитного поля такой системы, как известно,

где первые два слагаемых определяют собственную энергию дуктивностей контуров, а последнее — энергию их взаимодействия, зависящую от взаимной индуктивности

Вращающий момент М таких ваттметров определяется производной от по углу поворота а подвижного контура относительно неподвижного.

Если допустить, что не зависят от а, что справедливо только для ЭДВ, то вращающие моменты в цепи постоянного и синусоидального переменного токов соответственно равны:

где — мгновенные и действующие токи в контурах.

Для ФДВ с учетом зависимости индуктивности подвижного контура от а

Рис. 2-1

Из уравнений (2-1) и (2-2) следует, что для идеального ЭДВ равенство соответствует тому, что это позволяет градуировать ЭДВ на постоянном токе или использовать их, как это показано в гл. 3, в качестве приборов сравнения мощностей переменного и постоянного тока.

Противодействующий момент пропорциональный а, создается в ЭДВ и ФДВ пружинками или растяжками. Равенство моментов Мер и достигается при

где — удельный противодействующий момент.

При измерении с помощью ЭДВ мощности в нагрузке (рис. 2-1, а)

где — ток в последовательной цепи — сопротивление параллельной цепи ваттметра

Выражение (2-4), характеризующее функцию преобразования идеального ЭДВ, реализуется в реальных приборах с рядом

погрешностей, обусловленных временной и температурной нестабильностью несинфазностью тока и напряжения в подвижной катушке и тока и магнитного потока в неподвижной, влиянием паразитных связей между обмотками, внешних магнитных полей и т. д. В связи с тем, что ЭДВ могут использоваться как на постоянном, так и на переменном токе, составляющие их погрешности удобно для дальнейшего рассмотрения объединить в три группы:

1) погрешности, характерные для измерений только на переменном токе;

2) погрешности, характерные для измерений только на постоянном токе;

3) погрешности, равные или пренебрежимо мало отличающиеся при измерениях на переменном и постоянном токах.

К первой группе относятся частотная и угловая погрешности, обусловленные рассмотренным далее влиянием индуктивностей катушек и их взаимоиндуктивности и ум), паразитными емкостями вихревыми токами и реактивностью резисторов.

Ко второй группе относятся погрешности, вызванные гистерезисными явлениями в ферромагнитных частях измерительного механизма и экрана и влиянием внешних постоянных магнитных полей.

К третьей группе относятся погрешности, вызванные нестабильностью конструктивных параметров прибора и их зависимостью от температуры окружающей среды. К этой же группе можно отнести погрешность от нелинейности функции преобразования, вызванную наличием в выражении (2-2) множителя которая проявляется в том случае, если шкала ваттметра линейная. Если влияние учтено при градуировке, погрешность от нелинейности отсутствует или определяется только нестабильностью . В гл. 3 будет показано, что при реализации метода сравнения с использованием ЭДВ погрешности третьей группы устраняются, а сумма погрешностей первой и второй группы образует погрешность перехода от переменного тока к постоянному.