電動計型ワットメーター

電磁動力計ワットメーターの定義

電磁動力計型ワットメーターは、磁場と電流との相互作用を利用して電力測定を行います。

動作原理

次に、電磁動力計の構造について見てみましょう。それは以下の部分で構成されています。電磁動力計には2種類のコイルがあります。それらは以下の通りです：

可動コイル

可動コイルは、ばね制御機構によって指針を動かします。過熱を防ぐために、可動コイルには高抵抗を直列に接続して限られた電流が流れます。空芯の可動コイルは、自由に動くことができる軸に取り付けられています。電磁動力計型ワットメーターでは、可動コイルは圧力コイルとして機能し、電圧に接続されるため、通過する電流は電圧に比例します。

固定コイル

固定コイルは2つの等しい部分に分割され、これらは負荷と直列に接続されるため、負荷電流がこれらのコイルを通過します。なぜ2つの固定コイルを使用するのかという理由は明らかであり、大量の電流を流すことができます。

これらのコイルは、電磁動力計型ワットメーターの電流コイルと呼ばれます。以前はこれらの固定コイルは約100アンペアの電流を流すように設計されていましたが、現在のワットメーターは電力を節約するために約20アンペアの電流を流すように設計されています。

制御システム

2つの制御システム、すなわち

重力制御

ばね制御のうち、これらのタイプのワットメーターではばね制御のみが使用されます。重力制御システムは、大きな誤差が生じるため使用できません。

ダンピングシステム

エディカレントダンピングが弱い作動磁界を歪ませて誤差を引き起こすため、空気摩擦ダンピングが使用されます。

これらのタイプの計器では、可動コイルが40度から50度の範囲内で線形に動くため、均一なスケールが使用されます。

次に、制御トルクと偏向トルクの式を導出しましょう。これらの式を導出するために、以下の回路図を考慮してください：

電磁動力計型計器における瞬間的なトルクは、両コイルを流れる電流の瞬間値と回路に連鎖する磁束変化率の積に比例することが知られています。

圧力コイルと電流コイルのそれぞれの瞬間的な電流値をI1とI2とする。このとき、トルクの式は以下のようになります：

ここで、xは角度です。

圧力コイルに適用される電圧の値を

圧力コイルの電気抵抗が非常に高いため、そのリアクタンスを無視して抵抗だけを考えることができます。したがって、インピーダンスは電気抵抗に等しくなり、純粋に抵抗性となります。

瞬間的な電流の式は I2 = v / Rp と書けます。ここでRpは圧力コイルの抵抗です。

電圧と電流の間に位相差がある場合、電流コイルを通る瞬間的な電流の式は以下のようになります：

圧力コイルを通る電流は電流コイルを通る電流に比べて非常に小さいため、電流コイルを通る電流は全負荷電流とみなすことができます。したがって、瞬間的なトルクの式は以下のようになります：

偏向トルクの平均値は、周期Tの0からTまでの瞬間的なトルクを積分することで得られます。

制御トルクは Tc = Kx で与えられます。ここでKはばね定数、xは最終的な安定状態での偏角です。

利点

• 一定の範囲までスケールが均一です。

• 交流と直流の両方の量を測定することができます。スケールは両方に校正されています。

誤差

• 圧力コイルのインダクタンスによる誤差。

• 圧力コイルのキャパシタンスによる誤差。

• 相互インダクタンス効果による誤差。

• 接続による誤差。（例えば、圧力コイルが電流コイルの後に接続されている場合）

• エディカレントによる誤差。

• 可動系の振動による誤差。

• 温度誤差。

• 外部磁場による誤差。