Wattmetro a Fattore di Potenza Basso: Cos'è (E Perché Viene Usato)
Cos'è un Wattmetro a Fattore di Potenza Basso?
Un wattmetro a fattore di potenza basso è uno strumento utilizzato per misurare con precisione valori bassi del fattore di potenza. Prima di studiare ulteriormente il wattmetro a fattore di potenza basso, dobbiamo comprendere perché abbiamo bisogno di un wattmetro a fattore di potenza basso (anziché un normale elettrodinamometro)
La risposta è semplice: un wattmetro standard fornisce risultati imprecisi.
Ora ci sono due situazioni principali in cui non dovremmo utilizzare un wattmetro ordinario per misurare un fattore di potenza basso:
Il valore della coppia di deflessione è molto basso anche se esaltiamo completamente la corrente e la bobina di pressione.
Errori dovuti all'induttanza della bobina di pressione.
Le due ragioni sopra menzionate danno risultati molto imprecisi, quindi non dovremmo utilizzare wattmetri normali o ordinari per misurare valori bassi del fattore di potenza.
Tuttavia, effettuando alcune modifiche o aggiungendo nuove funzionalità, possiamo utilizzare un wattmetro elettrodinamico modificato o un wattmetro a fattore di potenza basso per misurare con precisione il fattore di potenza basso.
Idealmente, aumenteremmo il fattore di potenza attraverso la correzione del fattore di potenza. Tuttavia, a volte non è possibile ottenere un fattore di potenza sufficientemente alto (a causa di ragioni tecniche o preoccupazioni di bilancio).
Qui discuteremo dove è necessario apportare le modifiche. Queste sono trattate una per una di seguito:
(1) La resistenza elettrica della bobina di pressione del wattmetro ordinario viene ridotta a un valore basso in modo che la corrente nel circuito della bobina di pressione aumenti, portando a. In questa categoria si presentano due casi, i diagrammi dei quali sono mostrati di seguito:
Nella prima categoria, entrambe le estremità della bobina di pressione sono collegate al lato di alimentazione (cioè la bobina di corrente è in serie con il carico). La tensione di alimentazione è uguale alla tensione sulla bobina di pressione. Quindi, in questo caso, la potenza indicata dal primo wattmetro è uguale alla perdita di potenza nel carico più la perdita di potenza nella bobina di corrente.
Nella seconda categoria, la bobina di corrente non è in serie con il carico e la tensione sulla bobina di pressione non è uguale alla tensione applicata.
La tensione sulla bobina di pressione è uguale alla tensione sul carico. Questa potenza indicata dal secondo-wattmetro è uguale alla perdita di potenza nel carico più la perdita di potenza nella bobina di pressione.
Dalla discussione sopra, concludiamo che in entrambi i casi abbiamo un certo grado di errori, quindi c'è bisogno di apportare alcune modifiche ai circuiti sopra descritti per avere un errore minimo.
Il circuito modificato è mostrato di seguito:
Abbiamo utilizzato qui una bobina speciale chiamata bobina compensatrice, che porta una corrente uguale alla somma di due correnti, cioè la corrente del carico più la corrente della bobina di pressione.
La bobina di pressione è posizionata in modo che il campo prodotto dalla bobina compensatrice sia opposto al campo prodotto dalla bobina di pressione, come mostrato nel diagramma del circuito sopra.
Quindi, il campo netto è dovuto solo alla corrente I. In questo modo, gli errori causati dalla bobina di pressione possono essere neutralizzati.
(2) Abbiamo bisogno di una bobina compensatrice nel circuito per realizzare un wattmetro a fattore di potenza basso. È la seconda modifica che abbiamo discusso in dettaglio sopra.
(3) Ora, il terzo punto riguarda la compensazione dell'induttanza della bobina di pressione, che può essere ottenuta modificando il circuito sopra descritto.
Ora, deriviamo un'espressione per il fattore di correzione dell'induttanza della bobina di pressione. E da questo fattore di correzione, deriveremo un'espressione per l'errore dovuto all'induttanza della bobina di pressione.
Se consideriamo l'induttanza della bobina di pressione, non abbiamo la tensione sulla bobina di pressione in fase con la tensione applicata.
Quindi, in quel caso, essa è sfasata di un angolo
Dove, R è la resistenza elettrica in serie con la bobina di pressione, rp è la resistenza della bobina di pressione, qui concludiamo anche che la corrente nella bobina di corrente è sfasata di un angolo con la corrente nella bobina di pressione. E questo angolo è dato da C = A – b. In questo momento, la lettura del voltmetro è data da
Dove, Rp è (rp+R) e x è l'angolo. Se ignoriamo l'effetto dell'induttanza della bobina di pressione, cioè mettendo b = 0, abbiamo un'espressione per la potenza vera come
Prendendo il rapporto tra le equazioni (2) e (1), abbiamo un'espressione per il fattore di correzione come scritto di seguito:
E da questo fattore di correzione, l'errore può essere calcolato come
Sostituendo il valore del fattore di correzione e prendendo approssimazioni appropriate, abbiamo un'espressione per l'errore come VIsin(A)*tan(b).
Ora sappiamo che l'errore causato dall'induttanza della bobina di pressione è dato dall'espressione e = VIsin(A) tan(b), se il fattore di potenza è basso (cioè nel nostro caso, il valore di φ è grande, quindi abbiamo un errore grande).
Pertanto, per evitare questa situazione, abbiamo collegato una resistenza seriale variabile con un condensatore come mostrato nella figura sopra.
Questo circuito finale modificato così ottenuto è chiamato wattmetro a fattore di potenza basso.
Un moderno wattmetro a fattore di potenza basso è progettato in modo da fornire alta precisione nella misurazione di fattori di potenza inferiori a 0,1.
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