Elektrodynamischer Wattmeter

Bevor wir die interne Konstruktion eines Elektrodynamometer-Wattmeters untersuchen, ist es wichtig, das Arbeitsprinzip zu verstehen. Das Prinzip des Elektrodynamometer-Wattmeters basiert auf einem einfachen Grundgedanken: Wenn ein Strom tragender Leiter in einem Magnetfeld platziert wird, erfährt er eine mechanische Kraft, was zu einer Abweichung des Leiters führt.

Konstruktion und Arbeitsprinzip des Elektrodynamometer-Wattmeters

Nun betrachten wir die konstruktiven Details des Elektrodynamometers. Es besteht aus den folgenden Teilen.
Es gibt zwei Arten von Spulen im Elektrodynamometer. Diese sind:
Bewegliche Spule
Die bewegliche Spule bewegt den Zeiger mit Hilfe eines federkontrollierten Instruments. Um Erwärmungen zu vermeiden, fließt nur ein begrenzter Strom durch die bewegliche Spule. Daher ist zur Begrenzung des Stroms ein hoher Wert Widerstand in Reihe mit der beweglichen Spule geschaltet. Die bewegliche Spule ist luftgekühlt und auf einer drehbaren Achse montiert und kann sich frei bewegen. Im Elektrodynamometer-Wattmeter arbeitet die bewegliche Spule als Druckspule. Daher ist die bewegliche Spule an der Spannung angeschlossen, und der durch diese Spule fließende Strom ist immer proportional zur Spannung.

Feste Spule
Die feste Spule ist in zwei gleiche Teile geteilt und diese sind in Reihe mit der Last geschaltet, sodass der Laststrom durch diese Spulen fließt. Der Grund für die Verwendung von zwei festen Spulen anstelle einer ist offensichtlich, um einen beträchtlichen elektrischen Strom leiten zu können. Diese Spulen werden als Stromspulen des Elektrodynamometer-Wattmeters bezeichnet. Früher waren diese festen Spulen so ausgelegt, dass sie einen Strom von etwa 100 Ampere leiten konnten, aber moderne Wattmeter sind so konstruiert, dass sie einen Strom von etwa 20 Ampere leiten, um Energie zu sparen.

Kontrollsystem
Von den beiden Kontrollsystemen, also:

1. Schwerkraftsteuerung

2. Federsteuerung, werden nur federkontrollierte Systeme in diesen Wattmessern verwendet. Schwerkraftgesteuerte Systeme können nicht eingesetzt werden, da es erhebliche Fehler geben würde.

Dämpfungssystem
Air-Friction-Dämpfung wird verwendet, da Wirbelstrom-Dämpfung das schwache Betriebsmagnetfeld verzerren und zu Fehlern führen könnte.
Skala
Es wird eine gleichmäßige Skala verwendet, die bei diesen Instrumenten angewendet wird, da sich die bewegliche Spule linear über einen Bereich von 40 bis 50 Grad auf jeder Seite bewegt.
Nun leiten wir die Ausdrücke für die Steuer- und Ablenkkräfte her. Um diese Ausdrücke abzuleiten, betrachten wir das nachfolgende Schaltbild:

Wir wissen, dass der Momentanmoment in elektrodynamischen Instrumenten direkt proportional zum Produkt der Momentanwerte der Ströme, die durch beide Spulen fließen, und der Änderungsrate des mit dem Schaltkreis verbundenen Flusses ist.
Seien I1 und I2 die Momentanwerte der Ströme in Druck- und Stromspule. So kann der Ausdruck für den Drehmoment geschrieben werden als:

Wo x der Winkel ist.
Nun sei der angewendete Spannungswert an der Druckspule

Unter der Annahme, dass der elektrische Widerstand der Druckspule sehr hoch ist, können wir den Blindwiderstand gegenüber seinem Widerstand vernachlässigen. In diesem Fall ist der Impedanzwert gleich seinem elektrischen Widerstand, daher ist er rein ohmsch.
Der Ausdruck für den Momentanstrom kann geschrieben werden als I2 = v / Rp, wobei Rp der Widerstand der Druckspule ist.

Wenn es eine Phasendifferenz zwischen Spannung und elektrischem Strom gibt, dann kann der Ausdruck für den Momentanstrom durch die Stromspule geschrieben werden als

Da der Strom durch die Druckspule im Vergleich zum Strom durch die Stromspule sehr klein ist, kann der Strom durch die Stromspule als gleich dem Gesamtlaststrom betrachtet werden.
Daher kann der Momentanwert des Drehmoments geschrieben werden als

Der Durchschnittswert des Ablenk Moments kann durch Integration des Momentanmoments von 0 bis T erhalten werden, wobei T die Periodendauer des Zyklus ist.

Das Steuermoment wird durch Tc = Kx gegeben, wobei K die Federkonstante und x der Endwert der Ablenkung ist.

Vorteile des Elektrodynamometer-Wattmeters

Folgende sind die Vorteile des Elektrodynamometer-Wattmeters und sie lauten wie folgt:

1. Die Skala ist bis zu einem gewissen Limit gleichmäßig.

2. Sie können sowohl für Wechsel- als auch Gleichstromgrößen verwendet werden, da die Skala für beide kalibriert ist.

Fehler beim Elektrodynamometer-Wattmeter

Folgende Fehler treten bei Elektrodynamometer-Wattmessern auf:

1. Fehler in der Induktivität der Druckspule.

2. Fehler können durch die Kapazität der Druckspule entstehen.

3. Fehler können durch Wechselspannung-Effekte entstehen.

4. Fehler können durch Verbindungen entstehen (d.h. Druckspule ist nach der Stromspule angeschlossen).

5. Fehler durch Wirbelströme.

6. Fehler durch Vibrationen des beweglichen Systems.

7. Temperaturfehler.

8. Fehler durch Streufelder.

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