Wattmetro a elettrodinamometro
Prima di studiare la costruzione interna del wattmetro del tipo elettrodinamometro, è essenziale conoscere il principio di funzionamento del wattmetro del tipo elettrodinamometro. Il wattmetro del tipo elettrodinamometro funziona su un principio molto semplice che può essere espresso come segue: quando qualsiasi corrente elettrica attraversa un conduttore posto all'interno di un campo magnetico, sperimenta una forza meccanica e a causa di questa forza meccanica si verifica una deflessione del conduttore.
Costruzione e Principio di Funzionamento del Wattmetro del Tipo Elettrodinamometro
Ora esaminiamo i dettagli costruttivi dell'elettrodinamometro. È composto dalle seguenti parti.
Nell'elettrodinamometro sono presenti due tipi di bobine. Esse sono:
Bobina Mobile
La bobina mobile muove l'indicatore con l'aiuto di un sistema di controllo a molla. Attraverso la bobina mobile scorre una corrente limitata per evitare il surriscaldamento. Pertanto, per limitare la corrente, abbiamo collegato in serie con la bobina mobile un resistore di valore elevato. La bobina mobile è a nucleo d'aria ed è montata su un perno oscillante e può muoversi liberamente. Nel wattmetro del tipo elettrodinamometro, la bobina mobile funziona come bobina di pressione. Pertanto, la bobina mobile è collegata alla tensione e quindi la corrente che scorre attraverso questa bobina è sempre proporzionale alla tensione.
Bobina Fissa
La bobina fissa è divisa in due parti uguali e queste sono collegate in serie con il carico, pertanto la corrente del carico scorre attraverso queste bobine. Ora, la ragione per utilizzare due bobine fisse invece di una è molto ovvia, in modo che possa essere costruita per trasportare una quantità considerevole di corrente elettrica. Queste bobine sono chiamate le bobine di corrente del wattmetro del tipo elettrodinamometro. In precedenza, queste bobine fisse erano progettate per trasportare correnti fino a 100 ampere, ma ora i moderni wattmetri sono progettati per trasportare correnti fino a 20 ampere per risparmiare energia.
Sistema di Controllo
Tra i due sistemi di controllo, cioè:
Controllo gravitazionale
Controllo a molla, solo i sistemi controllati a molla vengono utilizzati in questi tipi di wattmetro. Il sistema di controllo gravitazionale non può essere impiegato perché ci sarebbe un ammontare apprezzabile di errori.
Sistema di Smorzamento
Viene utilizzato lo smorzamento mediante attrito dell'aria, poiché lo smorzamento mediante correnti indotte distorcerebbe il debole campo magnetico operativo e potrebbe portare a errori.
Scala
Viene utilizzata una scala uniforme in questi tipi di strumenti, poiché la bobina mobile si muove linearmente su un range di 40-50 gradi su entrambi i lati.
Ora deriviamo le espressioni per il momento di controllo e i momenti di deflessione. Per derivare queste espressioni, consideriamo il diagramma di circuito fornito di seguito:
Sappiamo che il momento istantaneo negli strumenti elettrodinamici è direttamente proporzionale al prodotto dei valori istantanei delle correnti che scorrono attraverso entrambe le bobine e al tasso di variazione del flusso legato al circuito.
Siano I1 e I2 i valori istantanei delle correnti nelle bobine di pressione e di corrente rispettivamente. Quindi, l'espressione per il momento può essere scritta come:
Dove, x è l'angolo.
Ora, sia il valore applicato della tensione sulla bobina di pressione
Assumendo che la resistenza elettrica della bobina di pressione sia molto alta, possiamo trascurare la reattività rispetto alla resistenza. In questo caso, l'impedenza è uguale alla sua resistenza elettrica, quindi è puramente resistiva.
L'espressione per la corrente istantanea può essere scritta come I2 = v / Rp dove Rp è la resistenza della bobina di pressione.
Se c'è una differenza di fase tra la tensione e la corrente elettrica, allora l'espressione per la corrente istantanea attraverso la bobina di corrente può essere scritta come
Poiché la corrente attraverso la bobina di pressione è molto piccola rispetto alla corrente attraverso la bobina di corrente, la corrente attraverso la bobina di corrente può essere considerata uguale alla corrente totale del carico.
Pertanto, il valore istantaneo del momento può essere scritto come
Il valore medio del momento di deflessione può essere ottenuto integrando il momento istantaneo dal limite 0 a T, dove T è il periodo del ciclo.
Il momento di controllo è dato da Tc = Kx dove K è la costante della molla e x è il valore finale dello stato stazionario della deflessione.
Vantaggi del Wattmetro del Tipo Elettrodinamometro
Di seguito sono elencati i vantaggi del wattmetro del tipo elettrodinamometro:
La scala è uniforme fino a un certo limite.
Possono essere utilizzati sia per misurare grandezze alternate che continue, poiché la scala è tarata per entrambe.
Errori nel Wattmetro del Tipo Elettrodinamometro
Di seguito sono elencati gli errori nei wattmetri del tipo elettrodinamometro:
Errori nell'induttanza della bobina di pressione.
Errori dovuti alla capacità della bobina di pressione.
Errori dovuti agli effetti di mutua induttanza.
Errori dovuti alle connessioni (ad esempio, la bobina di pressione è collegata dopo la bobina di corrente).
Errore dovuto alle correnti indotte.
Errori causati dalla vibrazione del sistema mobile.
Errore di temperatura.
Errori dovuti al campo magnetico estraneo.
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