Изменение мощности в цепях постоянного тока

Мощность выделяемую на нагрузке можно измерить косвенным методом. Так как P=UI,то измеряют напряжение на нагрузке и ток, протекающий через нагрузку, и результаты прямых изменений перемножают. Возможны две схемы включения вольтметра PV1 b амперметра PA1

В схеме (а) ток, измеряемый амперметром I_A отличается от тока, протекающего через нагрузку на величину тока протекающего через вольтметр I_v. Если

погрешность метода измерений будет небольшой. Если это условие не выполняется и сопротивление нагрузки, соизмеримо с сопротивлением вольтметра, целесообразно применять схему (б). В ней ток вольтметра не влияет на погрешность измерения, так как амперметр вкл. Последовательно с нагрузкой и ток I_v через него не проходит. Но напряжение измеряется с систематической погрешностью так как показания вольтметра определяются не только падением U на сопротивлении нагрузки, но и падением U на амперметре. Для высокоомной нагрузки справедливо , погрешность будет незначительной.

Более просто мощность в цепях постоянного тока измеряется с помощью электродинамического ваттметра. Схемы включают:

Электродинамический стрелочный механизм имеет две обмотки. Показание ваттметра («+» или «-») зависит от направления тока в обмотках катушек. Чтобы отличить «начала» обмоток катушек от их «концов», в ватметрах «начала» обмоток обозначают * или _+. Выводы обозначенные так, называются генераторными выводами или генераторными зажимами. Ваттметр имеет две цепи: одна из них вкл. Последовательно с нагрузкой (обычно это неподвижная катушка), а другая параллельно нагрузке через первую цепь протекает ток нагрузки Ia, ко второй приложено напряжение источника. Первая цепь называется последовательной цепью ваттметра («цепь тока»), а вторая — параллельная («цепь напряжения»). Генераторный зажим токовой обмотки ваттметра всегда включается в сторону источника питания. Генераторный зажим обмотки напряжения для уменьшения методической погрешности можно включать как показано выше на рис.(а*, б*).

Так же при измерении мощности методом вольтметра-амперметра метод. Погрешность возникает из-за шунтирующего действия нагрузки сопротивлением обьотки напряжения и падением U на токовой обмотке. Сравнивая обе схемы можно заметить, что схема а* применима при сравнительно большом R_нагр, а схема б*- при относительно малом R_нагр. Значение сопротивления токовой цепи указывается на циферблате прибора.

Измерение мощности в цепях переменного тока

Схемы приведенные выше (*) могут применяться также схемы для измерения мощности на переменном токе. Показания ваттметра определяется соотношением P=UI cos При этом фазовый сдвиг между током, протекающим через нагрузку и напряжением на ней определяется характером нагрузки, которая может иметь активные и неактивные составляющие. Обычно ваттметры электромеханического типа используются для измерения мощности в цепях I частотой 50Гц. С увеличением частоты проявляется индуктивный характер катушек и точность показаний ваттметра уменьшается, но рабочая область частот ваттметров электродинамической системы может достигать нескольких килогерц. Существенное расширение частотного диапазона достигается в выпрямительных и термоэлектрических ваттметрах (рис.а,б). В выпрямительном ваттметре используют нелинейные свойства диодов.

В схеме выполняются следующие свойства: R₂<<R_n, R₃>>R_n. При этом падение напряжения на R₂ пропорциональная току (U₂=R₂i), а напряжение U₃ пропорционально входному напряжению U₃=mU где m-коэффициент деления делителя R₃). Ток i’ вызван суммой напряжений U₂ и U₃ ,а ток i’’-их разностью. Показания стрелочного прибора пропорционально постоянно составляющей разности токов i_n=i’-i’’ _.

Если диоды обладают одинаковыми ВАХ i_n=au+bu² , то токи i’ и i’’ определяются выражениями;

i’=а(u₂+u₃)+b(u₂+u₃)² и i’’=а(u₂-u₃)+b(u₂-u₃)² следовательно i_n=2au₃+4bu₂u₃

Заменив U₂ и U₃ их значениями имеем i_n=2amu₃+4bmui. Так как выпрямительные ваттметры строятся для , введем u=U_msin и i=I_msin . Подставив значение тока и напряжения получим:

I_n=4bmR₂U_mI_mcos +2amU_msin -2bmR₂U_mI_mcos .

Показания прибора пропорциональны const составляющей I ,

=4cbmR₂U_mI_m cos =KU_mI_m cos (

С-градуированный коэффициент, -угол отклонения стрелки, к- коэффициент пропорциональности. Из формулы видно, что отклонения стрелки прибора пропорционально активной мощности.

Схема построенная на термоэлектрических преобразователях работает по тому же принципу, что и рассмотренная

Сопротивление R₁ и R₂ выбираются так чтобы токи, протекающие через подогреватели термопреобразователей EK1и EK2 с сопротивлением r , были ничтожно малыми по сравнению с током, протекающим через нагрузку. В этом случае

Термо ЭДС пропорциональна квадрату эффективного значения тока, протекающего через подогреватель, т.к. Термоэлектрические преобразователи включены встречно, отклонение стрелки прибора PA 1 пропорционально разности

, которая определяется соотношением

Подставляем значения токов получаем

Таким образом, показание прибора, измеряющего разность термо ЭДС, пропорциональна мощности, потребляемой нагрузкой. Термоэлектрические ваттметры работают в диапазоне частот до 1 МГц.

Аттенюатор — устройство для ослабления сигнала

Гетеродин — это вспомогательный генератор для преобразования частоты

Корреляция — статистическая взаимосвязь двух или нескольких случайных величин. При этом, изменение одной или нескольких из этих величин приводят к систематическому изменению другой или других величин.

Отрицательная корреляция — корреляция при которой увеличение одной переменной связано с уменьшением другой переменной, при этом коффициент корреляции может быть отрицательным.

Положительная корреляция — при которой увеличение одной переменной связано с увеличением другой переменной, причем коэффициент корреляции может быть положительным.