Leistungsmessung in Wechselstromkreisen

GE Watthour Meter

Die Leistungsmessung in Wechselstromkreisen kann ziemlich groß seinetwas komplizierter als bei Gleichstromkreisen, nur weil die Phasenverschiebung die Materie über die Multiplikation der Spannung mit den mit Zählern erhaltenen Stromwerten hinaus kompliziert.

Was benötigt wird, ist ein Instrument, das bestimmen kanndas Produkt (Multiplikation) der momentanen Spannung und Stromstärke. Glücklicherweise leistet die übliche Elektrodynamometerbewegung mit ihrer stationären und beweglichen Spule eine gute Arbeit.

Dreiphasige Leistungsmessung kann durchgeführt werdenVerwenden Sie zwei Dynamometerbewegungen mit einer gemeinsamen Welle, die die beiden sich bewegenden Spulen miteinander verbindet, so dass ein einzelner Zeiger die Leistung auf einer Messskala erfasst. Dies führt offensichtlich zu einem ziemlich teuren und komplexen Bewegungsmechanismus, ist aber eine praktikable Lösung.

Ein geniales Verfahren zum Ableiten eines elektronischen Leistungsmessers (einer, der ein elektrisches Signal erzeugt, das die Leistung im System darstellt, anstatt nur einen Zeiger zu bewegen) basiert auf dem Hall-Effekt.

Abbildung 1 - Hall-Effekt: Die Spannung ist proportional zum Strom und zur Stärke des senkrechten Magnetfelds.

Die erzeugte Spannung über die Breite desDer flache, rechteckige Leiter ist direkt proportional zur Stärke des durch ihn fließenden Stroms und zur Stärke des Magnetfelds. Mathematisch handelt es sich um ein Produkt (Multiplikation) dieser beiden Variablen.

Die Menge an "Hall Voltage", die für alle produziert wirdEin gegebener Satz von Bedingungen hängt auch von der Art des Materials ab, das für den flachen, rechteckigen Leiter verwendet wird. Es wurde festgestellt, dass speziell präparierte "Halbleiter" -Materialien eine höhere Hall-Spannung erzeugen als Metalle, und daher werden moderne Hall-Effekt-Geräte daraus hergestellt.

Es macht also Sinn, wenn wir eine bauen würdenBei Verwendung eines Hall-Effekt-Sensors, bei dem der Strom durch den Leiter durch Wechselspannung aus einem externen Stromkreis gedrückt wurde und das Magnetfeld durch ein Paar oder Drahtspulen aufgebaut wurde, die durch den Strom des Wechselstromkreises erregt werden, wäre die Hall-Spannung in direktem Verhältnis zu dem Vielfachen des Stromkreises und der Spannung.

Da es sich nicht um eine zu bewegende Masse handelt (im Gegensatz zu einer elektromechanischen Bewegung), kann dieses Gerät eine sofortige Leistungsmessung durchführen:Figur 2)

Abbildung 2 - Hall-Effekt-Leistungssensor misst die Momentanleistung.

Nicht nur die Ausgangsspannung der HalleEffektgerät ist die Darstellung der Momentanleistung zu einem beliebigen Zeitpunkt, es wird jedoch auch ein Gleichstromsignal! Dies liegt daran, dass die Hall-Spannungspolarität sowohl von der Polarität des Magnetfelds als auch von der Stromrichtung durch den Leiter abhängt.

Wenn sich sowohl die Stromrichtung als auch die Polarität des Magnetfelds umkehren - wie es bei jedem Wechselstrom der Fall wäre -, bleibt die Polarität der Ausgangsspannung gleich.

Wenn Spannung und Strom im Stromkreis liegen90o außer Phase (ein Leistungsfaktor von Null, was bedeutet, dass der Last keine echte Leistung zugeführt wird), stimmen die abwechselnden Spitzen von Hall-Gerätestrom und -magnetfeld niemals überein: Wenn einer der Spitzenwerte erreicht ist, ist der andere Nullpunkt . Zu diesen Zeitpunkten ist die Hall-Ausgangsspannung ebenfalls Null, da sie das Produkt (Multiplikation) von Strom und Magnetfeldstärke ist. Zwischen diesen Zeitpunkten schwankt die Hall-Ausgangsspannung gleichermaßen zwischen positiv und negativ und erzeugt ein Signal, das der sofortigen Absorption und Freisetzung von Energie durch die Blindlast entspricht.

Die Netto-DC-Ausgangsspannung ist Null.zeigt null wahre Leistung in der Schaltung an. Jede Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom im Stromkreis von weniger als 90 ° führt zu einer Hall-Ausgangsspannung, die zwischen positiv und negativ schwankt, jedoch mehr Zeit für positive als für negative Zeit benötigt. Folglich gibt es eine Netto-Ausgangsgleichspannung.

Konditioniert durch eine Tiefpassfilterschaltung,Diese Netto-Gleichspannung kann von der damit vermischten Wechselspannung getrennt werden, wobei das endgültige Ausgangssignal bei einer empfindlichen Bewegung des Gleichstrommessers registriert wird. Oft ist es sinnvoll, ein Messgerät zu haben, um den Stromverbrauch über einen bestimmten Zeitraum hinweg zu summieren und nicht sofort. Die Leistung eines solchen Zählers kann in Joule-Einheiten oder in Gesamtenergieverbrauch eingestellt werden, da die Leistung ein Maß für die pro Zeiteinheit geleistete Arbeit ist.

Normalerweise kann die Leistung des Messgeräts in Wattstunden eingestellt werden.

Der in diesen Zählern verwendete "Motor" hat einen Rotoreiner dünnen Aluminiumscheibe, wobei das rotierende Magnetfeld durch Spulensätze durch die Netzspannung und den Laststrom erregt wird, so dass die Drehzahl der Scheibe sowohl von der Spannung als auch vom Strom abhängt.

Ressource: Unterricht in Stromkreisen - Band II