Измерение мощности

Измерение мощности в цепях переменного тока может быть немного сложнее, чем в цепях постоянного тока, по той простой причине, что сдвиг фазы усложняет задачу, не говоря уже о умножении напряжения на значения тока, полученные с помощью счетчиков.

Что необходимо, так это инструмент, способный определять произведение (умножение) мгновенного напряжение и ток. К счастью, обычный электродинамометр с неподвижной и подвижной катушкой отлично справляется с этой задачей.

Трехфазное измерение мощности может быть выполнено с использованием двух движений динамометра с общим валом, соединяющим две движущиеся катушки вместе, так что одна стрелка регистрирует мощность на шкале движения измерителя. Это, очевидно, делает механизм движения довольно дорогим и сложным, но это работоспособное решение.

Эффект Холла

Гениальный метод создания электронного измерителя мощности (который генерирует электрический сигнал, представляющий мощность в системе, а не просто перемещает указатель) основан на эффекте Холла.

Эффект Холла - это необычный эффект, впервые замеченный Э. Х. Холлом в 1879 году, когда напряжение генерируется по ширине проводника с током, подвергающегося воздействию перпендикулярного магнитного поля:

Эффект Холла:напряжение пропорционально току и силе перпендикулярного магнитного поля.

Напряжение, генерируемое по ширине плоского прямоугольного проводника, прямо пропорционально величине проходящего через него тока и напряженности магнитного поля.

Математически это произведение (умножение) этих двух переменных. Величина «напряжения Холла», создаваемого для любого заданного набора условий, также зависит от типа материала, используемого для плоского прямоугольного проводника.

Было обнаружено, что специально подготовленные «полупроводниковые» материалы производят большее напряжение Холла, чем металлы, поэтому современные устройства на эффекте Холла изготавливаются из них.

Тогда имеет смысл построить устройство с датчиком на эффекте Холла, в котором ток через проводник проталкивается переменным напряжением от внешней цепи, а магнитное поле создается парой катушек, питаемых током. цепи питания переменного тока, напряжение Холла будет прямо пропорционально кратному току цепи и напряжению.

Не имея массы для перемещения (в отличие от электромеханического механизма), это устройство может обеспечивать мгновенное измерение мощности:

Датчик мощности на эффекте Холла измеряет мгновенную мощность.

Мало того, что выходное напряжение устройства на эффекте Холла будет отображением мгновенной мощности в любой момент времени, оно также будет сигналом постоянного тока! Это связано с тем, что полярность напряжения Холла зависит от обоих полярность магнитного поля и направление тока через проводник.

Если и направление тока, и полярность магнитного поля поменяются местами - как это произойдет при полупериоде подачи переменного тока - полярность выходного напряжения останется прежней.

Если напряжение и ток в силовой цепи не совпадают по фазе на 90 ° (коэффициент мощности равен нулю, что означает нет реальная мощность, подаваемая на нагрузку), чередующиеся пики тока устройства Холла и магнитного поля никогда не будут совпадать друг с другом:когда один находится на пике, другой будет равен нулю.

В эти моменты времени выходное напряжение Холла также будет равно нулю, будучи произведением (умножением) тока и напряженности магнитного поля.

Между этими моментами времени выходное напряжение Холла будет одинаково колебаться между положительным и отрицательным значениями, генерируя сигнал, соответствующий мгновенному поглощению и высвобождению мощности через реактивную нагрузку.

Чистое выходное напряжение постоянного тока будет равно нулю, что указывает на нулевую истинную мощность в цепи.

Любой фазовый сдвиг между напряжением и током в силовой цепи менее 90 ° приведет к выходному напряжению Холла, которое колеблется между положительным и отрицательным значениями, но при этом больше времени остается положительным, чем отрицательным. Следовательно, на выходе будет чистое постоянное напряжение.

Это чистое постоянное напряжение, обработанное через схему фильтра нижних частот, может быть отделено от смешанного с ним переменного тока, а конечный выходной сигнал регистрируется чувствительным движением измерителя постоянного тока.

Часто бывает полезно иметь счетчик для суммирования потребляемой мощности за определенный период времени, а не мгновенно. Выходной сигнал такого счетчика может быть установлен в джоулях или общей энергии, потребляемой с момента мощности это мера проделанной работы за единица времени.

Или, что чаще, мощность счетчика может быть установлена ​​в ватт-часах.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Рабочий лист преобразователей постоянного тока