Измерительные цепи и погрешности
Для ферродинамических, так же как и для электродинамических приборов, наиболее характерными являются ваттметры. Поэтому при рассмотрении измерительных цепей, погрешностей и методов их компенсации рассмотрим только однофазный ферродинамический ваттметр, наиболее характерными погрешностями которого являются частотная (угловая) погрешность, погрешность от нелинейности кривой намагничивания и погрешность от асимметрии воздушного зазора.
Угловая погрешность gb возникает вследствие различия фазовых соотношений в приборе и измерительной цепи. Однако в данных приборах задача компенсации погрешности имеет ряд особенностей, обусловленных наличием ферромагнитных масс. Вследствие потерь на гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе, обмотке и расположенных вблизи катушки возбуждения металлических деталях магнитный поток катушек отстает по фазе от намагничивающего тока на угол e. При рассмотрении электродинамических приборов этот угол можно было считать равным нулю. Из-за индуктивности рамки ток в параллельной цепи отстает на угол b. В результате сдвиг фаз между магнитной индукцией В в воздушном зазоре и током I2 в цепи рамки отличается от разности фаз между током и напряжением в сети на угол (e–b). Напомним, что для ферродинамических приборов МВР=kBI2 cos(B,I2).
В электродинамических ваттметрах компенсационная схема уменьшает погрешность, вызываемую только фазовым сдвигом в параллельной цепи (наличием угла b). В ферродинамических ваттметрах угол e больше b, поэтому для уменьшения разности (e–b) необходимо последовательно с рамкой включать добавочную индуктивность или вводить параллельно рамке емкостное сопротивление. В обоих случаях угол b возрастает. Угловая погрешность gb = 0, если e = b (или, что то же tg e = tg b). При использовании для компенсации погрешности конденсатора имеет место следующее равенство:
. (4.66)
Откуда искомое сопротивление xС = 1/wC будет
. (4.67)
Для определения значения емкости конденсатора необходимо знать tge (угол e).
Рис. 4.23. Схема параллельной цепи ваттметра с компенсацией угловой погрешности
Рассчитать эти параметры возможно, но трудно, поэтому в большинстве случаев их определяют экспериментально. Чаще всего для этого измеряют, например мостом переменного тока, индуктивное и активное сопротивления катушек и по полученным значениям активного сопротивления и индуктивности определяют потери на гистерезис и вихревые токи PFe и реактивную мощность Pr. Тогда искомое значение
. (4.68)
Погрешность от нелинейности кривой намагничивания проявляется в том, что отсчет по ваттметру одной и той же мощности различен при различных сочетаниях тока в нагрузке и напряжения. Практически погрешность появляется в тех случаях, когда напряжение сети или коэффициент мощности отличается от значений, при которых производилась градуировка прибора. Снизить погрешность от нелинейности кривой намагничивания можно выбором рабочего участка кривой намагничивания материала магнитопровода.
Погрешность асимметрии или погрешность электромагнитного взаимодействия обусловлена асимметрией воздушного зазора. Если разомкнуть цепь катушки возбуждения и установить включенной параллельную цепь, указатель ваттметра должен устанавливаться на нулевой отметке. В действительности рамка может занять другое положение соответствующее минимуму магнитного сопротивления для потока, создаваемого рамкой. Система “рамка с током – магнитопровод” представляет собой обращенный электромагнитный прибор, в котором катушка возбуждения вращается вокруг неподвижного ферромагнитного сердечника. Погрешность от асимметрии обычно не превышает десятых долей процента, уменьшить ее можно только тщательной регулировкой измерительного механизма в процессе сборки.