Vermogensmeting

Vermogensmeting in AC-circuits kan een stuk ingewikkelder zijn dan bij DC-circuits, om de eenvoudige reden dat faseverschuiving de zaak ingewikkelder maakt dan het vermenigvuldigen van de spanning met stroomwaarden verkregen met meters.

Wat nodig is, is een instrument dat het product (vermenigvuldiging) van onmiddellijk . kan bepalen spanning en stroom. Gelukkig doet de gewone elektrodynamometerbeweging met zijn stationaire en bewegende spoel dit prima.

Driefasige vermogensmeting kan worden bereikt met behulp van twee dynamometerbewegingen met een gemeenschappelijke as die de twee bewegende spoelen met elkaar verbindt, zodat een enkele wijzer het vermogen registreert op een bewegingsschaal van de meter. Dit zorgt natuurlijk voor een vrij duur en complex bewegingsmechanisme, maar het is een werkbare oplossing.

Zaaleffect

Een ingenieuze methode om een ​​elektronische vermogensmeter af te leiden (een die een elektrisch signaal genereert dat het vermogen in het systeem weergeeft in plaats van alleen een aanwijzer te verplaatsen) is gebaseerd op het Hall-effect.

Het Hall-effect is een ongebruikelijk effect dat voor het eerst werd opgemerkt door E.H. Hall in 1879, waarbij een spanning wordt opgewekt langs de breedte van een stroomvoerende geleider die is blootgesteld aan een loodrecht magnetisch veld:

Hall-effect:spanning is evenredig met de stroom en sterkte van het loodrechte magnetische veld.

De spanning die wordt gegenereerd over de breedte van de platte, rechthoekige geleider is recht evenredig met zowel de grootte van de stroom erdoor als de sterkte van het magnetische veld.

Wiskundig gezien is het een product (vermenigvuldiging) van deze twee variabelen. De hoeveelheid "Hall Voltage" die voor een bepaalde reeks voorwaarden wordt geproduceerd, hangt ook af van het type materiaal dat wordt gebruikt voor de platte, rechthoekige geleider.

Het is gebleken dat speciaal geprepareerde "halfgeleider"-materialen een grotere Hall-spanning produceren dan metalen, en daarom worden hier moderne Hall-effect-apparaten van gemaakt.

Het is dan logisch dat als we een apparaat zouden bouwen met behulp van een Hall-effectsensor waarbij de stroom door de geleider werd geduwd door wisselspanning van een extern circuit en het magnetische veld werd opgezet door een paar draadspoelen die werden geactiveerd door de stroom van het wisselstroomcircuit, zou de Hall-spanning in directe verhouding staan ​​tot het veelvoud van circuitstroom en -spanning.

Omdat het geen massa heeft om te bewegen (in tegenstelling tot een elektromechanische beweging), kan dit apparaat onmiddellijke vermogensmeting:

Hall-effect vermogenssensor meet onmiddellijk vermogen.

Niet alleen zal de uitgangsspanning van het Hall-effectapparaat de weergave zijn van het momentane vermogen op elk moment, maar het zal ook een gelijkstroomsignaal zijn! Dit komt omdat de polariteit van de Hall-spanning afhankelijk is van beide de polariteit van het magnetische veld en de richting van de stroom door de geleider.

Als zowel de stroomrichting als de polariteit van het magnetische veld omkeren - zoals altijd een halve cyclus van de wisselstroom - zal de polariteit van de uitgangsspanning hetzelfde blijven.

Als de spanning en stroom in het stroomcircuit 90° uit fase zijn (een arbeidsfactor van nul, wat betekent nee werkelijk vermogen geleverd aan de belasting), zullen de afwisselende pieken van de Hall-apparaatstroom en het magnetische veld nooit met elkaar samenvallen:wanneer de ene op zijn hoogtepunt is, zal de andere nul zijn.

Op die momenten zal de Hall-uitgangsspanning eveneens nul zijn, zijnde het product (vermenigvuldiging) van stroom en magnetische veldsterkte.

Tussen die tijdstippen fluctueert de Hall-uitgangsspanning gelijkmatig tussen positief en negatief, waardoor een signaal wordt gegenereerd dat overeenkomt met de onmiddellijke absorptie en vrijgave van vermogen door de reactieve belasting.

De netto DC-uitgangsspanning is nul, wat aangeeft dat het werkelijke vermogen in het circuit nul is.

Elke faseverschuiving tussen spanning en stroom in het stroomcircuit van minder dan 90 ° zal resulteren in een Hall-uitgangsspanning die oscilleert tussen positief en negatief, maar meer tijd positief dan negatief doorbrengt. Bijgevolg zal er een netto DC-uitgangsspanning zijn.

Geconditioneerd door een laagdoorlaatfiltercircuit, kan deze netto DC-spanning worden gescheiden van de AC die ermee is gemengd, het uiteindelijke uitgangssignaal dat wordt geregistreerd op een gevoelige DC-meterbeweging.

Vaak is het handig om een ​​meter te hebben om het energieverbruik over een bepaalde periode te totaliseren in plaats van onmiddellijk. De output van zo'n meter kan worden ingesteld in eenheden van joule, of het totale energieverbruik sinds vermogen is een maatstaf voor het werk dat per . wordt gedaan tijdseenheid.

Of, meer gebruikelijk, de output van de meter kan worden ingesteld in eenheden van Wattuur.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad DC-omvormers