Leistungsmessung

Die Leistungsmessung in Wechselstromkreisen kann wesentlich komplexer sein als in Gleichstromkreisen, aus dem einfachen Grund, dass die Phasenverschiebung die Angelegenheit komplizierter macht als die Multiplikation der Spannung mit den Stromwerten, die mit Messgeräten erhalten werden.

Was benötigt wird, ist ein Instrument, das in der Lage ist, das Produkt (Multiplikation) von Momentan . zu bestimmen Spannung und Strom. Glücklicherweise leistet das übliche Elektrodynamometer-Uhrwerk mit seiner stationären und beweglichen Spule gute Arbeit.

Die dreiphasige Leistungsmessung kann unter Verwendung von zwei Dynamometerbewegungen durchgeführt werden, wobei eine gemeinsame Welle die beiden beweglichen Spulen miteinander verbindet, so dass ein einzelner Zeiger die Leistung auf einer Messgerätbewegungsskala registriert. Dies führt natürlich zu einem ziemlich teuren und komplexen Bewegungsmechanismus, aber es ist eine praktikable Lösung.

Hall-Effekt

Eine ausgeklügelte Methode zur Ableitung eines elektronischen Leistungsmessers (einer, der ein elektrisches Signal erzeugt, das die Leistung im System repräsentiert, anstatt nur einen Zeiger zu bewegen) basiert auf dem Hall-Effekt.

Der Hall-Effekt ist ein ungewöhnlicher Effekt, der erstmals 1879 von E. H. Hall bemerkt wurde und bei dem eine Spannung entlang der Breite eines stromdurchflossenen Leiters erzeugt wird, der einem senkrechten Magnetfeld ausgesetzt ist:

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

Die über die Breite des flachen, rechteckigen Leiters erzeugte Spannung ist direkt proportional sowohl zur Stromstärke als auch zur Stärke des Magnetfelds.

Mathematisch ist es ein Produkt (Multiplikation) dieser beiden Variablen. Die Menge der erzeugten „Hallspannung“ für einen bestimmten Satz von Bedingungen hängt auch von der Art des Materials ab, das für den flachen, rechteckigen Leiter verwendet wird.

Es hat sich herausgestellt, dass speziell präparierte „Halbleiter“-Materialien eine größere Hall-Spannung erzeugen als Metalle, und so werden moderne Hall-Effekt-Geräte daraus hergestellt.

Es ist also sinnvoll, wenn wir ein Gerät mit einem Hall-Effekt-Sensor bauen würden, bei dem der Strom durch den Leiter durch Wechselspannung von einem externen Stromkreis gedrückt wird und das Magnetfeld durch ein Paar Drahtspulen aufgebaut wird, die durch den Strom gespeist werden des Wechselstromkreises wäre die Hall-Spannung direkt proportional zum Vielfachen des Stroms und der Spannung des Stromkreises.

Da es keine zu bewegende Masse hat (im Gegensatz zu einer elektromechanischen Bewegung), kann dieses Gerät momentane Leistungsmessung:

Hall-Effekt-Leistungssensor misst die momentane Leistung.

Die Ausgangsspannung des Hall-Effekt-Geräts ist nicht nur die Darstellung der momentanen Leistung zu jedem Zeitpunkt, sondern auch ein Gleichstromsignal! Dies liegt daran, dass die Polarität der Hallspannung von beiden abhängt die Polarität des Magnetfelds und die Stromrichtung durch den Leiter.

Wenn sich sowohl die Stromrichtung als auch die Polarität des Magnetfelds umkehren – wie es bei jeder Halbwelle des Wechselstroms der Fall wäre – bleibt die Polarität der Ausgangsspannung gleich.

Wenn Spannung und Strom im Stromkreis um 90° phasenverschoben sind (ein Leistungsfaktor von Null, also nein an die Last abgegebene Wirkleistung), werden die abwechselnden Spitzen des Hall-Gerätestroms und des Magnetfelds niemals zusammenfallen:Wenn einer seinen Spitzenwert erreicht, ist der andere Null.

Zu diesen Zeitpunkten ist die Hall-Ausgangsspannung ebenfalls Null, das Produkt (Multiplikation) von Strom und magnetischer Feldstärke.

Zwischen diesen Zeitpunkten schwankt die Hall-Ausgangsspannung gleichmäßig zwischen positiv und negativ und erzeugt ein Signal, das der augenblicklichen Aufnahme und Abgabe von Leistung durch die Blindlast entspricht.

Die Netto-DC-Ausgangsspannung ist null, was auf null wahre Leistung in der Schaltung hinweist.

Jede Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom im Stromkreis von weniger als 90° führt zu einer Hall-Ausgangsspannung, die zwischen positiv und negativ schwingt, aber mehr Zeit positiv als negativ verbringt. Folglich gibt es eine Netto-DC-Ausgangsspannung.

Durch eine Tiefpassfilterschaltung aufbereitet, kann diese Netto-Gleichspannung vom damit gemischten Wechselstrom getrennt werden, das endgültige Ausgangssignal wird auf einem empfindlichen DC-Messwerk registriert.

Oft ist es sinnvoll, einen Zähler zu haben, um den Stromverbrauch über einen bestimmten Zeitraum und nicht sofort zu summieren. Die Leistung eines solchen Zählers kann in Einheiten von Joule oder der insgesamt verbrauchten Energie seit Leistung . eingestellt werden ist ein Maß für die geleistete Arbeit pro Zeiteinheit.

Oder, häufiger, die Leistung des Messgeräts kann in Wattstunden eingestellt werden.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt DC-Wandler