功率测量
交流电路中的功率测量可能比直流电路复杂得多,原因很简单,相移使问题复杂化,而不仅仅是将电压乘以仪表获得的电流数字。
需要一种能够确定瞬时的乘积(乘法)的仪器 电压和电流。幸运的是,带有固定线圈和移动线圈的普通电测功机机芯在这方面做得很好。
三相功率测量可以使用两个测功机运动来完成,公共轴将两个运动线圈连接在一起,以便单个指针在仪表运动刻度上记录功率。显然,这会导致相当昂贵且复杂的运动机制,但这是一个可行的解决方案。
霍尔效应
一种基于霍尔效应推导电子功率计的巧妙方法(一种在系统中产生代表功率的电信号,而不仅仅是移动指针)。
霍尔效应是一种不寻常的效应,由 E. H. Hall 在 1879 年首次注意到,由此在垂直磁场中沿载流导体的宽度产生电压:
霍尔效应:电压与垂直磁场的电流和强度成正比。
在扁平矩形导体的宽度上产生的电压与通过它的电流大小和磁场强度成正比。
在数学上,它是这两个变量的乘积(乘法)。在任何给定条件下产生的“霍尔电压”量还取决于用于扁平矩形导体的材料类型。
已经发现,特别制备的“半导体”材料比金属产生更大的霍尔电压,因此现代霍尔效应器件就是由这些材料制成的。
那么如果我们要使用霍尔效应传感器构建一个设备,其中通过导体的电流由来自外部电路的交流电压推动,磁场由一对由电流供电的线圈建立,这是有道理的在交流电源电路中,霍尔电压与电路电流和电压的倍数成正比。
由于没有可移动的质量(与机电运动不同),该设备能够提供瞬时 功率测量:
霍尔效应功率传感器测量瞬时功率。
霍尔效应器件的输出电压不仅会是任何时间点瞬时功率的表示,而且还会是直流信号!这是因为霍尔电压极性取决于两者 磁场的极性和通过导体的电流方向。
如果电流方向和磁场极性都反转——就像交流电源的半个周期那样——输出电压极性将保持不变。
如果电源电路中的电压和电流异相 90°(功率因数为零,意味着 no 传递给负载的实际功率),霍尔器件电流和磁场的交替峰值永远不会彼此重合:当一个处于峰值时,另一个为零。
在这些时间点,霍尔输出电压同样为零,即电流和磁场强度的乘积(乘法)。
在这些时间点之间,霍尔输出电压将在正负之间均匀波动,产生与通过无功负载瞬时吸收和释放功率相对应的信号。
净直流输出电压将为零,表明电路中的真实功率为零。
电源电路中电压和电流之间的任何小于 90° 的相移都将导致霍尔输出电压在正负之间振荡,但在正负上花费的时间更多。因此,将有一个净直流输出电压。
通过低通滤波器电路调节后,该净直流电压可以与与其混合的交流电分离,最终输出信号记录在灵敏的直流电表运动上。
通常,使用仪表来汇总一段时间内的用电量而不是瞬时用电量是很有用的。这种仪表的输出可以以焦耳为单位设置,或者自power以来消耗的总能量 是对per完成的工作的衡量 单位时间。
或者,更常见的是,可以以瓦时为单位设置仪表的输出。
相关工作表:
- 直流传感器工作表
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