Atendendo a pedidos, o assunto deste post é o funcionamento do wattímetro. Um instrumento que mede a potência fornecida ou dissipada por um circuito.
Wattímetro eletrodinâmico
Funciona com um indutor móvel, a bobina de tensão, e 2 indutores estáticos ligados em série, as bobinas de corrente. A bobina móvel ou de pressão está ligada a um ponteiro com uma mola em espiral. As bobinas fixas de corrente geram um campo magnético quando recebem corrente elétrica. Quando passa uma corrente pelo indutor móvel, um torque é gerado neste e o ponteiro se move.
Este tipo de wattímetro pode medir potências em CC e CA. Também é usado em calibração devido ao alto grau de precisão.
Medição em corrente contínua
A equação do torque de deflexão T_{d} no ponteiro da bobina móvel é:
T_{d}=i_{c}i_{p}\frac{\delta M}{\delta \theta }
- i_{c} e i_{p} são as correntes instantâneas nos indutores de corrente e tensão respectivamente.
- \frac{\delta M}{\delta \theta } é a taxa de mudança de deflexão do ponteiro em relação ao ângulo \theta.
O torque restaurador T_{c} produzido pela mola é:
T_{c}=K\theta
- K é a constante da mola em Newtons/metro (N/m).
Quando a potência está sendo medida, os torques T_{d} e T_{c} ficam em equilíbrio e se tornam iguais.
T_{d}=T_{c}
i_{c}i_{p}\frac{\delta M}{\delta \theta }=K\theta
O ângulo de deflexão fica:
\theta =\frac{(i_{c}i_{p}\frac{\delta M}{\delta \theta })}{K}
Medição em corrente alternada
O valor da tensão na bobina móvel.
v=V_{rms}\sqrt{2}\cdot sen(\omega t)
Se a resistência ligada ao indutor de tensão for muito alta, este pode ser considerado puramente resistivo. Neste caso,
i_{p}=\frac{v}{R}
i_{p}=\frac{V_{m}\cdot sen(\omega t)}{R}
i_{p}=Ip_{m}\cdot sen(\omega t)
Se a corrente que passa pelos indutores fixos (i_{c}) ficar atrasada em relação à i_{p}, a equação desta fica:
i_{p}=Ip_{m}\cdot sen(\omega t-\phi )
Enquanto i_{c}:
i_{c}=Ic_{m}\cdot sen(\omega t)
A equação do torque defletor em CA, após resolver uma integral.
T_{d}=Ic_{m}Ip_{m}\cdot cos\phi \cdot \frac{\delta M}{\delta \theta }
O ângulo de deflexão.
\theta =\frac{Ic_{rms}Ip_{rms}}{K}\cdot cos\phi \cdot \frac{\delta M}{\delta \theta }
Erros na medição
Os fatores que causam erros na medida são: a indutância e a capacitância da bobina de pressão, a indutância mútua entre os indutores, campo magnético disperso, temperatura e correntes parasitas.
Se um wattímetro eletrodinâmico feito para 50 Hz operar em 60 Hz, ou vice-versa, o valor das correntes parasitas vai mudar, o que pode gerar erros de medição.
Wattímetro de indução
Este tipo só pode medir potências em CA. Consiste em dois eletroímãs com núcleo laminado de aço silício: shunt magnet e series magnet. Entre estes eletroímãs, há um disco fino de alumínio. Quando os eletroímãs recebem corrente alternada da fonte (supply), o disco de alumínio (aluminium disk) recebe campo magnético variável e surge uma corrente induzida no disco. A corrente induzida na presença de um campo magnético produz um torque no disco, que está ligado a um ponteiro.
Este tipo só pode ser usado quando a frequência, a tensão e a temperatura forem constantes. Portanto, este wattímetro só pode operar na frequência o qual foi projetado. Por outro lado, não sofre efeito de campos magnéticos externos.
Diagrama fasorial
O torque resultante T é proporcional a tensão V e a corrente I geradas e, ao fator de potência cos\phi.
T_{d}\propto VI\cdot cos\phi
Wattímetro digital
Mede a tensão e a corrente instantâneas várias vezes por segundo. Estas 2 medidas são multiplicadas por um microprocessador e o resultado é exibido em um display LCD. Alguns wattímetros digitais também podem medir fator de potência, potências ativa e reativa, o consumo de energia em kWh, a frequência, valores RMS e de pico.
