Misura di potenza e di energia |
La misura della potenza con il metodo volt-amperometrico non è più applicabile ai circuiti in regime alternato, dal momento che il prodotto U· I (dove U e I sono i valori efficaci di tensione e corrente) definisce solamente la potenza apparente S, ma non la potenza attiva.
| Si usa pertanto uno strumento detto WATTMETRO.
Presenta quattro morsetti, due voltmetrici e due amperometrici, dal momento che deve contemporaneamente valutare tensione e corrente; si distinguono quindi, al suo interno, un circuito voltmetrico ed un circuito amperometrico. Ricordiamo a questo proposito che i morsetti amperometrici vanno collegati in serie al carico, mentre i morsetti voltmetrici vanno collegati in parallelo. |
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Si distinguono:
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portata voltmetrica Un |
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portata amperometrica In |
che rappresentano i valori nominali di tensione e corrente che portano a fondo scala l’indice della strumento; il loro prodotto:
portata wattmetrica
rappresenta la massima potenza misurabile dallo strumento, considerando il suo cos j = 1.
| Il wattmetro più usato è uno strumento elettrodinamico: è costituito da una bobina fissa che fa capo ai morsetti amperometrici e da una bobina mobile, a cui è aggiunta una resistenza addizionale
Ra, che fa capo ai morsetti voltmetrici schematicamente: dove:
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La misura della potenza attiva viene fatta all’equilibrio tra la coppia motrice che sollecita la bobina mobile e la coppia resistente data dalla torsione delle molle ancorate alla bobina fissa.
L’inserzione del wattmetro in un circuito può essere a valle o a monte, ed è sempre accompagnata dall’inserzione di un voltmetro e di un amperometro per controllare la tensione e la corrente:
Fig. 8.2.3
Fig. 8.2.3a
dove:
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Um e Im sono i valori di tensione e corrente dati dagli strumenti; |
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RVW è la resistenza della bobina voltmetrica del wattmetro; |
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RAW è la resistenza della bobina amperometrica del wattmetro; |
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RA e RV sono rispettivamente le resistenze complessive dei circuiti amperometrico e voltmetrico. |
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RC è il carico. |
Riferendoci all’inserzione “a valle” si possono calcolare le grandezze:
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tensione ai capi dell’utilizzatore: | U = Um |
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potenza attiva assorbita:
dove i termini U2/R rappresentano l’autoconsumo del circuito voltmetrico e della bobina voltmetrica, |
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corrente assorbita dalla bobina e dal circuito voltmetrico:
questa corrente risulta in fase con Um; mentre la corrente Im dell’amperometro risulta sfasata di un angolo jm definito da:
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potenza apparente assorbita: |  |
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fattore di potenza del carico: |  |
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potenza reattiva assorbita: |  |
Ricordiamo a questo punto che al concetto di potenza è strettamente collegato il concetto di energia definita come:
dove:
è l’intervallo di tempo in cui fluisce l’energia W.
Anche l’energia è prodotta o utilizzata e la sua misura è l’elemento di contatto tra il produttore di energia elettrica ed il suo utente.
Lo strumento di misura dell’energia elettrica è il CONTATORE, l’unità di misura è il kilowattore.
| Il funzionamento del contatore è basato sulla realizzazione di un piccolo motore elettrico che sviluppa una coppia motrice, proporzionale alla potenza del circuito, a cui si deve
contrapporre una coppia resistente proporzionale alla velocità di rotazione del motore.
Il motore comprende un circuito wattmetrico, costituito da un avvolgimento amperometrico in serie ed un avvolgimento voltmetrico in parallelo tra i fili della linea. |
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L’asse del contatore è sollecitato da una parte dal motore da una coppia motrice proporzionale alla potenza del circuito e da una parte dal disco che produce una coppia resistente proporzionale alla velocità angolare.
Supposto nullo l’attrito, la condizione di equilibrio del sistema è data dal fatto che l’asse raggiunga e conservi la velocità per la quale coppia motrice e coppia resistente si uguagliano.
Pertanto la potenza elettrica del circuito risulta essere proporzionale alla velocità angolare del disco.
In altri termini, la misura dell’energia altro non è che il conteggio del numero dei giri compiuti dal disco.
