MISURE DI GRANDEZZE ELETTRICHE

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1 MISURE DI GRANDEZZE ELETTRICHE La tecnologia oggi permette di effettuare misure di grandezze elettriche molto accurate: precisioni dell ordine dello 0,1 0,2% sono piuttosto facilmente raggiungibili. corrente: amperometri tensione: voltmetri potenza attiva: wattmetri potenza in sistema trifase: inserzione Aron In generale, per la misura delle grandezze elettriche è possibile sfruttare utilizzare strumenti basati su diversi principi di funzionamento: strumenti magnetoelettrici (correnti continue) strumenti elettromagnetici (correnti continue ed alternate) strumenti elettrodinamici (correnti continue ed alternate) strumenti termici (correnti continue ed alternate) strumenti elettrostatici (correnti continue ed alternate) strumenti elettronici (correnti continue ed alternate) strumenti ad induzione (correnti alternate) 1

2 AMPEROMETRO Amperometro magnetoelettrico Sfrutta le forze elettromagnetiche generate dal passaggio di corrente elettrica in una bobina rigida di filo conduttore. La bobina è racchiusa tra i poli di un magnete e immersa in un campo magnetico di forma opportuna, e subisce una rotazione per effetto della coppia generata dalle forze elettromagnetiche. 2

3 Pinza amperometrica Si tratta di strumenti portatili che misurano il campo magnetico indotto dal passaggio della corrente in un cavo conduttore. Le pinze sono realizzate in materiale ferromagnetico e costituiscono un circuito magnetico che concentra il flusso magnetico. All'interno del dispositivo una bobina avvolta sul circuito magnetico genera ai suoi capi una tensione che può essere misurata da uno strumento integrato. In pratica il sistema costituisce un trasformatore di corrente, e per questo può misurare solamente una corrente alternata. Apparecchi più sofisticati in grado di misurare anche la corrente continua si basano su un sensore ad effetto Hall, il quale permette di effettuare misure con elevata precisione dell'intensità di un flusso di corrente, in un range di frequenza che spazia dalla corrente continua fino a 100 MHz. 3

4 VOLTMETRO Voltmetri per tensioni continue Sono costituiti da un amperometro molto sensibile collegato in serie ad una resistenza di valore elevato (per limitare l assorbimento di corrente dal circuito sotto misura), posti in parallelo al circuito di misura. La tensione rilevata è determinata dal prodotto della corrente misurata e della resistenza, variando il cui valore è possibile modificare la scala dello strumento. Voltmetri per tensioni alternate Misurano il valore efficace della tensione e possono essere di tipo: elettrodinamico (il cui principio di funzionamento dei voltmetri elettrodinamici è il medesimo dei wattmetri elettrodinamici illustrato più avanti) termico a raddrizzatore I voltmetri termici sfruttano l effetto Joule: sono costituiti da una resistenza in cui il calore dissipato, proporzionale al quadrato della tensione, genera una variazione di temperatura rilevata da una termocoppia. I voltmetri a raddrizzatore utilizzano un componente (appunto il raddrizzatore) che rende la corrente alternata unidirezionale, e ne misurano il valor medio, che è proporzionale alla tensione, mediante un amperometro per corrente continua. 4

5 WATTMETRO Wattmetro elettrodinamico Il wattmetro elettrodinamico è costituito da: una bobina fissa (bobina amperometrica), posta in serie al carico da misurare una piccola bobina mobile (bobina voltmetrica), che viene collegata in parallelo, mediante una grossa resistenza, ai capi del carico, in modo da condividere la medesima differenza di potenziale ed essere percorsa da una debole corrente a essa proporzionale. La coppia motrice agente sulla bobina mobile dipende dalle correnti circolanti nei due circuiti e dallo sfasamento: C m = K I m I f cosφ Se il circuito della bobina mobile è puramente resistivo, I m è proporzionale alla differenza di tensione sul carico, mentre I f coincide con la corrente sul carico. Dunque, mediante opportuna taratura, la coppia motrice risulta correlata alla potenza media sul carico: C m = K V I cosφ 5

6 INSERZIONE ARON E un metodo di misura della potenza elettrica di un sistema trifase tramite l'ausilio di due soli wattmetri. Sebbene in un sistema trifase le potenze da misurare siano tre, una per ogni fase, con l'ausilio dell'inserzione Aron si riesce a misurare la potenza del sistema con due soli wattmetri, collegando le amperometriche sulle fasi 1 e 3 e le voltmetriche tra le fasi 1-3 e 2-3. La somma delle letture dei due wattmetri è la potenza attiva assorbita dal sistema trifase. P = E 1 I 1 + E 2 I 2 + E 3 I 3 In un sistema trifase simmetrico ed equilibrato vale la relazione: I 1 + I 2 + I 3 = 0 P = E 1 I 1 + E 2 (-I 1 -I 3 ) + E 3 I 3 = V 12 I 1 + V 32 I 3 6

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