Medición de potencia

La medición de potencia en circuitos de CA puede ser un poco más compleja que con los circuitos de CC por la sencilla razón de que el cambio de fase complica el asunto más allá de multiplicar el voltaje por las cifras de corriente obtenidas con los medidores.

Lo que se necesita es un instrumento capaz de determinar el producto (multiplicación) de instantáneos voltaje y corriente. Afortunadamente, el movimiento del electrodinamómetro común con su bobina fija y móvil hace un buen trabajo al respecto.

La medición de potencia trifásica se puede lograr utilizando dos movimientos de dinamómetro con un eje común que une las dos bobinas móviles juntas para que un solo puntero registre la potencia en una escala de movimiento del medidor. Esto, obviamente, lo convierte en un mecanismo de movimiento bastante caro y complejo, pero es una solución viable.

Efecto Hall

Un método ingenioso para derivar un medidor de potencia electrónico (uno que genera una señal eléctrica que representa la potencia en el sistema en lugar de simplemente mover un puntero) se basa en el efecto Hall.

El efecto Hall es un efecto inusual observado por primera vez por E. H. Hall en 1879, mediante el cual se genera un voltaje a lo largo del ancho de un conductor portador de corriente expuesto a un campo magnético perpendicular:

Efecto Hall:el voltaje es proporcional a la corriente y la fuerza del campo magnético perpendicular.

El voltaje generado a lo ancho del conductor plano y rectangular es directamente proporcional tanto a la magnitud de la corriente que lo atraviesa como a la fuerza del campo magnético.

Matemáticamente, es un producto (multiplicación) de estas dos variables. La cantidad de "voltaje Hall" producido para cualquier conjunto de condiciones también depende del tipo de material utilizado para el conductor plano y rectangular.

Se ha descubierto que los materiales "semiconductores" especialmente preparados producen un voltaje Hall mayor que los metales, por lo que los dispositivos de efecto Hall modernos están hechos de estos.

Tiene sentido entonces que si tuviéramos que construir un dispositivo usando un sensor de efecto Hall donde la corriente a través del conductor fuera impulsada por voltaje de CA desde un circuito externo y el campo magnético fuera creado por un par de bobinas de alambre energizadas por la corriente. del circuito de alimentación de CA, el voltaje Hall estaría en proporción directa al múltiplo de la corriente y el voltaje del circuito.

Al no tener masa para mover (a diferencia de un movimiento electromecánico), este dispositivo es capaz de proporcionar instantáneo medición de potencia:

El sensor de potencia de efecto Hall mide la potencia instantánea.

El voltaje de salida del dispositivo de efecto Hall no solo será la representación de la potencia instantánea en cualquier momento, sino que también será una señal de CC. Esto se debe a que la polaridad del voltaje Hall depende de ambos la polaridad del campo magnético y la dirección de la corriente a través del conductor.

Si tanto la dirección de la corriente como la polaridad del campo magnético se invierten, como ocurre con la mitad del ciclo de la energía de CA, la polaridad del voltaje de salida permanecerá igual.

Si el voltaje y la corriente en el circuito de alimentación están desfasados ​​90 ° (un factor de potencia de cero, lo que significa no potencia real entregada a la carga), los picos alternos de la corriente del dispositivo Hall y el campo magnético nunca coincidirán entre sí:cuando uno está en su pico, el otro será cero.

En esos momentos, el voltaje de salida de Hall también será cero, siendo el producto (multiplicación) de la intensidad del campo magnético y la corriente.

Entre esos puntos en el tiempo, el voltaje de salida de Hall fluctuará igualmente entre positivo y negativo, generando una señal correspondiente a la absorción instantánea y liberación de potencia a través de la carga reactiva.

La tensión de salida de CC neta será cero, lo que indica una potencia real cero en el circuito.

Cualquier cambio de fase entre el voltaje y la corriente en el circuito de potencia de menos de 90 ° dará como resultado un voltaje de salida Hall que oscila entre positivo y negativo, pero pasa más tiempo positivo que negativo. En consecuencia, habrá una tensión de salida CC neta.

Acondicionado a través de un circuito de filtro de paso bajo, este voltaje de CC neto se puede separar de la CA mezclada con él, la señal de salida final registrada en un movimiento sensible del medidor de CC.

A menudo, es útil tener un medidor para totalizar el uso de energía durante un período de tiempo en lugar de instantáneamente. La salida de dicho medidor se puede configurar en unidades de julios o en la energía total consumida desde potencia es una medida del trabajo realizado por unidad de tiempo.

O, más comúnmente, la salida del medidor se puede configurar en unidades de Watt-Horas.

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