VatmetroEs un instrumento electrodinmico para medir la potencia
elctrica o la tasa de suministro de energa elctrica de un circuito
elctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas,
llamadas bobinas de corriente o amperomtrica, y una bobina mvil
llamada bobina de potencial o voltimtrica. Las bobinas fijas se
conectan en serie con el circuito, mientras la mvil se conecta en
paralelo. Adems, en los vatmetros analgicos la bobina mvil tiene
una aguja que se mueve sobre una escala para indicar la potencia
medida. Una corriente que circule por las bobinas fijas genera un
campo electromagntico cuya potencia es proporcional a la corriente
y est en fase con ella. La bobina mvil tiene, por regla general,
una resistencia grande conectada en serie para reducir la corriente
que circula por ella. El resultado de esta disposicin es que en un
circuito de corriente continua, la deflexin de la aguja es
proporcional tanto a la corriente como al voltaje, conforme a la
ecuacin W=VA o P=EI. En un circuito de corriente alterna la
deflexin es proporcional al producto instantneo medio del voltaje y
la corriente, midiendo pues la potencia real y posiblemente
(dependiendo de las caractersticas de cargo) mostrando una lectura
diferente a la obtenida multiplicando simplemente las lecturas
arrojadas por un voltmetro y un ampermetro independientes en el
mismo circuito. Los dos circuitos de un vatmetro son propensos a
resultar daados por una corriente excesiva. Tanto los ampermetros
como los voltmetros son vulnerables al recalentamiento: en caso de
una sobrecarga, sus agujas pueden quedar fuera de escala; pero en
un vatmetro el circuito de corriente, el de potencial o ambos
pueden recalentarse sin que la aguja alcance el extremo de la
escala. Esto se debe a que su posicin depende del factor de
potencia, el voltaje y la corriente. As, un circuito con un factor
de potencia bajo dar una lectura baja en el vatmetro, incluso
aunque ambos de sus circuitos est cargados al borde de su lmite de
seguridad. Por tanto, un vatmetro no slo se clasifica en vatios,
sino tambin en voltios y amperiosPartes:Los vatmetros
electrodinmicos constan principalmente de:
Una bobina mvil Bv, de gran nmero de espiras de hilo muy fino
para que su resistencia sea muy elevada. La bobina mvil est
pivotada sobre un eje para que pueda girar. Una bobina fija Bi, de
muy pocas espiras y de hilo muy grueso para que su resistencia sea
muy pequea. Un resorte antagonista que se opone al giro de la
bobina mvil. Una aguja solidaria con la bobina mvil, que al
desplazarse sobre una escala graduada da la medida de la potencia
activa leda por el vatmetro.
La bobina mvil Bv, denominada bobina voltimtrica, est alimentada
por la tensin entre los puntos A y B donde va montado el vatmetro
(extremos de la carga). La resistencia de la bobina voltimtrica es
muy elevada para que la corriente que se derive por ella sea
despreciable (caracterstica propia de un voltmetro).
La bobina fija Bi, denominada amperimtrica, es recorrida por la
corriente que circula por la carga. La resistencia de la bobina
amperimtrica es muy pequea para que la cada de tensin en ella sea
despreciable (caracterstica propia de un ampermetro).
La bobina con una aguja indicadora, unida a ella, que gira
alrededor de un eje, de tal modo que puede oscilar en el campo
magntico de la segunda bobina, y est sometida a un resorte cuyo
momento recuperador es proporcional al ngulo girado. El par que
tiende a hacer girar la bobina es proporcional al mismo tiempo, a
la intensidad de corriente que la recorre y al campo magntico
proporcional a la intensidad de corriente en la bobina fija.
Por consiguiente si la bobina fija se conecta como el
ampermetro, la intensidad que pasa por ella es proporcional a la
intensidad total y su campo magntico es proporcional a esta
intensidad. Si la bobina mvil se conecta como el voltmetro, la
intensidad de la corriente que la recorre es proporcional a la
diferencia de potencial entre los bornes de x.
2. Vatmetros MonofsicosEs un instrumento que consiste en una
bobina mvil en un campo magntico producido por un par de bobinas
fijas. Cuando se utiliza como ampermetro o voltmetro las bobinas
fijas y mvil se conectan en serie.La potencia consumida por
cualquiera de las partes de un circuito se mide con un vatmetro, un
instrumento parecido al electrodinammetro. El vatmetro tiene su
bobina fija dispuesta de forma que la atraviese toda la intensidad
del circuito, mientras que la bobina mvil se conecta en serie con
una resistencia grande y slo deja pasar una parte proporcional del
voltaje de la fuente. La inclinacin resultante de la bobina mvil
depende tanto de la intensidad como del voltaje y se puede calibrar
directamente en vatios, ya que la potencia es el producto del
voltaje y la intensidad de la corriente.S=VI Potencia AparenteSegn
los usos y el precio que tenga un vatmetro encontramos varios
tipos:Digital: Sealado mediante un cristal lquido.Analgico: A
partir de la flecha.3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.El
desplazamiento de la bobina mvil se debe a la interaccin del campo
magntico fijo producido por el imn permanente, con la corriente I
que circula por dicha bobina. Esta interaccin produce un torque que
tiende a hacer girar la bobina en un cierto sentido.La bobina mvil,
con una resistencia en serie, se conecta en paralelo con la carga y
as, la corriente a travs de ella es una medida de la diferencia de
potencial en los terminales de la carga. Como la deflexin angular
de la bobina mvil es proporcional al producto de corrientes en las
bobinas mvil y fija, la deflexin angular es proporcional al
producto de corrientes y la diferencia de potencial. Tericamente,
el instrumento responde a la potencia instantnea, pero la inercia
del sistema hace que la respuesta del instrumento lo sea al
promedio de potencia.Ahora bien, teniendo presente que el campo
magntico producido por el imn es constante, si la corriente I
cambia de direccin, vara tambin el sentido del torque y por lo
tanto el de giro de la bobina.De acuerdo con esto, si hacemos
circular una corriente alterna de baja frecuencia (1Hz) por un
galvanmetro que tenga el cero en el centro de la escala, veremos
oscilar la aguja alrededor de la indicacin de cero corriente. En
este caso, el instrumento es capaz de presentar los valores
instantneos de la seal aplicada.Si la frecuencia de la seal es
mayor, el sistema mecnico no podr responder con la suficiente
velocidad, por lo que la aguja permanecer en el centro de la
escala, indicando una lectura nula, correspondiente al valor
promedio de la corriente.Las frecuencias de 60Hz ya son lo
suficientemente elevadas como para que no podamos observar la
respuesta instantnea del galvanmetro, por lo que si se aplican
dichas frecuencias, el instrumento indicar el valor promedio, que
por lo general es cero.Si la direccin del campo magntico cambiase
al mismo tiempo que la de la corriente, el torque tendra siempre el
mismo sentido y por lo tanto podramos realizar siempre una medicin.
Este efecto se consigue con los instrumentos
electrodinamomtricos.En dichos instrumentos, el imn permanente ha
sido sustituido por un electroimn, el cual est constituido por un
ncleo de hierro y una bobina arrollada alrededor del mismo.La
Figura 2 presenta el esquema bsico de un instrumento
electrodinamomtrico. Al variar la direccin de ic, cambia la del
campo magntico en el que se encuentra la bobina mvil. Si las
direcciones de ip e ic varan simultneamente, la del torque sobre la
bobina mvil es constante. Vatmetro trifsicoCuando hay una carga
equilibrada con un sistema trifsico, es posible medir la potencia
total consumida con la utilizacin de un vatmetro simple. Con una
carga equilibrada, la potencia total es la suma de la potencia
consumida por cada elemento de carga. En la figura muestra como
utilizar un vatmetro para hacer tales medidas con una carga
equilibrada conectada en estrella. La potencia total consumida por
la carga es, por tanto, tres veces la lectura del instrumento.
