Раздел 3. Измерение электрических величин

Тема 3.1 Измерение тока и напряжения

 

Студент должен

знать:

- приборы для измерения;

- схемы подключения приборов;

- основные параметры приборов;

уметь:

- выбирать предел измерения прибора;

- подключать прибор для измерения физической величины.

 

Амперметры и вольтметры, основные измерительные системы, точность измерения, схемы подключения. Основные параметры приборов, расчет цены деления.

 

Материал для изучения

 

Токи и напряжения, которые приходится измерять, весьма различны по модулю, форме кривой мгновенных значений и частоте. Различными могут быть требования и к точности измерений. Поэтому разнообразны приборы и методы измерений токов и напряжений.

Постоянные токи от 1 мкА до 6 кА и напряжения от 1 мВ до 1, 5 кВ обычно измеряют приборами магнитоэлектрической системы, представляющими собой измерительные механизмы той же системы с шунтом или добавочным сопротивлением. Амперметры и вольтметры указанной системы изготовляются классов точности 0, 1 – 2, 5. Большая точность измерений постоянных токов и напряжений (погрешность до 0, 01 %) достигается применением компенсационных методов и цифровых вольтметров.

Постоянные токи и напряжения меньше 1 мкА или 1 мВ измеряются магнитоэлектрическими гальванометрами или гальванометрическими усилителями, а больше 6 кА или 1, 5 кВ – с применением трансформаторов постоянного тока. Большие постоянные токи порядка килоампер можно измерять также измерительными устройствами с датчиками Холла. В высоковольтных цепях постоянного тока для измерения напряжения применяются также вольтметры электростатической системы с номинальным напряжением до 100 кВ.

Рис. 3.1.1. Схема соединения трех амперметров через два трансформатора тока

Рис. 3.1.2. Схема переключений амперметра переключателем типа КФ для измерения тока в фазах

В низковольтных цепях переменного тока промышленной частоты (50 Гц) измерение небольших и средних токов (10^-2 - 2× 10² А) и напряжений (10^-2 - 5× 10² В) производится приборами непосредственной оценки различных систем. Выбор системы определяется предельным значением измеряемой величины, точностью, условиями измерений и свойствами системы. При измерениях низкой и средней точности применяют приборы электромагнитной системы соответственно классов точности 1, 5 – 2, 5 или 0, 2 – 0, 5. Большую точность обеспечивают приборы электродинамической системы классов 0, 1 и 0, 2. Если при измерении напряжения энергия потребления вольтметра должна быть мала, то применяют электростатические или выпрямительные вольтметры. Средние и большие переменные токи измеряют амперметрами, включаемыми через измерительные трансформаторы тока, а малые переменные токи – термоэлектрическими, выпрямительными, электронными и вибрационными гальванометрами. Эти же приборы используют в качестве нулевых индикаторов. Вместо перечисленных гальванометров можно использовать компараторы.

Компаратор – это прибор сравнения, основанный на применении измерительного преобразователя, на который одинаково воздействуют переменные и постоянные электрические величины. Установив равенство измеряемой переменной величины с постоянной, последнюю, а, следовательно, и первую можно определить с высокой точностью, например, с помощью компенсатора постоянного тока.

Запись токов и напряжений производится самопишущими приборами в цепи постоянного тока – магнитоэлектрической, а в цепях переменного тока – ферродинамической системы.

В трехфазных цепях в большинстве случаев ограничиваются измерением одного из линейных токов и одного из линейных напряжений, причем измерения производятся так же, как и в однофазных цепях. В цепях низкого напряжения для измерения трех линейных напряжений иногда применяют один вольтметр с переключателем

Для измерения трех линейных токов в трехфазной трехпроводной цепи с применением трансформаторов тока достаточно иметь два трансформатора (рис. 3.1.1). Это непосредственно следует из свойства суммы линейных токов . Таким образом, сумма двух линейных токов равна третьему линейному току, взятому с обратным знаком, например .

На рис. 3.1.2 приведена одна из наиболее распространенных схем пофазного подключения амперметра к трансформаторам тока с помощью переключателя типа КФ. Положение контактов переключателя на схеме соответствует измерению тока фазы В. Ток этой фазы является геометрической суммой токов фаз А и С, поэтому в нее и не вмонтирован трансформатор.

Поворотом переключателя против часовой стрелки амперметр через контакты 2 и 3 подключается к трансформатору фазы А. В это время трансформатор фазы С закорачивается контактами 6 и 7. Аналогично, поворотом рукоятки по часовой стрелке подключается амперметр к трансформатору фазы С, а трансформатор тока фазы А закорачивается.

Рис. 3.1.3. Схема соединения трех вольтметров через два трансформатора напряжения

Рис. 3.1.4. Устройство электроизмерительных клещей

Для измерения трех линейных напряжений трехфазной трехпроводной цепи с применением трансформаторов напряжения достаточно двух трансформаторов (рис. 3.1.3), что непосредственно вытекает из свойств суммы линейных напряжений . Таким образом, сумма двух линейных напряжений равна третьему линейному напряжению, взятому с противоположным знаком.

На рис. 3.1.1 и 3.1.3 указана маркировка первичных и вторичных обмоток измерительных трансформаторов.

Для оценки переменных токов и напряжений используют понятия:

1) действующего (эффективного) значения, определяемого выражением:

или ;

2) амплитудного или максимального значения I_m и U_m – наибольшего из мгновенных значений за период;

3) среднего значения за полупериод

и .

При синусоидально-изменяющейся величине коэффициенты формы кривой k_ф и амплитуды k_а имеют определенные постоянные значения: k_ф = U/U_ср=1, 11 и k_а = U_m/U = Ö 2 = 1, 41, поэтому, измерив одно из трех указанных выше значений измеряемой величины, легко определить остальные. Например, если вольтметр измерил действующее значение U = 220 В, то это значит, что U_m = 1, 41 × 220 » 310 В, а U_ср = 220 / 1, 11 » 200 В.

При несинусоидальном напряжении (токе) чем более тупой будет кривая измеряемой величины, тем ближе она будет к прямоугольной форме, при которой U_m = U = U_ср и k_ф = k_а = 1, тем ближе к единице будут коэффициенты k_ф¢ и k_а¢. Наоборот, чем более острой будет кривая измеряемой величины, тем больше будут ее коэффициенты k_ф¢ ¢ и k_а¢ ¢ по сравнению с k_ф и k_а для синусоиды. При несинусоидальной кривой измеряемой величины вольтметры (амперметры) различных систем ведут себя по-разному:

1) у приборов электромагнитной, электродинамической, электростатической, термоэлектрической и частично электронной систем угол поворота определяется действующим значением измеряемой величины;

2) у приборов выпрямительной и частично электронной систем угол поворота определяется средним значением измеряемой величины;

3) у амплитудных вольтметров электронной системы – максимальным значением измеряемой величины.

На шкалах всех вольтметров и амперметров наносятся действующие значения измеряемой величины при синусоидальной форме кривой. Поэтому, например, при включении в цепь с несинусоидальным напряжением вольтметра первой из указанных групп он покажет 220 В, а это означает, что U = 220 В, а U_m и U_ср неизвестны; если вольтметр второй группы покажет 220 В, то это означает, что U_ср =220 / 1, 1 = 200 В, а U_m и U неизвестны; наконец, если вольтметр третьей группы покажет 220 В, то это означает, что U_m = 310 В, а U и U_ср неизвестны.

Таким образом, при несинусоидальных величинах в зависимости от того, какое значение необходимо определить, следует выбирать прибор соответствующей группы, т.е. системы, иначе полученные результаты могут оказаться неправильными.

Для измерения токов без разрыва цепи применяют так называемые измерительные клещи (рис. 3.1.4). Основным элементом клещей является трансформатор тока, магнитопровод которого состоит из двух половин – 2 и 4, соединенных шарниром и поджатых одна к другой пружиной (на рисунке не показана). При нажатии курка 1 половины магнитопровода расходятся и охватывают шину 3, не нарушая ее целости. Измеряемый ток протекает по шине 3. Создаваемый им магнитный поток замыкается по магнитопроводу. Ток вторичной обмотки 5 измеряется амперметром выпрямительной или ферродинамической системы, который схематично показан на рис. 3.1.4. Шкала амперметра градуируется по значениям первичного тока. Амперметр обычно встраивают в ручку клещей, находят применение и выносные приборы. Точность измерения с помощью клещей не превышает 2, 5 – 4 %. Однако благодаря возможности быстрого измерения больших токов без разрыва токоведущей шины их применяют довольно широко.

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. AVC достигают макс. величины при этом объеме
2. E) Прямую зависимость величины предложения от цены товара
3. А.Е.М. – весовая характеристика элемента – относительная величина количества энергии, наполняющий элемент, отличающая его от среды нахождения.
4. Анализ показателей, характ величину доходов от реализации товаров
5. Анализ электрических цепей постоянного тока с одним источником энергии
6. Ведомость электрических нагрузок
7. Величина кредиторской задолженности
8. Величина стран по размеру экономики. Первая десятка стран по абсолютной величине ВВП без учета ППС и с учетом ППС.
9. Величина является свойством предмета.
10. Величину, характеризующую способность буферного раствора противодействовать смещению реакции среды при добавлении кислот или щелочей, называют буферной емкостью раствора.
11. Величины припусков на швы, предусматриваемые при раскрое одежды (в соответствии с ОСТ 17—835—80)
12. Виды и методы электрических измерений