Тема 3.7 Измерение частоты переменного тока

⇐ ПредыдущаяСтр 20 из 26Следующая ⇒

Студент должен

знать:

- приборы для измерения;

- схемы подключения приборов;

- основные параметры приборов;

уметь:

- выбирать предел измерения прибора;

- подключать прибор для измерения физической величины.

Электродинамические и ферродинамические частотомеры. Электромагнитный частотомер. Вибрационный частотомер. Схемы подключения.

Рис. 3.7.1 Электродинамический частотомер: а – схема, б – векторная диаграмма

Рис. 3.7.2 Схема электромагнитного частотомера: а – схема, б – кривые токов в параллельных ветвях

Рис. 3.7.3 Схема выпрямительного частотомера

Материал для изучения

Электродинамические и ферродинамические частотомеры

Схема электродинамического частотомера и векторная диаграмма приведены на рис. 3.7.1, а и б. Параметры цепи (С₂) одной катушки логометра подбирают так, чтобы угол сдвига фаз между током I₂ и напряжением U был близким к 90º. Параметры цепи (R₁, L₁, С₁) неподвижных катушек логометра и включенной последовательно с ней второй подвижной катушки подбирают так, чтобы был резонанс напряжений при частоте, равной среднему значению диапазона измеряемых частот. В приборе действуют два момента, направленные навстречу друг другу. Эти моменты могут быть представлены так:

; ,

где Y - угол сдвига фаз между токами I₁ и I₂.

При резонансе j = 0, соs Y = соs p/2 = 0 и М₂ = 0. Под действием момента М₁ подвижная часть повернется до совпадения плоскостей неподвижных 3 и подвижной 2 катушек. При таком положении подвижной части оба момента, действующие на подвижную часть, будут равны 0. При изменении частоты будет изменяться угол j (рис. 15.1, б) и равенство моментов наступит при другом положении подвижной части, которое, очевидно, будет зависеть от значения измеряемой частоты. Следовательно, шкала прибора может быть отградуирована в герцах.

Частотомеры обычно имеют класс точности 2, 5. Пределы измерения частоты составляют ± 10 % среднего значения частоты (50 и 200 Гц).

Электромагнитный частотомер

Электромагнитный частотомер (рис. 3.7.2) представляет собой логометр. В одной параллельной ветви прибора соединены катушка логометра А₁, конденсатор С₁ и катушка L₁, которые настроены в резонанс при частоте f₁. Другая параллельная ветвь аналогична первой и настроена в резонанс на другую частоту f₂. Кривые токов в катушках прибора в зависимости от частоты (рис. 3.7.2, б) показывают, что при изменении частоты от f₁ до f₂ каждому значению частоты соответствует определенное отношение токов I₁ / I₂, а следовательно, и определенный угол поворота подвижной части. На шкале прибора наносятся значения частоты.

Из графиков тока видно, что некоторые отношения токов I₁ / I₂, имеющие место при частотах, находящихся в границах шкалы прибора f₁- f₂, могут иметь место и за их пределами, например отношение I₁¢ / I₂¢ = I₁¢ ¢ / I₂¢ ¢; следовательно, у этих частотомеров могут быть области ложных показаний.

Частотомеры имеют класс точности 1, 5 и 2, 5, номинальную частоту от 50 до 1500 Гц и номинальное напряжение 36, 100, 127 и 220 В.

Выпрямительный частотомер

Этот частотомер состоит из магнитоэлектрического логометра и схемы (рис. 3.7.3). Первая ветвь содержит катушку L₁, конденсатор С₁ и двухполупериодный выпрямитель В₁. Вторая ветвь состоит из резистора с активным сопротивлением (R₂) и второго выпрямителя В₂. Выпрямленные токи проходят через соответствующие рамки логометра.

Угол поворота подвижной части логометра, определяемый отношением токов, зависит от отношения сопротивлений параллельных ветвей:

Сопротивление первой ветви при изменении частоты изменяется. Сопротивление второй ветви от частоты не зависит. Следовательно, отношение сопротивлений параллельных ветвей и угол поворота подвижной части логометра зависят от частоты: . Для повышения чувствительности прибора к частоте в рабочем диапазоне его частот индуктивность L₁ и емкость С₁ подбираются с таким расчетом, чтобы первая параллельная ветвь находилась в режиме, соответствующем восходящей части резонансной кривой тока. В этом случае незначительное изменение частоты сильно изменяет сопротивление этой ветви (Z₁), а следовательно, и угол поворота подвижной части частотомера.

Прибор включается через фильтр (на рис. 3.7.3 не показан), уменьшающий влияние формы кривой напряжения на показание прибора.

Вопросы для самопроверки:

1. Какие системы приборов применяются в амперметрах и вольтметрах.

2. Какие схемы подключения амперметров и вольтметров применяются в цепях постоянного, однофазного и трехфазного переменного тока.

3. Для каких целей применяются измерительные клещи. Их отличие от амперметров.

Для каких целей применяют шунты, добавочные сопротивление, измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Указать схемы подключения шунтов, добавочных сопротивлений, измерительных трансформаторов тока и напряжения.
Как рассчитать шунт и добавочное сопротивление.
Как выбирают измерительные трансформаторы.
Как определить значение измеряемой величины по показаниям приборов, подключенных через измерительные трансформаторы.
Предел измерения микроамперметра на 150 мкА должен быть расширен до 15 А. Определить сопротивление шунта, если внутреннее его сопротивление R_А = 400 Ом. Определить также класс точности прибора, если наибольшее значение абсолютной погрешности амперметра 100 мА (Ответ: R_Ш = 0, 004 Ом; класс точности 1, 0)
Для расширения предела измерения амперметра с внутренним сопротивлением R_А = 0, 5 Ом в 50 раз необходимо подключить шунт. Определить сопротивление шунта, ток полного отклонения прибора и максимальное значение тока на расширенном пределе, если падение напряжения на шунте U_Ш = 75 мВ (Ответ: R_Ш = 0, 0102 Ом; I_пр = 0, 15 А; I = 7, 5 А)
Амперметр, сопротивление которого R_А = 0, 3 Ом, имеет шкалу в 150 делений и постоянная прибора С_А = 0, 001 А/дел. Определить сопротивление шунта R_Ш, при помощи которого можно было измерять ток до 300 А (Ответ: R_Ш = 0, 00015 Ом).
Амперметр, сопротивление которого R_А = 0, 3 Ом, имеет шкалу в 150 делений и постоянная прибора С_А = 0, 001 А/дел. Определить, какое сопротивление R_Д необходимо последовательно включить с амперметром, чтобы этим прибором можно было измерять напряжение до 150 В. (Ответ: R_Д= 999, 7 Ом)
Амперметр, сопротивление которого R_А = 0, 3 Ом, имеет шкалу в 150 делений и постоянная прибора С_А = 0, 001 А/дел. Какой ток можно измерять этим амперметром, если имеется шунт с сопротивлением Ом. (Ответ: I = 4, 45 А)
Магнитоэлектрический вольтметр с сопротивлением R_V = 10 000 Ом включен в сеть с напряжением U = 120 В. Определить ток I_V, проходящий через вольтметр, и мощность Р_V, поглощаемую им. (Ответ: I_V = 0, 012А; Р_V = 1, 44Вт)
В сеть с напряжением U = 220В включены последовательно два вольтметра со шкалами на 120 и 150В и с внутренними сопротивлениями R_V1 = 10 000 Ом и R_V2 = 12 000 Ом. Определить показание каждого вольтметра. (Ответ: U₁ = 120В; U₂ = 100В)
Магнитоэлектрический прибор (милливольтамперметр) имеет три зажима (клеммы): один общий слева и два справа; один из этих зажимов с обозначением 10 Ом, 45 мВ служит для присоединения шунтов и измерения тока до 4, 5мА, а второй с обозначением 1000 Ом, 3В – для присоединения добавочных сопротивлений и для измерения напряжения до 3В. Определить сопротивления шунтов для этого прибора, чтобы им можно было измерять токи до 1, 5; 15; 30 и 60А, а также найти постоянные прибора для этих пяти случаев, если его шкала имеет 150 делений. Каковы должны быть величины добавочных сопротивлений для этого прибора, чтобы им можно было измерять напряжение до 15 и 150В? Чему равны постоянные прибора для этих трех случаев. (Ответ: R_Ш1 = 0, 301 Oм; R_Ш2 = 0, 003 Oм; R_Ш3 = 0, 0015 Oм; R_Ш4 = 0, 00075 Oм; С_А = 0, 00003 А/дел; С_А = 0, 01 А/дел; С_А = 0, 1 А/дел; С_А = 0, 2 А/дел; С_А = 0, 4 А/дел; R_Д= 4000 Oм; R_Д= 49 000 Oм; C_V = 0, 02 В/дел; C_V = 0, 1 В/дел; C_V = 1 В/дел)
Магнитоэлектрический прибор с сопротивлением 10 Ом и током полного отклонения 7, 5 мА может быть использован в качестве амперметра на 30 А. Определить сопротивление шунта (Ответ: R_Ш = 0, 0025 Oм)
У вольтметра электродинамической системы с пределом измерения U₁ = 300 В и внутренним сопротивлением R_V = 30 Ком необходимо расширить предел до 1500 В. Определить добавочное сопротивление вольтметра и максимальную потребляемую мощность на основном и расширенном пределах. (Ответ: R_Д= 120 Ком; Р₁ = 3 Вт; Р₂ = 15 Вт)

19. Какие схемы применяются в омметрах. Их достоинства и недостатки. Порядок проведения измерения сопротивления с помощью омметров.

20. Измерение больших и малых сопротивлений методом «амперметра – вольтметра», определение измеряемого сопротивления.

21. Измерение больших сопротивлений гальванометром и вольтметром, схема подключения, порядок измерения, способ определения измеряемого сопротивления.

22. Измерение сопротивления одним вольтметром, схема подключения, порядок измерения, способ определения измеряемого сопротивления.

23. Измерение малых сопротивлений методом сравнения с образцовых сопротивлением, схема подключения, порядок измерения, способ определения измеряемого сопротивления.

24. Измерение средних сопротивлений методом замещения, схема подключения, порядок измерения, способ определения измеряемого сопротивления.

25. Измерение сопротивлений мостом, понятие уравновешенного моста, схема подключения, порядок измерения, способ определения измеряемого сопротивления.

26. Виды одинарных измерительных мостов, схемы, применение.

27. Измерение малых сопротивлений двойным мостом, схема подключения, порядок измерения, способ определения измеряемого сопротивления.

Рис. 2 К задаче 30

28. Сопротивление измеряется методом амперметра и вольтметра. Показания приборов при этом: U = 12 В; I = 0, 25 А. Пределы измерения и классы точности вольтметра и амперметра соответственно U_пр = 15 В; класс точности 0, 5; I_пр = 0, 5 А; класс точности 1, 0. Определить измеряемое сопротивление и наибольшие абсолютную и относительную погрешности без учета сопротивления приборов (Ответ: R = 48 Ом; абсолютная погрешность 1, 3 Ом; относительная 2, 7 %).

Для измерения сопротивления был применен вольтметр с внутренним сопротивлением R_В = 50 КОм. При последовательном его включении с измеряемым сопротивлением прибор показал 120В, при его подключении без сопротивления он показал 162В. Определить сопротивление и наибольшие абсолютную и относительную погрешности измерения, если вольтметр имеет предел измерения 300В и класс точности 2, 5. Какого класса точности надо выбрать вольтметр для обеспечения точности 10%? (Ответ: R_Х = 17, 5 КОм; DR_max = ±7, 8 КОм; b = 44, 5%; класс точности 0, 5)
Для определения полного, активного и реактивного сопротивлений катушки собрана схема, представленная на рис. 2. Показания приборов были следующими: U₁ = 71, 5В; U₂ = 25В; U₃ = 63, 5В; I = 2, 5А. Определить указанные сопротивления и наибольшее значение относительной погрешности измерения R_К и Z_К, если класс точности всех приборов 1, 0 и пределы измерения следующие: U_ПР1 = U_ПР3 = 100В; U_ПР2 = 30В; I_ПР = 3А. (Ответ: Z_К = 25, 4Ом; R_К = 4, 9Ом; Х_К = 25, 1Ом; b_R = 2, 4%; b_Z = 2, 75%)

Рис. 3 К задаче 41

Рис. 4 К задаче 42

При определении активного и индуктивного сопротивлений катушки в цепь переменного тока включают амперметр, вольтметр и ваттметр, которые показали следующие значения: 1, 5А – амперметр с пределом измерения 3А; 12В – вольтметр с пределом измерения 50В; 9Вт – ваттметр с пределом измерения 30Вт. Класс точности всех приборов 0, 5. Определить наибольшее и наименьшее значения определяемых сопротивлений с учетом класса точности всех приборов и относительную погрешность измерения этих величин (Ответ: R_К = 4Ом; Х_К = 6, 95Ом; R_Кmax = 4, 15Ом; R_Кmin = 3, 85Ом; b_R = 4%; Х_Кmax = 7, 3Ом; Х_Кmin = 6, 6Ом; b_Х = 5%)
Электродинамический ваттметр и варметр. Устройство, принцип действия, обозначение измерительного механизма ваттметра и варметра на схемах.
Схемы подключения ваттметров для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного тока.
Измерение активной мощности в трехфазных цепях (в четырехпроводных, в трехпроводных).
Методы измерения активной мощности: двумя ваттметрами, с искусственной нулевой точкой, тремя ваттметрами. Определение измеряемой величины по показаниям приборов.
Трехфазные ваттметры, их конструкция, подключение, применение.
Измерение реактивной мощности с помощью варметра, схемы подключения.
Измерение реактивной мощности с помощью ваттметров, правила подключения ваттметров для измерения реактивной мощности.
Схемы подключения ваттметров и варметров через измерительные трансформаторы. Определение измеряемой величины по показаниям приборов.
Активная мощность, подводимая к трехфазному асинхронному двигателю, измерялась по методу двух ваттметров. При номинальной нагрузке двигателя стрелки обоих ваттметров отклонялись в одну и ту же сторону, при этом первый ваттметр показывал Р₁ = 1274 Вт, а второй Р₂ = 589 Вт. При уменьшении нагрузки двигателя первый ваттметр показал Вт, а второй ваттметр – . Когда с двигателя сняли нагрузку и он стал работать вхолостую, то первый ваттметр показал Вт, а стрелка второго ваттметра отклонилась в обратную сторону; после переключения концов параллельной цепи (обмотки) ваттметр показал Вт. Определить для трех случаев – активную мощность, подводимую к асинхронному двигателю, угол сдвига фаз j между током и напряжением, коэффициент мощности и реактивную мощность. (Ответ: Вт; = 571 Вт, Вт; ВАр; ВАр)
Для цепи, изображенной на рис. 3, определить токи I_А, I_В, I_С, показания ваттметров, активную мощность Р цепи, если линейные напряжения U_АВ = U_ВС = U_СА = 220 В, R = 44 Ом; х_с = 44 Ом, х_L = 44 Ом.
Активная мощность приемника измеряется по методу двух ваттметров (рис. 4). Линейные напряжения U_АВ = U_ВС = U_СА = 220 В, а полные сопротивления фаз приемника Z_А = Z_В = Z_С = 50 Ом. Определить показание второго ваттметра, если показание первого ваттметра равно нулю. (Ответ: Р₂ = 484 Вт)
Электродинамический ваттметр имеет следующие данные: пределы измерения по току 5 и 10 А, а по напряжению 30 В, сопротивление параллельной цепи 1000 Ом, число делений шкалы прибора равно 150. Каковы будут величины добавочных сопротивлений, подключаемых к ваттметру, чтобы расширить пределы измерения по напряжению до 75, 150 и 300 В. Начертите схему включения этого ваттметра для измерения активной мощности трехфазной цепи с созданием искусственной нулевой точки. Определить постоянные ваттметра для всех пределов измерения и найти активную мощность трехфазной цепи для двух случаев: 1) напряжение сети U_Л = 380 В, линейный ток I_Л = 8 А; 2) напряжение сети U_Л = 220 В, линейный ток I_Л = 4 А, если известно, что стрелка ваттметра в первом случае отклонилась на 120 делений, а во втором случае – на 100 делений. (Ответ: при 75 В: R₁ = 1500 Ом, R₂ = R₃ = 2500 Вт; С₁ = 7, 5 Вт/дел; С₂ = 15 Вт/дел (постоянная счетчика определена с учетом трехфазной цепи); при 150 В: R₁ = 4000 Ом, R₂ = R₃ = 5000 Вт; С₁ = 15 Вт/дел; С₂ = 30 Вт/дел; при 300 В: R₁ = 9000 Ом, R₂ = R₃ = 10 000 Вт; С₁ = 30 Вт/дел; С₂ = 60 Вт/дел; постоянная ваттметра без добавочных сопротивлений С₁ = 3 Вт/дел; С₂ = 6 Вт/дел; 1) Р = 7, 2 КВт; 2) Р = 1, 5 КВт)
Активная мощность трехфазной симметричной нагрузки, включенной по схеме «звезда», измеряется по методу двух ваттметров. Действующее значение линейного напряжения U_Л = 220В. Полное сопротивление каждой фазы Z = 120 Ом. Определить показание второго ваттметра при нулевом показании первого.
В трехфазной четырехпроводной цепи с действующим значением напряжения U_Л = 220В и коэффициентом мощности нагрузки в каждой фазе 0, 7 показания ваттметров в фазах А, В и С равны 210, 320 и 375 Вт. Определить полную, активную и реактивную мощности, потребляемые нагрузкой, а также полное, активное и реактивное сопротивления нагрузки в каждой фазе. (Ответы: Р = 905 Вт; Q = 920 ВАр; S = 1294 ВА; Z_А = 53, 8 Ом; Z_В = 35, 5 Ом; Z_С = 30, 2 Ом; R_А = 37, 6 Ом; R_В = 24, 8 Ом; R_С = 21, 1 Ом; Х_А = 39 Ом; Х_В = 25, 3 Ом; Х_С = 21, 5 Ом)
Через трансформатор тока 50/5 А и трансформатор напряжения 3000/150В в однофазную цепь переменного тока включен ваттметр электродинамической системы с пределами измерений I_ПР = 5А; U_ПР = 150В. Определить активную мощность цепи и наибольшую относительную погрешность измерения, если ваттметр показал 125 делений. Класс точности прибора 0, 5; максимальное число делений 150, классом точности измерительных трансформаторов пренебречь. (Ответы: Р = 125 КВт; b = 0, 6%)
Амперметр, вольтметр и ваттметр подключены к нагрузке через трансформаторы тока 150/5 А и напряжения 1000/100В. Показания приборов при этом были следующие: I = 2, 4А; U = 78В; Р = 165 Вт. Определить ток, напряжение и мощность нагрузки (полную, активную, реактивную) и коэффициент мощности (Ответы: Р = 49, 5 КВт; Q = 26, 3 КВАр; S = 56, 2 КВА; cos j = 0.882; I = 72А; U = 780В)
В сети однофазного тока, находящейся под напряжением 1500В, проходит ток 140А. Для измерения этих величин, потребляемой мощности и cos j использовали вольтметр с пределом измерения 75В, амперметр на 5А и ваттметр с пределами по току и напряжению соответственно 5А и 75В, с числом делений 150. Приборы имеют класс точности 0, 5 и включены в сеть через трансформаторы тока и напряжения с коэффициентами трансформации К_Iном = 50 при I_2ном = 5А и К_Uном = 30 при U_2ном = 100В. Определить показания амперметра и вольтметра, а также потребляемую активную мощность и cos j, если ваттметр показал 90 делений. Определить относительные погрешности измерения этих величин, определяемые классом точности приборов. (Ответы: I = 3, 5А; U = 50В; Р = 180КВт; cos j = 0.86; b_I = 0, 7%; b_U = 1%; b_Р = 1, 25%)
Определить полное, активное и реактивное сопротивления и мощности цепи переменного тока, если амперметр, вольтметр и ваттметр, включенные через трансформаторы тока и напряжения, с коэффициентами трансформации К_Iном = 50 при I_2ном = 5А и К_Uном = 40 при U_2ном = 100В показали следующие значения: I = 4, 2А; U = 90В; Р = 240Вт. (Ответы: I = 210А; U = 3, 6КВ; Р = 480КВт; Q = 584КВАр; S = 756 КВА; Z = 17, 1 Ом; R = 10, 9 Ом; X = 13, 3Ом)

50. Устройство и соединение индукционного счетчика. Схема устройства счетного механизма. Схема устройства для создания компенсирующего момента.

51. Действительная и номинальная постоянные счетчика.

52. Передаточное число счетчика.

53. Абсолютная и относительная погрешности счетчика.

54. Требования, предъявляемые к счетчикам.

55. Трехфазные двухэлементные и трехэлементные счетчики.

56. Счетчики реактивной энергии, однофазные и трехфазные.

57. Схемы подключения счетчиков активной и реактивной энергии.

58. Устройство электродинамического и магнитоэлектрического счетчика. Применение.

59. Счетчик электрической энергии имеет паспортные данные: 120В, 10А, 1кВт× ч – 625 оборотов. Определить номинальную постоянную счетчика и мощность нагрузки, если его диск сделал за 10 мин 450 оборотов (Ответы: С_ном = 5760 Вт× с/об; Р_н = 4, 3кВт)

60. Определить номинальную С_ном и действительную С постоянные счетчика электрической энергии, его относительную погрешность и поправочный коэффициент, если паспортные данные счетчика: 220В, 5А, 50Гц, 1кВт× ч – 1280 оборотов диска. Счетчик был проверен при напряжении 220В и токе 5А и сделал 150 оборотов за 6 мин. (Ответы: С_ном = 2812 Вт× с/об; С = 2640 Вт× с/об; b = 6, 45%, К = 0, 94)

61. Счетчик электрической энергии, включенный в цепь переменного тока напряжением 220В и частотой 50Гц, сделал 11 600 оборотов за 15ч. Определить ток нагрузки при условии, что нагрузка постоянна, а С_ном = 4800 Вт× с/об. (Ответы: W = 55, 7 × 10³ кВт× ч; I = 4, 7А)

62. Устройство и схема подключения электродинамического фазометра.

63. Уравнение угла поворота подвижной части логометра.

64. Достоинства и недостатки электродинамических фазометров.

65. Трехфазный электродинамический фазометр, схема подключения.

66. Электромагнитный фазометр, устройство, схема подключения.

67. Фазоуказатели, принцип действия, применение.

68. Синхроноскоп, устройство, принцип действия, применение.

Устройство электродинамического частотомера, схема подключения.
Устройство электромагнитного частотомера, схема подключения.
Выпрямительный частотомер, схема подключения.

⇐ Предыдущая 15 16 17 18 192021 22 23 24 Следующая ⇒