Раздел 4. Измерение электрических и магнитных величин

Практическое занятие №1

Расчет и выбор шунтов и добавочных резисторов

Лабораторная работа №6

Сборка и поверка измерительных трансформаторов

Лабораторная работа №7

Измерение сопротивления различными приборами

Лабораторная работа №8

Измерение сопротивления изоляции электрических машин и установок

Лабораторная работа №9

Измерение электрических величин комбинированными приборами

Лабораторная работа №10

Измерение мощности в цепях переменного тока

Лабораторная работа №11

Выполнение поверки индукционного счетчика электрической энергии

Лабораторная работа №12

Измерение электрической энергии в трехфазных цепях

Лабораторная работа №13

Измерение коэффициента мощности

Лабораторная работа №14

Измерение частоты переменного тока

Литература

Л-1 стр. 70-127, 181-280, Л-2 стр. 42-59, 239-320

Методические указания

В практике электрических измерений часто встречается необходимость измерить ток или напряжение, значения которых превосходят номинальные величины измерительных приборов. Необходимо знать, что для расширения пределов измерения по току в цепях постоянного тока используются шунты, а в цепях переменного тока – трансформаторы тока.

Расширение пределов измерения по напряжению в цепях постоянного тока осуществляется при помощи добавочных сопротивлений, а в цепях переменного тока – при помощи добавочных сопротивлений и трансформаторов напряжения.

Запомните, что расширение пределов измерения при помощи шунтов практически возможно лишь в цепях постоянного тока, потому что при переменном токе распределение тока зависит от частоты и от частоты зависит индуктивное сопротивление прибора и шунта.

Идея шунтирования электроизмерительных приборов основана на использовании свойства параллельного соединения резистора, а идея расширения пределов измерения приборов по напряжению – на использовании свойства последовательного соединения резисторов.

Для уменьшения температурной погрешности шунты и добавочные сопротивления изготавливаются из сплава с большим удельным сопротивлением – манганина, так как его сопротивление мало зависит от температуры.

Следует научиться производить расчет и выбор шунтов и добавочных сопротивлений. Возможность шунтирующих и добавочных резисторов для расширения пределов измерения приборов ограничена.

Увеличение напряжения, особенно в целях переменного тока, связано с увеличением габаритов шунтов и добавочных сопротивлений и нестабильностью их сопротивлений.

Поэтому в цепях переменного тока возможности приборов расширяют при помощи измерительных трансформаторов.

Использование измерительных трансформаторов основано на преобразовании по величине тока, текущего в его первичной обмотке, или напряжения, приложенного к ней.

Необходимо научится производить выбор измерительных трансформаторов и определить искомые величины по показаниям приборов и коэффициентам трансформации.

Уделите внимание составлению принципиальных схем с использованием измерительных трансформаторов, особенно в трёхфазных цепях при измерении мощности и энергии.

Уясните, как определяется максимальное количество приборов, которые могут быть подключены к одному измерительному трансформатору, почему вторичную обмотку трансформатора тока нельзя оставлять разомкнутой, какие при этом могут быть последствия.

Разберитесь, в каком режиме должен работать трансформатор напряжения и в каком режиме он фактически работает, а также почему трансформатор тока должен работать в режиме короткого замыкания и в каком режиме он работает фактически. Изучите схемы включения и конструкции трансформаторов тока и напряжения.

Сначала ознакомьтесь с измерениями тока и напряжения. При этом важно понять принципы, на которых основаны эти измерения. Измеряемый ток пропускается через измерительный механизм и по величине воздействия судят о величине измеряемого тока.

Отсюда следует, что амперметр нужно включать в цепь последовательно с участком цепи, в котором измеряется ток.

Измерение напряжение основано на оценке величины тока в цепи с известным сопротивлением, к которому подведено искомое напряжение.

Значение напряжения определяется как произведение тока на величину известного сопротивления. Для облегчения измерения шкала измерительного механизма градуируется в единицах измерения напряжениях.

Следовательно, один и тот же механизм можно использовать как для измерения тока, так и для измерения напряжения, создавать комбинированные приборы.

Из курса ТОЭ известно, что напряжение есть разность потенциалов между двумя точками электрической цепи и оно измеряется вольтметром. На основании этого вольтметр включается в цепь параллельно участку, напряжение на зажимах которого мы желаем измерить. Так как прибор, включаемый в исследуемую электрическую цепь, должен по возможности меньше изменять её параметры, то желательно, чтобы амперметр имел внутреннее сопротивление, равное нулю, а вольтметр – бесконечности.

Тогда амперметр, включённый в цепь для измерения тока, не изменит сопротивление цепи и в его обмотке не произойдёт падения напряжения.

Вольтметр, подключённый для измерения напряжения, не изменит проводимость цепи и не будет потреблять ток.

Практически осуществить эти условия невозможно, и поэтому лучшим считается тот амперметр, который имеет наименьшее внутреннее сопротивление (значит, и наименьшее собственное потребление ) и тот вольтметр, у которого внутреннее сопротивление больше.

Практически сопротивление амперметра и токовых обмоток других приборов составляет десятые и сотые доли Ома, а сопротивление вольтметра и обмоток напряжений других приборов – десятки тысяч Ом.

Надо так же учитывать, что даже такие простые электроизмерительные приборы, как амперметр и вольтметр, могут быть включены неправильно, что нередко приводит к нежелательным последствиям.

Из курса «Теоретические основы электротехники» известно, что мощность в цепи постоянного тока зависит от величины напряжения и тока.

Поэтому прибор для измерения мощности (ваттметр) должен в своём устройстве иметь два чувствительных элемента, один из которых должен реагировать на изменение напряжения, другой – на изменение тока, а результат передавать на указатель прибора.

Из темы 2.2 нам известно, что два чувствительных элемента имеют приборы электродинамической, ферродинамической и индукционной систем. Обратите внимание на обозначение генераторных зажимов обмоток ваттметров, как это учитывается при включении приборов.

Надо также запомнить, что для изменения направления движения подвижной части прибора достаточно изменить направление тока в одной из обмоток прибора.

В цепях переменного тока мощность зависит ещё от величины угла сдвига фаз между током нагрузки и напряжением на её зажимах.

Казалось бы, нужен механизм с тремя чувствительными элементами, но роль третьего элемента в механизмах электродинамической, ферродинамической и индукционной систем, когда они работают в цепях переменного тока, играет зависимость вращающего момента от величины угла сдвига по фазе между магнитными потоками обмоток α . В конструкции прибора остаётся лишь обеспечить зависимость этого угла от угла сдвига фаз между током нагрузки и напряжением на ней φ . Тогда с изменением угла α на столько же изменится и угол φ , отчего в необходимой степени изменится и вращающий момент. Таким образом, вращающий момент, действующий на подвижную систему, оказывается зависящим не только от тока и напряжения, но и от сдвига фаз между ними φ.

При измерении мощности главное внимание обратите на схемы включения ваттметров при измерении как активной, так и реактивной мощности с нормальными и расширенными пределами измерения в однофазных и трёхфазных трёх – и четырёх проводных цепях при симметричных и несимметричных нагрузках.

Особенно хорошо надо усвоить схему Арона и доказательство к ней, использование её для вычисления величины реактивной мощности и угла сдвига фаз в нагрузке, а также её применимость.

При этом имейте в виду, что схема Арона предназначена для измерения активной мощности, а для измерения реактивной мощности с помощью двух ваттметров используется схема с искусственной нулевой точкой.

При изучении вопроса « Учёт электрической энергии» обратите внимание на особенности счётчика электрической энергии, отличающие его от других электроизмерительных приборов. Электрическая схема счётчика не отличается от электрической схемы ваттметра. Из Курса «Теоретические основы электротехники» известно, что энергия – это мощность за единицу времени.

Поскольку счётчик должен реагировать на всякие изменения мощности, то его электрическая часть должна быть подобна ваттметру. Но показания счётчика должны всё время увеличиваться, для этого счётчик имеет в своём устройстве счётный механизм.

Поэтому счётчик называется суммирующим или интегрирующим прибором. Обратите внимание на обозначение зажимов обмоток счётчиков. Генераторные зажимы таковых обмоток счётчиков обозначаются буквой Г, а зажимы, к которым подключается нагрузка – буквой Н.

Зажимы обмоток напряжения счётчиков, предназначены для включения в трёхфазные трёх- или четырёхпроводные цепи, обозначаются цифрами 1,2,3,…,0. Запомните типы счётчиков и обозначение букв и цифр:

СА-3; СА-4; СА-4У;

СР-3; СР-4; СР-4У,

где С- счётчик электрической энергии, А- для учёта активной энергии, Р- для учёта реактивной энергии, 3- для трёхфазной трёхпроводной цепи, 4- для трёхфазной четырёхпроводной цепи, У- универсальный, предназначен для работы с измерительными трансформаторами тока и напряжения с любыми коэффициентами трансформации.

Обратите особое внимание на схемы включения ваттметров и счётчиков. Потренируйтесь для составления схем для измерения мощностей и энергии. В результате изучения однофазного счётчика индукционной системы надо знать его устройство, принцип работы, преимущества, недостатки и регулировку дополнительных механизмов, уяснить основные правила установки счётчиков.

Коэффициент мощности имеет большое технико-экономическое значение для энергетики страны. Обратите внимание на определение средневзвешаного коэффициента мощности электроустановки, который вычисляется для некоторого периода времени по показаниям счётчиков активной и реактивной энергии.

Эта величина более полно характеризует работу электроустановки в реальных условиях пни изменении нагрузки, чем показания фазометра в данное мгновение времени. Средневзвешенный коэффициент мощности определяется по формуле

W_а

cos φ _{ср. вз.} = –––––––––

√ W_а² ₊ W_р²

где Wа – активная энергия, учтённая счётчиком активной мощности; Wр – реактивная энергия, учтённая счётчиком реактивной энергии.

Ознакомьтесь с устройством, назначением, принципом работы фазометров и частотомеров. Изучите основные правила техники безопасности при измерении электрических величин.

Из курса «Теоретические основы электротехники» известно, что магнитное поле обладает тремя основными свойствами:

1. Способно намагничивать ферромагнитные материалы;

2. Способно индуктировать электродвижущую силу;

3. Обладает силовым действием.

Эти свойства нашли самое широкое применение в электрических генераторах, электроизмерительных приборах, трансформаторах, электрических двигателях и других устройствах. Поскольку основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция, магнитный поток и напряжённость магнитного поля, то в этой мере рассматриваются вопросы, связанные с измерением этих величин.

Основной характеристикой ферромагнитного материала является кривая намагничивания, поэтому нужно знать, как её получают практически.

Особое внимание обратите на насыщение ферромагнитного материала и на способы измерения потерь в стали машин постоянного и переменного тока.

По рекомендованной литературе изучите программный материал. Разберите решённые примеры. Ответьте на вопросы для самоконтроля.

Вопросы для самоконтроля

1. Как выбрать шунт и добавочное сопротивление для расширения пределов измерения прибора магнитоэлектрической системы?

2. Начертите возможные схемы многопредельных амперметра и амперметра. Каково назначение и использование калиброванных шунтов?

3. Каковы назначения, особенности устройства, режимы работы, основные характеристики измерительных трансформаторов?

4. Что такое номинальная и максимальная мощность трансформаторов напряжения?

5. Что такое номинальное сопротивление нагрузки трансформатора тока?

6. Перечислите классы точности и коэффициенты трансформации трансформаторов напряжения и трансформаторов тока.

7. Каковы схемы измерения постоянного магнитного потока?

8. Каковы устройство, назначение, принцип работы тесламетра и его схема?

9. Какова схема для получения петли гистерезиса и основной кривой намагничивания на постоянном токе?

10. По какой схеме испытывается сталь при помощи феррометра?

11. В чём сущность определения потери в стали ваттметровым методом?

12. Что собой представляют статические и динамические характеристики магнитных материалов?

13. Можно ли измерять напряжение амперметром? Что при этом произойдёт?

14. Что произойдёт, если обмотку напряжения ваттметра включить последовательно, а токовую – параллельно?

15. Как однофазным ваттметром измерить реактивную мощность в трёхфазной цепи? В каких случаях это применимо?

16. Чем отличается счётчик электрической энергии от других электроизмерительных приборов?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: