Файл: Измерение тока и напряжения Измерение тока Для измерениятока.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.12.2023
Просмотров: 12
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Измерение тока и напряжения
Измерение тока
Для измерениятока используетсяамперметр, включаемый в цепь последовательно с электроприемником (см. рис. 2.7.). Показания амперметра позволяют судить с определенной погрешностью (см. разд. 2.5) о токе IН, протекающем через данный электроприемник – нагрузку RН.
Рис. 2.7. Схема включения амперметра для измерения тока
При измерении переменного синусоидального тока приборы электромагнитной, электродинамической, выпрямительной и тепловой систем будут давать отклонения, пропорционально действующему значению тока и в этих значениях, как правило, градуируют шкалы этих приборов.
При измерении несинусоидального переменного тока появляется дополнительная погрешность, вызванная влиянием высших гармоник в кривой тока на вращающий момент подвижной части и отклонение стрелки и, следовательно, на показания прибора.
Сопротивление измерительной катушки амперметра очень малои его последовательное включение с нагрузкой практически не вызывает увеличение сопротивления цепи и потери мощности. Так, внутреннее сопротивление амперметров колеблется от RА=0,2 Ом (электромагнитные и электродинамические системы амперметров) до RА= 0,01 Ом (магнитоэлектрические приборы ).
Ошибочное включение амперметра не последовательно, а параллельно электроприемнику (нагрузке) приводит к его подключению на сравнительно высокое напряжение и практически ккороткому замыканию цепи. В этом случае, протекающий через амперметр ток IКЗ станет намного больше номинального тока IН (IКЗ/IН = 10 ¸ 1000), и будет ограничен только малым собственным сопротивлением катушки прибора. Большой ток вызовет чрезмерно большое тепловыделение в проводе катушки (Р =(IКЗ)2RА), быстрый перегрев катушки и перегорание ее проводников, после чего амперметр выходит из строя.
Поэтому необходимо тщательно проверять правильность включения амперметра в измеряемой схеме до того
, как к ней подано напряжение!
· Расширение пределов измерения амперметра
Для расширения пределов измерения амперметров применяют шунты и измерительные трансформаторы тока.
Шунт представляет собой активное сопротивление (резистор) RШ сравнительно малой величины, включаемое параллельно к зажимам амперметра (рис. 2.8).
Рис. 2.8. Схема включения амперметра с шунтом для измерения больших токов
В том случае, когда сопротивление шунта RШ меньше сопротивления измерительной катушки амперметра RA, сравнительно большая часть измеряемого тока IН проходит через шунт, а в амперметр ответвляется только его небольшая часть IA, определяемая соотношением сопротивлений амперметра RA и шунта RШ:
. (2.10)Шкала амперметра с шунтом градуируется на полный ток IН, протекающий через нагрузку.
Таким образом, использование в амперметрах шунтов позволяет измерять большие постоянные или синусоидальные токи приборами, измерительные катушки которых рассчитаны на малые токи.
Трансформатор тока используется для расширения пределов измерения в цепях переменного тока и включается по схеме, представленной на рис. 2.9. Первичная обмотка W1 трансформатора тока зажимами Л1 и Л2 включается в линию переменного тока последовательно с электроприемником (нагрузкой RH). Ко вторичной обмотке трансформатора тока через зажимы И1 и И2 подключается амперметр и, в случае необходимости, катушки других измерительных приборов (ваттметра, счетчика электроэнергии и др.), которые соединяются между собой последовательно.
Рис. 2.9. Схема включения трансформатора тока в измерительную цепь
Трансформатор тока работает в условиях, близких к условиям короткого замыкания. Поэтому можно считать что:
, 
(2.11)
то есть, первичный ток I1 определяется умножением вторичного тока I2, измеряемого амперметром, на постоянный коэффициент трансформации КI, который больше единицы, поскольку у трансформатора тока W2 > W1.
Номинальный ток вторичной обмотки у трансформаторов тока принимается равным 5А, независимо от коэффициента трансформации.
Шкала амперметра, использующего трансформатор тока, градуируется на первичный ток. На ней указывается с каким трансформатором тока должен быть включен амперметр (например, 100/5 А, 200/5 А и т.д.). Вторичная цепь трансформатора тока должна быть всегда замкнута. В целях электробезопасности один зажим вторичной обмотки и стальной кожух трансформатора заземляются.
Помимо расширения пределов измерения, трансформаторы тока электрически отделяют цепи низкого напряжения измерительных приборов от главных цепей, которые могут находиться под высоким напряжением.
· Измерение напряжения
Для измерения напряженияиспользуются вольтметры. Зажимы этих приборов включаются параллельно нагрузке, как показано на рисунке ниже.
Рис. 2.10. Схема включения вольтметра для измерения напряжения
Чтобы включение вольтметра не приводило к заметному изменению токов в цепи и режима работы нагрузки, его собственное сопротивление RBдолжно быть намного больше сопротивления нагрузки RH. Оно колеблется от 3–5 кОм (электромагнитные и электродинамические приборы) до 6–10 кОм (магнитоэлектрические приборы) и свыше 10 кОм (электронные приборы).
При таком включении вольтметра отклонение его стрелки будет пропорционально напряжению на том участке цепи, к которому он подключен.
Вольтметры переменного тока
указывают действующее значение измеряемого напряжения.
При ошибочном включении вольтметра, то есть последовательно с электроприемником, напряжение которого должно быть измерено, прибор не будет поврежден, так как через него будет протекать ничтожно малый ток из-за очень большого внутреннего сопротивления вольтметра. В то же время, показания вольтметра при таком включении будут неверны, так как напряжение на нагрузке значительно уменьшится (в сотни и тысячи раз), а вольтметр будет показывать напряжение, близкое к напряжению источника питания.
· Расширение пределов измерения вольтметра
Для расширения пределов измерения вольтметра используют добавочноеактивное сопротивлениеRД, включаемое последовательно с измерительной катушкой вольтметра.
Рис. 2.11. Схема включения вольтметра с добавочным сопротивлением
для расширения пределов измерения напряжения
Величина добавочного сопротивления RД рассчитывается, исходя из требуемой кратности расширения предела измерения nu
nu = UН/UB(2.12)
по формуле:
RД = RB (n-1), (2.13)
где UН – измеряемое напряжение на нагрузке, UB – напряжение на вольтметре,
RB – активное сопротивление измерительной катушки вольтметра.С помощью разных добавочных сопротивлений можно получить многопредельный вольтметр с разной ценой деления шкалы.
В цепях переменного тока напряжением свыше 1000 Вдля расширения пределов измерения высокого напряжения используютизмерительные трансформаторы напряжения, включаемые по схеме, представленной на рисунке ниже
Рис. 2.12. Схема включения трансформатора напряжения с вольтметром
в измерительную цепь
Первичная обмотка трансформатора напряжения
(зажимы «А» и «Х»), которая является обмоткой высшего напряжения с большим числом витков W1, подключается к измеряемому высокому напряжению U1, а вторичная обмотка W2, являясь обмоткой низкого напряжения (зажимы «а» и «х») замыкается на вольтметр и цепи напряжения других приборов: ваттметра, счетчика электроэнергии, частотомера и др. Все эти приборы присоединяются к обмотке трансформатора низшего напряжения параллельно.
Трансформатор напряжения работает в условиях, близких к режиму холостого хода. Поэтому можно считать, что
, (2.14)то есть первичное высокое напряжение U1 может быть определено умножением вторичного напряжения U2 на постоянный коэффициент трансформации
KU = W1/W2 больше единицы, поскольку в трансформаторе напряжения W1 >W2.
Вторичное номинальное напряжение у трансформатора напряжения принимается равным U2 = 100 В, независимо от коэффициента трансформации.
Шкала вольтметра градуируется на первичное напряжение. На ней указывается, с каким трансформатором напряжения должен включаться вольтметр (например, 6000/100 В, 10000/100 В и т.д.). Обмотки трансформатора напряжения защищены плавкими предохранителями F1 и F2 (см. рис. 2.12).
Помимо расширения пределов измерения приборов переменного тока, трансформаторы напряжения отделяют цепи низкого напряжения измерительных приборов от главных цепей высокого напряжения.