Измерение мощности электрического тока.
Измерение тока, напряжения и мощности
Измерение тока.
Для измерения тока служат амперметры, миллиамперметры и микро- амперметры. Эти приборы включаются последовательно в участок элек- трической цепи.
При этом необходимо, чтобы внутреннее сопротивление амперметра было мало по сравнению с сопротивлением участка электрической цепи, в которой он включен. В противном случае включение при- бора вызовет существенное изменение сопротивления и тока на данном участке электрической цепи, а так же и изменение режима работы всей цепи.
Сопротивления катушек (рамок) электроизмерительных приборов составляют 1-2 кОм и рассчитаны на полное отклонение стрелки при токе 100-500 мкА (что соответствует падению напряжения на приборе 0,1-1 В). Следовательно, непосредственное включение электроизмерительного при- бора возможно только при измерении малых токов до 500 мкА в высоко- омных электрических цепях.
Чтобы использовать данный прибор для измерения токов больших значений и снизить его внутреннее сопротивление применяют шунты.
Шунт представляет собой манганиновые пластины или стержни, впаянные в медные или латунные наконечники. Сопротивление шунта значительно меньше сопротивления рамки прибора. Шунт включается в электрическую цепь последовательно, а параллельно ему подключается рамка (катушка) прибора.
По 1 закону Кирхгофа измеряемый ток в электрической цепи
|
|
|
I = I А + I ш
где
I А – ток через рамку прибора, А;
I ш - ток через шунт, А.
 |
1 – шунт; 2 – рамка (катушка) прибора; I – измеряемый ток;
I ш – ток через шунт; I A – ток через рамку прибора.
Рисунок 5.3 – Схема включения прибора с шунтом
Так как
r А ññ r ш , то
I А áá I ш , так что
I ш » I .
При параллельном соединении
I А × r А
= I ш × r ш
или
I A
I ш
Отсюда сопротивление шунта
= r ш .
r А
или
r = I A × r A
ш I ш
= I A × r A I - I A
| r = r A , ш n -1 | (5.14) |
где
n = I I A
– коэффициент шунтирования.
Пример: Рамка прибора магнитоэлектрической системы имеет со-
противление
r A = 1500
Ом и рассчитана на максимальное отклонение при
токе
I =250 мкА. Определить сопротивление шунта r ш
для измерения то-
ков до 50 мА.
Решение:
1. 
Определим коэффициент шунтирования n :
n = I I A
= 50 ×10-3 250 ×10-6
= 200 .
2. Определяем сопротивление шунта:
r ш =
r A =
n -1
1500
200 - 1
= 7,54
Ом.
В амперметрах, предназначенных для измерения токов до 100 А, шунты вмонтированы в корпус прибора и присоединены к контактным вы- водным зажимам.
|
|
|
В амперметрах, предназначенных для измерения токов более 100 А, шунты делаются наружными и присоединяются к ним при помощи специ- альных калиброванных проводников, так как иначе распределение токов будут неправильным.
Для расширения пределов измерения амперметров в цепях синусои- дального (переменного) тока применяются трансформаторы тока, кото- рые служат для преобразования больших токов в малые.
Первичная обмотка трансформатора тока, состоящая из малого числа витков, включается последовательно в цепь с измеряемым током.
Вторичная обмотка состоит из большого числа витков и в нее вклю- чаются измерительные приборы (амперметры), изолированные от высоко- вольтных и сильноточных проводов.
На паспорте в виде дроби указывается коэффициент трансформации трансформатора тока:
К = I1
I 2
» w2
w1
где
I1 – ток первичной обмотки, А;
I 2 – ток вторичной обмотки, А;
w1 – число витков первичной обмотки;
w2 – число витков первичной обмотки.
Например, 100/5 А означает, что данный трансформатор тока рас- считан на первичный ток 100 А и вторичный ток – 5 А. Коэффициент трансформации этого трансформатора К =100/5=20.
|
|
|
Зная К и получив показания амперметра во вторичной цепи транс-
форматора тока
I 2 , можно определить первичный ток
I1 = KI 2 .
Большинство трансформаторов тока выпускаются с номинальным вторичным током 5 А.
Измерение напряжения.
Для измерения напряжения служат вольтметры. Они подключаются параллельно участку, на котором необходимо измерить напряжение.
Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть значительно больше сопротивления участка к которому он подключается, так как в про- тивном случае вольтметр будет оказывать влияние на токораспределение в электрической цепи и результаты измерения будут содержать большую погрешность.
Для расширения пределов измерения вольтметров последовательно с ними включают добавочные сопротивления.
В приборах на напряжение до 300 В, добавочные сопротивления вмонтированы в корпус приборов или укреплены снаружи приборов.
Для измерения напряжений свыше 300 В добавочные сопротивления присоединяют к одному из выводных зажимов прибора.
Добавочные сопротивления рассчитывают так, чтобы в цепи с уве- личенным напряжением по обмотке (рамке) вольтметра проходил тот же ток, что и при номинальном напряжении, на которое рассчитана обмотка.
|
|
|
Обмотка рассчитана на ток
I = U ,
V r V
где I V
– ток, протекающий через рамку вольтметра, А;
U – напряжение на рамке, В;
r V – сопротивление рамки, Ом.
При увеличении напряжения в цепи в n
прежним
раз, ток I V
должен остаться
| I = nU = U , V r V + r доб r V | |
| отсюда r доб = r V ( n - 1) . | ( 5.14) |
Пример. Вольтметром на 15 В необходимо измерить напряжение 150 В. Определить добавочное сопротивление, если внутреннее сопротив- ление вольтметра 900 Ом.
Решение:
1. Определим отношение измеряемого напряжения к напряжению вольтметра
n = 150 = 10 .
15
2. Добавочное сопротивление
r доб
= r V ( n - 1) =900× 9 =8100 Ом.
Для измерения высоких напряжений синусоидального тока приме- няют трансформаторы напряжения.
Первичная обмотка трансформатора напряжения включается парал- лельно потребителю и имеет большое число витков.
В паспорте трансформатора напряжения указывается отношение на- пряжений первичной и вторичной обмоток. Например 5000/100 означает, что номинальное напряжение первичной обмотки 5000 В, вторичной – 100 В.
Коэффициент трансформации напряжения
К = 5000 = 50
100
Зная К и напряжение вторичной обмотки первичное напряжение:
U 2 , можно определить
U1 = KU 2
Большинство трансформаторов напряжения выпускается с номи- нальным вторичным напряжением 100 В.
Измерение мощности электрического тока.
Для измерения мощности в цепях постоянного и в цепях синусои- дального тока промышленной частоты применяются ваттметры, обеспечи- вающий непосредственный отсчет мощности по шкале.
Ваттметр электродинамической системы состоит из двух катушек
(рамок):
- неподвижной, токовой из толстого провода, включаемой последовательно с потребителем;
- подвижной обмотки напряжения, выполненной из тонкого прово- да и включаемой параллельно потребителю.
При постоянном токе вращающий момент электродинамического прибора пропорционален произведению токов в его обмотках:
М вр = k × I н × I п ,
где
I н – ток в неподвижной катушке, А;
I п – ток в подвижной катушке, А.
В ваттметре ток подвижной обмотки прямо пропорционален прило- женному напряжению
I п = U / R п ,
где
R п – сопротивление подвижной катушки, Ом.
Следовательно, вращающий момент прямо пропорционален мощно- сти. Поэтому электродинамический ваттметр имеет равномерную шкалу, то есть
М вр
= k × I
U
н R п
= k'×P .
Вращающий момент электродинамического прибора, включенного в цепь синусоидального тока
М вр = k × I н × I п × cosj ,
то есть показания ваттметра пропорциональны току, напряжению и
сos , то есть активной мощности цепи P .
Ваттметр имеет четыре зажима, к двум выводится токовая обмотка, к другим двум – обмотка напряжения. Первая пара зажимов включается в измеряемую цепь последовательно, вторая - параллельно. Начала обмоток обозначается звездочками (*) и соединяются вместе. Это необходимо, что- бы токи в катушках пропускались в определенном направлении.
На шкале ваттметра указываются верхние пределы измерений тока и
напряжения. Если, например на шкале ваттметра обозначено I = 5 А и
U = 100 В, это значит, что верхний предел измерения ваттметра P = 500
Вт, то есть им можно измерять мощности до 500 Вт.
Очевидно, что цена деления ваттметра равна
с = P = I ×U ,
n n
где n – число делений шкалы.
Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 21; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!