Измерение токов и напряжений в трехфазных цепях

 

Измерение переменных токов и напряжений в трехфазных цепях зависит от симметричности нагрузки по фазам.

При симметричной нагрузке можно ограничиться измерением одно­го из линейных токов и одного из линейных напряжений. Измерения проводятся так же, как и в однофазных цепях.

Для измерения трех линейных токов в трехфазной несимметричной цепи с применением трансформаторов тока достаточно иметь два одина­ковых трансформатора - рис. 10.2. В трехфазной цепи геометрическая сумма токов равна нулю:

İс = ─ (İА + İВ)

Амперметр A3 измеряет модуль тока İс . Так как

İА İВ İс

İА = ─── и İВ = ─── , то İс = ──── .

Кi Ki Ki

А В С

Л1 U1 I`A

 

Л2

U2 I`B

Л1 U1

I`C

 

Л2 U2

I`A I`B I`C

 

Рис. 10.2. Измерение токов в несимметричной трехфазной цепи.

 

 

А

В

С

А Х А Х

 

 

а х а х

UAB UBC

 

UCA

Рис. 10.3. Измерение напряжений в несимметричной трехфазной цепи.

 

Без использования трансформаторов тока амперметры врезаются непо­средственно в цепь каждой фазы.

Для измерения трех линейных напряжений в низковольтной трех­фазной цепи используется три вольтметра или один вольтметр с переклю­чателем. Для измерения линейных напряжений в высоковольтной трех­фазной цепи достаточно использовать всего два трансформатора напря­жения, как это показано на рис. 10.3.

 

Измерение сопротивлений.

 

Весь диапазон сопротивлений, измеряемых на практике, условно делят на три диапазона, имеющих свои особенности измерения: малые сопротив­ления (до 10 Ом), средние (от 10 до 10б Ом) и большие (свыше 106 Ом). Сопротивление - параметр пассивный и в процессе измерения обязатель­но преобразуется в активную физическую величину - ток или напряжение.

Особенность измерения малых сопротивлений заключается в учете влияния сопротивлений электрических контактов и подводящих прово­дов. На рис. 10.4 показана схема соединений при измерении малого со­противления Rx, например, отрезка провода. Измеряемое сопротивление подключается к источнику тока I двумя проводниками с сопротивлением Rn.

В местах соединений проводников с измеряемым сопротивлением об­разуется переходное сопротивление контакта Rk Результат измерения бу­дет полностью свободен от влияния Rn и Rk , если в качестве измеряемого напряжения выбрать не Е11 или E11, а Е33. При этом Rx включается по че-тырехзажимной схеме: зажимы 2. 2' - токoвые, а 3. 3' - потенциальные. 4-x-зажимное включение измеряемого сопротивления основной прием для устранения Rn и Rk. На практике 2(Rn + Rk ) ≈ 0,0 1 - 0,05 Ом.

Второй особенностью измерения малых сопротивлений является учет термо ЭДС, возникающих в месте контакта двух разнородных про­водников. Величина термо ЭДС может достигать сотен микровольт. Термо ЭДС токовых зажимов на величину измеряемого напряжения Е33 не влияют и их не учитывают. Термо ЭДС потенциальных зажимов (e1 и е2 на рис. 10.5) суммируются с Е33 и влияют на точность измерения. Для учета термо

 

 

1 Rn I 2 Rk

 

E33

E11 Rx

 

Rn 3`

1` 2` Rk

 

Рис. 10.4. Измерение малых сопротивлений.

 
 


I e1

 

 

Rx Ux U` U``

 

e2

Рис. 10.5. Термо ЭДС потециальных зажимов.

 

ЭДС делают два измерения при разном направлении тока I. Ве­личина термо ЭДС и ее полярность не зависит от величины и полярности тока, поэтому

Полусумма значении двух замеров не зависит от e1 и е2 :

При измерении больших сопротивлений, например сопротивлений изоля­ции, к сопротивлению прикладывают напряжение и измеряют возникший ток. При измерении сопротивления изоляции различают объемное Rv и поверхностное Rs , сопротивления. При измерении сопротивления изоля­ции по рис. 10.6, а) с использованием двух электродов А и Б амперметр покажет суммарный ток Iv + Is . Чтобы замерить порознь Iv и I применя­ют охранное кольцо В, охватывающее электрод А. Включение ампермет­ра по

схеме рис. 10.6. б) дает значение Iv, а по схеме рис. 10.6, в) Is.

Обычно измерение сопротивления производится одним из четырех методов: амперметра-вольтметра, мостовым, логометрическим или балли­стическим гальванометром.

Iv Is=0 Iv Is

A В Is B

E Is Is E A A

Is Is Is

Б Б E Is

Б

а) б) в)

 

Рис. 10.6. Измерение сопротивления изоляции: а) – общего;

б) – объемного; в) – поверхностного.

IA UA

Iv I

Rx Uv U Rx

 

 

Рис. 10.7. Метод амперметра-вольтметра при измерении

сопротивлений: а) – малых; б) – больших.

 

Метод амперметра-вольтметра - это косвенный метод, основанный на раз­дельном измерении тока в цепи измеряемого сопротивления и напряжения на его зажимах и последующем вычислении Rх=U/I. Схемы включения приборов показаны на рис. 10.7: а) - при измерении относительно малых сопротивлений, б) - больших сопротивлений. При измерении по схеме рис. 10.7, а)

U U Rx

R ═ ──── ═ ─────── ═ ────────

I+IV U/Rx+U/RV 1 + Rx/RV

На ошибку измерений δ= – Rx/RV влияет только вольтметр.

При измерении по схеме рис. 10.7, б)

U+UA IARx+IARA

R= ———— = —————— = Rx + RA

IA IA

В этом случае на ошибку δ=RA/Rx влияет только амперметр. Зная параметры приборов Rv и RA , ошибку измерения можно устранить.

В том случае, если известно напряжение источника, то вольтметр можно исключить, проградуировав амперметр в единицах сопротивления, как это делается в большинстве омметров многопредельных ампервольт­метров. На рис. 10.8. а) показано измерение Rх при его последовательном с амперметром включении.

Угол поворота подвижной части измеритель­ного механизма

α ═ ───────── ; Rx > Rg + RA

Rg + RA + Rx

При помощи Rg отстраивают положение нуля при закороченных выво­дах. Шкала нелинейная, нулевая отметка справа.

 

Rg ∞ 0 Rg ∞ 0

 

 

E Rx E Rx

 

 

а) б)

Рис. 10.8. Схема омметра с последовательным (а) и параллельным

(б) включением измеряемого сопротивления.

На рис. 10.8. б) показано измерение малых R, включаемых парал­лельно амперметру. В этом случае шкала омметра тоже нелинейная, но нуль расположен слева.

Мостовой метод измерения сопротивления - это также косвенный метод. Одинарные мосты используются в диапазоне от 50 до I08 Ом, а двойные - от 10-8 до 102 Ом. Для компенсации влияния подводящих про­водов и контактных сопротивлений малое измеряемое сопротивление включается по четырехзажимной схеме. Сопротивления плеч моста вы­полнены в виде декадных магазинов. Погрешность мостов может зависеть от диапазона измерения и находится от ± 0,02 до 1 %.

Мостовые схемы измерения сопротивления используются в различ­ных специализированных омметрах, например, приборах для измерения сопротивления взрывных цепей, приборах для изменения. сопротивления заземления и т. п.

Логометрический метод основан на измерении отношения двух токов, один из которых течет по измеряемому, а другой - по известному сопротивлению. По этому методу работают многие омметры и мегаомметры. Измерения по этому методу мало зависят от колебаний напряжения.

На рис. 10.9 показана схема мегаомметра на базе магнитоэлектри­ческого логометра. Угол поворота оси измерительного механизмалогометра

Rx

α = f ( —— )

R

При помощи известного сопротивления R задают диапазон измерений. Источником питающего напряжения в мегаомметрах обычно служит руч­ной генератор, дающий напряжение 1 00, 500, 1 000 или 2000 В.

Метод баллистического гальванометра изредка применяют для из­
мерения больших сопротивлений - рис. 10.10. Конденсатор заряжают от
известного напряжения U в течении заданного времени t . Заряд, накоп-­
ленный конденсатором за это время ,

-t/(RxC)
Q=UC(l-e ).

 

Отсюда Rx ≈ Ut/Q. Заряд Q измеряют баллистическим гальванометром, а t - секундомером, после чего высчитывают значение Rx . Таким образом удается замерить сопротивление величиной до 1009м.

R

U C r

E

Rx R Рис. 10.10. Измерение сопротив-

ления с помощью баллистичес-

кого гальванометра.

Рис. 10.9. Логометрический

омметр.