Приборы индукционной системы.

Приборы индукционной системы (Рис 1.0.5) характеризуются тем, что вращающий момент создается взаимодействием вихревых токов, наводимых в диске 3 магнитными потоками электромагнитов 1 и 2 .

Противодействующий момент создается в результате взаимодействия вихревых токов, создаваемых в диске постоянным магнитом, с полем того же магнита 6. , где - скорость вращения диска. Уравнение шкалы или , т.e. , где N - число оборотов диска; C - постоянная прибора.

На основе индукционной измерительной системы изготавливаются ваттметры и счетчики электрической энергии.

 

 
 

Рис. 1.0.5. Устройство приборов индукционной системы

1,2 - электромагниты; 3 - вращающийся диск; 4 - стрелка; 5 – передаточный механизм;

6– постоянный магнит.

ПРИМЕЧАНИЕ: Все измерительные приборы тарируются и оказывают действующие

значения измеряемых параметров!!

 

3. ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ И ИЗМЕРЕНИЙ.

 

При всяком практическом измерении его результат несколько отличается от действительного значения измеряемой величины. Точность измерительных приборов зависит от его конструкции, измеряемого параметра, диапазона измерения и условий эксплуатации и оценивается классом точности , где - приведенная погрешность; - абсолютная погрешность; А -измеренное значение измеряемого параметра;

Ag - действительное значение измеряемого параметра; Н - номинальное значение измеряемого параметра(если номинальное неизвестно, то Н принимается равным верхнему пределу измерения прибора). На точность прибора оказывают дополнительное влияние внешние магнитные и электрические поля (табл. 1.1.1.).

Таблица 1.0.1.

Класс Точности Допустимые погрешности g g %
При воздействии внешних полей При воздействии ферромагнитного щита
к а т е г о р и я к а т е г о р и я
I II I II
0.05; 0.1; 0.2;0.5 ± 0.5 ± 1.0 ± 0.25 ± 0.5
1.0;1.5 ± 1.0 ± 2.5 ± 0.5 ± 1.0
2.5; 4.0 ± 2.5 ± 5.0 ± 0.5 ± 1.0

Нa точность измерительного прибора оказывают влияние и дополнительные технические средства измерения (измерительные трансформаторы, шунты, дополнительные сопротивления), которые также имеют соответствующие классы точности (см. п.4) и выбираются для измерения на один класс выше по сравнению с измерительным прибором. Таким образом, общая суммарная погрешность используемых технических средств измерения составляет инструментальную погрешность

gu = gn + gt

Кроме инструментальной погрешности на результат измерения влияет погрешность измерения, которая в свою очередь делится на систематическую и случайную. Систематическая погрешность обусловлена влиянием постоянно действующих факторов, например, число делений шкалы или длина шкалы, трения в опорах подвижной системы, неравномерная шкала и т.д.

ПРИМЕЧАНИЕ: В приборах электромагнитной системы шкала неравномерная, поэтому до 20% начала шкалы являются нерабочими. Следовательно, наименьшую погрешность вызывают измерения величин, значения которых соответствуют второй половине шкалы.

Случайная погрешность зависит от множества случайных факторов, например: колебания напряжения сети, влияние окружающей среды и т.д. Разделить эти составляющие погрешности измерения не всегда удается. Однако хороший эффект дает осреднение результатов нескольких измерений (на основе действия центральной предельной теоремы теории вероятностей).

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ.

Выбор метода измерения зависит от рода измеряемой величины, диапазона ее измерения, рода тока в цепи, точности измерения, использования дополнительных технических средств измерения и т.д. В самом общем случае все измерения делятся на прямые и косвенные. Прямые измерения дают результаты непосредственного отсчета. Например, измерения тока по амперметру, мощности по ваттметру и т.д. Косвенные измерения дают результаты расчета искомых параметров по исходным данным, полученным прямым измерением. Например, мощность можно измерить косвенно по результатам измерения тока I , напряжения U и сдвига фазы -j.

Измерение тока.

Измерение тока целесообразнее выполнить прямым измерением. В зависимости от рода тока в цепи выбирается амперметр магнитоэлектрический или электромагнитный. Диапазон измерения должен быть близок к номинальному значению измеряемой величины. При значительном разбросе измеряемых величин целесообразно использовать многопредельный амперметр или дополнительные технические средства измерения: позволяющие расширять пределы измерения приборов (трансформатор тока в цепях переменного тока см. рис. 1.0.6 и шунт постоянного тока см. рис. 1.0.7.

TT

+

 

K

~U Z Rн

 

Rш

-

 

Рис. 1.0.6. Схема включения амперметра Рис. 1.0.7. Схема включения

с трансформатором тока. амперметра с шунтом.

ПРИМЕЧАНИЕ: Использование измерительного трансформатора тока сопряжено с повышением мер электробезопасности!

При наличии измерительного трансформатора измеряемая величина I является результатом косвенного измерения. Например, в случае с измерительным трансформатором тока , где -показания измерительного прибора; - коэффициент трансформации.

При использовании шунта (в цепи постоянного тока) ,где , - сопротивление шунта, амперметра соответственно.

Иcпользование шунта в цепи переменного тока не выгодно из-за большого потребления мощности шунтом.

Измерительные трансформаторы и шунты изготавливают и выбирают для измерения по классу точности измерительного прибора или на один класс выше, т.к. общая инструментальная погрешность измерительного комплекса gu увеличивается gu = gA + gTT.

Класс точности измерительного прибора должен выбираться исходя из требований допустимой погрешности измерения , ,

Как измерительные трансформаторы так и шунты изготавливаются либо встроенными в приборе, либо наружными.

Все изложенное для измерительного трансформатора тока в равной мере относится и к измерительному трансформатору напряжения (при измерении напряжения или мощности).

ПРИМЕЧАНИЕ: Измерительные трансформаторы обладают повышенной опасностью, особенно в режиме холостого хода. Поэтому коммутация измерительного прибора возможна только при разомкнутой первичной обмотке и обязательном заземлении вторичной (рис. 1.0.6.).

 

4.2. Измерение напряжения.

Измерение напряжения во многом упрощается, т.к. чаще всего значение номинальной величины напряжения известно (в виде напряжения сети или в схеме делителя напряжений с известными сопротивлениями плеч). Схема включения вольтметра показана на рис 1.0.8. .

 

+

 


U Rн

 

Rg

-

 
 

 


Рис. 1.0.8. Схема включения вольтметра.

 

 

При использовании измерительного трансформатора напряжения , где - коэффициент трансформации.

 

 

4.3. Измерение мощности.

Измерение активной мощности прямым способом осуществляется с помо-щью ваттметра или косвенным способом, используя результаты измерения тока I,напряжения U и коэффициента мощности .

Способ измерения мощности трехфазной цепи зависит от схемы соединения потребителей и режима работы цепи. Для симметричной нагрузки мощность измеряется одним ваттметром (в схеме «звезда», рис. 1.0.9; в схеме «треугольник», рис.1.0.10.),и результат утраивается .

 

 

 
 


U* ZA

A

 

I*

B ZB

 
 


C

ZC

O

 
 

 


Рис. 1.0.9 Схема включения ваттметра в схеме «звезда».

 

 
 

 


A I* U*

 

ZAB ZAC

 

 

 
 


B

ZBC

C

 

 

Рис. 1.0.10 Схема включения ваттметра в схеме «треугольник».

 

При несимметричной нагрузке активную мощность цепи можно измерить двумя однофазными ваттметрами (рис. 1.0.11) или одним трехфазным ваттметром (рис. 1.0. 12.). Схема с двумя однофазными ваттметрами позволяет измерить активную мощность трехфазной цепи ,где измерения каждого ваттметра, в зависимости от характера нагрузки, бывают как положительные так и отрицательные (рис. 1.0.13). При симметричной и активной нагрузке ваттметры дают одинаковые показания; при симметричной нагрузке и показания их различны и определяются выражениями: ; .При j = 60°, PW1=0; Pw2=P. При j > 60°, Pw1<0 и в этом случае для правильного измерения необходимо изменить полярность тока в одной из обмоток. И тогда P=Pw1+Pw2

 

 

U*

I* ZA

 

A

 

ZB

B

 

ZC

C

 

I* U*

Рис. 1.0.11. Измерение мощности двумя ваттметрами.

 

*

* ZA

A

 

*

 

 

* * ZB

 

B

 

ZC

 

C

 

Рис.1.0.l2. Измерение мощности 3-х фазным ваттметром.

Реактивную мощность измеряют аналогично активной, с помощью варметров. Однако ее можно измерить и ваттметром, включенным на «чужое» напряжение рис. 1.0.14.

В этом случае, в соответствии с векторной диаграммой (рис. 1.0. 15), ваттметр покажет

P

 
 

 

 


P

 

 

PAB PBC

 

 

-90 -60 -30 0 30 60 90 j ,град

 

 

Рис.10.13. Показания однофазных ваттметров.

 

U*

ZA

I*

A

 
 

 

 


ZB

B

       
   

 

 


ZC

C

       
 
   
 

 

 


Рис. 1.0.14. Схема включения ваттметра.

 

 

Для всей цепи

 

 

UAB -UB


UA IA

j

 
 

 


I UBC

j UB -UC

 
 


UC j

 

 

-UA UAC IB

 

 

Рис. 1.0.15. Векторная диаграмма при симметричной нагрузке.

 

Для расширения пределов измерения ваттметров и варметров используются измерительные трансформаторы тока (для токовой обмотки) и напряжения (для обмотки напряжения).

Измерение сопротивлений.

Измерение сопротивлений прямым способом осуществляется омметром (для средних величин - 1 - 1000 0м), мегометр (для больших величин - 100 - кОм.). Эти приборы имеют неравномерную обратную шкалу и большую погрешность ( ). Косвенным способом сопротивление можно измерить с использованием амперметра и вольтметра или с помощью моста

Для повышения точности любых измерительных приборов используются логометрические схемы, которые измеряют относительные величины и тем самым компенсируют абсолютные погрешности от изменения напряжения источника или условий применения и т.д.

 

Контрольные вопросы:

 

1. Назовите основные типы измерительных приборов.

2. Какие приборы имеют названия (в маркировке)?

3. Для каких приборов не указывается единица измерения.

4. Какие классы точности имеют ваттметры?

5. Как определить цену деления многопредельного ваттметра?

6. Как определить максимальную погрешность прибора по данному классу точности и диапазону шкалы?

7. Назовите условные обозначения в маркировке измерительных приборов.

8. Объясните принцип действия приборов основных измерительных систем.

9. Каковы особенности включения: ваттметров, варметров, фазометров, счетчиков электрической энергии?

10. Как влияют на точность измерения внешние магнитные и электрические поля, а также использование дополнительных технических средств измерения?

11. Как можно измерить активную мощность трехфазной цепи при симметричной и неоднородной нагрузках?

12. Как измерить реактивную мощность трехфазной цепи при несимметричной нагрузке при схеме «треугольник»?

13. Как включить трехфазный фазометр?

14. Какими приборами и методами измеряются сопротивления?

 

ЛИТЕРАТУРА.

1. Электрические измерения. Под ред. Малиновского В.Н: М, Высшая школа 1980г.

2. Электрические измерения. Под ред. Фремке А.В: Л, Энергия, 1980г.

3. ГОСТ 8.401-81. Погрешности и классы точности электроизмерительных приборов.

 

РАБОТА N 1.1ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЦЕПИ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

 

Цель работы: Приобретение навыков экспериментального исследования и измерения энергетических параметров цепи переменного тока.