Приклад 9.2

Вольтметр, на шкалі якого 150 поділок, має межу вимірювання 300 В. При включенні вольтметра в коло його стрілка відхилилася на 110 поділок.

Визначити ціну поділки приладу та напругу на затисках кола.

Рішення.

1. Визначаємо ціну поділки приладу за (9.1):

.

2. Визначаємо напругу на затисках кола за (9.3):

U = Сп n = 2×110 = 220 В.

Для вимірювання активної потужності в колі служить ватметр, літерне позначення якого на принципових електричних схемах – РW. Вимірювальний механізм ватметра складається з двох котушок: нерухомої та рухомої, зв'язаної зі стрілкою приладу. Нерухома котушка (струмова обмотка) має невелику кількість витків та виконана з проводу із великим перетином; включається в коло послідовно. Рухома котушка (обмотка напруги) має велику кількість витків та виконана з проводу із невеликим перетином; включається в коло паралельно. Струми в котушках повинні протікати в одному напрямку, щоб стрілка приладу відхилялася вправо від нуля, для цього затиски приладу зі знаком «*» поєднують у загальний вузол. Принцип дії ватметра заснований на явищі електромагнітної сили, яка виникає при протіканні струму в обох котушках, в результаті чого виникає обертаючий момент прямо пропорційний струмам у котушках. Сила струму в рухомій котушці пропорційна напрузі в колі, тому що вона включається паралельно. Сила струму в нерухомій котушці пропорційна силі струму в колі, тому що вона включається послідовно. Отже, обертаючий момент, який діє на рухому котушку, пропорційний активній потужності в колі. Таким чином, ватметр має дві межі вимірювання: за струмом і за напругою, тому межа вимірювання та ціна поділки ватметра визначаються так:

;                                               (9.9)

, (9.10)

де      Imax    – межа вимірювання ватметра за струмом, А;

Umax   – межа вимірювання ватметра за напругою, В.

Вибір ватметра для вимірювань здійснюється в такий спосіб: межа вимірювання приладу за струмом повинна перевищувати передбачуване значення сили струму в колі, межа вимірювання приладу за напругою повинна перевищувати передбачуване значення напруги в колі. Для розширення меж вимірювання ватметра використовують трансформатори струму і напруги (або шунти і додаткові опори).

Принципова електрична схема включення ватметра для вимірювання потужності, яку споживає навантаження в однофазному колі змінного струму, показана на рис.9.3.

Приклад 9.3

Ватметр, на шкалі якого 150 поділок, має межу вимірювання за струмом 20 А та межу вимірювання за напругою 300 В. При включенні ватметра в коло його стрілка відхилилася на 90 поділок.

Визначити ціну поділки приладу та активну потужність у колі.

Рішення.

1. Визначаємо межу вимірювання приладу за (9.9):

Рmax = Imax Umax = 20×300 = 6000 Вт.

2. Визначаємо ціну поділки приладу за (9.10):

.

3. Визначаємо активну потужність у колі за (9.3):

Р = СП n = 20×90 = 1800 Вт.

Значення коефіцієнта потужності можна визначити за показаннями амперметра, вольтметра та ватметра:

,                                                (9.11)

де      cos j           – коефіцієнт потужності;

APW              – показання ватметра, Вт;

APV              – показання вольтметра, В;

АРА              – показання амперметра, А.

Приклад 9.4

Котушка індуктивності підключена до однофазного джерела (50 Гц). У коло котушки включені ватметр, вольтметр і амперметр. Після подачі напруги на затиски котушки показання приладів склали: ватметра – 110 Вт, вольтметра – 220 В, амперметра – 5 А.

Визначити коефіцієнт потужності котушки.

Рішення.

1. Визначаємо коефіцієнт потужності котушки за (9.11):

.

Коефіцієнт потужності можна також визначити за допомогою електровимірювального приладу, який називають фазометром, літерне позначення якого на принципових електричних схемах – рj.

Запитання для самоконтролю

1.       Для чого призначений амперметр?

2.       Як вибрати для вимірювань амперметр?

3.       Складіть принципову електричну схему вимірювання сили струму в однофазному навантаженні.

4.       Для чого призначений вольтметр?

5.       Як вибрати для вимірювань вольтметр?

6.       Складіть принципову електричну схему вимірювання напруги на затисках однофазного навантаження.

7.       Для чого призначений ватметр?

8.       Опишіть побудову ватметра.

9.       Опишіть принцип дії ватметра.

10.  Як вибрати для вимірювань ватметр?

11.  Як визначити межу вимірювання та ціну поділки ватметра?

12.  Складіть принципову електричну схему вимірювання потужності однофазного навантаження.

13.  Складіть і опишіть принципову електричну схему включення ватметра у високовольтну однофазну мережу за допомогою вимірювальних трансформаторів напруги і струму.

14.  Як визначити коефіцієнт потужності пристрою за показаннями амперметра, вольтметра та ватметра?

9.5 Вимірювання електричної енергії

Для обліку споживання активної енергії використовують лічильник активної енергії, літерне позначення якого на принципових електричних схемах – РWh. Вимірювальний механізм лічильника активної енергії влаштований у такий спосіб. На двох магнітопроводах, які мають підковоподібну форму та розташовані перпендикулярно один до одного, знаходяться обмотки (котушки індуктивності). Одна обмотка (обмотка напруги) включається паралельно споживачу, друга обмотка (струмова обмотка) включається послідовно зі споживачем. Між магнітопроводами укріплений алюмінієвий диск на осі, яка зв'язана з рахунковим механізмом.

Принцип дії вимірювального механізму наступний: при протіканні електричного струму по обмотках спостерігається явище електромагнетизму, в результаті чого створюються магнітні потоки обмоток. Ці потоки пронизують диск і спостерігається явище електромагнітної індукції: у диску наводяться вихрові е.р.с., під дією яких протікають вихрові струми. Взаємодія магнітного поля обмоток і вихрових струмів приводить до виникнення явища електромагнітної сили. Диск, а разом з ним і рахунковий механізм, починають обертатися. Для гальмування диска (при відсутності споживання електроенергії) використовується постійний магніт підковоподібної форми, полюси якого розташовані по різні боки щодо площини диска.

На шкалі лічильника вказуються наступні технічні параметри: тип; номінальна напруга (220 В, 380 В – для безпосереднього включення; 100 В – для включення через вимірювальний трансформатор напруги); номінальний струм (5 А, 10 А, 20 А, 50 А); постійна лічильника, яка показує, скільки обертів диска відповідає 1 кВт×год.

Лічильник активної енергії включається аналогічно ватметру.

На практиці (крім обліку спожитої електроенергії) лічильники використовують для визначення потужності включеного навантаження. Для цього знімають різницю показань лічильника за тривалий проміжок часу (кілька годин), яку співвідносять часу:

,                                            (9.12)

де      Р       – активна потужність включеного навантаження, кВт;

DW    – різниця показань лічильника, кВт×год;

t         – час, год.

          Існує більш швидкий, але менш точний спосіб визначення потужності включеного навантаження. Для цього знімають кількість обертів диска за стислий проміжок часу (кілька секунд), яку співвідносять часу та постійній лічильника:

,                                              (9.13)

де      n        – кількість обертів диска, об.;

Слч     – постійна лічильника, об/(кВт×год);

t         – час, с.

Лічильники активної енергії випускаються в однофазному, трифазному трипровідному та трифазному чотирипровідному виконанні. Вимірювальний механізм трифазного трипровідного лічильника являє собою сукупність вимірювальних механізмів двох однофазних лічильників, диски яких розташовані на загальній осі та працюють на один рахунковий механізм (такий вимірювальний механізм називається двоелементним). Вимірювальний механізм трифазного чотирипровідного лічильника являє собою сукупність вимірювальних механізмів трьох однофазних лічильників, диски яких розташовані на загальній осі та працюють на один рахунковий механізм (такий вимірювальний механізм називається триелементним).

Вимірювання реактивної енергії здійснюється за допомогою лічильників реактивної енергії, конструкція яких аналогічна трифазним чотирипровідним лічильникам активної енергії. Відмінність полягає в способі підключення лічильника реактивної енергії.

Запитання для самоконтролю

1.  Для чого призначений лічильник активної енергії?

2.  Опишіть побудову лічильника активної енергії.

3.  Опишіть принцип дії лічильника активної енергії.

4.  Складіть і опишіть принципову електричну схему включення лічильника активної енергії у високовольтну мережу за допомогою вимірювальних трансформаторів напруги і струму.

5.  Що розуміється під постійною лічильника активної енергії?

6.  Як визначити потужність навантаження за показаннями лічильника активної енергії?

9.6 Вимірювання опорів

У колах постійного струму опір елемента кола можна вимірити за допомогою вольтметра та амперметра. Для цього вимірюють напругу на елементі кола і силу струму, який у ньому протікає. Розділивши показання вольтметра на показання амперметра, визначають опір:

.                                                    (9.14)

У колах змінного струму за показаннями вольтметра та амперметра можна визначити повний опір елемента кола:

.                                                    (9.15)

Активний опір елемента в колі змінного струму можна визначити за показаннями ватметра та амперметра:

.                                                (9.16)

електровимірювальний прилад струм потужність

Приклад 9.5

Котушка індуктивності підключена до однофазного джерела (50 Гц). У коло котушки включені ватметр, вольтметр і амперметр. Після подачі напруги на затиски котушки показання приладів склали: ватметра – 110 Вт, вольтметра – 220 В, амперметра – 5 А.

Визначити параметри котушки (повний, активний та індуктивний опори).

Рішення.

1. Визначаємо повний опір котушки за (9.15):

.

2. Визначаємо активний опір котушки за (9.16):

.

3. Визначаємо індуктивний опір котушки з (3.75):

.

Для безпосереднього вимірювання опорів використовується електровимірювальний прилад омметр, який являє собою сукупність міліамперметра магнітоелектричної системи та спеціальної вимірювальної системи, яка складається з джерела постійної електрорушійної сили і регульованого резистора (рис.9.4).

При незмінній напрузі джерела сила струму в колі залежить від вимірюваного опору, що дозволяє градуювати шкалу міліамперметра в омах:

,                                              (9.17)

де      I        – сила струму в колі, А;

Rр      – опір регульованого резистора, Ом;

Rа      – опір амперметра, Ом;

Rх      – вимірюваний опір, Ом.

Чим більше вимірюваний опір, тим менший струм протікає в колі, тому омметр має зворотну шкалу.

Крім омметра опір елемента кола можна вимірити за допомогою вимірювального моста. Розглянемо чотириплечій вимірювальний міст (рис.9.5).

В одне плече моста включається елемент кола, опір якого необхідно вимірити (Rх), у три інших плечі моста включаються регульовані резистори R1, R2, R3. Вимірювальний міст має дві діагоналі (ab і cd), до діагоналі ab підключається джерело постійної електрорушійної сили, до діагоналі cd – гальванометр G.

При вимірюванні необхідно опори регульованих резисторів змінювати так, щоб урівноважити міст, тобто струм у гальванометрі повинний бути відсутнім. Це означає, що в урівноваженому стані I1 = I2 , I3 = Ix. У відповідності до другого закону Кірхгофа:

;                  .                         (9.18)

Розділивши одне рівняння на інше, одержимо:

.                                            (9.19)

Запитання для самоконтролю

1.  Складіть розрахункову схему двоплечего моста.

2.  Опишіть принцип дії двоплечего моста.

3.  Складіть розрахункову схему чотириплечого моста.

4.  Опишіть принцип дії чотириплечого моста.

Лабораторне заняття 15

«Електровимірювальні прилади та техніка електричних вимірювань»

1. Виконати завдання інформаційно-репродуктивного і практично-стереотипного характеру, користуючись таблицями.

Таблиця 9.1

У разі вірного виконання завдання åнепар – åпар = 2

Страницы: 1, 2, 3, 4