5. Вимірювання параметрів Електричних кіл

Вимірювання постійного струму і напруги

Вибір методів і засобів вимірювань залежить від частоти, амплітуди і форми кривої сигналу, потужності що споживається ЗВ, необхідної точності.

Найпростіший метод – пряме вимірювання струму інапруги електромеханічними приладами.

Для вимірювань постійних струмів і напруг найчастіше використовуються МЕ прилади. (висока чутливість, точність, широкий діапазон). Прилади з вмонтованими внутрішніми шунтами і резисторами дають змогу вимірювати струм 10^-8…50А (амперметри і міліамперметри) і напругу 10^-5…1000В (стрілочних мілівольтметрів або гальванометрів.).

Електродинамічні феродинамічні і електромагнітні прилади мають вужчий діапазон (1мА…10А 1..600В) вимірювання і споживають більшу потужність.

Електростатичні вольтметри – практично не споживають потужності (Rвх=10¹⁴ Ом), тому використовуються в малопотужних колах та при вимірюванні напруг до 300кВ.

Для визначення малих постійних струмів використовують зеркальні гальванометри і МЕ мікроамперметри.

Розширення меж вимірювання приладів по струму і напрузі.

Шунт є простим вимірювальним перетворювачем струму в напругу. Він є чотири клемним резистором. Два вхідні затискачі, до яких підводиться струм I, називаються струмовими, а два вихідних затискачі, з яких знімається напруга U, називаються потенціальними. До потенціальних затискачів приєднують вимірювальний механізм приладу (мілівольтметр проградуйований в амперахин опорівличин різного розміру ()).

Вмикання вимірювального приладу з шунтом

Шунт характеризується номінальним значенням вхідного струму Iном і номінальним значенням вихідної напруги Uном. Їх відношення визначає номінальний опір шунта Rш=Uном/Iном. Серійні шунти випускаються для струмів не більше 5000 А. Для вимірюввання струмів понад 5000 А допустиме паралельне з'єднання шунтів.

Cxeми aмпepмeтpів: a) з багатограничним шyнтoм, б) з кількома однограничними шyнтaми

Опір шунта Rш вибирають таким, щоб більша частина вимірюваного струму I протікала по шунту, а інша Iвим не перевищувала допустимого для обмотки ВМ значення. Відношення струмів I/Iвим=n називають коефіцієнтом шунтування. Для зручності n вибирається цілим числом (n=2; 5; 10 і так далі). Шунти зазвичай виготовляють з манганіну – сплаву з малим температурним коефіцієнтом опору. Опір шунта:

Rш=Rвим/(n–1),

де Rвим– опір рамки вимірювального механізму.

При підключенні шунта похибка ВМ значно зростає. Це пояснюється тим, що при зміні температури і незмінному вимірюваному струмі опір зміниться на ΔRвим, опір шунта з манганіну залишається тим самим, в результаті струм Iвим, що проходить через вимірювальний механізм, зміниться і в показах з'явиться похибка. Для її зменшення користуються різними способами температурної компенсації: наприклад, в ланцюг рамки включають терморезистори з негативним температурним кoэффіцієнтом опору.

При вимірюванні великої напруги струм слід обмежувати додатковим peзucтopoм, що включається послідовно до вимірювальному механізму.

Додаткові резистори є вимірювальними перетворювачами напруги в струм, а на значення струму безпосередньо реагують вимірювальні механізми стрілочних вольтметрів всіх систем, за винятком електростатичної і електронної. Додаткові резистори служать для розширення меж вимірювання по напрузі вольтметрів різних систем і інших приладів, що мають паралельні ланцюги. Сюди відносяться, ватметри, лічильники енергії, фазометри і так далі

Cxeми з'єднання вимірювального механізму з додатковим резистором

Якщо межу виміру напруги вимірювального механізму необхідно розширити в m раз, тобто U=mUвим, то опір додаткового резистора:

Rд= Rвим(m–1)

Boльтмeтp з додатковим опором малочутливий до зміни навколишньої температури. Оскільки зазвичай Rвим<Rд, то зміни Rвим від температури незначні. Taким образом, додаткові опори не лише розширюють межу вимірювання напруги, але і зменшують додаткову температурну похибку вольтметра.

Для вимірювань дуже великих струмів, а також при вимірюваннях в колах високої напруги для захисту персоналу, разом з МЕ ВМ використовують ВТС пост струму.

Застосування шунтів ірезисторів веде до збільшення споживання приладом потужності, зниженню точності і чутливості.

Вимірювальні трансформатори поділяються на трансформатори струму і напруги і призначаються відповідно для перетворення великих змінних струмів і напруг у відносно малі струми і напруги. Завдяки трансформаторам можна застосовувати прилади з невеликими стандартними номінальними значеннями струму і напруги (наприклад, 5 А н 100 В) у високовольтних ланцюгах, по яких можуть протікати великі струми.

Вимірювальні трансформатори складаються з двох ізольованих один від одного обмоток, поміщених на магнітопроводі: первинної з числом витків ω1 і вторинною з числом витків ω2 (мал. а, б).

При вимірюванні у високовольтних ланцюгах трансформатори забезпечують безпеку обслуговування приладів, приєднаних до вторинних обмоток за рахунок електричної ізоляції (гальванічного розділення) первинної і вторинної обмоток трансформаторів і заземлення металевого корпусу і вторинної обмотки.

Вторинний номінальний струм I2нoм може бути 1; 2; 2,5; 5А при значеннях I1нoм в межах від 0,8 до 40 000 А.

У трансформаторах напруги первинна напруга U1 більша вторинної U2, тому у них ω1> ω2. Вторинна номінальна напруга U2нom в стаціонарних трансформаторів складає 100 і 100 B при первинній номінальній напрузі U1ном до 750 B .

За схемами включення у вимірюваний ланцюг і умовою роботи трансформатори струму і напруги відрізняються один від одного. Первинна обмотка трансформаторів струму, виводи якої позначаються буквами Л1 Л2 (лінія), включається у вимірюваний ланцюг послідовно (рнс. 3.6).

Схеми включення вимірювальних трансформаторів.

а — трансформатора струму; б — трансформатора напруги.

До вторинної обмотки, виводи якої позначаються буквами В1, В2 (вимірювання), послідовно підключають амперметри, послідовні обмотки ватметрів, лічильників і інших приладів. Первинна обмотка трансформатора напруги, виводи якої позначаються буквами А, X (почало — кінець), вмикається у вимірюваний ланцюг паралельно, а до виводів вторинної обмотки, що позначається відповідно буквами а, х, підключають паралельно вольтметри, паралельні ланцюги ватметрів, лічильників і інших приладів.

За показами приладів, включених у вторинні обмотки, можна визначити значення вимірюваних величин. Для цього їх покази треба помножити на дійсні коефіцієнти трансформаціїї Ki і Кu.

Для трансформатора струму Ki=I1/I2. Для трансформатора напруги Ku = U1/U2.

Дійсні коефіцієнти трансформації зазвичай невідомі, оскільки вони залежать від режиму роботи трансформатора, тому покази приладу множть не на дійсні, а на номінальні коефіцієнти трансформації. Вони вказані на щитку трансформатора у вигляді дробів, чисельник - номінальне значення первинної, а знаменник — вторинної величини. Для трансформаторів струму KIном, для трансформаторів напруги — Кuном.