Приборы индукционной системы.

Индукционный измеритель­ный прибор (рис. 5.4) обычно применяется в качестве счетчика электрической энергии в цепях переменного тока. Прибор содер­жит два неподвижных электромагнита 1 и 5, вращающийся алю­миниевый диск 3, укрепленный на оси 2.

По обмоткам обоих электро­магнитов протекают синусои­дальные токи /₁ и /₂, которые создают потоки Ф₁, и Ф₂.

Оба потока пронизывают диск и наводят в нем вихревые токи. Один из потоков пропорциона­лен напряжению цепи, другой — току. Магнитный поток Ф₁, вза­имодействует с вихревыми то­ками, созданными электромаг­нитом 5, а поток Ф₂ — с вихре­выми токами, созданными элек­тромагнитом 1. Возникает вра­щающий момент M_ВР, который начинает вращать диск. Посто­янный магнит 4 служит для со­здания тормозного момента.

 

 

Рис. 5.4. Индукционный измеритель­ный прибор:

/, 5 — неподвижные электромагниты: 2 — ось; 3 — диск; 4 — магнит тормоз­ного

момента

 

Вращающий момент диска зависит от тока и напряжения цепи, а также от угла сдвига фаз между ними φ. Тормозной момент зави­сит от скорости вращения диска, поэтому при равенстве момен­тов М_ВР = М_ПР скорость вращения дисков будет увеличиваться при возрастании М_ВР. Число оборотов п диска за время t будет пропор­ционально электрической энергии W, потребленной цепью за это время: W = Pt= сп, где Р — мощность цепи; с — коэффициент, зависящий от конструкции счетчика.

На основе индукционных измерительных механизмов разрабо­таны и выпускаются однофазные и трехфазные счетчики элект­рической энергии переменного тока. Они просты по конструк­ции, широко применяются в промышленности и быту. Класс то­чности этих приборов 1,0; 2,0; 2,5.

Измерение силы тока

Как известно для измерения силы тока применяются амперметры, включаемые последовательно в измеряемую цепь. Для уменьшения погрешности при измерении силы тока амперметр должен иметь сопротивление значительно ниже сопротивления измеряемой цепи. Таким образом, чем ниже потребляемая амперметром мощность, тем ниже погрешность измерений силы тока.

Для измерения больших токов в цепях постоянного тока применяют амперметры с шунтами, а в цепях переменного тока используют измерительные трансформаторы тока (рис.5.5).

 

 

Рис. 5.5. Схемы включения амперметров:

а - с шунтом; б - с трансформатором тока.

 

Измерение напряжения.

Напряжение измеряют вольтметрами, подключаемые параллельно изме-ряемой цепи. Погрешность измерения напряжения тем меньше, чем больше сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением измеряемой цепи или чем меньше потребляемая вольтметром мощность по сравнению с мощностью измеряемой цепи.

Предел измерения вольтметра можно увеличить с помощью добавочных резисторов, включаемых последовательно с вольтметром.

Для измерения напряжений более 1000 В применяют либо добавочные резисторы, а чаще – измерительные трансформаторы напряжения.

5.6 Измерение электрического сопротивления.

Наиболее просто измерять средние по величине сопротивления. Для этого применяют косвенный метод – метод амперметра-вольтметра и прибор для непосредственного измерения сопротивления – омметр.

Метод амперметра-вольтметра базируется на законе Ома.

Омметр содержит в своем составе в качестве измерителя – миллиамперметр магнитоэлектрической системы, в качестве источника постоянного тока – сухой гальванический элемент, а для установки нуля – переменный добавочный резистор (рис.5.6).

 

При подключении к зажимам проводника, сопротивление которого R_И нужно измерить, ток в цепи определится по формуле:

,

где I - ток в цепи, А; U - напряжение источника тока, В; R_П - сопротивление измерителя, Ом; R_Д - сопротивление добавочного резистора, R_И – измеряемое сопротивление.

Из приведенной формулы видно, что о значении измеряемого сопротивления можно судить по значениям силы тока, показываемого измерителем (милли-амперметром). Для измерения сопротивления шкалу измерителя (милли-амперметра), вмонтированного в корпус омметра, градуируют непосредственно в Омах или мегомах. Конечное положение стрелки соответствует R_И = 0 (ведь при наименьшем сопротивлении сила тока будет наибольшей), а начальное R_И → ∞.

Большие сопротивления обычно измеряют с помощью омметров, содержащих логометрические измерительные механизмы. Такие приборы называются мегомметрами (рис. 5.7). Мегомметры не требуют установки нуля, как омметры, а в качестве источника питания содержат небольшие генераторы напряжением 500, 1000, или 2500 В. Мегомметрами обычно пользуются для измерения сопротивления изоляции проводов, например, при проверке обмоток электрических машин и аппаратов или состояния изоляции проводов электрической сети.

Рассмотрим для примера, как с помощью мегомметра измеряют сопротивление изоляции проводов электрической сети. Прежде всего, в сети снимают напряжение, т.е. отключают все источники тока. Затем жилы проводов сети подсоединяют к зажимам мегомметра и вращают его рукоятку: если мегомметр показывает сопротивление, близкое к нулю, то, значит, между проводами есть короткое замыкание; если мегомметр показывает сопротивление очень большое (порядка 10⁷ Ом), то это свидетельствует об обрыве провода; при нормальном состоянии проводов мегомметр покажет сопротивление подсоединенных к сети электроприемников.

Аналогичным образом проверяют на обрыв и короткое замыкание обмотки электрических машин и аппаратов. При этом руководствуются паспортными данными о нормальных и допустимых значениях проверяемых величин, например, измерение сопротивления проводников обмотки относительно корпуса электродвигателя.

Малые сопротивления измеряют методом амперметра—вольт­метра или мостовым методом. Мостовой метод предусматривает применение специальных измерительных мостов. Измерительный мост содержит в плечах регулируемые резисторы R₂, R ₃, R₄ и из­меряемое сопротивление R_x (рис. 5.8). В диагональ моста включают нуль-индикатор (НИ), выполняемый обычно на базе магнито­электрического гальванометра.

Изменяя сопротивления плеч R₂, R₃, R₄ уравновешивают мост, т.е. добиваются положения, когда НИ показывает нуль. В уравно­вешенном мосте R_xR₄= R₂R₃- Так как R₂, R₃, R₄ — известные со­противления моста, то R_x можно

Рис. 5.8 Мостовая схема

найти по формуле R_x = R₂ R₃ / R_4.

5. 7 Измерение электрической мощности и энергии.

Мощность в электрических цепях измеряютваттметром. Обы­чно для этого применяют ваттметр электродинамической систе­мы. Ваттметр содержит две обмотки: токовую и напряжения, на­чала которых обозначаются точкой или звездочкой (рис. 5.9). В цепи переменного тока для измерения активной мощности ваттметр включают по схеме, изображенной на рис. 5.9. Ваттметр будет показывать активную мощность Р= UIcosφ, где φ — раз­ность фаз между фазами напряжения и тока.

 

 

Рис. 5.9. Схема включения

ваттметра:

/ — токовая обмотка; 2 — обмотка напряжения

 

Активная мощность Р трехфазной цепи с нулевым проводом определяется суммой показаний всех трех ватт­метров (рис. 5.10): Р = P_W1 + Р_W2 + Р_Wз.

При использовании метода двух ваттметров (рис. 5.11) активная мощность находится как ал­гебраическая сумма показаний ваттметров: Р = | P_W1 + Р_W2. |При из­мерении двумя ваттметрами некоторые показания могут быть от­рица-тельными.

Оба метода измерения активной мощности применимы в сим­метричных и несимметричных трехфазных цепях.

Рис. 5.11. Схема измерения ак­тивной мощности по методу двух ваттметров

Рис. 5.10. Схема измерения актив­ной мощности по методу трех ватт­метров

 

Электрическую энергию до настоящего времени измеряли только с помощью индукционных счетчиков. Обычно счетчики включают по таким же схемам, что и ваттметры.

В однофазных цепях ведется учет только активной энер­гии, поэтому реактивную энергию в этих цепях не измеряют. В трехфазных цепях измеряют активную и реактивную энергии. Для этого применяют трехфазные электрические счетчики активной и реактивной энергии.

В настоящее время для контроля потребляемой энергии выпускают электронные многофункциональные цифровые счетчики, приходящие на смену индукционным. Цифровые счетчики по сравнению с индукционными имеют большую чувствительность, большой диапазон температур (-40°С…+50°С) эксплуатации, выше класс точности, многие из них позволяют измерять одно­временно основные электрические величины: активную и реак­тивную энергии; активную, реактивную и полную мощности; коэффициент мощности; частоту; ток; напряжение. Эти при­боры содержат микропроцессор, память и позволяют автоматизи­ровать контроль и учет электрической энергии в автоматизиро­ванной системе контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ). Примеры таких цифровых электросчетчиков:

Меркурий 200 Счетчики предназначены для коммерческого учета активной электроэнергии в однофазных цепях переменного тока и работают как автономно, так и в составе АСКУЭ.

Меркурий 233 АRT

Многофункциональный счётчик

электроэнергии Меркурий 233 предназначен

для одно- или двунаправленного учета

активной и реактивной электрической энергии

и мощности в трехфазных 3-х или 4-х

проводных сетях переменного тока через

измерительные трансформаторы или

непосредственно с возможностью тарифного

учёта по зонам суток, долговременного

хранения и передачи накопленной информации

по цифровым интерфейсным проводным или

беспроводным каналам связи в центры сбора

информации. Работают как автономно, так и в

составе АСКУЭ.

Что же представляют собой цифровые электросчетчики?

Для расчета электрической энергии, потребляемой за определенный период времени, необходимо интегрировать во времени мгновенные значения активной мощности. На этом принципе работает любой счетчик электрической энергии. На рис. 5.12 показана блок-схема электромеханического счетчика.

Реализация цифрового счетчика электрической энергии (рис.5.13) требует специализированных ИС, способных производить перемножение сигналов и предоставлять полученную величину в удобной для микроконтроллера форме. Например, преобразователь активной мощности в частоту следования импульсов. Общее количество пришедших импульсов, подсчитываемое микроконтроллером, прямо пропорционально потребляемой электроэнергии.

Рассматриваемый счетчик фактически представляет собой цифровой функциональный аналог существующих механических счетчиков, приспособленный к дальнейшему усовершенствованию. Оно базируется на использовании недорогой ИС преобразователя мощности в частоту импульсов КР1095ПП1 и 8-разрядного микроконтроллера MC68HC05KJ1.

 

 

Рис. 5.12. Блок-схема электромеханического счетчика электрической

энергии

 

Сигналы, пропорциональные напряжению и току в сети, снимаются с датчиков и поступают на вход преобразователя. ИС преобразователя перемножает входные сигналы, получая мгновенную потребляемую мощность. Этот сигнал поступает на вход микроконтроллера, преобразующего его в Вт·ч и, по мере накопления сигналов, изменяющего показания счетчика. Частые сбои напряжения питания приводят к необходимости использования EEPROM для сохранения показаний счетчика. Поскольку сбои по питанию являются наиболее характерной аварийной ситуацией, такая защита необходима в любом цифровом счетчике.

 

 

Рис. 5.13. Основные узлы простейшего цифрового счетчика

электроэнергии

 

5.8 Измерение частоты переменного тока.

Для измерения частоты переменного тока применяют частотомеры. Частотомеры бывают электромагнитной, электродинамической, вибрационной и других систем. Широко применяют как стрелочные частотомеры так и частотомеры вибрационного типа (рис.5.14). Частотомер включают в цепь параллельно.

Рассмотрим принцип действия частотомера вибрационной системы, схема которого показана на рисунке 5.14,в. Если пропустить по обмотке 2 переменный ток, то стальная пластина начнет колебаться и передаст движение гибким стальным пластинам 4; каждая из этих пластин заметно колеблется при определенной частоте, поэтому с наибольшей амплитудой будет колебаться лишь та пластина, частота собственных колебаний которой совпадает с частотой переменного тока (рис. 5.14,г).

 

Рис. 5.14. Частотомер.

 

⇐ Предыдущая32333435363738394041Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: