14.  Измерение токов и напряжений.

Измерение тока:

Для измерения тока используется амперметр, включаемый в цепь последовательно с электроприемником (см. рис. 14. 1. ). Показания амперметра позволяют судить с определенной погрешностью о токе I_Н, протекающем через данный электроприемник – нагрузку R_Н.

Рис. 14. 1. Схема включения амперметра для измерения тока.

При измерении переменного синусоидального тока приборы электромагнитной, электродинамической, выпрямительной и тепловой систем будут давать отклонения, пропорционально действующему значению тока и в этих значениях, как правило, градуируют шкалы этих приборов. При измерении несинусоидального переменного тока появляется дополнительная погрешность, вызванная влиянием высших гармоник в кривой тока на вращающий момент подвижной части и отклонение стрелки и, следовательно, на показания прибора. Сопротивление измерительной катушки амперметра очень малои его последовательное включение с нагрузкой практически не вызывает увеличение сопротивления цепи и потери мощности. Так, внутреннее сопротивление амперметров колеблется от R_А=0, 2 Ом (электромагнитные и электродинамические системы амперметров) до R_А= 0, 01 Ом (магнитоэлектрические приборы ).

Ошибочное включение амперметра не последовательно, а параллельно электроприемнику (нагрузке) приводит к его подключению на сравнительно высокое напряжение и практически к короткому замыканию цепи. В этом случае, протекающий через амперметр ток I_КЗ станет намного больше номинального тока I_Н (I_КЗ/I_Н = 10 ¸ 1000), и будет ограничен только малым собственным сопротивлением катушки прибора. Большой ток вызовет чрезмерно большое тепловыделение в проводе катушки (Р =(I_КЗ)²R_А), быстрый перегрев катушки и перегорание ее проводников, после чего амперметр выходит из строя.

Поэтому необходимо тщательно проверять правильность включения амперметра в измеряемой схеме до того, как к ней подано напряжение!

· Расширение пределов измерения амперметра:

Для расширения пределов измерения амперметров применяют шунты и измерительные трансформаторы тока.

Шунт представляет собой активное сопротивление (резистор) R_Ш сравнительно малой величины, включаемое параллельно к зажимам амперметра (рис. 14. 2).

Рис. 14. 2. Схема включения амперметра с шунтом для измерения больших токов

В том случае, когда сопротивление шунта R_Ш меньше сопротивления измерительной катушки амперметра R_A, сравнительно большая часть измеряемого тока I_Н проходит через шунт, а в амперметр ответвляется только его небольшая часть I_A, определяемая соотношением сопротивлений амперметра R_A и шунта R_Ш:

.

Шкала амперметра с шунтом градуируется на полный ток I_Н, протекающий через нагрузку.

Таким образом, использование в амперметрах шунтов позволяет измерять большие постоянные или синусоидальные токи приборами, измерительные катушки которых рассчитаны на малые токи.

Трансформатор тока используется для расширения пределов измерения в цепях переменного тока и включается по схеме, представленной на рис. 14. 3. Первичная обмотка W₁ трансформатора тока зажимами Л₁ и Л₂ включается в линию переменного тока последовательно с электроприемником (нагрузкой R_H). Ко вторичной обмотке трансформатора тока через зажимы И₁ и И₂ подключается амперметр и, в случае необходимости, катушки других измерительных приборов (ваттметра, счетчика электроэнергии и др. ), которые соединяются между собой последовательно.

Рис. 14. 3. Схема включения трансформатора тока в измерительную цепь

Трансформатор тока работает в условиях, близких к условиям короткого замыкания. Поэтому можно считать что:

,

то есть, первичный ток I₁ определяется умножением вторичного тока I₂, измеряемого амперметром, на постоянный коэффициент трансформации К_I, который больше единицы, поскольку у трансформатора тока W₂ > W₁.