Включение электроизмерительных приборов через измерительные трансформаторы


СОДЕРЖАНИЕ:

Схема подключения трехфазного счетчика через трансформаторы тока

В электрических сетях, с напряжением 380 вольт, потребляемой мощностью свыше 60 кВт и током более 100 ампер, используется схема подключения трехфазного счетчика через трансформаторы тока. Данный вариант известен как косвенное подключение. Подобная схема дает возможность измерения высокой потребляемой мощности приборами учета, рассчитанными на низкие показатели мощности. Разница между высокими и низкими значениями компенсируется с помощью коэффициента, определяющего окончательные показатели счетчика.

Принцип работы измерительных трансформаторов

Принцип действия данных устройств довольно простой. По первичной обмотке трансформатора, включенной последовательно, протекает фазовый ток нагрузки. За счет этого возникает электромагнитная индукция, создающая ток во вторичной обмотке устройства. В эту же обмотку осуществляется включение токовой катушки трехфазного электросчетчика.

В зависимости от коэффициента трансформации, ток во вторичной цепи будет значительно меньше фазного тока нагрузки. Именно этот ток обеспечивает нормальную работу счетчика, а снимаемые показатели умножаются на величину коэффициента трансформации.

Таким образом, трансформаторы тока или измерительные трансформаторы преобразуют высокий первичный ток нагрузки в безопасное значение, удобное для проведения измерений. Трансформаторы тока для электросчетчиков нормально функционируют при рабочей частоте в 50 Гц и вторичном номинальном токе в 5 ампер. Поэтому, если коэффициент трансформации составляет 100/5, это означает максимальную нагрузку в 100 ампер, а значение измерительного тока – 5 ампер. Следовательно, в этом случае показания трехфазного счетчика умножаются в 20 раз (100/5). Благодаря такому конструктивному решению, отпала необходимость в изготовлении более мощных приборов учета. Кроме того, обеспечивается надежная защита счетчика от коротких замыканий и перегрузок, поскольку сгоревший трансформатор меняется значительно легче по сравнению с установкой нового счетчика.

Существуют определенные недостатки при таком подключении. Прежде всего, измерительный ток в случае малого потребления, может быть меньше стартового тока счетчика. Следовательно, счетчик не будет работать и выдавать показания. В первую очередь это касается счетчиков индукционного типа с очень большим собственным потреблением. Современные электросчетчики такого недостатка практически не имеют.

Особое внимание при подключение нужно обращать на соблюдение полярности. Первичная катушка имеет входные клеммы. Одна из них предназначена для подключения фазы и обозначается Л1. Другой выход – Л2 необходим, чтобы подключиться к нагрузке. Измерительная обмотка также имеет клеммы, обозначаемые соответственно, как И1 и И2. Кабель, подключаемый к выходам Л1 и Л2, рассчитывается на необходимую нагрузку.

Для вторичных цепей используется проводник, поперечное сечение которого должно быть не ниже 2,5 мм2. Рекомендуется применять разноцветные промаркированные провода с обозначенными выводами. Нередко подключение вторичной обмотки к счетчику осуществляется с помощью опломбированного промежуточного клеммника. Использование клеммника позволяет проводить замену и обслуживание счетчика без отключения электроэнергии, поступающей к потребителям.

Схемы подключения

Подключение измерительного трансформатора к счетчику может быть выполнено разными способами. Запрещается использовать трансформаторы тока с приборами учета, предназначенными для прямого включения в электрическую сеть. В подобных случаях вначале изучается сама возможность такого подключения, выбирается наиболее подходящий трансформатор, в соответствии с индивидуальной электрической схемой.

Если измерительные трансформаторы имеют различный коэффициент трансформации, они не должны подключаться к одному и тому же к счетчику.

Перед подключением необходимо внимательно изучить схему расположения контактов, имеющихся на трехфазном счетчике. Общий принцип действия электросчетчиков является одинаковым, поэтому контактные клеммы располагаются на одних и тех же местах во всех приборах. Контакт К1 соответствует питанию цепи трансформатора, К2 – подключение цепи напряжения, К3 является выходным контактом, подключаемым к трансформатору. Таким же образом подключается фаза «В» через контакты К4, К5 и К6, а также фаза «С» с контактами К7, К8, К9. Контакт К10 является нулевым, к нему подключаются обмотки напряжения, расположенные внутри счетчика.

Чаще всего применяется наиболее простая схема раздельного подключения вторичных токовых цепей. К фазному зажиму от входного автомата сети подается фазовый ток. Для удобства монтажа с этого же контакта выполняется подключение второй клеммы катушки напряжения фазы на счетчике.

Выход фазы является окончанием первичной обмотки трансформатора. Его подключение осуществляется к нагрузке распределительного щита. Начало вторичной обмотки трансформатора соединяется с первым контактом токовой обмотки фазы счетчика. Конец вторичной обмотки трансформатора соединяется с окончанием токовой обмотки прибора учета. Таким же образом подключаются остальные фазы.

В соответствии с правилами выполняется соединение и заземление вторичных обмоток в виде полной звезды. Однако это требование отражено не в каждом паспорте электросчетчиков, поэтому во время ввода в действие иногда приходится отключать заземляющий шлейф. Выполнение всех монтажных работ должно происходить в строгом соответствии с утвержденным проектом.

Существует и другая схема подключения трехфазного счетчика через трансформаторы тока, применяемая очень редко. В данной схеме используются совмещенные цепи тока и напряжения. Возникает большая погрешность в показаниях. Кроме того, при такой схеме невозможно своевременно выявить обмоточный пробой в трансформаторе.

Большое значение имеет правильный выбор трансформатора. Максимальная нагрузка требует величины тока во вторичной цепи не менее 40% от номинала, а минимальная нагрузка – 5%. Все фазы должны чередоваться в установленном порядке и проверяться специальным прибором – фазометром.

Устройство и назначение измерительных трансформаторов

Измерительный трансформатор — электромагнитное устройство, установленное в контролируемую электрическую цепь и предназначенное для измерения и наблюдения за показаниями напряжения, тока или фазы. В основном применяется в случаях, когда невозможно произвести измерения электрических показателей непосредственным подключением измерительных приборов. Рассчитывают их таким образом, чтобы обеспечить минимальное влияние на измеряемую цепь.

Устройство электрических аппаратов

Основным назначением измерительных трансформаторов является понижение первичного тока до значения, позволяющего осуществить подключение электрических измерительных приборов, защитных систем и т. д.

Кроме этого, они обеспечивают гальваническую развязку между высоким и низким напряжением, позволяющую безопасно работать обслуживающему персоналу. Состоит этот аппарат из следующих составляющих:

  • первичной обмотки с рассчитанным количеством витков;
  • вторичной обмотки;
  • изготовленного из специальной стали сердечника.

Электрические провода первичной обмотки подключают последовательно к эксплуатируемой цепи, в которой проводят проверку показаний. К проводам вторичной обмотки подключают измерительные приборы, комплекс автоматических устройств для защиты цепи от повреждений, различные системы автоматики и т. д.

Чтобы не происходило коротких замыканий между обмотками и витками в них, обязательно наличие изоляции. А также проводят обязательное заземление вторичной обмотки на случай замыкания между катушками.

Классификация агрегатов

Все аппараты разделяют на измерительные трансформаторы тока и напряжения. Причем токовые устройства существуют двух видов: для постоянного и переменного тока. По методу трансформации их разделяют на преобразователи тока в ток, тока в напряжение и тока в не относящуюся к электричеству функцию (например, световой поток).

При этом трансформаторы разделяют на аналоговые и дискретные (в зависимости от метода получения информации). Все измерительные аппараты классифицируются по следующим признакам:

  • по виду установки;
  • по ее способу;
  • по числу коэффициентов трансформации;
  • по количеству ступеней преобразования;
  • по виду первичной обмотки;
  • по роду изоляции;
  • по принципу трансформации тока.

Эти агрегаты предназначены для работы под открытым небом, в закрытых помещениях. Они бывают непосредственно встроены в электрооборудование и специальные установки (на судах, в шахтах, электровозах и др.).

Непосредственно их устанавливают в проемах стен, потолков или в специальных металлических конструкциях, если они предназначены для использования в качестве ввода. Опорные измерительные преобразователи монтируются на ровную плоскость, а встроенные трансформаторы устанавливают непосредственно в плоскость электрооборудования.

Существуют разновидности аппаратов как с одним коэффициентом трансформации, так и с несколькими, которые получают методом изменения количества витков первичной или вторичной обмотки.

Различают их и по способу изготовления изоляции, которая бывает твердой, вязкой и комбинированной. Все измерительные трансформаторы делятся на электромагнитные и оптико-электронные, в зависимости от способа преобразования тока.

Преобразователи для измерения напряжения

Используются такие аппараты для понижения напряжения в первичном контуре от 6 кВ и выше, до 100 В во вторичной обмотке. Они способны преобразовывать эти показания в первичном контуре в стандартный электрический ток и обеспечивать защиту подключенных электроприборов от перегрузок.

Кроме этого, такие агрегаты обеспечивают обслуживающему персоналу безопасную работу. Эта техника взаимодействует с переменным и постоянным током, а по своему функционированию она приближается к режиму холостого хода, так как не происходит передачи мощности. По своим функциональным действиям эти аппараты практически ничем не отличаются от силовых трансформаторов. Различают несколько их видов:

  1. Заземляемый аппарат — представляет собой преобразователь с одной фазой, находящейся под напряжением и заземленным одним концом первичного контура. В трехфазных агрегатах заземляется нейтральный провод первичной катушки.
  2. Трансформаторы без заземления — все части первичной катушки, в том числе и контакты, изолированы от соединения с землей до рекомендуемого уровня, соответствующего классу напряжения.
  3. Емкостные аппараты — в конструкцию включены конденсаторы, обеспечивающие понижение напряжения.
  4. Каскадные трансформаторы — первичный контур обладает несколькими частями, соединяющимися со вторичным контуром связующими и выравнивающими обмотками.

А также существуют аппараты как с одним вторичным контуром, так и с двумя: основным и дополнительным.

Трансформаторы тока

Этими измерительными преобразователями выполняют ряд особых функций. К ним подключают измерительные приборы, способные снимать показания в различных режимах.

Основными функциями агрегата являются:

  1. Преобразование переменного тока к значениям в 1 или 5 А.
  2. В обычном режиме предохраняет вторичный контур от высоковольтной первичной обмотки.
  3. Работа осуществляется в защитном режиме вторичного контура от перегрузок.

Помимо этого, такие трансформаторы имеют в своей конструкции выпрямители, а вторичные цепи обязательно заземляются в одной точке. Конструктивные особенности этого агрегата запрещают разрывать вторичную цепь, находящуюся под напряжением, так как в этот момент происходит нарушение изоляции, сердечник нагревается и происходит нарушение нормального режима работы.

Перед установкой и запуском измерительного преобразователя, обязательно проводят его проверку. Производят диагностику его работы на всех режимах и проверяют состояние изоляции. В условиях длительной эксплуатации периодически проводят техническое обслуживание агрегатов, что позволяет избежать непредвиденных поломок.

Измерение тока при помощи трансформатора тока

Не всегда получается просто измерить переменный ток, особенно если схема связана с сетью. Существует оригинальное решение этой проблемы с помощью трансформатора тока. Известно, что проводник с током создает магнитное -поле, напряженность которого пропорциональна этому току. Если расположить датчик, в данном случае катушку, в непосредственной близости от проводника, можно уловить, а затем обработать наведенный в катушке сигнал.

На практике удобно использовать тороидальный сердечник (такие компоненты применяются в антипомеховых дросселях), намотав на него большое число витков эмалированного провода малого сечения. Количество витков должно быть тем больше, чем меньше измеряемый ток. Проводник с измеряемым током пропускают сквозь тороидальный сердечник. Таким образом формируется первичная обмотка трансформатора (рис. 4.3). Ток во вторичной обмотке может быть небольшим, если предусмотрена его обработка с помощью операционного усилителя, включенного по схеме преобразователя тока в напряжение.

Рис. 1. Включение трансформатора тока

Например, ток силой 0,5 А в первичной обмотке создаст ток 5 мА во вторичной обмотке при 100 витках провода и напряжении 0,5 В на выходе усилителя. Это значение соответствует номиналу резистора, указанному на рис. 4.3. Форма сигнала сохраняется, поэтому, чтобы получить постоянное напряжение, потребуется выполнить операции выпрямления и фильтрации. Большое преимущество схемы такого типа — полная изоляция измеряемого проводника от цепи обработки сигнала. Именно этот принцип используется в электроизмерительных клещах. В некоторых случаях можно подключить амперметр непосредственно к вторичной обмотке трансформатора.

мтомд.инфо

Измерительные трансформаторы тока и напряжения применяются совместно с измерительными приборами для расширения их пределов измерения.

Измерительные трансформаторы напряжения

Измерительный трансформатор напряжения представляет собой понижающий трансформатор с таким отношением витков w1/w2, чтобы при U1 = Uсети; U2 = 100 В.

Во вторичную цепь включаются вольтметры, частотомеры, обмотки напряжения ваттметров, счетчиков и фазометров. Так как электрическое сопротивление этих приборов велико (порядка 1000 Ом), то трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к холостому ходу. Такой режим связан с большими магнитными потерями, а это, в свою очередь, приводит к увеличению размеров магнитопровода и устройству специального масляного охлаждения.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения

Измерительные трансформаторы тока

Измерительные трансформаторы тока применяются для включения в сеть амперметров, обмоток тока ваттметров, счетчиков и фазометров.

Первичная обмотка трансформатора тока выполняется из провода большого поперечного сечения и включается в цепь последовательно.

Вторичная обмотка выполняется всегда на ток I2 = 5А. Рабочий режим трансформатора тока близок к короткому замыканию, поэтому размеры магнитопровода у него значительно меньше, чем у трансформатора напряжения.

Эксплуатация измерительных трансформаторов

Для определения напряжения или тока в цепи необходимо показания приборов умножить на коэффициент трансформации измерительных трансформаторов. В целях безопасности нельзя оставлять вторичную обмотку трансформатора тока разомкнутой, если первичная включена в сеть. В этом режиме напряжение U2 возрастает до нескольких тысяч вольт.

Разновидностью измерительного трансформатора тока являются токоизмерительные клещи с разъемным магнитопроводом, где роль первичной обмотки выполняет сам провод, по которому течет измеряемый ток.

Схемы включения электроизмерительных приборов

Автор Голоднов Ю.М.
Издательство Энергия
Год 1979
Формат DJVU

В книге рассматриваются основные схемы включения электроизмерительных приборов, используемых в системах электроснабжения. Изложены вопросы подключения и отключения стационарных и переносных приборов, а также фазировки измерительных трансформаторов, не требующей отключения и перерыва питания потребителей. Изложены требования, предъявляемые к электроизмерительным приборам, и условия безопасности при работе с ними.

Книга предназначена для электромонтеров, обслуживающих электроустановки и занятых производством измерений в электросетях.

Устройство и принцип действия измерительных трансформаторов тока

Трансформатор тока состоит из замкнутого сердечника, набранного из тонких листов электротехнической стали, и двух обмоток — первичной и вторичной. Первичную обмотку включают последовательно в контролируемую цепь, ко вторичной обмотке присоединяют токовые катушки различных приборов и реле.

Рисунок 1 – Трансформатор тока:
а — устройство, б, в — схемы включения амперметра непосредственно в контролирующую цепь и через трансформатор тока
Устройство трансформатора тока и схемы включения амперметра показаны на рисунке 1, а—в. Магнитный поток в магнитопроводе 3 создается токами первичной 1 и вторичной 2 обмоток. Соотношение первичного I1 и вторичного I2 токов определяется формулой:

где KТТ — коэффициент трансформации; w1 и w2 — число витков первичной и вторичной обмоток.
Если в силовых трансформаторах и трансформаторах напряжения увеличение сопротивления во вторичной цепи вызывает уменьшение тока во вторичной и в первичной цепях, а напряжение на выводах обеих обмоток почти не изменяется, то у трансформаторов тока увеличение сопротивления во вторичной цепи приводит к повышению напряжения на выводах вторичной обмотки. Это объясняется тем, что ток в первичной цепи не зависит от нагрузки трансформатора тока. Ток во вторичной цепи трансформатора тока практически не меняется с изменением ее сопротивления при данном режиме первичной цепи. Вследствие этого нагрузка трансформатора тока увеличивается с возрастанием сопротивления во вторичной цепи, складывающегося из сопротивлений, подключенных к трансформатору тока аппаратов и приборов, соединительных проводов и переходных контактов.
Трансформаторы тока для электроустановок напряжением до 1000 В показаны на рисунке 2, а, б, в (катушечный, шинный ТШ-0,5 и шинный с литой изоляцией ТШЛ-0,5). В шинных трансформаторах тока в качестве первичной обмотки используют шину, пропускаемую через окно 5 сердечника трансформатора тока, на который намотана вторичная обмотка.

Рисунок 2 – Трансформаторы тока на напряжение до 1000 В:
а — катушечный, б, в — шинные ТШ-0,5 и ТШЛ-0,5; 1 — каркас, 2, 4 — зажимы вторичной и первичной обмоток, 3 — защитный кожух, 5 — окно

Рисунок 3 – Трансформаторы тока на напряжение 10 кВ с литой изоляцией:
а — многовитковый ТПЛ-10, б — одновитковый ТПОЛ-10, в —шинный ТПШЛ-10; 1, 2 — зажимы первичной и вторичной обмоток, 3 — литая изоляция, 4 — установочный угольник, 5 — сердечник

Рисунок 4 – Опорный трансформатор тока ТФНД-220 наружной установки
Проходные трансформаторы тока для внутренней установки на напряжение 10 кВ выполняют многовитковыми, одновитковыми и шинными с фарфоровой и пластмассовой (литой) изоляцией (Рисунок 3, а—в).

Рисунок 5 – Трансформаторы тока:
а — проходной ТПФМ-10 на 10 кВ, б — опорный ТФН-35М на 35 кВ; 1 и 3 — первичная и вторичная обмотки, 2 — фарфоровый изолятор, 4 — сердечник вторичной обмотки, 5 — контактный угольник, 6 — крышка, 7 — кожух, 8 — верхний фланец, 9 — зажимы выводов вторичной обмотки, 10 — якореобразный болт, 11 — крышка, 12 — фарфоровая покрышка, 13 — изоляционное масло, 14 — кольцевые обмотки («восьмеркой»), 15 — полухомут, 16 — масловыпускатель, 17 — цоколь, 18 — коробка вторичных выводов, 19 — кабельная муфта, 20 — маслоуказатель
Опорный трансформатор тока ТФНД-220 для наружной установки на напряжение 220 кВ (Рисунок 4) имеет обмотки, помещенные в фарфоровый корпус 3, залитый маслом и укрепленный на основании 4. На верхнем торце фарфорового корпуса укреплен чугунный расширитель 1 для масла с маслоуказателем и зажимами 2 первичной обмотки. Сердечник с вторичной обмоткой охватывается первичной обмоткой, имеющей в этом месте форму кольца. Выводы вторичной обмотки размещены в коробке 5 на основании трансформатора.
В высоковольтных распределительных устройствах подстанций применяют проходные (Рисунок 5, а) и опорные (Рисунок 5, б) трансформаторы тока.
1.4 Электрическая принципиальная схема
Для питания вторичных устройств используют различные схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока. Соединение в звезду (Рисунок 6, а) применяют при необходимости контроля тока во всех трех фазах электрической сети, соединение треугольником (Рисунок 6, б) — при получении большей силы тока во вторичной цепи или сдвига по фазе вторичного тока относительно первичного на 30 или 330°.
В сетях с изолированной нейтралью используют соединение вторичных обмоток измерительных трансформаторов тока в неполную звезду (Рисунок 6, в) и на разность токов двух фаз (Рисунок 6, г), а для питания защит от замыкания на землю — схему соединения на сумму токов трех фаз (схема фильтра токов нулевой последовательности). Токовое реле, включенное на выходе цепей, собранных по такой схеме (Рисунок 6, д), не реагирует на междуфазовые короткие замыкания, но приходит в действие при всех видах повреждений, связанных с замыканием элементов электрической сети на землю.

Рисунок 6 – Схемы соединений вторичных обмоток трансформаторов тока:
а — звездой, б — треугольником, в — неполной звездой, г – на разность токов двух фаз, д — на сумму токов трех фаз, е — последовательное, ж— параллельное
Последовательное соединение вторичных обмоток трансформаторов тока одной фазы (Рисунок 6, е) позволяет получить от них суммарную мощность, а параллельное (Рисунок 6, ж) — уменьшить коэффициент трансформации, суммируя ток вторичных обмоток при данном токе в линии.

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

Приборы различных систем и назначений имеют много общего как в конструкции, так и в принципе действия. Основная идея заключается в том, что то или иное проявление измеряемой величины вызывает усилия, производящие механическое перемещение указателя вдоль шкалы.

Всякий прибор состоит из корпуса, в котором размещаются измерительный механизм, шкала и вспомогательные части.

Измерительный механизм состоит из подвижной части и неподвижных частей. Подвижная часть может совершать вращательное движение в пределах некоторого ограниченного угла. Угол поворота подвижной части служит мерой измеряемой величины.

Усилие, вызывающее вращение подвижной части, называется вращающим моментом. Вращающий момент равен произведению силы на плечо и измеряется в килограммометрах (кГм). В измерительных приборах приходится иметь дело с весьма малыми моментами, не превышающими нескольких граммосантиметров (Гсм), а иногда и значительно меньшими. Так, например, максимальный момент, действующий на подвижную часть лабораторного электростатического вольтметра, имеет порядок долей миллиграм-мосантиметра (мГсм).

Для того чтобы под действием столь малого момента подвижная часть могла свободно поворачиваться, она устанавливается на растяжках — тонких ленточках, изготовляемых из фосфористой или бериллиевой бронзы.

При еще меньших моментах подвижная часть устанавливается; на подвесе, т. е. подвешивается лишь на одной ленточке. Чтобы предотвратить обрыв подвеса при переноске прибора, он снабжается арретиром — устройством, позволяющим разгрузить подвес от натяжения закреплением подвижной части.

В щитовых приборах действуют вращающие моменты порядка; долей или даже единиц граммосантиметров. Подвижная часть подобных приборов устанавливается на кернах и подпятниках. Ось, подвижной части может быть либо сквозной, либо состоять из двух половин. Концы оси, заточенные на конус с углом при вершине около 60°, называются кернами. Вершина конуса закругляется и тщательно полируется.

Керны упираются в имеющиеся в подпятниках углубления — кратеры.

Керны изготовляются из углеродистой стали, а подпятники из корунда или агата.

Радиус закругления керна обычно выбирается в пределах от 0,015 до 0,1 мм, в зависимости от веса подвижной части и условий эксплуатации прибора. Радиус закругления дна кратера должен быть в четыре — десять раз больше, чем радиус закругления керна. Обычно он лежит в пределах от 0,15 до 0,35 мм.

Чем меньше радиус закругления керна, тем меньше трение в подпятниках и тем свободнее может вращаться подвижная часть, но одновременно уменьшение радиуса закругления керна ведет к увеличению удельного давления, которое может стать при тряске прибора настолько большим, что вызовет повреждение полировки кратера или смятие керна.

Если подвижная часть может свободно вращаться, то под действием вращающего момента, вызванного измеряемой величиной, она повернется на полный угол, и мы не получим представления о том, насколько велик момент и каково значение измеряемой величины. Очевидно, кроме момента, вызываемого измеряемой величиной, так называемого действующего момента, необходимо иметь противодействующий. Этот момент создается при повороте подвижной части спиральными пружинками, изготовляемыми из тонкой бронзовой ленты. Один конец такой пружинки прикрепляется к оси подвижной части, а другой к неподвижной части.

Для того чтобы закрутить пружинку на некоторый угол, необходимо приложить момент, прямо пропорциональный величине этого угла.

Каждый электрик должен знать:  Правильная схема подключения тумблера

Когда прибор не подключен, действующий и противодействующий моменты равны нулю, и подвижная часть находится в положении, при котором стрелка указывает на нулевую отметку. При подключении прибора подвижная часть будет поворачиваться до тех пор, пока действующий момент не уравновесится противодец^ ствующим моментом. Стрелка прибора останавливается против отметки, соответствующей некоторому, вполне определенному, значению измеряемой величины.

При подключении прибора подвижная часть занимает определенное положение, соответствующее измеряемой величине, не сразу. Некоторое время она будет колебаться возле этого положения, как возле среднего, с уменьшающейся амплитудой. Это время называется временем успокоения прибора. Для того чтобы сделать время успокоения достаточно малым, измерительные механизмы снабжаются успокоителями. Применяются воздушные и магнитные успокоители.

Более просто устроен магнитный успокоитель. На оси подвижной части укрепляется легкий алюминиевый сектор, могущий свободно двигаться в зазоре между полюсами постоянного магнита. Двигаясь в зазоре, сектор пересекает магнитные силовые линии. Наводимые в секторе токи взаимодействуют с магнитным полем постоянного магнита, что приводит к торможению сектора. Наводимые токи и сила торможения оказываются тем больше, чем больше скорость движения сектора. В неподвижном состоянии сила, действующая на сектор, равна нулю.

Магнитные успокоители применяются в таких приборах, где поле постоянного магнита не может оказать мешающего влияния на поля самого измерительного механизма. Там, где такая опасность имеется, применяются воздушные успокоители. Воздушный успокоитель представляет собой закрепленное на оси подвижной части легкое алюминиевое крыло, помещенное в закрытую воздушную камеру. Здесь торможение получается за счет сопротивления воздуха, которое пропорционально скорости движения сектора. Иногда вместо крыла употребляют поршень, движущийся в изогнутой трубке, закрытой с одного конца.

При очень сильном успокоении движение подвижной части может перейти из колебательного режима в апериодический, т. е. такой, когда подвижная часть при движении не переходит через положение равновесия, т. е. не совершает колебаний. Однако в этом случае время успокоения может оказаться очень большим.

Практически успокоение делают таким, чтобы сохранялся колебательный режим, но колебания быстро затухали.

В неподключенном приборе стрелка должна всегда стоять против нулевой отметки (исключение составляют приборы, не имеющие пружинок для создания противодействующего момента), но под влиянием температурных воздействий и деформации пружинок или вследствие других причин подвижная часть может «сойти с нуля». Для установки стрелки на нуль в приборах предусматривается устройство, называемое корректором.

По целому ряду причин измерительные приборы никогда не Дают нам действительного значения измеряемой величины. Погрешность измерения зависит как от погрешности прибора, так и от метода измерения, т. е. способа производства измерения.

Погрешности прибора вызываются его несовершенством. Так, вследствие трения в подпятниках, подвижная часть может не доходить до положения, определяемого равенством моментов действующего и противодействующего.

В приборах с подвижной частью, установленной на кернах и подпятниках, при вертикальном положении оси подвижной части имеет место погрешность от опрокидывания. Погрешность от опрокидывания появляется вследствие того, что ось подвижной части в подпятниках имеет некоторый зазор. При изменении положения прибора меняет свое положение и ось подвижной части, отклоняясь от вертикального в ту или другую сторону, а вместе с ней и стрелка.

Если подвижная часть недостаточно уравновешена или, как говорят, плохо отбалансирована, то показание прибора будет изменяться при изменении угла его наклона. Погрешность от неуравновешенности сильнее проявляется при горизонтальном расположении оси подвижной части.

Причиной некоторой погрешности может служить также неточно вычерченная при изготовлении или ремонте прибора, шкала и т. д.

Указанные погрешности присущи приборам почти всех систем, при измерениях всегда не превышают допустимой для данного случая величины.

Ниже будут указаны погрешности, характерные лишь для рассматриваемых приборов.

Приборы магнитоэлектрической системы. Магнитоэлектрическая система измерительных приборов определяется как система, вращающий момент которой создается благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и одним или несколькими проводниками с током.

Приборы магнитоэлектрической системы могут быть или с подвижным магнитом или с подвижной катушкой. Последние получили наиболее широкое распространение.

Идея устройства магнитоэлектрического прибора с подвижной катушкой представлена на рис. 1. Между полюсами постоянного магнита находится подвижная катушка. Для получения равномерного радиального поля между полюсами магнита располагается сердечник из мягкого железа.

При протекании тока по катушке на ее активные стороны, находящиеся в магнитном поле, будут действовать силы, создающие вращающий момент.

Величина вращающего момента, действующего на подвижную часть, прямо пропорциональна силе тока в катушке.

На рис. 2 изображен измерительный механизм магнитоэлектрической системы, применяемый в щитовых приборах нескольких типов. Здесь постоянный магнит, имеющий форму короткого бруска, охватывается ярмом из мягкого железа. Ярмо является магнитопроводом и образует один из полюсных наконечников.

Подвижная катушка представляет собой алюминиевый каркас — рамку, на которую намотана тонкая изолированная проволока. Ток к рамке подводится с помощью двух спиральных пружинок.

При повороте рамки пружинки закручиваются и создают противодействующий момент, прямо пропорциональный углу поворота.

Таким образом, угол отклонения стрелки магнитоэлектрического прибора прямо пропорционален силе тока в подвижной катушке. Прибор имеет шкалу с равномерными делениями. При перемене направления тока изменится и направление движения, т. е. стрелка будет отклоняться в обратную сторону, поэтому прибор пригоден только для постоянного тока.

При одном и том же токе угол отклонения подвижной части тем больше, чем больше чувствительность прибора — величина угла (в градусах или делениях шкалы) отклонения, соответствующая единице силы тока.

Чем больше индукция в воздушном зазоре, число витков рамки и ее размеры и чем слабее пружинки, тем выше чувствительность прибора. Казалось бы, что уменьшая момент пружинок, можно получить очень чувствительный прибор. Теоретически это верно, однако употребление очень слабых пружинок приводит к тому, что момент трения становится соизмеримым с действующим моментом. Погрешность от трения при этом может достигнуть недопустимых значений.

Увеличение размеров рамки и числа витков ведет к увеличению веса подвижной части, что опять-таки увеличивает трение. Кроме того, увеличение веса подвижной части ведет к увеличению момента инерции, из-за чего увеличивается период собственных колебаний и время успокоения.

Правильный выбор основных величин позволяет делать магнитоэлектрические приборы с весьма высокими показателями. Конструкции их чрезвычайно разнообразны. Мы ограничимся рассмотрением магнитоэлектрических амперметров и вольтметров, лишь упомянув о том, что существуют омметры, чувствительные гальванометры, шлейфные осциллографы, вибрационные гальванометры и другие специальные приборы этой системы.

Простейшим магнитоэлектрическим прибором является миллиамперметр. На рис. 3, а представлена схема включения миллиамперметра в цепь, а на рис. 3, б — схема внутренних соединений. Здесь весь измеряемый ток проходит по обмотке рамки. При изменении внешней температуры (или от нагревания обмотки рамки током) сопротивление рамки изменится (медный проводник при нагревании на 10 °С увеличивает свое сопротивление на 4%), но это не вызовет дополнительной погрешности, так как прибор отметит некоторое уменьшение тока нагрузки.

При увеличении температуры некоторая погрешность может возникнуть из-за уменьшения упругости пружинок, но так как при этом имеет место ослабление поля постоянного магнита, то эти два фактора взаимно компенсируются.

Вольтметр представляет собой тот же миллиамперметр, последовательно с сопротивлением рамки которого включено добавочное сопротивление. Схема включения вольтметра изображена на рис. 4, а, схема внутренних соединений — на рис. 4, б. Через обмотку рамки прибора будет протекать ток:

Изменение внешней температуры вызовет появление дополнительной погрешности, так как при изменении величины сопротивлений ток в обмотке рамки изменится, а следовательно, изменится и показание прибора, в то время как напряжение остается неизменным.

Для уменьшения погрешности от температуры добавочное сопротивление изготовляется из манганина — сплава, не меняющего своего сопротивления при изменении температуры. Если это сопротивление велико по сравнению с сопротивлением обмотки рамки, то общее сопротивление будет меняться незначительно и погрешность не будет превышать заданной величины.

Добавочные сопротивления помещаются внутри корпуса прибора. Если это оказывается невозможным, то применяются отдельные добавочные сопротивления. На приборе с отдельным добавочным сопротивлением должна быть соответствующая надпись. Если вольтметр градуировался вместе с добавочным сопротивлением, то оно называется индивидуальным и может употребляться только с данным вольтметром. Калиброванное добавочное сопротивление может употребляться в комплекте с вольтметром, имеющим стандартную величину номинального тока, т. е. тока полного отклонения.

Номинальный ток калиброванных добавочных сопротивлений при номинальном напряжении ( ГОСТ 1845-52) устанавливается: 0,5; 1,0; 3,0; 5,0; 7,5; 15; 30 и 60 ма.

При расчете вольтметров на низкие пределы измерения получение малой погрешности от изменения температуры представляет уже известные трудности, так как относительно большое добавочное сопротивление при малом номинальном значении напряжения (т. е. верхнем пределе измерения вольтметра) требует снижения тока полного отклонения, который должен быть тем меньше, чем ниже заданное напряжение. Иначе говоря, чем меньше номинальное значение напряжения вольтметра, тем чувствительнее должен быть измерительный механизм. Повышение чувствительности связано с ухудшением механических свойств измерительного механизма, а следовательно, и всего прибора, что нежелательно. В этих случаях применяются более сложные схемы уменьшения температурной погрешности.

Ввиду того, что обмотка рамки должна быть достаточно легкой, она наматывается тонкой проволокой; пружинки, являющиеся токоподводами к рамке, делают также очень малого сечения для того, чтобы получить нужные механические свойства. Очевидно, через рамку можно пропускать лишь небольшой ток.

Для измерения больших токов применяются амперметры. В этих приборах только часть измеряемого тока проходит через измеритель (рис. 5), основная же его часть — через шунт, который может помещаться в приборе, либо устанавливается отдельно.

Наружные шунты, так же как отдельные добавочные сопротивления, разделяются на индивидуальные и калиброванные.

Согласно ГОСТ 1845-52 падение напряжения между потенциальными зажимами 1 калиброванных шунтов при номинальном токе устанавливается равным: 45, 75, 100 и 150 мв.

Амперметр с шунтом по сути дела представляет собой милливольтметр, измеряющий падение напряжения на сопротивлении шунта.

Шунты изготовляются из манганина и практически не меняют своего сопротивления под влиянием температуры; чтобы уменьшить температурную погрешность из-за изменения сопротивления обмотки рамки последовательно с ней включается добавочное сопротивление из манганина.

Возможность применения магнитоэлектрических приборов с шунтами и добавочными сопротивлениями позволяет использовать их для измерения постоянного тока и напряжения в весьма широких пределах.

Измерительный механизм магнитоэлектрической системы может быть использован как омметр, так как при неизменном напряжении источника питания значение тока, протекающего через обмотку рамки, зависит от сопротивления цепи, в которую она включена, и шкала прибора может быть проградуирована в единицах сопротивления.

Омметры могут быть выполнены по последовательной (рис. 6, а) или параллельной (рис. 6,6) схеме.

Подобные омметры чаще всего снабжаются собственным источником питания, например сухой батарейкой. Уменьшение напряжения батарейки можно компенсировать увеличением чувствительности измерителя с помощью магнитного шунта, изменение положения которого относительно полюсов меняет индукцию в воздушном зазоре.

Омметры, показания которых не зависят от величины напряжения источника питания, строятся на основе приборов, называемых логометрами.

Подвижная часть измерительного механизма магнитоэлектрического лого-метра состоит из двух жестко скрепленных между собой рамок, имеющих изолированные обмотки. Рамки помещаются в поле постоянного магнита. Отличительной особенностью измерительного механизма логометра является неравномерное поле в воздушном зазоре, получаемое за счет неодинаковой ширины зазора или неодинаковой высоты сердечника. В логометрах отсутствует механический противодействующий момент, и токоподводы к обмоткам рамок выполняются в виде тонких безмоментных золотых или серебряных ленточек.

Приборы электромагнитной системы. Электромагнитная система измерительных приборов определяется как система, вращающий момент которой создается благодаря взаимодействию между одной или несколькими катушками с током и одной или несколькими частями из мягкого ферромагнитного материала.

Электромагнитные приборы бывают:
а) с круглой катушкой и б) с плоской.

В настоящее время большее распространение имеют приборы с плоской катушкой.

Измерительный механизм прибора с плоской катушкой представлен на рис. 8. В основном, он состоит из катушки, по обмотке которой пропускается измеряемый ток, и эксцентрично укрепленного на оси подвижной части сердечника — пластинки из мягкого ферромагнитного материала (трансформаторная сталь, пермаллой) .

Под действием поля катушки сердечник намагничивается. Взаимодействие между магнитным полем катушки с током и магнитным полем сердечника вызывает втягивание сердечника внутрь щели катушки, так как он стремится занять такое положение, при котором через него будет проходить, наибольшее число силовых линий. Втягивание сердечника вызывает поворот оси подвижной части с укрепленными на ней стрелкой и крылом воздушного успокоителя.

Приблизительно можно сказать, что магнитная индукция в щели катушки пропорциональна току, проходящему по обмотке. Точно так же при малом насыщении стали магнитная индукция в сердечнике пропорциональна силе тока в катушке. Поэтому сила, действующая на сердечник, будет пропорциональна квадрату силы тока, протекающего по обмотке катушки, и вращающий момент, действующий на подвижную часть, будет также зависеть от квадрата силы тока, а так как противодействующий момент создается спиральной пружинкой, то и угол поворота подвижной части электромагнитного прибора пропорционален квадрату силы тока в обмотке катушки. Это значит, что прибор будет иметь квадратичный характер шкалы, т. е. сжатые в начале и расширяющиеся к концу шкалы деления. Соответствующей конструкцией главным образом, целесообразным выбором формы стальной пластинки и укреплением на катушке второй пластинки, можно сделать шкалу более равномерной.

Электромагнитный прибор годен как для постоянного, так и для переменного токов. Проградуированный на постоянном токе электромагнитный прибор будет показывать при измерении переменного тока (или напряжения) его действующее значение.

Наибольшее распространение в практике получили щитовые электромагнитные амперметры и вольтметры класса 2,5; они надежны в эксплуатации, дешевы и просты по конструкции. Так как пружинка служит только для создания противодействующего момента и не является токоподводом, то электромагнитные приборы без вреда выдерживают значительную перегрузку.

Величина вращающего момента электромагнитного механизма при полном отклонении подвижной части имеет порядок 200 мГсм. Для создания такого момента необходимо, чтобы катушка имела около 200 ампервитков. Зная число ампервитков, по заданному току нетрудно подсчитать нужное число витков обмотки, Электромагнитные амперметры изготовляются для непосредственного включения в цепь на токи до 300 а и выше. На переменном токе электромагнитные приборы включаются через измерительные трансформаторы тока с номинальным вторичным током 5 а.

Шунтирование амперметров этой системы не применяется, так как они обладают по сравнению с амперметрами магнитоэлектрической системы большим потреблением энергии (падение напряжения в катушке амперметра на 5 а имеет порядок 0,5 в), и при больших токах рассеиваемая в шунте мощность может оказаться столь большой, что практическое изготовление шунта будет невозможным.

Расширение пределов измерения электромагнитных вольтметров производится с помощью добавочных сопротивлений, а также с помощью измерительных трансформаторов напряжения. Номинальное напряжение вольтметра, предназначенного для включения через измерительный трансформатор напряжения, равно 100 в.

Погрешность электромагнитных приборов на постоянном токе появляется за счет гистерезиса, т. е. неодинаковой степени намагничивания сердечника при возрастающей и убывающей силах измеряемого тока. При измерении на переменном токе погрешности возникают из-за потерь на вихревые токи в сердечнике и в железных частях самого прибора, а также из-за индуктивности обмотки катушки. Вследствие этих причин показания прибора на переменном токе оказываются меньше истинного значения измеряемой величины, т. е прибор имеет отрицательную погрешность. Однако изготовление сердечника из сплава пермаллой позволило выпускать лабораторные электромагнитные приборы по классу 0,5, одинаково пригодные как для постоянного, так и для переменного токов.

Влияние внешних магнитных полей на показания электромагнитных приборов велико, так как собственное магнитное поле катушки измерительного механизма незначительно. Для уменьшения этого влияния щитовые приборы экранируют железным кожухом, а лабораторные и приборы, предназначенные для работы при повышенной частоте, изготовляют астатическими.

Измерительный механизм астатического прибора состоит из двух одинаковых катушек, обмотки которых соединены последовательно, но так, что магнитные поля их направлены в противоположные стороны. Если такой прибор подвергается воздействию постороннего однородного поля, то оно’ в зависимости от своего направления усиливает поле одной из катушек настолько же, насколько ослабляет поле другой. Поэтому результирующий вращающий момент, под влиянием которого спаренная подвижная часть перемещается, не зависит от постороннего магнитного поля.

Отечественная промышленность выпускает щитовые амперметры типа ВЧА электромагнитной системы, предназначенные для измерения силы тока в цепях звуковой частоты 1000, 2500 и 8000 гц класса 2,5. Эти амперметры изготовляются астатическими и удовлетворяют требованиям, предъявляемым к приборам этого класса при измерениях в цепях с номинальной частотой тока, указанной на приборе. Амперметры рассчитаны для работы с измерительными трансформаторами тока соответствующей частоты с номинальным вторичным током 5 а. При номинальном токе падение напряжения на приборе для частоты 1000 гц равно 0,55 в, для частоты 2500 гц— 1,3 в и для частоты 8000 гц — 4 в. Это падение напряжения обязано, главным образом, индуктивности катушки, так как активное сопротивление ее не превышает 0,04 ом.

С увеличением частоты увеличивается полная мощность, потребляемая прибором, а вращающий момент уменьшается. Вращающий момент становится большим при увеличении числа витков катушки, но это ведет к возрастанию ее индуктивности и потребляемой прибором полной мощности. Эти обстоятельства и ограничивают применение электромагнитных амперметров лишь областью звуковых частот.

Применение электромагнитных вольтметров для измерения напряжения звуковой частоты, так же как и в случае амперметров, не встречает принципиальных возражений. Дело лишь в том, что полная мощность, потребляемая прибором, оказывается в этом случае еще больше, чем у амперметра, из-за увеличения потерь в добавочном сопротивлении, которое необходимо для уменьшения температурной погрешности.

Погрешность от изменения частоты у электромагнитных вольтметров особенно высока, так как изменение частоты влечет за собой изменение полного сопротивления прибора, что, в свою очередь, приводит к изменению тока и вращающего момента.

В НИИ ТВЧ им. проф. В. П. Вологдина в период до появления специальных приборов измерения тока и напряжения звуковой частоты производились щитовыми приборами завода «Электропульт», проградуированнымй на нужной частоте с помощью при-rt dob ‘показания которых не зависят от частоты. Амперметры, как навило, не требовали никаких предварительных переделок, а вольтметры требовали перемотки катушки и замены пружинки на менее сильную.

Приборы электродинамической системы. Электродинамическая система измерительных приборов определяется как система, в которой вращающий’ момент создается благодаря взаимодействию магнитных полей неподвижных и подвижных катушек с током.

Измерительный механизм электродинамического прибора (рис. 9) обычно состоит из двух катушек, одна из которых неподвижна, а другая может вращаться на оси внутри неподвижной катушки. На этой же оси укреплены стрелка и концы пружинок, служащих для подведения тока к подвижной катушке и для создания противодействующего момента.

Токи катушек создают магнитные поля, взаимодействие которых проявляется в механических силах, действующих на катушки. Под влиянием этих сил подвижная катушка стремится расположиться так, чтобы направление создаваемого ею поля совпало с направлением поля, создаваемого неподвижной катушкой.

Сила взаимодействия катушек, а следовательно, и вращающий момент, действующий на подвижную часть, будут пропорциональны произведению сил токов обеих катушек. Кроме того, величина момента, действующего на подвижную часть, зависит от угла р между направлениями магнитных полей катушек. Если угол равен нулю, т. е. поля катушек совпадают, то и момент вращения равен нулю. Если угол равен 90°, то момент вращения будет иметь максимальную величину.

Обычно измерительный механизм собирают так, чтобы в начальном положении (при отсутствии тока в катушках) р=135°, а при полном отклонении |3 = 45°. Таким образом, угол |3 меняется в пределах от 135° до 45°, и синус его — от 0,707 до 0,707, проходя через единицу при р = 90°, когда плоскости катушек взаимно перпендикулярны.

У вольтметров и у амперметров на ток до 0,5 а катушки соединяются последовательно, поэтому угол поворота подвижной части электродинамических амперметров и вольтметров зависит от квадрата силы тока.

Отсюда следует, что амперметры и вольтметры должны иметь неравномерную шкалу. Приборы пригодны как для постоянного, и для переменного токов. В случае переменного тока прибор реагирует на его действующее значение.

Электродинамические амперметры й вольтметры получили распространение в виде лабораторных приборов высокого класса (в настоящее время отечественной промышленностью выпускаются приборы этой системы класса 0,2 и даже 0,1), сохраняющих свою точность при переходе с постоянного тока на переменный ток промышленной частоты.

Электродинамические приборы являются наиболее пригодными для измерений в цепях звуковой частоты, но для этого они должны быть проградуированы не на постоянном токе, а на той частоте, на которой будут работать.

В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются щитовые электродинамические ваттметры типа ЭТВ и фазометры типа ЭТФ , предназначенные для измерения в цепях с номинальной частотой 1000, 2500 и 8000 гц. Приборы выпускаются однопредельными на номинальное напряжение в 100 в и номинальный ток 5 а и рассчитаны на включение через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Если ток и напряжение не превышают указанных выше величин, то приборы могут включаться непосредственно. Шкалы приборов градуируются на измеряемые величины с учетом коэффициентов трансформации измерительных трансформаторов.

Принципиальная схема ваттметра ЭТВ представлена на рис. 10.

Измерительный механизм ваттметра имеет астатическое выполнение для того, чтобы уменьшить погрешность от влияния внешних магнитных полей. Он представляет собой две системы катушек, расположенных одна над другой.

Неподвижные катушки, соединенные между собой последовательно, включаются в цепь тока. Подвижные катушки также соединяются последовательно между собой и с добавочным сопротивлением. Эта цепь называется параллельной цепью или цепью напряжения ваттметра. Она включается паралельно нагрузке, аналогично включению вольтметра.

Часть добавочного сопротивления шунтируется конденсатором, емкость которого подбирается таким образом, чтобы ток в параллельной цепи ваттметра при частоте, равной номинальной, совпадал по фазе с приложенным напряжением.

Так как сила тока в параллельной цепи зависит от приложенного напряжения U и сопротивления параллельной цепи, которое для данной частоты остается постоянным, то показания ваттметра пропорциональны активной мощности нагрузки.

Это положение остается справедливым и в том случае, когда ваттметр включен через измерительные трансформаторы, так как последние должны иметь во вторичных цепях те же фазы тока и напряжения, что и нагрузка, мощность которой измеряется.

Рассмотрим теперь работу фазометра. По принципу действия фазометр ЭТФ представляет собой электродинамический логометр, включенный таким образом, что положение подвижной части определяется коэффициентом мощности нагрузки.

Принципиальная схема фазометра представлена на рис. 11.

Неподвижные катушки прибора соединены последовательно и включаются в цепь тока. Катушки расположены одна над другой в вертикальной плоскости.

Каждый электрик должен знать:  Биполярные фототранзисторы

Подвижные катушки жестко укреплены на оси так, что плоскости их сдвинуты на некоторый угол. Они могут вращаться внутри неподвижных катушек.

Одна из подвижных катушек включена в цепь напряжения последовательно с добавочным сопротивлением; вторая — последовательно с конденсатором С\. Конденсатор С2 служит для компенсации индуктивности катушки Ви Величина его емкости подобрана таким образом, что ток в катушке В\ совпадает по фазе с приложенным напряжением.

В результате взаимодействия этих токов с полем неподвижных катушек подвижная часть прибора занимает такое положение, при котором противоположно направленные вращающие моменты подвижных катушек равны друг другу. При изменении коэффициента мощности Изменяются фазы токов в катушках; один из моментов увеличивается, второй — уменьшается, и под действием разности этих моментов подвижная часть перемещается в такое положение (поскольку величина момента зависит от относительного положения катушек), в котором снова наступает равенство моментов Стрелка прибора указывает на шкале значение коэффициента мощности. По принципу действия прибор не должен иметь механического противодействующего момента, поэтому подвижные катушки присоединяются к схеме с помощью безмоментных токоподводов. В выключенном приборе подвижная часть находится в безразличном равновесии, и стрелка может указывать на любую отметку.

Приборы ферродинамической системы. Приборы ферродинами-ческой системы (рис. 12) отличаются от приборов электродинамической системы лишь тем, что большая часть пути магнитного потока неподвижной катушки А проходит по магнитопроводу из трансформаторной стали.

Применение трансформаторной стали увеличивает магнитную индукцию в приборе и, следовательно, с одной стороны, увеличивает вращающий момент, с другой, уменьшает влияние внешних магнитных полей на показания прибора.

Применение стали, вместе с тем, ведет к снижению точности прибора из-за гистерезиса и вихревых токов, а также к увеличению индуктивности приборов, что делает их малопригодными для измерений в цепях повышенной частоты.

Ферродинамическая система получила наибольшее распространение в самопишущих приборах промышленной частоты, где требуется увеличенный вращающий момент.

К достоинствам приборов ферродинамической системы следует отнести также меньшее потребление энергии по сравнению с электродинамическими приборами.

Приборы тепловой системы. В приборах тепловой системы (рис. 13) используется удлинение металлической нити вследствие нагревания ее измеряемым током. Измеряемый ток или его определенная часть проходит по основной нити, концы которой закреплены.

К середине основной нити одним концом прикреплена вспомогательная нить, второй конец которой” закреплен. От средней трчки вспомогательной нити отходит шелковая нить, обходящая вокруг ролика. Конец шелковой нити прикреплен к свободному концу плоской стальной пружины.

При удлинении основной нити она ослабнет, и усилие пружины, передаваемое через шелковую нить и через вспомогательную нить, повернет ролик и сидящую на одной оси с ним стрелку.

Угол поворота подвижной части зависит от удлинения нагреваемой нити, последнее же можно считать пропорциональным квадрату силы тока, протекающего по нити, поэтому тепловые приборы имеют квадратичную шкалу, сильно сжатую вначале.

Тепловой амперметр, проградуированный на постоянном токе, будет показывать действующее значение переменного тока независимо от формы его кривой. Приборы этой системы пригодны для измерений в цепях тока высокой частоты в широком диапазоне ее изменения. К достоинствам этих приборов следует также отнести независимость их показаний от посторонних магнитных полей.

К недостаткам тепловых приборов относится большое собственное потребление энергии, медленное установление стрелки вследствие тепловой инерции нити и, главное, большая чувствительность к перегрузкам. Расширение пределов измерения производится у вольтметров с помощью добавочных сопротивлений. В этом случае прибор будет иметь сильную зависимость показаний от частоты, так как изготовление безиндукционных и безъемкостных сопротивлений представляет большие трудности. Расширение пределов измерения амперметров при помощи шунтов с целью использования их для измерения больших токов высокой частоты встречает препятствие в виде невозможности сохранить соотношение сопротивлений нити и шунта вследстие явления поверхностного эффекта. В амперметрах, изготовлявшихся фирмой Гартман и Браун, применяется особая система шунтирования, состоящая в том, что измеряемый ток подводится и разветвляется по системе совершенно одинаковых тонких металлических ленточек, соединенных параллельно и размещенных наподобие беличьего колеса (барабанный шунт). Одна из этих ленточек играет роль нити, остальные служат лишь для увеличения общего тока, который можно пропустить через прибор. Так как ленточки делаются весьма тонкими, поверхностный эффект сказывается мало, и такие приборы пригодны для измерения токов высокой частоты до 2,5 мггц.

Расширение пределов измерения тепловых приборов можно осуществить применением измерительных трансформаторов, но в этом случае прибор будет пригоден лишь для узкого диапазона частот, так как измерительные трансформаторы изготовляются для -работы на фиксированной частоте.

В настоящее время тепловые приборы в СССР не производятся и заменены более совершенными термоэлектрическими приборами.

Приборы термоэлектрической системы. Приборы термоэлектрической системы представляют собой соединение измерительного механизма магнитоэлектрической системы с одним или несколькими термопреобразователями.

Термопреобразователем называется устройство, состоящее из одной или нескольких термопар и нагревателя — проводника, по которому проходит измеряемый ток.

Термопреобразователи по выполнению бывают либо вакуумные (рис. 14), Яибо воздушные (рис. 15). Как те, так и другие могут разделяться на контактные, у которых нагреватель имеет металлическое соединение с термопарой, и бесконтактные, у которых обеспечен лишь тепловой контакт нагревателя с термопарой посредством материала, не проводящего электрический ток (слюда, стекло).

Контактные термопреобразователи проще по своему устройству и более чувствительны, но электрический контакт термопары с нагревателем является нежелательным.

В качестве материала для нагревателя обычно используется проволока из константана или платиноиридия.

Термопреобразователь помещается внутри корпуса прибора или же устанавливается отдельно и соединяется с измерителем с помощью калиброванных проводников.

Электродвижущая сила термопары приблизительно пропорциональна температуре нагревателя, которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату силы тока, протекающего по нагревателю. Так как угол отклонения подвижной части магнитоэлектрического прибора пропорционален силе тока, то термоэлектрические амперметры имеют квадратичную шкалу; будучи проградуированы на постоянном токе, они пригодны и для переменного тока, причем будут измерять его действующее значение.

Термоэлектрические приборы пригодны для широкого диапазона частот от постоянного тока до радиочастоты порядка десятков мегагерц.

К недостаткам термоэлектрических приборов следует отнести большую чувствительность к перегрузкам (перегорают при перегрузке на 50%), необходимость переградуировки при смене термопреобразователя, малый срок службы термопреобразователей (несколько сот часов при работе без перегрузок).

На рис. 16, а изображена простейшая схема термоэлектрического прибора. Измеряемый ток I, проходя по нагревателю, нагревает рабочий спай термопары, составленный’ из разнородных проволок — термоэлектродов. К свободным концам термопары присоединен прибор, измеряющий термоэлектродвижущую силу (т. э. д. е.), развивающуюся в месте рабочёго спая. Прибор может быть проградуирован в единицах измеряемого тока. Эта схема имеет недостаток — показания прибора будут зависеть не только от силы измеряемого тока, но и от его направления, так как вследствие того, что точка соединения термопары с нагревателем не есть геометрическая точка и имеет конечные размеры, часть тока I будет ответвляться в цепь измерителя и либо складываться с термотоком, либо вычитаться из него. По этой причине градуировка рассмотренной схемы должна производиться на переменном токе.

Другая схема (рис. 16,6), которую называют термокрест, представляет собой два разнородных проводника, соединенных в одной точке. Место соединения образует рабочий спай термопары. Здесь нагреватель оказывается составленным из двух разнородных проводников, поэтому при прохождении измеряемого тока I из одного металла в другой будет происходить дополнительное нагревание или охлаждение места спая в зависимости от направления тока (эффект Пельтье). Кроме того, здесь, как и в предыдущем случае, будет происходить ответвление тока / в цепь измерителя, и, следовательно, прибор должен градуироваться на переменном токе.

На рис. 16, в приведена схема, в которой используется несколько термопар, соединенных последовательно. Это приводит к увеличению термоэлектродвижущей силы, что позволяет использовать менее чувствительный, а следовательно, более надежный в эксплуатации измеритель. К недостаткам такой схемы следует отнести то, что соединение нескольких термопар в термобатарею возможно лишь при изолированном нагревателе (иначе все термопары оказались бы замкнутыми накоротко нагревателем), а это уменьшает чувствительность термопреобразователя и увеличивает его тепловую инерцию.

Чаще всего применяется мостовая схема термопреобразователя (рис. 16, г), позволяющая выполнить термобатарею, состоящую из двух термопар, соединенных последовательно, с непосредственным нагревом током места спая. Если сборка термопреобразователя произведена правильно, то измеряемый ток не ответвляется в измерительный механизм и из одного металла в другой не переходит, вследствие чего такие термоэлектрические приборы можно градуировать на постоянном токе. По этой схеме выполняются термопреобразователи типа Т-1, которые изготовляются на шесть пределов измерения от 0,5 до 10 а и входят в комплекты термоэлектрических прибороз Т-51 и Т-53, предназначенных для измерений в цепях переменного тока высокой частоты от 0,3 до 7,5 мггц. Основная погрешность показаний приборов в этом диапазоне не превышает +5%.

Отечественные лабораторные термоэлектрические приборы типов Т-12 и Т-13 с отдельными термопреобразователями типов Т-101, Т-102 и Т-103 позволяют измерять токи в широком диапазоне частот в пределах от 1 ла до 20 а с погрешностью, не превышающей +1,5%.

Для увеличения чувствительности и получения достаточно высокой температуры горячего спая термопары приборы на пределы измерения до 500 ма включительно изготовляются с вакуумными термопреобразователями типа Т-102 (рис. 14). Термоприборы на 1 и 3 а изготовляются с воздушными термопреобразователями типа Т-103 (рис. 15), а на 5, 10 и 20 а —с воздушными термопреобразователями типа Т-101.

Для уменьшения погрешности приборов от емкостных токов утечки при измерениях на высоких частотах все термопреобразователи сделаны бесконтактными.

Для уменьшения погрешности прибора от поверхностного эффекта, проявляющегося в термопреобразователях на большие токи, нагреватели на предел измерения 3, 5, 10 и 20 а сделаны из тонкостенной золотопалладиевой трубки. Для уменьшения погрешности от нагревания наконечников при длительном включении применяется компенсационная термопара, горячий спай которой с помощью эмали приклеивается к одному из наконечников. Рабочая термопара соединена с компенсационной таким образом, чтобы т. э. д. с. термопар были направлены встречно.

Приборы детекторной системы. Приборы детекторной системы представляют собой соединение магнитоэлектрического из1мери-тельного механизма с твердыми выпрямителями — детекторами.

В качестве выпрямителей применяются чаще всего меднозакис-ные детекторы, отличающиеся от выпрямителей, применяемых для энергетических целей, малыми размерами и пригодные для выпрямления токов, не превышающих нескольких миллиампер.

Меднозакисный выпрямитель представляет собой пластинку из химически чистой меди, на одной стороне которой посредством специальной термической обработки получается слой закиси меди. Между медью и закисью меди образуется очень тонкий слой, получивший название запирающего слоя, обусловливающий особенность выпрямителя оказывать небольшое сопротивление току, протекающему от закиси меди к меди. Сопротивление току обратного направлений, т. е. от меди к закиси меди, оказывается в сотни и даже тысячи раз большим.

Отношение прямого тока к обратному при одном и том же напряжении на выпрямителе называется коэффициентом выпрямления. Очевидно, это отношение равно отношению обратного сопротивления к прямому.

Прямое и обратное сопротивления выпрямителя не остаются строго постоянными, а изменяются в некоторых пределах в зависимости от приложенного напряжения, температуры и частоты. В детекторах, применяемых в измерительных приборах, стараются получить эти зависимости возможно малыми. Выпускаемые нашей промышленностью щитовые вольтметры типа Ц211 предназначены Для измерения напряжения звуковой частоты от 50 гц до 8000 гц с погрешностью, не превышающей +2,5%.

Принципиальная схема внутренних соединений вольтметра Ц211 показана на рис. 17, а. Выпрямитель состоит из четырех элементов, собранных по мостовой схеме. Нужный предел измерения подбирается величиной добавочного сопротивления Rg. Добавочное сопротивление включается в цепь переменного тока.

Приборы Ц211 выпускаются с верхними пределами измерения 30, 50, 150 и 250 в — для непосредственного включения и на 500, 1000, 2000 в — для включения с измерительными трансформаторами напряжения.

В отношении надежности в эксплуатации детекторные приборы уступают приборам других систем и нуждаются в более частой поверке (не реже 1 раза в 6 месяцев), так как с течением времени выпрямители могут менять свои свойства.

Кроме двухполуцериодных схем выпрямления, применяются и однополупериодные (рис. 17,6). В этой схеме выпрямитель Ву соединяется последовательно с измерительным механизмом и пропускает одну полуволну переменного тока. Обратная полуволна пропускается выпрямителем В2 и через измеритель не проходит. Выпрямитель В2 необходим для защиты выпрямителя В\ от пробоя при обратной полуволне. Сопротивление R в этой схеме выбирается равным сопротивлению измерителя.

В случае однополупериодной схемы выпрямления ток, текущий через измеритель, будет в два раза меньше, и, следовательно, чувствительность прибора будет ниже. В некоторых случаях эта схема оказывается более выгодной, так как в схемах с двухполупериод-ным выпрямителем на каждый выпрямитель приходится только половина измеряемого напряжения, и если последнее мало, то вследствие нелинейности характеристики выпрямителей они будут работать с низким коэффициентом выпрямления. В зависимости от приложенного к схеме напряжения иногда несколько выпрямителей соединяются последовательно.

Через катушку измерителя в детекторном приборе проходит пульсирующий ток, в соответствии с этим и вращающий момент пульсирует. Однако благодаря инерционности подвижная часть не может менять своего положения с большой скоростью и отклонится на угол, равный среднему значению тока.

В цепях переменного тока обычно бывает необходимо измерять действующие значения тока или напряжения, поэтому детекторные приборы градуируются на действующие значения синусоидального тока или напряжения и дают правильные показания только при синусоидальной форме кривой.

Детекторные приборы применяются чаще всего для измерения напряжения звуковой частоты. Существуют также детекторные амперметры. Схемы их боле сложны из-за необходимости компенсации температурной зависимости, а также зависимости показаний приборов от частоты, обязанной емкости выпрямителей.

Особенно мала емкость германиевых детекторов. Использование этих детекторов позволит, очевидно, изготовлять детекторные приборы, пригодные для измерений на радиочастоте.

Кроме детекторных вольтметров и амперметров, существуют частотомеры, позволяющие осуществлять измерение частоты с высокой точностью. Возможно также осуществление детекторных ваттметров.

Приборы электростатической системы. Приборы электростатической системы основаны на взаимодействии проводников, заряженных до некоторый разности потенциалов.

В отличие от рассмотренных выше систем измерительных приборов в измерительном механизме электростатической системы изменение положения подвижной части происходит под действием сил электрического поля.

Идея устройства измерительного механизма электростатического вольтметра представлена на рис. 18. Весь измерительный механизм представляет собой подобие конденсатора переменной емкости. Один зажим соединяется с подвижными пластинами, расположенными на оси подвижной части, а другой — с неподвижными. При подключении прибора к измеряемому напряжению подвижные и неподвижные пластины оказываются заряженными разноименно и притягиваются друг к другу. Подвижная часть стремится занять такое положение, при котором емкость системы будет наибольшей. Момент вращения, действующий на подвижную часть, пропорционален скорости изменения емкости с углом поворота и квадрату напряжения, приложенного к пластинам. Противодействующий момент обычно создается спиральной пружиной.

Приборы пригодны как для постоянного, так и для переменного напряжения и измеряют действующее значение переменного напряжения.

Показания электростатических вольтметров не зависят ни от частоты, ни от формы кривой напряжения, ни от внешних магнитных полей, ни от температуры.

Положительным свойством электростатических вольтметров является их малое потребление тока. На постоянном напряжении электростатический вольтметр вовсе не потребляет энергии. При переменном напряжении величина тока потребления зависит от емкости измерительного механизма и частоты.

На рис. 19 представлен измерительный механизм электростатического вольтметра типа С95, выпускаемого по классу точности 1,5. Прибор предназначен для измерения постоянного напряжения и переменного напряжения в диапазоне частот 20 гц до 10— 30 мггц (в зависимости от пределов измерения). Приборы этого

типа являются однопредельными и имеют один из следующих пределов измерения: 30, 75, 150, 300 и 600 в; 1; 1,5 и 3 кв.

Максимальная входная емкость прибора не превышает 10 мкмкф, что достигается малыми размерами электродов (подвижной и неподвижных пластин). Малая емкость прибора обусловливает малый вращающий момент подвижной части, поэтому последняя устанавливается на растяжках. Для увеличения чувствительности приборы снабжены световым отсчетом с многократным отражением светового луча.

Шкала прибора достаточно равномерна благодаря специальной форме подвижного электрода, позволяющей получить изменение емкости в зависимости от угла поворота подвижной части по логарифмическому закону.

Кроме приборов С95, выпускаются трехпредельные киловольтметры типа С96 на 7,5; 15 и 30 кв и трехпредельные киловольтметры €100 на 25, 50 и 75 кв.

Щитовые электростатические вольтметры в настоящее время отечественной промышленностью не выпускаются.

Расширение пределов измерения электростатических вольтметров на переменном напряжении может быть осуществлено с помощью емкостных делителей напряжения.

Приборы электронной системы. Приборы электронной системы, или ламповые приборы, представляют собой соединение измерительной схемы, включающей одну или несколько электронных ламп, с измерительным механизмом магнитоэлектрической системы.

Существуют ламповые вольтметры, амперметры, омметры, ваттметры, частотомеры и многочисленные специальные приборы.

Наиболее широкое распространение получили ламповые вольтметры. Схемы ламповых вольтметров достаточно разнообразны. Рассмотрим здесь схему лампового вольтметра ВКС -7Б, поскольку он находит применение как в лабораторной, так и цеховой практике измерений напряжения высокой частоты.

Вольтметр состоит (рис. 20) из диодмо-конденсаторного выпрямителя и усилителя постоянного тока. Приложенное к зажимам прибора переменное напряжение выпрямляется диодом и подается на сетку триода, в цепь катода которого включен магнитоэлектрический измеритель. Изменение измеряемого переменного напряжения вызывает изменение анодного тока, отмечаемое чувствительным магнитоэлектрическим измерителем, проградуированным на действующее значение синусоидального напряжения.

Переменные сопротивления в схеме служат для изменения чувствительности и установки стрелки прибора на нуль при отсутствии напряжения.

Катодный вольтметр ВКС -7Б относится к ламповым вольтметрам амплитудного типа, шкала же градуируется на действующее значение переменного синусоидального напряжения. Следует иметь в виду, что при форме кривой напряжения, отличающейся от синусоидальной, показания прибора будут неверными.

Вольтметр имеет пять пределов измерения: 1,5; 5; 15; 50 и 150 в. Основная погрешность прибора +3% от номинального значения шкалы на всех пяти шкалах при синусоидальном напряжении, коэффициент искажения которого не превышает 1 . Дополнительная погрешность от изменения частоты должна быть не более + 1 на частотах от 30 гц до 25 мггц; +3% на частотах от 50 мггц и +10% на частотах до 100 мггц.

Для расширения пределов измерения вольтметра ВКС -7Б до 10 кв используется делитель напряжения типа ДНЕ -2.

Другим примером электронно-ламповых приборов может служить измеритель частоты ИЧ-5, предназначенный для измерения частоты электрических колебаний звукового и ультразвукового диапазонов с непосредственным отсчетом частоты по шкале измерителя. Измерение частоты прибором ИЧ-5 производится по принципу измерения среднего значения выпрямленного тока в цепи конден-

Сатора, перезаряжаемого с измеряемой частотой в определенных границах разности потенциалов. В качестве измерителя использован стрелочный магнитоэлектрический гальванометр. Угол отклонения стрелки гальванометра прямо пропорционален количеству разрядов и зарядов в секунду, т. е. частоте.

Диапазон измеряемых частот прибора ИЧ-5 от 10 до 100 000 гц при десяти поддиапазонах с верхними пределами измерений 100, 200, 500, 1000, 5000, 10 000, 20 000, 50 000 и 100 000 гц. Погрешность показаний в каждом поддиапазоне не превышает +2% от номинального значения шкалы. Входное напряжение, подаваемое на прибор, может иметь значение в пределах от 0,5 до 200 в.

Включение электроизмерительных приборов через измерительные трансформаторы

Современные трансформаторы делятся по назначению на силовые, специальные, измерительные и радиотехнические. К силовым относятся трансформаторы, которые передают потребителю электрическую энергию. Это мощные понижающие трансформаторы на подстанциях, а также более привычные нам бытовые, служащие для питания наших бытовых устройств. Такие трансформаторы используются в телевизорах, магнитофонах, плеерах и другой технике, а также находились в более ранних моделях зарядных устройств мобильных телефонов. К специальным можно отнести сварочные трансформаторы. Измерительные трансформаторы — это трансформаторы тока и напряжения, служащие для подключения электроизмерительных приборов. О них мы поговорим в конце. К радиотехническим относят очень маломощные трансформаторы и трансформаторы, работающие на повышенной частоте.
Обычный понижающий трансформатор был изобретен в 1878г. русским ученым Павлом Николаевичем Яблочковым. Самый простой трансформатор переменного тока состоит из двух не соединяющихся никак друг с другом катушек(рис.1), намотанных на стальной сердечник или, что то же самое, магнитопровод(рис.2). По своему устройству магнитопровод подразделяется на П-образный(рис.2 справа) и Ш-образный(рис.2 слева). Различают еще броневой, или ленточный, тип магнитопровода (рис.1).
Катушки могут быть намотаны как по отдельности(рис.1), так и одна поверх другой(рис.3). Катушка, концы которой подключаются к источнику напряжения, называется первичной катушкой(или обмоткой). Другая, с которой снимается нужное нам пониженное напряжение, называется вторичной катушкой(или обмоткой). На рис.4 схематично показан один из вариантов расположения катушек трансформатора на магнитопроводе. Если подключить источник переменного тока к первичной обмотке, то возникнет магнитное поле, сила и напрвление которого будут меняться с частотой питающего напряжения. Силовые линии этого поля проходят обычно внутри магнитопровода. Также обмотку трансформатора с большим числом витков называют обмоткой высшего напряжения(ВН), а с меньшим — обмоткой низшего напряжения(НН). Обозначение трансформатора на электрических схемах приведено на рис.5. При необходимости в обозначении трансформатора концы обмотки ВН маркируют большими буквами, а НН — малыми.
При необходимости в обозначении трансформатора концы обмотки ВН маркируют большими буквами, а НН — малыми.
Причиной возникновения вторичного напряжения (напряжения во вторичной катушке) является магнитное переменное поле первичной катушки. Это поле едино для всего магнитопровода, а значит и для обоих катушек. Поэтому между ними и образуется связь по напряжению. Поскольку скорость изменения магнитного потока для обеих катушек одинакова и обе катушки поэтому пересекаются одинаковым числом силовых линий, то степень преобразования напряжения зависит только от числа витков. Вышеизложенную мысль поясняет тот факт, что напряжения в катушках трансформатора относятся друг к другу как числа витков, т.е.

Еще один вопрос, который часто возникает о трансформаторах — это питание нагрузки от нескольких трансформаторов, включенных параллельно. Такая идея возникает, когда мощности одного имеющегося трансформатора недостаточно для питания нагрузки. Для этого необходимо знать условия параллельной работы. Для включения на параллельную работу трансформаторы должны иметь:

1)одинаковые коэффициенты трансформации(либо с разницей не более 0,5%), иначе между их вторичными обмотками будет циркулировать уравнительный ток, который даже при небольшой разнице в коэффициентах трансформации может привести к опасному перегреву;

2)одинаковые напряжения короткого напряжения u k , %, иначе они не смогут делить нагрузку пропорционально своим мощностям. Т.е. одни трансформаторы будут недогружены, а другие перегружены. Обычно эта величина указана в паспорте трансформатора. Однако, если величина напряжения короткого замыкания все же не известна, надо ориентироваться по мощностям применяемых трансформаторов. Они не должны отличаться между собою более чем на 10%;

Каждый электрик должен знать:  Смогут ли современные системы IoT перевернуть нашу жизнь

3)для 3-х фазных трансформаторов необходимо еще условие соблюдения одинаковой группы соединений. Однако, такая необходимость очень редка, поэтому мы ее пропустим. Но на всякий случай знать это необходимо.

Необходимо помнить, что при параллельном включении трансформаторов требуется правильно соединить между собою концы вторичных обмоток . Они должны быть соединены синфазно. Если концы вторичной обмотки соединить не согласовано, система питания работать не будет.
Для правильного выбора вторичных выводов двух трансформаторов необходимо в разрыв вторичной обмотки любого из двух включить вольтметр. Если выводы подключены правильно, то стрелка вольтметра не отклонится. При неправильном согласовании вторичных обмоток вольтметр покажет суммарное значение вторичного напряжения трансформаторов. На рис.6 показана суть измерения.
На рис.7 показана условная схема замещения в какой-либо момент измерения при правильном (рис.7а) и неправильном (рис.7б) включении вторичных обмоток наших трансформаторов — для лучшего понимания работы вольтметра.

Найдя правильный вариант включения вторичных обмоток, необходимо пометить найденные одноименные концы вторичных обмоток, а также пометить какие из концов первичных обмоток были соединены между собою в момент правильного измерения. Иначе, если вы ошибетесь в дальнейшем при подключении одного их трансформаторров, то и концы его вторичной обмотки придется развернуть местами. Параллельно работающих трансформаторов может быть и два и три. Только тогда придется проделывать такие измерения с каждым из них.
А теперь рассмотрим другие группы трансформаторов.

Наглядную и принципиальную схемы включения трансформатора напряжения (обычно пишется сокращенно ТН) можно увидеть на рис.8. Такой трансформатор подобен силовому трансформатору небольшой мощности. Его первичная обмотка — обмотка ВН с большим числом витков w1, подключается к тому напряжению (на рис.8 это U1), которое надо измерить. Вторичная обмотка со значительно меньшим числом витков w2, т.е. обмотка НН, имеет на своем выходе некое напряжение U2. К ней и подключаются измерительные приборы. На рис.8а это вольтметр и частотомер. На рис.8б показана электрическая схема замещения с условным изображением трансформатора напряжения. Обычно обе обмотки трансформатора концентрические и обмотка ВН находится поверх НН. Но на нашем рисунке они для наглядности разделены. Это значения не имеет.
Один вывод вторичной обмотки и корпус трансформатора заземляются. Это делается на случай повреждения изоляции, а также для того, чтобы замкнуть на землю цепь тока, показанную штриховой линией, через условную емкость между первичной и вторичной катушками трансформатора. Наличие этого тока в цепи в случае отсутствия этого заземления снижало бы точность измерения.

Трансформатор тока (далее просто ТТ) предназначены для преобразования измеряемых переменных токов в относительно малые токи, не превышающие обычно 5А. ТТ своей первичной обмоткой включается как амперметр, т.е. в разрыв фазной рабочей жилы кабеля. Это можно еще раз посмотреть здесь . А в разделе «Электросчетчики» наглядно показано включение ТТ. Правда, ТТ актуальны, в основном, для 3-х фазных сетей. Вторичная обмотка его замыкается через цепи измерительных приборов. При отключении измерительных приборов вторичную обмотку ТТ необходимо замкнуть ключом К (рис.9б). Суммарное сопротивление включенного во вторичную обмотку ТТ амперметра (хотя его может и не быть, как на рис.9) и цепей тока измерительных приборов (например, электросчетчика) мало )обычно менее 2 Ом), поэтому ТТ работает в условиях, близких к режиму короткого замыкания. Напряжение вторичной обмотки ТТ зависит, в основном, от сопротивления цепей измерительных и соединительных проводов. Это порядка 1 — 12В. Для правильного подключения выводов ТТ к электросчетчику его входные и выходные выводы маркируются как Л1, Л2 и И1, И2 соответственно. Также и в паспорте на электросчетчик имеется схема для подключения ТТ, где указана нумерация выводов ТТ. Это необходимо, чтобы токи в первичной и вторичной обмотках совпали по фазе. Если имеющийся амперметр предназначен для работы с каким-то конкретным ТТ, то на шкале этого амперметра должны быть значения тока первичной обмотки. Вторичный номинальный ток у всех ТТ имеет одно и то же стандартное значение 5А. В специальных случаях — 1А.

Требования к местам установки, схемам включения и метрологическим характеристикам приборов учета электрической энергии

Требования к местам установки, схемам включения и метрологическим характеристикам приборов учета электрической энергии.

III. Требования к местам установки приборов учѐта

Приборы учета подлежат установке на границах балансовой принадлежности объектов электроэнергетики (энергопринимающих устройств) смежных субъектов розничного рынка — потребителей, производителей электрической энергии (мощности) на розничных рынках, сетевых организаций, имеющих общую границу балансовой принадлежности (далее — смежные субъекты розничного рынка), а также в иных местах, с соблюдением установленных законодательством Российской Федерации требований к местам установки приборов учета. При отсутствии технической возможности установки прибора учета на границе балансовой принадлежности объектов электроэнергетики (энергопринимающих устройств) смежных субъектов розничного рынка прибор учета подлежит установке в месте, максимально приближенном к границе балансовой принадлежности, в котором имеется техническая возможность его установки. При этом по соглашению между смежными субъектами розничного рынка прибор учета, подлежащий использованию для определения объемов потребления (производства, передачи) электрической энергии одного субъекта, может быть установлен в границах объектов электроэнергетики (энергопринимающих устройств) другого смежного субъекта. Установка и эксплуатация приборов учета электрической энергии должна осуществляться в соответствии с требованиями правил устройства электроустановок и инструкций заводов-изготовителей.

При установке электросчетчиков и электропроводки к ним руководствоваться ПУЭ п.п.1.5.27-1.5.38. Электросчетчики должны устанавливаться в шкафах, камерах, комплектных распределительных устройствах, на панелях, щитах, в нишах, на стенах, имеющих жесткую конструкцию. При установке приборов учета вне помещений (на опоре ВЛ, фасаде здания и т.д.) счѐтчик электрической энергии подлежит установке в отдельном запирающемся шкафу наружной установки со степенью защиты от проникновения воды и посторонних предметов соответствующий IP 54 по ГОСТ 14254-96. Высота от пола до коробки зажимов электросчетчиков должна быть в пределах 0,8 — 1,7 м. Допускается высота менее 0,8 м, но не менее 0,4 м. Конструкция крепления электросчетчика должна обеспечивать возможность удобной установки, проверки и съема при замене с лицевой стороны шкафа, панели и т.д. Измерительный комплекс должен быть защищен от несанкционированного доступа для исключения возможности искажения результатов измерений. Пломбировке подлежат (п. 2.11.18 «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей», утвержденных Приказом Минэнерго РФ от 13 января 2003 г. № 6:
— клеммники трансформаторов тока;

— крышки переходных коробок, где имеются цепи к электросчетчикам;

— токовые цепи расчетных счетчиков в случаях, когда к трансформаторам тока совместно со счетчиками присоединены электроизмерительные приборы и устройства защиты;

— испытательные коробки с зажимами для шунтирования вторичных обмоток трансформаторов тока и места соединения цепей напряжения при отключении расчетных счетчиков для их замены или поверки;

— решетки и дверцы камер, где установлены трансформаторы тока;

— решетки или дверцы камер, где установлены предохранители на стороне высокого и низкого напряжения трансформаторов напряжения, к которым присоединены расчетные счетчики;

— приспособления на рукоятках приводов разъединителей трансформаторов напряжения, к которым присоединены расчетные счетчики.

IV. Требования к схемам включения

Схемы включения электросчѐтчиков должны соответствовать схемам, привѐденным производителем в паспортах на электросчетчики. Для безопасной установки и замены электросчетчиков непосредственного включения в сетях напряжением до 380 В должна предусматриваться возможность отключения электросчетчика установленными до него на расстоянии не более 10 м коммутационным аппаратом или предохранителями. Снятие напряжения должно предусматриваться со всех фаз, присоединяемых к электросчетчику. При расчетной нагрузке до 80 А необходимо использовать электросчетчики непосредственного включения. Внутридомовую сеть к электросчетчику непосредственного включения необходимо подключать к выходным (нагрузочным) клеммам счѐтчика в соответствии со схемой, указанной в паспорте применяемого счѐтчика. Для учета электропотребления электроприемников 1 категории надежности электроснабжения (АВР, ЦТП, ИТП, охранно-пожарная сигнализация, станции пожаротушения и т.д.) должны использоваться электросчетчики трансформаторного включения. Трансформаторы тока, используемые в составе измерительного комплекса для включения трехфазных электросчетчиков в сетях напряжением до 380 В, должны устанавливаться после коммутационных аппаратов (автоматических выключателей) по направлению потока мощности. При подключении трехфазных счетчиков через измерительные трансформаторы необходимо:

— руководствоваться требованиями ПУЭ п.п.1.5.16 – 1.5.26;

— выполнить расчет и произвести выбор трансформаторов тока с учетом фактической нагрузки;

— измерительные цепи тока и напряжения вывести на специальные испытательные блоки, (испытательные коробки).

Пример схемы подключения однофазного электросчетчика непосредственного включения

Пример схемы подключения трехфазного электросчетчика непосредственного включения

Пример схемы подключения трехфазного электросчетчика через измерительные трансформаторы тока

V. Требования к метрологическим характеристикам приборов учета

В сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений к применению допускаются средства измерений утвержденного типа и прошедшие поверку в соответствии с положениями Федерального закона №102 от 26.06.2008г. «Об обеспечении единства измерений».

Конструкция средств измерений должна обеспечивать ограничение доступа к определенным частям средств измерений (включая программное обеспечение) в целях предотвращения несанкционированных действий, которые могут привести к искажениям результатов измерений.

Средства измерений, предназначенные для учета потребляемой электрической энергии:

— должны быть внесены в Государственный реестр средств измерений и иметь действующий сертификат об утверждении типа средства измерений;

— иметь на момент ввода в эксплуатацию действующие оттиски поверительных клейм или свидетельства о поверке (п. 1.7 ПР 50.2.006-94);

— до ввода в эксплуатацию, а также после ремонта подлежат первичной поверке, а в процессе эксплуатации — периодической поверке;

Основные метрологические требования к средствам измерения:

— приборам учета (электросчетчикам) и измерительным трансформаторам – класс точности (относительная погрешность измерений);

— интегральным приборам учета – класс точности и точность хода встроенных часов (тарификатора).

В соответствии с разделом Х ПП РФ №442:

1. Для учета электрической энергии, потребляемой гражданами, а также на границе раздела объектов электросетевого хозяйства и внутридомовых инженерных систем многоквартирного дома подлежат использованию приборы учета класса точности 2,0 и выше.

2. В многоквартирных домах, присоединение которых к объектам электросетевого хозяйства осуществляется после вступления в силу настоящего документа, на границе раздела объектов электросетевого хозяйства и внутридомовых инженерных систем подлежат установке коллективные (общедомовые) приборы учета класса точности 1,0 и выше.

3. Для учета электрической энергии, потребляемой потребителями, с максимальной мощностью менее 670 кВт, подлежат использованию приборы учета класса точности 1,0 и выше — для точек присоединения к объектам электросетевого хозяйства напряжением 35 кВ и ниже и класса точности 0,5S и выше — для точек присоединения к объектам электросетевого хозяйства напряжением 110 кВ и выше.

4. Для учета электрической энергии, потребляемой потребителями с максимальной мощностью не менее 670 кВт, подлежат использованию приборы учета, позволяющие измерять почасовые объемы потребления электрической энергии, класса точности 0,5S и выше, обеспечивающие хранение данных о почасовых объемах потребления электрической энергии за последние 90 дней и более или включенные в систему учета.

5. Класс точности измерительных трансформаторов, используемых в измерительных комплексах для установки (подключения) приборов учета, должен быть не ниже 0,5. Допускается использование измерительных трансформаторов напряжения класса точности 1,0 для установки (подключения) приборов учета класса точности 2,0.

6. Используемые на дату вступления в силу Постановления Правительства РФ от 04.05.2012 г. №442 приборы учета (измерительные трансформаторы) класса точности ниже, чем указано в пунктах 2, 3, 4, 5 настоящего документа, и (или) обеспечивающие хранение данных о почасовых объемах потребления электрической энергии меньшее количество дней, чем указано в пункте 4 настоящего документа, могут быть использованы вплоть до истечения, установленного для них межповерочного интервала либо до момента выхода таких приборов учета из строя или их утраты, если это произошло до истечения межповерочного интервала. По истечении межповерочного интервала либо после выхода приборов учета из строя или их утраты, если это произошло до истечения межповерочного интервала, такие приборы учета подлежат замене на приборы учета с характеристиками не хуже, чем указано в пунктах 2, 3, 4, 5 настоящего документа.

Приборы учета класса точности ниже, чем указано в пункте 1 настоящего документа, используемые гражданами на дату вступления в силу Постановления Правительства РФ от 04.05.2012 г. №442, могут быть использованы ими вплоть до истечения установленного срока их эксплуатации. По истечении установленного срока эксплуатации приборов учета такие приборы учета подлежат замене на приборы учета класса точности не ниже, чем указано в пункте 1 настоящего документа.

Классы точности и характеристики средств измерений, применяемых для объектов и за счет средств сетевой компании, приведены в таблице № 1.

С 2012 года наша компания приступила к разработке проектной документации марки ЭОМ (электрооборудование и электроосвещение) 2-х этажного Салона Красоты на проспекте Маршала Жукова д.78.

Компанией ООО «Бюро «ЭлектроСтройПроект» была оформлена техническая документация –это разрешение на присоединение мощности в ОАО «МОЭСК», оформлен Акт разграничения балансовой принадлежности и ответственности сторон, а также был разработан электропроект слаботочных сетей Клиники вспомогательных репродуктивных технологий «Дети из пробирки».

Компанией ООО «Бюро «ЭлектроСтройПроект» был разработан проект наружных сетей по прокладке кабельной линии для механизации строительства двухпутного железнодорожного путепровода через МКАД, Заказчик ООО ФСК «Мостоотряд-47».

© Copyright «БЮРО СтройЭлектроПроект» 2020
статьи

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

Описание: Измерительные трансформаторы тока. Введение Трансформатор тока представляет собой аппарат первичная обмотка которого включена в цепь последовательно. В трансформаторах тока высокого напряжения первичная обмотка изолирована от вторичной и от земли на полное рабочее напряжение.

Дата добавления: 2015-09-06

Размер файла: 74.9 KB

Работу скачали: 325 чел.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

PAGE \* MERGEFORMAT 1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

Измерительные трансформаторы напряжения и тока

Выполнил: студент
очного факультета
специальности «Электроснабжение»
НИКОЛАЕВА Полина Андреевна

Проверил: КРЕЖЕВСКИЙ Юрий Степанович

2. Измерительные трансформаторы напряжения. Общие сведения и схемы соединения……………………………………………………………………..……..4

3. Измерительные трансформаторы тока…………………………………….6

3.1. Назначение измерительных преобразователей……………………..….6

Трансформатор тока представляет собой аппарат, первичная обмотка которого включена в цепь последовательно. А вторичная обмотка, будучи замкнута на некоторую цепь(“вторичную цепь”) отдаёт в неё ток, пропорциональный первичному току.

В трансформаторах тока высокого напряжения первичная обмотка изолирована от вторичной (и от земли) на полное рабочее напряжение.

Вторичная обмотка в эксплуатации имеет потенциал, близкий к потенциалу земли, так как один конец этой обмотки обычно заземляется.

Таким образом, трансформатор тока позволяет измерять и учитывать ток высокого напряжения приборами низкого напряжения, доступными для непосредственного наблюдения обслуживающим персоналом. При этом во вторичную цепь трансформатора тока включаются амперметры, токовые обмотки ваттметров, счётчиков и т.д.

Часто один и тот же трансформатор тока может быть использован как для целей измерения, так и для целей защиты.

Измерительные трансформаторы напряжения (ТН) являются важными элементами любой высоковольтной сети. Основное назначение трансформаторов напряжения – это понижение высокого напряжения, необходимого для питания измерительных цепей, цепей релейной защиты, автоматики и учета (далее вторичных цепей). С помощью трансформаторов напряжения осуществляется измерение напряжения в высоковольтных сетях, питание катушек реле минимального напряжения, обмоток напряжения защит, ваттметров, фазометров, счетчиков, а также контроль состояния изоляции сети.

2. Измерительные трансформаторы напряжения. Общие сведения и схемы соединения.

Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения. Схема включения однофазного трансформатора напряжения показана на рис. 1 [см. приложение 1]; первичная обмотка включена на напряжение сети U1, а ко вторичной обмотке (напряжение U2) присоединены параллельно катушке измерительных приборов и реле. Для безопасности обслуживания один выход вторичной обмотки заземлен.

«Номинальный коэффициент трансформации определяется следующим выражением:

где U1ном , U2ном – номинальные первичное и вторичное напряжение соответственно.

Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения

Так же как и трансформаторах тока, вектор вторичного напряжения сдвинут относительно вектора первичного напряжения не точно на угол 180. Это определяет угловую погрешность.» [ 1 ]

В зависимости от номинальной погрешности различают классы точности 0,2; 0,5; 1; 3.

Погрешность зависит от конструкции магнитопровода, магнитной проницаемости стали и от cos j вторичной нагрузки. В конструкции трансформаторов напряжения предусматривается компенсация погрешности по напряжению путем некоторого уменьшения числа витков первичной обмотки, а также компенсация угловой погрешности за счет специальных компенсирующих обмоток.

Суммарное потребление обмоток измерительных приборов и реле, подключенных ко вторичной обмотке ТН, не должно превышать номинальную мощность ТН, т.к. в противном случае это приведет к увеличению погрешностей.

«В зависимости от назначения могут применятся ТН с различными схемами соединения обмоток. Для измерения трех междуфазных напряжений можно использовать два однофазных двухобмоточных трансформатора НОМ, НОС, НОЛ, соединенных по схеме открытого треугольника (рис. 2 [см. приложение 2], а), а также трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в звезду (рис.2 [см. приложение 2],б). Для измерения напряжения относительно земли могут применяться 3 однофазных трансформатора, соединенных по схеме Y0/Y0, или трехфазный трехобмоточный трансформатор НТМИ (рис.2 [см. приложение 2], в). В последнем случае обмотка, соединенная в звезду, используется для присоединения измерительных приборов, а к обмотке, соединенной в разомкнутый треугольник, присоединяется реле защиты от замыканий на землю. Таким же образом в трехфазную группу соединяются однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и каскадные трансформаторы НКФ.» [ 2 ]

3. Измерительные трансформаторы тока
3.1. Назначение измерительных преобразователей.

«Измерительный преобразователь тока (ИПТ) это – устройство предназначенное для преобразования первичного тока в такой выходной сигнал, информативные параметры которого функционально связаны с информативными параметрами первичного тока. Для создания ИПТ можно использовать различные физические явления. В настоящее время ИПТ обычно создаются на основе широко применяемого в электротехнике трансформаторного эффекта — в виде трансформатора.» [ 3 ]

Трансформатором тока (ТТ), являющимся наиболее широко применяемым ИПТ, называется такой трансформатор, в котором при нормальных условиях работы выходной сигнал является током, практически пропорциональным первичному току и при правильном включении сдвинутым относительно него по фазе на угол, близкий к нулю.

Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь последовательно (в рассечку токопровода), а вторичная замыкается на некоторую нагрузку (измерительные приборы и реле), обеспечивая в ней ток, пропорциональный току в первичной обмотке.

В трансформаторах тока высокого напряжения первичная обмотка изолирована от вторичной (земля) на полное рабочее напряжение. Один конец вторичной обмотки обычно заземляется. Поэтому она имеет потенциал, близкий к потенциалу земли.

Трансформаторы тока по назначению разделяются на трансформаторы тока для измерений и трансформаторы тока для защиты. В некоторых случаях эти функции совмещаются в одном ТТ.

Трансформаторы тока для измерений предназначаются для передачи информации измерительным приборам. Они устанавливаются в цепях высокого напряжения или в цепях с большим током, т. е. в цепях, в которых невозможно непосредственное включение измерительных приборов. Ко вторичной обмотке ТТ для измерений подключаются амперметры, токовые обмотки ваттметров, счетчиков и аналогичных приборов. Таким образом, трансформатор тока для измерений обеспечивает:

1) преобразование переменного тока любого значения в переменный, ток, приемлемый для непосредственного измерения с помощью стандартных измерительных приборов;

2) изолирование измерительных приборов, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.

«Трансформаторы тока для защиты предназначаются для передачи измерительной информации в устройства защиты и управления. Соответственно этому трансформатор тока для защиты обеспечивает:

1) преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, приемлемый для питания устройств релейной защиты;

2) изолирование реле, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.» [ 4 ]

Трансформаторы тока в установках высокого напряжения необходимы даже в тех случаях, когда уменьшения тока для измерительных приборов или реле не требуется.

3.2. Классификация ИПТ.

В зависимости от рода тока ИПТ разделяются на ИП переменного и ИП постоянного тока. В работе будут рассматриваться ИПТ переменного тока для установок и сетей с номинальной частотой тока 50 Гц.

По назначению ИПТ разделяются на ИПТ для измерений и ИПТ для защиты. Последние могут предназначаться для работы только в установившихся (статических) режимах либо в установившихся и переходных (динамических) режимах.

В зависимости от вида преобразования ИПТ делятся на преобразователи тока в ток, тока в напряжение (например, трансреакторы, магнитные трансформаторы тока), тока в неэлектрическую величину (например, в световой поток). При этом по способу представления выходной информации ИПТ подразделяются на аналоговые и дискретные.

Одновитковые ТТ (рис. 3 [см. приложение 3]) имеют две разновидности: без собственной первичной обмотки; с собственной первичной обмоткой. Одновитковые ТТ, не имеющие собственной первичной обмотки, выполняются встроенными, шинными или разъемными.

Встроенный трансформатор тока представляет собой магнитопровод с намотанной на него вторичной обмоткой. Он не имеет, собственной первичной обмотки. Ее роль выполняет токоведущий стержень проходного изолятора. Этот трансформатор тока не имеет изоляционных элементов между первичной и вторичной обмотками. Их роль выполняет изоляция проходного изолятора.

В шинном трансформаторе тока роль первичной обмотки выполняют одна или несколько шин распределительного устройства, пропускаемые при монтаже сквозь полость проходного изолятора. Последний изолирует такую первичную обмотку от вторичной.

«Многовитковые трансформаторы тока (рис. 3 [см. приложение 3]) изготовляются с катушечной первичной обмоткой надеваемой на магнитопровод; с петлевой первичной обмоткой , состоящей из нескольких витков; со звеньевой первичной обмоткой, выполненной таким образом, что внутренняя изоляция трансформатора тока конструктивно распределена между первичной и вторичной обмотками, а взаимное расположение обмоток напоминает звенья цепи.» [5]

В данной работе были рассмотрены общие вопросы, касающиеся трансформаторов тока и напряжения. Были изучены назначение, принцип действия и устройство различных конструкций трансформаторов тока и напряжения. В работе приведена основная классификация типов трансформаторов тока и напряжения. Даны сведения об основных параметрах и характеристиках отдельных конструкций трансформаторов тока и напряжения внутренней и наружной установки, а также приведены некоторые сведения об остальных типах трансформаторов тока и напряжения.

Рис.1 Схема включения трансформатора напряжения :

1- первичная обмотка;

3- вторичная обмотка;

Рис. 2. Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения.

Рис. 3. Схема трансформатора тока;

______ собственная первичная обмотка ТТ;

—— токоведущий стержень проходного изолятора (шина)

Добавить комментарий