• Введение
• Решение задач
• Задача № 1. Измерение тока и напряжения в цепях постоянного тока
• Задача № 2
• Задача №3
• Задача №4
• Контрольные вопросы
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

,,

,

где - шунтирующий множитель, показывающий, во сколько раз измеряемый ток больше тока измерительного механизма или, что то же, во сколько раз расширяется предел измерения тока.

2. Постоянная измерительного механизма по току

Постоянная амперметра

3. Мощность, потребляемая амперметром при номинальном значении тока I_н

В магнитоэлектрических вольтметрах применяется тот же измеритель, что и в амперметрах, но на меньший номинальный ток. Для измерения напряжения механизм применяется в сочетании с добавочным сопротивлением.

Добавочное сопротивление из манганина включается последовательно с измерительным механизмом (рис.2). Оно необходимо, чтобы сопротивление вольтметра r_V при изменении температуры оставалось неизменным.

Ток в цепи прибора

Если напряжение U = pU_и, то добавочное сопротивление r_д можно определить из условия

Откуда

Множитель р показывает, во сколько раз измеряемое напряжение больше напряжения на измерительном механизме или, иначе, во сколько раз увеличивается предел измерения напряжения прибора при применении добавочного сопротивления.

5. Определим сначала r_д

Постоянная измерительного механизма

Постоянная вольтметра

1. Собственное потребление мощности вольтметра

Задача № 2

1. В цепь несинусоидального тока включены: амперметр магнитоэлектрической системы и амперметр электродинамической системы. Амперметры имеют одинаковые номинальные токаи I_н = 5 А и шкалы с одинаковым номинальным числом делений б_н = 100 дел.

Начертить схему цепи и определить на какое число делений шкалы отклонится стрелка: а) магнитоэлектрического амперметра; б) электродинамического амперметра, если в цепи проходит ток

Построить в масштабе в одних осях координат графики заданного тока за время одного периода основной гармоники тока.

Значения заданы в табл.2

Таблица 2

Числовые значения для задачи №2

1. В цепь несинусоидального тока включены: амперметр электродинамической системы и амперметр детекторной (выпрямительной) системы. Амперметры имеют одинаковые номинальные тока I_н = 5 А и шкалы с одинаковым номинальным числом делений б _н= 100 дел.

На какое число делений шкалы отклонится стрелка: а) электродинамического амперметра; Б) детекторного амперметра, если в цепи проходит ток

Решение

1. При прохождении через измерительный механизм магнитоэлектрической системы переменного тока i вращающий момент

будет изменяться пропорционально току.

Вследствие значительного момента инерции подвижной части и большого периода собственных колебаний угол поворота подвижной части при технической частоте будет определяться средним за период значением вращающего момента

т.е. показания амперметра магнитоэлектрической системы пропорциональны постонной составляющей и следовательно он покажет

Постоянная амперметра

Число делений, на которое отклонится стрелка амперметра магнитоэлектрической системы

Т.к. приборы электродинамической системы реагируют на действующее значение тока, то

Число делений, на которое отклонится стрелка амперметра электродинамической системы

График заданного тока

электрическая цепь измерительный механизм

1. Аналогично пункту 1. определяем отклонение стрелки электродинамического амперметра

Приборы детекторной системы показывают среднее значение измеряемой величины

Для схемы с двухполупериодным выпрямлением коэффициент формы кривой равен

Постоянная по току при синусоидальной форме кривой

Постоянная по току для заданного несинусоидального тока

Определяем угол поворота подвижной части прибора при заданном токе

Задача №3

1. Ля измерения активной мощности трехпроводной цепи трехфазного тока с симметричной активно-индуктивной нагрузкой, соединенной звездой или треугольником, необходимо выбрать два одинаковых ваттметра с номинальным током I_н, номинальным напряжением U_н и числом делений шкалы б_н = 150 дел.

Исходные данные для решения задачи приведены в табл.3

Таблица 3

Числовые значения для задачи №3

1. По данным варианта для нормального режима работы цепи:

а) начертить схему включения ваттметров в цепь;

б) доказать, что активную мощность трехпроводной цепи трехвазного тока можно представить в виде суммы двух слагаемых;

в) построить в м асштабе векторную диаграмму, выделив на ней векторы напряжений и токов, под действием которых находятся параллельные и последовательные обмотки ваттметров;

г) определить мощности Р₁ и Р₂, измеряемые каждым из ваттметров;

д) определить число делений шкалы б₁ и б₂, на которые отклоняются стрелки ваттметров.

2. По данным варианта при обрыыве одной фазы приемника энергии:

а) начертить схему включения ваттметров в цепь;

б) построить в масштабе векторную диаграмму, выделив на ней векторы напряжений и токов, под действием которых находятся параллельные и последовательные обмотки ваттметров;

в) определить мощности Р₁ и Р₂, измеряемые каждым из ваттметров;

г) определить число делений шкалы б₁ и б₂, на которые отклоняются стрелки ваттметров.

Результаты расчетов записать в табл.3.

1. а) Схема включения ваттметров показана на рис.1.

3. б) Мгновенная мощность трехфазной цепи может быть выражена как сумма мощностей отдельных фаз:

Для нулевой точки приемников энергии, соединенных звездой (рис.1), по первому закону Кирхгофа

,

откуда каждый из линейных токов можно выразить через два других:

Подставив одно из этих выражений, например для тока i_B, в формулу (1), получим:

Переходя от мгновенной мощности к средней (активной) и допуская, что токи и напряжения синусоидальны, получаем:

где ц₁ - угол сдвига фаз между током I_A и линейным напряжением U_AB

ц₁ - между током I_C и линейным напряжением U_CB.

Первое слагаемое P' можно измерить одним ваттметром, а второе P'' - вторым, если ваттметры соединены следующим образом: токовая цепь первого ваттметра в соответствии с индексом А у тока I_A включается в рассечку провода А, и т.к. ток положителен, то генераторный зажим ее соединяется с источником питания (рис.1). Генераторный зажим параллельной цепи в соответствии с первой частью индекса А у напряжения U_AB соединен с проводом А, а не генераторный зажим той же цепи в соответствии со второй частью индекса B присоединен к проводу B. Аналогично включается второй ваттметр. Активная мощность трехфазной цепи равна алгебраической сумме показаний двух ваттметров.

1. в) В частном случае при симметричной системе напряжений и одинаковой нагрузке фаз ш₁= 30 - ц и ш₁ = 30 + ц и показания ваттметров будут

Полная мощность трехфазной цепи . Отсюда находим линейный ток

Линейное напряжение найдем, зная фазное

Векторная диаграмма построена на рис.2.

1. г) Определим мощности, измеряемые ваттметрами:

4. д) Выбираем ваттметры с номинальным током I_н = 10 А и номинальным напряжением U_н = 300 В, числом делений шкалы б_н = 150 дел.

Постоянная ваттметра

Тогда отклонения стрелок ваттметров будут равны:

5. Схема включения ваттметров при обрыве фазы В показана на рис.3

2. б) Векторная диаграмма при обрыве фазы В построена на рис.4.

в) При обрыве фазы В ток в ней равен нулю. Две другие фазы соединены последовательно и включены на линейное напряжение U_СА. Сопротивление фазы А при нормальном режиме работы

Для симметричной трехфазной системы ток в последовательно соединенных фазах определяется как

Мощности, которые покажут ваттметры при обрыве фазы В

г) Число делений первого ваттметра

число делений второго ваттметра

Результаты расчетов задачи №3

Задача №4

1. В высоковольтной трехпроводной цепи трехфазного тока необходимо измерить линейные токи, линейное напряжение, коэффициент мощности цепи и расход активной энергии всей цепи.

Подобрать для этой цели два измерительных трансформатора тока (ИТТ), два измерительных трансформатора напряжения (ИТН) и подключить к ним следующие измерительные приборы: два амперметра электромагнитной системы; два однофазных индукционных счетчика активной энергии; один трехфазный фазометр электромагнитной или электродинамической системы; один вольтметр электромагнитной системы.

Расстояние от трансформатора до измерительных приборов l (провод медный, сечением S = 2,5 мм²), номинальное напряжение сети U₁ и линейный ток I₁ приведены в табл.10. Начертить схему включения ИТТ и ИТН в цепь, а также показать подключение к ним всех измерительных приборов.

Выполнить разметку зажимов обмоток ИТТ, ИТН, счетчика и фазометра. Показать заземление вторичных обмоток ИТТ и ИТН.

Числовые данные для задачи №4

Таблица 4

Решение

Схема включения приборов и измерительных трансформаторов показана на рис.1.

Найдем сопротивление подводящих проводов

т.к.2 провода, то

Сопротивление обмоток амперметра Э513/4

Сопротивление последовательной обмотки счетчика И445/4Т

Сопротивление последовательной обмотки фазометра Д120

Общее сопротивление нагрузки

В качестве трансформатора тока выбираем И512, у которого номинальная нагрузка

Номинальная мощность счетчика

Номинальная мощность фазометра

Номинальная мощность вольтметра

Номинальная активная мощность трансформатора И50

Как видно,

Таким образом, в качестве трансформатора тока выбираем И532, а в качестве трансформатора напряжения И50. амперметры - Э 513/4, счетчики - СО-И445/4Т, фазометр - Д120, вольтметр - Э 513/3.

0. Укажите основные виды преобразования измерительных систем.

Технические средства ИИС состоят из следующих множеств блоков:

1) первичных измерительных преобразователей (датчиков);

2) вторичных измерительных преобразователей;

3) элементов сравнения - мер;

4) цифровых устройств;

5) элементов описания - норм;

6) преобразователей сигнала, средств отображения, памяти и др.

Блоки 1-6 используются в цифровых ИС; 1-3 и 6 - в аналоговых ИС. [1]

Первичные измерительные преобразователи (ПИП), или датчики, преобразуют величины x_i исследуемого объекта в электрические величины y_i (напряжение, ток, сопротивление, емкость, индуктивность и др.). Датчики являются обязательными компонентами ИИС. Вид датчика в первую очередь определяется видом преобразуемой величины. В рамках одной ИИС, если даже преобразуемые величины одинаковы по физическому смыслу, ПИП могут быть различными, в частности, в зависимости от требуемого диапазона измерения.

Величины y_i подаются на вторичные измерительные преобразователи (ВИП), которые преобразуют их в напряжения U_i. ВИП могут отсутствовать, если выходной величиной датчика является напряжение, уровень которого достаточен для аналого-цифрового преобразования. Вид ВИП определяется только видом величины y_i.

Конструктивно ВИП могут быть совмещены с ПИП или выполнены в виде отдельных устройств. В состав ВИП могут входить простейшие вычислительные устройства, например для введения поправок или для линеаризации характеристик (так называемые интеллектуальные датчики).

Рисунок 13. Обобщенная структура ИИС.

В случае с цифровыми ИС, напряжения U_i поступают на аналого-цифровые преобразователи (АЦП), где преобразуются в цифровые коды С_i подаваемые на ЭВМ. По выполняемым функциям АЦП в принципе можно отнести к вторичным преобразователям, реализуется иногда конструктивно. Однако они выделены в отдельные функциональные блоки в силу следующих обстоятельств:

АЦП, как это отражено на рис.13, в отличие от других преобразователей, работают под управлением ЭВМ, обеспечивающей необходимый алгоритм сбора первичной информации;

АЦП, как и датчики, в отличие от других вторичных преобразователей, являются обязательными компонентами каждого канала.

АЦП могут быть индивидуальными для каждого канала, однако чаще один АЦП используется для всех или нескольких каналов, работая в мультиплексном режиме (рис.14).

Рисунок 14. Мультиплексный режим работы АЦП.

При реализации этой схемы коммутатор по командам ЭВМ подает на АЦП сигнал соответствующего канала, и с АЦП, также по запросу ЭВМ, выдается код. В этом случае аппаратно присутствует только один АЦП, однако для анализа выполняемых функций, оценки погрешностей и т.д. по-прежнему удобнее пользоваться обобщенной схемой. Единственный момент, который следует учитывать при переходе к мультиплексной схеме, - это время передачи информации на ЭВМ. Однако, учитывая быстродействие современных АЦП и ЭВМ, этот момент в подавляющем большинстве случаев не имеет существенного значения.

Последовательность преобразователей (ПИП, ВИП, если они есть, и АЦП) и каналов связи, обеспечивающая преобразование измеряемой физической величины в цифровой код, называется измерительным каналом (ИК). Другими словами, измерительный канал - это вся совокупность технических средств, преобразующих измеряемую величину в код, поступающий в ЭВМ. [2]

Заключение