Электротехника и электроника (стр. 11 из 19)

Чтобы использовать данный прибор для измерения токов больших значений и снизить его внутреннее сопротивление применяют шунты.

Шунт представляет собой манганиновые пластины или стержни, впаянные в медные или латунные наконечники. Сопротивление шунта значительно меньше сопротивления рамки прибора. Шунт включается в электрическую цепь последовательно, а параллельно ему подключается

рамка (катушка) прибора.

1 – шунт; 2 – рамка (катушка) прибора; I - измеряемый ток; I_ш - ток через шунт; I _A - ток через рамку прибора.

Рисунок 6.3 – Схема включения прибора с шунтом

По 1 закону Кирхгофа измеряемый ток в электрической цепи

I

I_ш

где I_А - ток через рамку прибора, А; I_ш - ток через шунт, А.

Так как ^r_А ^r_ш, то ^I_{А ш}, так что ^I_ш I .

При параллельном соединении I_А

r_ш или

I A

rш .

Iш rА

Отсюда сопротивление шунта

rA

r_ш

A

или

( rш, 6

.

1

4

)

где n

- коэффициент шунтирования. I _A

Пример: Рамка прибора магнитоэлектрической системы имеет сопротивление r_A1500 Ом и рассчитана на максимальное отклонение при токе I =250 мкА. Определить сопротивление шунта r_ш для измерения токов до 50 мА. Решение: 1. Определим коэффициент шунтирования n :

I 50 10 ³ n200 .

I_A 250 10 ⁶

2. Определяем сопротивление шунта: rш rA = 1500 7,54 Ом. n 1 200 1

В амперметрах, предназначенных для измерения токов до 100 А, шунты вмонтированы в корпус прибора и присоединены к контактным выводным зажимам.

В амперметрах, предназначенных для измерения токов более 100 А, шунты делаются наружными и присоединяются к ним при помощи специальных калиброванных проводников, так как иначе распределение токов будут неправильным.

Для расширения пределов измерения амперметров в цепях синусоидального (переменного) тока применяются трансформаторы тока, которые служат для преобразования больших токов в малые.

Первичная обмотка трансформатора тока, состоящая из малого числа витков, включается последовательно в цепь с измеряемым током.

Вторичная обмотка состоит из большого числа витков и в нее включаются измерительные приборы (амперметры), изолированные от высоковольтных и сильноточных проводов.

На паспорте в виде дроби указывается коэффициент трансформации трансформатора тока:

К

2 1

где I₁ - ток первичной обмотки, А;

I₂ - ток вторичной обмотки, А; w₁ - число витков первичной обмотки; w₂ - число витков первичной обмотки.

Например, 100/5 А означает, что данный трансформатор тока рассчитан на первичный ток 100 А и вторичный ток – 5 А. Коэффициент трансформации этого трансформатора К =100/5=20.

Зная К и получив показания амперметра во вторичной цепи трансформатора тока I₂, можно определить первичный ток

I₁KI₂.

Большинство трансформаторов тока выпускаются с номинальным вторичным током 5 А.

6.3.2 Измерение напряжения. Для измерения напряжения служат вольтметры. Они подключаются параллельно участку, на котором необходимо измерить напряжение.

Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть значительно больше сопротивления участка к которому он подключается, так как в противном случае вольтметр будет оказывать влияние на токораспределение в электрической цепи и результаты измерения будут содержать большую погрешность.

Для расширения пределов измерения вольтметров последовательно с ними включают добавочные сопротивления.

В приборах на напряжение до 300 В, добавочные сопротивления вмонтированы в корпус приборов или укреплены снаружи приборов.

Для измерения напряжений свыше 300 В добавочные сопротивления присоединяют к одному из выводных зажимов прибора.

Добавочные сопротивления рассчитывают так, чтобы в цепи с увеличенным напряжением по обмотке (рамке) вольтметра проходил тот же ток, что и при номинальном напряжении, на которое рассчитана обмотка.

Обмотка рассчитана на ток

I_V,

V

где I_V - ток, протекающий через рамку вольтметра, А;

U - напряжение на рамке, В; r_V - сопротивление рамки, Ом.

При увеличении напряжения в цепи в n раз, ток I_V должен остаться прежним

nU U

I_V. rV r_доб rV

Отсюда r_доб r_V ( n 1). (

6

.

1

4

)

Пример. Вольтметром на 15 В необходимо измерить напряжение 150 В. Определить добавочное сопротивление, если внутреннее сопротивление вольтметра 900 Ом. Решение:

1. Определим отношение измеряемого напряжения к напряжению вольтметра

n10.

2. Добавочное сопротивление

r_доб r_V ( n 1)=9009=8100 Ом.

Для измерения высоких напряжений синусоидального тока применяют трансформаторы напряжения.

Первичная обмотка трансформатора напряжения включается параллельно потребителю и имеет большое число витков.

В паспорте трансформатора напряжения указывается отношение напряжений первичной и вторичной обмоток. Например 5000/100 означает, что номинальное напряжение первичной обмотки 5000 В, вторичной – 100 В.

Коэффициент трансформации напряжения

К50

Зная К и напряжение вторичной обмотки U₂, можно определить первичное напряжение:

U₁KU₂

Большинство трансформаторов напряжения выпускается с номинальным вторичным напряжением 100 В.

6.3.3 Измерение мощности электрического тока. Для измерения мощности в цепях постоянного и в цепях синусоидального тока промышленной частоты применяются ваттметры, обеспечивающий непосредственный отсчет мощности по шкале.

Ваттметр электродинамической системы состоит из двух катушек (рамок):

- неподвижной, токовой из толстого провода, включаемой последовательно с потребителем;

- подвижной обмотки напряжения, выполненной из тонкого провода и включаемой параллельно потребителю.

При постоянном токе вращающий момент электродинамического прибора пропорционален произведению токов в его обмотках:

Мвр

Iп,

где I_н - ток в неподвижной катушке, А; I_п - ток в подвижной катушке, А.

В ваттметре ток подвижной обмотки прямо пропорционален приложенному напряжению

I_пU / R_п,

где R_п - сопротивление подвижной катушки, Ом.

Следовательно, вращающий момент прямо пропорционален мощности. Поэтому электродинамический ваттметр имеет равномерную шкалу, то есть

М_вр

п

Вращающий момент электродинамического прибора, включенного в цепь синусоидального тока

М_вр k I_н I_п cos ,

то есть показания ваттметра пропорциональны току, напряжению и сos

, то есть активной мощности цепи P.

Ваттметр имеет четыре зажима, к двум выводится токовая обмотка, к другим двум – обмотка напряжения. Первая пара зажимов включается в измеряемую цепь последовательно, вторая - параллельно. Начала обмоток обозначается звездочками (*) и соединяются вместе. Это необходимо, чтобы токи в катушках пропускались в определенном направлении.