Измерение напряжения.

Измерение тока, напряжения и мощности

Измерение тока.

Для измерения тока служат амперметры, миллиамперметры и микро- амперметры. Эти приборы включаются последовательно в участок элек- трической цепи.

При этом необходимо, чтобы внутреннее сопротивление амперметра было мало по сравнению с сопротивлением участка электрической цепи, в которой он включен. В противном случае включение при- бора вызовет существенное изменение сопротивления и тока на данном участке электрической цепи, а так же и изменение режима работы всей цепи.

Сопротивления катушек (рамок) электроизмерительных приборов составляют 1-2 кОм и рассчитаны на полное отклонение стрелки при токе 100-500 мкА (что соответствует падению напряжения на приборе 0,1-1 В). Следовательно, непосредственное включение электроизмерительного при- бора возможно только при измерении малых токов до 500 мкА в высоко- омных электрических цепях.

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.

По 1 закону Кирхгофа измеряемый ток в электрической цепи

I = I А + Iш

где

I А– ток через рамку прибора, А;

Iш- ток через шунт, А.

РА

IА

RА

IА

Iш

Rш

I

I

1 – шунт; 2 – рамка (катушка) прибора; I – измеряемый ток;

Iш– ток через шунт; I A – ток через рамку прибора.

Рисунок 5.3 – Схема включения прибора с шунтом

Так как

rАññ rш, то

I А áá Iш, так что

Iш» I .

При параллельном соединении

I А× rА

= Iш× rш

или

I A

Iш

Отсюда сопротивление шунта

= rш .

rА

или

r =I A× rA

ш Iш

=I A× rAI - I A

где

n = I I A

– коэффициент шунтирования.

Пример: Рамка прибора магнитоэлектрической системы имеет со-

противление

rA= 1500

Ом и рассчитана на максимальное отклонение при

токе

I =250 мкА. Определить сопротивление шунта rш

для измерения то-

ков до 50 мА.

Решение:

1. Определим коэффициент шунтирования n :

n = I I A

=50 ×10^-3 250 ×10^-6

= 200 .

2. Определяем сопротивление шунта:

rш =

rA =

n -1

200 - 1

= 7,54

Ом.

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

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

Для расширения пределов измерения амперметров в цепях синусои- дального (переменного) тока применяются трансформаторы тока, кото- рые 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 вклю- чаются измерительные приборы (амперметры), изолированные от высоко- вольтных и сильноточных проводов.

На паспорте в виде дроби указывается коэффициент трансформации трансформатора тока:

К = I1

I 2

»w2

w1

где

I₁ – ток первичной обмотки, А;

I ₂ – ток вторичной обмотки, А;

w₁ – число витков первичной обмотки;

w₂ – число витков первичной обмотки.

Например, 100/5 А означает, что данный трансформатор тока рас- считан 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 транс-

форматора тока

I ₂ , можно определить первичный ток

I1 = KI 2 .

Большинство трансформаторов тока выпускаются с номинальным вторичным током 5 А.

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 про- тивном 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 уве- личенным напряжением по обмотке (рамке) вольтметра проходил тот же ток, что и при номинальном напряжении, на которое рассчитана обмотка.

Обмотка рассчитана на ток

I = U ,

V rV

где IV

– ток, протекающий через рамку вольтметра, А;

U – напряжение на рамке, В;

rV – сопротивление рамки, Ом.

При увеличении напряжения в цепи в n

прежним

раз, ток IV

должен остаться

Пример. Вольтметром на 15 В необходимо измерить напряжение 150 В. Определить добавочное сопротивление, если внутреннее сопротив- ление вольтметра 900 Ом.

Решение:

1. Определим отношение измеряемого напряжения к напряжению вольтметра

n = 150 = 10 .

2. Добавочное сопротивление

rдоб

= rV ( n - 1) =900× 9 =8100 Ом.

Для измерения высоких напряжений синусоидального тока приме- няют трансформаторы напряжения.

Первичная обмотка трансформатора напряжения включается парал- лельно потребителю и имеет большое число витков.

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

Коэффициент трансформации напряжения

К = 5000 = 50

Зная К и напряжение вторичной обмотки первичное напряжение:

U ₂ , можно определить

U1 = KU 2

Большинство трансформаторов напряжения выпускается с номи- нальным вторичным напряжением 100 В.