Вопросы для самоконтроля

1. Опишите устройство и принцип действия прибора магнитоэлектрической системы, указав область применения.

2. Опишите устройство и принцип действия прибора электромагнитной системы, указав область применения.

3. Опишите устройство и принцип действия прибора электродинамической системы, указав область применения.

4. Опишите устройство и принцип действия прибора индукционной системы, указав область применения.

5. Опишите устройство и принцип действия прибора термоэлектрической системы, указав область применения.

6. Опишите устройство и принцип действия прибора выпрямительной системы, указав область применения.

9.4. Измерение силы тока, напряжения, активной мощности,

коэффициента мощности

Для измерения силы тока в цепи служит амперметр, буквенное обозначение которого на принципиальных электрических схемах – РА. Он включается последовательно в цепь, в которой производится измерение (рис.9.1). Сопротивление катушки измерительного механизма должно быть минимальным, чтобы сила тока в цепи не изменилась при включении амперметра. Для этого катушку выполняют с небольшим числом витков из провода с большим сечением.

Амперметр выбирается для измерений следующим образом: предел измерения прибора должен превышать предполагаемое значение силы тока в цепи. Для расширения предела измерения амперметра используют трансформаторы тока или шунты (манганиновые пластины, впаянные в медные или латунные наконечники). Шунт включается в цепь последовательно, а параллельно ему включается амперметр.

Пример 9.1

Амперметр, на шкале которого 100 делений, имеет предел измерения 15 А. При включении амперметра в цепь его стрелка отклонилась на 80 делений.

Определить цену деления прибора и силу тока в цепи.

Решение.

1. Определяем цену деления прибора по (9.1):

.

2. Определяем силу тока в цепи по (9.3):

I = С_д n = 0,1580 = 12 А.

Для измерения напряжения в цепи служит вольтметр, буквенное обозначение которого на принципиальных электрических схемах – РV. Он включается параллельно в цепь, в которой производится измерение (рис.9.2). Сопротивление катушки измерительного механизма должно быть максимальным, чтобы напряжение в цепи не изменилось при включении вольтметра. Для этого катушку выполняют с большим числом витков из провода с небольшим сечением.

Вольтметр выбирается для измерений следующим образом: предел измерения прибора должен превышать предполагаемое значение напряжения в цепи. Для расширения предела измерения вольтметра используют трансформаторы напряжения или добавочные сопротивления, включаемые последовательно с вольтметром.

Пример 9.2

Вольтметр, на шкале которого 150 делений, имеет предел измерения 300 В. При включении вольтметра в цепь его стрелка отклонилась на 110 делений.

Определить цену деления прибора и напряжение на зажимах цепи.

Решение.

1. Определяем цену деления прибора по (9.1):

.

2. Определяем напряжение на зажимах цепи по (9.3):

U = С_д n = 2110 = 220 В.

Для измерения активной мощности в цепи служит ваттметр, буквенное обозначение которого на принципиальных электрических схемах – РW. Измерительный механизм ваттметра состоит из двух катушек: неподвижной и подвижной, связанной со стрелкой прибора. Неподвижная катушка (токовая обмотка) имеет небольшое число витков и выполнена из провода с большим сечением; включается в цепь последовательно. Подвижная катушка (обмотка напряжения) имеет большое число витков и выполнена из провода с небольшим сечением; включается в цепь параллельно. Токи в катушках должны протекать в одном направлении, чтобы стрелка прибора отклонялась вправо от нуля, для этого зажимы прибора со знаком «*» объединяют в общий узел. Принцип действия ваттметра основан на явлении электромагнитной силы, возникающего при протекании тока в обеих катушках, в результате чего возникает вращающий момент прямо пропорциональный токам в катушках. Сила тока в подвижной катушке пропорциональна напряжению в цепи, так как она включается параллельно. Сила тока в неподвижной катушке пропорциональна силе тока в цепи, так как она включается последовательно. Следовательно, вращающий момент, действующий на подвижную катушку, пропорционален активной мощности в цепи. Таким образом, ваттметр имеет два предела измерения: по току и по напряжению, поэтому предел измерения и цена деления ваттметра определяются так:

; (9.9)

, (9.10)

где I_max – предел измерения ваттметра по току, А;

U_max – предел измерения ваттметра по напряжению, В.

Выбор ваттметра для измерений осуществляется следующим образом: предел измерения прибора по току должен превышать предполагаемое значение силы тока в цепи, предел измерения прибора по напряжению должен превышать предполагаемое значение напряжения в цепи. Для расширения пределов измерения ваттметра используют трансформаторы тока и напряжения (или шунты и добавочные сопротивления).

Принципиальная электрическая схема включения ваттметра для измерения мощности, потребляемой нагрузкой в однофазной цепи переменного тока, показана на рис.9.3.

Пример 9.3

Ваттметр, на шкале которого 150 делений, имеет предел измерения по току 20 А и предел измерения по напряжению 300 В. При включении ваттметра в цепь его стрелка отклонилась на 90 делений.

Определить цену деления прибора и активную мощность в цепи.

Решение.

1. Определяем предел измерения прибора по (9.9):

Р_max = I_max U_max = 20300 = 6000 Вт.

2. Определяем цену деления прибора по (9.10):

.

3. Определяем активную мощность в цепи по (9.3):

Р = С_д n = 2090 = 1800 Вт.

Значение коэффициента мощности можно определить по показаниям амперметра, вольтметра и ваттметра:

, (9.11)

где cos  – коэффициент мощности;

A_PW – показание ваттметра, Вт;

A_PV – показание вольтметра, В;

A_РА – показание амперметра, А.

Пример 9.4

Катушка индуктивности подключена к однофазному источнику (50 Гц). В цепь катушки включены ваттметр, вольтметр и амперметр. После подачи напряжения на зажимы катушки показания приборов составили: ваттметра – 110 Вт, вольтметра – 220 В, амперметра – 5 А.

Определить коэффициент мощности катушки.

Решение.

1. Определяем коэффициент мощности катушки по (9.11):

.

Коэффициент мощности можно также определить с помощью электроизмерительного прибора, называемого фазометром, буквенное обозначение которого на принципиальных электрических схемах – р.