1.3. Измерение напряжений и токов в электрических цепях

Измерение напряжений производят с помощью вольтметра, подключенного параллельно тому участку цепи, на котором производят измерение.

Для расширения пределов измерения вольтметра на постоянном токе применяются добавочные сопротивления, а на переменном — добавочные сопротивления и измерительные трансформаторы напряжения.

На рисунке 1.2 изображена схема подключения добавочного сопротивления.

П ри измерении напряжения и верхнему пределу шкалы прибора расчет добавочного сопротивления осуществляется по выражению [3]:

,

где  сопротивление прибора (вольтметра);  коэффициент расширения предела измерения вольтметра.

Н а рисунке 1.3 изображена схема подключения измерительного трансформатора напряжения с одной вторичной обмоткой.

На этой схеме на первичную обмотку подается высокое напряжение U₁, а на напряжение вторичной обмотки U₂ подключен вольтметр.

Начала первичной и вторичной обмоток обозначены буквами А и а, концы — X и х, соответственно.

Отношение первичного номинального напряжения к вторичному номинальному напряжению называется номинальным коэффициентом трансформации трансформатора напряжения [3]:

К_н = U₁ / U₂.

Для расширения пределов измерений амперметров на постоянном токе используются шунты.

На рисунке 1.4 изображена схема подключения шунта.

С опротивление шунта определяется по выражению [3]:

,

где n = I_x\I_пр  коэффициент шунтирования;  сопротивление прибора (амперметра).

Для расширения пределов измерений амперметров на переменном токе используются измерительные трансформаторы тока.

Схема включения измерительного трансформатора тока изображена на рисунке 1.5.

И змерительный трансформатор тока преобразует большой переменный ток в относительно малый, который может быть измерен непосредственно электроизмерительным прибором.

Измерительный трансформатор тока работает в режиме, близком к режиму короткого замыкания.

Основной его характеристикой является номинальный коэффициент трансформации К_т [3]:

К_т = I₁/I₂,

где I₁ и I₂  токи первичной и вторичной обмоток соответственно.

1.4. Измерение активной мощности в однофазной и трехфазной цепях

Н а рисунке 1.6 изображена схема включения ваттметра в однофазную цепь переменного тока. Показа­ние ваттметра определяется по выражению [2]:

P_W = UI cos,

где U и I — действующие значения напряжения и тока нагрузки;  — разность фаз напряжения и тока.

Расширение диапазонов измерения в цепях переменного тока осуществляется с помощью измерительных трансформато­ров тока и напряжения.

На рисунке 1.7 изображена схема подключения измерительных трансформаторов тока и напряжения для расширения диапазона измерения мощности. В схеме рисунка 1.7 значение измеряемой мощности определяется по формуле [2]:

Р=P_wК_IномК_Uном,

где К_Iном — номиналь­ный коэффициент трансформации применяемого измерительного трансформатора тока; К_Uном — номинальный коэффициент трансформации измерительного трансформатора напря­жения.

При измерении мощности в симмет­ричных трехфазных цепях, т. е. равен­стве комплексных сопротивлений фаз достаточно включить один ваттметр.

Н а рисунке 1.8 изображены схемы включения ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь при полной симметрии: а) — нагрузка соединена треугольником; б) — нагрузка сое­динена звездой и нулевая точка доступна.

Если нагрузка симметричная, то

,

где  сдвиг по фазе между фазным напряжением и фазным током .

Для получения мощности всей трехфазной цепи необходимо показа­ние ваттметра утроить:

.

П ри измерении мощности в трехфазной трехпроводной цепи могут применяться два одинаковых ваттметра. На рисунке 1.9 изображена схема включения двух ваттметров в трехфазную трехпро­водную цепь.

При проведении измерения мощности с помощью двух ваттметров, мощность, потребляемая трехфазной цепью определяется следующим образом:

,

где и — показания однофазных ваттметров PW1 и PW2.

Данный метод дает правильные результаты независимо от схемы соединения и характера нагрузки, как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений.

Независимо от способа соединения нагрузки в звезду или в треугольник при симметричной нагрузке фаз [1]:

,

где U_л  линейное напряжение на нагрузке; I_л – линейный ток нагрузки, поэтому при определении мощностей часто используют следующие выражения:

.