Проверка вольтметра и амперметра

Цель работы

Освоить метод проверки технических электроизмерительных приборов. Познакомиться с классами точности приборов. Научиться строить и пользоваться поправочными кривыми.

Элементы теории

Все электроизмерительные приборы с течением времени снижают свою точность. Поэтому их полагается периоди­чески проверять в специальных лабораториях. При проверке производится внешний осмотр для выявления повреж­дений прибора, испытывается уравновешенность подвижной части, определяется погрешность прибора. Кроме того, проверяется работа успокоителя и испытывается электрическая прочность изоляции.

О точности электроизмерительного прибора судят по величине погрешности, которая зависит от степени совер­шенства и технического состояния прибора. Различают следующие три вида погрешностей: абсолютную, относитель­ную и приведенную.

Абсолютной погрешностью называется разность между показанием прибора А_п и действительным значением измеряемой величины А_д.

ΔА=А_п – А _д ( 1 )

Относительной погрешностью прибора называется отношение абсолютной погрешности к действительному значе­нию измеряемой величины, выраженное в процентах

γ = 100% · ΔА / А_д ( 2 )

Приведенной погрешностью прибора называется выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к номинальной величине прибора (т. е. к верхнему пределу измерения проверяемого прибора)

γ_пр = 100 % ·ΔА / А_ном ( 3 ).

По величине наибольшей приведенной погрешности все электроизмери-тельные приборы разделяются на 8 клас­сов точности 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1.5; 2,5; 4.

Погрешности приборов могут быть выявлены в результате проверки при сравнении показаний данного прибора с показаниями образцового прибора. При этом показания образцового прибора принимаются равными действитель­ным значениям измеряемой величины. В качестве образцовых приборов используются приборы с классами точности 0,05; 0,1; 0,2 или 0,5. Класс точности образцового прибора должен быть не менее, чем в два раза выше класса точно­сти проверяемого прибора.

Проверку прибора производят в следующем порядке. Предварительно путем внешнего осмотра проверяют ис­правность прибора. При помощи корректора устанавливают стрелку на нулевое деление шкалы (если это требуется).

Затем проверяют уравновешенность подвижной системы (при повороте прибора вокруг оси, расположенной гори­зонтально, стрелка должна оставаться на нулевом делении). После этого проверяемый и образцовый приборы вклю­чают в электрическую цепь. Приборы устанавливают в горизонтальное или вертикальное положение соответственно условному знаку, имеющемуся на шкале. При проверке ток (или напряжение) постепенно увеличивают от нуля. Сравнение показаний проверяемого и образцового приборов производят на каждой числовой отметке шкалы про­веряемого прибора. Дойдя до конца шкалы проверяемого прибора, производят проверку на тех же делениях шкалы проверяемого прибора при плавном уменьшении измеряемой величины до нуля. Абсолютная погрешность проверя­емого прибора для каждого значения измеренной величины вычисляется как среднее арифметическое двух результа­тов, полученных при возрастании и при убывании напряжения или тока.

Порядок выполнения работы

1. Проверить состояние проверяемых приборов путем наружного осмотра.

Расшифровать все условные знаки, имеющиеся на шкале. Выяснить, к какой системе относится каждый прибор и какое максимальное значение измеряемой величины.

2. Проверить уравновешенность подвижной части.

Рис. 1 .Схема для проверки вольтметра.

3. Проверить точность вольтметра, для чего включить его в цепь с образцовым прибором по схеме, изображенной на рис. 1. Напряжение в процессе опытов регулировать при помощи регулируемого автотрансформатора (в случае проверки вольтметра переменного тока).

Результаты записать в таблицу 1. Таблица 1.

Номера опытов	Uпров. ( В )	Uобр. ( В )		ΔU (В)	γ ( % )	γприв ( % )
		при повышении напряжения	при снижении напряжения
1	50
2	60
3	70
4	80
5	90
…… 20	…… 250

На основании сравнения показаний приборов вычислить абсолютную, относительную и приведенную погреш­ность вольтметра.

4. По данным таблицы 1 установить, в каком классе точности работает проверенный прибор и построить поправочную кривую:

U _обр. = f ( U _пров. )

5. Выполнить проверку амперметра. Для проверки собрать цепь согласно рис. 2. Ток в цепи измерительных при­боров регулировать при помощи

регулируемого автотрансформатора. Показания приборов записать в таблицу 2.

Рис. 2. Схема для проверки амперметра

Таблица 2

№ опыта	Iпров. (А)	I обр. ( А ) (А)		ΔI (А)	γ ( % )	γ прив. ( % )
		при возрас-тании тока	при убыва-нии тока
1
2
3
4
5

7. Вычислить абсолютную, относительную и приведенную погрешности амперметра. Определить класс точности и построить поправочную кривую:

I_обр. = f ( I_пров. ).

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Расчетные формулы с пояснениями.

3. Электрические схемы по рис.1 и рис.2.

4. Таблицы с результатами измерений и расчетных величин.

5. Графики зависимости U _обр = f ( U _пров. ) и I_обр = f( I_пров. ).

6. Заключение о классах точности проверяемых приборов.

Контрольные вопросы

1. К какой системе относятся проверенные приборы, каковы основные достоинства приборов этой системы?

2. Можно ли использовать цепь, изображенную на рис. 2, для проверки амперметра магнитоэлектрической систе­мы?

3. Каким образом можно, пользуясь построенными поправочными кривыми, уточнять показания проверенных приборов?

Литература

1. А.С.Касаткин „Электротехника". М., „Энергия", 1974, стр.321-327,

330-349.

2. А.С. Касаткин, М.В. Немцов. Электротехника. М., Высшая школа, 2000, стр. 338–347.

3. В.В. Яцкевич. „Электротехника", Минск, Ураджай, 1981., стр.69—74.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА И ИСПЫТАНИЕ ИНДУКЦИОННОГО СЧЕТЧИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Цель работы

Изучить устройство и принцип работы индукционного счетчика электроэнергии. Научиться правильно подключать счетчик и производить его проверку.

Элементы теории

Для измерения энергии постоянного тока применяются электродинамичес-кие, энергии переменного тока - индукционные счетчики. Электрические счетчики представляют собой суммирующие приборы и их показания нарастают с течением времени в соответствии с током нагрузки.

Индукционный счётчик переменного тока имеет два электромагнита. Катушка одного электромагнита (Э_U), состоящая из большого числа витков тонкой проволоки (катушка напряжения), включается в сеть параллельно. Проходящий по этой катушке ток I_U и магнитный поток Ф_U электромагнита пропорциональны напряжению. Индуктивность катушки велика, поэтому ток I_U и Ф_U отстают по фазе от напряжения на угол, близкий к 90^о. Поток Ф этой катушки разветвляется на рабочий поток Ф_U и шунтирующий поток Ф_L (рис.1).

Другой электромагнит (Э_I ) снабжен катушкой, состоящей из небольшого числа витков толстой проволоки, рассчитанный на протекание полного тока нагрузки потребителя. Эта катушка называется токовой и включается в цепь последовательно. Проходящий по этой катушке ток нагрузки I создает поток Ф_I , величина которого почти пропор­циональна току, к тому же в магнитной цепи этого электромагнита имеется значительный воздушный зазор. Поток Ф_I отстает по фазе от тока I на небольшой угол. Между полюсами электромагнитов Э_U и Э_I помещен алюминиевый диск Д на оси, укрепленной в подпятни­ках и соединенной со счетным механизмом с помощью червячной передачи. Переменные магнитные потоки электромагнитов Ф_U и Ф_I пересекают

Рис. 1. Принципиальная схема устройства индукционного счетчика

диск и наводят в нем вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов и магнитных полей электромагнитов создается вращающий момент, пропорциональный электрической мощности:

М_вр = К ₁ Р (1)

Этот вращающий момент М_вр вызывает вращение диска; при работе счетчика возникают силы трения оси в подпятнике и в счетном механизме, а также тормозной момент от магнитного успокоителя, поскольку при движении диска в поле постоянного магнита ПМ в нем наводятся еще вихревые токи.

М _торм = К ₂ n (2)

Величину М _торм можно регулировать путем перемещения ПМ тносительно оси вращения диска. При удалении магнита от оси диска М _торм увеличивается. При постоянной нагрузке вращающий и тормозной моменты будут равны по величине М _вр = М _торм (3)

Откуда К ₁ Р = К ₂ n или Р = К ₂ n : К ₁ (4).

Умножим обе части уравнения (4) на одно и то же число, выражающее некоторое время: Р t = n t К₂ / К₁ (5).

Произведение Р·t есть энергия, израсходованная за время t, а произведение nt - выражает количество оборотов диска за время t.

Введем в уравнение (5) следующие обозначения: А = Рt (6) и N = nt (7).

Получим А = NК₂ : К₁ . (8)

Следовательно, израсходованная энергия пропорциональна количеству оборотов диска. Счетный механизм позво­ляет учитывать расход электроэнер-гии в кВт-ч.

Количество электроэнергии, которое учитывает счетчик за время одного оборота диска, называется постоянной счетчика С, имеющей размерность Вт •с/оборот. На шкале счетчика чаще указывается передаточное число (1 кВт-ч =1250 обор. диска), тогда Сн = 1000·3600: 1250 = 2880. Кроме того, на шкале указываются номинальные значения напряжения, тока, частоты и класс точности (1; 2 и 2,5), определяемый по величине наибольшей относительной погрешности: γ = % ( 9 ) ,

С_Д = Р · t : N ( 10 ).

В процессе эксплуатации счетчик периодически должен проверяться. При этом устанавливают класс точности, для чего определяют действительную постоянную С_Д при разных нагрузках и по формуле (9) вычисляют относительную погрешность. Кроме того, проверяется чувствительность счетчика и отсутствие самохода. Для проверки чувстви­тельности счетчик загружают активной нагрузкой при номинальном напряжении.

Счетчик считается исправным, если при токе в 1% от I_ном диск начинает вращаться. Для проверки на отсутствие самохода к счетчику подводят напряжение, равное 110 % от U_ном при выключенной нагрузке. Диск счетчика при этом не должен вращаться. С целью устранения самохода на оси диска закрепляют „тормозной крючок», а к электромагниту напряжения Э_U прикрепляют на этом же уровне с неболь­шим зазором ферромагнитную пластину (тормозной флажок) изогнутой формы. Тогда электромагнитные силы при­тяжения способствуют удержанию диска при появлении метки в окошке счётчика. В схеме устройства счетчика можно отметить несколько второстепен-

ных деталей, служащих для повышения точ­ности его работы. На чувствитель-ность и точность счетчика существенно влияет трение в счетном механизме и оси в подпятниках, особенно при малых нагрузках. Поэтому все счетчики снабжаются компенсаторами трения — в виде короткозамкнутых витков и дополнительных обмоток из 5 – 6 витков изолированного провода на магнитопроводе электромагнита последовательного включения Э_I. Эта обмотка замыкается петлей проволочного сопротивления, изменение которой с помощью шунтирующего зажима (рис.1) приводит к изменению чувствительности счетчика.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с устройством однофазного счетчика по рис. 1, плакату и опытному экземпляру, установленному на стенде.

2. Собрать электрическую цепь для испытания счетчика по рис. 2 .

Рис. 2. Электрическая схема для испытания счётчика.

3. Проверить счетчик на отсутствие самохода, увеличив напряжение автотрансформатором на 110% по сравнению с U_ном (до 242 В).

4. Проверить чувствительность счетчика, для чего включить лампу минимальной мощности тумблером SA₁ при но­минальном напряжении (U_ном=220 В).

5. Определить С_Д при разной величине нагрузки. Для этого включить SA₂ , затем записать показания амперметра, ваттметра (при U_ном = 220 В) и сосчитать 10 оборотов диска (по красной метке), измерив секундомером время. Затем включить SA₃ и повторить опыт и т.д. до полной нагрузки счетчика (до 5 А). Результаты замеров записать в таблицу6. По формуле (9) вычислить относительные погрешности и на основании данных таблицы определить класс точ­ности проверяемого счетчика.

.

№ опыта	Iнагр. (А)	Р (Вт)	t (с)	N (об)	СД Вт·с/об	СН Вт·с/об	γ %
1 2 2
2
3
4
5
6

7. Сделать заключение о пригодности счетчика к эксплуатации.

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Электрическая схема по рис.2.

3. Таблица с результатами опытов и расчетных величин.

4. Расчетные формулы с пояснениями.

5. Заключение о пригодности счетчика.