книги из ГПНТБ / Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник

жения может быть получена примерно пропорциональной квадрату действующего значения напряжения, т. е.

Д / а = /сЩ,

если соответствующим образом выбрать характеристику триода га = / (мс ) и начальное сеточное смещение Uco- Таким образом, шкала прибора имеет квадратичный характер.

Так как при Ux = 0 анодный ток лампы не равен нулю, то обычно через выходной прибор пропускают ток компен­ сации iK = ho, направленный встречно.

Электронные вольтметры, имеющие высокую чувстви­ тельность и большое входное сопротивление, широко применяются для измерений в цепях малой мощности, например для радиотехнических измерений.

Отечественная промышленность выпускает большое число различных электронных приборов, например вольт­ метры типа Ф-505 класса точности 1,5 при номинальной области частот 45—5 ООО Гц и многопредельные высоко­ чувствительные миллиамперметры типа Ф-58. Они пред­ назначены для измерений действующих значений напряже­ ний и токов в цепях переменного тока при несинусондальной форме кривых. Приборы представляют собой двухкаскадный усплитель напряжения низкой частоты, на выходе которого включеп электростатический измеритель.

Положительные свойства электропных вольтметров: высокая чувствительность, независимость показаний от частоты и формы кривой измеряемой величины, ничтож­ ная мощность потерь.

Отрицательные свойства: невысокая точность (класс точности 1—2,5), наличие вспомогательного источника питания, необходимость новой градуировки при замене ламп.

Глава четвертая

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

4 - 1 . ТРАНСФОРМАТОРЫ Н А П Р Я Ж Е Н И Я

Измерительные трансформаторы, представляющие собой измерительные преобразователи, делят на транс­ форматоры напряжения и трансформаторы тока. Транс-

110

Отношение действительного значения первичного напряжения Ux к действительному значению вторичного напряжения С/2 называется действительным коэффици­ ентом трансформации трансформатора напряжения к =

=U±/U2. Зная этот коэффициент и измерив вторичное

напряжение вольтметром, можно определить первичное напря­ жение С/х = kU2.

Однако действительный коэф­ фициент трансформации обычно не известен, так как он зави­ сит от режима работы транс­ форматора, т. е. от измеряемого напряжения, от значения и ха­ рактера нагрузки и от частоты переменного тока. Вследствие этого приближенно измеряемое напряжение и\ находят по фор-

где yK = уи — погрешность в коэффициенте трансформа­ ции или погрешность по напряжению.

Угол сдвига 6 между вектором первичного напряжения Ui и повернутым на 180°' вектором вторичного напряже­ ния U2 называется угловой погрешностью трансформатора напряжения (рис. 4-2). Она положительна, если повер­ нутый вектор Е/2 опережает по фазе вектор Uv

№

С угловой погрешностью необходимо считаться при совместной работе трансформатора напряжения с прибо­ рами, показания которых зависят от фазы напряжения, например фазометрами, ваттметрами, счетчиками и т. п.

Погрешности трансформатора напряжения обуслов­ ливаются падениями напряжений в его обмотках. Дейст­ вительно, допустив падения напряжений в обмотках

В этих условиях погрешности по напряжению и угловая равны нулю при всех режимах работы, так как равны

Р и с . 4-3. Кривые погрешностей в коэффициенте трансформации (сплошные) и угловых погрешно­ стей (пунктирные) трансформатора напряжения в зависимости от нагрузкп вторичной цепи при разных cos ф.

по модулям и совпадают по направлению векторы Ux и Ех, а также t72 и Е2.

Погрешности трансформатора обусловлены падениями напряжений в его обмотках, следовательно, те и другие зависят от одних и тех же факторов: сопротивлений обмо­ ток трансформаторов гх, г2, хх, х2; значения и характера нагрузки вторичной цепи (рис. 4-3); тока холостого хода; величины и фазы тока вторичной цепи; первичного напря­ жения и частоты тока (рис. 4-4).

Уменьшение активных сопротивлений обмоток дости­ гается применением проводов сравнительно большого сечения.

Уменьшение реактивных сопротивлений обеспечи­ вается применением малых значений магнитной индукции (0,6—1 Т); применением лучших сортов стали, что, кроме того, приводит к уменьшению тока холостого хода и уменьшению потерь в магнитопроводе.

113

Наибольшая мощность, которую можно полутать от трансформатора без увеличения погрешностей выше допус­ тимых для его класса точности, называется номинальной полной мощностью трансформатора. Она указана заводом на щитке трансформатора. При известном номинальном напряжении трансформатора допустимую нагрузку его можно характеризовать не только номинальной полной мощностью, но и номинальным вторичным током или поми­ нальным сопротивлением вторичной цепи, так как эти величины связаны между собой соотношением

к трансформатору напряжения,' определяется их суммар­

но

0,2

0,1

Рпс. 4-4. Крпвые погрешностей в коэффициенте трансформации (сплошные) и угловых погреш­ ностей (пунктирные) трансформатора напряжения в зависимости от приложенного напряжения прп разных частотах.

ной номинальной полной мощностью, которая не должна превышать номинальную мощность трансформатора при номинальном напряжении.

подключить: 1) электромагнитный вольтметр; 2) параллельную обмотку ферродинамического ваттметра; 3) параллельную обмотку фазометра; 4) параллельную обмотку индукционного счетчика.

Найдя в табл. 1-6 мощности перечисленных приборов и сложив их, получим нагрузку трансформатора:

5 = 6 + 6 + 8 + 4 = 2 4 В - А .

Так как полученная мощность меньше номинальной мощности трансформатора, то подключение указанных приборов к данному трансформатору допустимо,

114

Номинальную мощность трансформатора напряжения не следует смешивать с его максимальной мощностью — наибольшей полной мощностью, которую можно получить от трансформатора, исходя из условий допустимого его иагреваиия.

Схема устройства и включения трехфазного трансфор­ матора напряжения дана на рис. 4-5. На трех стержнях матнитопровода располагаются три первичные и три вто­ ричные обмотки. Первичные обмотки присоединяются к трехфазной цепи, к зажимам вторичных обмоток при­

ния по точности делят на классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1 и 3 (табл. 4-1).

Номинальные данные трансформаторов напряжения даны в табл. 4-2.

По роду изоляции трансформаторы напряжения делят на сухие (для напряжений до 3 кВ) и трансформаторы с заливкой маслом или изолирующей массой (для напря­ жения 3 кВ и выше).

Массы меди и стали трансформатора напряжения увеличиваются примерно пропорционально квадрату его номпнальиого напряжения. Мощность трансформатора с увеличением номинального напряя^ения увеличивается, оставаясь неиспользованной, так как это увеличение обусловливается условиями электрической и механической прочности. Вследствие этого при напряжении 100 кВ и выше применяют трансформаторы с более рациональным

115

использованием материалов. Одним из таких типов яв­ ляется каскадный трансформатор напряжения, в котором напряжение распределяется равномерно на несколько элементов. Например, при каскаде с тремя элементами

116

иноминальном напряжении 110 кВ каждый элемент

Считая массу трансформаторов пропорциональной квад­ рату напряжения, получаем массу трех трансформаторов по 37 кВ — в 3 раза меньшую массы одного трансформа­ тора на НО кВ.

Отечественная промышленность, кроме различных типов промышленных трансформаторов, изготовляет лабо­ раторные трансформаторы с несколькими номинальными первичными и вторичными напряжениями, например трансформатор напряжения типа УТН-1 класса точности 0,2 при и п = 500 -г- 380 В (или 380 В/VS) и при Um = =100-=-100/]/3 В (или 100 В/3).К этой же группе относится трансформатор напряжения типа И-50 класса точности 0,2

вания измеряемых переменных токов в относительно малые токи, не превышающие обычно 5 А. Во вторичную цепь

Трансформатор тока состоит из стального магнитопровода и двух изолированных обмоток

(рис. 4-6). Первичная обмотка, имеющая меньшее число витков, включается в рассечку провода с измеряемым током. Вторичная обмотка с большим числом витков замы­ кается на амперметр и токовые обмотки измерительных

117

приборов, соединенные последовательно, так что сопро­ тивление вторичной внешней цепи мало и обычно не пре­ вышает 1—2 Ом.

Принцип работы трансформатора тока тот же, что и трансформатора напряжения, но в отличие от последнего он работает в условиях, близких к короткому замыканию. Кроме того, первичный ток трансформатора тока не зависит

вичной обмотки, который при разомкнутой вторичной обмотке создает в магнитопроводе номинальный для дан­ ного режима магнитный поток.

При нормальном режиме работы трансформатора тока н. с. /„и^ и магнитный поток в магнитопроводе незна­ чительны, так как этот поток должен наводить во вторич­ ной обмотке незначительную э. д. с , необходимую для покрытия малых активных и реактивных потерь вторичной цепи — трансформатора.

118

создаваемый магнитный поток. В пределе при размыкании вторичной цепи (z2 = оо; / 2 = 0) имеем I2w2 = 0, а 10шг =

При нормальном режиме работы трансформатора тока результирующая и. с. незначительна по сравнению с пер­ вичной н. с , поэтому магнитный поток, который устано­ вится в магнитопроводе при размыкании вторичной цепи, будет во много раз больше нормального магнитного потока, на который рассчитай магнитопровод трансформатора. Значительное увеличение магнитного потока и магнитной индукции приводит к резкому возрастанию потерь в стали, что может вызвать чрезмерный нагрев магнитопровода трансформатора. Кроме того, увеличенный магнитный поток будет индуктировать во вторичной обмотке э. д. с , достигающую опасных значений (до 2 кВ и выше). Из ска­ занного следует, что вторичная цепь работающего транс­ форматора тока всегда должна быть замкнута на токовые

не известен, так как он зависит от режима работы транс­ форматора тока, т. е. от измеряемого тока, значения и характера сопротивления вторичной внешпей цепи и от частоты тока. Вследствие этого пользуются даваемым заводом на щитке трансформатора номинальным коэффи­ циентом трансформации ks = 1п1/1а2, -представляющим отношение номинального первичного тока к номиналь­ ному вторичному току трансформатора. Зная /сн , нахо­ дим приближенное значение измеряемого тока: 1[ =

=кя12.

Погрешность при измерении тока, вызванная примене­ нием трансформатора,

где ук = yi — погрешность в коэффициенте трансформа­ ции или. погрешность по току.

119