Измерение электрических и магнитных величин. Лабораторный практикум

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие существуют методы исследования ферромагнитных материалов в переменных магнитных полях?

2.Как строится основная кривая намагничивания ферромагнитного материала при использовании метода феррометра?

3.Как строится петля гистерезиса при использовании метода феррометра?

4.В чем различие динамической и статической петель гистерезиса?

5.Каково назначение цепочки RС в осциллографическом методе?

6.Каково назначение фазорегулятора, механического управляемого выпрямителя и катушки взаимной индуктивности в схеме феррометра?

7.Почему для измерения напряжения измерительной обмотки в методе феррометра используется магнитоэлектрический измерительный прибор постоянного тока с выпрямителем, а не вольтметр переменного тока, например электродинамической системы, имеющей, как известно, большую точность?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Шишмарев В.Ю. Средства измерений: учебник. – 4- е изд., стер. – М.: Изд. центр «Академия», 2010. – 320 с.

2.Сигов А.С., Нефедов В.И. Метрология, стандартизация и технические измерения: учебник. – М.: Высш. шк., 2008. – 624 с.

3.Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: учебник. – 2- е изд., перераб. и доп.. – М.: Высш.

шк., 2008. – 213 с.

4.Анцыферов С.С., Голубь Б.И. Общая теория измерений: учебное пособие / Под ред. акад. РАН Н.Н. Евтихиева. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 176 с.

5.Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: учебное пособие / Под общей редакцией Б.Н. Тихонова. – М.: Горячая ли-

ния – Телеком, 2007. – 374 с.

6.Хрусталева З.А. Электротехнические измерения. Задачи и упражнения: учебное пособие. – М.: КНОРУС, 2011. – 256 с.

60

Лабораторная работа № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКЦИОННОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ИНТЕГРИРУЮЩЕГО ТИПА

Цель работы – изучение принципа действия, устройства и характеристик индукционных измерительных преобразователей интегрирующего типа; ознакомление с методами поверки, регулировки и определения погрешностей.

Индукционными являются измерительные механизмы, в которых для создания вращающего момента подвижной части используется взаимодействие потоков неподвижных электромагнитов с токами, индуцированными в подвижной части [1].

Индукционные измерительные преобразователи интегрирующего типа применяются, главным образом, для учета электрической энергии в цепях переменного тока для промышленных целей и бытовых нужд:

Электрические счётчики активной энергии имеют классы точности 1,0; 2,0; 2,5; счётчики реактивной энергии – классы 2,0 и 3,0.

Номинальные токи электрических счётчиков типа СО непосредственного включения имеют следующие значения: 5, 10, 20 А, номинальные напряжения – 127 и 220 В; номинальные токи трансформаторных счётчиков – 1 и 5 А, номинальное напряжение – 100 В.

61

Чувствительность электрических счётчиков при cos φ, равном 1, не превышает 0,5 % от номинальной нагрузки для классов 1,0 и 2,0 и 1 % – для счётчиков классов 2,5 и 3,0.

Вращающий момент электрического счётчика активной энергии равен

последовательной обмотке; φ – угол сдвига фаз между током в последовательной обмотке и напряжением в параллельной обмотке.

Противодействующий момент (в электрическом счётчике он является тормозным) создаётся при помощи постоянного магнита, полюса которого охватывают подвижный элемент счётчика – алюминиевый диск.

Тормозной момент пропорционален скорости вращения диска:

Для компенсации сил трения в счётчике создаётся компенсационный момент: на пути потока параллельного электромагнита помещается латунный винт или медная пластина, которые расщепляют поток на две составляющие и создают дополнительный момент, не зависящий от тока нагрузки.

Если компенсационный момент больше момента сил трения, то будет иметь место «самоход» – вращение диска счётчика без нагрузки (Iнагр = 0). Для устранения самохода нужно уменьшить компенсационный момент или отрегулировать зазор между стальными пластинками на оси диска и на катушке напряжения.

8.1.ЗАДАНИЕ

1.Изучить конструкцию индукционного интегрирующего преобразователя (ИИП) (см. макет счётчика электрической энергии).

2.Проверить счётчик на отсутствие самохода.

62

3.Проверить правильность регулировки внутреннего сдвига ИИП.

4.Определить порог чувствительности ИИП.

5.Проверить правильность установки тормозного момента ИИП.

6.Определить относительную погрешность ИИП.

7.Построить график зависимости погрешности ИИП от тока нагрузки.

8.2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Схема для исследования состоит из следующих элементов:

1)исследуемого преобразователя энергии (W);

2)образцового ваттметра активной мощности (Pd);

3)образцового вольтметра;

4)образцового амперметра;

5)трансформатора тока (ТТ);

6)лабораторного автотрансформатора;

7)фазорегулятора (ФР);

8)секундомера;

9)регулировочного реостата.

Регулировка тока в последовательной обмотке счётчика производится при помощи лабораторного автотрансформатора (ЛАТРа), контроль тока осуществляется по образцовому амперметру, а потребляемой мощности Pd – по ваттметру.

Напряжение на параллельной обмотке счётчика регулируется при помощи реостата в цепи фазорегулятора; контроль осуществляется по образцовому вольтметру. Изменение сдвига фаз между током в последовательной цепи и напряжением параллельной обмотки достигается поворотом ротора фазорегулятора в диапазоне от 0 до 360°; контроль производится по шкале фазорегулятора.

8.3.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Собрать схему (рис. 8.1) для исследования индукционного измерительного преобразователя интегрирующего типа. Установить

63

максимальное сопротивление реостата 1000 Ом в цепи регулирования напряжения на параллельных обмотках счётчика и ваттметра [2].

Рис. 8.1. Схема исследования электрического счётчика

Поставить движок ЛАТРа в нулевое положение (до упора против часовой стрелки), и после проверки схемы лаборантом включить вилку шнура питания ЛАТРа в розетку 220 В.

Установить ток в последовательных обмотках счётчика и ваттметра 5 А по контрольному амперметру, включить трёхфазный рубильник питания фазорегулятора.

Установить напряжение при помощи реостата по контрольному вольтметру 220 В. При этом диск счётчика должен вращаться по часовой стрелке. Если диск вращается в обратную сторону, перевернуть вилку шнура питания ЛАТРа на 180°.

2.Установить cos φ = 1, для чего заметить показание ваттметра и, поворачивая ротор фазорегулятора, добиться максимального значения показаний.

3.Для проверки счётчика на отсутствие самохода необходимо вынуть вилку шнура питания ЛАТРа из розетки и, меняя напряжение на параллельных обмотках счётчика и ваттметра в пределах от 180 до 240 В, наблюдать за диском счётчика: если он не вращается, «самоход» отсутствует; если диск вращается, «самоход» имеется. В последнем случае сообщить лаборанту (самостоятельно устранять «самоход» не следует).

64

4.Для проверки регулировки внутреннего сдвига ИИП необходимо следующее:

– установить номинальное напряжение 220 В, номинальный ток 5 А, cos φ = 1 (как указано в п. 2), заметить показание отсчётного устройства фазорегулятора;

– повернуть ротор фазорегулятора на 90° и добиться установки стрелки ваттметра на нуль активной мощности: если при этом диск счётчика не вращается, внутренний сдвиг настроен правильно; если ваттметр показывает ноль, а диск счетчика вращается, внутренний сдвиг требует регулировки (самостоятельно эту операцию не проводить, позвать лаборанта).

5.Проверить порог чувствительности ИИП (S), т.е. отношение наименьшей мощности, при которой он начинает безостановочно вращаться, к номинальной мощности. Для этой цели необходимо уменьшить ток нагрузки до нуля, а затем плавно увеличивать до 0,5 – 1 % от номинального и следить, при каком значении мощности диск начинает непрерывно вращаться:

6. Для проверки правильности установки тормозного момента ИИП необходимо следующее: установить номинальные значения тока 5 А, напряжения 220 В и cos φ = 1; при заданном числе оборотов диска n (например 20) подсчитать энергию WН, учтённую счётчиком,

65

число, которое указывается на щитке исследуемого счётчика (К = 1200 оборотов на кВт·ч).

Если WН ≠ Wd, то имеет место относительная погрешность счетчика, которая может быть уменьшена изменением положения постоянного магнита относительно диска; приближение магнита к оси диска увеличивает тормозной момент (уменьшает К).

7. Относительная погрешность ИИП определяется по формуле

Здесь Рд – показание ваттметра активной мощности; nt – число оборотов, которое делает диск за время t. В исследуемом счетчике

CH = 1000 Вт · 3600 с/1200 об. = 3000 Вт · с/об.

Определить погрешность для следующих условий: напряжение на параллельной обмотке счётчика 220 В; сдвиг по фазе между током и напряжением равен нулю, токи в последовательной обмотке равны соот-

ветственно 0,5; 1; 2; 3; 4; 5 А.

Результаты измерений свести в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Примечание. Время измеряется за 10 оборотов счётчика при помощи электросекундомера типа ЭМС-54 или ПВ-53щ.

8. Построить график зависимости погрешности счётчика от тока нагрузки для указанных в табл. 8.1 значений тока.

66

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИБОРЫ

1.Ваттметр электродинамической системы класса 0,2 на ток до 10А и напряжение до 300 В.

2.Амперметр электромагнитной системы класса 0,5 на 10 или 5 А.

3.Вольтметр электродинамической системы класса 0,2 на 300 В.

4.Макет счётчика индукционной системы.

5.Фазорегулятор (смонтирован в лабораторном столе).

6.Реостат на 1000 Ом, 0,2 А.

7.Нагрузочный трансформатор.

8.Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие элементы конструкции счётчика служат для создания вращающего момента?

2.Каково назначение тормозного момента в счётчике, как он создаётся?

3.От чего зависит тормозной момент и как он регулируется?

4.Что такое компенсационный момент, как он создаётся, чем регулируется? Что такое «самоход» счётчика?

5.Что называется относительной погрешностью счётчика, как её уменьшить?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Шишмарев В.Ю. Средства измерений: учебник. – 4- е изд., стер. – М.: Изд. центр «Академия», 2010. – 320 с.

2.Сигов А.С., Нефедов В.И. Метрология, стандартизация и технические измерения: учебник. – М.: Высш. шк., 2008. – 624 с.

3.Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: учебник. – 2- е изд., перераб. и доп.. – М.: Высш.

шк., 2008. – 213 с.

4.Анцыферов С.С., Голубь Б.И. Общая теория измерений: учебное пособие / Под ред. акад. РАН Н.Н. Евтихиева. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 176 с.

5.Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: учебное пособие / Под общей редакцией Б.Н. Тихонова. – М.: Горячая ли-

ния – Телеком, 2007. – 374 с.

6.Хрусталева З.А. Электротехнические измерения. Задачи и упражнения: учебное пособие. – М.: КНОРУС, 2011. – 256 с.

67

Учебное издание

КОРГАНОВА Ольга Георгиевна ТАТАРЕНКО Евгений Иванович

Измерение электрических и магнитных величин

Редактор С.И. Костерина Верстка И.О. Миняева

Выпускающий редактор Ю.А. Петропольская

Подписано в печать 17.12.18 Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная Усл. п. л. 3,95. Уч.-изд. л. 3,93.

Тираж 50 экз. Рег. № 208/18

_______________________________________________________________

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Самарский государственный технический университет» 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Главный корпус

Отпечатано в типографии Самарского государственного технического университета

443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Корпус № 8

68