Мороз_Электротехника

101

M Kпр где Kпр - коэффициент, зависящий от жесткости пружины.

пр

Когда вращающий момент станет равным противодействующему, рамка остановится и с тре лк а , закрепленная на оси рамки, покажет измеряемый т о к .

пропорционален величине измеряемого тока в первой степени, следовательно, у магнитно-электрических приборов шкала равномерная. Угол поворота стрелки для вольтметра найдем и з ( 8 . 1 ) , если ток I выразим через напряжение и подставим значение тока в рамке вольтметра

Как было уже п о к а за н о , магнитоэлектрические приборы применяю для измерений в цепях постоянного то к а . Если магнитоэлектрический прибор включать в цепь переменного то к а , то вследствие непрерывного изменения направления вращающего момента при каждом и з менении направления тока стрелка прибора (при частоте 50 Гц) из-за инерции рамки не отклоняется, будут лишь заметны ее незначительные колебания.

8.2 Электродинамические приборы.

Приборы это й серии состоят и з двух катушек ( р и с . 8.3) -неподвижной и подвижной. Подвижная рамка расположена внутри неподвижной катушки. Работа прибора основана на взаимодействии тока, протекающего через подвижную рамку, с магнитным потоком неподвижной катушки. Магнитное поле с индукцией B, создается током неподвижной катушки I , который будет пропорционален измеряемому т о к у I , и та к как магнитный поток замыкается в воздухе, то магнитная индукция всегда пропорциональна измеряемому току:

BKB I

Сосновным полем взаимодействует то к I r , проходящий ч е р е з подвижную

катушку ( р а м к у ) , которая подключена параллельно неподвижной катушке. Ток в рамке пропорционален измеряемому т о к у :

I r KI I

102

Электромагнитная сила взаимодействия

F BLWr I r KB IlWr KI I , где

Wr - число витков в рамке.

Вращающий момент, создаваемый это й силой,

откуда видно, что шкала у э т и х приборов неравномерная. По этому принципу изготавливаются также вольтметры, амперметры, ваттметры.

Поскольку вращающий момент у э т и х приборов пропорционален квадрату то к а , изменение направления тока не приводит к перемене знака момента, поэтому приборы электродинамической системы применяются для измерения электрических величин в цепях как постоянного, так и переменного то к а . В о с н о вн о м д ля и зм е р е н и я м о щ н о с ти а м п е р м е тр ы и во ль тм е тр ы д о р о ж е , т . к . с ло ж н е е , н о р а з ви ва ют то ч н о с т ь 0 ,2 ; 0 ,1 .

103

8 . 3 . Электромагнитные приборы

Принцип действия электромагнитных приборов состоит в том, что в катушку, питаемую измеряемым током, втягивается под действием магнитного поля ( р и с . 8.4 ) лепесток и з сплава со сталью. Втягивающая сила пропорциональна квадрату индукции и , следовательно, квадрату тока. Втягивающая сила создает вращающий момент относительно оси поворота лепестка и стрелки прибора. Когда вращающий момент и момент противодействия пружины станут равными, стрелка остановитс я и покажет силу измеряемого то к а . В электромагнитных приборах, как и в электродинамических, шкала неравномерная, что

Рис. 8.4 являетс я недостатком этих приборов. Второй недостаток электромагнитных приборов - наличие в лепестке остаточного намагничивания, что снижает точность показания. В последнее время применение специальных сплавов для лепестка и выбор рациональной формы его привели к значительному улучшению качества электромагнитных приборов.

По этому принципу и з г о товляются амперметры и вольтметры для измерений на постоянном и переменном то к е .

8.4. Расширение пределов измерений

Иногда появляется необходимость измерения токов или напряжен и й по величине значительно больше тех величин, на которые рассчи таны приборы. Для э то г о прибегают к расширению пределов измерений имеющихся приборов. Для амперметров э т о делается путем подключения параллельно к прибору шунта (активное сопротивление) ( р и с . 8 . 5 ) , а для вольтметров - под-

Схема ( р и с . 8.5 ) эквивалентна двум параллельным ветвям с сопротивлениями в одной ветви rA и в другой Rш .Так как напряжение на двух параллельных

ветвях одинаково, составим уравнение

104

I I A I Ш ; I Ш I I A n5 5

rA 5 Rш (n5 5) откуда по 2-му закону Кирхгофа

rA I A Rm (I I A)

П р и м е р 2 .

И м е е тс я во л ь тм е тр н а с U v н а 3 0 В с вн утр е н н и м с о п р о ти вл е н и е м

rv =2400 Ом. Определить величину добавочного сопротивления к вольтметру для измерения напряжения U=n30=150 В. (n v =5)

Так как вольтметр рассчитан на определенную силу т о к а , которая должна оставаться неизменной, составим уравнение:

Если n=5, то в нашем случае rд =2400 (5-1)=9600 0м.

8.5. Измерение активной мощности

Для измерения мощности в цепях постоянного и переменного тока применяются электродинамические ваттметры, схема включения ко торых показана на рис.8.7 на однофазном токе.

Ваттметры имеют две обмотки: одну неподвижную токовую и дру гую подвижную обмотку напряжения - рамку с добавочным сопротивлением.

Токовая обмотка включается последовательно, как амперметр. Обмотка напряжения включается параллельно, как вольтметр. Токовая обмотка создает достаточное магнитное поле, взаимодействие которого с током в рамке (рамка помещается внутри токовой обмотки) приводит к созданию вращающего момента. Вращающий момент, приложенный к рамке, пропорционален току, напряжению и косинусу угла сдвига между напряжением и током. Когда вращающий момент и противодействующий

105

момент пружины станут равны, подвижная рамка остановится и стрелка покажет мощность

В трехфазных 3х и 4х проводных цепях при равномерной симметричной активной нагрузке можно измерения активной мощности производить в одной фазе одним ваттметром, умножая показания ваттметра на три.

P =3 Pw (рис.8.8).

Рис. 8.8

В случае неравномерной активной нагрузки можно для измерения активной мощности пользоваться двумя ваттметрами, включенными по

106

Pw1 <0, а общая мощность вычисляется, как алгебраическая

P PW 2 PW 1 .

Рис. 8.10

8.5.Измерения реактивной мощности.

1.У нас в стране в однофазных цепях реактивная мощность не измеряется, потому что учёт реактивной энергии на 220 В у нас в стране не производится.

Если нужно в лабораторных условиях измерить Q в однофазной цепи, то применяют следующий метод и схему: измеряют амперметром ток I, вольтметром U, ваттметром активную мощность P.

107

Рис. 8.12

3.Также Q можно определить при симметричной нагрузке в 3-х пр. и 4-х пр. цепи одним ваттметром, включѐнным обмоткой напряжения на линейное напряжение

108

4. При несимметричной нагрузке в 3 пр. и 4 пр. сети Q определяется по сумме показаний 3-х ваттметров, обмотки напряжений которых включены на линейные напряжения чужых фаз