Тема 5 ДОПОМІЖНІ ВИМІРЮВАЛЬНІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ

5.1 ЗАСОБИ РЕГУЛЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ВИМІРЮВАЛЬНИХ КІЛ

Найменування	Схеми включення	Призначення
1. Змінний резистор (реостат)	для регулювання сили струму: для регулювання напруги	Регулювання сили струму та напруги в вимірювальних колах постійного струму. Для регулювання сили струму резистор включається до кола послідовно. Для регулювання напруги резистор включається паралельно до кола
2. Подільник напруги		Ступенева зміна напруги вимірювального кола
3. Лабораторний автотрансформатор		Плавне регулювання напруги від 0 до 250 В у колах змінного струму

Вимірювальні перетворювачі, які призначені для зміни фізичної величини в задану кількість раз, мають назву масштабні вимірювальні перетворювачі.

До них належать шунти, додаткові резистори, вимірювальні трансформатори струму та напруги, вимірювальні генератори та підсилювачі.

5.2 ШУНТИ ТА ДОДАТКОВІ РЕЗИСТОРИ

Шунт - масштабний вимірювальний перетворювач, призначений для розширення межі вимірювання за струмом, включається паралельно до приладу. Схема включення шунта та амперметра подана а рисунку 1.

Рисунок 1 – Схема включення шунта та амперметра

Опір шунта розраховується за формулою:

(1)

де R_PA - внутрішній опір амперметра, Ом;

I - струм, який необхідно зміряти, А;

I_PA - номінальний струм амперметра, А;

p - коефіцієнт шунтування, що показує в скільки разів необхідно розширити межу вимірювання приладу

Слід зазначити, що шунти, які розраховані на невеликі струми, встановлюються в корпусі амперметра, а розраховані на великі струми - поставляються окремо від приладу і є зовнішніми.

У амперметрах можуть застосуються й багатомежні ступінчасті шунти. Схема включення амперметра та двоступінчатого шунта наведена на рисунку 2:

Рисунок 2 – Схема включення амперметра та двоступінчатого шунта

Опір шунтів в схемі приладу зі ступінчатим включенням визначаються за формулами:

, (2)

, (3)

де p₁, p₂ - коефіцієнти шунтування;

; (4)

(5)

Додатковий резистор - масштабний вимірювальний перетворювач, призначений для розширення межі вимірювання за напругою, включається в коло з приладом. Схема включення додаткового резистора і вольтметра наведена на рисунку 3:

Рисунок 3 – Схема включення додаткового резистора і вольтметра

Опір додаткового резистора розраховується за формулою:

, (6)

де R_PV – внутрішній опір вольтметра, Ом;

n – коефіцієнт додаткового резистора, який показує в скільки разів необхідно розширити межу вимірювання приладу.

Додаткові резистори виготовляються вбудованими в прилад та зовнішніми, одно – та багатомежними ступінчастими.

Схема включення вольтметра і двоступінчатого додаткового резистора наведена на рисунку 4.

Рисунок 4 – Схема включення вольтметра і двоступінчатого

додаткового резистора

Опір додаткових резисторів в схемі приладу зі ступінчастим резистором визначається за формулами:

, (7)

, (8)

де U₁, U₂ - напруга, яку необхідно виміряти, В;

I_PV - номінальний струм вольтметра, А;

5.3 ВИМІРЮВАЛЬНІ ТРАСФОРМАТОРИ СТРУМУ ТА НАПРУГИ

Вимірювальний трансформатор струму - масштабний вимірювальний перетворювач, призначений для перетворення вимірюваних струмів в стандартні і, як наслідок, для розширення меж вимірювання амперметра, обмотки струму ватметра та індукційного лічильника.

До паспортних даних трансформатора струму відноситься:

- тип;

- номінальний первинний струм, А;

- номінальний вторинний струм, А;

- номінальний коефіцієнт трансформації;

- частота або розширена область частот, Гц;

- клас точності;

- номінальне навантаження, Ом;

- коефіцієнт потужності.

Конструктивна схема трансформатора струму наведена на рисунку 5:

Рисунок 5 - Конструктивна схема трансформатора струму

Первинна обмотка трансформатора струму складається з малого числа витків мідного товстого проводу. Контакти первинної обмотки Л1 і Л2 включаються в розрив провідника з вимірюваним струмом.

До контактів вторинної обмотки И1 та И2 трансформатора, число витків якої звичайно більше, ніж первинної, підключають вимірювальні прилади, діапазон яких вимагає розширення за струму. Оскільки опір котушок таких приладів малий, трансформатори струму працюють в умовах, близьких до короткого замикання, тому кількість приладів повинна бути обмежена.

Схема включення трансформатора струму в однофазне коло змінного струму наведена на рисунку 6.

Рисунок 6 - Схема включення трансформатора струму в однофазне коло змінного струму

Трансформатор струму працює таким чином: при проходженні по первинній обмотці струму I₁ в ній створюється сила намагнічування , яка створює змінний магнітний потік Ф₁.

Цей потік перетинає витки вторинної обмотки, наводить в ній ЕРС Е₂ та струм I₂ (якщо прилад підключений до вторинної обмотки). Струм створює силу намагнічування та свій магнітний потік Ф₂. Так як згідно закону Ленца цей потік спрямований назустріч потоку Ф₁ , то сумарний магнітний потік в осерді трансформатора невеликий. Отже в вторинній обмотці виникає невелика ЕРС, яка викликає появу порівняно невеликого вторинного струму I₂ практично при замкнутій на коротко вторинній обмотці. Оскільки опір котушок таких приладів малий, трансформатори струму працюють в умовах, близьких до короткого замикання, тому кількість приладів повинна бути обмежена.

Слід слідкувати, що вторинна обмотка при підключеній первинній не залишалась розімкнутою, тому що:

- при розмиканні вторинного кола зникає зустрічний магнітний потік Ф₂ ;

- по осердю починає проходити великий змінний потік Ф₁, який викликає появу великою ЕРС Е₂ (до тисячі вольт), так як вторинна обмотка має велику кількість витків;

- наявність такої ЕРС може призвести до пробою ізоляції вторинної обмотки, що є небезпечним для обслуговуючого персоналу;

- великий магнітний потік Ф₁ призводить до появи великих вихрових струмів в магнітопроводі;

- магнітопровід починає нагріватися, починає руйнуватися ізоляції обмоток трансформатора.

Слід пам’ятати, що якщо, необхідно відключити вимірювальні прилади, необхідно спочатку за коротити або первинну, або вторинну обмотку трансформатора.

Стандартний ряд номінальних первинних струмів: I_1Н = 0,5 А; 1 А; 2 А; 5 А; 10 А; 20 А; 50 А (для трансформатора струму И54М). Номінальний вторинний струм завжди рівний I_2Н = 5 А.

Номінальний коефіцієнт трансформації трансформатора струму дорівнює відношенню номінального первинного струму кола, до номінального вторинного струму.

Вимірювальний трансформатор напруги - масштабний вимірювальний перетворювач, призначений для перетворення вимірюваної напруги в стандартну і, як наслідок, для розширення меж вимірювання вольтметра, обмотки напруги ватметра та індукційного лічильника.

До паспортних даних трансформатора струму відноситься:

- тип;

- номінальна первинна напруга, В;

- номінальна вторинна напруга, В;

- номінальний коефіцієнт трансформації;

- робоча частота, Гц;

- клас точності;

- випробувальна напруга первинної обмотки, Kv;

- випробувальна напруга вторинної обмотки, kv;

- максимальна потужність, В·А;

- погрішність по коефіцієнту трансформації.

Конструктивна схема трансформатора напруги наведена на рисунку 7.

Рисунок 7 - Конструктивна схема трансформатора напруги

Вимірювальний трансформатор напруги за своєю будовою та принципом дії аналогічний силовому трансформатору. Обмотка вищої напруги включається до кола паралельно, а до вторинної обмотки з меншим числом витків підключаються вимірювальні прилади.

Змінний струм, який протікає по первинній обмотці, призводить до появі в магнітопроводі змінний магнітний потік. Цей потік перетинає витки обмоток первинної та вторинної напруги створює в них ЕРС Е₁ та Е₂.

Під впливом Е₂ в вторинному колі при підключенні приладів протікає струм, сила якого пропорційна напрузі U₁.

Характерною особливістю трансформатора напруги є великий опір приладів, що включаються до вторинного кола, унаслідок чого трансформатор напруги працює в умовах, близьких до холостого ходу.

Схема включення трансформатора напруги до однофазного кола змінного струму наведена на рисунку 8.

Рисунок 8 - Схема включення трансформатора напруги до

однофазного кола змінного струму

Стандартний ряд номінальної первинної напруги: U_1Н = 500 В; 380 В; 380/В (для трансформатора напруги УТН - 1). Стандартний ряд номінальної вторинної напруги: U_2Н = 100 В; 100/В; 100/3 В.

Номінальний коефіцієнт трансформації трансформатора напруги дорівнює відношенню номінальної первинної напруги кола, до номінальної вторинної напруги.