Методичка элетротехника 2013

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

СОДЕРЖАНИЕ

Работа 9. Расчет проводов………………………………………………… 105 Приложения………………………………………………………………... 114

Приложение 1. Обозначения условные графические на электрических схемах……………………………………………… 115 Приложение 2. Правила оформления и содержание отчета по лабораторным работам……………………………………………... 120

Приложение 3. Образец титульного листа………………………... 122 Приложение 4. Образцы оформления рисунков в абсолютных и относительных единицах…………………………………………... 123 Приложение 5. Образец анализа полученных результатов и информации о применявшихся приборах и оборудовании……… 124 Приложение 6. Электрическая энергия и ее применение………... 125 Приложение 7. Электрические однофазные цепи синусоидального тока……………………………………………… 129

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

РАБОТА 1

ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

При выполнении лабораторных работ по курсу «Общая электротехника» электроизмерительные приборы служат средством, с помощью которого студенты производят исследования электрических цепей переменного тока, тансформаторов, электрических машин и др. Поэтому, прежде чем приступить к таким исследованиям, необходимо ознакомиться с устройством, принципом действия и классификацией тех электроизмерительных приборов, которые будут использоваться при выполнении лабораторных работ.

1.1. ОБЩИЕ ДЕТАЛИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Корпус прибора служит для крепления к нему других деталей прибора, а также для защиты их от механических повреждений, от пыли и влаги. Современные приборы имеют пластмассовый или металлический корпус.

Зажимы прибора служат для присоединения прибора к электрической цепи, в которой необходимо произвести измерения.

Переключатели служат для изменения пределов измерения у многопредельных приборов, изменения схемы включения обмоток приборов, коэффициента трансформации трансформаторов тока и для других целей. Переключатели бывают поворотными, клавишного или штыревого типа.

Отсчетное устройство прибора состоит из шкалы и указателя.

В приборах с одним диапазоном измерений шкалы проградуированы в единицах измеряемой величины. В приборах с несколькими диапазонами измерений (например, вольтметр с двумя пределами измерений на 150 и 300 В) шкалы выполняют условными, имеющими 75, 100 или 150 делений на шкале.

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В качестве указателя чаще всего применяют стрелки (копьевидные, ножевидные, нитевидные) или световое пятно с чертой. Во избежание параллакса, вызываемого неправильным положением глаза наблюдателя относительно шкалы и стрелки, шкалу дополняют зеркалом. При измерении необходимо добиться такого положения глаза, чтобы стрелка совпала со своим отражением в зеркале. На шкале прибора указывают основные технические и эксплуатационные характеристики прибора, год выпуска, заводской номер, фирменный знак за- вода-изготовителя и другие параметры.

Пружина. Спиральную пружину 3 (рис. 1.1) изготовляют из немагнитных сплавов (бронза). Одним концом ее крепят к оси подвижной части прибора, а другим — к одной из деталей корпуса. Пружина создает момент, направленный противоположно вращающему моменту, под действием которого поворачивается ось подвижной части.

Корректор служит для установки стрелки прибора на нулевую отметку шкалы при отключенном состоянии прибора. Корректировку производят поворотом специального цилиндра 1 (рис. 1.1) с эксцентрично насаженным штифтом, который входит в паз пружинодержателя 2. Этот цилиндр называют корректором. При повороте корректора происходит закручивание или ослабление спиральной пружины, а, следовательно, перемещение стрелки 4 прибора.

Корректор позволяет перемещать стрелку прибора на 6 % от длины шкалы.

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Успокоитель обеспечивает быстрое достижение подвижной частью измерительного механизма (и его видимой части — стрелки) установившегося положения. В настоящее время наиболее широко применяют магнитоиндукционные успокоители, представляющие собой группу цилиндрических магнитов 1 (рис. 1.2), вставленных в пластину из мягкой стали и совместно с ней залитые алюминиевым сплавом. На оси подвижной части прибора закрепляют алюминиевое крыло 2.

При повороте оси магнитное поле постоянных магнитов индуцирует в алюминиевом крыле ЭДС, пропорциональную угловой скорости вращения оси. Под действием ЭДС в крыле возникает

ток i, а взаимодействие магнитного потока Ф и тока i создает успокаивающий момент Мус, который всегда направлен в сторону, противоположную направлению вращения оси.

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ

1. По виду измеряемой величины (или по назначению): ампер-

метр — измеряет ток, вольтметр — измеряет напряжение, ваттметр — измеряет мощность, фазометр — измеряет сдвиг по фазе между напряжением и током, частотомер — измеряет частоту периодических напряжения и тока, счетчик активной энергии — измеряет расход активной энергии и другие.

На шкале прибора пишут полное наименование прибора или начальную латинскую букву единицы измеряемой величины (соот-

6

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ветственно — A, V, W и т. д.), или сочетание латинских букв, обозначающих единицы измеряемой величины, кратные основной, например, mA — миллиамперметр, кV — киловольтметр и т. д.

Условные графические обозначения некоторых электроизмерительных приборов на электрических схемах приведены в табл. 1.1.

2. По роду тока. Условные обозначения на шкале прибора позволяют определить, в цепях какого рода тока можно применять данный прибор (табл. 1.2).

Таблица 1.1

Классификация по виду измеряемой величины

Таблица 1.2

Классификация электроизмерительных приборов по роду тока

3. По классу точности. Действительное значение измеряемой величины может отличаться от полученного из опыта значения. Это отличие может быть обусловлено несовершенством технологии изготовления прибора, конструктивными недостатками, неправильной градуировкой, влиянием различных внешних факторов.

7

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Разность между показанием прибора Х и истинным значением Х0 измеряемой величины называют абсолютной погрешностью измерительного прибора:

= Х – Х0.

В технике электрических измерений вводят понятие приведенной погрешности, под которой понимают отношение абсолютной погрешности к нормирующему (номинальному) значению ХN прибора

где ХN — верхний предел диапазона измерений прибора или арифметическая сумма двух верхних значений диапазона, если нулевая отметка находится внутри диапазона измерений.

Классом точности прибора называют максимальную допустимую приведенную погрешность, выраженную в процентах:

max 100 % .

X N

Класс точности прибора обозначают цифрой, равной допускаемой приведенной погрешности, выраженной в процентах. Выпускают при-

боры следующих классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Цифру, обозначающую класс точности, указывают на шкале прибора.

4. По рабочему положению шкалы прибора. Рабочее положение шкалы прибора указывают на шкале прибора с помощью условных обозначений, приведенных в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Классификация приборов по рабочему положению шкалы

8

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

5.По условиям эксплуатации. По диапазону рабочих температур

иотносительной влажности приборы делят на пять групп. На шкале прибора группу обозначают буквами А, Б, В1, В2, В3.

По степени защиты от внешних магнитных и электрических полей приборы делят на категории I и II. От воздействия внешних полей приборы защищают экранированием измерительного механизма.

По устойчивости к механическим воздействиям приборы подразделяют на группы в зависимости от значения максимального ускорения при тряске или вибрации (м/с2): обыкновенные с повышенной прочностью (ОП), нечувствительные к вибрации (ВН), вибропрочные (ВП), нечувствительные к тряске (ТН), тряскопрочные (ТП) и ударопрочные (У).

6.По физическому принципу действия измерительного механизма прибора, то есть по способу преобразования электрической величины в механическое действие подвижной части прибора.

Различают следующие системы приборов (табл. 1.4).

Таблица 1.4

Классификация приборов по физическому принципу действия

9

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1.3. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

1.3.1. Приборы магнитоэлектрической системы

На рис. 1.3 приведена принципиальная схема прибора с подвижной рамкой. Рамка 1 с обмоткой помещается в зазоре 3 между магнитом 4, расположенным внутри рамки, и магнитным ярмом 5.

Так как воздушный зазор вдоль окружности магнита постоянен, то магнитная индукция В в зазоре также постоянна. Если в витках обмотки рамки существует ток Iр, то на все проводники рамки действует электромагнитная сила, создающая вращающий момент Mвр, пропорциональный току Iр., то есть

Mвр = k Iр .

закручивания

Mпр = m ,

где т — удельный противодействующий момент.

При некотором постоянном значении тока Iр в обмотке рамки вращающий момент также будет постоянным, т. е., Мвр = const. Следовательно, при некотором значении угла противодействующий момент пружины будет равен вращающему моменту: Mпр = Мвр, или m = k Iр . Тогда угол поворота рамки

где с = k/m = const.

10

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Так как стрелка прибора соединена с рамкой, то стрелка прибора поворачивается на такой же угол , что и рамка. Как видно из формулы (1.1), шкала прибора магнитоэлектрической системы равномерная.

Магнитоэлектрические приборы пригодны только для измерения в цепях постоянного тока. При включении их в цепь переменного тока при частотах 50 Гц вращающий момент меняет свое направление 100 раз в секунду, при этом подвижный механизм прибора будет оставаться неподвижным, стрелка прибора будет совпадать с нулевой отметкой на шкале прибора при любом токе в рамке.

Для уменьшения погрешности измерений рамка с обмоткой должна быть легкой. Поэтому обмотку выполняют тонким проводником (обычно диаметр проводов не превышает 0,2 мм) из небольшого числа витков. Если прибор используют как амперметр, то ток в рамке не превышает 100 мА, а если прибор используют как вольтметр — не превышает 10 мА.

При измерении тока I, который в п раз больше тока Iр в рамке прибора, применяют внутренние и наружные шунты (рис. 1.4), сопротивление Rш которых рассчитывают по формуле:

11

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Следовательно, стрелка прибора отклоняется на угол, пропорциональный напряжению, и шкалу прибора можно отградуировать в вольтах.

1.3.2. Приборы электромагнитной системы

Устройство прибора электромагнитной системы показано на рис. 1.5. Неподвижная катушка 5 с током создает магнитное поле, которое намагничивает ферромагнитные пластины 3 и 4.

Подвижная пластина 3 жестко связана с осью 2 прибора, пластина 4 — неподвижная.

При намагничивании пластины образуют два магнита одинаковой полярности, которые стремятся оттолкнуться друг от друга. В результате такого взаимо-

действия подвижная пласти-

Рис. 1.5. Прибор электромагнитной на отталкивается от непо- системы с круглой катушкой

движной и ось 2 поворачивается вместе со стрелкой прибора.

Так как энергия магнитного поля пропорциональна квадрату тока, то вращающий момент, действующий на подвижную часть измерительного механизма, с которой связана стрелка прибора, равен

M в р kI 2 .

Спиральная пружина 7 создает противодействующий момент

M пр mα .

В установившемся режиме Мпр = Мвр или m = kI2, откуда

12