Математика лекции задачи Лекции по электротехнике Теория машин и механизмов Машиностроительное черчение Современные интерьеры архитектура дизайн История искусства Информатика Физика решение задач >

Полупроводниковые диоды Принцип действия полупроводникового индикатора Электронные усилители и генераторы Источники питания электронных устройств Основные понятия и определения в метрологии Измерение тока и напряжения


Лекции по электротехнике Электрические и магнитные цепи

Свойства ферромагнитных материалов Поместим ферромагнитный материал внутри катушки с током. Сначала, с увеличением напряженности намагничивающего поля, магнитная индукция быстро возрастает. Затем, из-за насыщения материала, при дальнейшем увеличении напряженности магнитного поля магнитная индукция почти не меняется. При уменьшении напряженности намагничивающего поля кривая размагничивания не совпадает с кривой намагничивания из-за явления гистерезиса. Явление гистерезиса заключается в том, что изменение магнитной индукции запаздывает от изменения намагничивающего поля. Кривая зависимости B(H), получающаяся при циклическом перемагничивании ферромагнитного материала, называется петлей гистерезиса

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Измерение тока и напряжения

  Измерение и контроль тока и напряжения в условиях агропромышленного производства – наиболее распространенный вид измерений электрических величин. В зависимости от рода, частоты и формы кривой тока применяют те или иные методы и средства измерений и контроля тока и напряжения. Ток и напряжение непосредственно измеряют электромеханическими и цифровыми амперметрами и вольтметрами со стрелочными или цифровыми отсчетными устройствами. Применение метода сравнения с мерой позволяет измерять величины с меньшими погрешностями, чем непосредственно.

 Измерения в цепях постоянного тока. В условиях производства и при научных исследованиях возникает необходимость в измерении и контроле в установках постоянного тока от 10–17 до 106 А и напряжений от 10–7 до 108 В. Для этого используют различные средства.

 Малые токи и напряжения измеряют непосредственно приборами высокой чувствительности - магнитоэлектрическими гальванометрами.

 Постоянные токи не более 200 мА измеряют магнитоэлектрическими миллиамперметрами.

 Непосредственное измерение и контроль напряжений (до 600 В) в установках постоянного тока осуществляют магнитоэлектрическими вольтметрами.

 Для регистрации токов и напряжений в цепях постоянного тока используют самопишущие приборы.

 Измерения в цепях синусоидального тока связаны с определением среднего (средневыпрямленного), действующего (среднего квадратичного) и амплитудного (максимального) значений тока и напряжения. Поскольку все эти значения связаны между собой коэффициентами формы  или  и амплитуды  или , можно измерив одно из них, определить другие. Для измерения средних значений применяют электронные и цифровые приборы. Для измерения действующих значений тока (до 100 А) и напряжения (до 600 В) в цепях синусоидального тока промышленной частоты применяют в основном электромагнитные приборы. Для измерения тока и напряжения в установках с повышенными частотами (например, в установках с ручным инструментом) электромагнитные приборы не используют из-за больших погрешностей измерений. Для этого применяют тепловые, электронные и цифровые приборы. Мгновенные значения токов и напряжений различной формы и частоты регистрируют с помощью самопишущих приборов и электронно-лучевых осциллографов.

 В трехфазных системах токи и напряжения измеряют теми же приборами, что и в однофазных цепях. В симметричной трехфазной системе для контроля линейных токов и напряжений можно использовать один амперметр или вольтметр. В несимметричных системах для контроля линейных напряжений часто применяют один вольтметр с переключателем.

 Независимо от способа и применяемого средства измерений и контроля тока и напряжения результаты измерений содержат погрешности, одна из составляющих которых обусловлена потреблением мощности измерительными приборами. Так, при включении амперметра с сопротивлением  в цепь с напряжением U по цепи протекает ток меньший, чем до включения прибора. Если ток в цепи до включения амперметра  (здесь   – сопротивление цепи без прибора), а после его включения , то относительная погрешность измерения тока

  . (20.1)

 Поэтому для измерения тока следует выбирать амперметр с возможно меньшим сопротивлением, а для измерения напряжения – вольтметр с возможно большим сопротивлением. В этом случае погрешности измерений будут минимальными.

 О влиянии метрологических свойств вольтметров  на оценку качества напряжения можно судить по следующему примеру. Действующими для сельских электрических сетей нормами допускаются колебания напряжения на входе потребителя до ±5 % от номинального. Если для измерения напряжения в сети 220 ± 11 В (с учетом колебания) использовать вольтметр класса точности 1,5 с диапазоном измерений 0...250 В, то он может показать
220 ± 14,75 В, что превышает нормируемое колебание на ± 1,7%.

Измерение сопротивлений

 Сопротивления относятся к числу основных параметров электротехнического оборудования. В практике измерений встречаются установки, в которых требуется измерять сопротивления от 10–8 до 1018 Ом. Их условно разделяют на малые (до 1 Ом), средние (1...106 Ом) и большие (свыше 106 Ом).

  Выбор метода и средства измерения сопротивления в каждом конкретном случае зависит от значения сопротивления, требуемой точности, условий измерений и др.

  Сопротивления постоянному току измеряют непосредственно при помощи приборов прямого преобразования (омметры, мегомметры) и сравнения с мерой (мосты).

 Непосредственно (до нескольких килоом) сопротивления измеряют с помощью омметров. Обычно используют две схемы омметров (рис. 20.1). Различают их по схеме включения миллиамперметра РА, используемом в приборе в качестве показывающего. При замкнутом (рис. 20.1 а) или при разомкнутом (рис. 20.1 б) контакте SA указатель прибора с помощью переменного резистора  устанавливают в нулевое положение. Причем в омметре, собранном по последовательной схеме (рис. 21.1 а), нулевая отметка шкалы расположена справа. После размыкания контакта SA указатель миллиамперметра под действием тока источника переместится на угол, пропорциональный сопротивлению неизвестного резистора .

  а) б)

Рис. 20.1

 Особенностью рассмотренных омметров является зависимость показаний от напряжения источника питания, что требует постоянного контроля нулевого положения перед каждым измерением. 

 Для измерения сопротивлений широко используют мосты постоянного тока. Выбор типа моста и условий его применения зависит от диапазона измеряемых сопротивлений и требуемой точности. При этом решают следующую задачу. Предположим, что резистор с неизвестным сопротивлением  включен в ветвь моста 1-1* (рис. 20.2) при помощи соединительных проводов, сопротивление которых . При этом на сопротивление этой ветви окажет влияние сопротивление ее изоляции . Относительную погрешность измерения сопротивления можно рассчитать по формуле

Рис. 20.2

 . (20.2)

 Если измеряемое сопротивление одного порядка с сопротивлением изоляции, то относительная погрешность измерения

  . (20.3)

 По полученным формулам можно определить границы диапазона измерений моста для требуемой погрешности. Расчеты показывают, что нижняя граница диапазона измерений определяется влиянием сопротивления соединительных проводов, верхняя – обусловлена сопротивлением изоляции ветви моста, в которую включают неизвестный резистор.

 Процесс измерения сопротивлений с помощью моста состоит из двух основных операций: выбор диапазона измерений при помощи переключателя отношения сопротивлений  и уравновешивания моста переменным резистором, включаемым в ветвь . Момент равновесия моста определяют по указателю равновесия (магнитоэлектрический гальванометр или электронный индикатор). Диапазон измерений (отношение) выбирают таким, чтобы использовать все декады (переключатели) резистора , с помощью которого уравновешивают мост. Использование при измерениях сопротивлений всех декад обеспечивает максимальные чувствительность и точность моста. Если порядок измеряемого сопротивления неизвестен, необходимое отношение подбирают опытным путем, определяя при каждом из них возможность уравновешивания моста. При этом для исключения возможного выхода из строя высокочувствительного указателя равновесия его включают кратковременно. Значение измеряемого сопротивления рассчитывают как произведение отношения на показатель сравнения.

 Измерение и контроль сопротивления изоляции. Электрическая изоляция оборудования, находящегося под различными потенциалами (в том числе и по отношению к земле), необходима не только для нормального функционирования оборудования, но и для безопасности обслуживающего персонала. При эксплуатации электрооборудования его изоляция подвергается воздействию различных факторов (особенно в условиях животноводческих помещений, хранилищ сельскохозяйственной продукции, кормоцехов и др.), а также изменению (старению) и повреждению (разрушению). Это требует систематического контроля ее состояния. Сопротивление изоляции оборудования, не находящегося под напряжением, измеряют мегомметром (магнитоэлектрический логометр) с встроенным источником питания.

 Сопротивление изоляции двухпроводной линии можно рассматривать состоящим из двух параллельно соединенных резисторов, распределенных по длине линии. Если двухпроводная линия находится под напряжением, то сопротивление ее изоляции можно контролировать вольтметрами, включенными, как показано на рис. 20.3. Учитывая, что на показания вольтметра, включенного между линией и землей, влияет сопротивление другой линии, и что сопротивление вольтметра меньше сопротивления изоляции, можно записать

  и .

При одинаковом сопротивлении изоляции линий А и В вольтметры показывают одинаковое напряжение, равное напряжению между линиями. Изменение сопротивления изоляции одной из линий вызывает соответствующее изменение показаний вольтметра.

 

Рис. 20.3

21.3. Учет электрической энергии

 Активную и реактивную энергию в однофазных и трехфазных цепях учитывают при помощи интегрирующих индукционных приборов – однофазных и трехфазных счетчиков.

 При включении счетчиков начала последовательных цепей приборов (токовые катушки), обозначаемые буквой Г, включают в разрыв провода, а параллельные цепи (катушки напряжения), начала которых обозначают буквой Н, включают параллельно приемнику энергии. Концы катушек напряжения трехфазных счетчиков обозначают цифрами 1, 2, 3 и 0.

 В однофазных системах активную электрическую энергию учитывают однофазными счетчиками типа СО. Схема включения такого счетчика приведена на рис. 20.4.

 Рис. 20.4

  В трехфазных трехпроводных системах активную энергию учитывают при помощи трехфазных (двухэлементных) счетчиков типа СА3. В трехфазных четырехпроводных системах активную энергию учитывают при помощи трехфазных (трехэлементных) счетчиков типа СА4. В трехфазных (трех- и четырехпроводных) системах реактивную энергию учитывают с помощью трехэлементных счетчиков реактивной энергии типа СР4.

 Трансформаторные подстанции сельских электрических сетей комплектуют трехфазными счетчиками активной и реактивной энергии, включаемыми через измерительные трансформаторы.

Приборы сравнения. Измерительный прибор сравнения – это прибор, предназначенный для получения измерительной информации в результате непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно. Приборами сравнения можно выполнять измерения двумя способами – по показанию прибора при полном уравновешивании (компенсации) воздействия измеряемой величины ее мерой и по воздействию на прибор разности измеряемой величины и меры. 

 Цифровой измерительный прибор – это прибор, автоматически вырабатывающий сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме. Действие цифровых измерительных приборов основано на преобразовании измеряемой аналоговой (непрерывной) величины в соответствующую дискретную с последующей индикацией результатов в виде цифры. Дискретная величина – это величина, в которой измерительная информация содержится не в интенсивности, а в числе элементов сигнала.

Общие свойства измерительных цепей и приборов В агропромышленном производстве необходима информация о нескольких сотнях параметров. При этом значительное число параметров измеряют и контролируют при помощи электрических средств. Это обусловлено рядом особенностей электрических средств – малой инерционностью приборов, возможностью измерения на расстоянии и простотой автоматизации измерений и обработки результатов.

Гальванические преобразователи. Действие гальванических преобразователей основано на явлении возникновения разности потенциалов между двумя электродами, помещенными в электролит, т.е. в этом случае электролитическая ячейка является источником гальванической ЭДС.

Магнитное поле катушки с синусоидальным током При пропускании по обмотке катушки синусоидального тока она создает магнитное поле, вектор индукции которого изменяется (пульсирует) вдоль этой катушки также по синусоидальному закону Мгновенная ориентация вектора магнитной индукции в пространстве зависит от намотки катушки и мгновенного направления тока в ней и определяется по правилу правого буравчика
Работа электрической машины постоянного тока в режиме генератора