методичка по лабораторкам электротехники

Рис. 4. Схема электрическая принципиальная

где I и U – действующее значение тока в неразветвленной части цепи и подводимое напряжение;

IД – ток в ветви с двигателем;

IС – ток в ветви с конденсатором;

Iа – минимальное (резонансное) значение тока в неразветвленной части цепи;

4. Построить векторную диаграмму, показывающую зависимость общего тока от величины емкостного тока IС .

Векторная диаграмма строится следующим образом (рис. 2):

– первоначально за основу берется направление вектора напряжения U (величина не важна);

31

–по направлению вектора напряжения (в фазе с ним) откладывается вектор активного тока Iа ;

–от конца вектора Iа, откладывается вектор индуктивного тока IL , учитывая, что вектор IL отстает от направления вектора напряжения U на 90°; его откладывают вправо на 90° от направления вектора напряжения;

–от конца вектора IL откладываем вектор IС , учитывая, что вектор IС опережает вектор напряжения U на 90°; его откладывают влево на 90° от направления вектора напряжения;

–соединяем начало вектора Iа с концом вектора IС, получаем вектор общего тока I.

5. По данным опыта и вычислений построить кривые: сosφ= (C),

I= (C).

Контрольные вопросы

1.Что такое коэффициент мощности?

2.Каково численное значение коэффициента мощности для цепи с активным сопротивлением, с реактивным сопротивлением?

3.Почему увеличение сosφ в электрических установках является важной технико-экономической задачей?

4.К чему приводит уменьшение сosφ?

5.Почему и как включают конденсаторы для увеличения сosφ?

6.Какие Вы знаете способы повышения сosφ?

РАБОТА № 7

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Цель работы: Ознакомиться с устройством, принципом действия электроизмерительных приборов, их обозначением и определить погрешности.

Общие сведения

Измерением называется процесс сравнения какой-либо величины с величиной того же рода, условно принятой за единицу.

При любых измерениях необходимо пользоваться вполне определенной системой единиц измерений и соответствующими измерительными устройствами.

Устройства, при помощи которых измеряют те или иные электрические величины, называются электроизмерительными приборами. С их помощью производятся испытания различных машин,

32

осуществляется контроль и регулирование разнообразных процессов, а также проверяется правильность многих научных выводов при экспериментах.

В таблице 1 приводятся основные маркировочные знаки, по которым можно судить о целевом назначении прибора, о степени точности измерений, об условиях эксплуатации.

Таблица 1

Основные характеристики электроизмерительных приборов и их обозначения

Условные обозначения Значения маркировочных знаков маркировочных знаков

Все электроизмерительные приборы классифицируются по следующим основным признакам:

а) по целевому назначению: амперметры, вольтметры, омметры, счетчики, ваттметры и др.;

33

б) по роду тока: приборы постоянного тока, переменного тока и приборы постоянного и переменного тока;

в) по принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, электростатические, тепловые, цифровые и др. (табл. 2);

г) по степени точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0

классов.

Таблица 2

Электрические приборы.

Обозначения принципа действия основных систем приборов

34

Погрешности, чувствительность и цена деления при измерениях приборами непосредственной оценки

Абсолютной погрешностью Х прибора называется разность между

шкалы прибора служит относительная погрешность, выраженная в процентах:

Х % = (ΔХ/ХД )·100%.

Для оценки погрешности прибора по всей его шкале введено понятие основной приведенной погрешности, представляющей собой отношение наибольшей абсолютной погрешности к номинальному значению величины, на которую рассчитан прибор:

= (ΔХ/ХН)·100% = (ХИЗ – ХД / ХН)·100%.

Величина, обратная по знаку абсолютной погрешности, носит название поправки: К = – Х = ХД – ХИЗ.

Откуда действительное значение измеряемой величины:

ХД = ХИЗ + К.

Для оценки точности произведенного измерения на данном участке шкалы прибора служит относительная погрешность, выраженная в процентах:

Х % = (ΔХ / ХД) ·100%.

Для оценки погрешности прибора по всей его шкале введено понятие основной приведенной погрешности, представляющей собой отношение наибольшей абсолютной погрешности к номинальному значению величины, на которую рассчитан прибор:

= (ΔХ/ХН )·100% = (ХИЗ – ХД /ХН )·100%.

Наибольшая основная погрешность принята за класс точности и зависит от системы, конструкции, качества материалов, точности градуировки и других факторов.

Чувствительностью прибора называют отношение приращения углового или линейного Δl перемещения указателя прибора в градусах, миллиметрах или просто в делениях шкалы, к соответствующему приращению измеряемой величины. Например, для амперметра чувствительность определяется:

S = /Δl (дел/А).

35

При неравномерной шкале чувствительность прибора на различных участках шкалы различна, так как одному и тому же приращению тока будут соответствовать разные отклонения стрелки прибора.

Величина, обратная чувствительности прибора, называется ценой деления прибора. Например, для амперметра: С = I/S = ΔI/ (А/дел). Цена деления прибора, это величина, на которую должен быть умножен отсчет по шкале в делениях, чтобы получить измеряемую величину.

Конструктивные элементы электроизмерительных приборов

Большинство современных стрелочных электроизмерительных приборов непосредственной оценки имеют много общих механических деталей (рис. 1).

Рис. 1. Схема устройства деталей, общих для приборов непосредственной оценки.

1 – ось, стальной стержень; 2–3 – подпятник; 4 – противодействующая пружина; 5 – стрелка указателя; 6 – балансные грузики; 7 – винт корректора; 8 – поводок корректора

Конструктивно эти приборы построены по общей схеме – состоят из подвижной и неподвижной частей.

Под действием вращающего момента, который зависит от вида системы прибора, перемещается или поворачивается на оси подвижная часть прибора вместе с указательной стрелкой. Вращающий момент уравновешивается противодействующим моментом спиральной пружины 4 (рис. 1) или какого-либо другого механизма. При таком равновесии указатель фиксирует определенный угол поворота. Устанавливая однозначную зависимость между углом поворота указателя и численным значением измеряемой величины, можно построить шкалу, по которой и производить отсчет измеряемой величины. Трение в опорах и о воздух

36

подвижных частей влияет на показания, вносят погрешность. В большинстве случаев подвижная часть прибора крепится на оси в виде тонкого стального стержня. Заостренные концы оси 1 упираются в углубления подпятников 2–3 и называются кернами.

Для установки стрелки прибора на нуль служит корректор. Корректор состоит из эксцентричного винта 7, вмонтированного в корпус прибора и поводка корректора 8. Поворотом винта можно изменить положение поводка корректора и через противодействующую пружину 4 – начальное положение стрелки.

Для устранения параллакса – луч зрения при отсчете должен быть строго перпендикулярным к шкале прибора.

Момент вращения приборов различных систем определяется исходя из принципа действия.

Приборы магнитоэлектрической системы

Принцип действия приборов магнитоэлектрической системы основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с током, протекающим по обмотке легкой подвижной катушки (рамки).

В магнитном поле между полюсными наконечниками постоянного магнита и неподвижным стальным цилиндром может поворачиваться на некоторый угол легкая алюминиевая рамка с катушкой из тонкой проволоки. Проходящий по катушке ток, взаимодействуя с магнитным полем, создает вращающий момент – МВР:

МВР = с·В·I = к·I ,

где к – коэффициент, зависящий от конструкции прибора.

Приборы магнитоэлектрической системы имеют равномерную шкалу. В качестве успокоителя в приборах этой системы используется каркас рамки, в которой индуктируется при движении рамки э.д.с., возникает ток и создается тормозной момент.

Область применения магнитоэлектрических приборов обширна. Они применяются в качестве амперметров и вольтметров постоянного тока как при технических измерениях, так и при контрольных лабораторных измерениях.

Лучшие конструкции этих приборов имеют класс точности 0,2 и позволяют измерять токи от 1 мА до 100 А, а с применением шунта – до нескольких тысяч ампер, вольтметры этой системы дают возможность измерять напряжения от 0,1 до 600 В, а с дополнительным сопротивлением до 10000 В и более.

Приборы магнитоэлектрической системы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими приборами: высокая чувствительность и точность, малое потребление энергии, малое влияние внешних магнитных полей,

37

равномерная шкала. Для переменного тока магнитоэлектрические приборы неприменимы.

Приборы электромагнитной системы

В приборах этой системы поворот оси с указательной стрелкой, обычно, происходит при втягивании сердечника из мягкой стали, внутрь неподвижной катушки, по которой течет ток.

При переменном токе вращающий момент будет пропорционален

квадрату действующего значения тока

МВР = с·I2,

где с – постоянная прибора, зависящая от материала и формы сердечника. В начале шкалы, при малых токах, эти приборы недостаточно чувствительны и шкала сжата, поэтому в электромагнитных приборах часть шкалы, начиная от нуля и до 20% номинального значения, является не рабочей. В приборах этой системы, обычно применяются воздушные

успокоители.

Приборы электромагнитной системы пригодны для измерений в цепях постоянного и переменного токов, но наибольшее распространение они получили для измерения токов и напряжений в цепях переменного тока частотой до 10 кГц. Благодаря простоте и надежности конструкции они широко используются для технических измерений.

В приборах этой системы токи протекают по двум катушкам: одной неподвижной и другой – подвижной, расположенной внутри первой катушки.

Подвижная катушка может поворачиваться в пределах некоторого угла. При изменении взаимного расположения катушек изменяется их взаимная индуктивность. Если взаимная индуктивность изменяется пропорционально углу поворота, то МВР будет пропорционален произведению токов катушек:

МВР = с·I1· I2

В зависимости от схем включения обмоток подвижной и неподвижной катушек приборы электродинамической системы могут применяться в качестве амперметров и ваттметров.

Приборы индукционной системы

В приборах индукционной системы вращающий момент возникает при взаимодействии вращающего магнитного поля с вихревыми токами,

38

индуктируемыми этим полем в подвижном металлическом диске или роторе.

Вращающееся поле в приборах обычно получают при наличии двух переменных магнитных потоков, сдвинутых в пространстве по фазе относительно друг друга. Токи I1 и I2 создают два переменных магнитных потока, оси которых взаимно перпендикулярны.

Как известно из теории переменных токов, если потоки сдвинуты по фазе, то возникает вращающееся магнитное поле. Вращающий момент будет пропорционален произведению магнитных потоков полюсов на

частоту и синус угла: МВР = k· ·Фu·ФI·sin .

В приборах непосредственной оценки противодействующий момент обычно создается при помощи спиральных пружин. При параллельном включении обмоток полюсов на измеряемое напряжение прибор применяется для измерения напряжения, при последовательном включении обмоток – прибор будет служить амперметром.

ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Цифровые измерительные приборы (ЦИП) состоят из (рис. 2): входного усилительного устройства (ВВУ), аналого-цифрового преобразователя (АЦП), который служит для преобразования непрерывного сигнала в цифровой код, генератора импульсов (ГИ), цифровых счетчиков и индикатора ЦСИ, управляющего устройства (УУ) с коммутационными и логическими блоками.

Рис. 2. Принципиальная схема цифрового измерительного прибора

В цифровых измерительных приборах (ЦИП) входной сигнал Х усиливается и преобразуется в дискретный выходной сигнал А в цифровой форме. ЦИП имеют высокую точность, возможность запоминать, передавать на расстояние и вводить в ЭВМ измеряемые величины.

39

Контрольные вопросы

1.Для чего предназначен электроизмерительный прибор?

2.Как подразделяются электроизмерительные приборы?

3.Дайте определение погрешности измерения.

4.Что такое чувствительность и цена деления прибора?

5.Основные конструктивные части приборов.

6.Как создается момент вращения для различного типа приборов?

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Методические указания к лабораторным работам для студентов всех направлений подготовки

Составители: Егоров Л.Я., Захватов Г.И., Никитин Ю.В.

Корректор Л.З. Ханафиева

Издательство Казанского государственного архитектурно-строительного университета

_______________________________________________________________

Отпечатано в полиграфическом секторе Издательства КГАСУ

420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1

40