Экзаменационный билет № 9.
Принцип действия и конструкция электромагнитных приборов, характеристики. Электромагнитные амперметры и вольтметры. Преимущества и недостатки. Измерение переменных токов и напряжений.
Измерение активной мощности в цепях трехфазного тока. Измерение мощности в четырехпроводной цепи с симметричной и несимметричной нагрузкой. Измерение мощности в трехпроводной цепи с симметричной нагрузкой.
1. Принцип действия приборов
этой системы основан на взаимодействии
магнитного поля неподвижной катушки с
током и подвижного ферромагнитного
(обычно пермаллоевого) сердечника,
закрепленного на оси.
Вращающий момент определяется выражением
г
де
i
— ток, протекающий
по катушке ИМ; L
— ее индуктивность.
Установившееся отклонение электромагнитного
прибора согласно выражению (8.2) при
измерении на постоянном токе
Здесь направление отклонения указателя не зависит от полярности подключения измеряемой величины, поскольку она входит в это выражение во второй степени.
При работе на переменном токе
где I
— действующее значение тока в катушке;
—
значение
амплитудно-частотной характеристики
ИМ при аргументе
.
П
оскольку
выпускаемые приборы рассчитаны на
использование в цепях с соотношением
,
Подбором соответствующей
конфигурации сердечника удается получить
зависимость
,
таковой, при которой
шкала прибора близка к линейной, начиная
с одной пятой длины шкалы и до ее конца.
Достоинство электромагнитных приборов заключается в их конструктивной простоте, надежности, хорошей перегрузочной способности, возможности использования как в цепях постоянного, так и переменного токов, невысокой стоимости. К недостаткам можно отнести большое собственное потребление энергии, невысокую чувствительность, сравнительно невысокий класс точности (известны приборы не лучше класса 0,5... 1,0); на постоянном токе вследствие гистерезисных явлений в ферромагнитном сердечнике наблюдается заметная вариация показаний при увеличении и уменьшении измеряемого тока; на показания приборов сказывается размагничивающее действие вихревых токов и тем больше, чем выше частота измеряемой величины; слабое собственное магнитное поле, поэтому для защиты от влияния внешнего магнитного поля электромагнитные ИМ экранируют (более сильное поле обеспечивается у приборов с магнитопроводом).
На базе ИМ этой системы выпускают амперметры с пределами от 10 мА до 200...300 А (непосредственное включение) и вольтметры — от 1,5 до 600 В. Ток полного отклонения подвижной части вольтметров обычно равен 30 мА и лишь на пределах 1,5 и 15 В возрастает до 80... ...100 мА. Преимущественно эти приборы применяются на переменном токе как стационарные приборы классов 0,5; 1,0 и ниже, верхний предел частотного диапазона не превышает 1500...3000 Гц, почти полностью они вытеснили аналогичные приборы других систем.
2. Для измерения активной мощности в цепях 3-х фазного тока можно применить однофазные ваттметры, включая их на соответствующие токи и напряжения, или 3-х фазные ваттметры, объединенные в одном приборе 2 или 3 однофазных измерительных механизма, которые включены в 3-х фазную цепь согласно схемам, аналогичным соответствующим схемам включения однофазных ваттметров.
В 4-х проводной цепи в общем случае несимметрии применяются три однофазных ваттметра, включенных на фазные напряжения и токи (рис.12.4,а). Значение мощности определяется суммой показаний 3-х ваттметров: Р=Р1+Р2+РЗ. При полной симметрии напряжений, токов и фазовых сдвигов между ними можно воспользоваться одним из ваттметров, показание которого следует умножить на 3.
В 3-х проводной цепи при полной симметрии токов и напряжений можно использовать схему (рис 12.4, б), при условии, что нельзя подключиться к нулевой точке и если нагрузка соединена треугольником. В этой схеме резисторы R1, R2 и цепь напряжения ваттметра образуют искусственную нулевую точку. Значения сопротивлений резисторов R1, R2 и цепи напряжения ваттметра должны быть одинаковыми. Показание ваттметра здесь тоже умножается на 3.
