Реферат
по дисциплине: «Методология научных исследований»
На тему«Электрические измерения в сварочных цепях постоянного тока и однофазного переменного. Электрические измерения в трехфазных цепях»
Выполнил ст. гр: МТМ-141
Келлер С.
Проверил: Саяпин Ю. А.
Омск 2015 г.
ВВЕДЕНИЕ. 3
1 ЭЛЕКРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ В СВАРОЧНЫХ ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО И ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКОВ 4
1.1 Общие положения. 4
1.2 Способы измерения. 6
2 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ В ТРЕХФАЗНЫХ ЦЕПЯХ.. 8
2.1 Общие положения. 8
2.2 Приборы для измерения. 9
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 12
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 13
ВВЕДЕНИЕ
Измерение – процесс определения значений переменной, выраженных соответствующей физической величиной. Переменными процесса сварки являются: электрические параметры (напряжение дуги, ток сварки, мощность дуги, электрическое сопротивление дуги, …), скорость подачи электродной проволоки, скорость сварки, температура в заданной точке основного металла, и др. Могут определяться средние значения параметров или их эффективные значения, а также пиковые значения параметра, его частотные характеристики и т.п.
Из всех параметров режима сварки только напряжение дуги не требует использования специальных датчиков и может быть определено прямым измерением с использованием вольтметра. Для того, чтобы измерить скорость подачи электродной проволоки, ток сварки, температуру основного металла, расход защитного газа и т.п. требуется применение соответствующих датчиков.
Цель реферата - раскрыть основы электрических измерений в сварочных цепях постоянного тока и однофазного переменного, а также электрические измерения в трехфазных цепях.
ЭЛЕКРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ В СВАРОЧНЫХ ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО И ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКОВ
Общие положения
Токи и напряжения являются наиболее распространенными электрическими величинами, которые приходится измерять. Этим объясняется широкая номенклатура выпускаемых промышленностью средств измерений токов и напряжений. Выбор средств измерений определяется совокупностью факторов: предполагаемым размером измеряемой величины, родом тока и его частотой, требуемой точностью измерений, условиями проведения эксперимента, влиянием внешних условий и др. Определение значений токов и напряжений в сварочных цепях осуществляется, как правило, прямыми измерениями.
Измерение токов и напряжений всегда сопровождается погрешностью, обусловленной сопротивлением используемого средства измерений. Включение в исследуемую цепь средства измерений искажает режим этой цепи. Например, включение амперметра, имеющего сопротивление R A , в цепь, изображенную на рис.1 г, приводит к тому, что вместо тока I = U/R, который протекал в цепи до включения амперметра, после включения амперметра пойдет ток I 1 = U /(R+R A) Погрешность ∆1 = I 1 - I тем больше, чем больше сопротивление амперметра. Аналогичная погрешность возникает при измерении напряжений. Например, можно показать, что для цепи, представленной на рис. 1а, погрешность A U будет тем больше, чем меньше сопротивление вольтметра. Косвенным показателем сопротивления средств измерений является мощность, потребляемая средством из цепи, в которой производится измерение. Погрешность от искажения режима цепи при измерении токов и напряжений тем меньше, чем меньше мощность, потребляемая средством измерений.
Рисунок - 1. Измерение напряжений (а, б, е), токов (г, д, в), мощности в однофазных (ж, з, и) и трехфазных (к, л) цепях (PV-вольтметр, РА-амперметр, PW-ваттметр, RS-добавочное сопротивление или наружный шунт, Ri-нагрузка, ТА-трансформатор тока, TV-трансформатор напряжения
Среди электромеханических приборов наименьшую мощность потребляют магнитоэлектрические и электростатические приборы. Весь диапазон токов и напряжений можно условно разбить на три поддиапазона: малых, средних и больших значений. Наиболее обеспеченным средством измерений является поддиапазон средних значений (для токов - от единиц миллиампер до десятков ампер, для напряжения - от единиц милливольт до сотен вольт). Величины токов в сварочных цепях относятся к поддиапазону больших значений. Измерения больших токов имеют свои особенности и трудности. Например, использование шунтов при измерении больших постоянных токов приводит часто к тому, что на них рассеивается большая мощность, что может служить источником дополнительных погрешностей. При измерении больших токов большое значение имеет качество контактных соединений, по которым протекает ток. Плохое качество контактного соединения может не только исказить режим цепи, но и привести к обгоранию контактов. При измерении больших токов могут возникнуть погрешности от влияния на средства измерений сильного магнитного поля, создаваемого протекающим током.
Для измерения мощности в цепях постоянного и переменного однофазного токов применяют электродинамические и ферродинамические ваттметры (рис. 1ж). Для измерения мощности при больших токах и напряжениях ваттметры обычно включают через измерительные трансформаторы тока и напряжения (рис.1з,и). Находят применение также косвенные методы измерений мощности постоянного и однофазного переменного токов.
Способы измерения
Для измерения напряжений в цепях постоянного тока (рис. 1а) чаще всего используют приборы магнитоэлектрической системы. Можно использовать приборы электромагнитной и электродинамической систем. При измерениях в цепях переменного тока (рис. 1а) применяют приборы электромагнитной и электродинамической систем. Для расширения диапазо- нов измерений приборов применяют добавочные сопротивления (рис. 16) и трансформаторы напряжения (рис. 1в). Измерение тока (рис. 1г) в цепях постоянного тока выполняют приборами магнитоэлектрической, электромагнитной, ферродинамической и электродинамической систем. При измерениях в цепях переменного тока (рис. 1г) применяют приборы трех последних систем. Для расширения диапазонов измерений применяют шунты (рис. 1 д) и трансформаторы тока (рис. 1е). Измерение мощности в цепях постоянного тока выполняют косвенным методом. Измерив значения тока и напряжения, рассчитывают мощность как произведение указанных величин. Измерение мощности ваттметром в цепях переменного тока возможно при значениях напряжения до 150 В и тока до 5 А. Для расширения пределов измерения ваттметра используют трансформаторы тока и напряжения (добавочные сопротивления) (рис. 1з, и). Активную мощность в трехфазных цепях с нулевым проводом измеряют при помощи трех ваттметров (рис. 1 к) Общая сумма цепи равна сумме мощностей в фазах (сумме показаний ваттметров). При несимметричной нагрузке в цепях без нулевого провода применяют метод двух ваттметров (рис. 1л). В этом случае общая мощность цепи равна алгебраической сумме показаний приборов.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ В ТРЕХФАЗНЫХ ЦЕПЯХ
Общие положения
В несимметричных трехфазных цепях число необходимых средств измерений токов и напряжений соответствует числу измеряемых величин. При измерениях в симметричных трехфазных цепях достаточно произвести измерения только в одной линии (фазе), так как в этом случае все линейные (фазные) токи и напряжения равны между собой. В трехфазной цепи независимо от схемы соединения нагрузки мгновенное значение мощности системы равняется сумме мгновенных значений мощности отдельных фаз:
p = p1 + p2 + p3.
Активная мощность Р за интервал времени ∆t определяется выражением:
где U iф, I iф − фазные напряжения и токи; cos ϕ i − косинус угла фазового сдвига между током и напряжением в фазах нагрузки; T – период изменения переменного напряжения.
Для симметричной трехфазной системы, в которой все фазные и линейные напряжения, токи и углы фазового сдвига между напряжениями и токами равны между собой, уравнение примет вид:
где U л, I л − линейные напряжения и токи; cosϕ − косинус угла фазового сдвига между током и напряжением в фазе нагрузки.
При соединении нагрузки звездой (рис.2, а) мгновенная мощность , где u AN , u BN , u CN – мгновенные значения фазных напряжений; i A , i B , i C − мгновенные значения фазных токов.
Рисунок - 2. Схема измерения активной мощности в трехфазной цепи одним ваттметром при включении нагрузки звездой (а) и треугольником (б)
Учитывая, что i A + i B + i C = 0 , u BC = u BN − u CN , u AB = u AN − u BN , u CA = u CN − u AN , уравнение для мгновенного значения мощности трехфазной системы можно представить в трех формах:
К таким же выводам можно прийти и при включении нагрузки треугольником. Переходя от мгновенных к средним значениям, получаем выражения для активной мощности:
где U AC , U AB и т.д., I A , I B , I C − действующие значения линейных напряжений и токов; β 1 , β 2 и т.д. − углы фазового сдвига между соответствующими токами и напряжениями.
В настоящее время необходимо измерять мощность и энергию постоянного тока, активную мощность и энергию переменного однофазного и трехфазного тока, реактивную мощность и энергию трехфазного переменного тока, мгновенное значение мощности, а также количество электричества в очень широких пределах.
Электрическая мощность определяется работой, совершаемой источником электромагнитного поля в единицу времени.
Активная (поглощаемая электрической цепью) мощность
P a =UIcosj > = I× 2 × R=U 2 /R, (1)
где U, I - действующие значения напряжения и тока; j - угол сдвига фаз.
Реактивная мощность
Р р = UIsin j = I 2 X. (2)
P n = UI=PZ. Эти три типа мощности связаны выражением
P =(Р а 2 +Р 2 р) (3)
Так, мощность измеряется в пределах 1 Вт... 10 ГВт (в цепях постоянного и однофазного переменного тока) с погрешностью ±(0,01...0,1) %, а при СВЧ - с погрешностью ±(1...5) %. Реактивная мощность от единиц вар до Мвар измеряется с погрешностью ±(0,1...0,5)%.
Диапазон измерения электрической энергии определяется диапазонами измерения номинальных токов (1 нА...1О кА) и напряжений (1 мкВ...1 MB), погрешность измерения составляет ±(0,1...2,5)%.
Измерение реактивной энергии представляет интерес только для промышленных трехфазных цепей.
Измерение мощности в цепях постоянного тока. При косвенном измерении мощности используют метод амперметра и вольтметра и компенсационный метод.
Метод амперметра и вольтметра. В этом случае приборы включаются по двум схемам (рис.1).
Метод прост, надежен, экономичен, но обладает рядом существенных недостатков: необходимостью снимать показания по двум
Рис. .1. Схемы измерения мощности по показаниям вольтметра и амперметра при малых (а) и больших (б) сопротивлениях нагрузки
приборам; необходимостью производить вычисления; невысокой точностью за счет суммирования погрешности приборов.
Мощность Р х, вычисленная по показаниям приборов (рис. 1а), имеет вид
Она больше действительного значения мощности, расходуемой в нагрузке Р н, на значение мощности потребления вольтметра Р v , т. е. Р н = Р х – Р v .
Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем больше входное сопротивление вольтметра и меньше сопротивление нагрузки.
Мощность Р х, вычисленная по показаниям приборов (рис 1., б), имеем вид
Она больше действительного значения мощности потребления нагрузки на значение мощности потребления амперметром Р А. Методическая погрешность тем меньше, чем меньше входное сопротивление амперметра и больше сопротивление нагрузки.
Компенсационный метод. Этот метод применяется тогда, когда требуется высокая точность измерения мощности. С помощью компенсатора поочередно измеряется ток нагрузки и падение напряжения на нагрузке. Измеряемая мощность определяется по формуле
P=U н I н. (4)
При прямом измерении активная мощность измеряется электромеханическими (электродинамической и ферродинамической систем), цифровыми и электронными ваттметрами.
Электродинамические ваттметры применяются как переносные приборы для точных измерений мощности (класс 0,1... 2,5) в цепях постоянного и переменного тока с частотой до нескольких тысяч герц.
Ферродинамические щитовые вольтметры применяются в цепях переменного тока промышленной частоты (класс 1,5…2,5).
В широком диапазоне частот применяются цифровые ваттметры, основу
составляют различные преобразователи мощности (например, термоэлектрические), УПТ, микропроцессор и ЦОУ. В цифровых ваттметрах осуществляется автоматический выбор пределов измерений, самокалибровка и предусмотрен внешний интерфейс.
Для измерения мощности в высокочастотных цепях также используются специальные и электронные ваттметры.
Для измерения реактивной мощности на низких частотах служат реактивные ваттметры (варметры), в которых путем использования специальных схем отклонение подвижной части электродинамического ИМ пропорционально реактивной мощности.
Включение электромеханических ваттметров непосредственно в электрическую цепь допустимо при токах нагрузки, не превышающих 10... 20 А, и напряжениях до 600 В. Измерение мощности при больших токах нагрузки и в цепях высокого напряжения производится ваттметром с измерительными трансформаторами тока ТА и напряжения TV (рис..2).
Измерение активной мощности в цепях трехфазного тока. Метод одного ваттметра. Этот метод применяется только в симметричной системе с равномерной нагрузкой фаз, одинаковыми углами сдвига по фазе между векторами I и U и с полной симметрией напряжений (рис..3).
Рис..3. Схемы включения ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь при полной симметрии присоединения нагрузки:
а - звездой; б - треугольником; в ~- с искусственной нулевой точкой
Рис.4. Схемы включения двух ваттметров в трехфазную цепь: а - в 1-ю и 3-ю; б - в 1-ю и 2-ю; в - в 2-ю и 3-ю
На рис. .3, а нагрузка соединена звездой и нулевая точка доступна. На рис.3, б нагрузка соединена треугольником, ваттметр включен в фазу. На рис. .3, в нагрузка соединена треугольником с искусственной нулевой точкой. Искусственная нулевая точка создается с помощью двух резисторов, каждый из которых равен сопротивлению цепи обмотки напряжения ваттметра (обычно указывается в техническом паспорте на ваттметр).
Показания ваттметра будут соответствовать мощности одной фазы, а мощность всей трехфазной сети во всех трех случаях включения прибора будет равна мощности одной фазы, умноженной на три:
Р = 3P w
Метод двух ваттметров. Этот метод применяется в трехфазной трехпроводной цепи независимо от схемы соединения и характера нагрузки как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений. Асимметрия - это система, в которой мощности отдельных фаз различны. Токовые обмотки ваттметров включаются в любые две фазы, а обмотки напряжения включаются на линейные напряжения (рис. 4).
Полная мощность может быть выражена в виде суммы показаний Двух ваттметров. Так, для схемы, представленной на рис..4, а,
где y 1 - угол сдвига фаз между током I 1 и линейным напряжением U 12, y 2 - угол сдвига фаз между током I 3 и линейным напряжением U 32 . В частном случае при симметричной системе напряжений и одинаковой нагрузке фаз y 1 , = 30° - j и y 2 = 30° - j показания ваттметров будут:
При активной нагрузке (j= 0) показания ваттметров будут одинаковы, так как P W ] = P W 2 IUcos30°.
При нагрузке с углом сдвига ср = 60° показания второго ваттметра равны нулю, так как P W 2 = IU cos(30° + j) = IU cos(30° + 60°) = 0, и в этом случае мощность трехфазной цепи измеряется одним ваттметром.
При нагрузке с углом сдвига j > 60° мощность, измеряемая вторым ваттметром, будет отрицательной, так как (30° +j) больше 90°. В этом случае подвижная часть ваттметров повернется в обратную сторону. Для отсчета необходимо изменить на 180° фазу тока в одной из цепей ваттметра. В этом случае мощность цепи трехфазного тока равна разности показаний ваттметров
Метод трех ваттметров. Для измерения мощности трехфазной цепи при несимметричной нагрузке включаются три ваттметра, и общая мощность при наличии нулевого провода будет равна арифметической сумме показаний трех ваттметров. В этом случае каждый ваттметр измеряет мощность одной фазы, показания ваттметра независимо от характера нагрузки будут положительные (параллельная обмотка включается на фазное напряжение, т. е. между линейным проводом и нулевым). Если нулевая точка недоступна и нулевой провод отсутствует, то параллельные цепи приборов могут образовать искусственную нулевую точку при условии, что сопротивления этих цепей равны между собой.
Измерение реактивной мощности в однофазных и трехфазных цепях. Несмотря на то что реактивная мощность не определяет ни совершаемой работы, ни передаваемой энергии за единицу времени, ее измерение также важно. Наличие реактивной мощности приводит к дополнительным потерям электрической энергии в линиях передачи, трансформаторах и генераторах. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивных (вар) как в однофазных, так и в трехфазных трех- и четырехпроводных цепях переменного тока электродинамическими и ферродинамическими или специально предназначенными для измерения реактивной мощности ваттметрами. Отличие реактивного ваттметра от обычного состоит в том, что он имеет усложненную схему параллельной цепи для получения сдвига по фазе, равного 90°
между векторами тока и напряжения этой цепи. Тогда отклонение подвижной части будет пропорционально реактивной мощности Р р = UIsinj. Реактивные ваттметры преимущественно применяются для лабораторных измерений и поверки реактивных счетчиков.
Реактивную мощность в трехфазной симметричной цепи можно измерить и активным ваттметром: для этого –токовая катушка последовательно включается в фазу А, катушка напряжения между фазами В и С.
Измерение мощности в цепях повышенной частоты. С этой целью можно использовать как прямые, так и косвенные измерения и в ряде случаев предпочтительнее могут оказаться косвенные, так как иногда легче измерить ток и напряжение на нагрузке, чем непосредственно мощность. Прямое измерение мощности в цепях повышенных и высоких частот производится термоэлектрическими, электронными ваттметрами, ваттметрами, основанными на эффекте Холла, и цифровыми ваттметрами.
Косвенные измерения осуществляются осциллографическим методом. Он применяется в основном тогда, когда цепь питается напряжением несинусоидальной формы, при высоких частотах, маломощных источниках напряжения и т. д.
Измерение энергии в однофазных и трехфазных цепях. Энергия измеряется электромеханическими и электронными счетчиками электрической энергии. Электронные счетчики электрической энергии обладают лучшими метрологическими характеристиками, большей надежностью и являются перспективными средствами измерений электрической энергии.
4. Измерение фазы и частоты
Фаза характеризует состояние гармонического сигнала в определенный момент времени t. Фазовый угол в начальный момент времени (начало отсчета времени), т.е. при t = 0, называют нулевым (начальным) фазовым сдвигом. Разность фаз Dj измеряют обычно между током и напряжением либо между двумя напряжениями. В первом случае чаще интересуются не самим углом сдвига фаз, а величиной cosj или коэффициентом мощности. Cosj- это косинус того угла, на который опережает или отстает ток нагрузки от напряжения, приложенного к этой нагрузке. Фазовым сдвигом Dj двух гармонических сигналов одинаковой частоты называют модуль разности их начальных фаз Dj =|j 1 - j 2 |. Фазовый сдвиг Dj не зависит от времени, если остаются неизменными начальные фазы j 1 , и j 2 . Разность фаз выражается в радианах или градусах.
Методы измерения угла сдвига фаз. Эти методы зависят от диапазона частот, уровня и формы сигнала, от требуемой точности и Наличия средств измерений. Различают косвенное и прямое изменения угла сдвига фаз.
Косвенное измерение. Такое измерение угла сдвига фаз Между напряжением U и током I в нагрузке в однофазных цепях
осуществляют с помощью трех приборов - вольтметра, амперметра и ваттметра (рис.5). Угол j определяется расчетным путем из найденного значения cosj:
Метод используется обычно на промышленной частоте и обеспечивает невысокую точность из-за методической погрешности, вызванной собственным потреблением приборов, достаточно прост, надежен, экономичен.
В трехфазной симметричной цепи величина cosj может быть определена следующими измерениями:
Мощность, ток и напряжение одной фазы;
Измерение активной мощности методом двух ваттметров;
Измерение реактивной мощности методом двух ваттметров с искусственной нейтральной точкой.
Среди осциллографических методов измерения фазы наибольшее распространение получили методы линейной развертки и эллипса. Осциллографический метод, позволяющий наблюдать и фиксировать исследуемый сигнал в любой момент времени, используется в широком диапазоне частот в маломощных цепях при грубых измерениях (5... 10 %). Метод линейной развертки предполагает применение двухлучевого осциллографа, на горизонтальные пластины которого подают линейное развертывающее напряжение, а на вертикальные пластины - напряжение, между которыми измеряется фазовый сдвиг. Для синусоидальных кривых на экране получаем изображение двух напряжений (рис.6, а) и по измеренным отрезкам АБ и АС вычисляется угол сдвига между ними
где АБ - отрезок между соответствующими точками кривых при переходе их через нуль по оси X; АС - отрезок, соответствующий периоду.
Погрешность измерения j х зависит от погрешности отсчета и фазовой погрешности осциллографа.
 |
| Рис. 5. |
Если вместо линейной развертки использовать синусоидальное развертывающее напряжение, то получаемые на экране фигуры Лиссажу при равных частотах дают на экране осциллографа форму эллипса (Рис. 6б). Угол сдвига j x =arcsin(АБ/ВГ).
Этот метод позволяет измерять j х в пределах 0 90 о без определения знака фазового угла.
Погрешность измерения j х также определяется погрешностью отсчета
Рис..6. Кривые, получаемые на экране двухлучевого осциллографа: при линейной (а) и синусоидальной (б) развертке
и расхождениями в фазовых сдвигах каналов Х и Y осциллографа.
Применение компенсатора переменного тока с калиброванным фазовращателем и электронным осциллографом в качестве индикатора равенства фаз позволяет произвести достаточно точное измерение угла сдвига фаз. Погрешность измерения в этом случае определяется в основном погрешностью используемого фазовращателя.
Прямое измерение. Прямое измерение утла сдвига фаз осуществляют с помощью электродинамических, ферродинамических, электромагнитных, электронных и цифровых фазометров. Наиболее часто из электромеханических фазометров используют электродинамические и электромагнитные логометрические фазометры. Шкала у этих приборов линейная. Используются на диапазоне частот от 50 Гц до 6... 8 кГц. Классы точности - 0,2; 0,5. Для них характерна большая потребляемая мощность 1(5...10 Вт).
В трехфазной симметричной цепи измерение угла сдвига фаз j или cosj осуществляется однофазным или трехфазным фазометрами.
Цифровые фазометры используются в маломощных цепях в диапазоне частот от единиц Гц до 150 МГц, классы точности - 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1,0. В электронно-счетных цифровых фазометрах сдвиг по фазе между двумя напряжениями преобразуется во временной интервал, заполняемый импульсами стабильной частоты с определенным периодом, которые под-считываются электронным счетчиком импульсов. Составляющие погрешности этих приборов: погрешность дискретности, погрешность генератора стабильной частоты, погрешность, зависящая от точности формирования и передачи временного интервала.
Методы измерения частоты. Частота является одной из важнейших характеристик периодического процесса. Определяется числом полных циклов (периодов) изменения сигнала в единицу времени. Диапазон используемых в технике частот очень велик и колеблется от долей герц до десятков. Весь спектр частот подразделяется на два диапазона - низкие и высокие.
Низкие частоты: инфразвуковые - ниже 20 Гц; звуковые - 20...20000 Гц; ультразвуковые - 20...200 кГц.
Высокие частоты: высокие - от 200 кГц до 30 МГц; ультравысокие - 30...300 МГц.
Поэтому выбор метода измерения частоты зависит от диапазона измеряемых частот, необходимой точности измерения, величины и формы напряжения измеряемой частоты, мощности измеряемого сигнала, наличия средств измерений и т.д.
Прямое измерение. Метод основан на применении электромеханических, электронных и цифровых частотомеров.
Электромеханические частотомеры используют измерительный механизм электромагнитной, электродинамической и ферродинамической систем с непосредственным отсчетом частоты по шкале логометрического измерителя. Они просты в устройстве и эксплуатации, надежны, обладают довольно высокой точностью. Их используют в диапазоне частот от 20 до 2500 Гц. Классы точности - 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5.
Электронные частотомеры применяются при измерениях в частотном диапазоне от 10 Гц до нескольких мегагерц, при уровнях входного сигнала 0,5... 200 В. Они имеют большое входное сопротивление, что обеспечивает малое потребление мощности. Классы точности - 0,5; 1,0 и ниже.
Цифровые частотомеры применяются для очень точных измерений в диапазоне 0,01 Гц... 17 ГГц. Источниками погрешности являются погрешность от дискретности и нестабильности кварцевого генератора.
Мостовой метод. Этот метод измерения частоты основан на использовании частотозависимых мостов переменного тока, питаемых напряжением измеряемой частоты. Наиболее распространенной мостовой схемой для измерения частоты является емкостной мост. Мостовой метод измерения частоты применяют для измерения низких частот в пределах 20 Гц... 20 кГц, погрешность измерения составляет 0,5... 1 %.
Косвенное измерение. Метод осуществляется с использованием осциллографов: по интерференционным фигурам (фигурам Лиссажу) и круговой развертки. Методы просты, удобны и достаточно точны. Их применяют в широком диапазоне частот 10 Гц... 20 МГц. Недостатком метода Лиссажу является сложность расшифровки фигур при соотношении фигур более 10 и, следовательно, возрастает погрешность измерения за счет установления истинного отношения частот. При методе круговой развертки погрешность измерения в основном определяется погрешностью квантования основной частоты.
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ВЕЛИЧИН Измерение постоянного тока и напряжения Выбор измерителя обусловлен мощностью объекта... Контрольные вопросы... Приборы каких систем можно использовать для измерения постоянного тока и напряжения...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Один из параметров, который характеризует состояние электрической сети - это ее мощность. Она отражает величину работы, выполняемую электрическим током в единицу времени. Мощность устройств, включаемых в электрическую цепь, должна быть в рамках мощности сети. Иначе возможны неприятные сюрпризы - от выхода из строя оборудования до короткого замыкания и пожара.
Измеряют мощность электрического тока специальным прибором - ваттметром . И если в цепи постоянного тока она рассчитывается простым умножением силы тока на напряжение (достаточно наличия вольтметра и амперметра), то в сети переменного тока без измерительного оборудования не обойтись. Также им контролируют режим работы электрического оборудования и учитывают расход энергии.
Применение
Основная область применения - это электроэнергетическая промышленность и машиностроение, мастерские по ремонту электроприборов. Однако достаточно широко используют и бытовые измерители, которые приобретают любители электроники, компьютеров и просто обыватели - для учета и экономии энергопотребления.
Применяют ваттметры для:
Определения мощности приборов;
Тестирования электрических сетей, и их отдельных участков;
.Испытаний электрических установок (как показывающие приборы);
Контроля работы оборудования;
.Учета расхода электроэнергии .
Типы ваттметров
Измерению мощности предшествует измерение силы тока и напряжения исследуемого участка цепи. В зависимости способов измерения, преобразования данных и показа итоговой информации, ваттметры делятся на аналоговые и цифровые.
Аналоговые ваттметры бывают показывающие и самопишущие и отражают активную мощность участка цепи. Табло показывающего прибора имеет полукруглую шкалу и поворачивающуюся стрелку. Деления шкалы отградуированы в соответствии с определенными величинами мощности, измеряемой в ваттах (Вт).
Цифровые ваттметры измеряют как активную, так и реактивную мощность . Кроме того, на дисплей прибора могут выводиться (кроме показания мощности) также и сила тока, напряжение, и расход энергии по времени. Данные измерений можно вывести удаленно на компьютер оператора.
Устройство и принцип действия
Аналоговые ваттметры
Наиболее распространенными и точными аналоговыми ваттметрами являются приборы электродинамической системы.
Принцип работы основан на взаимодействии двух катушек. Одна из них - неподвижная, имеет толстую обмотку с небольшим числом витков и малое сопротивление. Подключается последовательно с нагрузкой. Вторая катушка - подвижная. Ее намотка выполнена из тонкого провода и имеет большое количество витков, поэтому и сопротивление у нее высокое. Подключается она параллельно нагрузке и снабжается еще добавочным сопротивлением (для исключения короткого замыкания между катушками).
При подключении прибора к сети, в катушках образуются магнитные поля . Их взаимодействие создает вращающий момент, который отклоняет подвижную катушку с подсоединенной к ней стрелкой на определенный угол. Величина угла эквивалентна произведению силы тока и напряжения в данный момент времени.
Цифровые ваттметры
В основе работы цифрового ваттметра лежит предварительное измерение силы тока и напряжения. Для этого на входе устанавливаются: последовательно нагрузке - датчик тока, параллельно - датчик напряжения. Они могут выполняться на базе термисторов, измерительных трансформаторов , термопар и других элементов.
Мгновенные значения полученных величин тока и напряжения посредством аналого-цифрового преобразователя передаются к встроенному микропроцессору. Здесь производятся необходимые вычисления (находится активная и реактивная мощности) и выдаются в виде итоговой информации на дисплей и подключенные внешние устройства.
Рисунок - Схема подключения Ватметра
Подключение
Ваттметры имеют четыре клеммы (2 входа, 2 выхода) для подключения. Две из них используют при сборе последовательной (токовой) цепи - ее подключают первой, а две - для параллельной (цепи напряжения). Начало цепи напряжения (вход) подключают к началу токовой цепи (соединить клеммы перемычкой), соединенному с одним зажимом сети. Конец цепи напряжения (выход) соединяют с другим зажимом сети.
Рассмотрим несколько ваттметров разного исполнения и разных производителей:
1. Многофункциональный цифровой ваттметр СМ3010 класса точности 0,1
Предназначен для измерения активной мощности, тока, напряжения и частоты в цепях постоянного тока и в однофазных цепях переменного тока; для поверки ваттметров, амперметров, класса 0,3 и ниже, частотомеров класса 0,01 и ниже.
Пределы измерения тока Iп:
На постоянном и переменном токе: 0,002-0,005-0,01-0,02-0,05-0,1-0,2-0,5-1-2-5-10 А.
Пределы измерения напряжения Uп:
Постоянный ток: 1-3-7,5-15-30-75-150-300-450-700-1000 В.
Переменный ток: 1-3-7,5-15-30-75-150-300-450-700 В.
Пределы измерения мощности соответственно Uп* Iп
Пределы измерения частоты от 40 до 5000Гц.
Основная погрешность:
Приведенная погрешность измерения тока, напряжения и мощности на постоянном токе ±0,1%;
Приведенная погрешность измерения тока и напряжения на переменном токе в диапазоне частот от 40 до 1500Гц ±0,1%;
Приведенная погрешность измерения мощности на переменном токе в диапазоне частот от 40 до 1000Гц ±0,1%;
Относительная погрешность измерения частоты в диапазоне частот от 40 до 5000Гц ±0,003%;
Габаритные размеры 225х100х205 мм. Масса не более 1кг. Потребляемая мощность не более 5Вт.
Ваттметры многофункциональные СМ3010 выпускаются по ТУ 4221-047-16851585-2014, соответствуют требованиям ТР ТС 004/2011, ТР ТС 020/2011.
Производство - ЗИП-Научприбор.
2. Устройства измерительные ЦП8506-120 (далее - устройства) предназначены для измерения активной, реактивной, активной и реактивной трехфазных трехпро-водных цепей переменного тока, отображения текущего значения измеряемой мощности на цифровом индикаторе и преобразования его в аналоговый выход-ной сигнал (далее - выходной сигнал).
Измеренные значения отображаются в цифровой форме на встроен-ных индикаторах. Отображение измеренных величин на цифровых индикаторах производится в единицах измеряемой величины, поступающей непосредственно на вход устройства, или в единицах измеряемой величины, поступающей на вход трансформаторов тока и напряжения с учетом коэффициентов трансформации, в ваттах, киловаттах, мегаваттах, варах, киловарах, мегаварах. Цифровые индика-торы имеют по четыре значащих разряда.
Назначение ЦП8506-120:
Для измерения активной и реактивной мощности в трехфазных трехпроводных электрических цепях переменного тока частотой от 45 до 55 Гц
Краткие технические характеристики ЦП8506-120 Ваттметр Варметр щитовой цифровой трехфазный:
Коэффициент мощности: для ваттметра cos φ=1, для варметра sin φ=1
Габаритные размеры: 120х120х150 мм
Высота знака: 20 мм
Максимальный диапазон отображения: 9999
Класс точности: 0,5
Время преобразования: не более 0,5 с
Рабочая температура: +5 … +40 град С (О4.1), -40…+50 град С (УХЛ3.1)
Степень защиты по передней панели: IP40
Потребляемая мощность: 5ВА
Масса: не более 1,2 кг
3. Ваттметр Д5085 (Д 5085, Д-5085)
Предназначен для измерения мощности в однофазных цепях переменного и постоянного тока, а также для поверки менее точных приборов.
Габариты не более (205±1,45)х(290±1,6)х(135±2,0) мм.
Класс точности 0,2.
Ваттметры Д5085 предназначены для измерения мощности в однофазных цепях переменного и постоянного тока, а также для поверки менее точных приборов.
Ваттметры Д5085 предназначены для эксплуатации в условиях умеренного климата в закрытых сухих отапливаемых помещениях, при температуре окружающего воздуха от 10 до 35 °С и относительной влажности до 80 % (при 25 °С).
Ваттметры Д5085 -04.1 (тропическое исполнение) предназначены для эксплуатации в условиях как сухого, так и влажного тропического климата в закрытых помещениях с кондиционированным или частично кондиционированным воздухом при температуре окружающего воздуха от 1 до 45 °C и относительной влажности до 80 % при температуре 25 °С (по ГОСТ 15150-69).
Технические данные
Ваттметры Д5085 соответствуют классу точности 0,2 по ГОСТ 8476-78.
Номинальный коэффициент мощности ваттметра - 1,0.
Номинальный ток параллельной цепи ваттметра Д5085 равен (5 ± 0,1) mА. Нормальная область частот ваттметра от 45 до 500 Гц, рабочая область частот - 500-1000 Гц.
Предел допускаемой дополнительной погрешности прибора Ваттметр Д5085, вызванной отклонением напряжения на ± 20 % от номинального значения либо от пределов нормальной области напряжений, при неизменном значении измеряемой мощности равен ± 0,2 % от конечного значения диапазона измерений.
Предел допускаемой дополнительной погрешности прибора Ваттметр Д5085, вызванной отклонением частоты от верхней границы нормальной области до любого значения в рабочей области частот, не превышает ± 0,2 % от конечного значения диапазона измерений.
Предел допускаемой дополнительной погрешности прибора Ваттметр Д5085, вызванной изменением температуры окружающего воздуха от нормальной до любой температуры в пределах рабочих температур на каждые 10 °С изменения температуры, равен ±0,2% от конечного значения диапазона измерений. Нормальная температура - 20±2 °С, если на лицевой части прибора не оговорено иное значение.
