Курсовая работа: Электроизмерительные приборы
следует, что изменение направления тока в какой-либо одной из
катушек приведет к изменению направления поворота подвижной системы на
противоположное. У вольтметров и амперметров взаимное соединение концов обмоток
сделано внутри прибора, а к зажимам прибора выведены только два конца,
подключаемые в цепь (включение ваттметра будет рассмотрено ниже).
Шкалы электродинамических вольтметров и амперметров неравномерны,
так как токи в обоих катушках пропорциональны одной и той же измеряемой
величине: для вольтметра — ток в обоих катушках один и тот же, поэтому
и ,
т.е.
шкала неравномерная (квадратичная); для амперметра ,
где - сопротивления подвижной и
неподвижной катушек. Откуда
, но
= и =, то =.
Точно
также и для :
= k2,
тогда =, т. е. шкала также
квадратичная. Однако на практике
добиваются приблизительно равномерной шкалы в ее рабочей части подбором
взаимного расположения катушек и их формы.На показания электродинамических приборов
могут влиять внешние магнитные поля, так как собственное поле катушек слабое.
Для устранения этого влияния применяют астатические измерительные механизмы:
Приборы электродинамической системы изготовляют и применяют в
основном как переносные лабораторные приборы классов точности 0,1; 0,2 и 0,5.
К достоинствам электродинамических приборов относятся: эольшая
точность, позволяющая применить их в лабораторной лрактике как контрольные, и
пригодность для измерения постоянных и переменных токов, а к недостаткам — неравномерная шкала; большая чувствительность
к перегрузкам (из-за наличия токо-зедущих пружин); влияние внешних магнитных
полей и высокая стоимость.
Приборы
такого типа системы обозначаются следующим образом:.
Электродинамические
ваттметры
Наличие двух катушек у электродинамического прибора и возможность
включения их в две разные цепи позволяет использовать эти приборы для измерения
мощности электрического тока, т. е. как ваттметры.
Из выражения для угла поворота подвижной системы
электродинамического прибора =k, следует, что, если неподвижную катушку включить последовательно
нагрузке Z, а последовательно с подвижной катушкой включить добавочное
сопротивление так, чтобы эту
катушку можно было включать параллельно нагрузке, тогда ток в подвижной катушке
равен
и
,
где
- сопротивление
катушки; -напряжение
на нагрузке; =- постоянная
данного прибора по мощности; -
мощность, потребляемая нагрузкой. Такой прибор называют ваттметром. Его шкала
равномерная. Для измерения электрической мощности в цепях переменного тока
используют ваттметры активной и реактивной мощности.
Ваттметр активной мощности. Если в цепь подвижной катушки включить
активное добавочное сопротивление так, чтобы общее сопротивление этой цепи R было равно
R= (),
тогда при напряжении u в сети и при токе i в нагрузке г
ток
в подвижной катушке равен Мгновенное значение
вращающего момента в этом случае равно
а
среднее за период значение этого момента
откуда
Следовательно, ваттметр с активным добавочным сопротивлением в
цепи подвижной катушки измеряет активную мощность цепи переменного тока. Полученный вывод имеет
простое физическое объяснение.
Если в цепь с индуктивностью включить амперметр, вольтметр и
ваттметр, то , так как подвижная система
вольтметра поворачивается под действием только приложенного напряжения,
независимо от фазы этого напряжения (точнее, под действием тока в катушке,
пропорционального приложенному напряжению), а подвижная часть амперметра
поворачивается под действием только тока в катушке, независимо от фазы этого
тока. Что касается подвижной части (катушки) ваттметра, то она поворачивается
только в том случае, когда токи в обеих катушках не равны нулю, иначе не будет
взаимодействия. Но в рассматриваемой цепи ток подвижной катушки максимален, когда ток в
цепи равен нулю, и наоборот.
Прибор ничего не покажет. Этого и следовало ожидать, так как нагрузка то запасает энергию в
магнитном поле, то возвращает в сеть.
Из графика токов данной цепи с индуктивностью следует, что токи
совпадают по направлению (на графике — по одну сторону от оси времени) только в
течение двух (через одну) четвертей периода за период, а в две другие четверти
периода токи имеют противоположные направления. Это означает, что направление
вращающего момента твр изменяется четыре раза за период. Поэтому
подвижная система ваттметра в течение периода будет испытывать действие четырех
одинаковых по значению, но противоположных по направлению толчков и прибор
ничего не покажет, так как вращающий момент, действующий на подвижную систему,
определяется его средним значением за период.
Если же угол сдвига между токами невелик , то в течение периода
положительные значения вращающего момента mвр сильно превосходят отрицательные (по времени и по значениям) и
подвижная система ваттметра повернется под действием среднего значения реагируя на активную
мощность, потребляемую данном нагрузкой.
Итак, ваттметр показывает активную мощность, потребляемую из сети.
Ваттметр реактивной мощности. В этом ваттметре последовательно с
подвижной катушкой специально включается индуктивное добавочное сопротивление хL такое, что
Пусть
в цепи действует приложенное напряжение и
нагрузка z создаёт ток
.
Тогда
мгновенное значение вращающего момента mвр равно
где
ток в подвижной
катушке можно считать пропорциональным приложенному напряжению u,
но отстающим от него по фазе на :
.
После
подстановки и преобразований получим:
Средне
за период значение вращающего момента равно
.
Отсюда и следует, что ваттметр с индуктивным сопротивлением в цепи
подвижной катушки показывает реактивную мощность цепи переменного тока. Такой
вывод объясняется просто: в случае, например, чисто индуктивной нагрузки, когда
из сети безвозвратно не потребляется энергия, такая схема искусственно сдвигает
фазу тока в подвижной катушке до совпадения с фазой тока в неподвижной, поэтому
ваттметр показывает значение реактивной мощности. Итак, у электродинамического
ваттметра две катушки: одна — токовая, включаемая последовательно нагрузке,
другая— катушка напряжения, включаемая параллельно нагрузке, потребляемую
мощность которой необходимо измерить. Для правильного включения прибора (чтобы стрелка отклонялась в
нужную сторону) один из зажимов его обмотки помечают звездочкой (*); эти зажимы
ваттметра называют генераторными. Их следует подключать к тому зажиму нагрузки,
который соединен с генератором (сетью).
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6 |