Энергетическое образование

1. Сила тока

Амперметр — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют. Поэтому, чем ниже внутреннее сопротивление амперметра (в идеале — 0), тем меньше будет влияние прибора на исследуемый объект, и тем выше будет точность измерения.

Для увеличения предела измерений амперметр снабжается шунтом (для цепей постоянного и переменного тока), трансформатором тока (только для цепей переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей постоянного тока). Комплектное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется «токоизмерительные клещи».

Очень опасно пытаться использовать амперметр в качестве вольтметра (подключать его непосредственно к источнику питания), что может привести к коротким замыканиям!

По конструкции амперметры делятся:

• со стрелочной измерительной головкой без электронных схем;
• со стрелочной измерительной головкой с использованием электронных схем;
• с цифровым индикатором.

Приборы со стрелочной головкой

Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол крена, пропорциональный величине измеряемого тока.

Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.

Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.

Приборы со стрелочной головкой могут снабжаться дополнительными электронными схемами для усиления сигнала, подаваемого на головку (для измерения токов, существенно меньших чем ток полного отклонения головки, который для большинства магнитоэлектрических приборов составляет 50 мкА и более), защиты головки от перегруза и прочее.

Приборы с цифровым индикатором

В последнее время приборы со стрелочной измерительной головкой стали вытесняться приборами с цифровым индикатором на основе жидких кристаллов и светодиодов.

Принцип действия самых распространённых в амперметрах систем измерения:

• В магнитоэлектрической системе прибора крутящий момент стрелки создаётся благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки (вращающий момент). С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента пружины.
• В электромагнитной системе прибора вращающий момент стрелки создаётся между катушкой и подвижным ферромагнитным сердечником, к которому прикрепляется указательная стрелка.
• В электродинамической системе измерительная головка состоит из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействие между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки.

Во всех вышеуказанных системах угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента сопротивления пружины.

В электрической цепи амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при больших токах — через трансформатор тока, магнитный усилитель или шунт. Для измерения токов может также применяться милливольтметр и калиброванный шунт (первичные токи шунтов могут быть выбраны из стандартного ряда, вторичное напряжение стандартизировано — чаще всего 75 мВ). При высоких напряжениях (выше 1000В) — в цепях переменного тока для гальванической развязки амперметров также применяют трансформаторы тока, а цепях постоянного тока — магнитные усилители.

Подключение амперметров в сети постоянного и переменного тока. Как подключить амперметр, чтобы снять показания

Люди часто задаются вопросом, как подключить амперметр в цепь. Чтобы полностью понять, как правильно это делать, стоит остановиться на физических законах протекания тока в электрической цепи. А также — рассмотреть принципы, по которым воздавался такой прибор, как амперметр. Тогда будет полностью ясно, как действовать, когда нужно измерить силу тока.

Физические основы

В методе подключения амперметра и вольтметра к электрической сети лежит закон Ома. Не будем приводить трактовку для полной цепи, где учитывается электродвижущая сила и внутреннее сопротивление источника питания. Чтобы понять, как подключить амперметр в цепь, достаточно будет упрощенного изложения для параллельного и последовательного соединения.

1. При последовательном соединении нагрузки в сети через каждый элемент протекает ток одинаковой силы. При этом падения напряжения на каждом участке пропорциональны его сопротивлению и в сумме равны напряжению на концах цепи.

2. При параллельном соединении на каждом элементе присутствует напряжение, равное приложенному ко всей цепи.

Сила тока, протекающая на каждом из параллельных участков, прямо пропорциональна его сопротивлению.

Из этого краткого изложения закона Ома ясно, что правильный ответ на вопрос «как подключить амперметр в цепь» — методом последовательного включения.

Амперметр и последствия неправильного использования

Для четкого измерения силы тока в цепи, главное качество амперметра должно состоять в том, чтобы оказывать минимальное воздействие на схему в целом. Поэтому прибор делают с минимальным внутренним сопротивлением. Для измерения параметров, которые выходят за пределы устройства, можно использовать трансформаторы тока, снижающие выходные показатели.

Опасность неправильного включения состоит в том, что амперметр просто сгорит. Как подключить амперметр в цепь — имеет значение. Если просто вставить щупы в розетку или касаться точек на плате — скорее всего, результатом будет немного дыма «с запахом гуманитарного образования». Из-за того, что на прибор будет поступать высокое напряжение по закону Ома для параллельного соединения — он просто сгорит.

Включайте прибор только последовательно.

Некоторые методы

В быту можно создать измерительную розетку. Для этого она, грубо, должна прерывать один из проводов, ведущих к устройству. Можно установить ее рядом с уже подключенной. Для этого отсоединяется один провод, присоединяется к измерительной розетке. Второй ее контакт соединяется перемычкой со свободной точкой подключения рабочей розетки. Теперь, включая прибор, можно вставить щупы амперметра в измерительную розетку и посмотреть результат.

В этом, собственно, заключается ответ на вопрос, как подключить амперметр в цепь. Нужно прервать один из проводников в цепи и в этом месте производить измерения. Аналогично работает методика измерения тока в лампочке, например. Если очень нужно сделать быстро — перекусите один провод кусачками и можно производить замер.

Альтернативные методы

Бывают ситуации, когда цепь невозможно разорвать и «вмонтировать» в нее амперметр последовательным включением. В таких случаях используются бесконтактные клещи.

Они замеряют величину электромагнитного поля, которое возникает вокруг проводника. На основании этой оценки делается вывод о величине проходящего тока.

Амперметр. Измерение силы тока — видео

Амперметр это измерительный прибор для определения силы тока, измеряемой в амперах. В соответствии с возможностями прибора, его шкала имеет градуировку, обозначающую микроамперы, миллиамперы, амперы или килоамперы. Для проведения измерений, производится последовательное включение амперметра в с тем участком, где необходимо измерить силу тока. Чтобы увеличить пределы измерений, производится включение амперметра через шунт или трансформатор.

Наиболее распространенной является схема амперметра, где движущаяся стрелка совершает поворот на такой угол наклона, который пропорционален величине измеряемой силы.

Виды амперметров

По своему действию все амперметры разделяются на электромагнитные, магнитоэлектрические, тепловые, электродинамические, детекторные, индукционные, фото- и термоэлектрические. Все они предназначены для измерения силы постоянного или переменного тока. Среди них, наиболее чувствительными и точными, являются электродинамические и магнитоэлектрические амперметры.

Во время работы магнитоэлектрического амперметра, создается крутящий момент, через взаимодействие между полем в и током, проходящим через обмотку рамки. С этой рамкой и соединяется стрелка, движущаяся по шкале. Поворот стрелки осуществляется на величину угла, пропорциональную силе тока.

Устройство амперметра

В состав электродинамического амперметра входят подвижная и неподвижная катушки, соединенные последовательно или параллельно. Токи, проходящие через катушки, взаимодействуют между собой, в результате чего происходит отклонение подвижной катушки, с которой соединяется стрелка. При включении в электрический контур, осуществляется последовательное соединение амперметра с нагрузкой. В случае большой силы тока или высокого напряжения, соединение производится через трансформатор.

Принцип работы

Упрощенная классическая схема амперметра работает следующим образом. Параллельно с постоянным магнитом на оси кронштейна устанавливается стальной якорь со стрелкой. Постоянный магнит, воздействуя на якорь, придает ему магнитные свойства. При этом, расположение якоря проходит вдоль силовых линий, которые также проходят вдоль магнита. Такое положения якоря соответствует нулевому положению стрелки на шкале прибора.

При прохождении тока батареи или генератора по шине, вокруг нее происходит возникновение магнитного потока. Его силовые линии в месте нахождения якоря, перпендикулярны с силовыми линиями в постоянном магните. Создаваемый электрическим током магнитный поток, воздействует на якорь, стремящийся к повороту на 90 градусов. Повернуться относительно исходного положения ему мешает поток, образующийся в постоянном магните.

От того, какой величины и направления электрический ток, проходящий по шине, зависит степень взаимодействия двух магнитных потоков. На такую же величину происходит и отклонение стрелки по шкале, от нулевого деления.

Амперметр: как измерять ток

Всякий вольтметр включается параллельно тому участку цепи, напряжение на котором мы хотим измерить (рис. 89), и поэтому на него ответвляется некоторый ток от основной цепи. При его включении и ток и напряжение в основной цепи несколько изменяются, так как теперь мы имеем уже другую цепь проводников, состоящую из прежних проводников и вольтметра. Присоединив, например, вольтметр с сопротивлением параллельно лампочке, сопротивление которой равно , мы найдем по формуле (50.5) их общее сопротивление :

. (54.1)

Чем больше сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением лампочки , тем меньше отличается общее их сопротивление от и тем меньше искажение, вносимое вольтметром. Мы видим, что вольтметр должен иметь большое сопротивление. Для этого последовательно с его измерительной частью (рамкой, нагревающейся нитью и т. д.) нередко включают дополнительный резистор, имеющий сопротивление несколько тысяч Ом (рис. 90).

Рис. 90. К вольтметру присоединяется последовательно дополнительное сопротивление

В противоположность вольтметру, амперметр всегда включают в цепь последовательно (§ 44). Если сопротивление амперметра равно , а сопротивление цепи равно , то при включении амперметра сопротивление цепи становится равным

. (54.2)

Для того чтобы амперметр не изменял заметно общего сопротивления цепи, собственное его сопротивление, как следует из формулы (54.2), должно быть малым по сравнению с сопротивлением цепи. Поэтому амперметры делают с очень малым сопротивлением (несколько десятых или сотых долей Ома).

54.1. Сопротивление амперметра равно 0,1 Ом. Чему равно напряжение на амперметре, если он показывает силу тока 10 А?

54.2. Сопротивление вольтметра равно 12 кОм. Какой ток проходит через вольтметр, если он показывает напряжение 120 В?

54.3. Вольтметр со шкалой 0-120 В имеет сопротивление 12 кОм. Какое сопротивление и каким способом нужно подключить к этому вольтметру, чтобы им можно было измерять напряжение до 240 В? Начертите схему включения. Изменится ли чувствительность вольтметра в предыдущей задаче, если указанное сопротивление включить параллельно вольтметру?

54.4. Вольтметр, присоединенный к горящей лампочке накаливания, показывает 220 В, а амперметр, измеряющий силу тока в лампочке, -0,5 А. Чему равно сопротивление лампочки? Начертите схему включения вольтметра и амперметра.

С измерением силы тока мы сталкиваемся очень часто. Для того чтобы узнать мощность устройства, сечения кабеля для его питания, нагрев проводов и прочих элементов – это все зависит от силы тока. Для того чтобы непосредственно измерять эту силу, придумали устройство именуемое амперметром. Амперметр подключается в измеряемую цепь только последовательно. Почему? Разберем чуть ниже.

Как известно сила тока это отношение количества зарядов ∆Q, которые прошли через некоторую поверхность за время ∆t. В системе СИ измеряется в амперах А (1 А = 1 Кл/с). Для того чтобы измерять количество прошедших зарядов, амперметр нужно включить в цепь последовательно.

Чтобы минимизировать влияние измерительного сопротивления амперметра и соответственно уменьшить мощность потерь при измерении его делают как можно меньше. Если амперметр с таким внутренним сопротивлением подключить параллельно, то в цепи произойдет короткое замыкание. Пример схемы включения:

Постоянный ток измеряют приборами в диапазоне 10 -3 – 10 2 А, электронными аналоговыми, цифровыми, магнито-электрическими, электромагнитными, электродинамическими приборами — миллиамперметрами и амперметрами. Если ток свыше 100 А применяют шунт:

Шунты как правило, изготавливают на разные токи. Шунт – это медная пластина, имеющая определенное сопротивление. При протекании тока через пластину, на ней, согласно закону Ома U=I*R падает какое-то напряжение, то есть между точками 1 и 2 возникает напряжение, которое будет воздействовать на катушку прибора.

Сопротивление шунта, как правило, подбирают из соотношений:

Где R и – сопротивление измерительной обмотки прибора, — коэффициент шунтирования, I – измеряемый, а I и – максимально допустимый ток измерительного механизма.

Если измеряют переменный ток, то важно знать какое его значение измеряется (амплитудное, среднее, действующее). Это важно, так как все шкалы градуируются обычно в значениях действующих.

Переменные значения выше 100 мкА измеряют обычно выпрямительными микроамперметрами, а ниже 100 мкА – цифровыми микроамперметрами. Для измерений в диапазоне от 10 мА до 100 А используют выпрямительные, электродинамические, электромагнитные приборы, которые работают в диапазоне частот до нескольких десятков килогерц, а также термоэлектрические, частотный диапазон которых — до сотен мегагерц.

Для измерения переменных величин от 100 А и выше используют приборы, но с использованием трансформаторов тока:

Трансформатор тока – это устройство, в котором первичная обмотка подключена к источнику тока (или как видно с рисунка ниже, первичная обмотка «одевается» на шину или кабель), а вторичная на измерительную обмотку какого-либо измерительного устройства (обмотка измерительного устройства или датчика должна иметь малое сопротивление).

Для измерения различного рода токов используют различные методы и средства. Чтобы правильно измерять необходимую величину и не нанести при этом никакого вреда, нужно правильно применять каждый метод измерения.

Измерение тока. Для измерения тока в цепи амперметр 2 (рис. 332, а) или миллиамперметр включают в электрическую цепь последовательно с приемником 3 электрической энергии.

Для того чтобы включение амперметра не оказывало влияния на работу электрических установок и он не создавал больших потерь энергии, амперметры выполняют с малым внутренним сопротивлением. Поэтому практически сопротивление его можно считать равным нулю и пренебрегать вызываемым им падением напряжения. Амперметр можно включать в цепь только последовательно с нагрузкой. Если амперметр подключить непосредственно к источнику 1, то через катушку прибора пойдет очень большой ток (сопротивление амперметра мало) и она сгорит.

Для расширения пределов измерения амперметров, предназначенных для работы в цепях постоянного тока, их включают в цепь параллельно шунту 4 (рис. 332,б). При этом через прибор проходит только часть I А измеряемого тока I, обратно пропорциональная его сопротивлению R А. Бо льшая часть I ш этого тока проходит через шунт. Прибор измеряет падение напряжения на шунте, зависящее от проходящего через шунт тока, т. е. используется в качестве милливольтметра. Шкала прибора градуируется в амперах. Зная сопротивления прибора R A и шунта R ш можно по току I А, фиксируемому прибором, определить измеряемый ток:

I = I А (R А +R ш)/R ш = I А n (105)

где n = I/I А = (R A + R ш)/R ш — коэффициент шунтирования. Его обычно выбирают равным или кратным 10. Сопротивление шунта, необходимое для измерения тока I, в n раз большего, чем ток прибора I А,

R ш = R A /(n-1) (106)

Конструктивно шунты либо монтируют в корпус прибора (шунты на токи до 50 А), либо устанавливают вне его и соединяют с прибором проводами. Если прибор предназначен для постоянной работы с шунтом, то шкала его градуируется сразу в значениях измеряемого тока с учетом коэффициента шунтирования и никаких расчетов для определения тока выполнять не требуется. В случае применения наружных (отдельных от приборов) шунтов на них указывают номинальный ток, на который они рассчитаны, и номинальное напряжение на зажимах (калиброванные шунты). Согласно стандартам это напряжение может быть равно 45, 75, 100 и 150 мВ. Шунты подбирают к приборам так, чтобы при номинальном напряжении на зажимах шунта стрелка прибора отклонялась на всю шкалу. Следовательно, номинальные напряжения прибора и шунта должны быть одинаковыми. Имеются также индивидуальные шунты, предназначенные для работы с определенным прибором. Шунты делят на пять классов точности (0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5). Обозначение класса соответствует допустимой погрешности в процентах.

Для того чтобы повышение температуры шунта при прохождении по нему тока не оказывало влияния на показания прибора, шунты изготовляют из материалов с большим удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом (константан, манганин, никелин и пр.). Для уменьшения влияния температуры на показания амперметра последовательно с катушкой прибора в некоторых случаях включают добавочный резистор из констан-тана или другого подобного материала.

Измерение напряжения. Для измерения напряжения U, действующего между какими-либо двумя точками электрической цепи, вольтметр 2 (рис. 332, в) присоединяют к этим точкам, т. е. параллельно источнику 1 электрической энергии или приемнику 3.

Для того чтобы включение вольтметра не оказывало влияния на работу электрических установок и он не создавал больших потерь энергии, вольтметры выполняют с большим сопротивлением. Поэтому практически можно пренебрегать проходящим по вольтметру током.

Для расширения пределов измерения вольтметров последовательно с обмоткой прибора включают добавочный резистор 4 (R д) (рис. 332,г). При этом на прибор приходится лишь часть U v измеряемого напряжения U, пропорциональная сопротивлению прибора R v .

Зная сопротивление добавочного резистора и вольтметра, можно по значению напряжения U v , фиксируемого вольтметром, определить напряжение, действующее в цепи:

U = (R v +R д )/R v * U v = nU v (107)

Величина n = U/U v =(R v +R д)/R v показывает, во сколько раз измеряемое напряжение U больше напряжения U v , приходящегося на прибор, т. е. во сколько раз увеличивается предел измерения напряжения вольтметром при применении добавочного резистора.

Сопротивление добавочного резистора, необходимое для измерения напряжения U, в п раз большего напряжения прибора Uv, определяется по формуле R д =(n- 1) R v .

Добавочный резистор может встраиваться в прибор и одновременно использоваться для уменьшения влияния температуры окружающей среды на показания прибора. Для этой цели резистор выполняется из материала, имеющего малый температурный коэффициент, и его сопротивление значительно превышает сопротивление катушки, вследствие чего общее сопротивление прибора становится почти независимым от изменения температуры. По точности добавочные резисторы подразделяются на те же классы точности, что и шунты.

Делители напряжения. Для расширения пределов измерения вольтметров применяют также делители напряжения. Они позволяют уменьшить подлежащее измерению напряжение до значения, соответствующего номинальному напряжению данного вольтметра (предельного напряжения на его шкале). Отношение входного напряжения делителя U 1 к выходному U 2 (рис. 333, а) называется коэффициентом деления . При холостом ходе U 1 /U 2 = (R 1 +R 2)/R2 = 1 + R 1 /R 2 . В делителях напряжения это отношение может быть выбрано равным 10, 100, 500 и т. д. в зависимости от того, к каким

выводам делителя подключен вольтметр (рис. 333,б). Делитель напряжения вносит малую погрешность в измерения только в том случае, если сопротивление вольтметра R v достаточно велико (ток, проходящий через делитель, мал), а сопротивление источника, к которому подключен делитель, мало.

Измерительные трансформаторы. Для включения электроизмерительных приборов в цепи переменного тока служат измерительные трансформаторы, обеспечивающие безопасность обслуживающего персонала при выполнении электрических измерений в цепях высокого напряжения. Включение электроизмерительных приборов в эти цепи без таких трансформаторов запрещается правилами техники безопасности. Кроме того, измерительные трансформаторы расширяют пределы измерения приборов, т. е. позволяют измерять большие токи и напряжения с помощью несложных приборов, рассчитанных для измерения малых токов и напряжений.

Измерительные трансформаторы подразделяют на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Трансформатор напряжения 1 (рис. 334, а) служит для подключения вольтметров и других приборов, которые должны реагировать на напряжение. Его выполняют, как обычный двухобмоточный понижающий трансформатор: первичную обмотку подключают к двум точкам, между которыми требуется измерить напряжение, а вторичную — к вольтметру 2.

На схемах измерительный трансформатор напряжения изображают как обычный трансформатор (на рис. 334, а показано в круге).

Так как сопротивление обмотки вольтметра, подключаемого к трансформатору напряжения, велико, трансформатор практически работает в режиме холостого хода, и можно с достаточной степенью точности считать, что напряжения U 1 и U 2 на первичной и вторичной обмотках будут прямо пропорциональны числу витков? 1 и? 2 обеих обмоток трансформатора, т. е.

U 1 /U 2 = ? 1 /? 2 = n (108)

Таким образом, подобрав соответствующее число витков? 1 и? 2 обмоток трансформатора, можно измерять высокие напряжения, подавая на электроизмерительный прибор небольшие напряжения.

Напряжение U 1 может быть определено умножением измеренного вторичного напряжения U 2 на коэффициент трансформации трансформатора n.

Вольтметры, предназначенные для постоянной работы с трансформаторами напряжения, градуируют на заводе с учетом коэффициента трансформации, и значения измеряемого напряжения могут быть непосредственно отсчитаны по шкале прибора.

Для предотвращения опасности поражения обслуживающего персонала электрическим током в случае повреждения изоляции трансформатора один выэод его вторичной обмотки и стальной кожух трансформатора должны быть заземлены.

Трансформатор тока 3 (рис. 334,б) служит для подключения амперметров и других приборов, которые должны реагировать на протекающий по цепи переменный ток. Его выполняют в виде

обычного двухобмоточного повышающего трансформатора; первичную обмотку включают последовательно в цепь измеряемого тока, к вторичной обмотке подключают амперметр 4.

Схемное обозначение измерительных трансформаторов тока показано на рис. 334, б в круге.

Так как сопротивление обмотки амперметра, подключаемого к трансформатору тока, обычно мало, трансформатор практически работает в режиме короткого замыкания, и с достаточной степенью точности можно считать, что токи I 1 и I 2 , проходящие по его обмоткам, будут обратно пропорциональны числу витков? 1 и? 2 этих обмоток, т.е.

I 1 /I 2 = ? 1 /? 2 = n (109)

Следовательно, подобрав соответствующим образом число витков? 1 и? 2 обмоток трансформатора, можно измерять большие токи I 1 , пропуская через электроизмерительный прибор малые токи I 2 . Ток I 1 может быть при этом определен умножением измеренного вторичного тока I 2 на величину n.

Амперметры, предназначенные для постоянной работы совместно с трансформаторами тока, градуируют на заводе с учетом коэффициента трансформации, и значения измеряемого тока I 1 могут быть непосредственно отсчитаны по шкале прибора.

Для предотвращения опасности поражения обслуживающего персонала электрическим током в случае повреждения изоляции трансформатора один из зажимов вторичной обмотки и кожух трансформатора заземляют.

На э. п. с. применяют так называемые проходные трансформаторы тока (рис. 335). В таком трансформаторе магнитопровод 3 и вторичная обмотка 2 смонтированы на проходном изоляторе 4, служащем для ввода высокого напряжения в кузов, а роль первичной обмотки трансформатора выполняет медный стержень 1, проходящий внутри изолятора.

Условия работы трансформаторов тока отличаются от обычных. Например, размыкание вторичной обмотки трансформатора тока при включенной первичной обмотке недопустимо, так как это вызовет значительное увеличение магнитного потока и, как следствие, температуры сердечника и обмотки трансформатора, т. е. выход его из строя. Кроме того, в разомкнутой вторичной обмотке трансформатора может индуцироваться большая э. д. с, опасная для персонала, производящего измерения.

При включении приборов посредством измерительных трансформаторов возникают погрешности двух видов: погрешность в коэффициенте трансформации и угловая погрешность (при изменениях напряжения или тока отношенияU 1 /U 2 и I 1 /I 2 несколько изменяются и угол сдвига фаз между первичным и вторичным напряжениями и токами отклоняется от 180°). Эти погрешности возрастают при нагрузке трансформатора свыше номинальной. Угловая погрешность оказывает влияние на результаты измере-

ний приборами, показания которых зависят от угла сдвига фаз между напряжением и током (например, ваттметров, счетчиков электрической энергии и пр.). В зависимости от допускаемых погрешностей измерительные трансформаторы подразделяют по классам точности. Класс точности (0,2; 0,5; 1 и т. д.) соответствует наибольшей допускаемой погрешности в коэффициенте трансформации в процентах от его номинального значения.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ПРЕИМУЩЕСТВА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

 

Что такое измерительный трансформатор?

Измерительные трансформаторы — тип трансформатора, используемого в системе переменного тока для измерения электрических величин, таких как напряжение, ток, мощность, энергия, коэффициент мощности, частота. Измерительные трансформаторы также оснащены защитными реле для защиты энергосистемы.

Измерительные трансформаторы имеют основную функцию снижения напряжения и тока системы переменного тока. Уровень тока и напряжения энергосистемы относительно высок. Очень сложно и дорого разработать измерительные приборы для измерения тока и напряжения такого высокого уровня. Как правило, измерительные приборы рассчитаны на 110 В и 5 А

Измерение таких очень больших электрических величин возможно с помощью измерительных трансформаторов, оснащенных этими измерительными приборами малого номинала. Таким образом, эти измерительные трансформаторы очень хорошо известны в современных энергосистемах.

 

Статья по теме:

Что такое электрический трансформатор?

Детали и функции трансформатора

 

Преимущества измерительных трансформаторов

1. Измерительный прибор небольшого номинала можно использовать для измерения больших токов и напряжений в системе питания переменного тока, например, 5 А, 110–120 В.
2. Измерительные приборы можно стандартизировать с помощью измерительных трансформаторов. Что приводит к снижению стоимости измерительных приборов. Если измерительные приборы повреждены, их можно легко заменить исправными стандартизированными измерительными приборами.
3. Измерительные трансформаторы обеспечивают электрическую изоляцию между измерительными приборами и силовыми цепями высокого напряжения, что снижает требования к электрической изоляции для защитных цепей и измерительных приборов, а также обеспечивает безопасность операторов.
4. Через один трансформатор можно подключить несколько измерительных приборов к системе питания.
5. Благодаря низким уровням тока и напряжения в измерительных и защитных цепях обеспечивается низкое энергопотребление в измерительных и защитных цепях.

Типы измерительных трансформаторов

Существует 2 типа измерительных трансформаторов:

1. Трансформатор тока (ТТ)
2. Трансформатор напряжения (PT)

Трансформатор тока представляет собой тип трансформатора, используемого для снижения тока энергосистемы до более низкого уровня, чтобы его можно было измерить амперметром с малым номиналом (например, амперметром на 5 А). Типовая схема подключения трансформатора тока показана следующим образом.

Начальная школа C.T. имеет очень мало оборотов. иногда также используется основная полоса. Первичка включена последовательно с силовой цепью. Поэтому иногда его еще называют трансформатором серии . Вторичный имеет большой нет. оборотов. Вторичка подключена напрямую к амперметру. Так как амперметр имеет очень маленькое сопротивление. Следовательно, вторичный трансформатор тока работает практически в режиме короткого замыкания. Одна клемма вторичной обмотки заземлена, чтобы избежать большого напряжения на вторичной обмотке по отношению к земле. Что, в свою очередь, снижает вероятность пробоя изоляции, а также защищает оператора от высокого напряжения. Кроме того, перед отключением амперметра вторичная обмотка замыкается накоротко с помощью переключателя «S», как показано на рисунке выше, чтобы избежать нарастания высокого напряжения на вторичной обмотке.

Трансформатор напряжения — это тип трансформатора, который используется для снижения напряжения энергосистемы до более низкого уровня, чтобы его можно было измерить вольтметром небольшого номинала, т. е. вольтметром на 110–120 В. Типичная схема подключения трансформатора напряжения показана на следующем рисунке.

Первичная школа П.Т. имеет большой нет. оборотов. Первичный подключен через линию (обычно между землей и линией). Поэтому его иногда также называют 9-м.0005 параллельный трансформатор . Среднее П.Т. имеет несколько витков и напрямую связан с вольтметром. Так как вольтметр имеет большое сопротивление. Таким образом, вторичный P.T. работает почти в разомкнутом состоянии. Одна заземленная клемма вторичной обмотки P.T. заключается в поддержании вторичного напряжения относительно земли.

В чем разница между C.T. и П.Т.?

Несколько отличий между C.T. и П.Т. следующие:

Сл. №	Трансформатор тока (ТТ)	Трансформатор напряжения (PT)
1	соединены последовательно с силовой цепью.	подключен параллельно цепи питания.
2	Вторичная обмотка связана с амперметром.	Вторичная обмотка связана с вольтметром.
3	Вторичный работает почти в условиях короткого замыкания.	Вторичный работает почти в разомкнутом состоянии.
4	Первичный ток зависит от тока силовой цепи.	Первичный ток зависит от вторичной нагрузки.
5	Первичный ток и возбуждение изменяются в широких пределах при изменении тока силовой цепи	Изменения первичного тока и возбуждения ограничены небольшим диапазоном.
6	Одна клемма вторичной обмотки заземлена во избежание пробоя изоляции.	Одна клемма вторичной обмотки может быть заземлена в целях безопасности.
7	Вторичная цепь никогда не разомкнута.	Вторичная обмотка может использоваться в условиях разомкнутой цепи.

 

Измерительные трансформаторы

---

---

ЦЕЛИ

• объяснить работу измерительного трансформатора напряжения.

• объяснить работу измерительного трансформатора тока.

• схема подключения трансформатора напряжения и трансформатора тока в однофазной цепи.

• укажите, как определяются следующие величины для однофазной цепи содержащие измерительные трансформаторы: первичный ток, первичное напряжение, первичный мощность, полную мощность и коэффициент мощности.

• опишите подключение измерительных трансформаторов в трехфазной, трехпроводной схема.

• опишите подключение измерительных трансформаторов к трехфазной четырехпроводной сети. система.

Измерительные трансформаторы используются для измерения и регулирования переменного тока. токовые цепи. Прямое измерение высокого напряжения или больших токов включает большие и дорогие приборы, реле и другие компоненты схемы много дизайнов. Однако использование измерительных трансформаторов позволяет использовать относительно небольшие и недорогие приборы и устройства контроля стандартизированные конструкции. Измерительные трансформаторы также защищают оператора, измерительные приборы и аппаратура управления от опасностей высоких Напряжение. Использование измерительных трансформаторов повышает безопасность, точность, удобство.

Существует два различных класса измерительных трансформаторов: трансформатор напряжения и измерительный трансформатор тока. (Слово «инструмент» обычно опускается для краткости.)

ТРАНСФОРМАТОРЫ ПОТЕНЦИАЛА

Трансформатор напряжения работает по тому же принципу, что и силовой или распределительный. трансформатор. Основное отличие состоит в том, что мощность трансформатора напряжения меньше, чем у силовых трансформаторов. Потенциальные трансформаторы имеют от 100 до 500 вольт-ампер (ВА). Сторона низкого напряжения обычно намотанный на 115 вольт или 120 вольт. Нагрузка на стороне низкого напряжения обычно состоит из потенциальных катушек различных приборов, но может также включать в себя потенциальные катушки реле и другой аппаратуры управления. В целом, нагрузка относительно легкая и нет необходимости в трансформаторах напряжения мощностью от 100 до 500 вольт-ампер.

Первичная обмотка высокого напряжения трансформатора напряжения имеет то же номинальное напряжение в качестве первичной цепи. Когда необходимо измерить напряжение однофазной линии 4600 вольт, первичная часть потенциала трансформатор будет рассчитан на 4600 вольт, а низковольтная вторичная обмотка будет быть рассчитан на 115 вольт. Соотношение между первичной и вторичной обмотками это:

4600/115 или 40/1

Вольтметр, подключенный к вторичной обмотке трансформатора напряжения показывает значение 115 вольт. Для определения фактического напряжения на высоковольтной цепи, показания прибора 115 вольт необходимо умножить на 40. (115 х 40 = 4600 вольт). В большинстве случаев вольтметр калибруется для индикации фактическое значение напряжения на первичной стороне. В результате оператор не требуется применять множитель к показаниям прибора, а снижается вероятность ошибок.

ил. 22-1 показаны соединения для трансформатора напряжения с первичный вход на 4600 вольт и выход на 115 вольт для вольтметра. Этот потенциал трансформатор имеет вычитающую полярность. (Все измерительные трансформаторы напряжения в настоящее время производятся с вычитающей полярностью.) Один из вторичных выводов трансформатор на рис. 22-1 заземлен во избежание опасности высокого напряжения.

Трансформаторы напряжения имеют высокоточные соотношения между значениями первичного и вторичного напряжения; обычно ошибка составляет менее 0,5 процента. Власть трансформаторы не предназначены для высокоточного преобразования напряжения.

ил. 22-1 Соединения для трансформатора напряжения

ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА

Трансформаторы тока используются для того, чтобы амперметры и катушки тока другие приборы и реле не нужно подключать напрямую к сильноточному линии. Другими словами, эти приборы и реле изолированы от высоких токи. Трансформаторы тока также понижают ток до известного коэффициента. Использование трансформаторов тока означает, что относительно небольшой и точный могут быть использованы приборы, реле и устройства управления стандартной конструкции. в цепях.

Трансформатор тока имеет отдельные первичную и вторичную обмотки. первичная обмотка, которая может состоять из нескольких витков толстого провода, намотанных на многослойный железный сердечник, соединенный последовательно с одним из линейных проводов. Вторичная обмотка состоит из большего числа витков меньшей размер провода. Первичная и вторичная обмотки намотаны на одном сердечнике.

Определяется номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока по максимальному значению тока нагрузки. Вторичная обмотка рассчитана на 5 ампер вне зависимости от номинала тока первичных обмоток.

Например, предположим, что номинальный ток первичной обмотки трансформатор тока 100 ампер. Первичная обмотка имеет три витка, а вторичная обмотка имеет 60 витков. Вторичная обмотка стандартная номинальный ток 5 ампер; поэтому соотношение между первичным и вторичным токами составляет 100/5 или 20 к 1. Первичный ток в 20 раз больше чем вторичный ток. Так как вторичная обмотка имеет 60 витков, а первичная обмотка имеет 3 витка, то вторичная обмотка имеет в 20 раз больше витков как первичная обмотка. Тогда для трансформатора тока соотношение первичных и вторичных токов обратно пропорционально отношению первичные витки во вторичные.

В fgr22-2 трансформатор тока используется для понижения тока в 4600 вольт, однофазная цепь. Трансформатор тока рассчитан на 100 до 5 ампер, а коэффициент понижения тока составляет 20 к 1. Другими словами, на каждый ампер во вторичной обмотке приходится 20 ампер в первичной обмотке обмотка. Если амперметр на вторичной обмотке показывает 4 ампера, фактическое ток в первичной обмотке в 20 раз больше этого значения или 80 ампер.

Трансформатор тока на рис. 22-2 имеет маркировку полярности, два высоковольтных первичных провода имеют маркировку h2 и h3, а вторичные выводы имеют маркировку X1 и X2. Когда h2 мгновенно положителен, X1 положителен в тот же момент. Некоторые производители трансформаторов тока маркируют только h2 и X1 отводят или используют знаки полярности. При подключении трансформаторов тока в цепях вывод h2 соединяется с выводом линии, питающейся от источника, в то время как провод h3 подключен к проводу линии, питающей нагрузку.

ил. 22-2 Трансформатор тока, используемый с амперметром

Вторичные выводы подключаются непосредственно к амперметру. Обратите внимание, что один вторичных проводов заземлен в качестве меры предосторожности, чтобы исключить высоковольтное опасности.

Внимание! Вторичная цепь трансформатора никогда не должна размыкаться, когда в первичной обмотке есть ток. Если вторичная цепь открыта когда в первичной обмотке есть ток, то весь первичный ток ток возбуждения, который индуцирует высокое напряжение во вторичной обмотке. Это напряжение может быть достаточно высоким, чтобы поставить под угрозу человеческую жизнь.

Лица, работающие с трансформаторами тока, должны убедиться, что вторичная путь цепи обмотки замкнут. Иногда может потребоваться отключение вторичная цепь прибора при наличии тока в первичной обмотке. Например, измерительная цепь может потребовать повторной проводки или другого ремонта. быть нужным. Для защиты рабочего подключен небольшой короткозамыкатель. в цепь на клеммах вторичной обмотки трансформатора тока. Этот переключатель замыкается, когда цепь прибора должна быть отключена для ремонт или замена проводки.

Трансформаторы тока имеют очень точные соотношения между первичной и вторичной обмотками. значения тока: погрешность большинства современных трансформаторов тока меньше 0,5 процента.

Если первичная обмотка имеет большой номинальный ток, она может состоять из прямой проводник, проходящий через центр полого металлического сердечника. вторичная обмотка намотана на сердечник. Эта сборка называется стержневой. трансформатор тока. Название происходит от конструкции основного который на самом деле представляет собой прямую медную шину. Все стандартные трансформаторы тока с номиналами 1000 ампер и более — трансформаторы стержневого типа. Некоторые текущие трансформаторы меньших номиналов также могут быть стержневого типа. больной 22-3 показан трансформатор тока стержневого типа.

илл. 22-4 показан клещевой амперметр, в котором используется концепция оконного типа. трансформатор тока. Открыв зажим, а затем закрыв его вокруг проводник с током, сила тока в проводнике измеряется на метр.

ил. 22-3 Трансформатор тока барного типа.

ил. 22-4 Амперметры/мультиметры типа клещей.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ В ОДНОФАЗНОЙ ЦЕПИ

больной. 22-5 Однофазные измерительные соединения

ил. 22-5 иллюстрирует приборную нагрузку, подключенную через измерительный прибор. трансформаторы к однофазной высоковольтной линии. Инструменты включают вольтметр (22-6), амперметр и ваттметр. Трансформатор потенциала рассчитан на напряжение от 4600 до 115 вольт; трансформатор тока рассчитан на 50 к 5 ампер. Потенциальные катушки вольтметра и ваттметра соединены параллельно низковольтному выходу трансформатора напряжения. Поэтому, напряжение на потенциальных катушках каждого из этих приборов равно такой же. Токовые катушки амперметра и ваттметра соединены последовательно через вторичный выход трансформатора тока. Как результат, ток в токовых катушках обоих приборов одинаков. Обратите внимание, что вторичная обмотка каждого измерительного трансформатора заземлена для обеспечения защиты от опасностей высокого напряжения, как это предусмотрено в статье 250 Национального электротехнического Код.

Вольтметр на рис. 22-5 показывает 112,5 вольт, амперметр показывает 4 ампера, а ваттметр показывает 450 ватт. Найти первичное напряжение, первичный ток, первичная мощность, полная мощность в первичной цепи и коэффициент мощности, используются следующие процедуры:

Первичное напряжение

Множитель вольтметра = 4600/115 = 40

Первичное напряжение = 112,5 x 40

= 4500 вольт

Первичный ток

Множитель амперметра = 50/S = 10

Первичный ампер = 4 x 10

= 40 ампер

ил. 22-6 Панельные счетчики используют трансформаторы для контроля больших значений

Основное питание

Множитель ваттметра = множитель вольтметра x множитель амперметра

Множитель ваттметра = 40 x 10

= 400

Первичная мощность = 450 x 400

= 180 000 ватт или 180 киловатт

Полная мощность

Полная мощность первичной цепи находится путем умножения первичной значения напряжения и тока.

Полная мощность (вольт-ампер) = вольт x ампер

вольт-ампер = 4500 х 40

= 180 000 ватт = 180 000/1000 = 180 киловатт

Коэффициент мощности

Коэффициент мощности = мощность в киловаттах/полная мощность в киловольт-амперах

= 180/180

= 1,00 или 100 процентов

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ДЛЯ ТРЕХФАЗНЫХ СИСТЕМ

Трехфазная трехпроводная система

В трехфазной трехпроводной системе два трансформатора напряжения одного и того же номинала и два трансформатора тока одного номинала необходимы. Это является обычной практикой при трехфазном измерении для соединения вторичной схемы. То есть соединения выполняются так, что один провод или устройство проводит суммарные токи двух трансформаторов в разных фазах.

Соединения низковольтных приборов для трехфазной трехпроводной системы проиллюстрированы на 22-7. Обратите внимание, что два трансформатора напряжения подключены в открытой дельте к трехфазной линии 4600 вольт. Это приводит к трем значения вторичного напряжения по 115 вольт каждое. Два трансформатора тока соединены так, что первичная обмотка одного трансформатора включена последовательно с линией А и первичная обмотка второго трансформатора последовательно с линией С.

больной. 22-7 Измерительные соединения для трехфазной трехпроводной системы

Обратите внимание, что во вторичной цепи низкого напряжения используются три амперметра. Эта система проводки удовлетворительна для трехфазной трехпроводной системы, и все три амперметра дают точные показания. Другие инструменты, которые могут быть используемые в этой цепи включают трехфазный ваттметр, трехфазный ваттметр счетчик и трехфазный измеритель коэффициента мощности. Когда трехфазные приборы подключены во вторичных цепях, эти приборы должны быть подключены правильно, чтобы сохранялись правильные фазовые соотношения. Если это при несоблюдении меры предосторожности показания прибора будут неверными. В проверка соединений для этой трехфазной, трехпроводной системы учета, обратите внимание, что взаимосвязанные потенциальные и токовые вторичные цепи заземлены для защиты от опасностей высокого напряжения.

Трехфазная четырехпроводная система

ил. 22-8 Измерительные соединения для трехфазной четырехпроводной системы

ill 22-8 показаны вторичные измерительные соединения для 2400/4152 вольт, трехфазная, четырехпроводная система. Три трансформатора напряжения подключены по схеме «звезда» дать на трехфазный выход три вторичных напряжения 120 вольт к нейтральному. Три трансформатора тока 50 на 5 ампер используются в трех линейные проводники. Во вторичной обмотке используются три амперметра. схема. И взаимосвязанный потенциал, и текущие вторичные заземлены для защиты от возможных опасностей высокого напряжения.

ОБЗОР

Измерительные трансформаторы

специально разработаны для преобразования напряжения и тока в очень точных соотношениях. Преобразователи напряжения используются для преобразования высокого напряжения до пригодных для использования значений 115 или 120 вольт для использования стандартными приборами. Трансформаторы тока (ТТ) используются для преобразования больших величин переменного тока до уровня 5 ампер, чтобы его можно было использовать со стандартными инструментами. ОКРУГ КОЛУМБИЯ текущие уровни обычно снижаются до пригодного для использования уровня за счет использования шунты. Шунт имеет номинальный ток первичной нагрузки, и тогда счетчик подключен через шунт. Счетчик рассчитан на работу при напряжении 50 милливольт.

ВИКТОРИНА

1. Какие существуют два типа измерительных трансформаторов?

а.

б.

2. Почему вторичная цепь трансформатора тока должна быть замкнута при есть ток в первичной цепи? __________

3. Трансформатор рассчитан на 4600/115 вольт. Вольтметр, подключенный через вторичка показывает 112 вольт. Какое первичное напряжение?

4. Трансформатор тока рассчитан на 150/5 ампер. Амперметр во вторичке по схеме 3,5 ампера. Какой первичный ток? _______

5. Трансформатор напряжения 2300/115 В и трансформатор тока 100/5 А. подключены к однофазной линии. Вольтметр, амперметр и ваттметр подключаются во вторичных обмотках измерительных трансформаторов. Вольтметр показывает 110 вольт, амперметр показывает 4 ампера, а ваттметр показывает 352 Вт. Нарисуйте соединения для этой цепи. Марк ведет H X и так далее. Показать все показания напряжения, тока и мощности.

6. Завершите цепь, используя измерительные трансформаторы, для измерения напряжения и силы тока. Включите терминальную маркировку.

ОТ ИСТОЧНИКА     К НАГРУЗКЕ

7. Какое первичное напряжение рассматриваемой однофазной цепи 5?

8. Чему равен первичный ток в амперах данной однофазной цепи в вопросе 5?

9. Какова первичная мощность в ваттах в данной однофазной цепи в вопросе 5?

10. О каком коэффициенте мощности рассматриваемой однофазной цепи 5?

Выберите правильный ответ для каждого из следующих утверждений.

11. Вторичку трансформатора напряжения обычно наматывают на

а. 10 вольт. в. 230 вольт.

б. 115 вольт. д. 500 вольт.

12. Вторичные обмотки трансформатора заземлены на

а. стабилизировать показания счетчика.

б. обеспечить показания с точностью до 0,5 процента.

в. завершить систему с праймериз.

д. исключить опасность высокого напряжения.

13. Трансформатор, используемый для уменьшения значений тока до размера, при котором небольшие счетчики может зарегистрировать их a(n)

а. автотрансформатор. в. потенциальный трансформатор.

б. распределительный трансформатор. д. трансформатор тока.

14. Первичная обмотка большого трансформатора тока может состоять из

а. много витков тонкой проволоки.

б.