Схема измерение переменного тока: Схемы амперметров с линейной шкалой для измерения переменного тока

Схема

Содержание

Схемы амперметров с линейной шкалой для измерения переменного тока

Применив синхронное выпрямление переменного тока, автор линеаризовал шкалу шунтового амперметра магнитоэлектрического типа без какого-либо усилителя В статье предлагаются варианты схем с однополупериодным и кольцевым синхронным выпрямителем, применяемым обычно в кольцевых модуляторах.

Шкала амперметра переменного тока, построенного с использованием магнитоэлектрического стрелочного прибора с шунтом и простого выпрямителя, обычно нелинейна. Это связано с тем что при уменьшении напряжения ниже некоторого порога (0,2…0,6 В) выпрямительные свойства германиевых и кремниевых диодов резко ухудшаются.

В результате требуется увеличивать падение напряжения на шунте либо применять линейные выпрямители на основе усилителей переменного напряжения. Однако повышение падения напряжения на шунте неизбежно приводит к потерям мощности и росту выходного сопротивления источника питания. К тому же этот способ лишь уменьшает нелинейность, но не устраняет ее полностью.

Правда, применение усилителей позволяет практически полностью устранить нелинейность, но сильно усложняет измеритель.

Между тем линейность простых из мерительных выпрямителей на полупроводниковых диодах можно значительно улучшить без особого усложнения, если использовать синхронное выпрямление.

Однополупериодный синхронный выпрямитель для амперметра

На рис 1 приведена схема однополупериодного синхронного выпрямителя для амперметра с линеаризованной шкалой. В положительный полупериод переменного напряжения (плюс на верхних концах обмоток II и III) открываются диоды VD1 и VD2 подключая микроамперметр к шунту Rш. В отрицательный полупериод диоды закрыты.

В открытом состоянии диоды имеют малое дифференциальное сопротивление, и нелинейность этого сопротивления невелика, поэтому шкала получается практически линейной.

Схема амперметра с трасформатором

Рис. 1. Схема амперметра с трасформатором.

При использовании микроампер метров со шкалой 50 .200 мкА с максимальным падением напряжения на рамке не более 150 мВ минимальное напряжение на обмотке III может составлять 1,5…2 В для германиевых и 2…2,5 В для кремниевых диодов (при меньшем напряжении его нестабильность заметно сказывается на показаниях амперметра).

Максимальное напряжение ограничивается максимально допустимым обратным напряжением используемых диодов Минимальный ток диодов должен в 10.. 20 раз превышать максимальный ток микроамперметра. Дополнительную обмотку можно изготовить самостоятельно, намотав несколько витков тонкого изолированного про вода на катушку трансформатора, если его конструкция позволяет это сделать.

Резисторы R3 и R4 служат для подстройки нуля амперметра, сдвиг которого возникает за счет тока диода VD2, протекающего через шунт, и разброса параметров диодов.

Синфазность подключения обмоток II и III важна при сравнительно низком напряжении обмотки III (менее 2 В), так как при противофазном включении этих обмоток (в этом случае полярность подключения микроамперметра нужно изменить) в приборе появляется нелинейность шкалы (цена деления в конце шкалы плавно увеличивается), что, кстати, иногда может оказаться полезным. Однако при напряжении на обмотке III выше 4 ..5 В эта нелинейность практически не заметна и на фазу включения обмоток можно не обращать внимания

Для защиты микроамперметра от случайных перегрузок параллельно его выводам полезно включить кремниевый диод Д220 КД522 или КД521 в прямом направлении, предварительно убедившись, что он не влияет на показания микроамперметра в конце шкалы.

Двухполупериодный выпрямитель для амперметра

Добавлением еще двух диодов и одного резистора синхронный выпрямитель можно преобразовать в двухполупериодный (рис 2). В качестве источника, открывающего диоды, здесь использована рабочая обмотка трансформатора

Преимущество двухполупериодной схемы выпрямления перед однополупериодной состоит в том, что требуемое падение напряжения на Вш примерно в два раза меньше при одинаковом токе полного отклонения микроамперметра.

Схема двухполупериодного выпрямителя для амперметра

Рис. 2. Схема двухполупериодного выпрямителя для амперметра.

 Так, если в однополупериодном выпрямителе с диодами Д220 для полного отклонения стрелки микроамперметра на 200 мкА (с сопротивлением рамки около 670 Ом) требовалось падение напряжения на Rш, около 0,4 В, то в двухполупериодном это напряжение не превышало 0,2 В.

Приведенная схема является модификацией обычного кольцевого модулятора При увеличении напряжения на R„, до 0,4 В (амплитудное значение) для германиевых и 1,2 В для кремниевых диодов через диоды VD1 VD3 и VD2, VD4 начинает протекать сквозной ток нагрузки. Поэтому резисторы R3-R5 служат не только для балансировки моста Они ограничивают ток через диоды при перегрузке.

Исходя из этих соображений, в двухполупериодном выпрямителе лучше использовать кремниевые диоды и рассчитывать амперметр на максимальное падение напряжения на Rш, не более 0,5….0,6 В.

На случаи перегрузки или КЗ можно принять дополнительные меры по ограничению тока через диоды. Это может быть увеличение сопротивления резисторов R3- R5, гасящего резистора и шунтирующих диодов или стабилитронов.

Получение открывающего напряжения непосредственно от сети 220 В

Для открывания диодов измерительного моста амперметра с линейной шкалой не обязательно использовать трансформатор. На рисунке 3 показан способ получения открывающего напряжения непосредственно от сети 220 В, стабилитрон VD1 ограничивает и стабилизирует это напряжение. Диод VD2 уменьшает нагрев гасящего резистора R5.

Схема - способ получения открывающего напряжения непосредственно от сети 220 В

Рис. 3. Схема — способ получения открывающего напряжения непосредственно от сети 220 В.

Такую схему питания целесообразно использовать и в случае питания от трансформатора, если его выходное напряжение превышает несколько десятков вольт При использовании в подобном случае двухполупериодного выпрямителя диод VD2 необходимо исключить, а последовательно со стабилитроном VD1 включить встречно еще один (того же типа) или использовать двуханодный стабилитрон

При расчете элементов однополупериодного выпрямителя и проведении измерений нужно помнить об особенностях измерения несинусоидального тока или напряжения, учитывая коэффициент формы.

При изготовлении многопредельного амперметра с пределами измеряемого тока менее 0 2 0 4 А необходимо учитывать следующую особенность этих мостовых схем. Ток, открывающий диод VD1 на рис 1 (или VD1, VD2 на рис 2), замыкается непосредственно на источник питания, а ток диода VD2 (или VD3 VD4 на рис. 2) проходит через резистор Rш, и создает на нем падение напряжения, которое, как указывалось выше, компенсируется подстройкой резистора R4

Когда сопротивление резистора Rш не более 0,1…0 20м, падение напряжения на нем от тока диода VD2 (1 …2 мА) не превышает 0,1 .0,4 мВ. При максимальном падении напряжения на шунте 100 ..200 мВ его можно не учитывать. Если же на минимальном пределе измерения сопротивление имеет большее значение, то необходимо принимать меры по поддержанию нуля при переключении пределов измерения.

Если питание моста производится от дополнительной обмотки то на минимальном пределе можно составить шунт из двух половин и подключить вывод обмотки питания моста к средней точке шунта Возможно также использовать дополнительную секцию безразрывного переключателя, чтобы при переключении пределов ток в цепи питания отдельных плеч измерительного моста не прерывался.

При изготовлении амперметров по приведенным схемам необходимо принять меры к повышению температурной стабильности показаний прибора, которая в основном определяется равенством температур диодов измерительного моста.

Для этого целесообразно использовать диодные сборки в одном корпусе либо разместить диоды рядом друг с другом и обеспечить хороший тепловой контакт, залив их компаундом.

В. Андреев, г. Тольятти, Самарская обл. Р2001, 1.

РадиоКот :: Измерение больших токов

РадиоКот >Схемы >Аналоговые схемы >Измерения >

Измерение больших токов

                                               Измерить ток? Что может быть проще! 

Но есть случаи, когда эти измерения простым тестером или осциллографом не провести. Например, измерение больших токов,  да еще и гальванически связанных с сетью. Под «измерением» я подразумеваю вывод на экран осциллографа. В другом случае, визуализация стартерного тока автомобиля покажет вам состояние поршневой группы двигателя без выкручивания свечей (на многих моделях это уже проблема). Увидев ток бензонасоса или форсунок автомобиля, Вам лапшу на уши автомастер не навесит.  При изготовлении ИБП,  мощных 50Гц трансформаторов с ШИМ управлением желательно, а если конструкция не клон, а новодел, то в обязательном порядке надо видеть, что происходит на высокой стороне. При проектировании сварочных инверторов нужен рабочий сварочный ток и не на шунте, а в реалии. Иначе может получиться конструкция, которая работает только у автора, а повторяющий  страстно мечтает плюнуть в фейс автору. Можно привести еще массу случаев, когда надо бы измерить ток, но сдерживает или отсутствие приборов или ТБ при измерении.

Цель этой статьи поделится практическим опытом измерения (визуализации) больших токов с гальванической развязкой от измерительных приборов. Именно практическим. То что проверено и используется.

1. Датчик тока на микросхеме ACS712

Прекраснейшая микросхема фирмы Allegro. Как называет её фирма «Линейный токовый датчи на эффекте Холла с ультра низким проходным сопротивлением»  Существует 3 клона, на 5А, 20А и 30Ампер. Изготовляется в 8-лапковом SOIC корпусе, выдерживает при этом 30А ток в долговременном режиме, в импульсе до 100А! Неоднократно пропускал 50А  1-2сек. С полной документацией можно ознакомится на сайте производителя. https://www.allegromicro.com/~/media/Files/Datasheets/ACS712-Datasheet.ashx

Коротко о хорошем:

— Гальваническая развязка 

— Возможность работы от постоянного до 80 кГц тока.

0,0012 Ом проходное сопротивление!

— все внутри (из обвязки: два конденсатора, по питанию и в фильтре.)

— хорошая линейность (1,5%)

— дополнительные очень интересные возможности, которые не приводятся в описании.

Из недостатков:

 -шум. Для ACS712 30А клона это 7мВ или в рабочем пересчете на уровне 0,106А измеряемого тока. Но эта м/с не метрологическая и она не для мини токов. Она заточена для использования с микроконтроллером и нивелировать этот шум программно просто. Увеличение емкости конденсатора фильтра к уменьшению шума не приводит (должно бы, но у меня по непонятной причине не получилось).

Фирма Allegro выпускает широкую номенклатуру датчиков тока, с различными параметрами. Выбрать можно для любой поставленной задачи. От 5А до 200Ампер.

В данной статье пойдет разговор, как  сделать ACS712 в применении более удобной для измерений в радио лаборатории. При проведении измерений у неё есть два неудобных параметра:

— коэффициент пересчета тока 66мВ/1А и при отсутствии проходного тока, выходное напряжение равно 1/2 питания. В классическом применении в связке с м/контроллером это правильно и логично. В лаборатории неудобно постоянно тыкать пальцем в калькулятор и совершенно невозможно смотреть переменный ток с небольшой постоянной составляющей. Вход осциллографа не закроеш, а 1/2 постоянки на выходе мешает. 

Решение этой проблемы очень простое. 

Операционным усилителем смещаем выходное напряжение прибора при отсутствии тока через м/с ACS712 на ноль и усиливаем выходное напряжение до коэффициента масштабирования = 0.1В/1А. Напряжение питания схемы (мах допустимое)  выбрал 8В (рекомендованное 5В), и сделал его двуполярным для питания операционного усилителя с помощью м.с. ICL7660. Стало очень удобно и с осциллографом, и с выходом на тестер, в уме умножаем полученное напряжение на 10, получаем измеряемый ток.

У меня получилась вот такая миниатюрная коробочка.

На улицу вывел ручку переменного сопротивления (R7) подстройки ноля, подстроечником R6 подстраиваем масштабирование устройства 1А = 0,1В. Операционный усилитель можно поставить более современный и лучше Rail-to-Rail. Плату приводить нет смысла. Схема очень простая и делается по применяемой металлической коробочке. Именно металлической, м/схема подвержена воздействию внешних магнитных полей.

Но в этом недостатке и есть нестандартные дополнительные возможности!!! В формате этой статьи не получится рассказать о этих возможностях.  Коротко напишу, что это возможность в реальном времени увидеть на экране осциллографа напряженность магнитного поля трансформатора, смотреть петлю Гистерезиса, дистанционно измерять ток. Очень неординарная функция — это измерять напряженность магнитного поля в реальном времени. Мне не встречались любительские приборы (да еще такой элементарной схемотехники) которые позволяют это делать.

2. Токовые клещи. АРРА-30Т.

 

Отличие от широко распространенных клещей — выход на осциллограф. Очень удобный и надежный инструмент, качество изготовления высокое, но для любительского применения получается относительно дороговато. Пользоваться удобно, измеряет как постоянный так и переменный ток на двух пределах 40А и 300А (смотрел сам 500А, но видимо на таких токах большая нелинейность). Очень хорошо смотреть стартерные токи автомобиля с пишущим осцилоскопом. И втягивающее видно и сам стартер и работу каждого цилиндра. Отсутствие цифрового дисплея не напрягает. В любом случае при измерениях тестер рядом. Можно включить паралельно осциллографу если уже приспичит. Дополнительные коннекторы приложены.

3. Пояс Роговского. 

Рисунок из википедии:

Это самый казусный прибор в моей лаборатории. Появился для измерений токов в тысячи ампер. Прикинув, чем можно измерить такие токи остановился на Поясе (кольце) Роговского, так как сделать что то другое проблематично или дорого. Помыкался по инету. Описаний возможностей этого чуда много, готовые изделия в продаже есть.  Реальных измерений ноль, не смотря на массу публикаций.  Плюнул  и за вечер сделал конструкцию. 

Кольца из ламина для пола, кусочки канализационных труб диаметром 100мм и 50мм, ВЧ разьем вот и вся механика.

 

 Кусок от фидера неизвестной породы.

 На него плотно намотан провод D=0,22mm.

Витки не считал, пересчитал по длинне и плотности намотки. Получилось 1500витков. Терпеть не могу мотать катушки, но этот пояс намотал за 20мин. Начало провода припаял к центральной жиле кабеля. Центральная жила в конце намотки и сам конец провода катушки это два выхода катушки.

Пояс удобно встал в уплотняющий паз трубы. Длина пояса конечно была определена заранее.

 

Нагрузил пояс на сопротивление 220ом. Собрал, получил такую конструкцию.

 

Пропустив через экспериментальный проводник синусоидальный ток силой 400Ампер, замерил выходное напряжение поделки, одновременно сняты показания с клещей АРРА-30. Получилось, что ток силой 1000А создает в поясе Роговского ЭДС равную 0.22вольт. У Кита Сукера в книге «Силовая электроника» есть имперический расчет катушки Роговского. Посчитал, получил 0.23вольта. Остался доволен, витки я точно не считал, да и расчет у Кита имперический. Крутит прибор фазу? Ну и Бог с ней, пусть крутит.Поиметь за вечер такой нужный прибор, задаром, очень удачно. Все было хорошо до начала реальных замеров. Подключив мощный 50Гц трансформатор, к автоматике с ШИМ модуляцией тока и увидев на экране ужас электрика, поматерил Википедию,  других авторов-теоретиков, себя и понял почему этот прибор так и не получил широкого распространения появившись аж в 1912г.

Все авторы публикаций характеризуют этот прибор (видимо переписывая друг у друга) как трансформатор тока (это меня и ввело в ступор, хотя формула наводимого ЭДС говорит другое). И бубнят о необходимости интегратора на выходе, для восстановления формы тока. Выходное напряжение пояса Роговского зависит не от силы исследуемого тока, а от скорости и вектора его изменения!

Это далеко не трансформатор тока и никаким интегратором реальную форму тока не восстановить. Прибор, конечно,  используется, другим прибором я и не могу измерить 1000-5000Ампер в проводнике. Результат я получаю правильный, но только тогда, когда форма тока чистая синусоида, 50Гц и я в этом уверен на 100%. В энергетике он применяется видимо тоже с ограничениями. Мои знакомые энергетики о поясе Роговского ни гу-гу.

Устройство специфическое, с массой ограничений в применении итд. Но при необходимости можно работать, так как изготовление быстрое и ничего не стоит. 

Выводы: Измерять большие токи сегодня для радиолюбителя не сложно и дешево. Мой любимый прибор это датчик тока на ACS715. Лет пятнадцаь назад делал автоматику на самодельных трансформаторах тока. Но сегодня во многих конструкциях не рационально их применять. По цене дороже получается, линейность хуже и удлиняется время наладки прибора. С интегральным датчиком, как на калькуляторе посчитал, так в реалии и получил. Хотя конечно трансформаторы тока имеют свою незаменимую нишу в конструкциях.

Скажу коротко, что  эксперименты с датчиком тока на ACS715 в корень развенчали миф аудиофилов о насыщении трансформатора рабочим током. Привели к переосмысливанию и к совершенно новому алгоритму управления сварочным током аппарата контактной сварки. Доводится до ума автомат пуска (с системой защиты и рестартов) трехфазного двигателя в однофазной сети. На них сейчас оформляется патент на полезную модель. Итд Итп. И все это в направлении электрики и электроники, которая жевана-пережевана еще в прошлом веке. Появились новые компоненты и то что было невозможно совсем недавно, сегодня уже рутина.  Но это будет уже другая история.

 


p


Файлы:
Документ PDF
Формула



Все вопросы в
Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Электрические измерения. Схема измерения величин напряжения, силы тока, сопротивления.

ОБОРУДОВАНИЕ И СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ

Сигнализация »
Устройство »
Монтаж »
Своими руками »
Электрические измерения


Измерение таких параметров как напряжение, сила тока, сопротивление для систем сигнализации не отличается от методов
измерения перечисленных величин в других электрических цепях. Для дальнейшего рассмотрения темы нам понадобятся:

  • схема измерения,
  • закон Ома,
  • минимальные навыки пользования мультиметром (тестером).

Несколько небольших уточнений:

  • рассматриваемые методы измерений применимы к цепям, не содержащим емкостей и индуктивностей,
  • измерения электрических величин напряжения, тока, сопротивления производятся для участка цепи, имеющего активное сопротивление,
    поэтому приемлимы как для постоянного напряжения (тока) так и для переменного,
  • сопротивлением соединительных проводов пренебрегаем. Вопросы влияния сопротивления соединений на значения параметров
    электрических цепей рассмотрены на странице «питание сигнализации, видеонаблюдения».
  • участки цепи, обозначенные на схемах как резистор (R), можете рассматривать как отдельный элемент или совокупность элементов электрической
    цепи, имеющих общее сопротивление R.

Измерение напряжения.

Это измерение производится путем подключения вольтметра (мультиметра в режиме «измерение электрического напряжения») параллельно
измеряемому участку (схема на рис.1). Следует отметить, что измерение между точками 1-5 даст значение напряжения на всей цепи, остальные случаи —
для соответствующих участков.

Эту схему мы еще используем, рассматривая вопросы измерения силы электрического тока и сопротивления при помощи вольтметра.

Измерение силы тока.

Используется амперметр или мультиметр (тестер) в режиме «измерение тока», подключаемые последовательно измеряемой цепи. Значение
силы электрического тока измеряется для всей цепи (схема — рис.2).

Измерение сопротивления.

Наиболее трудоемкий процесс. Во первых, при непосредственном подключении тестера (мультиметра) (схема рис.3) напряжение и ток в цепи должны
отсутствовать, во вторых, (схема рис.4) другие элементы (участки) цепи будут оказывать влияние на результат, поэтому их придется отключить,
чтобы схема измерения соответствовала рисунку 3.

Выход, однако, есть. Его рассмотрим ниже.

Косвенные измерения электрических величин.

Для этого самое время вспомнить закон Ома. Формула, а также ее производные, которые нам понадобятся выглядят следующим образом:

I=U/R (формула 1),

U=I*R (формула 2),

R=U/I (формула 3),

где

I — электрический ток

U — напряжение

R — сопротивление.

Единицы измерения (размерность) указанных величин соответственно:

А — ампер,

В — вольт,

Ом — ом.

На практике (для слаботочных цепей) они не всегда удобны, поэтому можно использовать:

мА — милиампер (1000 мА=1А),

В — вольт,

кОм — килоом. (1000 Ом=1кОм).

Внимание! Одновременно используйте единицы измерения из одного ряда. Если Вы подставляете в формулу закона Ома значения
силы тока в мА, то сопротивление получите в кОм и никак иначе.

Как можно видеть из приведенных выше формул, зная значения двух величин, можно вычислить третью. Рассмотрим практическое применение
закона Ома при проведении измерений электрических величин. Из схемы измерения напряжения видно, что оно не требует нарушения электрической цепи,
поэтому осуществляется наиболее просто. Измерение силы тока в последовательной цепи можно произвести один раз поскольку он будет одинаков во
всех участках. Однако, следует быть внимательным, ибо, если схема цепи имеет вид, приведенный на рисунке слева, то суммарный ток распределится
по участкам цепи, согласно закона Кирхгофа: I=I1+I2+In.

Завершая тему, продемонстрирую как на практике выглядит применение закона Ома при проведении электрических измерений.

Возьмем схему на рисунке 1. Предположим, что в результате измерений мы получили следующие значения:

Общая сила тока для цепи- I=0,5 A,

Напряжения U1=10 B, U2=5 B.

Тогда значения сопротивлений будут:

R1=U1/I=10/0,5=20 Ом

R2=U2/I=5/0,5=10 Ом.

Как видите, все просто.

© 2010-2020 г.г.. Все права защищены.

Материалы, представленные на сайте, имеют ознакомительно-информационный характер и не могут использоваться в качестве руководящих документов

Измерение основных электрических величин

1. Измерение электрического тока

Электрический ток измеряется амперметром.

Если измеряемый ток не превышает пределов измерения данного амперметра, то его можно измерить включением амперметра непосредственно в цепь (рис. 1).

Для измерения больших токов используются шунты на постоянном токе (рис. 2) и трансформаторы тока на переменном токе (рис. 3).

Рис. 1. Схема включения амперметра непосредственно в цепь

Рис. 2. Схема включения амперметра с шунтом

Рис. 3. Схема включения амперметра с помощью трансформаторов тока: Л1, Л2 — зажимы первичной обмотки трансформатора тока; И1, И2 — зажимы вторичной обмотки трансформатора

2. Измерение электрического напряжения

Электрическое напряжение измеряется вольтметром.

Если измеряемое напряжение не превышает пределов измерения данного вольтметра, то оно может быть измерено путем непосредственного включения вольтметра в сеть (рис. 4).

Для расширения пределов измерения применяют добавочное сопротивление при измерении постоянного напряжения и трансформаторы напряжения (можно использовать и добавочное сопротивление) при измерении переменного напряжения (рис. 5 и 46).

Необходимо иметь в виду, что должно быть использовано то добавочное сопротивление, которое предназначено для данного вольтметра.

Рис. 4. Схема включения вольтметра непосредственно в цепь

Рис. 5. Схема включения вольтметра с добавочным сопротивлением

Рис. 6. Схема включения вольтметра с помощью трансформатора напряжения: А, Х — зажимы первичной обмотки трансформатора напряжения; а, х — зажимы вторичной обмотки трансформатора напряжения; ПР — плавкие предохранители

3. Измерение электрической мощности

Электрическая мощность измеряется ваттметром — прибором, имеющим две обмотки: токовую и напряжения (рис. 7).

Шкала ваттметра проградуирована в ваттах или киловаттах.

Расширение пределов измерения на постоянном токе по напряжению производится с помощью добавочных сопротивлений — шунтов. При измерениях на переменном токе расширение пределов производится с помощью трансформаторов тока и напряжения (рис. 8). При этом необходимо соблюдать правильность включения генераторных клемм (*) ваттметра.

Измерение мощности в трехфазных трехпроводных сетях производится с помощью двух однофазных ваттметров, включенных в две фазы по схеме (рис. 9). В трехфазных четырехпроводных сетях измерение активной мощности производится с помощью трех однофазных ваттметров (рис. 10) или одним трехэлементным ваттметром.

Расширение пределов измерения производится с помощью трансформаторов тока и напряжения. В этих же сетях для измерения мощности применяется трехфазный ваттметр (рис. 11).

Рис. 7. Схема включения однофазного ваттметра: 1 — последовательная (токовая) катушка; 2 — параллельная (напряжения) катушка; rg — добавочное сопротивление

Рис. 8. Схема включения ваттметра с помощью трансформаторов тока и напряжения

Рис. 9. Схема измерения активной мощности в трехфазной трехпроводной сети двумя ваттметрами: Робщ = Р1 + Р2

Рис. 10. Схема измерения активной мощности в трехфазной четырехпроводной сети тремя ваттметрами: Робщ = Р1 + Р2 + Р3

Рис. 11. Схема включения трехфазного ферродинамического ваттметра

4. Измерение электроэнергии

Выбор приборов. Учет электроэнергии в сетях переменного тока производится с помощью счетчика индукционной системы. Индукционные счетчики выпускаются в однофазном и трехфазном исполнении, причем последние бывают двух модификаций — для трехи четырехпроводной сети.

Измерение расхода активной и реактивной энергии в трехфазной сети может в принципе производиться счетчиками одного и того же типа при включении их по соответствующим схемам.

Чтобы исключить возможность неправильного подключения счетчика и обеспечить правильный учет расхода активной и реактивной энергии, промышленностью выпускаются специальные счетчики активной и реактивной энергии.

Для измерения в трехфазных сетях активной энергии применяются счетчики типов СА3, СА4, СА4У; реактивной энергии — СР3, СР4, СР4У. Цифра 3 в обозначении типа счетчика указывает, что он предназначен для трехпроводной сети, 4 — для четырехпроводной.

Счетчики типов СА4У, СР4У — универсальные, выполняются для включения только с измерительными трансформаторами. Концы обмоток тока и напряжения этих счетчиков выведены на отдельные изолированные друг от друга зажимы. Благодаря этому имеется возможность включать токовые цепи счетчиков активной и реактивной энергии на общие трансформаторы тока.

Остальные типы трехфазных счетчиков Ч трансформаторного и непосредственного (прямого) включения.

Для учета энергии в цепях однофазного тока используются счетчики типа СО. Счетчики активной энергии выпускаются классов точности 1,0; 2,0; 2,5; счетчики реактивной энергии — классов точности 2,0; 2,5; 4,0.

Погрешности измерений электроэнергии, требования к измерительным трансформаторам. При непосредственном включении счетчика в сеть погрешность измерения расхода электроэнергии определяется классом точности самого счетчика. Включение счетчика через измерительные трансформаторы вносит дополнительную погрешность, и точность измерений уменьшается.

Для учета электроэнергии применяются трансформаторы тока класса 0,2; 0,5; 1. Обеспечить необходимую точность измерений можно при условии, что сопротивление токовых катушек всех счетчиков и соединительных проводов, включенных во вторичную цепь, не превышает допустимую номинальную нагрузку трансформаторов тока.

Для ориентировочных расчетов следует принимать сопротивление токовой катушки счетчика равным 0,05 Ом, а сопротивление соединительных проводов — 0,2 Ом.

Рассчитанные из этих соображений наименьшие допустимые сечения соединительных проводов указанных цепей приведены в таблице.

Таблица 4.1. Наименьшие допустимые сечения проводов от трансформаторов тока к счетчикам

Длина провода в один конец, м

До 10

10—15

15—25

25—35

35—50

Наименьшее сечение медных проводов, мм2

2,5

4

6

8

10

Трансформаторы напряжения, работающие в цепях учета электроэнергии, должны быть класса 0,5. Для питания счетчиков применяются трехфазные и однофазные трансформаторы напряжения. Последние включаются в звезду или по схеме открытого треугольника. Для защиты трансформаторов напряжения предохранители устанавливаются в цепь первичной высоковольтной обмотки; в цепь вторичной обмотки, питающей счетчики, ставить предохранители запрещается. Вторичные обмотки и корпус трансформаторов напряжения заземляются, также заземляются вторичные обмотки трансформаторов тока (одноименные зажимы). Класс точности счетчиков и измерительных трансформаторов, предназначенных для целей коммерческого и технического (контрольного) учета, должен быть

не ниже указанного в таблице.

Таблица 4.2. Выбор классов точности счетчиков и измерительных трансформаторов

Наименование счетчиков

Счетчики непосредственного включения

Счетчики, включаемые через разделительные трансформаторы

Класс точности измерительных трансформаторов для счетчиков

активный

реактивный

активный

реактивный

активный

реактивный

Коммерческий учет

2,5

2,5

2,0

2,5

0,5

0,5

Технический (контрольный) учет

2,5

2,5

2,0

2,5

0,5 и 1

0,5 и 1

Схемы включения счетчиков. С целью исключения ошибок учета, связанных с необходимостью пересчета показаний счетчика и введением коэффициентов, обусловленных схемой включения, рекомендуется использовать счетчики в строгом соответствии с назначением и подключать их по схемам, предусмотренным для данного типа счетчика и изображенным на крышке, закрывающей выводные зажимы прибора

Поскольку в основу схем включения счетчиков положены соответствующие схемы измерения мощности, счетчики будут обеспечивать точный учет расхода электроэнергии только для тех условий (равномерная или неравномерная нагрузка), в которых аналогичная схема подключения ваттметров обеспечивает необходимую точность.

Ниже в качестве примеров приведены несколько типов схем включения счетчиков. При подключении счетчика через трансформаторы тока следует помнить, что к генератору (сторона питания) первичная обмотка подключается зажимом Л1, а вторичная обмотка зажимом И1 включается на генераторный вход счетчика.

Рис. 12. Схема включения однофазного счетчика

Рис. 13. Схема прямого включения трехфазного счетчика активной энергии

Рис. 14. Схема включения трехфазного счетчика реактивной энергии

Рис. 15. Схема включения трехфазного счетчика активной энергии через трансформаторы тока

Рис. 16. Схема совместного включения универсальных счетчиков активной и реактивной энергии

Руководство по электрическим измерениям линий магистральной и внутризоновой сетей связи

УТВЕРЖДЕНО заместителем начальника ГУМТС О.Г.Беловым 25 июля 1986 г.

Описываются состав и методы измерений электрических характеристик для определения расстояния до места повреждения, обработка результатов измерений. Даются краткие характеристики применяемых приборов.

Для инженерно-технического персонала.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее Руководство по электрическим измерениям магистральной и внутризоновой сетей связи выпускается взамен Руководства по измерениям линий магистральной и зоновой сетей связи (М.: Связь, 1973).

В нем учтены последние достижения в области приборостроения, опыт эксплуатации новых средств измерений и трассопоисковых приборов. В настоящем Руководстве нашли отражение новые методы измерений, разработанные Киевским отделением ЦНИИС (КОНИИС) и эксплуатационными предприятиями Минсвязи СССР.

При составлении Руководства учтены замечания и пожелания эксплуатационных и строительных предприятий Министерства связи СССР.

В связи с внедрением ГОСТ 9.015-74 «Единая система защиты от коррозии и старения. Подземные сооружения связи. Общие технические требования», а также изданием Руководства по защите систем передачи от мешающего влияния радиостанций (М.: Связь, 1973) в новое Руководство не включены разделы «Электрические измерения, выполняемые при защите подземных сооружений связи от коррозии» и «Электрические измерения, выполняемые при защите кабельных и воздушных линий связи от влияния внешних электромагнитных влияний».

Руководство составлено сотрудниками КОНИИС З.М.Альтшулером, Н.П.Гапоном, А.П.Роем, И.М.Шпильским, а также сотрудниками ТЦУМС-7 В.Л.Ефремовым, И.А.Климчуком при участии П.В.Коваленко и сотрудником ССКТБ С.П.Кромом. В разработке Руководства принимала участие сотрудник ТЦУМС-22 Н.Н.Руднева.

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ИЗМЕРЕНИЯМ

1.1. Электрические измерения проводятся на кабельных и воздушных линиях магистральной и внутризоновой сетей связи в процессе строительства (реконструкции) и эксплуатации.

1.2. Объем и регламент электрических измерений, а также нормы электрических цепей определяются руководящими материалами Министерства связи СССР (см. приложение 1).

1.3. Приборы, применяющиеся при электрических измерениях, должны быть проверены в соответствии с действующим законодательством о государственной и внутриведомственной поверке средств измерений (ГОСТ 8.002-86* «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный надзор и ведомственный контроль за средствами измерений» и приказ министра связи N 113 от 20.02.76 «О метрологической службе Министерства связи СССР»).

________________

* Действуют ПР 50.2.002-94. — Примечание «КОДЕКС».

1.4. Приборы необходимо использовать в строгом соответствии с их эксплуатационными документами.

1.5. При электрических измерениях должны применяться приборы, рекомендованные в настоящем Руководстве (табл.1.1), или аналогичные приборы отечественного и зарубежного производства, пределы допускаемых значений основных погрешностей которых не превышают допустимых погрешностей измерений электрических характеристик цепей кабельных и воздушных линий связи.

Таблица 1.1

Допустимые погрешности измерений электрических характеристик цепей кабельных
и воздушных линий связи и рекомендуемые приборы

Электрическая характеристика

Допустимая погрешность измерения

Рекомендуемый прибор

Временно рекомендуемый прибор

Электрическое сопротивление шлейфа

±0,5%

ПКП-4; ПКП-5

ПКП-3

Омическая асимметрия

±0,5%*

ПКП-4; ПКП-5

ПКП-3

Электрическое сопротивление изоляции

±2,5%**

ПКП-4; ПКП-5

ПКП-3

Электрическая прочность изоляции***

±3%

П4110

Электрическая емкость, измеренная:

с помощью моста переменного тока

±1,5%

ПКП-4

устройство и применение щитовых, стрелочных, электронных амперметров

Когда речь заходит про измерение тока, 90% обычных людей прежде всего представляет замер напряжения. Но другие параметры электропитания не менее важны. Потому надо разобраться, что из себя представляет амперметр переменного тока.

Особенности

Как нетрудно понять уже по названию, амперметр — это устройство для определения силы тока в амперах или производных кратных (дольных) единицах системы СИ. Конкретная единица измерения определяется точностью каждого прибора. В любую электрическую цепь амперметр включается по последовательной схеме по отношению к обследуемому участку цепи. В результате критически важно внутреннее сопротивление прибора.

В идеале оно должно быть сведено к нулю, чтобы предотвратить воздействие внутренней среды аппарата на объект и не понизить точность промера.

Чтобы расширить пространство измерений, используют шунты либо трансформатор. Шунтами оборудуются те устройства, которые рассчитаны на использование в цепях как постоянного, так и переменного тока. Правила безопасности категорически запрещают использование амперметров при прямом подсоединении к источнику питания. Это неизбежно провоцирует короткое замыкание. Но приборы, измеряющие силу тока, могут иметь различное исполнение — и об этом тоже надо сказать.

Разновидности амперметров

Принято делить их на 3 главных типа конструкций:

  • стрелочный электромеханический;
  • стрелочный электронный;
  • полностью цифровой с современными стандартами индикации измерений.

Стрелочные приборы распространены больше остальных, потому что они отличаются большой надежностью и простотой. Для измерения силы переменного тока могут применять индукционные, детекторные и прочие амперметры, кроме магнитоэлектрических устройств (рассчитанных на постоянный ток). Иногда встречается оснащение аппаратов со стрелочной головкой специальными электронными контурами, которые усиливают передающийся сигнал.

Также электроника позволяет исключать перегрузки, отсеивать посторонние шумы и наводки. За последние годы доля цифровых амперметров заметно выросла, но они все еще остаются «на вторых ролях».

Сама цифровая индикация может быть выполнена на базе как жидких кристаллов, так и светодиодов. Если говорить о стрелочных приборах, то разница между ними касается того, как именно создается вращение стрелки. В электромагнитных аппаратах оно возникает в результате механического действия тока в промежутке между катушкой и движущимся сердечником из ферромагнитного материала. К сердечнику и крепится стрелка. Задание угла поворота происходит, когда становятся равными вращающий момент и сопротивление рабочей пружины.

Отдельного внимания заслуживают щитовые амперметры. По принципу работы они почти не отличаются от других типов. Вместо отдельной «коробочки» используется целый «щит», обеспечивающий стабильность положения прибора. Именно такие устройства востребованы:

  • в производственных цехах;
  • в лабораториях промышленных предприятий;
  • в учебных заведениях;
  • на генерирующих и распределяющих ток объектах;
  • в бортовой аппаратуре транспортных средств;
  • в автоматизированных комплексах;
  • в трансформаторных подстанциях.

Что еще нужно знать про амперметры переменного тока

В практических измерениях силы тока используют 3 основные единицы — собственно ампер, микроампер и миллиампер. Сокращенные обозначения — А, мкА и мА соответственно. По используемой единице измерения выделяют:

  • амперметр;
  • миллиамперметр;
  • микроамперметр.

Шунты, которые раздвигают диапазон измерений, подсоединяют при помощи особых гаек. Подключение шунта к измерительному прибору должно производиться строго до включения питания. Необходимо внимательно следить за соблюдением полярности при подключении, в противном случае прибор «измерит» отрицательное значение силы тока. Электромагнитный амперметр менее чувствителен, чем магнитоэлектрический, но зато подходит как раз для замеров переменного тока.

Что касается ферродинамических измерителей, то они устроены по тому же принципу, что и электродинамические.

Но преимуществом в этом случае будет лучшая защита от негативных внешних факторов. Отпадает необходимость использовать внешние защитные экраны для противодействия наводкам. Сама конструкция — чисто механически — проста и надежна, стабильна при любых нормальных ситуациях. Из-за этого ферродинамический амперметр используют в ответственных отраслях промышленности и на оборонных объектах. Пользоваться им к тому же сравнительно просто, а точность замеров выше, чем у других аналоговых аппаратов.

Свои преимущества есть и у цифрового амперметра. Он находит применение как в производстве, так и в повседневной жизни. Подобные устройства сравнительно невелики, но очень точны. Кроме того, они:

  • имеют меньшую массу, чем аналоговые приборы;
  • не подвержены воздействию вибраций;
  • сохраняют работоспособность после слабого удара;
  • одинаково эффективны в горизонтальном или вертикальном положении;
  • могут переносить довольно значительные колебания температур и давления.

Если нужны максимально точные замеры, следует отдавать предпочтение амперметрам с сопротивлением не более 0,5 Ом. Очень хорошо, когда зажимы контактов подвергаются антикоррозийной обработке. При выборе устройства нужно смотреть и на качество изготовления корпуса. Малейшие механические дефекты там совершенно недопустимы, как и любое нарушение герметичности. Попадание внутрь воды либо водяных паров не только сокращает срок службы амперметра, но и многократно понижает достоверность его показаний.

Что такое амперметр переменного тока, смотрите далее.

Измерение переменного тока.

Приборы для измерения переменного тока
могут быть различными.

Для измерения тока промышленной частоты
(50 – 100 Гц) используют в основном приборы
непосредственной оценки на основе
электромагнитной и электродинамической
систем, а также термоэлектрической
систем.

В маломощных цепях высоких частот ток
измеряется выпрямительными,
термоэлектрическими, электронными
цифровыми и аналоговыми вольтметрами
на резисторе с известным сопротивлением.
Амперметр должен иметь минимальные
значения входного сопротивления,
индуктивностей и емкостей.

Приборы электромагнитной системы.
Принцип действия этих приборов основан
на явлении втягивания стальной пластины,
соединенной со стрелкой, магнитным
полем катушки. Отклонение подвижной
части измерительного механизма зависит
от квадрата измеряемого тока и может
быть использовано для измерения как
постоянного, так и переменного тока с
частотой не выше 5 кГц. Подбором формы
сердечника удается получить практически
равномерную шкалу. Амперметры
магнитоэлектрической системы выпускаются
в качестве щитовых приборов классов
точности 0,5, 1,0, 2,5 на частотах до 1500 Гц,
и 0,5, 1,0 – до 2400 Гц. Для расширения пределов
измерения тока электромагнитным
амперметром применяются не шунты, а
секционные катушки или трансформаторы.
Достоинства – простота конструкции,
дешевизна и надежность. Недостатки –
малая точность и чувствительность.
Электромагнитные амперметры применяют
для непосредственного измерения токов
до 200 А, катушка измерительного механизма
включается последовательно в цепь
измеряемого тока. Предел измерения
определяется числом витков катушки.
Чем выше предел, тем меньше витков из
более толстого провода.

Электродинамические приборы. Принцип
действия основан на взаимодействии
двух магнитных потоков, создаваемых
токами, протекающими по двум катушкам,
одна из которых подвижна. В результате
взаимодействия магнитных полей катушек
и противодействующих пружин, подвижная
катушка поворачивается на некоторый
угол, пропорциональный токам в катушках.
Измеряется этими приборами действующее
(среднеквадратическое ) значение тока.
Схемы включения обмоток катушек различны.
При последовательном включении измеряются
малые токи (менее 0,5 А), шкала прибора
квадратична. При параллельном включении
обмоток измеряются большие токи, шкала
тоже квадратичная. Электродинамические
амперметры выпускаются различных
классов точности до 0,1. Применяются в
основном на промышленных частотах. Для
расширения пределов применяют переключение
катушек измерительного механизма с
последовательного на параллельное и
трансформаторы тока.

Выпрямительные приборы.

Они широко применяются для измерения
тока в звуковом диапазоне частот. Принцип
действия основан на выпрямительных
свойствах диода. Постоянная составляющая
выпрямленного диодом тока измеряется
прибором магнитоэлектрической системы.
Обычно используются выпрямители
однополупериодные и двухполупериодные.
Выпрямительные приборы измеряют среднее
значение переменного тока, а не
среднеквадратическое. Шкалу прибора
градуируют в среднеквадратических
значениях, поэтому показания пересчитывают
через коэффициент формы. Выпрямительные
приборы для измерения токов широко
применяют как составные элементы
комбинированных приборов :тестеров,
авометров, используемых для измерения
токов, напряжений, сопротивлений. При
использовании соответствующих диодов
выпрямительные приборы могут применяться
в диапазоне СВЧ. Германиевые и кремниевые
диоды обеспечивают частотный диапазон
до 100 МГц. Основные достоинства
выпрямительных приборов – высокая
чувствительность, малое собственное
потребление и возможность измерения в
широком диапазоне частот. Недостаток
– невысокая точность. Основные источники
погрешностей – изменение параметров
диодов со временем. Класс точности
выпрямительных приборов 1,5 и 2,5, пределы
измерений по току от 2 мА до 600 А, по
напряжению от 0,3 до 600 В.

Термоэлектрические приборы.

Они используются для измерения токов
высокой частоты. Прибор состоит из
термопреобразователя, термоэлемента
и измерительного прибора.

Измерительный прибор И выполнен по
магнитоэлектрической системе. Простейший
термопреобразователь имеет подогреватель
2 и термопару 1 из двух разнородных
проводников, спаянных между собой. Если
через подогреватель термоэлемента
пропускать измеряемый ток, то вследствие
нагрева спая в цепи термопары и прибора
И будет протекать термоток постоянного
напряжения. Прибор измеряет действующее
значение переменного тока. Шкала
термоэлектрических приборов близка к
квадратичной. Чувствительность зависит
от материала термопары. Достоинства
термоэлектрических приборов – высокая
чувствительность, большой диапазон
измерения токов, широкий диапазон
частот, возможность измерения токов
произвольной формы. Недостатки –
неравномерность шкалы, которая в
начальной части получается сжатой.
Кроме того показания зависят от
температуры. Общий частотный диапазон
термоэлектрических приборов лежит в
пределах от 45 Гц до 300 МГц, номинальные
токи – от 1 мА до 50 А, классы точности –
от 1,0 до 2,5.

Измерение
напряжения

Измерение постоянного напряжения

Приборы непосредственной оценки.

При использовании метода непосредственной
оценки вольтметр подключается параллельно
тому участку цепи, на котором надо
измерить напряжение. Относительная
погрешность измерения напряжения равна
,
т.е. чем больше внутреннее сопротивление
вольтметра, тем меньше погрешность
измерения.

Измерение постоянного напряжения может
быть выполнено любыми измерителями
напряжений постоянного тока
(магнитоэлектрическими, электродинамическими,
электромагнитными, электростатическими,
аналоговыми и цифровыми вольтметрами.)
Выбор вольтметра обусловлен мощностью
объекта измерений и необходимой
точностью. Диапазон измеряемых напряжений
лежит в пределах от долей микровольт
до десятков киловольт.

Если необходимая точность может быть
обеспечена приборами электромеханической
группы, то следует предпочесть этот
простой метод непосредственной оценки.
При измерении напряжений с более высокой
точностью следует использовать приборы,
основанные на методе сравнения. При
любом методе измерения могут быть
использованы аналоговый и цифровой
отсчеты.

Приборы непосредственной оценки.

Магнитоэлектрические приборы используются
при проверке режимов радиосхем и
используются при измерении напряжений
в приборах других систем. Кроме того
они используются в качестве индикаторов.
Вольтметры магнитоэлектрической системы
имеют равномерную шкалу, высокую
точность, большую чувствительность, но
низкое входное сопротивление.

Электростатические вольтметры имеют
достоинство малое потребление,
независимость от температуры окружающей
среды, высокое входное сопротивление,
а недостатки – неравномерная шкала и
опасность пробоя между пластинами.

Наиболее широко для измерения постоянного
напряжения применяют электронные
вольтметры. Они могут быть аналоговыми
и цифровыми.

Аналоговые электронные вольтметры
постоянного тока.

В отличие от вольтметров электромеханической
группы электронные вольтметры постоянного
тока имеют высокое входное сопротивление
и малое потребление тока от измерительной
цепи. На рисунке М2-6 представлена
структурная схема аналогового электронного
вольтметра.

Рисунок М2-6. Структурная схема аналогового
электронного вольтметра постоянного
напряжения.

Основными элементами являются входное
устройство, усилитель постоянного тока
и измерительный прибор магнитоэлектрической
системы. Входное устройство содержит
входные зажимы, делитель напряжения,
предварительный усилитель. Высокоомный
делитель на резисторах служит для
расширения пределов измерения. Усилитель
постоянного тока служит для повышения
чувствительности вольтметра и является
усилителем мощности измеряемого
напряжения до значения, необходимого
для создания достаточного вращающего
момента у измерительного прибора.

К усилителям постоянного напряжения
предъявляются такие требования, как
высокая линейность характеристики,
постоянство коэффициента усиления.
Основные технические характеристики
вольтметров постоянного тока приведены
в таблице М2-3.

Таблица М2-3. Основные технические
характеристики вольтметров постоянного
тока.

Тип,
наименование прибора

Диапазон
измеряемых напряжений, В

Основная
погрешность измерения, %

В2–34,
вольтметр постоянного тока,
дифференциальный , цифровой

0,01 мВ – 1000В,

поддиапазоны:

1

10

100,1000

0,005

В2
– 36, вольтметр постоянного тока,
цифровой

0,005

В2-38,
нановольтметр цифровой постоянного
тока

0,05

Измерение постоянного напряжения
цифровыми приборами.

Цифровые вольтметры все шире применяются
для измерения напряжений и токов.
Упрощенная структурная схема цифрового
вольтметра представлена на рис.М2-7.

Рисунок М2-7. Структурная схема цифрового
вольтметра

Входное устройство содержит делитель
напряжения. Аналого-цифровой преобразователь
(АЦП) преобразует аналоговый сигнал в
цифровую форму и представляет его
цифровым кодом. Цифровое отсчетное
устройство регистрирует измеряемую
величину.

По типу АЦП цифровые вольтметры делятся
на кодоимпульсные и времяимпульсные.
Поскольку АЦП преобразует сигнал
постоянного тока в цифровой код, цифровые
вольтметры считают приборами постоянного
напряжения. Для измерения переменного
напряжения на выходе вольтметра ставится
преобразователь.

По виду измеряемой величины цифровые
приборы делятся на приборы:

  • для измерения постоянного напряжения;

  • для измерения переменного напряжения;

  • мультиметры (универсальные вольтметры
    для измерения напряжения, сопротивления,
    тока)

Цифровые вольтметры обычно имеют высокое
входное сопротивление более 100 Мом,
диапазоны измерений 100мВ, 1 В, 10В, 100 В,
1000В. Порог чувствительности на диапазоне
1 00 мВ может быть 10 мкВ.

Цепь

переменного тока — напряжение, ток и мощность

В цепи переменного тока — переменный ток генерируется источником синусоидального напряжения

Напряжение

AC current - voltage and current resistive, capacitive and inductive load

Токи в цепях с резистивной нагрузкой pure , емкостной или индуктивной нагрузкой

Мгновенное напряжение в синусоидальной цепи переменного тока может быть выражено в форме во временной области как

u (t) = U max cos (ω t + θ) (1)

где

u (t) = напряжение в цепи в момент времени t (В)

U max = максимальное напряжение при амплитуде синусоидальной волны (В)

t = время (с)

ω = 2 π f

= угловая частота синусоидальной волны (рад / с)

f = частота (Гц, 1 / с)

θ = фазовый сдвиг синусоидальной волны (рад)

Мгновенное напряжение альтернативно может быть выражено в частотной области (или векторном) как

U = U (jω) = U max e (1а)

где

U (jω) = U = комплексное напряжение (В)

Вектор — это комплексное число, выраженное в полярной форме, состоящее из величины, равной максимальной амплитуде синусоидального сигнала, и фазы. угол, равный фазовому сдвигу синусоидального сигнала относительно косинусоидального сигнала.

Обратите внимание, что конкретная угловая частота — ω — явно не используется в выражении вектора.

Ток

Мгновенный ток может быть выражен в форме во временной области как

i (t) = I m cos (ω t + θ) (2)

где

i (t) = ток в момент времени t (A)

I max = максимальный ток при амплитуде синусоидальной волны (A)

Токи в цепях с чистые резистивные нагрузки , емкостные индуктивные нагрузки или показаны на рисунке выше.Ток в «реальной» цепи с резистивной, индуктивной и емкостной нагрузкой показан на рисунке ниже.

Мгновенный ток в цепи переменного тока альтернативно может быть выражен в частотной области (или векторном) как

I = I (jω) = I max e (2a)

, где

I = I (jω) = комплексный ток (A)

Частота

Обратите внимание, что частота большинства систем переменного тока является фиксированной — например, 60 Гц в Северной Америке и 50 Гц в большей части остального мира.

Угловая частота для Северной Америки

ω = 2 π 60

= 377 рад / с

Угловая частота для большей части остального мира составляет

ω = 2 π 50

= 314 рад / с

Активная нагрузка

Напряжение на резистивной нагрузке в системе переменного тока можно выразить как

U = RI (4)

, где

R = сопротивление (Ом)

Для резистивной нагрузки в цепи переменного тока напряжение составляет в фазе с током.

Индуктивная нагрузка

Напряжение на индуктивной нагрузке в системе переменного тока может быть выражено как

U = j ω LI (5)

, где

L = индуктивность (Генри)

Для индуктивной нагрузки ток в цепи переменного тока составляет π / 2 (90 o ) фаза после напряжения (или напряжения перед током).

Емкостная нагрузка

Напряжение индуктивной нагрузки в системе переменного тока можно выразить как

U = 1 / (j ω C) I (6)

где

C = емкость (фарад)

Для емкостной нагрузки ток в цепи переменного тока опережает напряжение на π / 2 (90 o ) фаза .

В реальной электрической цепи присутствует смесь резистивных, емкостных и индуктивных нагрузок с фазовым сдвигом напряжение / ток в диапазоне — π / 2 <= φ <= π / 2 , как показано на рисунок ниже.

AC current in circuits wit resistive, capacitive and inductive loads

Ток в «реальной» цепи со смесью резистивных, индуктивных и емкостных нагрузок . φ — фазовый угол между током и напряжением.

Импеданс

Закон Ома для сложного переменного тока может быть выражен как

U z = I z Z (7)

, где

U z = падение напряжения на нагрузке (вольт, В)

I z = ток через нагрузку (ампер, А)

Z = полное сопротивление нагрузки (Ом, Ом)

Полное сопротивление в цепи переменного тока можно рассматривать как комплексное сопротивление.Импеданс действует как частотно-зависимый резистор, где сопротивление зависит от частоты синусоидального возбуждения.

Импедансы в серии

Результирующий импеданс для последовательных сопротивлений может быть выражен как

Z = Z 1 + Z 2 (7b)

Сопротивление параллельно

Результирующее сопротивление для параллельных сопротивлений может быть выражено как

1 / Z = 1 / Z 1 + 1 / Z 2 (7c)

Полная проводимость

Полная проводимость — это инвертированный импеданс

Y = 1 / Z (8)

, где

Y = полная проводимость (1 / Ом)

RMS или эффективное напряжение

RMS значение — это эффективное значение синусоидального напряжения или тока.

RMS — среднеквадратичное значение — или эффективное напряжение может быть выражено как

U rms = U eff

= U max / (2) 1/2

= 0,707 U макс. (9)

где

U действующее значение = U эфф

= действующее значение напряжения (В)

U макс = максимальное напряжение (амплитуда) источника синусоидального напряжения (В)

RMS — среднеквадратичное значение — или эффективный ток может быть выражен как

I rms = I eff

= I max / (2) 1/2

= 0.707 I макс (10)

где

I действующее значение = I эфф

= действующее значение тока (A)

I макс = максимальный ток (амплитуда) источника синусоидального напряжения (A)

Вольтметры и амперметры переменного тока показывают среднеквадратичное значение напряжения или тока — или 0,707 максимальных пиковых значений. Максимальные пиковые значения равны 1.В 41 раз больше значений вольтметра.

Пример

  • для системы 230 В, U действующее значение = 230 В, и U макс. = 324 В
  • для системы 120 В U среднеквадратичное значение = 120 В и U макс. = 169 В

Трехфазное напряжение переменного тока — линия к линии и линия к нейтрали

AC three phase supply system

В трехфазной системе переменного тока напряжение может передаваться между линиями и нейтралью (фазный потенциал), или между линиями (линейный потенциал).Результирующие напряжения для двух общих систем — европейской системы 400/230 В и североамериканской системы 208/120 В указаны для одного периода на рисунках ниже.

400/230 В переменного тока

230V/400V AC Line to Line and Line to Neutral Voltage

печать 400/230 В трехфазная диаграмма

  • L1, L2 и L3 — это три фазы, соединяющие потенциалы нейтрали — потенциалы фаз
  • L1 — L2, L1 к L3 и L2 к L3 — это трехфазные линейные потенциалы — линейные потенциалы
  • L2, L2 и L3 — результирующий потенциал трех фаз в сбалансированной цепи — результирующий потенциал = 0

Величина линейных потенциалов равна 3 1/2 (1.73) величина фазового потенциала.

U действующее значение, линия = 1,73 U действующее значение, фаза (11)

208 В / 120 В переменного тока

208V/120V AC Line to Line and Line to Neutral Voltage

печать 208/120 В Трехфазная диаграмма

Мощность

Активный — или действительный, или истинный — мощность, которая выполняет фактическую работу в цепи — может быть рассчитана как

P = U rms I rms cos φ (12)

, где

P = активная активная мощность (Вт)

φ = фазовый угол между током и напряжением (рад, градусы)

Cos φ также называется коэффициентом мощности.

Реактивную мощность в цепи можно рассчитать как

Q = U действующее значение I среднеквадратичное значение sin φ (13)

Q = реактивная мощность (ВАр)

.

Что такое цепь переменного тока? — Различные условия и форма волны

Цепь, возбуждаемая переменным источником, называется цепью переменного тока . Переменный ток (AC) используется в бытовых и промышленных целях. В цепи переменного тока значение величины и направления тока и напряжений не является постоянным, оно изменяется через равные промежутки времени.

Он распространяется как синусоидальная волна, завершая один цикл как половина положительного и полуотрицательного цикла и является функцией времени (t) или угла (θ = wt).

В цепи постоянного тока противодействие протеканию тока является единственным сопротивлением цепи, тогда как противодействие протеканию тока в цепи переменного тока происходит из-за сопротивления (R), индуктивного реактивного сопротивления (X L = 2πfL) и емкостное реактивное сопротивление (X C = 1/2 πfC) цепи.

В цепи переменного тока ток и напряжения представлены величиной и направлением . Переменная величина может быть или не совпадать по фазе друг с другом в зависимости от различных параметров схемы, таких как сопротивление, индуктивность и емкость.Синусоидальные переменные величины — это напряжение и ток, которые изменяются согласно синусу угла θ.

Для выработки электроэнергии во всем мире выбираются синусоидальные напряжение и ток по следующим причинам, приведенным ниже.

  • Синусоидальное напряжение и ток приводят к низким потерям в железе и меди в трансформаторах и вращающихся электрических машинах, что, в свою очередь, повышает эффективность машин переменного тока.
  • Они создают меньше помех для ближайшей системы связи.
  • Они вызывают меньшие помехи в электрической цепи.

    Переменное напряжение и ток в цепи переменного тока

    Напряжение, полярность и величина которого меняется через равные промежутки времени, называется переменным напряжением . Точно так же направление тока изменяется, и величина тока изменяется со временем, это называется переменного тока .

    Когда источник переменного напряжения подключается к сопротивлению нагрузки, как показано на рисунке ниже, ток через него течет в одном направлении, а затем в противоположном направлении при изменении полярности.

    AC-CIRCUIT-FIGURE

    Схема цепи переменного тока

    Форма волны переменного напряжения в зависимости от времени и тока, протекающего через сопротивление (R) в цепи, показана ниже.
    AC-CIRCUIT-WAVEFORM

    Существуют различные типы цепей переменного тока, такие как цепь переменного тока, содержащая только сопротивление (R), цепь переменного тока, содержащая только емкость (C), цепь переменного тока, содержащую только индуктивность (L), комбинацию цепи RL, цепь переменного тока, содержащую сопротивление и емкость ( RC), цепь переменного тока, содержащая индуктивность и емкость (LC) и сопротивление, индуктивность и емкость (RLC), цепь переменного тока.

    Различные термины, которые часто используются в цепи переменного тока, следующие:

    Максимальное положительное или отрицательное значение, достигаемое переменной величиной за один полный цикл, называется амплитудой, или пиковым значением, или максимальным значением. Максимальное значение напряжения и тока представлено E m или V m и I m соответственно.

    Половина цикла называется чередованием. Диапазон чередования составляет 180 градусов.

    Когда один набор положительных и отрицательных значений дополняется переменным количеством или он проходит через электрические 360 градусов, говорят, что он имеет один полный цикл.

    Значение напряжения или тока в любой момент времени называется мгновенным значением. Обозначается он (i или e).

    Число циклов, выполняемых переменной величиной в секунду, называется частотой. Он измеряется в циклах в секунду (с / с) или герцах (Гц) и обозначается (f).

    Время в секундах, затрачиваемое напряжением или током для завершения одного цикла, называется периодом времени. Обозначается он (T).

    Форма, полученная путем нанесения мгновенных значений переменной величины, такой как напряжение и ток, вдоль оси y и времени (t) или угла (θ = wt) вдоль оси x, называется формой волны.

Это все о цепях переменного тока.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *