Połączenie amperomierza i woltomierza w sieci prądu stałego i przemiennego

Prąd stały nie zmienia kierunku w czasie. Przykładem może być bateria w latarce lub radiu, bateria w samochodzie. Zawsze wiemy, gdzie jest pozytywne piętno źródła zasilania i gdzie jest ujemne.

Prąd przemienny Jest prądem, który zmienia kierunek ruchu z pewną częstotliwością. Taki prąd płynie w naszym wylocie, gdy podłączymy do niego obciążenie. Nie ma bieguna dodatniego i ujemnego, a jedynie faza i zero. Napięcie zerowe ma potencjał zbliżony do potencjału ziemi. Potencjał na wyjściu fazowym zmienia się z dodatniego na ujemny z częstotliwością 50 Hz, co oznacza, że ​​prąd pod obciążeniem zmieni swój kierunek 50 razy na sekundę.

Podczas jednego okresu oscylacji prąd wzrasta od zera do maksimum, następnie maleje i przechodzi przez zero, a następnie zachodzi proces odwrotny, ale z innym znakiem.

Odbieranie i przesyłanie prądu przemiennego jest znacznie łatwiejsze niż bezpośrednie: mniejsze straty energii Za pomocą transformatorów możemy łatwo zmienić napięcie prądu przemiennego.

Podczas przesyłania dużego napięcia wymagane jest mniej prądu dla tej samej mocy. Pozwala to na bardziej subtelny argument. W transformatorach spawalniczych stosuje się proces odwrotny - obniżają napięcie, aby zwiększyć prąd spawania.

Pomiar prądu stałego

Do w obwodzie elektrycznym zmierzyć prąd, konieczne jest włączenie amperomierza lub miliamperomierza szeregowo z odbiornikiem mocy. Ponadto, aby wykluczyć wpływ urządzenia pomiarowego na działanie konsumenta, amperomierz musi mieć bardzo mały opór wewnętrzny, aby można go było praktycznie przyjąć zero, tak aby spadek napięcia na urządzeniu mógł być po prostu pominięty.

Włączenie amperomierza do obwodu jest zawsze szeregowe z obciążeniem. Jeśli podłączysz amperomierz równolegle do obciążenia, równolegle do źródła zasilania, wówczas amperomierz po prostu pali lub pali źródło, ponieważ cały prąd przepłynie przez skromny opór urządzenia pomiarowego.

Bocznik

Granice pomiaru amperomierzy przeznaczonych do pomiarów w obwodach prądu stałego można rozszerzyć, podłączając amperomierz nie bezpośrednio do cewki pomiarowej szeregowo z obciążeniem, ale podłączając cewkę pomiarową amperomierza równolegle do bocznika.

Tak więc tylko niewielka część mierzonego prądu zawsze będzie przechodzić przez cewkę urządzenia, której główna część przepłynie przez bocznik połączony szeregowo. Oznacza to, że urządzenie faktycznie mierzy spadek napięcia na boczniku o znanej rezystancji, a prąd będzie wprost proporcjonalny do tego napięcia.

W praktyce amperomierz będzie działał jak miliwoltomierz. Niemniej jednak, ponieważ skala urządzenia jest wyskalowana w amperach, użytkownik otrzyma informację o wielkości mierzonego prądu. Współczynnik obejścia jest zwykle wybierany jako wielokrotność 10.

Boczniki zaprojektowane dla prądów do 50 amperów są montowane bezpośrednio w obudowach instrumentów, a boczniki do pomiaru wysokich prądów są zdalne, a następnie urządzenie jest połączone z bocznikiem za pomocą sond. W przypadku instrumentów zaprojektowanych do ciągłej pracy z bocznikiem, skale są natychmiast klasyfikowane według określonych wartości prądu, biorąc pod uwagę współczynnik bocznika, a użytkownik nie musi już niczego obliczać.

Jeśli bocznik jest zewnętrzny, to w przypadku kalibrowanego bocznika wskazany jest na nim prąd znamionowy i napięcie znamionowe: 45 mV, 75 mV, 100 mV, 150 mV.W przypadku pomiarów prądowych bocznik jest wybierany tak, aby strzałka odbierała maksimum - cała skala, to znaczy napięcia nominalne bocznika i urządzenia pomiarowego powinny być takie same.

Jeśli mówimy o pojedynczym boczniku dla konkretnego urządzenia, wszystko oczywiście jest prostsze. Według klas dokładności boczniki dzielą się na: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2 i 0,5 - jest to dopuszczalny błąd w ułamkach procentowych.

Boczniki wykonane są z metali o niskim współczynniku oporu i znacznej rezystywności: constantan, nikiel, manganina, tak że gdy prąd przepływający przez bocznik ogrzewa go, nie wpłynie to na odczyty urządzenia. Aby zmniejszyć współczynnik temperatury podczas pomiarów, dodatkowy rezystor z materiału tego samego rodzaju jest dołączony szeregowo z cewką amperomierza.

Pomiar napięcia stałego

To zmierzyć stałe napięcie między dwoma punktami obwodu, równolegle do obwodu, między tymi dwoma punktami podłączyć woltomierz. Woltomierz jest zawsze włączony równolegle do odbiornika lub źródła. Aby podłączony woltomierz nie wpływał na działanie obwodu, nie powodował spadku napięcia, nie powodował strat, musi mieć wystarczająco wysoką rezystancję wewnętrzną, aby można było zaniedbać przepływ prądu przez woltomierz.

Dodatkowy rezystor

Aby rozszerzyć zakres pomiarowy woltomierza, dodatkowy rezystor jest połączony szeregowo z jego uzwojeniem roboczym, tak że tylko część mierzonego napięcia spada bezpośrednio na uzwojenie pomiarowe urządzenia, proporcjonalnie do jego rezystancji. Przy znanej wartości rezystancji dodatkowego rezystora całkowite zmierzone napięcie działające w tym obwodzie można łatwo ustalić na podstawie napięcia na nim ustalonego. Tak działają wszystkie klasyczne woltomierze.

Współczynnik wynikający z dodania dodatkowego rezystora pokaże, ile razy zmierzone napięcie jest większe niż napięcie na cewkę pomiarową urządzenia. Oznacza to, że granice pomiaru urządzenia zależą od wartości dodatkowego rezystora.

Dodatkowy opornik jest wbudowany w urządzenie. Aby zmniejszyć wpływ temperatury otoczenia na pomiary, wykonany jest dodatkowy rezystor z materiału o niskim współczynniku rezystancji. Ponieważ rezystancja dodatkowego rezystora jest wielokrotnie większa niż rezystancja urządzenia, rezystancja mechanizmu pomiarowego urządzenia w rezultacie nie zależy od temperatury. Klasy dokładności dodatkowych rezystorów wyrażone są podobnie jak klasy dokładności boczników - w ułamkach procentowych wskazana jest wartość błędu.

W celu dalszego rozszerzenia zakresu pomiarowego woltomierzy stosuje się dzielniki napięcia. Odbywa się to tak, że podczas pomiaru napięcia na urządzeniu odpowiada wartości nominalnej urządzenia, to znaczy, że nie przekroczyłoby limitu jego skali. Współczynnikiem dzielącym dzielnika napięcia jest stosunek napięcia wejściowego dzielnika do mocy wyjściowej, mierzonego napięcia. Współczynnik podziału przyjmuje się na poziomie 10, 100, 500 lub więcej, w zależności od możliwości zastosowanego woltomierza. Dzielnik nie wprowadza dużego błędu, jeśli rezystancja woltomierza jest również wysoka, a rezystancja wewnętrzna źródła jest niewielka.

Pomiar prądu przemiennego

Aby dokładnie zmierzyć parametry prądu przemiennego za pomocą przyrządu, wymagany jest transformator pomiarowy. Transformator pomiarowy używany do celów pomiarowych zapewnia również personelowi bezpieczeństwo, ponieważ transformator osiąga izolację galwaniczną od obwodu wysokiego napięcia. Zasadniczo środki ostrożności zabraniają podłączania urządzeń elektrycznych bez takich transformatorów.

Zastosowanie transformatorów pomiarowych pozwala rozszerzyć granice pomiaru urządzeń, tzn. Staje się możliwy pomiar dużych napięć i prądów za pomocą urządzeń niskonapięciowych i niskoprądowych. Transformatory pomiarowe są zatem dwojakiego rodzaju: przekładniki napięciowe i przekładniki prądowe.

Transformator napięciowy

Do pomiaru napięcia przemiennego służy transformator napięcia. Jest to transformator obniżający napięcie z dwoma uzwojeniami, którego uzwojenie pierwotne jest podłączone do dwóch punktów obwodu, między którymi należy zmierzyć napięcie, a wtórne - bezpośrednio do woltomierza. Transformatory pomiarowe na schematach przedstawiono jako zwykłe transformatory.

Transformator bez obciążonego uzwojenia wtórnego działa w trybie jałowym, a gdy podłączony jest woltomierz, którego rezystancja jest wysoka, transformator pozostaje praktycznie w tym trybie, a zatem zmierzone napięcie można uznać za proporcjonalne do napięcia przyłożonego do uzwojenia pierwotnego, biorąc pod uwagę współczynnik transformacji równy stosunkowi liczby zwojów w uzwojeniu wtórnym i pierwotnym.

W ten sposób można zmierzyć wysokie napięcie, a do urządzenia przykładane jest małe bezpieczne napięcie. Pozostaje pomnożyć zmierzone napięcie przez współczynnik transformacji transformatora mierzącego napięcie.

Te woltomierze, które zostały pierwotnie zaprojektowane do pracy z przekładnikami napięciowymi, mają skalę podziałki uwzględniającą współczynnik transformacji, a następnie na skali bez dodatkowych obliczeń można natychmiast zobaczyć wartość zmienionego napięcia.

Aby zwiększyć bezpieczeństwo podczas pracy z urządzeniem, w przypadku uszkodzenia izolacji transformatora pomiarowego najpierw uziemia się jeden z zacisków uzwojenia wtórnego transformatora i jego ramę.

Pomiar przekładników prądowych

Do podłączenia amperomierzy do obwodów prądu przemiennego stosuje się przekładniki prądowe. Są to transformatory podwyższające z podwójnym uzwojeniem. Uzwojenie pierwotne jest połączone szeregowo z mierzonym obwodem, a wtórne do amperomierza. Rezystancja w obwodzie amperomierza jest niewielka i okazuje się, że przekładnik prądowy działa prawie w trybie zwarcia, przy czym można założyć, że prądy w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym odnoszą się do siebie jako liczba zwojów uzwojenia wtórnego i pierwotnego.

Wybierając odpowiedni stosunek zwojów, można zmierzyć znaczące prądy, a wystarczająco małe prądy zawsze będą przepływały przez urządzenie. Pozostaje pomnożyć prąd zmierzony w uzwojeniu wtórnym przez współczynnik transformacji. Amperomierze zaprojektowane do pracy ciągłej wraz z przekładnikami prądowymi posiadają podziałkę skal uwzględniającą współczynnik transformacji, a wartość zmierzonego prądu można łatwo odczytać ze skali urządzenia bez obliczeń. W celu zwiększenia bezpieczeństwa personelu, jeden z zacisków uzwojenia wtórnego przekładnika prądowego i jego rama są najpierw uziemione.

W wielu zastosowaniach wygodne są tulejowe przekładniki prądowe, w których obwód magnetyczny i uzwojenie wtórne są izolowane i umieszczone wewnątrz tulei, przez okno, przez którą przepływa miedziana szyna o zmierzonym prądzie.

Uzwojenie wtórne takiego transformatora nigdy nie pozostaje otwarte, ponieważ silny wzrost strumienia magnetycznego w obwodzie magnetycznym może nie tylko prowadzić do jego zniszczenia, ale także indukować EMF, który jest niebezpieczny dla personelu uzwojenia wtórnego. W celu przeprowadzenia bezpiecznego pomiaru uzwojenie wtórne jest bocznikowane za pomocą rezystora o znanej wartości znamionowej, którego napięcie będzie proporcjonalne do mierzonego prądu.

Dwa rodzaje błędów są typowe dla pomiaru transformatorów: kątowy i współczynnik transformacji. Pierwszy wiąże się z odchyleniem kąta fazowego uzwojenia pierwotnego i wtórnego od 180 °, co prowadzi do niedokładnych odczytów watomierzy.Jeśli chodzi o błąd związany ze współczynnikiem przekształcenia, to odchylenie pokazuje klasę dokładności: 0,2, 0,5, 1 itd., Jako procent wartości nominalnej.