Измерительные трансформаторы напряжения

 

Представляет собой измерительный преобразователь, понижающий измеряемое напряжение в заданное число раз. Получаемое низкое напряжение, не превышающее обычно 100 В, подводится к вольтметрам, параллельным цепям ваттметров, счётчиков и других измерительных приборов.

Используя трансформаторы напряжения, с одной стороны, получаем возможность применения низковольтных приборов для измерений в цепях высокого напряжения, а с другой – обеспечиваем безопасность обслуживания высоковольтных установок.

 

Устройство трансформатора напряжения аналогично устройству силового трансформатора. Трансформатор напряжения состоит из замкнутого магнитопровода, набранного из листовой трансформаторной стали, и двух изолированных обмоток – первичной Л1, Л2 и вторичной И1, И2 с числами витков w1, и w2. Первичная обмотка трансформатора присоединённая к сети с измеряемым напряжением; к зажимам вторичной обмотки подключается соединённые параллельно вольтметры и параллельные цепи других приборов.

 

Для работы трансформатора напряжения характерно незначительное изменение первичного напряжения и большое сопротивление вторичной внешней цепи; таким образом, он работает в условиях, близких к холостому ходу.

Отношение действительного значения первичного напряжения U1 к действительному напряжению U2 называется действительным коэффициентом трансформации трансформатора напряжения k=U1/U2. зная этот коэффициент и измерив вторичное напряжение вольтметром, можно определить первичное напряжение U1=k·U2.

Однако действительный коэффициент трансформации обычно не известен, так как он зависит от режима работы трансформатора, т.е. от измеряемого напряжения, от значения и характера нагрузки и от частоты переменного тока.

Вследствие этого приближённо измеряемое напряжение U’1 находят по формуле:

 

U’1=kH·U2

 

где kH=UH1/UH2 – номинальный коэффициент трансформации, равный отношению номинального первичного напряжения к номинальному вторичному напряжению, даётся заводом изготовителем на щитке трансформатора. Напряжение UH2=100 B или 100 В.

Погрешность при измерении напряжения, вызванная применением трансформатора,

 

гU=	U'1–U1	·100%=	kH·U2–k2·U2	·100%=	kH–k	·100%=гK
	U1		k·U2		k

 

где гK= гU – погрешность в коэффициенте трансформации или погрешность по напряжению.

Для безопасности обслуживающего персонала один зажим вторичной цепи трансформатора и его металлический корпус всегда заземляются.

Трансформаторы напряжения по точности делятся на классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0 и 3,0.

Породу изоляции трансформаторы напряжения делят на сухие (для напряжений до 3 кВ) и трансформаторы с заливкой маслом или изолирующей массой (для напряжения 3 кВ и выше).

Отечественная промышленность, кроме различных типов промышленных трансформаторов, изготовляет лабораторные трансформаторы с несколькими номинальными первичными и вторичными напряжениями.

 

Список используемой литературы

 

В.С. Попов «Электрические измерения». М «Энергия», 1974 г.

В.Н. Малиновский «Электрические измерения». М «Энергоиздат», 1982 г.

В.И. Котур и др. «Электрические измерения и электроизмерительные приборы». М. Эн. 1986 г.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ИЗМЕРЕНИЯ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электрические измерительные приборы служат для измерения различных электрических величин: силы тока, напряжения, сопро­тивления, мощности, энергии, а также многих неэлектрических ве­личин, в том числе температуры, давления, влажности, скорости, уровня жидкости, толщины материала и др.

В связи с тем, что абсолютно точных приборов нет, показания электроизмерительных приборов несколько отличаются от действи­тельного значения измеряемых величин.

Разность между измеренным и действительным значением вели­чины называется абсолютной погрешностью прибора. Если, напри­мер, в цепи сила тока I =10 а, а амперметр, включенный в эту цепь, показывает I_изм:==9,85 а, то абсолютная погрешность показания прибора

Приведенной погрешностью прибора g_пр называется отношение абсолютной погрешности ΔА к наибольшему значению величины А_макс, которую можно измерить при данной шкале прибора:

Приведенная погрешность прибора, находящегося в нормальных рабочих условиях (температура 20° С, отсутствие вблизи прибора ферромагнитных масс, нормальное рабочее положение шкалы и т. д.), называется основной погрешностью прибора.

Пример. Пусть при изменении силы тока I=4 а в нормальных условиях пользовались амперметром со шкалой 0—10 а и он показывал, что сила тока в цепи 4,1 а. Вычислить основную (приведенную) погрешность прибора, харак­теризующую его точность.

Р е ш е н и е:

В зависимости от допускаемой основной погрешности электро­измерительные приборы делятся на восемь классов точности: 0,05 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4.

Цифра класса точности показывает величину допускаемой ос­новной (приведенной) погрешности ∆A_макс прибора в процентах вне зависимости от знака погрешности.

Класс точности

Прибор, у которого класс точности выражен меньшим числом, позволяет выполнять измерение с большей точностью.

Зная класс точности прибора и наибольшее значение величины, которую можно измерить данной шкалой прибора, можно опреде­лить наибольшую возможную абсолютную погрешность выполнен­ного измерения:

Пример. Допустим, что наибольшая сила тока, которую можно измерить данным амперметром, составляет 15 а, класс точности прибора К=4.

Определить наибольшую возможную абсолютную погрешность при выполнении измерения в любой точке шкалы.

Решение:

Чем ближе измеряемая величина к наибольшему значению, ко­торое позволяет измерить прибор, тем меньше погрешность при про­чих равных условиях. Это обстоятельство следует учитывать при выборе предела измерения прибора для выполнения измерения.

Электроизмерительные приборы классифицируются по роду из­меряемой величины, принципу действия, степени точности и роду измеряемого тока, кроме того, они делятся на эксплуатационные группы.

По роду измеряемой величины приборы делятся на амперметры, вольтметры, омметры, ваттметры, счетчики, электротермометры, электротахометры (измеряющие число оборотов в минуту) и др.

По принципу действия измерительного механизма приборы мо­гут быть следующих систем: электромагнитной, магнитоэлектриче­ской, электродинамической, ферродинамической, индукционной, выпрямительной, термоэлектрической, электронной, вибрационной и электростатической.

В зависимости от рода тока, для измерения которого предназна­чены приборы, они делятся на приборы, измеряющие переменный ток, постоянный ток, и приборы, измеряющие переменный и посто­янный токи.

Выпускают приборы трех основных эксплуатационных групп: А, Б и В. Условные обозначения электроизмерительных приборов разных эксплуатационных групп приведены в табл. 5.

На шкале каждого электроизмерительного прибора условными знаками указаны необходимые сведения о конструкции и эксплуа­тации прибора. Например, на шкале вольтметра (рис. 76) указано: вольтметр (V) электромагнитной системы; предназначен для изме­рения переменного напряжения (~) в пределах от 0 до 250 в; при измерениях напряжения прибор следует устанавливать вертикально

изоляция испытана напряжением 2 кв класс точности 1,5; заводской номер 5140; год выпуска 1966; эксплуатационная группа .

К электроизмерительным приборам всех систем предъявляются следующие технические требования:

• точность и надежность в работе и низкая стоимость;
• потребление по возможности малой мощности;
• способность не вносить заметных из­менений в электрические параметры измеряемой цепи;
• более равномерные деления в пре­делах рабочей части шкалы;
• способность выдерживать возможно большую перегрузку;
• продолжительный срок службы без ухудшения своих качеств;
• надежная изоляция токоведущих частей от корпуса;
• показания практически не должны зависеть от влияния внешних факторов;
• стрелки приборов должны быстро устанавливаться у соответ­ствующего деления шкалы.
• 

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИБОРЫ

Устройство электромагнитного прибора с плоской катушкой по­казано на рис. 77. Неподвижная часть прибора представляет собой плоскую катушку 1 с обмоткой из изолированной медной проволо­ки. Концы обмотки присоединяются к зажимам прибора. Подвиж­ная часть прибора имеет ось 4, установленную в подпятниках, не­которой помещаются стальной сердечник, стрелка 7 и сегмент успо­коителя 2, который находится в магнитном поле постоянного маг­нита 3, Спиральная пружина 5, создающая противодействующий момент, соединена одним концом с корректором 6, а другим — с осью. В вырезе корректора помещается эксцентричный штифт с головкой винта.

Когда по обмотке катушки протекает электрический ток, создает­ся магнитное поле и стальной сердечник втягивается в катушку. В зависимости от силы тока в обмотке сердечник втягивается в ка­тушку в большей или меньшей степени, поворачивая на некоторый угол ось со стрелкой.

Одновременно с увеличением отклонения подвижной части при­бора возрастает противодействующий момент, создаваемый закру­чиванием спиральной пружины. При определенном положении подвижной части измерительного прибора противодействующий мо­мент полностью уравновешивает вращающий момент, а стрелка по шкале прибора указывает измеряемую величину.

При выключении тока стрелка под действием спиральной пружи­ны 5 возвращается в исходное положение.

Втягивание сердечника происходит независимо от того, какой ток (постоянный или переменный) протекает по обмотке. В том и

другом случае ток возбуждает магнитное поле, действующее на сердечник, а последний при переменном токе соответствен­но перемагничивается. Поэтому электромагнитные приборы

пригодны для измерения как в цепях постоянного, так и в це­пях переменного тока.

Для установки стрелки на нуль служит корректор 6. При повороте эксцентричного штиф­та он действует на нижнее плечо корректора и отклоняет его. Верхняя часть корректора, пе­ремещаясь, тянет за собой спи­ральную пружину, которая поворачивает ось вместе со стрелкой и устанавливает по­следнюю на нуль.

Чтобы при измерениях стрелка прибора возможно бы­стрее останавливалась у соот­ветствующего деления шкалы, предусмотрено специальное устройство — успокоитель. Наиболее часто применяют магнитоиндукционные и воздушные успокоители.

Действие магнитоиндукционного успокоителя основано на ис­пользовании вихревых токов. При перемещении алюминиевого сег­мента-успокоителя между полюсами постоянного магнита в сегмен­те возникают вихревые токи. Взаимодействие магнитного поля постоянного магнита и вихревых токов создает согласно правилу Ленца необходимое торможение (успокоение) сегмента, а следова­тельно, и всей подвижной части прибора со стрелкой.

Действие воздушного успокоителя основано на использовании сопротивления воздуха, которое встречает подвижное легкое крыло, перемещающееся внутри закрытого сосуда.

Конструкция электромагнитного прибора с круглой катушкой показана на рис. 78. Неподвижная часть прибора представляет со­бой круглую катушку с обмоткой. Внутри ее укреплен неподвиж­ный стальной сердечник. Подвижной частью прибора служит ось, к которой прикреплен подвижный стальной сердечник. На оси установлена стрелка, перемещающаяся вдоль шкалы. С осью через спиральную пружину соединен корректор.

Когда по обмотке катушки протекает ток, концы сердечников намагничиваются с одинаковой полярностью и в результате этого подвижный сердечник, отталкиваясь от неподвижного, поворачива­ет ось со стрелкой на некоторый угол.

Электромагнитные приборы используются преимущественно для измерений переменных токов и напряжений промышленной частоты.

К достоинствам этих приборов относятся простота устройства, дешевизна и надежность в эксплуатации, пригодность для измере­ния постоянного и переменного тока, высокая устойчивость к крат­ковременным перегрузкам. Недостатками их являются неравно­мерность начальной части шкалы, зависимость показаний от влия­ния внешних магнитных полей, сравнительно большая потребляе­мая мощность.