Измерение переменного тока и напряжения

Для оценки величины переменного тока и напряжения используют действующее, амплитудное и среднее значения. Если переменный сигнал синусоидальный то для него известны соответствующие коэффициенты формы и амплитуды:

Коэффициент формы ; где U_д и U_ср – действующее и среднее значение напряжений.

Коэффициент амплитуды ; где U_m – амплитудное значение напряжения.

Для сигналов произвольной формы эти коэффициенты необходимо рассчитывать. Для измерения на переменном токе используются измерительные механизмы всех систем, причем магнитоэлектрические системы используются с преобразователем переменного тока в постоянный. Все приборы градуируются обычно в действующих значениях.

Лекция №14

Электромагнитные амперметры и вольтметры

Амперметр на токе 250 – 300 А непосредственно в силовую цепь не включается из – за сильного влияния на показания прибора магнитного поля токоведущих проводников. Расширение пределов измерения в амперметрах на переменном токе осуществляется с помощью измерительных трансформаторов тока.

Для расширения пределов электромагнитных вольтметров используют добавочное сопротивление, секционирование катушек измерительного механизма, а также измерительные трансформаторы напряжения.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения в схему включаются следующим образом:

Применение измерительных трансформаторов обеспечивает безопасность персонала, так как приборы включены в заземленную цепь низкого напряжения. При этом упрощается конструкция приборов и исключается гальваническая связь между силовой и измерительной цепями.

В трансформаторах тока I₁>I₂ поэтому W₁<W₂. При I₁=500 А W₁ может представлять собой шину. В трансформаторах напряжения U₁>U₂ поэтому W₁>W₂, у стандартного трансформатора U_2н равно 100 В или В, I_2н - 5 А.

Отношение - коэффициент трансформации по току,

- коэффициент трансформации по напряжению.

В этих формулах и действительные коэффициенты трансформации в отличие от номинальных и .

Действительные коэффициенты трансформации зависят от режима работы трансформатора. Обычно показания приборов умножаются на номинальные коэффициенты трансформации, что приводит к появлению погрешности.

Относительные погрешности измеряемых величин равны:

При измерении тока: , где , .

Погрешность измерения напряжения

.

Неидеальность трансформатора тока и напряжения является причиной угловой погрешности. В идеале сдвиг по фазе между первичными и вторичными величинами должен быть 180⁰.

- угловая погрешность это угол между вектором первичной величины I₁(U₁) и повернутым на 180⁰ вектором I₂(U₂). Например для случая измерения напряжения:

Угловую погрешность и погрешность за счет коэффициента трансформации нормируют и определяют класс точности трансформатора.

Для переносных, многопредельных трансформаторов тока установлены следующие классы точности 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2.

Диапазон частот от 25 Гц до 10 кГц, диапазон тока I₁ от 0,1 А до 30 кА, при этом I₂=5 А.

Для 50 Гц выпускаются стационарные трансформаторы тока с классом точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10.

При этом I₁ от 1 А до 40 кА, I₂ может быть различным 1А; 2А; 2,5А; 5А.

Стационарные трансформаторы напряжения имеют класс точности 0,5; 1; 3.

Переносные (лабораторные) ТН – класс точности 0,05; 0,1; 0,2; 0,5.

Напряжение U₁ от 127 В до 35 кВ, U₂ = 150 В, 100 В.