Измерительные трансформаторы.

Их применяют для расширения пределов измерения приборов по переменному току и их используют только в высоковольтных, высокоточных сетях, где прямое включение приборов в цепь опасно, т.к. нет приборов на очень высокие токи и напряжения.

Они делятся на два типа: трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.

Т

рансформаторы напряжения.

Первичная обмотка трансформатора напряжения рассчитана на высокое напряжение, имеет насколько тысяч витков и подключается всегда к двум высоковольтным проводам.

Вторичная обмотка имеет не много витков, рассчитана по ГОСТу на среднее U = 100 B (реже ) и к ней подключают параллельно измерительные приборы: вольтметры, а также вольтметры сложных приборов (счетчиков, ваттметров, фазометров).

- известен, но

Измеряя U₂, и умножая его на к, определяют высокое первичное напряжение, причем, чем больше к, тем большее первичное напряжение можно измерять с помощью данного трансформатора напряжения. Иногда такое умножение к на U₂ производят на заводе – изготовителе и на шкалу сто вольтового вольтметра наносят цифры высоких первичных напряжений, но на шкале такого прибора ставят знак . Эта запись означает, что данный прибор должен работать совместно с трансформатором напряжения, у которого U₁ = 6000 В, U₂ = 100 В, к = 60, т.е. показания прибора на заводе уже умножили на 60. Т.о. трансформаторы напряжения позволяют:

1.Расширить пределы измерения приборов, т.е. с помощью вольтметров рассчитанных на 100 В измерять напряжение высоковольтных цепей, десятки и сотни тысяч вольт.

2. Обеспечивают безопасность обслуживания высоковольтных установок, т.к. трансформатор напряжения понижающий и персонал работает с напряжением не более 100 В; первичные и вторичные обмотки трансформатора напряжения разделены толстым слоем изоляции; один конец высоковольтной обмотки и бак всегда заземляют.

Особенности трансформаторов напряжения.

Принцип работы и устройство трансформаторов напряжения такие же, как у силовых трансформаторов. Т.к. нагрузкой трансформаторов напряжения являются вольтметры, а сопротивление вольтметра велико, то ток вторичной обмотки I₂ мал, мал и ток I₁, поэтому трансформатор напряжения работает в режиме близком к холостому ходу при малых токах.

Погрешности трансформаторов напряжения.

Трансформатор напряжения вносит в измерения две погрешности:

1. По напряжению;

2. Угловая погрешность;

При измерениях неизвестен действительный или истинный к, т.к. он зависит от токов в обмотках и от характера нагрузки. Поэтому не известно истинное значение первичного напряжения. Мы пользуемся номинальным к, который указывает завод – изготовитель на щитке и определяем U₁ приближенно:

Абсолютная погрешность равна:

В

идеальных трансформаторах векторы U₁ и U₂ сдвинуты на 180^о. В реальных трансформаторах этот сдвиг отличается от 180^о на , который и является угловой погрешностью, которая сказывается на работе ваттметров, счетчиков и фазометров.

Обе погрешности трансформатора напряжения зависят от токов в обмотках I₁ и I₂, если токи малы или близки к нулю, то будут близки к нулю и обе погрешности, и, наоборот, с ростом токов растут погрешности трансформатора напряжения, он переходит в более низкий класс точности.

Один и тот же трансформатор напряжения может работать в нескольких классах точности, в зависимости от тока вторичной обмотки, и эти классы указывают на щитке.

Классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3;

Оказывается, что ток зависит от количества подключенных приборов, чем их больше, тем больше ток , больше ток , больше погрешности и трансформатор напряжения переходит в более низкий класс точности. На щитках также указывают номинальную мощность трансформатора напряжения для нескольких классов точности.

Н

оминальной мощностью называют

максимальную мощность трансформато -

ра напряжения, которую можно от него

получить, но при условии, что погрешности не выходят из заданного класса точности. Она всегда мала и растет с ростом тока.

Трансформаторы тока (ТТ).

Первичная обмотка ТТ имеет не много витков из провода большого сечения, а при токе больше 100 А обмотку делают в виде толстого медного стержня и включают всегда последовательно с потребителем, т.е. в рассечку того линейного провода, где хотят измерить ток. Вторичная обмотка ТТ имеет много витков из тонкого провода и рассчитана по ГОСТу на средний ток равный 5 А и к ней подключают последовательно различные измерительные приборы: амперметры и токовые обмотки сложных приборов (ваттметров, фазометров и счетчиков).

Коэффициент трансформации ТТ указан на щитке. Измеряя ток вторичной обмотки I₂, умножая его на к, расчетом, т.е. косвенным путем определяют большой первичный ток и чем больше к, тем больше измеряемый ток.

И ногда умножение производят на заводе – изготовителе, если амперметр должен работать с данным ТТ и на шкалу пяти амперного амперметра наносят цифры больших первичных токов и ставят значок .

Если амперметры и ТТ разделить, то показания необходимо делить на к, т.о. ТТ позволяет расширить пределы измерения приборов с пяти ампер до сотен и тысяч ампер, а так же обеспечивает безопасное обслуживание высоковольтных установок, т.к. ТТ понижающий и персонал имеет дело с током 5 А.

Особенности:

I. Т.к. нагрузкой ТТ являются амперметры и токовые обмотки, сопротивление которых мало, т.о. сопротивление нагрузки не более 1 – 2 Ома, поэтому ТТ работает в режиме близком к короткому замыканию при токе равном 5 А.

II. Никогда нельзя размыкать вторичную обмотку работающего ТТ. В сердечнике ТТ существуют два магнитных потока Ф₁, созданный первичной обмоткой и поток Ф₂, созданный вторичной обмоткой. Оба потока велики и т.к. потоки всегда встречны, то общий поток равный их разности не велик и наводит не большую ЭДС во вторичной обмотке: .

При размыкании вторичной обмотки и в сердечнике остается очень большой поток Ф₁ ничем не скомпенсированный, который наводит очень большую ЭДС во вторичной обмотке, которая равна 1000  2000 В, что опасно как для персонала, так и для самого трансформатора.

Погрешности ТТ

Погрешность по току и угловая погрешность. Погрешность по току получается из – за того, что не известен истинный к при измерениях, не известен и истинный ток I₁. Измеряем I₁ приближенно, пользуясь к_ном.

- не известен - измерен

Угловая погрешность – это тот угол , который дополняет сдвиг по фазе до 180^о.

Обе эти погрешности зависят от z₂ – сопротивления вторичной обмотки, чем меньше z₂, тем меньше погрешность и наоборот. А z₂ зависит от количества включенных приборов. Поэтому на щитках указывают z_{2 ном} – это максимальное сопротивление, которое можно подключить ко вторичной обмотке при условии, что погрешности не выходят из заданного класса точности. Если превысим номинальную нагрузку, то ТТ перейдет в более низкий класс точности.

Классы точности: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10;

22. Измерение сопротивлений методом амперметра-вольтметра

Этот метод заключается в измерении тока и напряжения на неизвестном сопротивлении R_x амперметром и вольтметром. После чего R_x находят по закону Ома. Этот метод является косвенным, поэтому имеет значительную погрешность, которая равна сумме погрешностей амперметра и вольтметра, кроме этого появляется дополнительная погрешность из – за места включения прибора.

Если R_X << R_V, то I_V << I_X

эту схему применяют для малых R_X.

Если R_X >> R_A, то

эту схему применяют для больших R_X.

25. Мосты переменных токов

Их используют только для измерения индуктивностей и емкостей. У них также четыре плеча, в которые включают не только активные, но и реактивные сопротивления X_L и X_C. В одну диагональ включают гальванометр переменного тока, а в другую источник переменного тока. При измерении индуктивности или емкости изменяют R магазинов, включенных в три плеча так, что гальванометр показал нуль. Тогда для уравновешенного моста будут выполняться два условия: произведения сопротивлений, лежащих в противоположных плечах будут всегда равны и сумма фазных углов сопротивлений противоположных плеч равны между собой.

Широко применяются мосты, в которых в двух плечах включают активное сопротивление, а в двух других – реактивное. Такие мосты проще.

а) если активные сопротивления включены в два смежных плеча, то в два других плеча нужно включать две индуктивности, либо две емкости.

б) если активные сопротивления включены в противоположные плечи, то в два других плеча нужно включить катушку и конденсатор, иначе мост нельзя будет никогда уравновесить.

1 схема 2 схема

У мостов переменного тока две регулировки: плечо отношения R₃/R₄ и плечо сравнения, с помощью которых мы и добиваемся равновесия моста, а потом цифры на этих двух рукоятках перемножаем.

26. Измерение активной мощности. Ваттметры