3. Пермеаметры

Исследование свойств стали путем снятия кривой намагничивания кольцевой пробы дает наиболее точные результаты, но практически неудобно из за

трудности изготовления образца и из-за сложности наложения на него обмоток. Эти затруднения отпадают при применении пермеаметров — устройств, позволяющих быстро и удобно осуществлять относительно равномерное намагничивание образцов стали, имеющих форму стержней круглого или прямоугольною сечения

На рис. 4а, а дан внешний вид одной из конструкций пермеаметра, а на рис 4б приведена схема включения его.

Основными частями этого пермеаметра являются массивная рама 1 из мягкой стали с высокой магнитной проницаемостью и две обмотки w1 и w2.

Через боковые отверстия в раму вводится испытуемый образец Р, плотно

зажимаемый при помощи специальных конических втулок. Обмотка w1

является намагничивающей, обмотка w2 служит для включения

баллистического гальванометра. Переключатель 2 позволяет включать и изменять направление тока в намагничивающей обмотке. Порядок определения магнитного потока в испытуемом образце остается таким же, как и при испытании кольцевой пробы. Некоторое затруднение возникает с вычислением напряженности магнитного поля Н. Вычисление ее по формуле

где l — длина образца, было бы справедливо только при бесконечно малом

магнитном сопротивлении ярма и стыков пробы с ярмом Сопротивлением этим можно пренебречь при испытании материалов с низкой магнитной проницаемостью (чугун, поделочные стали),

а— внешний вид б — схема включения

при испытании же проб с высокой магнитной проницаемостью необходимо при вычислении напряженности поля вводить поправки. Эти поправки даются в виде кривых срезывания, прилагаемых к прибору.

Амперметры, предназначенные для пермеаметров, иногда градуируют не в амперах, а в значениях напряженности магнитного поля исходя из приведенной выше зависимости между Н и I.

Исследование стали в переменном магнитном поле

Магнитные свойства стали, определенные описанными выше способами на постоянном

токе, позволяют определить характеристики стали и при переменном магнитном потоке В частности, по площади петли гистерезиса можно подсчитать потери на гистерезис при переменном потоке. По эмпирическим формулам могут быть вычислены и потери на вихревые токи Подобные вычисления дают только приближенные результаты, поэтому желательно определять характеристики электротехнических сталей на переменном токе путем непосредственных измерений.

Ваттметровый метод.

На рис 5 дан общий вид, аппарата для определения ваттметровым методом потерь в пробах листовой стали, применяемой для изготовления магнитопроводов электрических машин и трансформаторов. Четыре гетинаксовые втулки 1 прямоугольного сечения укреплены на общем основании, образуя квадрат. На втулках помещены две обмотки с равным числом витков: w1 намагничивающая и w2 — измерительная.

Во втулки закладывают пакеты 2 из листов испытуемой стали. Стыки пакетов

тщательно стягиваются при помощи особых зажимов, не показанных на схеме. Для устранения потерь в стыках в них закладывают тонкие прокладки из электротехнического картона, толщина которых предварительно тщательно измеряется микрометром и в дальнейшем учитывается при подсчете намагничивающих ампер-витков.

Намагничивающая обмотка питается от источника переменного " тока с регулируемой частотой, измеряемой частотомером Hz. К вольтметру V и к параллельной обмотке ваттметра подается напряжение от измерительной обмотки. Переменный ток, проходя по намагничивающей обмотке, создает в сердечнике переменный магнитный поток с амплитудным значением Фм. Этот поток создает в измерительной обмотке э.д.с

Ваттметр, включенный по схеме измеряет сумму мощности,

затрачиваемой на покрытие потерь в стали, и мощности, потребляемой вольтметром и параллельной обмоткой ваттметра. Учитывая это, потери в образце определяют по формуле

где Рвт— показание ваттметра,

RB—сопротивление вольтметра;

Rm —сопротивление параллельной обмотки ваттметра.

Индукционный метод. Для исследования свойств образцов стали при намагничивании переменным током, а также для определения характеристик готовых магнитопроводов переменного тока широко применяют индукционный метод измерения магнитного потока. Индукционный метод по существу заключается в измерении э.д.с., индуктированной исследуемым переменным магнитным потоком в измерительной обмотке с известным числом витков.

Измерение индуктированной э.д.с. может производиться различными средствами, одним из которых является потенциометр переменного тока. На рис. 7 дан пример использования потенциометра для измерения переменного магнитного потока в какой-либо части сложной магнитной цепи.

Измерительную рамку 1 с известным числом витков помещают в данный аппарат или машину так, чтобы она охватывала весь магнитный поток, подлежащий измерению.

Электродвижущую силу Е, возникающую в рамке 1, измеряют потенциометром переменного тока, после чего магнитный поток подсчитывается по формуле

По найденному значению Фm, зная размеры магнитопровода, можно

подсчитать индукцию в данном участке магнитной цепи по формуле

где s — сечение магнитопровода.

Этой же формулой пользуются и для определения магнитной индукции в каком-либо воздушном зазоре магнитной цепи, если можно пренебречь явлением распора силовых линий.

При необходимости измерить индукцию в воздушном зазоре магнитной цепи, когда нельзя пренебречь явлением распора силовых магнитных линий, помещают непосредственно в зазор миниатюрную измерительную рамку с известной площадью s p. В этом случае определяется среднее значение индукции в том месте зазора, где находится рамка, по формуле

где sp — площадь рамки, м2.

Особым преимуществом описанного способа измерения магнитного потока является отсутствие тока в измерительной рамке.

Раздел 3 Измерение параметров элементов и компонентов электрических цепей

3.1 Измерение параметров конденсаторов и катушек индуктивности

3.2 Измерение сопротивления. Особенности измерения сопротивления изоляции и заземляющих устройств

Измерение сопротивления изоляции

Сопротивление изоляции - характеристика, влияющая на степень безопасности эксплуатации электроустановок. Одним из основных средств, препятствующих возникновению опасных ситуаций, является электрическая изоляция элементов, находящихся под напряжением. Сопротивление изоляции в сетях с изолированной нейтралью определяет силу тока замыкания на землю, а следовательно, и силу тока, проходящего через человека. В сетях с заземленной нейтралью при плохом состоянии изоляции часто происходит ее повреждение, приводящее к замыканию на землю и к коротким замыканиям. При замыкании на корпус возникает опасность поражения людей электрическим током вследствие их контакта с нетоковедущими частями, оказавшимися под напряжением.

От состояния электроизоляции напрямую зависят потери электрического тока, связанные с возможностью его утечки из электросистемы через участки с некачественной изоляцией, ее безопасность для человека и возможность длительной безаварийной работы.

Сопротивление изоляции характеризуется тремя основными параметрами:

1. Сопротивление изоляции постоянному току.

2. Коэффициент абсорбции изоляции.

3. Коэффициент поляризации изоляции.

Сопротивление изоляции практически во всех случаях измеряется мегомметром - прибором, состоящим из источника напряжения - генератора постоянного тока чаще всего с ручным приводом, магнитоэлектрического логометра и добавочных сопротивлений.

Поскольку в мегомметрах есть источник постоянного тока, то сопротивление изоляции можно измерять при значительном напряжении (2500 В в мегомметрах типов МС-05, М4100/5 и Ф4100) и для некоторых видов электроаппаратуры одновременно испытывать изоляцию повышенным напряжением. Однако следует иметь в виду, что при подключении мегомметра к аппарату с пониженным сопротивлением изоляции напряжение на выводах мегомметра также понижается.

Измерение сопротивления изоляции с помощью мегомметра

Перед началом измерений необходимо убедиться, что на испытываемом объекте нет напряжения, тщательно очистить изоляцию от пыли и грязи и на 2 - 3 мин заземлить объект для снятия с него возможных остаточных зарядов. Измерения следует производить при устойчивом положении стрелки прибора. Для этого нужно быстро, но равномерно вращать ручку генератора. Сопротивление изоляции определяется показанием стрелки прибора мегомметра. После окончания измерений испытываемый объект необходимо разрядить. Перед пользованием мегомметр следует подвергнуть контрольной проверке, которая заключается в проверке показания по шкале при разомкнутых и короткозамкнутых проводах. В первом случае стрелка должна находиться у отметки шкалы «бесконечность», во втором — у нуля. Для того чтобы на показания мегомметра не оказывали влияния токи утечки по поверхности изоляции, особенно при проведении измерений в сырую погоду, мегомметр подключают к измеряемому объекту с использованием зажима Э (экран) мегомметра. При такой схеме измерений токи утечки по поверхности изоляции отводятся в землю, минуя обмотку логометра.

Значение сопротивления изоляции в большой степени зависит от температуры. Сопротивление изоляции следует измерять при температуре изоляции не ниже + 5°С, кроме случаев, оговоренных специальными инструкциями. При более низких температурах результаты измерения из-за нестабильного состояния влаги не отражают истинной характеристики изоляции.

В некоторых установках постоянного тока (аккумуляторных батареях, генераторах постоянного тока и т. п.) можно контролировать изоляцию с помощью вольтметра с большим внутренним сопротивлением (30 000 - 50 000 Ом). При этом измеряют три напряжения - между полюсами (U) и между каждым из полюсов и землей.

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ

Измерение сопротивления изоляции между жилами, а также между жилами и "землей" может производиться методом сравнения или методом непосредственного отсчета с использованием мостовой схемы. Схема измерения Rиз методом сравнения приведена на рис. 1, а.

После подключения к зажимам прибора Л1 и 3 измеряемой линии ("жила — жила" или "жила — земля") проводят два измерения. При первом измерении ключи Кл1 и Кл2 устанавливают в положение 1 и по высокочувствительному гальванометру Г определяют ток I0 протекающий через образцовый (эталонный) резистор Rоб. После этого ключ Кл2 переводят в положение 2 и измеряют ток Iиз протекающий через сопротивление изоляции Rиз (т.е. через измеряемое сопротивление). Учитывая, что напряжение измерительной батареи при обоих измерениях было одинаковым, можно считать, что (Iо/I)=(Rиз/Rо), откуда Rиз= RоIо/ Iиз.

Показания прибора отсчитывают через 1—2 мин после установки ключа Кл2 в положение 2. После каждого измерения линия разряжается на резистор Rp при нажатии кнопки Кнp.

Схема измерения сопротивления изоляции мостовым методом показана на рис. 1,б. В одно из плеч моста включена электронная лампа. При подключении измеряемой линии ("жила — жила" или "жила — земля") к другому плечу изменяется потенциал на управляющей сетке лампы, что приводит к нарушению баланса моста, в диагональ которого включен гальванометр Г. Отклонение стрелки гальванометра пропорционально величине протекающего тока. Отсчет измеренной величины производят непосредственно по шкале прибора.

Сопротивление изоляции в кабельных линиях измеряют между каждым проводом и остальными, соединенными с землей (оболочкой, экраном) или между отдельными проводами.

Результаты измерений сопротивления изоляции кабелей с кордельно-бумажной изоляцией, полученные при температуре, отличной от 20° С, приводят к этой температуре (для кабелей с полистирольной и полиэтиленовой изоляцией приводить к температуре 20° С не следует) по формуле

R20 = RtK

где R20 — сопротивление изоляции, приведенное к 20° С, МОм; Rt — сопротивление изоляции при температуре измерения, МОм; К — температурный коэффициент сопротивления изоляции.

Километрическое сопротивление изоляции кабельной цепи, МОм * км, равно

Rизм.км = R20L

где L — длина измеренной линии, км. Для оценки состояния измеренной линии полученную величину сравнивают с нормой.

Измерение сопротивления изоляции в сетях постоянного тока

Рисунок 1: а) - метод 2х вольтметров, б), в) - метод 3х вольтметров Рассмотрим схему на рисунке 1 а. Здесь представлена схема постоянного тока. R1, R2 - сопротивления изоляции полюсов, U - рабочие напряжение, U" и U"" - напряжение между полюсами и корпусом.

Напряжение измеряется вольтметрами V1 и V2 , имеющими равное сопротивление r.

Если r<<R, выражение будет совпадать с предыдущим. Затем можно поменять сопротивление между положительным полюсом и землёй, включив в цепь вольтметр V, как на рисунке 1 б:

При этом сопротивление между отрицательным полюсом и землёй остался прежним, следовательно U1<U"".

Проводим аналогичные изменения с отрицательным полюсом (см. рисунок 1, в) получаем U2<U"". С учётом того, что U"+U""=U , применяя метод трёх измерений, всегда будет справедливо U1 + U2 < U

Метод сводится к следующему: вольтметр (его сопротивление известно) поочерёдно измеряет напряжение в трёх точках :

U - рабочие напряжение;

U1 - между отрицательным полюсом и землёй

U2 - между положительным полюсом и землёй.

Большую точность измерений можно достичь, использовав следующие соотношение: r=0,8R, U1 + U2 = 0,44U

Измерение методом уравновешенного моста.

Рисунок 2 Метод уравновешенного моста

Обозначения:

А - миллиамперметр;

Rд - добавочное сопротивление;

Rп - потенциометр;

П - ключ;

Е - источник измерительного напряжения.

Отсюда полчаем силу тока Iизм по формуле:

Где R1 и R2 - сопротивления плеч моста, r1 и r2 - сопротивления плеч потенциометра, R - эквивалентное сопротивление изоляции сети.

Можно выделить два этапа измерений:

1. Путём перемещения движка потенциометра добиваются отсутствия тока в диагонали моста (ключ в положении 1).

2. Переставляем ключ в положение 2. Вместе с этим, подключаем источник измерительного напряжения.

Затем, по окончанию процесса перезарядки, снимают показатели с миллиампрметра.

В результате Iизм=R (т.к. Е и RД постоянные, а (r1r2/Rп)<<R

Измерения в сетях переменного тока.

Метод наложения постоянного напряжения

Рисунок 3 Метод наложения постоянного напряжения

Метод заключается в следующем - сначала измеряют напряжение U1 между землёй и одной из фаз сети. Затем сюда добавляют дополнительное сопротивление R1 (величина известна) и снова измеряют напряжение (теперь оно становится U2). Снова меняем сопротивление (на R2, величина известна), повторно измеряем напряжение между фазой и землёй (U3).

В результате, требуемое сопротивление изоляции найдётся по следующей формуле:

Наибольшую точность можно достичь, если R1 = 2R2, при том, что величина 2R2 была такой, что после его подключение напряжение фазы относительно земли уменьшилось на 75%.

Измерение в сетях двойного рода тока.

Измерение по способу ЛЭТИ (метод пригоден для измерений в одно- и трёхфазных сетях).

Рисунок 4 Измерение по способу ЛЭТИ

Расчёт сопротивления изоляции проводится по формуле:

где Uср - напряжение на выходе, U1 - напряжение между землёй и положительным полюсом моста, U2 - напряжение между землей и отрицательным полюсом. Значения Uср , U1 и U2 измеряются предварительно, с помощью вольтметра (измерения проводятся только магнитоэлектрической системы).

Обращаем ваше внимание на то, что шкала на вольтметре должна соответствовать значению Uср.

3.3 Измерение параметров и характеристик полупроводниковых приборов, интегральных микросхем

Многие устройства с которыми приходится иметь дело электротехнику собраны с применением изделий промышленной электроники. Чаще всего они выходят из строя из-за неисправностей в силовых цепях, где протекают большие токи или присутствует высокое напряжение.

Маломощные схемы управления силовыми цепями выходят из строя редко.

Прибор необходимый для оценки работоспособности радиотехнических компонентов называется мультиметром.

Выявление неполадок диодов и стабилитронов.

Исправные полупроводниковые диоды и стабилитроны обладают односторонней проводимостью, а большинство неисправных –двусторонней проводимостью. Возможен также внутренний обрыв.

Для выявления неполадок диода один из его выводов отпаивают от печатной схемы, и пользуясь омметром проверяют наличие односторонней проводимости диода. При прямом включении омметра положительный полюс внутренней батареи омметра подключают к аноду диода.

В цифровых мультиметрах в режиме испытания р-п-переходов используется ток порядка 1 мА, а на дисплее отображается падение напряжения на этом переходе в милливольтах. У исправных кремниевых диодов падение напряжения составляет около и600 мВ, у германиевых- 100-200мв. При обратном включении исправного перехода дисплей показывает переполнение счетчика.

При пробое диода прямое сопротивление будет почти таким же как обратное. При обрыве цепи в диоде как прямое так и обратное сопротивление будет бесконечно большим.

Выявление неполадок стабилитронов выполняют либо не отделяя стабилитрон от платы, либо отсоединив его. В первом случае включают ток питания платы и измеряют рабочее напряжение на стабилитроне: если оно окажется в пределах нормального значения для данного типа стабилитрона, то он исправен.

Во втором случае как и при проверке диодов измеряют сопротивление при прямом и обратном приложении напряжения.

Выявление неполадок биполярных транзисторов.

В биполярном транзисторе р-п-переходы являются аналогами переходов обычных диодов. В транзисторе типа р-п-р имеются кА бы два последовательно включенных диода, у которых катоды, т.е. п-области переходов, соединены вместе и подключены к выводу базы, а аноды подключены к выводам эмиттера и коллектора. В транзисторах п-р-п типа с базой соединены аноды диодов.

Если в исправном транзисторе типа р-п-р к базе подключить положительный полюс внутренней батареи омметра, то переходы запираются и омметр покажет большое сопротивление между базой и коллектором, или базой и эмиттером. Если же к базе подключают отрицательный полюс внутренней батареи омметра, то он показывает малое сопротивление относительно эмиттера или коллектора. Для транзистора типа п-р-п полярности подключаемого напряжения будут обратными.

Измеряя сопротивление нельзя допускать перегрузки переходов током, так как она может привести к выходу транзистора из строя. Наиболее безопасно применять омметры с внутренним источником напряжения 1.5В, а в многопредельных омметрах использовать шкалы с пределами 100 или 1000 Ом.

Выявление неполадок полевого транзистора.

Наиболее часто повреждение полевого транзистора возникает в результате электрического пробоя изолятора затвора.

Возникшие токи могут вызвать полный отказ транзистора (короткое замыкание между затвором и электродами стока и истока, или обрыв цепи любого электрода) или частичную утрату его работоспособности в виде ухудшения электрических параметров.

При ремонте аппаратов с применением полевого транзистора часто взникает задача проверки этих транзисторов. Чаще всего приходится иметь жело с вышедшими из строя мощными полевыми транзисторами импульсных блоков питания.

Полевой транзистор имеет три вывода. Расположение этих выводов на транзисторах разных производителей может быть различным.

Чаще всего выводы транзистора можно определить по маркировке на плате.

У всех современных мощных полевых транзисторах между стоком и истоком имеется паразитный встроенный диод, поэтому при подаче на исток положительного , а на сток отрицательного напряжения мультиметр покажет сопротивление порядка 600 Ом.

Надо помнить о наличии такого диода и не принять его наличие за неисправность. Убедиться в наличии такого диода просто: надо поменять полярность тестового прибора и он должен показать бесконечное сопротивление между стоком и истоком, а если этого не произошло то скорее всего транзистор пробит.

Если приложить + измерительного прибора к затвору З транзистора, а – к истоку И( для транзисторов с п-каналом) то произойдет заряд емкости затвора, затвор приобретет положительный потенциал относительно истока, возникнет проводящий канал и транзистор откроется. При проверке транзистора лучше пользоваться цифровым мультиметром с переключением пределов измерений, установленным на значок диода. Между щупами такого мультиметра при таком положении переключателя имеется напряжение около 3В, которое как правило превышает пороговое напряжение современных транзисторов. Если далее замерить сопротивление между стоком С и истоком И то прибор покажет сопротивление, которое зависит от многих причин, но никак не бесконечное сопротивление, транзистор будет открыт до тех пор пока не разрядится емкость затвора, по скорости роста сопротивления исток- можно судить о качестве изолятора затвора.

Перед прозвонкой участка сток-исток замыкается накоротко все ножки транзистора, это приводит к разряду емкости затвора. После этого при измерении сопротивления сток-исток оно должно быть бесконечным. Если этого не произошло значит транзистор не исправен.

Выявление неполадок конденсаторов.

К отказам конденсаторов относят пробой, потерю емкости, увеличение тока утечки.

Используя омметр или мультиметр со стрелочным измерительным механизмом, можно применить метод баллистического гальванометра.

Для этого мультиметр включают на предел измерения сопротивления и щупами дотрагиваются до выводов предварительно разряженного конденсатора. Ток зарядки вызовет кратковременное отклонение стрелки, тем больше, чем больше емкость конденсатора. Пробитый конденсатор имеет сопротивление близкое к нулевому, а конденсатор с оборванным выводом не вызовет никакого отклонения стрелки.