Экзаменационный билет № 10.

1. Принцип действия и конструкция электродинамических приборов, основные зависимости, характеристики, схемы включения амперметров, вольтметров и ваттметров, область применения. Измерение переменных токов и напряжений электродинамическими приборами. Ферродинамические приборы.

2. Измерение активной мощности в трехпроводной цепи двумя ваттметрами. Схема включения ваттметров, основные зависимости, векторная диаграмма. Показания ваттметров при симметричных активной и реактивной нагрузках.

1. Работа электродинамических приборов основана на взаимодействии магнитных потоков двух катушек: подвижной и неподвижной. Неподвижная катушка обычно выполняется в виде 2-х секций, а подвижная – бескаркасная. Противодействующей момент создается с помощью спиральных пружинок либо растяжек, а токоподвод осуществляется через специальные безмоментные пружины либо растяжки.

Достоинства: высокая точность наивысший класс 0,05 и возможность использования одного и того же прибора как для измерений в цепях переменного и постоянного тока по одной и той же шкале.

Н едостатки: малая чувствительность, ощутимое влияние внешних магнитных полей на показания прибора из-за слабого собственного магнитного поля, сравнительно большое собственное потребление энергии, частотный диапазон в зависимости от точности и назначения прибора ограничен сверху значениями от 1,5 до 10кГц. Для защиты от внешнего магнитного поля применены экранирование и астатирование.

Амперметры и вольтметры. Выпускаются для применения на постоянном и переменном токах с пределами измерений от десятков миллиампер до 5...10 А и от 7,5 до 600В.

У миллиамперметров и амперметров на токи до 0,5 А (рис. 8.14, а) подвижная и неподвижная катушки соединены последовательно ( ), а для исключения перегрева катушек при измерении больших токов — параллельно ( ); при этом требуется введение схем температурной и частотной компенсации (рис. 8.14, б).

Вольтметры представляют собой последовательное соединение ИМ и резистора. Для компенсации частотной погрешности, которая возникает из-за наличия индуктивности (главным образом, подвижной катушки), часть резистора шунтируют конденсатором.

В аттметры выпускаются для использования на переменном и постоянном токах с пределами измерения не ниже: по току — 0,01 А (чаще всего 2,5 и 5 А) и по напряжению — 30 В. Измерение мощности возможно благодаря независимому включению подвижной и неподвижной катушек в цепь измерения. Неподвижная катушка образует токовую (последовательную) обмотку ваттметра и подключается последовательно с исследуемым объектом. Подвижная катушка ИМ образует обмотку напряжения (параллельную обмотку) ваттметра и подключается параллельно объекту. Т.к. направление отклонения подвижной части ваттметра зависит от взаимных направлений токов в катушках, то для обеспечения правильности подключения прибора в цепь один из зажимов последовательной и параллельной его обмоток имеет обозначение «*» и называется генераторным (рис. 8.14, в).

Различие между электро- и ферродинамическими приборами состоит в том, что у последних неподвижные катушки размещены на магнитопроводе из листового магнитомягкого материала, что способствует значительному увеличению вращающего момента и уменьшению влияния внешних магнитных полей.

2. В трехпроводной цепи, даже при несимметрии токов и напряжений, можно применить два ваттметра, токовые цепи которых включаются в любые две линии, а цепи напряжения подсоединяются к ним генераторными концами и другими концами — к свободной линии (рис. 12.4, в). Учитывая векторную диаграмму (рис. 12.4, г), для мощности трехфазной цепи имеем

где — разности фаз токов и напряжений ваттметров; Р₁ и Р₂ — показания ваттметров.

Как это видно из векторной диаграммы, в зависимости от характера нагрузки один из углов может быть больше 90°. В этом случае указатель соответствующего ваттметра отклонится влево от нуля и, чтобы получить отсчет, необходимо изменить направление тока в одной из его обмоток (показание берется со знаком минус).

При полной симметрии, когда ; ; , для схемы, представленной на рис. 12.4, в, учитывая соответствующую векторную диаграмму, имеем

откуда видно, что даже при полной симметрии показания ваттметров могут быть равны между собой только при φ = 0. В общем случае их показания разные. Так, при φ = 60° (т. е. cosφ = = 0.5— индуктивная нагрузка) имеем , а при φ = 90° показания ваттметров становятся одинаковыми, но с противоположными знаками: , и, следовательно, .

Таким образом, для определения мощности трехфазной цепи следует брать алгебраическую сумму показаний ваттметров, и поэтому необходимо строго соблюдать правильное подсоединение генераторных концов цепей ваттметров.