Контрольная работа: Меры электрических величин Измерительные трансформаторы тока
Название: Меры электрических величин Измерительные трансформаторы тока Раздел: Рефераты по физике Тип: контрольная работа |
Вопрос №1 Что вы знаете об эталонах и мерах электрических величин? Средства измерения, обеспечивающие воспроизведение и хранение единицы с целью передачи ее размера другим средствам измерения и выполненное по особой спецификации, называется эталоном. В зависимости от назначения эталоны делятся на государственные, первичные, вторичные, эталоны копии, эталоны сравнения и рабочие эталоны. Рабочие эталоны – это эталоны, предназначенные для передачи размера единицы образцовым средствам измерения или наиболее точным средствам измерения. Существуют следующие меры электрических величин: 1. Мера тока – токовые весы (Рис.1). Имеют коромысло, на одном плече которого подвешена подвижная катушка. Последовательно с ней соединена неподвижная катушка. При прохождении тока по катушкам возникает сила их электрического взаимодействия, которая уравновешивается эталонными гирями, нагруженными на второе плечо коромысла. Рис. 1 Рис. 2 Мера э.д.с. – нормальный элемент (НЭ) (Рис. 2). Нормальный элемент состоит из запаянного стеклянного Н-образногно сосуда. Положительным электродом служит ртуть (1), заполняющая нижнюю часть одной ветви сосуда. Над положительным электродом расположена паста – деполяризатор (2) кристаллов сернокислого кадмия и серной закиси ртути. Над пастой и отрицательным электродом (3) которым служит амальгальма кадмия, расположены кристаллы сернокислого кадмия (5). Электролитом служит водный раствор сернокислого кадмия (4). Рис. 3 Меры электрического сопротивления (Рис.3). Меры электрического сопротивления – образцовые резисторы или образцовые катушки сопротивления. Точность измерительных резисторов определяется по ГОСТ 6864-69, который делит их на классы: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05. Измерительные резисторы изготавливаются из манганиновой проволоки или ленты. Образцовые резисторы изготавливаются на номинальные сопротивления: 0,00001; 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1; 10; 100; 1000; 10000; 100000 Ом. На рис. 3 показано устройство одной из катушек сопротивления. На латунный или фарфоровый цилиндр А наложена бифилярная (выполненная в два провода) обмотка, на концах которой расположены две пары зажимов I и U, укрепленные на эбонитовой панели Б, к которой крепиться кожух катушки В 2. Меры индуктивности и взаимной индуктивности Меры индуктивности с постоянным значением – это катушки с постоянным значением индуктивности (рис.4). Рис.4 Образцовые катушки индуктивности представляют собой пластмассовый или фарфоровый каркас с наложенной на него обмоткой из медной изолированной проволоки, концы которой укрепляются на зажимах. Использование каркаса из немагнитного материала обеспечивает независимость индуктивности от тока в катушке. Образцовые катушки изготавливаются на следующие номинальные значения индуктивности: 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1 Гн. Меры емкости Рис. 5 Меры емкости – это образцовые конденсаторы с известной постоянной или переменной емкостью (Рис.5). Емкость конденсатора должна возможно меньше изменяться в зависимости от времени, температуры, частоты и других факторов, Конденсатор должен обладать малыми диэлектрическими потерями и большим сопротивлением изоляции. В качестве образцовых используются воздушные и слюдяные конденсаторы. Вопрос №2 Каково назначение, устройство, режим работы и применение измерительного трансформатора тока и его векторная диаграмма? Измерительные трансформаторы тока предназначены для преобразования измеряемых переменных токов в относительно малые токи, не превышающие обычно 5 А. Во вторичную цепь трансформатора тока включают амперметры, последовательные обмотки ваттметров, счетчиков и других приборов. Измерительные трансформаторы тока состоят из стального магнитопровода и двух изолированных обмоток. Первичная обмотка, имеющая меньшее число витков, включается в рассечку провода с измеряемым током. Вторичная обмотка с большим числом витков замыкается на амперметр и токовые обмотки измерительных приборов, соединенные последовательно, так что сопротивление вторичной цепи мало и не превышает обычно 1 – 2 Ом. Первичный ток трансформатора не зависит от сопротивления его вторичной цепи. При работе этот ток может изменяться от нуля до номинального, а при коротких замыканиях в цепи может превосходить номинальный в десятки раз. По векторной диаграмме (Рис.1) запишем уравнение намагничивающих сил - результирующая намагничивающая сила возбуждающая магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Под током холостого хода I0 следует понимать ток первичной обмотки, который при разомкнутой вторичной обмотке создает в магнитопроводе номинальный для данного режима магнитный поток. При нормальном режиме работы трансформатора тока н.с. I0 w1 и магнитный поток в магнитопроводе не значительны, так как этот поток должен наводить на вторичной обмотке незначительную э.д.с., необходимую для покрытия малых активных и реактивных потерь вторичной цепи трансформатора. Отношение действительного значения первичного тока I1 к действительному значению вторичного тока I2 называется действительным коэффициентом трансформации трансформатора тока «k» Рис. 1 Векторная диаграмма трансформатора тока: Вопрос № 3 Как измерить сопротивление изоляции установки, находящейся под рабочим напряжением? Для измерения сопротивления изоляции установки. Находящейся под рабочим напряжением U, измеряют вольтметром напряжение U, напряжение UA между проводом А и землей (положение переключателя А) и обозначив rv сопротивление вольтметра, можно написать выражение тока, идущего через rB – сопротивление изоляции провода В: Включив вольтметр между проводом В и землей (положение переключателя B) и обозначив rv – сопротивление вольтметра, можно написать выражение тока, идущего через rA – сопротивление изоляции провода А: Решив совместно данные выражения, можно найти сопротивление и сопротивление Если сопротивление rA >>rv то при переключателе, установленном в положении А, вольтметр будет соединен последовательно с сопротивлением rB , которое можно определить по формуле: rB = rv (U/UA -1) Аналогично, если сопротивление rВ >>rv , то при переключателе, установленном в положении В, вольтметр будет соединен последовательно с сопротивлением rA , значение которого: rА = rv (U/UВ -1) Контроль за состоянием изоляции в двухпроводных сетях можно осуществлять при помощи вольтметров. При нормальном состоянии изоляции каждый из вольтметров покажет напряжение, равное половине напряжения сети. Задача 1 Определить чувствительность по напряжению магнитоэлектрического прибора на 5 мВ с внутренним сопротивлением на 10 Ом и шкалой на 100 делений. Найти сопротивление прибора, чтобы при той же чувствительности по току, чувствительность по напряжению составила 4 дел/мВ Решение: Из определения чувствительности магнитоэлектрического прибора по напряжению знаем: где n – количество делений шкалы; Ur – предел измерения прибора. дел/мВ Найдем чувствительность магнитоэлектрического прибора по току: => SI = SU · rГ где SI – чувствительность прибора по току; SU – чувствительность прибора по напряжению; rГ – сопротивление прибора SI = 20 · 10 = 200 дел/мА Найдем сопротивление прибора при SU = 4 дел/мВ и SI = 200 ;дел/мА Ом Ответ SU = 20 дел/мВ rГ = 50 Ом Задача 2 Сопротивление изоляции двухпроводной линии, работающей под напряжением 120 В, измерялось вольтметром с внутренним сопротивлением 3 кОм, Напряжение между каждым проводом и землей оказалось равным соответственно U1 = 25В, U2 = 60 В. Определить значение сопротивления изоляции на землю и оценить качество изоляции Решение: Воспользуемся методом и схемой измерения сопротивления изоляции электроустановок находящихся под рабочим напряжением: где U – напряжение сети; U1 – показание первого вольтметра; U2 – показание второго вольтметра; rV – внутреннее сопротивление вольтметра; r1 сопротивление изоляции провода А; r2 – сопротивление изоляции провода В Решив совместно эти два уравнения, найдем сопротивления Ответ: В данном случае при измерении сопротивления изоляции двухпроводной линии при нормальном состоянии изоляции напряжения U1 и U2 должны быть равными половине напряжения сети, т.е. 60 В, то о состоянии изоляции можно сделать вывод, что сопротивление изоляции первого провода не соответствует норме, а второго соответствует. Задача 3 В трехпроводную сеть трехфазного тока включены амперметры на 5А и вольтметры на 100В и два однофазных ваттметра на 5А и 150В со шкалой на 150 делений через измерительные трансформаторы тока 200/5 и напряжения 6000/100 (по схеме двух ваттметров). Определить мощность симметричной нагрузки и показания ваттметра в делениях шкалы, если показания вольтметров до 95В, амперметров 4,2А, а коэффициент мощности нагрузки 0,8. Начертите схему включения приборов. Решение: Определим показания ваттметра РW = UV ·IA ·cosφ = 95 · 4,2 · 0,8 = 319,2 Вт где UV – показания вольтметров; IA – показания амперметров; cosφ (коэффициент мощности нагрузки) = 0,8 Определим мощность симметричной нагрузки Р = РW · kн I · kн U = 319,2 · 200/5 · 6000/100 = 766080 Вт = 766,08 кВт где PW – показание ваттметров; kн I - коэффициент трансформации трансформатора тока; kн U - коэффициент трансформации трансформатора напряжения; Определим предел измерения ваттметров РWmax = UW · IW = 150 ·5 = 750 Вт где UW – предел измерения ваттметров по напряжению; IW – предел измерения ваттметров по току. Определим цену деления ваттметров nW = PWmax / NW = 750/150 = 5 Вт где PWmax - предел измерения ваттметров; NW – количество делений шкал ваттметров Определим показания ваттметров в делениях P'W = PW /nW = 319,2 / 5 ≈ 64 дел где PW – показание ваттметров; nW – цена деления ваттметров Ответ Р = 766,08 кВт P'W ≈ 64 дел Задача 4 При измерении тока было получено значение I1 = 25,5 A, тогда как действительное его значение было I = 25 А. Определить абсолютную и относительную погрешности. Решение: Определим абсолютную погрешность ∆I = I1 – I = 25,5 – 25 = 0,5 A Определим относительную погрешность Ответ ∆I = 0,5 A γI = 2% Литература 1. «Электрические измерения» В.С. Попов (М. 1974г.) 2. «Электротехника и электроника» под ред. проф. Б.И. Петленко М.2003г. 3. «Электрические измерения» под редакцией Малиновского 1983 год |