Вимірювання сили струму, напруги, активної потужності, коефіцієнта потужності

 

Для вимірювання сили струму в колі служить амперметр, літерне позначення якого на принципових електричних схемах – РА. Він включається послідовно в коло, у якому виконується вимірювання (рис.9.1). Опір котушки вимірювального механізму повинний бути мінімальним, щоб сила струму в колі не змінилася при включенні амперметра. Для цього котушку виконують з невеликою кількістю витків із проводу з великим перетином.

    Амперметр вибирається для вимірювань у такий спосіб: межа вимірювання приладу повинна перевищувати передбачуване значення сили струму в колі. Для розширення межі вимірювання амперметра використовують трансформатори струму або шунти (манганінові пластини, упаяні в мідні чи латунні наконечники). Шунт включається в коло послідовно, а паралельно йому включається амперметр.

Приклад 9.1

Амперметр, на шкалі якого 100 поділок, має межу вимірювання 15 А. При включенні амперметра в коло його стрілка відхилилася на 80 поділок.

Визначити ціну поділки приладу та силу струму в колі.

Рішення.

1. Визначаємо ціну поділки приладу за (9.1):

 

.

 

2. Визначаємо силу струму в колі за (9.3):

I = С _п n = 0,15×80 = 12 А.

 

Для вимірювання напруги в колі служить вольтметр, літерне позначення якого на принципових електричних схемах – РV. Він включається паралельно в коло, у якому виконується вимірювання (рис.9.2). Опір котушки вимірювального механізму повинний бути максимальним, щоб напруга в колі не змінилася при включенні вольтметра. Для цього котушку виконують з великою кількістю витків із проводу з невеликим перетином.

              Вольтметр вибирається для вимірювань у такий спосіб: межа вимірювання приладу повинна перевищувати передбачуване значення напруги в колі. Для розширення межі вимірювання вольтметра використовують трансформатори напруги або додаткові опори, які включаються послідовно з вольтметром.

Приклад 9.2

Вольтметр, на шкалі якого 150 поділок, має межу вимірювання 300 В. При включенні вольтметра в коло його стрілка відхилилася на 110 поділок.

Визначити ціну поділки приладу та напругу на затисках кола.

Рішення.

1. Визначаємо ціну поділки приладу за (9.1):

 

.

2. Визначаємо напругу на затисках кола за (9.3):

U = С _п n = 2×110 = 220 В.

 

Для вимірювання активної потужності в колі служить ватметр, літерне позначення якого на принципових електричних схемах – РW. Вимірювальний механізм ватметра складається з двох котушок: нерухомої та рухомої, зв'язаної зі стрілкою приладу. Нерухома котушка (струмова обмотка) має невелику кількість витків та виконана з проводу із великим перетином; включається в коло послідовно. Рухома котушка (обмотка напруги) має велику кількість витків та виконана з проводу із невеликим перетином; включається в коло паралельно. Струми в котушках повинні протікати в одному напрямку, щоб стрілка приладу відхилялася вправо від нуля, для цього затиски приладу зі знаком «*» поєднують у загальний вузол. Принцип дії ватметра заснований на явищі електромагнітної сили, яка виникає при протіканні струму в обох котушках, в результаті чого виникає обертаючий момент прямо пропорційний струмам у котушках. Сила струму в рухомій котушці пропорційна напрузі в колі, тому що вона включається паралельно. Сила струму в нерухомій котушці пропорційна силі струму в колі, тому що вона включається послідовно. Отже, обертаючий момент, який діє на рухому котушку, пропорційний активній потужності в колі. Таким чином, ватметр має дві межі вимірювання: за струмом і за напругою, тому межа вимірювання та ціна поділки ватметра визначаються так:

 

;                                        (9.9)

, (9.10)

 

де I _max – межа вимірювання ватметра за струмом, А;

U _max – межа вимірювання ватметра за напругою, В.

Вибір ватметра для вимірювань здійснюється в такий спосіб: межа вимірювання приладу за струмом повинна перевищувати передбачуване значення сили струму в колі, межа вимірювання приладу за напругою повинна перевищувати передбачуване значення напруги в колі. Для розширення меж вимірювання ватметра використовують трансформатори струму і напруги (або шунти і додаткові опори).

Принципова електрична схема включення ватметра для вимірювання потужності, яку споживає навантаження в однофазному колі змінного струму, показана на рис.9.3.

 

 

Приклад 9.3

Ватметр, на шкалі якого 150 поділок, має межу вимірювання за струмом 20 А та межу вимірювання за напругою 300 В. При включенні ватметра в коло його стрілка відхилилася на 90 поділок.

Визначити ціну поділки приладу та активну потужність у колі.

Рішення.

1. Визначаємо межу вимірювання приладу за (9.9):

Р _max= I _max U _max= 20×300 = 6000 Вт.

 

2. Визначаємо ціну поділки приладу за (9.10):

.

 

3. Визначаємо активну потужність у колі за (9.3):

Р = С _П n = 20×90 = 1800 Вт.

 

Значення коефіцієнта потужності можна визначити за показаннями амперметра, вольтметра та ватметра:

 

,                                                   (9.11)

 

де cos j      – коефіцієнт потужності;

A_PW         – показання ватметра, Вт;

A_PV          – показання вольтметра, В;

А_РА          – показання амперметра, А.

Приклад 9.4

Котушка індуктивності підключена до однофазного джерела (50 Гц). У коло котушки включені ватметр, вольтметр і амперметр. Після подачі напруги на затиски котушки показання приладів склали: ватметра – 110 Вт, вольтметра – 220 В, амперметра – 5 А.

Визначити коефіцієнт потужності котушки.

Рішення.

1. Визначаємо коефіцієнт потужності котушки за (9.11):

 

.

Коефіцієнт потужності можна також визначити за допомогою електровимірювального приладу, який називають фазометром,літерне позначення якого на принципових електричних схемах – рj.

 

Запитання для самоконтролю

1. Для чого призначений амперметр?

2. Як вибрати для вимірювань амперметр?

3. Складіть принципову електричну схему вимірювання сили струму в однофазному навантаженні.

4. Для чого призначений вольтметр?

5. Як вибрати для вимірювань вольтметр?

6. Складіть принципову електричну схему вимірювання напруги на затисках однофазного навантаження.

7. Для чого призначений ватметр?

8. Опишіть побудову ватметра.

9. Опишіть принцип дії ватметра.

10. Як вибрати для вимірювань ватметр?

11. Як визначити межу вимірювання та ціну поділки ватметра?

12. Складіть принципову електричну схему вимірювання потужності однофазного навантаження.

13. Складіть і опишіть принципову електричну схему включення ватметра у високовольтну однофазну мережу за допомогою вимірювальних трансформаторів напруги і струму.

14. Як визначити коефіцієнт потужності пристрою за показаннями амперметра, вольтметра та ватметра?