Электрический амперметр переменного тока

Амперметр переменного тока предназначен для измерения интегральных значений переменных сигналов. Наиболее часто требуется измерять действующие значения. Для этого обычно используются измерительные преобразователи выпрямительного типа.

Для выпрямления измеряемых переменных сигналов в приборе используем прецизионный выпрямитель, схема которого изображена на рис.2.3.

Рис.2.3. - Схема прецизионного выпрямителя

Положительный входной сигнал усиливается и инвертируется ОУ DA1. Под действием отрицательного выходного сигнала ОУ DA1 открывается диод VD1 и точка a соединяется с выходом ОУ DA1 и с входом DA2 через резистор R/2. Отрицательный сигнал в точке a усиливается вдвое и инвертируется ОУ DA2. Вместе с этим на вход DA2 через резистор R с входа выпрямителя поступает положительный сигнал, который инвертируется ОУ DA2 без усиления. В результате суммирования на выходе DA2 формируется положительный сигнал, равный входному. При отрицательном входном сигнале диод VD1 закрыт, а VD2 замыкает цепь обратной связи ОУ DA1 и напряжение в точке а близко к нулю. На вход DA2 поступает только отрицательный входной сигнал, который инвертируется, и на выходе DA2 формируется положительный сигнал, равный по модулю входному.

Примем R=10кОм, тогда R/2=5кОм.

Объединив схемы выпрямителя и амперметра постоянного тока, мы получим схему амперметра переменного тока, которая изображена на рис.2.4. Параметры амперметра переменного тока остаются такими же, как и для амперметра постоянного тока.

Рис.2.4. - Функциональная схема электронного амперметра переменного тока

Ток, потребляемый амперметром переменного тока составляет:

Так как ОУ очень мал, то его значением можно пренебречь

Стрелочный амперметр.

Приборы со стрелочной головкой.

Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол крена, пропорциональный величине измеряемого тока.

Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.

Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.

Приборы со стрелочной головкой могут снабжаться дополнительными электронными схемами для усиления сигнала, подаваемого на головку (для измерения токов, существенно меньших чем ток полного отклонения головки, который для большинства магнитоэлектрических приборов составляет 50 мкА и более), защиты головки от перегруза и прочее.

Разновидности амперметров:

В электромагнитных амперметрах измеряемый ток, проходя по катушке, втягивает внутрь ее сердечник из мягкого железа с силой, возрастающей с увеличением силы тока; при этом насаженная на одной оси с сердечником стрелка поворачивается и по градуированной шкале указывает силу тока в амперах.

В тепловых амперметрах измеряемый ток пропускается по натянутой металлической нити, которая вследствие нагревания током удлиняется и провисает, поворачивая при этом стрелку, указывающую на шкале силу тока.

В магнитоэлектрическом амперметре под влиянием взаимодействия измеряемого тока, пропускаемого по проволоке, намотанной на легкую алюминиевую рамку, и магнитного поля постоянного подковообразного магнита рамка вместе с указательной стрелкой поворачивается на больший или меньший угол в зависимости от величины силы тока.

В электродинамических амперметрах (без железа) измеряемый ток пропускается последовательно по обмотке неподвижной и подвижной катушек; последняя благодаря взаимодействию проходящего по ней тока с током в неподвижной катушке поворачивается вместе со стрелкой, указывающей силу тока.

В индукционных приборах подвижный металлический диск или цилиндр подвергается воздействию бегущего или вращающегося поля, создаваемого неподвижными катушками,соединенными магнитной системой.

Тепловые и электродинамические амперметры пригодны для измерения как постоянного, так и переменного токов, электромагнитные-для постоянного тока и индукционные - для переменного.

Ферродинамические амперметры прочны и надежны по конструкции, малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей. Они состоят из ферродинамического измерительного аппарата и применяются главным образом в системах автоматических контроллеров в качестве самопишущих амперметров.

Термоэлектрические амперметры используются для измерения в цепях переменного тока высокой частоты. Они состоят из магнитоэлектрического прибора с контактным или бесконтактным преобразователем, который представляет собой проводник (нагреватель), к которому приварена термопара (она может находиться на некотором расстоянии от нагревателя и не иметь с ним непосредственного контакта). Ток, проходя по нагревателю, вызывает его нагрев (за счет активных потерь), который регистрируется термопарой. Возникающее термическое излучение воздействует на рамку магнитоэлектрического измерителя тока, которая отклоняется на угол, пропорциональный силе тока в цепи.

Практическая часть

1.1. Расчёт по Трансформаторам (Задача №4)

Дано:(Вариант 16)

TM-250/6-10

S1(ном)=250кВ*А

U1(ном)=6кВ

U2(ном)=0,23кВ

P0 (P (хх))=0,74кВт

P(к)=3,70кВт

U(к)=4,5%

I0=2,3%=Ixx

Найти

1) Коэффициент трансформации k

2) Коэффициент полезного действияη(н) при номинальной нагрузке и при cos φ2=0,8

3) Токи в первичной I(1н) и вторичной I(2н) обмотках

4) Фазные первичные U(1х) и вторичные U(2х) напряжения при холостом ходе

5) Сопротивления короткого замыкания R(к) и X(к), активные R1 и R2, реактивные X1 и X2 сопротивления; а также сопротивления намагничивающей ветви R0 и X0

6) Активные U(kR) и реактивные U(kL) напряжения при коротком замыкании

7) Вторичное напряжение U2 при токе нагрузки (I2=2I(2н)) и cosφ2=0,7

8) Построить зависимость ΔU2%(cosφ2)процентного изменения напряжения во вторичной обмотке трансформаторапри номинальной нагрузке и при изменении коэфициента мощности cosφ2 (характера нагрузки с -90°C до +90°)

Решение:

1) k= = =26,086

2) η(ном)= = =0,983714≈98,3%

=

3) При соединении обмоток “звездой” имеем:

I(1н)= = =24,05А=I(л)=I(ф)

I(2н)= = =627,55А

4) При холостом ходе:

k= отсюда U(2х)= =

при U(1х)=U(1н)=6кВ

5) R(к)=

I(1к)=I(1н)

R(к)= ≈2,13 Ом

Z(к)*I(1ном.ф)=U(к)*U(1ном.ф)

Z(к)=

U(1ном.ф)= = =3464,1В

Z(к)= ≈6,48Ом

X(к) = =37,4535Ом

R1= = = =1,85Ом

R2= = =0,00271 Ом

X1= = = =18,725Ом

X2= = =0,02751Ом

Iхх= = = 0,55315

R0= = =806,166Ом

Z0= = =6262,49Ом

X0= = =6210,38Ом

6) U(kR)= = =1,4%

U(kL)= = =26%

7) Вторичное напряжение U2 при токе нагрузки (I2=2I(2н)) и cosφ2=0,7

U2 при токе I2=2*I2н и cos 2= 0.7

U2=U2ф(1-

U2=*U к%*cos(φ2-φк)

φк=arctg(

φ2=arcos(0.7)=45.6°

ΔU2=2*4.5%*cos(45.6-86.7)=6.7%

U2=156.516*(1-

1.2. Расчёт по асинхронным двигателям( Задача №5)

Дано:(Вариант 33)

АИР112М4

U(1н)=220В

P(2н)=5,5кВт

n1=1500 об/мин

Sн=4.5%

η(ном)=85.5%

=0.86

ki= =7

=2

Найти

1) Номинальный М(н), Минимальный М(min), Критический M(к) моменты

2) Номинальный I(н) и пусковой I(п) токи

3) Частоту тока в роторе f(2н) при номинальной нагрузке и в момент пуска f(2п)

4) Число пар полюсов обмотки статора p

5) Синхронную угловую частоту вращения магнитного поля и угловую частоту вращения ротора , а также мощность на зажимах двигателя P(1н) при номинальном режиме работы

6) Максимальный момент M(к) двигателя при понижении напряжения питающей сети равном U1=0,9U(1н)

7) Построить механическую характеристику M(s) двигателя по точкам, соответствующим скольжениям ротора: S=0;Sн;Sкр;S=0,4;0,6;08 расчитанным по упрощенной формуле Клосса.

Нанести на эту характеристику значения моментов, определенных по паспортным данным для характерных точек (M(н);M(к);M(min);M при S=0)

Решение:

1) Определим М(н) , М(п) , М(min), M(к) :

P(2н)=M(н)*

; , 4)*где p-число пар полюсов (=2 (исходя из данных)) =157 рад/с

157*(1-0.045)=149,935 рад/с

M(н)= =36,68Н*м

M(к)= =2.5*36,68 91,7Н*м

M(min)= Н*м

M(п)= Н*м

2) Номинальный I(н) и пусковой I(п) токи:

I(1ф)=I(1н)=

P(1н)= = =6,432кВт

I(1н)= =19,62А

I(п)=K(i)*I(н)=7*19.62=137.34А

3) При номинальном режиме:

f(2н)= и S=Sн; S=

n=x;

1500-x=67,5

x=1432,5; n=1432,5 рад/с

f(2н)= =2,25 Гц

При пусковом режиме:

S=1; =0

f(2н)= Гц

Число пар полюсов.

p=

5) Синхронная угловая частота вращения магнитного поля и угловая частота вращения ротора , а также мощность на зажимах двигателя P(1н) при номинальном режиме работы

1=

Угловая частота вращения ротора

2=

Активная мощность потребителя из сети

P(и)=

Механическая характеристика

М ’= М * = 91,7* 0,81= 74,2 H*м

7) Формула Клосса:

M=

S(кр)=

Находим M при S=0;S=0,2;S=0,4;S=0,6;S=0,8;S=1

1. M=0 при S=0

2. M=

3. M=

4. M=

5. M=

6. M=