книги из ГПНТБ / Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие]

часть механизма. Счетные устройства таких приборов показы­ вают суммарную энергию, измеренную всеми элементами ме­ ханизма. Схемы включения отдельных элементов счетчика в трехфазную цепь полностью соответствуют схемам, рассмот­ ренным в гл. V I I , § 3.

Промышленностью выпускаются двухэлементные и трех­ элементные счетчики, схематически изображенные на рис. ІП-44. Двухэлементные счетчики имеют один общий или два раздельных диска; в трехэлементных счетчиках, нашедших применение в трехфазных четырехпроводиых цепях, имеются два или три диска.

в трехфазную цепь двухэлементного счетчика активной энер­ гии САЗ-И43. Здесь /—/'—токовые обмотки элементов счетчи­ ка и 2—2'—обмотки напряжения.

U.

Рис. ІИ-45

Индукционные счетчики могут быть использованы также для измерения реактивной энергии однофазного и трехфазно­ го тока. Однако реактивные однофазные счетчики находят крайне ограниченное применение и в настоящее время отечест­ венной промышленностью не выпускаются.

Реактивную энергию трехфазного тока измеряют в боль­ шинстве случаев с помощью обычных счетчиков активной энергии, включенных по специальным схемам. Кроме того, нашли применение и выпускаются промышленностью реактив­ ные счетчики трехфазного тока, измерительный механизм ко-

120

торых построен на рассмотренном выше принципе счетчика активной энергии и снабжен дополнительными приспособле­ ниями (последовательными об-мотками, автотрансформатора­ ми и др.).

температуры изменяется сопротивление диска, изменяются по-

(поскольку оба они создаются вихревыми токами).

Для расширения пределов измерения индукционных при­ боров (как счетчиков, так и ваттметров) служат трансформа­ торы тока и напряжения.

П р и б о р ы э л е к т р о с т а т и ч е с к о й с и с т е м ы

В приборах электростатической системы перемещение под­ вижной части измерительного механизма происходит вследст­ вие взаимодействия, возникающего между двумя или несколь­ кими электрически заряженными проводниками.

На рис. Ш-46 схематически изображена одна из конструк­ ций прибора электростатической системы.

Прибор представляет собой конденсатор переменной ем­ кости, в котором неподвижные электроды выполнены как две металлические камеры / — 1 , электрически соединенные между собой, а подвижные электроды — как две металлические пла­ стины 2—2, жестко закрепленные на оси прибора 3.

Измеряемое напряжение подводится одним полюсом к не­ подвижным, а другим полюсом — к подвижным электродам.

Разноименно заряженные электроды стремятся сблизиться, и, таким образом, подвижные пластины будут втягиваться

121

внутрь камеры 1, увеличивая активную поверхность конден­

сатора.

Возникший момент вращения повернет всю подвижную часть измерительного механизма на угол а, при котором си­ стема уравновесится, т. е. когда момент вращающий станет равен моменту противодействующему.

Существует много других конструкций электростатических приборов, но в основе любой из них лежит плоский конденса­ тор переменной емкости, где величина емкости меняется либо за счет изменения активной поверхности пластин, либо от из­

122

Здесь 1 — неподвижные электроды и 2 — подвижные элек­ троды.

В электростатических приборах, предназначенных для ра­ боты на высоких напряжениях, применяются воздушные ус­ покоители, а в приборах для более низких напряжений ис­ пользуются магнитоиндукционные успокоители.

Выведем уравнение шкалы электростатического прибора, для чего воспользуемся общим уравнением (ПІ-2), справедли­ вым для всех систем приборов электромеханической группы:

dWa да

Потенциальная энергия электрического поля конденсатора равна

Противодействующий момент, как было сказано выше, созда­ ется спиральными пружинками в конструкциях с креплением подвижной части на опорах или упругими силами противодей­ ствия подвеса или растяжки, если крепление осуществляется на подвесе или растяжках.

В любом случае противодействующий момент выражается уравнением (НІ-3)

Mn9=Wa.

В момент равновесия системы моменты равны

2да

иуравнение шкалы прибора примет вид

123

В цепях переменного тока они реагируют на действующее значение напряжения.

Если бы емкость С изменялась прямо пропорционально углу отклонения а, множитель —т— был бы постоянной величи-

ной и шкала прибора получилась квадратичной, что неудобно для пользования. Для выравнивания шкалы подбирают разме­ ры, формѵ и взаимное расположение электродов такими, что-

дС

скомпенсировал квадратичность за счет

На рис. 111-48 показана форма пла­ стин вольтметра с почти равномерной

дС

Электростатические приборы предназ­ начены в основном для измерения напря­ жения, хотя имеются разработки конст­

рукций, позволяющие использовать эту систему и для измере­ ния других электрических величин. Вольтметры электростати­ ческой системы способны измерять напряжения от 20—30 в до сотен киловольт.

Расширение пределов измерения вольтметров осуществля­ ется при переменном токе с помощью емкостного делителя на­ пряжения или последовательной добавочной емкости, изобра­ женных на рис. ІП-49. В приведенных схемах измеряемое на­ пряжение распределяется между емкостями обратно пропор­ ционально их величинам.

Рис. 111-49

В схеме с емкостным делителем, изображенной на рис.

ІІІ-49, а,

С» + С2 + Св

с,

124

показаний прибора. Это приводит к необходимости градуиров­ ки вольтметра совместно с добавочным конденсатором С и, та­ ким образом, для каждого предела измерений вольтметр дол­ жен иметь свою отдельную шкалу.

Этого недостатка лишены вольтметры, работающие с ем­ костным делителем при условии, что собственная емкость вольтметра всегда значительно меньше емкости делителя, па­ раллельно которому подключен вольтметр. В этом случае рас­ пределение напряжений между участками делителя практиче­ ски не будет зависеть от емкости вольтметра и шкала прибора не будет искажена при работе на разных пределах.

Однако применение делителей напряжения несколько сни­ жает точность измерения — делитель вносит дополнительно свою погрешность. Рассмотренные способы расширения преде­ лов измерения электростатических вольтметров применимы только на переменном напряжении и не применимы на посто­ янном ввиду того, что в последнем случае измеряемое напря­ жение прямо пропорционально сопротивлению изоляции кон­ денсаторов, а не обратно пропорционально их емкости (как на переменном токе). Сопротивление же изоляции является вели­ чиной переменной, зависящей от внешних факторов (темпера­ туры, влажности и др.).

Для успокоения подвижной части механизма электроста­ тических приборов обычно используют магнитоиндукционные успокоители, реже—воздушные (в приборах, предназна­ ченных для измерения сравнительно высоких напряжений)-.

Общие свойства приборов электростатической системы

Электростатические приборы применяются для измерения

ние напряжения.

Шкала электростатического прибора в большей своей час­ ти близка к равномерной. Выравнивание шкалы достигается

125

искусственным путем — выбором формы, размеров и взаимно­ го расположения электродов.

Класс точности электростатических приборов не,превыша­ ет 1,0. Электростатические приборы обладают невысокой чув­ ствительностью—'наименьшие пределы, на которые выпуска­ ются вольтметры этой системы, не превышают 20—30 в.

Показания электростатических вольтметров мало зависят от температуры окружающей среды, формы кривой напряже­ ния, влияния внешних .магнитных полей и частоты (о пределах до нескольких мегагерц).

Собственная потребляемая активная мощность в цепи по­ стоянного тока в электростатических приборах пренебрежимо мала. В цепях переменного тока через прибор проходит емко­ стный ток и потребляется некоторая реактивная мощность (по­ рядка милливольт-ампер).

На показания электростатических приборов могут оказы­ вать сильное влияние внешние электрические поля, так как собственное электрическое поле прибора невелико. Для устра­ нения этого влияния приборы тщательно экранируют.

Наибольшее применение электростатические приборы наш­ ли в высоковольтных вольтметрах (в особенности в высоко­ вольтных цепях постоянного тока).

П р и б о р ы в ы п р я м и т е л ь н о й с и с т е м ы

Выпрямительные приборы представляют собой сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма и одного или нескольких выпрямителей переменного тока.

Подобное сочетание позволяет использовать магнитоэлек­ трический измерительный механизм, обладающий многими ценными свойствами (высокой чувствительностью, точностью, равномерной шкалой и другими) для измерений в цепях пере­ менного тока.

К основным типам выпрямителей, нашедшим применение в

126

пружинная игла 4 из вольфрамовой проволоки, которая ка­ сается в одной точке кристалла германия 5, укрепленного в кристаллодержателе 6.

В месте касания вольфрамовой иглы с кристаллом возни­ кает полупроводниковый слой, хорошо проводящий ток от иг­

ïma

Рис. III-51

Вид вольтамперных характеристик позволяет сделать неко­ торые заключения о свойствах приборов выпрямительной си­ стемы:

а) прямое и обратное сопротивления выпрямителей (а следовательно, и прибора в целом) зависят от температура: с увеличением температуры обратное сопротивление уменьша­ ется в большей степени, чем прямое, и, следовательно, умень­ шается коэффициент выпрямления k;

б) с увеличением приложенного напряжения обратное со­ противление растет быстрее, чем прямое сопротивление, и, сле­ довательно, коэффициент выпрямления увеличивается.

Для каждого типа выпрямителей диапазон рабочего напря­ жения ограничен в нижнем пределе — малым коэффициентом

127

выпрямления, что делает невозможным изготовление приборов на малые напряжения, в верхнем пределе — напряжением про­ боя выпрямителя.

По виду характеристики можно судить и о характере шка­ лы прибора: малые приложенные напряжения соответствуют криволинейному участку вольтамперной характеристики, вследствие чего начальный участок шкалы прибора (примерно 15% ее длины) сужен, а дальше шкала становится практиче­ ски равномерной.

По способу присоединения выпрямителей к измерительно­ му механизму различают схемы однополупериодного и двухпо-

лупериодного вы-пр я мл ен и я.

Всхеме однополупериодного выпрямления (рис. Ш-52) выпрямитель ßi пропускает только положительную полуволну тока, проходящего через включенный последовательно с ним измерительный механизм. Параллельно к этим элементам при­

соединяется ветвь, содержащая выпрямитель В2 и сопротив­ ление R, причем выпрямители В\ и В2 должны иметь одинако­ вые характеристики, а сопротивление R должно быть равно сопротивлению Ro измерительного механизма.

гь —*

риода), а также защищать выпрямитель В\ от пробоя при про­ хождении отрицательной полуволны.

Таким образам, в схеме однополупериодного выпрямления через измерительный механизм ток проходит только в течение положительных полупериодов. Кривые тока и напряжения изображены на том же рисунке (Ш-52, б).

128

Всхеме двухполуиериодного выпрямления (рис. 111-53, а)

измерительный механизм включается в диагональ моста в со­

четании с четырьмя выпрямителями (ßj—В2 —Вг —5.0, состав­ ляющими плечи моста; измеряемое напряжение включается в другую диагональ.

Втакой схеме -выпрямленный ток протекает через измери­

тельный механизм каждые полпериода — ів положительную и

нием только двух выпрямителей, изображенные на рис. ПІ-54, а, б. Вторая пара выпрямителей заменена здесь сопро­ тивлениями R\ И / ? 2 -

Рис. 111-54

Схема рис. ІП-54, а удобна при измерении сравнительно больших напряжений. Здесь сопротивления плеч Ru R2 выби­ рают значительно большей величины, чем сопротивление из­

тельный механизм и одно из сопротивлений (например, R2), а