ІНСТРУКЦІЙНА КАРТА № 1. Вивчення будови і принципу

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

З КУРСУ "ПРАКТИКУМ З ЕЛЕКТРОМОНТАЖНИХ РОБІТ"

ВИВЧЕННЯ ПРИНЦИПУ ДІЇ ЕЛЕКТРОВИМІРЮВАЛЬНИХ ПРИЛАДІВ

для студентів ІІІ курсу по спеціальності

"7.0101.03 Педагогіка і методика середньої освіти. Технологічна освіта"

Розробив: cт. в. Савенко І.В.

Методична розробка до лабораторної

роботи затверджена на засіданні

кафедри теорії та методики

технологічної освіти

протокол №__від________2008 р.

Полтава 2008

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧНА РОБОТА № 3

ТЕМА: Вивчення принципу дії електровимірювальних приладів

МЕТА: Вивчити особливості, будови і принципу дії електровимірювальних приладів магнітоелектричної, електромагнітної, електродинамічної систем, теплового електровимірювального приладу.

ОБЛАДНАННЯ: моделі електромагнітного, магнітоелектричного, електродинамічного приладів, зразки реальних приладів цих систем.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Електровимірювальними приладами називають електричні пристрої, призначені для вимірювання електричних величин (табл. 1) За принципом дії електровимірювальні прилади класифікуються за системами (табл..2)

Вимірювана величина	Назви приладу	Умовне позначення приладу
Струм	Амперметр, міліамперметр, мікроамперметр
Напруга і е. р. с.	Вольтметр кіловольтметр, мі­лівольтметр
Електричний опір	Омметр, кілоомметр, мегомметр
Електрична потужність	Ватметр, кіловатметр, ВАрметр (вимірювач реактивної потуж­ності)
Електрична енергія	Лічильники активної (ωh, Rωh) і реактивної (varh) енергії
Частота змінного струну	Частотомір (герцметр)
Кут зсуву фаз	Фазометр
Електрична ємність	Фарадометр
Магнітний потік	Веберметр (флюксометр)
Малі величини струмів і напруг напруг	Гальванометр

Найменування системи	Умовне позначення приладів	Принцип дії системи	Призначення системи
Магнітоелек­трична		Взаємодія магніт­них потоків магніту і рухомої котушки із струмом	Гальванометри, міліам­перметри, амперметри, мілівольтметри, вольт­метри, мегомметри
Електромаг­нітна		Втягування феро­магнітного осердя	Щитові й переносні ам­перметри і вольтметри, фазометри, частотоміри
Електроди­намічна (без сталі)		Взаємодія двох котушок з стру­мом	Міліамперметри, мілівольтметр змінного струму, лабораторні ам­перметри, вольтметри, фазометри, синхроноско­пи, лічильники в колах постійного струму
Електроди­намічна із сталлю (феродинамічна)		Те саме	Ватметри змінного стру­му, самопишучі ампер­метри, вольтметри і ват­метри змінного струму
Індукційна		Взаємодія магніт­них полів коту­шок з індукова­ними в диску струмами	Лічильники в колах од­нофазного і трифазного струмів, щитові ватмет­ри
Термоелек­трична (з ізольованим перетворювачем)		Виникнення е. р. с. у результаті термоелектрично­го ефекту і вимі­рювання її магні­тоелектричним приладом	Міліамперметри, оммет­ри і ватметри в колах змінного струму високої частоти

Прилади магнітоелектричної системи застосовують для ви­мірювання величини струму, напруги і опору в колах постійного стру­му. Разом з перетворювачами змінного струму в постійний або пульсу­ючий ними можна вимірювати в колах змінного струму, а також неелектричні величини — тиск, температуру і т. ін.

Нерухомою частиною приладу е постійний магніт 1 (мал.1) з двома полюсними наконечниками 2, які охоплюють нерухомий ци­ліндр 4, створюючи однаковий повітряний зазор величиною до 2 мм .У повітряному зазорі утворюється рівномірний розподіл індукції (В) магнітного поля, тобто в будь-якій точці робочої частини повітряного зазору В — соnst.

Полюсні наконечники й осердя є магнітопроводом, тому їх виготов­ляють з магнітом'яких матеріалів з можливо меншим магнітним опо­ром. Постійний магніт виготовляють Із спеціальних сплавів (залізонікельалюмінієві) з великою залишковою індукцією.

Рухома частина приладу складається з прямокутної алюмінієвої рамки 3 (мал..1), на якій намотана котушка з мідного ізольованого проводу діаметром 0,02—0,2 мм. До рамки прикріплені півосі 6, які ні встановлюються в підп'ятниках. До півосей кріплять внутрішні кінці спіральних пружин 5 і стрілку 10 з тягарцями 9, за якими рухому систему приводять до байдужої рівноваги. Одна з протидіючих пружин другим кінцем прикріплена до важеля коректора 7, яким з допомогою регулювального ексцентрика 8 стрілку встановлюють проти початко­вої поділки шкали. Вимірюваний струм І підводиться до котушки через спіральні пружини. Проходячи по котушці, він взаємодіє з маг­нітним полем постійного магніту, створюючи обертальний момент, пропорційний цьому струму. Під впливом цього моменту котушка повернеться на кут α, при якому обертальний момент зрівноважиться протидіючим моментом М_Пр пружин.

Позитивні якості приладів магнітоелектричної системи: висока точність (0,5; 0,2 і навіть 0,1 %), чутливість, мале власне споживання потужності, рівномірна шкала, мала чутливість до зовнішнього магнітного поля, добре заспокоювання рухомої частини і т. ін.

До недоліків слід віднести: придатність лише для постійного стру­му (без перетворювачів), складність конструкції, порівняно велика вартість, недостатня перевантажувальна здатність (120 % номіналь­ного до 5 хвилин) і т. ін.

Прилади електромагнітної системи випускають з плоскою і круглою котушками. Прилад з плоскою котушкою (мал..2) працює на взаємодії магнітного поля котушки 1, по якій проходить струм, із стальним осердям 2 (листком). Осердя, втягуючись у плоску вузьку щілину котушки, обертає вісь, на якій закріплено протидіючу пружи­ну, стрілку з балансуючими тягарцями та алюмінієвий сектор 4. При русі сектора 4 у полі постійного магніту 5 створюється гальмівний мо­мент, що забезпечує заспокоєння рухомої частини приладу (магніто-індукційний заспокоювач). Заспокоювач буває і повітряним (мал.2). При проходженні по котушці струму створю­ється магнітне поле, яке замикається по сердечнику з роздвоєними полюсними наконечниками. Фігурний листок втягується в простір роздвоєних полюсних наконечників, при цьому, разом з фігурним ли­стком, навколо розтяжок обертається стрілка 5 з балансуючими тя­гарцями 6. Протидіючий і заспокоюючий момент створюється пружні­стю розтяжок. У цих приладах зменшується вплив зовнішніх маг­нітних полів (бо сильне власне поле) і збільшується обертальний мо­мент. Обертальний момент пропорційний квадрату сили струму і зміні індуктивності котушки при повертанні осердя. Шкала приладу квадратична, нерівномірна. Добором форми осердя і положенням його в котушці можна домогтися, щоб множник при малих струмах збільшував обертальний мо­мент, а при великих струмах зменшував його. Тоді матимемо шкалу, близьку до рівномірної на значній його частині.

При зміні напряму струму в котушці змінюються полярності на­магніченості осердя, тому обертальний момент діє в той самий бік. З цієї причини прилади електромагнітної системи застосовують для постійного і змінного струмів. У колі змінного струму ними вимірюють діюче значення. В амперметрах котушка має небагато витків (опір дуже малий) з ізольованого проводу, поперечний переріз якого розраховано на вимірюваний струм, а у вольтметрах котушка має багато витків з тонкого ізольованого проводу.

Власне споживання потужності електромагнітних приладів віднос­но велике — 2—8 Вт для амперметрів і 2—5 Вт для вольтметрів з додат­ковим опором. Клас точності їх, звичайно, не перевищує 2,5—1,5, . тому їх застосовують як технічні щитові прилади. Якщо осердя виго­товлено з пер малою (сплав нікелю І заліза), клас точності доводять до 0,5 і навіть 0,2 при частоті до 1500 Гц. Це вже лабораторні прилади.

Позитивні якості приладів електромагнітної системи такі: про­стота І надійність конструкції, мала вартість (на ЗО—40 % дешевші маг­нітоелектричних), висока стійкість до перевантажень (у кілька разів перевищує номінальне значення), можливість вимірювати безпосеред­ньо великі струми —до 100 і навіть 200 А, мала залежність показів від зміни температури і т. ін. До недоліків відносять: низьку чутливість і точність вимірювання, нерівномірність шкали, велике власне спожи­вання потужності та ін.

Будову приладів електродинамічної системи, в основі роботи яких лежить явище взаємодії між провідниками зі струмом, показано на мал.3.

Усередині нерухомої, розділеної на дві частини, котушки / міс­титься на двох півосях рухома котушка 2. На одній з півосей закріпле­но вказівну стрілку 4. Обидві частини нерухомої котушки, з'єднані між собою послідовно, обтікаються одним і тим самим вимірюваним струмом. У простих приладах (амперметрах і вольтметрах) рухома котушка з'єднується послідовно з обома частинами нерухомої й обидві котушки обтікаються спільним струмом. У складніших приладах цієї системи (наприклад, ватметрах) через нерухому та рухому котушки проходять різні струми.

Струм до рухомої котушки підводиться через дві спіральні пру­жини (на рисунку не показано), які створюють протидіючий момент. Прилад, має. повітряний заспокоювач 3. Коли в приладі немає струму, то рухома й нерухома котушки зна­ходяться в одній площині. Якщо по обмотках котушки пройде струм, то їх паралельно розташовані витки почнуть взаємодіяти між собою, створюючи обертаючий момент. При цьому рухома котушка почне повертатися на своїх півосях, її поворот супроводжується закручу­ванням спіральних пружин і триває доти, поки обертаючий момент не зрівняється з протидіючим. Оскільки сила взаємодії між провідниками зі струмом пропорцій­на його значенню, обертаючий момент приладу буде пропорційний до­буткові струмів у нерухомій і рухомій котушках. Протидіючий момент, створюваний спіральними пружинами, про­порційний куту закручування їх, тобто кут відхилення рухомої котушки про­порційний добутку струмів у нерухомій та рухомій котушках. Шкала приладу нерів­номірна. Прилад придатний як при постійному, так і при змінному струмі. Можливість його роботи в останньому випадку зумовлена електродинамічної системи тим, що при одночасній зміні напряму струму в обох котушках напрям обертаючого моменту залишається незмін­ним, тобто рухома частина приладу завжди відхилятиметься в одно­му напрямі.

До позитивних якостей приладів цієї системи слід віднести також високу точність їх.

Недоліками цих приладів є: чутливість до перевантажень, нерівно­мірність шкали, велика витрата енергії, значний вплив зовнішніх магнітних полів, висока вартість.

Будову приладу індукційної системи показано на мал.4. Прилад складається з двох магнітопроводів 3 та 5, на які намотано котушки L1 і L2. Електромагніти розташовано так, що створювані ними магнітні потоки пронизують алюмінієвий диск 1, який може повертатися на осі. На останній закріплено вказівну стрілку 2 і про­тидіючу спіральну пружину 4,

Прилади індукційної системи застосовуються в основному для ви­мірювання потужності (ватметри) та енергії (лічильники) в колах змінного струму. В цих приладах обертаючий момент створюють струми обох котушок. Через одну з них проходить навантажувальний струм кола I₁, а через другу — струм I₂, пропорційний напрузі у ви­мірюваному колі.

Ці струми створюють магнітні потоки Ф₁ і Ф₂, які пронизують алюмінієвий диск, індукуючи в ньому вихрові струми I_Д1 та I_Д2. Струм I_Д1 проходить у безпосередній близькості від полюсів другого електро­магніту і вступає у взаємодію з його маг­нітним потоком Ф₂. Аналогічно вихровий струм I_Д2 взаємодіє з магнітним потоком Ф₁ першого електромагніту. Результатом цієї подвійної взаємодії струмів і потоків є виникнення обертаю­чого моменту, який повертає диск і за­кручує спіральну пружину. Стрілка, по­вертаючись разом з віссю та диском при­ладу, вказує вимірювану величину. До позитивних якостей приладів цієї системи слід віднести наявність сильного магнітного поля, яке незначно змінюється від дії зовнішніх магнітних полів, а та­кож значний обертаючий момент, який забезпечує надійну роботу приладів. До
недоліків їх належать: придатність тільки для змінного струму, невисока точ­ність, чутливість до коливань темпера­тури та частоти струму.

ІНСТРУКЦІЙНА КАРТА № 1. Вивчення будови і принципу

Поиск по сайту: