Магнитные цепи с переменными магнитными потоками: общие сведения.

5.Особенности физических процессов в магнитных цепях переменного тока
При анализе магнитных цепей переменного тока вводят следующие допущения:

1.
магнитное поле рассеяния отсутствует;

2.
активное сопротивление обмотки равно нулю.

При таких допущениях можно записать

где
Отсюда следует, что магнитный поток в магнитопроводе переменный и определяется напряжением (воздействием), если , то:
(8.14)
Таким образом, закон изменения магнитного потока Ф(t) не зависит отпараметров цепи. Это первая особенность магнитных цепей переменного тока. Чтобы определить вторую особенность обратимся к известному выражению

Из него следует, что:
. (8.15)
Но для простейшей магнитной цепи справедливы уравнения:
;
.
ПеременныеВ(t) и Н(t) связаны по закону динамической петли гистерезиса. Эта связь нелинейна. Значит зависимость (8.15) тоже нелинейна и должна иметь вид:

.
Следовательно, индуктивность обмотки магнитопровода зависит от тока и переменна. Это вторая особенность.

Теперь напряжение на участке магнитной цепи определится выражением
.
Видим, что нелинейно. Отсюда третья особенность :магнитные цепиявляются нелинейными цепями. Поэтому при синусоидальном напряжении на обмотке ток в ней оказывается несинусоидальным.

Изменение магнитного потока Ф(t) c частотой w приводит к нагреву магнитопровода из-за гистерезиса. Следовательно, в магнитопроводе возникают потери электроэнергии. Их называют магнитными потерями. Это четвертая особенность.

25. Показывающие измерительные приборы с электромеханическими преобразователями. Устройство, принцип действия, области применения.

Амперме́тр (см. ампер + метр от μετρέω — измеряю) — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно^[1] с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют. Поэтому, чем ниже внутреннее сопротивление амперметра (в идеале — 0), тем меньше будет влияние прибора на исследуемый объект, и тем выше будет точность измерения^[2].

Для увеличения предела измерений амперметр снабжается шунтом (для цепей постоянного и переменного тока), трансформатором тока (только для цепей переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей постоянного тока). Комплектное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется «токоизмерительные клещи».

Очень опасно пытаться использовать амперметр в качестве вольтметра (подключать его непосредственно к источнику питания), что может привести к коротким замыканиям!

Вольтметр (вольт + гр.μετρεω измеряю) — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

Идеальный вольтметр должен обладать бесконечным внутренним сопротивлением. В реальном вольтметре, чем выше внутреннее сопротивление, тем меньше влияния прибор будет оказывать на измеряемый объект и, следовательно, тем выше будет точность и разнообразнее области применения.

Омме́тр (Ом + др.-греч.μετρεω «измеряю») — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения электрических активных (омических) сопротивлений. Обычно измерение производится по постоянному току, однако, в некоторых электронных омметрах возможно использование переменного тока. Разновидности омметров: мегаомметры, гигаомметры, тераомметры, миллиомметры, микроомметры, различающиеся диапазонами измеряемых сопротивлений.

Мульти́метр (от англ. multimeter), те́стер (от англ. test — испытание), аво́метр (от ампервольтомметр) — комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций.

В минимальном наборе включает функции вольтметра, амперметра и омметра. Иногда выполняется мультиметр в виде токоизмерительных клещей. Существуют цифровые и аналоговыемультиметры.

Мультиметр может быть как лёгким переносным устройством, используемым для базовых измерений и поиска неисправностей, так и сложным стационарным прибором со множеством возможностей.

Ваттме́тр (ватт + др.-греч.μετρεω - «измеряю») — измерительный прибор, предназначенный для определения мощности электрического тока или электромагнитного сигнала.

26. Измерение токов, напряжений, сопротивлений, мощности и энергии.

Измерениетока
Для измерения тока в цепи служат амперметры, включаемые последовательно в цепь, где производится определение величины тока. Чтобы ток в цепи при включении амперметра не изменился, необходимо сопротивление его обмотки делать очень малым. Для этого обмотку амперметра делают из небольшого числа витков толстой проволоки. Чтобы расширить пределы измерения амперметра, применяют шунты. Шунты представляют собой манганиновые пластины или стержни, впаянные в медные или латунные наконечники. Шунт включается в цепь последовательно. Параллельно ему включается амперметр. Ток I в цепи А разветвляется обратно пропорционально сопротивлениям обмотки амперметра r_a и шунта r_ш:
I_a/I_ш= r_ш/r_a, причем I_ш=I- I_a,
откуда сопротивление шунта будет
r_ш=(I_ar_a)/(I- I_a).
Обозначим отношение тока I к току I_a через n (число n иногда называют коэффициентом шунтирования). Тогда выражение для r_ш можно записать так:
r_ш=r_а/(n-1).
На токи до 100 А шунты помещают внутри прибора (внутренние шунты). На большие токи шунты делаются наружными и присоединяются к амперметрам при помощи проводов, сопротивление которых точно выверено, так как иначе распределение токов будет другим и измерение неправильным. Встречаются универсальные шунты на несколько пределов измерений. Приборы, которые постоянно работают со своим индивидуальным шунтом, градуируются с учетом шунта, о чем делается надпись на шкале прибора. Часто применяются также калиброванные шунты. Такой шунт можно включать с любым прибором, рассчитанным на ту же величину падения напряжения, что и данный шунт. Обычно шунты ставятся только к приборам магнитоэлектрической системы для измерений в цепях постоянного тока.
Для расширения пределов измерения амперметров в цепях переменного тока применяются трансформаторы тока.

Измерение напряжения
Для измерения напряжения употребляются вольтметры. Вольтметры включаются параллельно тому участку цепи, где необходимо измерить напряжение. Чтобы прибор не потреблял большой ток и не влиял на величину напряжения цепи, обмотка его должна иметь большое сопротивление. Чем больше внутреннее сопротивление вольтметра, тем точнее он будет измерять величину напряжения. Для этого обмотка вольтметра изготовляется из большого числа витков тонкой проволоки.
Для расширения пределов измерения вольтметров употребляются добавочные сопротивления, включаемые последовательно с вольтметрами. В этом случае напряжение сети распределяется между вольтметром и добавочным сопротивлением. Величину добавочного сопротивления необходимо подбирать с таким расчетом, чтобы в цепи с повышенным напряжением по обмотке вольтметра проходил тот же ток, что и при номинальном напряжении. Ток, на который рассчитана обмотка прибора,
I_в=U/r_в.
В цепи с напряжением в n раз большим ток вольтметра с добавочным сопротивлением r должен остаться прежним:
I_в=nU/(r_в+ r) или U/r_в=nU/(r_в+ r),
отсюда величина добавочного сопротивление равна
r= r_в(n-1).
Добавочные сопротивления изготовляют из манганиновой проволоки, намотанной на гетинаксовый или фарфоровый каркас, и помещают внутри прибора или отдельно от него. Для измерения высоких напряжений переменного тока употребляются измерительные трансформаторы напряжения.

Измерение коэффициента мощности
Значение коэффициента мощности в сетях однофазного переменного тока можно определить по показаниям вольтметра, амперметра и ваттметра согласно формуле
cos φ=P/UI.
Теми же приборами коэффициент мощности в сетях трехфазного тока с равномерной нагрузкой можно определить по формуле
cos φ=P/UI√3,
где U и I – линейные напряжение и ток, а φ – угол сдвига между фазными напряжением и током.
Среднее значение коэффициента мощности cosφ_ср за определенный промежуток времени можно определить по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии за то же время согласно формуле
cosφ_ср=А_а/√(А_а²+ А_p²),
где А_а - активная энергия;
А_p - реактивная энергия.
Мгновенное значение коэффициента мощности на практике определяют при помощи специальных приборов – фазометров.

Измерение сопротивления мегомметром
Мегомметры служат для измерения сопротивления отдельных частей электротехнических установок по отношению к «земле» и друг относительно друга.
Согласно правилам сопротивление изоляции проводов должно быть не менее чем 1000 Ом на каждый вольт рабочего напряжения. Так, например, для сети с рабочим напряжением 220 В сопротивление изоляции должно быть не менее 220 000 Ом, или 0,22 МОм.
Измерение сопротивления изоляции должно производиться напряжением, по возможности равным рабочему, и во всяком случае напряжением, не меньшим 100 В.
Мегомметры, показания которых зависят от напряжения, состоят из источника напряжения и измерителя. Если последовательно в цепь включить регулируемое сопротивление r, то показания измерителя (вольтметра) будут зависеть от величины этого сопротивления (при постоянном напряжении цепи). При r=0 показание вольтметра будет небольшим, при r=∞ вольтметр покажет нуль. Включая различные сопротивления, можно отградуировать шкалу измерителя непосредственно в омах (килоомах, мегаомах). В дальнейшем таким прибором можно воспользоваться для измерения сопротивлений, если применить источник энергии с напряжением, равным напряжению при градуировке.