Цель работы: изучить методы расширения пределов измерения амперметра и вольтметра в цепях переменного тока, оценить погрешность вводимую трансформаторами.

Оборудование: модуль «Модуль питания», модуль «Элементы ЦАП и АЦП», модуль «Автотрансформатор», модуль «Измерительный блок», модуль «Трансформатор тока и напряжения. Приборы магнитоэлектрической системы», соединительные проводники.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В цепях переменного и постоянного тока большой мощности применение измерительных шунтов и добавочных сопротивлений нежелательно, так как они вносит погрешность, обусловленную наличием сопротивления и дополнительных потерь. Возможности шунтирующих и добавочных резисторов для преобразования тока и напряжения ограничены. Так, шунтирующие резисторы предназначены для преобразования токов силой до 5000 А, а добавочные резисторы − для преобразования напряжений до 30 кВ. При расширении диапазона преобразуемых токов и напряжений увеличиваются масса и габариты резисторов, а также возрастает опасность их обслуживания. Поэтому в цепях высокого напряжения переменного тока для преобразования тока и напряжения применяют измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Применение измерительных трансформаторов дает возможность измерять силу тока и напряжение в высоковольтных цепях амперметрами с диапазоном измерений от 0 до 5 А и вольтметрами с диапазоном измерений от 0 до 100 В. Кроме того, использование трансформаторов в высоковольтных цепях повышает безопасность обслуживания измерительных приборов, так как позволяет разделить силовые и измерительные цепи электрооборудования.

Основные требования к трансформаторам тока определены в ГОСТ 7746−2001 и ГОСТ 23624−2001, а к трансформаторах напряжения − в ГОСТ 1983-2001 и ГОСТ 23625−2001.

Измерительные трансформаторы тока предназначены для преобразования измеряемых токов в стандартные (обычно 5 А, реже 1; 0,5, 0,3 A 0,125 А). Первичная цепь трансформатора тока содержит малое число витков (иногда участок проводника) медного провода, контакты которой Л1 и Л2 включают в разрыв проводника с измеряемым током. К контактам И1 и И2 вторичной обмотки трансформатора, число витков которой обычно больше, чем первичной, подключают приборы диапазон которых требует расширения по току. Поскольку сопротивление катушек таких приборов мало, трансформаторы тока работают в условиях, близких к короткому замыканию.

В цепи первичной обмотки трансформатора с числом витков  (рис. 5.1) проходит подлежащий измерению ток , при этом во вторичную обмотку с числом витков  включается амперметр, в цепи которого протекает ток . Магнитодвижущая сила в первичной обмотке считается равной магнитодвижущей силе во вторичной обмотке:

,

откуда измеряемый ток:

                                 ,                  (13)

где  − коэффициент трансформации тока.

Это справедливо, если ток холостого хода трансформатора . Однако , поэтому есть погрешность в определении тока .

Номинальный коэффициент трансформации можно определить по отношению числа витков, т.е.

.

Отношение разности номинального и действительного коэффициентов к действительному коэффициенту представляет собой погрешность трансформатора

.

Классы точности трансформаторов тока переносных лабораторных: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; стационарных, устанавливаемых на подстанциях: 0,2; 0,5; 1,0; 3; 5; 10. Номинальные значения сопротивления нагрузки цепи вторичной обмотки лежат в пределах от 0,2 до 2,0 Ом. Возрастание сопротивления нагрузки ведет к увеличению погрешностей

Измерительные трансформаторы напряжения по своему устройству и принципу действия аналогичны силовым трансформаторам. Обмотка высшего напряжения включается в цепь, а ко вторичной обмотке с меньшим числом витков подключают измерительные приборы.

Измеряемое напряжение при расширении предела измерения вольтметра трансформатором напряжения находится из выражения

                                 ,                            (14)

где  − коэффициент трансформации напряжения.

Отношение номинальных значений напряжений  к  или отношение числа витков обмотки высшего напряжения к числу витков обмотки низшего напряжения называют номинальным коэффициентом трансформатора напряжения

.

Этот параметр трансформатора указывают в его паспортных данных.

Вследствие того что в трансформаторе происходят потери мощности за счет перемагничивания сердечника и падении напряжений на обмотках, номинальный коэффициент трансформации отличается от действительного, который определяется отношением

.

Отношение разности номинального и действительного коэффициентов к действительному, выраженное в процентах, определяет погрешность трансформатора по напряжению:

.

Первичная обмотка трансформатора напряжения включается параллельно участку цепи, на выводах которого измеряется разность потенциалов (аналогично вольтметру). Вольтметр подключается ко вторичной обмотке трансформатора.