Напряжение и ток в цепях постоянного тока измеряют приборами магнитоэлектрической системы. Чтобы стрелка таких приборов отклонялась в нужную сторону, ток от положительного полюса источника питания должен попадать на зажим «+» амперметра. Простейшим способом измерения постоянного тока является непосредственное прямое включение амперметра (рис. 10, а) При этом необходимо соблюдать три условия: предел измерения амперметра должен быть больше или равен максимальному рабочему току цепи Iu>Imax испытательное напряжение амперметра должно быть больше напряжения сети Ua > Uс:, сопротивление амперметра должно быть больше сопротивления приемника RA > Rnp.

Для расширения пределов измерения постоянного тока применяют измерительные шунты, которые характеризуются номинальным первичным током I ш, падением напряжения ∆Um, создаваемым между их измерительными зажимами при этом токе, и классом точности. Стандартные токоизмерительные шунты рассчитаны на падение напряжения 45 и 75 мВ.

Измерительные шунты

Шунт является простейшим измерительным преобразователем тока в  напряжение. Измерительный шунт представляет собой четырехзажимный резистор. Два входных зажима шунта, к которым подводится ток I, называются токовыми, а два выходных зажима, с которых снимается напряжение U, называются потенциальными.

К потенциальным зажимам шунта обычно присоединяют измерительный механизм измерительного прибора.

Измерительный шунт характеризуется номинальным значением входного тока Iном и номинальным значением выходного напряженияUном. Их отношение определяет номинальное сопротивление шунта: Rш=Uном / Iном

Шунты применяются для расширения пределов измерения измерительных механизмов по току, при этом большую часть измеряемого тока пропускают через шунт, а меньшую — через измерительный механизм. Шунты имеют небольшое сопротивление и применяются в цепях постоянного тока с магнитоэлектрическими измерительными механизмами.

Рис. 7. Схема соединения измерительного механизма с шунтом

На рис. 7 приведена схема включения магнитоэлектрического механизма измерительного прибора с шунтом Rш. Ток Iи протекающий через измерительный механизм, связан с измеряемым током I зависимостью

Iи = I (Rш / Rш + Rи),

где Rи — сопротивление измерительного механизма.

Если необходимо, чтобы ток Iи был в n раз меньше тока I, то сопротивление шунта должно быть:

Rш = Rи / (n - 1),

где n = I / Iи — коэффициент шунтирования.

???. Схема подключения милливольтметра показана на рис. 7б. Чем меньше номинальный ток шунта, тем больше его внутреннее сопротивление. При подключении нескольких приборов параллельно шунту может возникнуть погрешность, превышающая допустимую для его класса точности. Поэтому при токах шунта в несколько десятков ампер к нему подключают один измерительный прибор.

Шунты изготовляют из манганина. Если шунт рассчитан на небольшой ток (до 30 А), то его встраивают в корпус прибора (внутренние шунты). Для измерения больших токов используют приборы с наружными шунтами и мощность, рассеиваемая в шунте, не нагревает прибор.

На рис. 8 показан наружный шунт на 2000 А Он имеет массивные наконечники из меди, которые служат для отвода тепла от манганиновых пластин, впаянных между ними. Зажимы шунта А и Б — токовые.

Рис. 8 Наружный шунт

Измерительный механизм присоединяют к потенциальным зажимам В и Г, между которыми и заключено сопротивление шунта. При таком включении измерительного механизма устраняются погрешности от контактных сопротивлений.

Наружные шунты обычно выполняются калиброванными, т е. рассчитываются на определенные токи и падения напряжения. Калиброванные шунты должны иметь номинальное падение напряжения 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.

Для переносных магнитоэлектрических приборов на токи до 30 А внутренние шунты изготовляют на несколько пределов измерения.

Шунты разделяются на классы точности 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5. Число, определяющее класс точности, обозначает допустимое отклонение сопротивления шунта в процентах его номинального значения.

Напряжение в цепях постоянного тока может измеряться приборами различных систем.

При использовании вольтметров PV магнитоэлектрической системы следует соблюдать полярность включения (рис. 9, а). Для расширения пределов измерения вольтметров применяют добавочные резисторы (рис. 9, б). В этом случае предел измерения

Рис 9. Схемы включения вольтметров в цепи постоянного тока: а — непосредственное включение, б — с добавочным резистором

Добавочные резисторы

Добавочные резисторы являются измерительными преобразователями напряжения в ток, а на значение тока непосредственно реагируют измерительные механизмы вольтметров.

Добавочные резисторы служат для расширения пределов измерения по напряжению вольтметров различных систем и других приборов, имеющих параллельные цепи, подключаемые к источнику напряжения. Сюда относятся, ваттметры, счетчики энергии, фазометры и т. д.

Добавочный резистор включают последовательно с измерительным механизмом (рис. 10). Ток Iи в цепи, состоящий из измерительного механизма с сопротивлением Rи и добавочного резистора с сопротивлением Rд, составит:

I и = U / (Rи + Rд),

где U — измеряемое напряжение.

Если вольтметр имеет предел измерения Uном и сопротивление измерительного механизма Rи и при помощи добавочного резистора Rд надо расширить предел измерения в n раз, то, учитывая постоянство тока Iи, протекающего через измерительный механизм вольтметра, можно записать:

U ном / R и = n U ном / (Rи + Rд)

Откуда                             R д = R и ( n - 1)

Рис 10. Схема соединения измеритель-ного механизма с добав. резистором

Рис.10.в

Добавочные резисторы изготовляются обычно из изолированной манганиновой проволоки, намотанной на пластины или каркасы из изоляционного материала. Они применяются в цепях постоянного и переменного тока.

Добавочные резисторы, предназначенные для работы на переменном токе, имеют бифилярную обмотку для получения безреактивного сопротивления.

При применении добавочных резисторов не только расширяются пределы измерения вольтметров, но и уменьшается их температурная погрешность.

Добавочные резисторы бывают внутренние и наружные. Последние выполняются в виде отдельных блоков и подразделяются на индивидуальные и калиброванные. Индивидуальный резистор применяется только с тем прибором, который с ним градуировался. Калиброванный резистор может применяться с любым прибором, номинальный ток которого равен номинальному току добавочного резистора.

Калиброванные добавочные резисторы делятся на классы точности0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1,0. Они выполняются на номинальные токи от 0,5 до 30 мА.

Добавочные резисторы применяются для преобразования напряжений до 30 кВ.

Переменные напряжение и ток

Переменные напряжение и ток можно измерять приборами любой системы, за исключением магнитоэлектрической. При измерении больших токов в низковольтных установках, а также напряжений и токов в высоковольтных установках применяют приборы электромагнитной системы, включаемые через специальные трансформаторы тока и напряжения. В практике наладочных работ используют различные измерительные трансформаторы, при этом следует помнить, что они вносят в результат измерений дополнительную погрешность. Чтобы погрешность не превышала допустимой, определенной классом точности применяемого измерительного трансформатора, его вторичную обмотку необходимо включать на номинальное сопротивление. Номинальным сопротивлением вторичной обмотки цепи трансформатора тока является то наибольшее, а трансформатора напряжения — то наименьшее сопротивление, на которое можно включить эту обмотку, не превысив погрешность выше допустимой.

Схемы включения вольтметров с добавочными резисторами в цепях постоянного тока и однофазных сетях переменного тока одинаковы (рис. 9,б).

Схемы включения амперметров и вольтметров при использовании измерительных трансформаторов показаны на рис. 12, а, б.

Рис 12. Схемы включения измерительных приборов переменного тока

а — с трансформатором тока, б — с трансформатором напряжения

Р = Scosφ ; Q = UIsinφ ; S = UI

В цепи однофазного переменного тока мощность измеряют непосредственно с помощью электродинамического ваттметра или косвенно методом амперметра и вольтметра. Схема включения приборов показана на рис. 13. Зная напряжение U, приложенное к нагрузке, силу тока I, проходящего по ней, и угол  φ сдвига между током и напряжением, можно определить активную, реактивную и полную мощность.

Рис 13 Схема включения приборов для измерения мощности:

Rн — резистор нагрузки, Rд — добавочный резистор к обмотке напряжения ваттметра

Угол φ или cosφ определяют с помощью фазометра. При отсутствии фазометра полную мощность находят по показаниям вольтметра и амперметра: S = UI. С помощью ваттметра измеряют активную мощность, отсюда: cosφ = Р/S; φ = arccosP/S.

При включении вольтметра в измеряемую цепь учитывают полярность его выводов (начала токовой обмотки и обмотки напряжения). При равномерной нагрузке мощность в трехфазной сети можно измерить одним ваттметром.

Схемы измерения для трехфазной четырехпроводной и трехпроводной сетей показаны на рис. 14, а, б. Когда нулевая точка сети недоступна, создается искусственная нулевая точка, при этом сопротивления должны быть равны:

Рис. 14. Схемы включения ваттметров дли измерения активной мощности
трехфазного тока а — непосредственное, б — с добавочным резистором R\a = Rдд = Rдс. Мощность определяют суммированием показаний всех трех ваттметров.

Рис. 15 Схемы включения двух ваттметров для измерения мощности трехфазного тока

Для измерения мощности цепи трехфазного тока чаще всего используют два ваттметра как при симметричной, так и несимметричной загрузке фаз. Три равноценных варианта включения ваттметров при измерении активной мощности показаны на рис. 15. Активную мощность определяют как сумму показаний двух ваттметров. Реактивную мощность в трехфазной цепи при равномерной загрузке всех трех фаз можно измерить с помощью одного ваттметра (рис. 16, а). Для получения полной реактивной мощности показания одного ваттметра умножают на 3. При равномерной и неравномерной нагрузке реактивную мощность в трех- и четырехпроводной сети определяют с помощью трех ваттметров (рис. 16,б):

Рис 16. Схемы измерения реактивной мощности в трехфазной сети: а — с помощью одного ваттметра, б — с помощью трех ваттметров

где Р_W1 P_W2 Р_W3 — показания ваттметров, включенных соответственно в фазы А, В, С.

Для измерения мощности в трехфазных цепях с симметричной нагрузкой используют ваттметровые токоизмерительные клещи (рис. 17). Чаще всего их применяют для определения нагрузки трехфазных двигателей М напряжением 380 и 660 В с доступной нейтралью (рис. 17). В процессе измерения охватывают клещами один из подводящих проводов, причем зажим напряжения, отмеченный звездочкой, соединяют с этим проводом, а зажим «220 В» (в цепи 660 В зажим «380 В») — с нейтралью статорной обмотки. Если показания прибора отрицательные, клещи при охвате провода следует повернуть на 180° либо поменять местами провода цепи напряжения.

Рис 17 Измерение мощности трехфазного двигателя с помощью ваттметровых измерительных клещей