Измерительные трансформаторы тока и напряжения

Для измерения весьма больших напряжений и токов в цепях технической частоты пользуются измерительными трансформаторами, позволяющими применить при измерении стандартные измерительные приборы. 

Измерительный трансформатор напряжения всегда работает в качестве понижающего трансформатора. Его первичная обмотка, имеющая большое сопротивление, включается в цепь параллельно, а вторичная замыкается на стандартный вольтметр. Так как потребление мощности вольтметром очень незначительно, то трансформатор работает практически в режиме холостого хода, благодаря чему с достаточной точностью выполняется соотношение между первичным и вторичным напряжениями. 

Вторичную обмотку трансформатора напряжения нельзя замыкать на малые сопротивления, так как при этом может перегореть первичная обмотка. 

Первичная обмотка трансформатора тока всегда имеет меньше витков, чем вторичная, поэтому вторичный ток оказывается меньше первичного. Первичная обмотка, имеющая незначительное сопротивление, включается в цепь последовательно, а вторичная замыкается на амперметр с достаточно малым сопротивлением. При этом создается режим короткого замыкания. 

Вторичную обмотку трансформатора тока нельзя размыкать под нагрузкой, так как повышенная ЭДС, возникающая при резком изменении магнитного потока, вызванном быстрым размыканием может пробить изоляцию. 

Схема подключения измерительного трансформатора тока и напряжения:

Смотрите также: 

Для чего нужны трансформаторы тока и чем они отличаются от трансформаторов напряжения 

Как рассчитать коэффициент трансформации 
 
Измерительные трансформаторы напряжения в схемах релейной защиты и автоматики 
 
Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики 

Электроизмерительные приборы

Для контроля режима электрических цепей приходится измерять разнообразные электрические величины: ток, напряжение, мощность, энергию. В цепях переменного тока, кроме указанных величин, измеряются также частота, сдвиги фаз и контролируется форма кривой напряжения и тока. 

Измерительные приборы, применяемые в электрических цепях, должны прежде всего удовлетворять основному требованию: они не должны заметно искажать режим цепи. Поэтому электроизмерительные приборы должны потреблять минимальную мощность и не изменять заметным образом сопротивление цепи.

Прибор для измерения коэффициента мощности (косинуса фи)

Электроизмерительные приборы по способу их использования делятся на стационарные (предназначенные для жесткого крепления на щите, пульте, кронштейне и т. д.) и переносные. 

Обычно первые, предназначенные для более грубых технических измерений, имеют меньшую точность, но зато они не требуют квалифицированного обслуживания и менее чувствительны к внешним влияниям (изменение температуры, толчкам, посторонним электрическим или магнитным поляк ит. д.). Распространенный тип щитового прибора изображен на фотографии ниже.

Щитовой амперметр

Переносные приборы часто применяются для более точных лабораторных измерений; они требуют иногда квалифицированного обслуживания, специальной установки, дополнительных вычислений для определения измеряемых величин.

Киловаттметр класса точности 0,2

По степени точности даваемых показаний электроизмерительные приборы делятся на ряд классов, обозначаемых числами: 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5. 

Каждое число показывает максимальную погрешность прибора, выраженную в процентах при полном отклонении указателя. Например, прибор класса 0,5 при измерении тока в 3 А дает ошибку, не превышающую 15 мА. Класс прибора указывается на его шкале цифрой в кружке.

По своим принципам наиболее распространенные приборы делятся на следующие группы:  электромагнитные, электродинамические, индукционные, электростатические. термоэлектрические, детекторные, электронные.

При выборе прибора для работы надо учитывать, что приборы разных систем реагируют на различные значения измеряемых величин (средние, действующие, максимальные и т. д.), а потому могут давать несовпадающие показания при их включении в общую цепь. Так, если измерить одно и то же напряжение вольтметрами разных типов, то в зависимости от формы кривой напряжения получаются различные показания.

Один из первых в истории амперметров:

В своем аккаунте на Pinterest я собираю коллекцию фотографий старинных электроизмерительных приборов. Вы пользуетесь Pinterest? Давайте там дружить!

Об одном патенте П. Н. Яблочкова

В последнее время в периодической научно-популярной литературе можно встретить публикации, освещающие и объясняющие эффект, наблюдаемый в электрической установке А, В. Чернетского, включающей в себя последовательно соединенные дуговой разрядник, конденсатор и резистор с активным сопротивлением — нагрузку в цепи синусоидального переменного тока. 

Полностью поддерживая сторонников объяснения эффекта увеличения мощности на нагрузке при возникновении дуги с помощью широкоизвестных электрических процессов, мы хотим отметить и тот факт, что и сама установка, описанная А. В. Чернетским, и ее феномен известны миру до его опытов.

При попытках создать систему освоения с помощью электрических дуговых ламп в конце прошлого столетия электротехники столкнулись с той ситуацией, что последовательное соединение светильников, широко применявшееся в практике, приводило к тем неудобствам, что погасание одного светильника вызывало гашение остальных. Параллельное же соединение светильников было невозможным, так как при замыкании электродов одного из светильников для его зажигания гасли другие светильники. 

Необходимо было еще изобрести балластное сопротивление. Что и было сделано. В качестве такого сопротивления при переменных токах можно было использовать электрическую емкость. Такую схему и предложил наш соотечественник П. Н. Яблочков.

При экспериментах с этой схемой включения он обратил внимание на эффект, сопровождавший подключение емкости к цепи переменного тока, — лампы начинали гореть ярче. Но данные науки того времени не позволяли объяснить этот феномен, поэтому П. Н. Яблочков предположил, что усиление яркости (т. е. светоотдачи светильников) идет за счет окружающего атмосферного электричества. 

На эту схему П. Н. Яблочков сделал заявку и получил французский патент № 120684 от 11 октября 1877 г. «Система распределения и усиления атмосферным электричеством токов, производимых одним единственным электрическим источником для одновременного питания нескольких источников света». В качестве источника света подразумевались дуговые «свечи Яблочкова».

На рисунке представлена часть электрической схемы из указанного патента. Приведем описание ее П. Н. Яблочковым: «Один из проводников а, отходящий от магнитоэлектрической машины А (для переменных токов), соединяется с внутренней обкладкой нескольких лейденских банок В или конденсатора. Наружные обкладки этих конденсаторов соединяются с одним из углей моей свечи Д... Другой уголь Д' соединяется со вторым проводником а' от машины».

Дальнейший текст Яблочкова весьма любопытен: «Использование конденсаторов позволяет не только распределять ток по нескольким направлениям; оно имеет целью развить атмосферное электричество и его аккумулировать в упомянутых конденсаторах, откуда оно может быть направлено в виде электрического тока в источники света. Суммарное количество электричества, направляемого в эти источники, больше, чем то, которое производится первичным источником, и, следовательно, производит более мощный свет, чем тот, который получился бы, если бы источник электричества непосредственно питал источник света» (курсив наш.— Б. X.). И далее: «В итоге я заявляю права на систему, которую я устроил для распределения и усиления токов».

Принципиально установки А. В. Чернетского и П. Н. Яблочкова не отличаются, но авторы по-разному объясняют явление увеличения яркости свечения — один за счет окружающего атмосферного электричества, а другой за счет физического вакуума, хотя оба объяснения и неправильны. Однако заметим, что П. Н. Яблочков, явившись инициатором практического применения переменного тока, просто не мог знать о сдвигах фаз токов и напряжений в цепях этого тока, а также о формах кривых этих токов в дуге.

Литература:

1. Чернетский А. В. Неизведанный океан энергии.— Энергия, 1990, № 6.

2. Яблочков П. Н. Труды. Документы. Материалы.— М.: Изд-во АН СССР, 1954.

ХАСАПОВ Б. Г.

Дополнение:

Чернетский Александр Васильевич, (1920-1993) д.т.н., зав. кафедрой физики Московского института народного хозяйства имени Плеханова (МИНХ), лектор МФТИ. Всесоюзный заочный политехнический институт, Москва.

В 1980-1990 годах Александр Чернетский, Юрий Галкин и другие исследователи опубликовали результаты экспериментов по созданию так называемого «самогенерирующегося разряда».

В 1980-1990 годах Чернетский демонстрировал выход до 500кВт "свободной энергии", что было подтверждено известным физиком Г.Путхофом (Harold Puthoff). Результаты экспериментов (1980-1990 гг.) по созданию так называемого "самогенерирующегося разряда". При подборе параметров дуги, ток потребления уменьшается до нуля и затем меняет направление, то есть система начинает генерировать мощность, а не потреблять ее.

Схема Чернетского представляет собой обычный высоковольтный преобразователь напряжения (блокинг-генератор). Высокое напряжение выпрямлялось, и в качестве нагрузки использовалась лампочка и дуговой разрядник. 

Смотрите - Другие статьи Б. Г. Хасапова

Интересные факты и Электротехнические новинки

Современная элементная база электронных устройств

Элементной базой современных электронных устройств являются активные элементы, пассивные дискретные электрорадиоэлементы и функциональные устройства, устройства функциональной электроники, интегральные схемы, которые посредством электрических связей и механических соединений формируются в блоки, аппараты, системы.

Элементная база современных электронных устройств предназначена для генерирования, усиления или преобразования электромагнитных сигналов различных видов, а также для управления напряжениями и токами во внешних по отношению к элементной базе электрических цепях.

Физические принципы, используемые в элементной базе современных электронных устройств, основаны на взаимодействии свободных или связанных элементарных носителей электрических зарядов со статическими электрическими и магнитными полями или с переменными электромагнитными полями, включая поля атомов и молекул.

Рабочей средой, в которой протекает это взаимодействие, может быть вакуум, газ или твердое тело (главным образом полупроводник). Соответственно различают вакуумную, газоразрядную и твердотельную элементную базу. Наиболее обширный класс твердотельной элементной базы составляют полупроводниковые приборы.

К элементной базе в широком смысле относятся также функционально законченные устройства различных уровней интеграции, содержащие большое число связанных между собой субэлементов и субкомпонентов (диодов, транзисторов, резисторов, конденсаторов и т.д.), если их изготовление основано на приемах электронной технологии.

Важнейшие из таких устройств - изделия микроэлектроники (интегральные схемы, микропроцессоры и пр.). К элементной базе относят также и другие приборы и интегральные устройства, работа в которых происходит с помощью взаимодействия связанных носителей электрического заряда с внешними полями - например, акустоэлектронные приборы.

В зависимости от назначения элементная база подразделяется на генераторные, усилительные, преобразовательные, управляющие и др. Диапазон рабочих частот элементной базы простирается от нуля (постоянный ток) до частот рентгеновского участка спектра электромагнитных волн (~ 10 Гц), значение рабочих мощностей - от уровня сверхмалых тепловых шумов до нескольких мегаватт.

Появление элементной базы электронных устройств связано с открытием электрона, различных видов электронной эмиссии, изобретением лампового диода и триода. В первой половине XX века разрабатывалась в основном электровакуумная элементная база - электронные лампы, рентгеновские трубки, фотоэлектронные приборы, - обеспечившие бурное развитие радиотехники, автоматики, телемеханики и других областей науки и техники.

Создание электровакуумной элементной базы СВЧ диапазона (магнетронов, клистронов и др.) сыграло решающую роль в развитии радиолокации. Одновременно с разработкой вакуумной элементной базы создавалась и совершенствовалась газоразрядная элементная база, например, тиратроны, используемые для формирования мощных импульсов электрического тока в устройствах импульсной техники.

Дальнейшее развитие элементной базы шло по пути создания и все более широкого применения приборов полупроводниковой электроники (диодов, транзисторов, интегральных схем, больших и сверхбольших интегральных схем, микропроцессоров) и квантовой электроники.

Современная элементная база находит применение в устройствах связи, автоматики, вычислительной техники, энергетики, измерительной техники, в промышленности, медицинских и бытовых приборах и установках, аппаратуре для научных исследований и т.д.

В начале 90-х годов XX века в мировой электронике наметилась тенденция перехода с элементов навесного монтажа на элементы поверхностного монтажа (SMD-элементы). Отличительная особенность SMD-элементов - намного меньшие габариты, чем у их традиционных эквивалентов. 

Смотрие по этой теме:

SMD резисторы - виды, параметры и характеристики 

Импульсные стабилизаторы напряжения

Интегральные датчики температуры (IC temperature sensors) - достоинства и применение

Параметры полевых транзисторов: что написано в даташите

Диоды Шоттки - устройство, виды, характеристики и использование

Как устроены и работают токовые клещи и как ими правильно пользоваться

Для диагностики неисправностей в электрооборудовании или электроустановок часто необходимо провести измерение токов. Есть два варианта: воспользоваться амперметром или с помощью токовых клещей. 

Первый вариант можно сделать с помощью обычного мультиметра, но он плох тем что нужно делать разрыв цепи, а это не всегда возможно и не всегда удобно для проведения корректных измерений. 

Второй способ, токоизмерительные клещи, позволяет узнать ток в цепи не разъединяя её. В этой статье мы рассмотрим, как пользоваться токовыми клещами и как они устроены.

Устройство

Принцип работы токовых клещей основан на явлении электромагнитной индукции. Проводник, в котором измеряется ток, вводится в магнит провод, на котором намотана вторичная обмотка. Измеряемый ток в этом случае называется первичным, а ток в измерительной катушке (вторичной обмотке) - вторичным. При этом его величина пропорциональна первичному току и его можно рассчитать. Магнитопровод клещей состоит из двух частей, одна из которых подвижна, такая конструкция нужна для того, чтобы, раскрыв магнитопровод с помощью рычага, ввести проводник для измерений.

Аналогично работают и трансформаторы тока, но их магнитопровод цельный и надевается на шину или жилу кабеля.

Ранее токоизмерительные клещи, в большинстве своем, могли измерять только переменный ток, поскольку ЭДС на обмотке может возникать только при условии переменного магнитного потока, создаваемого переменным электрическим током.

Большинство же современных, даже самых дешевых моделей, способно измерять как постоянный, так и переменный токи. Измерение постоянного тока стало возможным благодаря использованию датчика Холла.

Также поддерживаются функции стандартные для мультиметров - измерение сопротивления, напряжения, частоты, прозвонка цепей, а иногда есть возможность подключения термопары для определения температур.

Итак, клещи для измерения тока состоят из:

1. Составного подвижного магнитопровода.

2. Основной части корпуса с дисплеем, селектором выбора пределов или выбора измеряемой величины (если пределы выбираются автоматически), а также разъёмами для подключения щупов, для работы в режиме Омметра, прозвонки или вольтметра.

3. Внутри корпуса расположена плата с микросхемами, иногда и с переменными резисторами для точной подстройки точности измерений.

Для измерения тока в труднодоступных местах некоторые клещи комплектуются дополнительным измерителем с гибким чувствительным элементом. Примером является продукция фирмы Fluke, он может идти в комплекте или продаваться отдельно.

Технология измерений

Для определения тока в цепи нужно ввести в раствор магнитопровода ОДНУ жилу проводника или токопроводящую шину. Чтобы раскрыть магнитопровод выжмите рычаг на торце клещей.

После введения проводника отпустите рычаг и магнитопровод закроется. На измерительном приборе должен быть выбран соответствующий предел измерения и режим, для переменного тока он обозначается так «I~», а для пистонного «I=».

Подробно процесс использования токоизмерительных клещей рассмотрен здесь:

Как пользоваться токовыми измерительными клещами

и здесь:

Примеры применения токовых клещей на практике

Эта статья в Яндекс.Дзен:

Как устроены и работают токовые клещи и как ими правильно пользоваться