Měření proudu, napětí, výkonu | Vzdělávací a metodický materiál k tématu: | Vzdělávací sociální síť

Napětí a proud ve stejnosměrných obvodech se měří pomocí zařízení magnetoelektrického systému. Aby se ručička takových zařízení odchýlila v požadovaném směru, musí proud z kladného pólu napájecího zdroje téci na svorku „+“ ampérmetru.

Nejjednodušším způsobem měření stejnosměrného proudu je přímé přímé připojení ampérmetru. V tomto případě musí být splněny tři podmínky:

• mezní hodnota měření ampérmetru musí být větší nebo rovna maximálnímu provoznímu proudu obvodu;
• Zkušební napětí ampérmetru musí být větší než napětí sítě Ua > Uс,
• Odpor ampérmetru musí být větší než odpor přijímače RA > Rnp.

Pro rozšíření limitů měření stejnosměrného proudu se používají měřicí bočníky, které se vyznačují jmenovitým primárním proudem Ish, úbytkem napětí Um vzniklým mezi jejich měřicími svorkami při tomto proudu a třídou přesnosti. Standardní proudové měřící bočníky jsou určeny pro úbytky napětí 45 a 75 mV.

Čím nižší je jmenovitý proud bočníku, tím větší je jeho vnitřní odpor. Při připojení více zařízení paralelně k bočníku může dojít k chybě, která překročí přípustnou hodnotu pro jeho třídu přesnosti. Při bočních proudech o velikosti několika desítek ampér se k němu tedy připojí jedno měřicí zařízení.

Napětí ve stejnosměrných obvodech lze měřit přístroji různých systémů. Při použití PV voltmetrů magnetoelektrického systému je třeba dodržet polaritu spínání (obr. 1, a).
Pro rozšíření mezí měření voltmetrů se používají další odpory (obr. 1, b). V tomto případě je limit měření:

1. Schémata zapojení voltmetrů ve stejnosměrných obvodech Obr.
a – přímé připojení, b – s přídavným rezistorem
kde UPVx je rozšířený limit voltmetru; R D – odpor přídavného odporu; K je koeficient ukazující, kolikrát se zvýší mez měření napětí zařízení při použití přídavného odporu.
Pro rozšíření měřicích limitů stejnosměrných přístrojů jsou k dispozici různé bočníky a přídavné odpory.
Střídavé napětí a proud lze měřit přístroji libovolného systému s výjimkou magnetoelektrických. Při měření velkých proudů v nízkonapěťových instalacích a také napětí a proudů ve vysokonapěťových instalacích se používají elektromagnetické systémové přístroje, připojené přes speciální proudové a napěťové transformátory. V praxi seřizovacích prací se používají různé měřicí transformátory, ale je třeba si uvědomit, že do výsledku měření vnášejí další chybu. Aby chyba nepřekročila přípustnou, určenou třídou přesnosti použitého přístrojového transformátoru, musí být jeho sekundární vinutí připojeno k jmenovitému odporu. Jmenovitý odpor sekundárního vinutí obvodu proudového transformátoru je největší a napěťový transformátor je nejmenší odpor, na který lze toto vinutí zapnout bez překročení dovolené chyby.
Obvody pro připojení voltmetrů s přídavnými rezistory ve stejnosměrných obvodech a jednofázových střídavých sítích jsou stejné (obr. 1,6). Zapojovací obvody pro ampérmetry a voltmetry při použití přístrojových transformátorů jsou na Obr. 2, a, b.

Obrázek 2 Schémata zapojení pro AC měřicí přístroje:
a – s transformátorem proudu, b – s transformátorem napětí.
V obvodu jednofázového střídavého proudu se výkon měří přímo pomocí elektrodynamického wattmetru nebo nepřímo pomocí ampérmetru a voltmetru. Schéma zapojení zařízení je na obr. 3.

Když známe napětí U aplikované na zátěž, proud I, který jím prochází, a úhel posunu ϕ mezi proudem a napětím, je možné určit činný, jalový a zdánlivý výkon:
P = UI cos ϕ; Q = UI sin ϕ ; S = UI.
Úhel ϕ nebo cos ϕ se určuje pomocí fázového měřiče. Při absenci fázového měřiče se celkový výkon zjistí z údajů voltmetru a ampérmetru: S = UI. Pomocí wattmetru se měří činný výkon, tedy: cos ϕ = P/S; ϕ = arccosP/S; Q = UI sin ϕ .
Při připojování voltmetru k měřenému obvodu berte v úvahu polaritu jeho svorek (začátek proudového vinutí a napěťového vinutí).

Rýže. 3. Schéma zapojení zařízení pro měření výkonu:
Rн je zatěžovací rezistor, Rд je přídavný rezistor k napěťovému vinutí wattmetru.

Při rovnoměrném zatížení lze výkon v třífázové síti měřit jedním wattmetrem. Měřicí obvody pro třífázové čtyřvodičové a třívodičové sítě jsou na Obr. 4, a, b. Když je nulový bod sítě nepřístupný, vytvoří se umělý nulový bod a odpory musí být stejné: Rda = Rdd = Rds. Výkon je určen součtem odečtů všech tří wattmetrů.

Rýže. 4. Obvody pro připojení wattmetrů pro měření činného výkonu
třífázový proud: a – přímý, b – s přídavným rezistorem.

Rýže. 5. Propojovací obvody pro dva wattmetry pro měření třífázového výkonu
proud.

Pro měření výkonu třífázového proudového obvodu se nejčastěji používají dva wattmetry pro symetrické i nesymetrické fázové zatížení. Tři ekvivalentní možnosti připojení wattmetrů při měření činného výkonu jsou na Obr. 15.

Činný výkon je určen jako součet odečtů dvou wattmetrů. Jalový výkon v třífázovém obvodu s rovnoměrným zatížením všech tří fází lze měřit pomocí jednoho wattmetru (obr. 6, a). Pro získání celkového jalového výkonu se hodnoty jednoho wattmetru vynásobí 3. Při rovnoměrném a nerovnoměrném zatížení se jalový výkon v tří- a čtyřvodičové síti zjišťuje pomocí tří wattmetrů (obr. 6,6).

Obrázek 6. Schémata pro měření jalového výkonu v třífázové síti: a – pomocí jednoho wattmetru, b – pomocí tří wattmetrů.
Pro měření výkonu v třífázových obvodech se symetrickou zátěží se používají wattmetrové proudové kleště (obr. 7). Nejčastěji se používají pro stanovení zatížení třífázových motorů M s napětím 380 a 660 V s přístupným neutrálem (obr. 7). Během procesu měření se jeden z napájecích vodičů překryje kleštěmi a k ​​tomuto vodiči se připojí napěťová svorka označená hvězdičkou a svorka „220 V“ (v obvodu 660 V svorka „380 V“). je připojen k neutrálu statorového vinutí. Pokud jsou hodnoty přístroje záporné, měly by být kleště při zakrývání vodiče otočeny o 180° nebo by měly být vodiče napěťového obvodu prohozeny.

Rýže. 7. Měření výkonu třífázového motoru pomocí wattmetrového klešťového měřiče.
V sítích střídavého proudu se účtování vyrobené a spotřebované elektřiny provádí pomocí měřičů indukčního systému, které se vyrábějí v jednofázovém a třífázovém provedení. Ty se dodávají ve dvou modifikacích – pro tří- a čtyřvodičovou síť. Pro zohlednění spotřeby činné a jalové energie se vyrábějí speciální měřiče. Pro měření činné energie v třífázových sítích se používají měřiče SAZ, SA4, SA4U, jalová energie – SRZ, SR4, SR4U (číslo 3 v typovém označení měřiče značí, že je určeno pro třívodičovou síť, 4 pro čtyřvodičová síť). Elektroměry SA4U a SR4U jsou vyráběny pouze pro připojení k měřicím transformátorům proudu a napětí jiné typy měřidel jsou k dispozici pro přímé připojení a s transformátory.

K zohlednění energie v obvodech jednofázového proudu se používají měřiče CO.

Elektroměry činné energie jsou vyráběny v třídách přesnosti 1,0; 2,0; 2,5, měřiče jalové energie—2,0; 2,5; 4,0. Třída přesnosti měřidel a přístrojových transformátorů určených pro obchodní a technické měřicí obvody musí odpovídat požadavkům PUE.
Schémata vnitřních zapojení třífázových elektroměrů jsou na Obr. 8, a – d Indexy G a N označují svorky vinutí čítače, připojené k napájecí straně obvodu a zátěži.

Rýže. 8. Schémata vnitřního zapojení třífázových elektroměrů: a – činná energie typu SAZ a SAZU, b – jalová energie typu SRZ a SRZU, c – činná energie typu SA4 a SA4U, d – jalová energie typ SR4 a SR4U s přídavným sériovým vinutím, e – jalová energie typ SR4 I676 a SR4U-I676, 1 – 10 – čísla svorky.

Schémata zapojení pro třívodičové měřiče činné energie typu SAZ a SAZU a měřiče jalové energie typu SRZ a SRZU jsou na Obr. 9, a – c, a schémata zapojení pro čtyřvodičové měřiče činné energie SA4 a SA4U a měřiče jalové energie SR4 a SR4U jsou na Obr. 10, a – d.

Rýže. 9. Zapojovací obvody pro měřič činné energie typu SAZ a SAZU a měřič jalové energie typu SRZ, SRZU: a – přímé zapojení, b – s proudovými transformátory, c – s proudovými a napěťovými transformátory.

Rýže. 10. Schémata zapojení pro měřiče činné energie typů SA4 a SA4U a měřiče jalové energie typů SR4, SR4U, SR4-I676 a SR4U-I676: a – přímé zapojení, b – s proudovými transformátory, c – s proudovými a napěťovými transformátory v třívodičový obvod, g – s proudovými a napěťovými transformátory a čtyřvodičový obvod (u jalových měřičů kleště 10 chybí).

Někdy se při uvádění do provozu používají k měření výkonu měřiče. Uvažujme příklad stanovení výkonu spotřebovaného motorem pomocí třífázového měřiče. Počítáme počet otáček kotouče za časový úsek t (obvykle stačí 20-40 s, počítáno stopkami); Zatížení motoru by se během této doby nemělo měnit. Pokud je na štítku, např. typ SAZU, uveden 1 kW. h = n otáček disku, pak výkon, kW:

kde Ktt a Ktn jsou transformační poměry transformátorů proudu a napětí.

Vstupní napětí (U_в) je napětí, které přichází na vstup převodníku. Standardní měrnou jednotkou pro tuto hodnotu je volt. Úroveň vstupního napětí přímo závisí na zdroji. Například v domácí síti je to 220 V, zatímco v rozvodně je tento údaj 10 kV.

Schéma přenosu elektřiny

Jak se tvoří vstupní napětí

Vstupní napětí je generováno různými zdroji energie. Pro domácí a průmyslové elektrické sítě se jedná o generátory v elektrárnách. UV záření je dodáváno spotřebitelům prostřednictvím elektrického vedení.

Při výpočtu elektronických obvodů je nutné přesně určit hodnotu vstupního napětí, jinak to může vést k přetížení připojených zařízení nebo k nedostatku napájení nezbytného pro jejich stabilní provoz.

Vzorec pro výpočet napětí závisí na jeho tvaru vlny. Například pro sinusové střídavé napětí je vzorec:

Vzorec pro střídavé napětí popisuje jeho změnu v čase a je základem pro analýzu a výpočet elektrických obvodů a zařízení pracujících se střídavým napětím. Představuje systém v ideálním stavu. V reálných provozních podmínkách elektrické sítě jsou tyto parametry mírně zkreslené.

Rozdíly mezi vstupním střídavým a stejnosměrným napětím

Střídavé napětí se v čase mění a má průběh, který může být sinusový, obdélníkový nebo jiný. Například vstupní napětí v zásuvce je střídavé, protože se tam neustále mění náboj. Standardní frekvence změny tohoto parametru v domácích sítích je 50 Hz.

Konstantní vstupní napětí se v čase nemění. Zdroje nepřerušitelného napájení, baterie, poskytují přesně tento proud. Některá zařízení mohou pracovat pouze s konstantním napětím, zatímco jiná mohou pracovat pouze se střídavým napětím. Existují také elektrická zařízení, která mohou pracovat s oběma typy napětí.

Grafy střídavého a stejnosměrného napětí

Jak vstupní napětí ovlivňuje provoz elektroniky

Vstupní a výstupní napětí jsou dva parametry, které jsou důležité pro stabilní provoz elektrických zařízení. Příliš nízké vstupní napětí může vést k poruchám a selhání v provozu elektronických zařízení, stejně jako k nestabilitě v jejich provozu. Příliš vysoké vstupní napětí může vést k přetížení, přehřátí, selhání součástí a poškození zařízení jako celku.

Kromě toho mohou mít různá zařízení své vlastní provozní charakteristiky s různými formami vstupního napětí (např. se stejnosměrným nebo střídavým napětím, s různými frekvencemi a průběhy). Při návrhu a provozu elektroniky je důležité zohlednit parametry vstupního napětí a zajistit vhodná ochranná opatření (např. použití stabilizátorů napětí, filtrů atd.) pro zajištění spolehlivého a bezpečného provozu zařízení.

Obvod pro převod napětí

Důležitost vstupního napětí v elektronických mikroobvodech

Každý počítač a domácí spotřebič obsahuje elektronické mikroobvody. Ty jsou zodpovědné za různé funkce, včetně zapínání a vypínání zařízení. Správná funkce elektronických mikroobvodů závisí na hodnotě vstupního napětí. Pro každou součástku je stanovena prahová hodnota tohoto parametru.

Pokud je vstupní napětí pod požadovanou úrovní, čip nebude fungovat. Pokud je doporučená hodnota výrazně překročena, jednoduše se roztaví. Další parametry čipu, které jsou ovlivněny vstupním napětím:

• Spotřeba energie. Pokud je do zásuvky dodáváno více než 220 V, čip bude spotřebovávat více elektřiny. To povede k jeho přehřátí a poškození dalších součástí zařízení.
• Provozní rychlost. Pokud napětí není dostatečně vysoké, výkon čipu klesne, což povede k problémům se stabilním provozem celého zařízení.
• Správnost zpracování dat. Pokud napětí není dostatečně vysoké, čip může nesprávně dekódovat signály přicházející od uživatele. V důsledku toho zařízení nefunguje správně.

Moderní výrobci složitých, high-tech zařízení vyvinuli metody pro dodatečnou ochranu mikroobvodů před proudovými přepětími. Pokud vstupní napětí překročí stanovenou úroveň, součástka se automaticky vypne.

Schéma zapojení ochranného zařízení

Jak se měří vstupní napětí?

Většina parametrů elektrického proudu se měří multimetrem. Lze jej použít k určení napětí, odporu, proudu, kapacity kondenzátoru atd. Pro měření střídavého napětí v zásuvce potřebujete:

1. Nastavte multimetr do požadovaného režimu (ACV).
2. Zadejte limit měření (750 V). Displej zařízení zobrazí zadaný rozsah hodnot.
3. Připojte sondy pro měření parametrů elektrického proudu.
4. Připojte sondy do zásuvky.
5. Počkejte, až se objeví výsledky měření.

Měření napětí v zásuvce

Pomocí multimetru můžete určit nabití baterie nebo běžné baterie. K tomu je třeba:

1. Nastavte multimetr do režimu DCV.
2. Zadejte limit měření 1000 V.
3. Připojte červenou sondu ke kladnému pólu a černou sondu k zápornému.
4. Počkejte, až se výsledky měření zobrazí na displeji zařízení.

Různé problémy související se vstupním napětím

Vstupní napětí v síti často nesplňuje stanovené normy, tj. může být nižší nebo vyšší než požadované parametry. Spotřebiče elektřiny to nepřímo ovlivňují. Ve většině případů je problém v rozvodně nebo sítích používaných k dodávce elektřiny. Důvody nízkého vstupního napětí:

• Nedostatečná transformátorová kapacita v rozvodně.
• Neúměrné (nadměrné) zatížení 3 fází.
• Průřez vedení pro přenos energie a účastnických kabelů neodpovídá přenášenému proudu.
• Chyby při instalaci v rozvaděči.

Pro zjištění konkrétního důvodu nesrovnalosti mezi deklarovanými aktuálními parametry a skutečnými parametry byste měli pozvat specialistu z energetické distribuční společnosti nebo přímo od dodavatele elektřiny.

Vstupní napětí může být zvýšeno z technologických a nouzových důvodů:

• Zatížení je mezi fázemi nerovnoměrně rozloženo. Na jedné fázi bude napětí nadměrně nízké, zatímco na ostatních se začne zvyšovat.
• Přerušení elektrického vedení nebo poškození kabelu. Když se přeruší neutrální vodič (nula), proud vysokého napětí protéká běžnými domácími spotřebiči.
• Cílené zvýšení výstupního napětí v elektrické rozvodně. To se provádí proto, aby odběratelé vzdálení od přenosové sítě mohli plně využívat elektřinu.

Metody normalizace vstupního napětí

Nízké vstupní napětí lze normalizovat připojením objektu k síti pomocí jednoho výkonného stabilizátoru napětí nebo připojením jednotlivých elektrických zařízení k lokálním stabilizátorům. Tato zařízení udržují parametry proudu v rámci stanovených limitů.

Příklad stabilizačního obvodu

Moderní výrobci vyrábějí stabilizátory pro jednofázové a třífázové sítě. Výkon zařízení závisí na technických vlastnostech a pohybuje se od 5 W do 10 MW. V průmyslu jsou nejoblíbenějšími modely stabilizátory pro 6 MW. Třífázová zařízení mohou být s nezávislou regulací pro každou fázi nebo s nastavením průměrného fázového napětí na vstupu.

Vzhled jednoho ze stabilizátorů

Kromě stabilizátorů se používají přepěťové ochrany, omezovače napětí a relé (RCD). Všechna tato zařízení se připojují k síti, aby zastavila dodávku elektrického proudu při výrazném překročení maximálních provozních hodnot. Například pokud napětí náhle stoupne na 220 V místo 230-280 V, při aktivaci ochranného zařízení se dodávka elektřiny do objektu zastaví. Tím se ochrání zařízení připojené k síti před přehřátím a spálením mikroobvodů.

Související videa