Простейшие преобразователи для расширения пределов измерения приборов

В измерительной технике обычно применяют сокращения, которые далее будем использовать:

• • ПНТ — преобразователь напряжения в ток;
• • ПТН — преобразователь тока в напряжение;
• • ПНН — преобразователь напряжения в напряжение;
• • ПТТ — преобразователь тока в ток;
• • ПНЧ — преобразователь напряжения в частоту;
• • ПНВ — преобразователь «напряжение — время» и т. д.

Шунты и добавочные сопротивления

Шунтом называется 4-зажимный ПТН, служащий для расширения пределов измерения амперметра и включаемый параллельно ему (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Шунт к амперметру

Сопротивление шунта рассчитывают по формуле

где Я_Л — сопротивление амперметра; п — число, показывающее, во сколько раз расширяется предел амперметра.

Добавочным сопротивлением к вольтметру называется двухзажимный ПНТ в виде резистора, служащий для расширения пределов измерения вольтметра и включаемый последовательно с ним (рис. 2.2).

Рис 2.2. Добавочное сопротивление к вольтметру

Сопротивление резистора выбирают согласно формуле

где — сопротивление вольтметра; т — число, показывающее во сколько раз расширяется предел вольтметра.

Измерительные трансформаторы

Шунты и добавочные сопротивления годны лишь на относительно малые токи и напряжения. Для высоковольтных приборов применяются соответствующие измерительные трансформаторы.

Все трансформаторы, включая измерительные напряжения и тока, классифицируются в соответствие с действующими в настоящее время межгосударственными стандартами (ГОСТ 1983—2015 — трансформаторы напряжения и ГОСТ 7746—2015 — трансформаторы тока). В частности, эти ГОСТы распространяются на электромагнитные трансформаторы напряжения и тока, предназначенные для применения в электрических цепях переменного тока с целью передачи измерительной информации приборам измерения, защиты, автоматики, сигнализации и управления, разработанные после 1 января 2016 г. В этих документах нет конкретного определения основного параметра трансформатора «коэффициент трансформации». В устоявшейся терминологии с этим параметром связано так называемое масштабирование соответственно напряжения и тока, которое, в свою очередь, классифицирует данный трансформатор как понижающий или повышающий на соответствующую величину напряжения или тока во вторичных обмотках трансформатора.

Так, измерительным трансформатором напряжения называется ПНН, служащий для увеличения или уменьшения напряжения в определенное число раз без изменения фазы и предназначенный в основном для расширения пределов измерения высоковольтных вольтметров, причем один из выводов вторичной обмотки должен быть заземлен, а другой — защищен с целью обеспечения безопасности обслуживающего персонала (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Измерительный трансформатор напряжения

Его коэффициент трансформации определяется отношением напряжений на входе и_г и выходе и₂ в режиме холостого хода (XX) и, соответственно, отношением витков первичной и вторичной обмоток трансформатора

где и 1/К₂ — количество витков в обмотках.

Измерительным трансформатором тока называется ПТТ, служащий для увеличения или уменьшения тока в определенное число раз без изменения фазы и предназначенный в основном для расширения пределов измерения высоковольтных амперметров, а также гальванического разделения цепей, причем вторичная цепь не должна работать в режиме холостого хода, а должна быть замкнута на измеряющий амперметр или иную измеряемую нагрузку (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Измерительный трансформатор тока

Коэффициент трансформации равен

где и УУ₂ — количество витков в обмотках.

Следует также отметить, что данные трансформаторы применимы в высоковольтных цепях переменного напряжения для расширения верхних пределов ваттметров. Такая схема приведена на рис. 2.5, а также ниже дан пример измерения большой мощности с помощью измерительных трансформаторов.

Рис 2.5. Применение измерительных трансформаторов тока и напряжения в высоковольтных цепях переменного напряжения

Пример 2.1

Для измерения большой мощности ваттметр подключен к нагрузке через измерительный трансформатор тока ТА с коэффициентом трансформации К_! = 200 / 5 и трансформатор напряжения ТУ с коэффициентом трансформации К_и = 600 / 100 (эти данные указаны на щитках соответствующих трансформаторов) (рис. 2.6). Ваттметр показал 400 Вт. Требуется определить потребляемую нагрузкой мощность.

Рис 2.6. Схема для измерения большой мощности

Решение. За счет трансформаторов тока и напряжения мощность в измерительной цепи уменьшена в число раз, определяемое коэффициентом трансформации К_р = К,К_и. При К, = 200 / 5 = 40, К_и = 600 / 100 = 6 имеем К_р = 40 • 6 - 240, т. е. мощность уменьшена в 240 раз.

Учитывая, что К_р = Р_х / Р₂, где Р_А — мощность первичной цепи (т. е. потребляемая нагрузкой мощность); Р₂ — мощность, измеряемая ваттметром, имеем

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Какие элементы служат для расширения пределов шкалы амперметров и вольтметров и как они включаются?
• 2. Что такое измерительный трансформатор тока и каково его назначение?
• 3. Что такое измерительный трансформатор напряжения и каково его назначение?
• 4. Как измерить большую потребляемую мощность в нагрузке обычным низ-ковольтным ваттметром с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения?