Меню

Измерение мощности несинусоидального тока



Измерение мощности несинусоидального тока

ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ НАСТРОЙКЕ И РЕГУЛИРОВКЕ РАДИОАППАРАТУРЫ

ИЗМЕРЕНИЕ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ ТОКОВ

В цепях с несинусоидальным током чаще всею возникает необходимость измерять действующее значение несинусоидального тока или напряжения, его среднее и амплитудное значения. Промышленные приборы градуируются, как правило, в действующих значениях тока или напряжения синусоидальной формы независимо от их системы. В то же время приборы различных систем по-разному реагируют на несинусоидальный ток, т. е. имеют различную зависимость вращающего момента от формы тока или напряжения. Это является основным источником погрешности при измерении синусоидальных токов. Показания электродинамического амперметра (вольтметра) зависят от действующего значения измеряемого тока (напряжения) несинусоидальиой формы.

Электромагнитный амперметр (или вольтметр) так же, как и электродинамические приборы, измеряет действующее значение тока (напряжения) несинусоидальной формы независимо от начальных фаз гармоник. Однако частотный диапазон этих приборов ограничен. Современные электромагнитные приборы класса точности 0,5 имеют весьма малые расхождения показаний на переменном и постоянном токе.

Выпрямительные или детекторные магнитоэлектрические системы состоят из выпрямительного устройства, вилюченного в цепь измеряемого переменного тока, и магнитоэлектрической системы, позволяющей измерять выпрямленный ток по шкале, проградуированной, как правило, в действующих значениях синусоидального тока (напряжения). В магнитоэлектрических приборах с выпрямителем стрелка отклоняется на некоторый угол, пропорциональный среднему значению выпрямленного тока за полупериод. При несинусоидальиом токе такой прибор измеряет сумму средних значений (по модулю) всех гармоник периодического тока (напряжения) несинусоидальной формы, причем показания прибора зависят от фазы гармоник относительно основной, т. е. зависят от формы тока (напряжения). Шкала приборов с выпрямителями градуируется в действующих значениях синусоидального тока.

Рис. 1. Схема вольтметра со среднеквадратичной характеристикой (а);
формирование квадратичной характеристики выпрямительного вольтметра (б)

Принципиальная схема вольтметра со среднеквадратичной характеристикой показана на рис. 1а. Прибор содержит двухполупериодную схему выпрямителя с трансформатором Т и диодами V и диодную цепочку V1. V8 с параболической вольт-амперной характеристикой. Формирование вольт-амперной характеристики, имитирующей полупараболу, показано на рис. 1б.

Показания таких выпрямительных приборов пропорциональны среднему значению квадратов амплитуд мгновенных значений измеряемого периодического напряжения (тока) любой формы, а градуировка шкалы прибора может быть выполнена в среднеквадратичных значениях напряжения или тока. В соответствии с указанным принципом выполнен вольтметр типа ВЗ-20, позволяющий измерять среднеквадратичные значения напряжений от 2 мВ до 300 В в диапазоне частот от 50 Гц до 300 кГц.

Для измерения амплитудных значений переменных напряжений сложной формы применяют пиковые вольтметры. Принципиальная схема пикового вольтметра переменного тока с закрытым входом и параллельным включением диода V и нагрузочного резистора R с последовательно включенным конденсатором показана на рис. 2.

Рис. 2. Схема пикового вольтметра переменного тока

Сопротивление резистора R и емкость С выбираются такой величины, чтобы постоянная времени RC была значительно больше периода измеряемого напряжения. Средний вращающий момент пикового вольтметра пропорционален наибольшему амплитудному значелиго положительной полуволны периодического напряжения и не реагирует на постоянную составляющую. При измерении импульсного напряжения неизбежна погрешность измерения, растущая с увеличением скважности Q = T/tи, где Т — период импульсного напряжения и tи— длительность импульса. Поэтому при измерении вносят поправку: dUm = + Qr/R, где R — сопротивление нагрузочного резистора; г — сопротивление цепи для положительной волны измеряемого напряжения, определяемое сопротивлением измеряемой цепи и прямым сопротивлением диода.

Фильтр на элементах Rф, Cф уменьшает пульсации напряжения на выходе пикового вольтметра. Постоянная времени Rф, Сф должна существенно превышать RC. Усилитель У позволяет подключить низкоомный индикатор к фильтру с высоким выходным сопротивлением.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Измерение — несинусоидальный ток

Измерение несинусоидальных токов и напряжений приборами различных систем может давать неодинаковые результаты. [1]

Для измерений несинусоидальных токов и напряжений следует пользоваться приборами, рабочий частотный диапазон которых охватывает все те гармонические составляющие исследуемого сигнала, пренебрежение которыми недопустимо по условиям требуемой точности измерений. [2]

Читайте также:  Что принимается за единицу мощности

При измерении несинусоидальных токов должны применяться измерительные приборы и трансформаторы тока с широким диапазоном номинальной частоты. Приборы с номинальной частотой 50 — 400 Гц применяются при наличии гармоник до седьмой. При более высоком порядке гармоник употребляются приборы, рассчитанные на частоту 50 — 1500 или 50 — 4000 Гц. В случае несимметричной нагрузки в трехфазной цепи с изолированной нейтралью токи измеряются не менее чем в двух фазах, при заземленной нейтрали или четырехпроводной цепи — в трех фазах. [4]

Применение детекторных амперметров при измерении несинусоидального тока недопустимо. [5]

Поэтому правильный выбор прибора для измерения несинусоидальных токов имеет большое значение. Естественно, что при измерении тока сложной формы необходимо измерять то его значение, которое оказывает необходимое действие на данный приемник электроэнергии. Так, если вращающий момент поворотного якоря электромагнита зависит от действующего значения всех гармонических составляющих несинусоидального тока, протекающего по его обмотке, то этот ток должен измеряться прибором такой системы, показания которого дают, действующее значение всех гармоник. Если измерять выпрямленный синусоидальный ток ( без сглаживающего фильтра) приборами магнитоэлектрической системы и электромагнитной, то, несмотря на одинаковую точность обоих приборов, показания их будут разные. Это объясняется тем, что ( как это будет показано ниже) магнитоэлектрический прибор показывает среднее значение, а электромагнитный — среднее квадратичное ( действующее значение) выпрямленного тока. [6]

Поэтому правильный выбор прибора для измерения несинусоидальных токов имеет большое значение. Естественно, что при измерении тока сложной формы необходимо измерять то его значение, которое оказывает необходимое действие на данный приемник электроэнергии. Так, если вращающий момент поворотного якоря электромагнита зависит от действующего значения всех гармонических составляющих несинусоидального тока, протекающего по его обмотке, то этот ток должен измеряться прибором такой системы, показания которого дают действующее значение всех гармоник. Если измерять выпрямленный синусоидальный ток ( без сглаживающего фильтра) приборами магнитоэлектрической системы и электромагнитной, то, несмотря на одинаковую точность обоих приборов, показания их будут разные. Это объясняется тем, что ( как это будет показано ниже) магнитоэлектрический прибор показывает среднее значение, а электромагнитный — среднее квадратичное ( действующее значение) выпрямленного тока. [7]

В книге рассмотрены причины возникновения высших гармонических при выработке, передаче и потреблении электроэнергии, особенности измерения несинусоидальных токов и, в частности, поведение электроизмерительных приборов различных систем в цепях с искажен -, ной формой тока. Приведены сведения по определению основных характеристик несинусоидальных токов. [8]

Если коэффициент формы измеряемого несинусоидального тока известен или может быть найден, то для него можно найти новую постоянную прибора по току, пользуясь которой можно производить измерение данного несинусоидального тока . [9]

Техника измерений, которая одинакова для несинусоидальных и синусоидальных токов, рассмотрена в книге Г. П. Минина Измерение электрических величин ( вып. В настоящей работе излагается только специфика измерений несинусоидальных токов . [10]

В книге содержатся общие эксплуатационные сведения по приборам в зависимости от системы их измерительного органа. В частности, особое внимание уделяется вопросам измерения несинусоидальных токов , что а настоящее время актуально, в связи с развитием электрификации транспорта и с широким применением в народном хозяйстве электроники. Значительная часть книги посвящена вопросам поверки приборов, что является основным содержанием эксплуатации приборов, а также вопросам проверки схем их включения. В книге приводятся также сведения об оценке точности измерения в зависимости от класса примененных приборов и для случаев, когда результаты определяются вычислением из ряда измерений. [11]

В книге содержатся общие эксплуатационные сведения по приборам в зависимости от системы их измерительного органа. В частности, особое внимание уделяется вопросам измерения несинусоидальных токов , что в настоящее время актуально, в связи с развитием электрификации транспорта и с широким применением в народном хозяйстве электроники. Значительная часть книги посвящена вопросам поверки приборов, что является основным содержанием эксплуатации приборов, а также вопросам проверки схем их включения. В книге приводятся также сведения об оценке точности измерения в зависимости от класса примененных приборов и для случаев, когда результаты определяются вычислением из ряда измерений. [12]

Читайте также:  Усилитель мощности pro ject

Градуировка обычно производится на переменном токе синусоидальной формы, и поэтому измерение несинусоидальных токов получается с ошибкой. Следует также отметить, что выпрямляющие свойства некоторых купроксных детекторов с течением времени изменяются, и это приводит к понижению точности показания приборов. [14]

Источник

Измерение несинусоидального тока

· Включите мультиметры и установите на них пределы измерения переменного тока, превышающие 100 мА. Настройка мультиметров на измерение переменного тока подробно описана в работе 3.1.

· Установить произвольную величину напряжения на выходе генератора напряжений специальной формы: ручку регулировки выходного напряжения («Амплитуда») повернуть по часовой стрелке.

· При достижении максимального выходного напряжения генератора, для увеличения тока уменьшите сопротивление переменного резистора 330 Ом (А7).

· Произвести отсчет токов по приборам.

· Определите, какие приборы показывают действующее значение тока (меньшая величина), а какие – средневыпрямленное, умноженное на коэффициент формы синусоиды (большая величина).

· Определите отношение показаний двух приборов из той и другой группы. Например мультиметр MY60 (А3) и электромагнитный миллиамперметр Э42300 (А4). Оцените, насколько полученная величина близка к коэффициенту формы синусоиды

· Повторите эксперимент при других значениях тока.

Внимание! Отключение мультиметра в режиме измерения тока (или амперметра) разрывает измеряемую цепь и безопасно только при отключении питания от измеряемой цепи.

3.3. Оценка влияния формы и постоянной составляющей напряжения и тока на показания приборов

— Лабораторная установка и схема электрическая соединений

— Указания по проведению эксперимента

Оценить влияние несинусоидального напряжения, имеющего постоянную составляющую, на показания приборов различных типов.

Лабораторная установка и электрическая схема соединений

По воздействию на измерительный механизм переменного напряжения (или тока ), содержащего постоянную составляющую ( ), можно выделить следующие группы измерительных приборов:

1). Приборы, измеряющие среднее за период значение величины

где –среднее значение измеряемой величины, т. е. постоянная составляющая;

— мгновенное значение измеряемой величины (напряжение или ток).

Это приборы, рассчитанные на измерение постоянного напряжения (тока), или мультиметры на пределах измерения постоянных напряжений (токов). В комплекте стенда это мультиметры блоков 510.1 и 534.

На пределах измерения постоянного напряжения (тока) показания этих приборов соответствуют только постоянной составляющей напряжения или тока .

2). Приборы для измерения переменного напряжения (тока) исключающие постоянную составляющую.

В комплекте стенда это мультиметры РС5000 (блок 534) и MY60 (510.1) на пределах измерения переменного напряжения (тока). После удаления постоянной составляющей показания мультиметра РС5000 (блок 534) соответствуют действующему (среднеквадратическому) значению переменной составляющей измеряемой величины.

где – действующее (среднеквадратическое) значение переменной составляющей измеряемой величины;

— мгновенное значение измеряемой величины (напряжение или ток);

— постоянная составляющая измеряемой величины (напряжение или ток).

Для цифрового мультиметра MY60 блока 510.1 показания соответствуют средневыпрямленному значению переменной составляющей измеряемой величины, умноженному на коэффициент формы синусоиды ( ).

где А – показания прибора;

— мгновенное значение измеряемой величины (напряжение или ток);

— постоянная составляющая измеряемой величины (напряжение или ток).

3). Приборы, измеряющие полное действующее значение напряжения (тока) с учетом постоянной составляющей

где А – полное действующее (среднеквадратическое) значение измеряемой величины;

— постоянная составляющая измеряемой величины.

— действующее значение переменной составляющей измеряемой величины.

В комплекте стенда эту величину измеряют электромагнитный вольтметр Э42300 (блок 512.1) и мультиметр РС5000 (534). Для РС5000 необходимо установить один из пределов измерения (V, mV, mA, μA), имеющий значок одновременного измерения постоянной и переменной составляющих . Далее кнопкой «SELECT» необходимо выбрать режим измерения обеих составляющих: значок слева на индикаторе прибора.

Читайте также:  Четыре лампы мощностью по 25 вт включенные последовательно

Электромагнитный вольтметр Э42300 (блок 512.1) рассчитан на синусоидальное напряжение частотой 50 Гц, и при измерении несинусоидальных напряжений иных частот с постоянной составляющей, имеет значительную дополнительную погрешность.

4). В аналоговом мультиметре 7050 (блок 510.1) при измерении синусоидального напряжения используется однополупериодный выпрямитель. Выходное напряжение выпрямителя при измерении синусоидального напряжения показано на рис. 3.3.1б. Отклонение стрелки магнитоэлектрического прибора мультиметра пропорционально среднему значению этого напряжения, т. е. постоянной составляющей, равной

где – среднее значение измеряемой величины, т. е. постоянная составляющая;

– амплитуда измеряемой величины.

Поскольку прибор должен показывать действующее значение синусоидального напряжения, шкала прибора проградуирована с учетом коэффициента, равного отношению действующего значения синусоидального напряжения к среднему значению напряжения рис. 3.3.1б. Численное значение коэффициента равно

При измерении несинусоидального напряжения с постоянной составляющей показания мультиметра 7050 на пределах переменного напряжения равны среднему значению измеряемого напряжения после однополупериодного выпрямления (отсечены все значения ), умноженному на коэффициент . Показания зависят от полярности подключения измеряемого напряжения к мультиметру.

В данной работе выполняется сравнение показаний приборов различных систем при измерении напряжения имеющего форму прямоугольных однополярных импульсов частотой 150…250 Гц (рис. 3.3.1а, Т = 4…7 мс) и напряжения на выходе одно- или двухполупериодного выпрямителя рис. 3.3.1б и в (частота 50 Гц, Т = 20 мс).

Рис. 3.3.1. Форма несинусоидального напряжения (тока) с постоянной составляющей, используемого при тестировании приборов:

а – однополярные импульсы;

б – выходное напряжение однополупериодного выпрямителя;

в – выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя.

Исходя из перечисленных выше особенностей приборов, в таблицу 3.3.1 сведены теоретические значения коэффициентов , связывающих показания приборов ( ) на различных пределах измерения с постоянной составляющей измеряемой величины ,
т. е. .

Отношение показаний приборов
к постоянной составляющей измеряемой величины

Форма напряжения (тока)

Принципиальная электрическая схема экспериментов по измерению несинусоидальных напряжений с постоянной составляющей приведена на рис. 3.3.2.

Рис. 3.3.2. Принципиальные электрические схемы измерения
напряжения с постоянной составляющей.

а – схема измерения однополярных импульсов;

б – схема измерения напряжения однополупериодного выпрямителя;

в – схема измерения напряжения двухполупериодного выпрямителя.

В схемах рис. 3.3.2 несинусоидальное напряжение генератора G или выпрямителя измеряется испытываемым прибором PV1. В схемах рис. 3.3.2 б и в резистор R1 используется в качестве нагрузки выпрямителя.

Лабораторная установка для измерения импульсного напряжения (форма напряжения – рис. 3.3.1 а) состоит (рис. 3.3.3) из однофазного источника питания G1 (218), блока генераторов A1 (212.2) с выходом регулируемого по частоте и амплитуде несинусоидального напряжения и испытываемых приборов (блоки 510.1, 512.1 и 534). При измерении напряжения мультиметры подключаются к источнику гнездами «V» и «COM». Все приборы на рис. 3.3.3 соединены параллельно и измеряют одно и тоже импульсное напряжение, установленное на выходе «Генератора напряжений специальной формы» блока А1 (гнезда «ВЫХОД» и «0 В»).

Для получения выпрямленного напряжения рис. 3.3.1 б или в необходимо собрать однополупериодный выпрямитель по схеме рис. 3.3.4 или двухполупериодный выпрямитель по схеме рис. 3.3.5. Выпрямители питаются от источника трехфазных напряжений блока А1. Выпрямители выполнены на диодах (100 В, 1 А) блока элементов измерительных цепей А8 (2332). В качестве нагрузки выпрямителя используется резистор 330 Ом блока А7 (2330). Как и в схеме рис. 3.3.3, при подключении испытываемых приборов блоков А2, А3 и А4 к источнику (выпрямителю) используются гнезда «V» и «COM» мультиметров.

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков А1 (212.2) и приборов А2 (534) и А3 (510.1), требующих сетевого питания.

Рис. 3.3.3. Схема электрическая соединений
для измерения импульсного напряжения.

Рис. 3.3.4. Схема электрическая соединений
для измерения напряжения однополупериодного выпрямителя.

Рис. 3.3.5. Схема электрическая соединений
для измерения напряжения двухполупериодного выпрямителя.

Источник