Результаты измерений параметров потребителей

Комплектом К 505

1.4.5 Провести измерение электрических параметров в потребителях электроэнергии с помощью комбинированного прибора (АВОметра, тестера) при постоянном и переменном напряжении источника питания (по указанию преподавателя) (опыт № 4).

Данный этап исследования выполняется в следующей последовательности:

1) вначале тестером в режиме омметра измерить сопротивления потребителей постоянному току (рис. 1.4), а затем рассчитать значения токов, которые будут в них протекать при напряжении 30 В;

2) тестером в режиме вольтметра измерить напряжения на потребителях при их питании постоянным током (рис. 1.3), а затем при их питании переменным током (рис. 1.5);

3) тестером в режиме амперметра измерить ток в потребителях при их питании постоянным током (рис. 1.3), а затем при их питании переменным током (рис. 1.5);

4) результаты прямых и косвенных измерений тестером электрических параметров потребителей записать в таблицу 1.6.

Таблица 1.6

Результаты измерений тестером параметров потребителей

1.5 Сводка основных формул (методики расчета)

Постоянный ток

Метод амперметра–вольтметра является косвенным способом измерения сопротивлений по результатам прямых измерений тока и напряжения, основанный на использовании закона Ома для участка цепи

.

Возможные способы измерения величины падения напряжения U_X на резисторе R_X и тока I_X в нем показаны на рисунке 1.3.

Измерительные приборы изображенных схем не обеспечивают одновременное измерение величины напряжения U_X и тока I_X. Схема, показанная на рисунке 1.3 а, позволяет измерить вольтметром величину напряжения U_X, а амперметром – ток I, равный сумме токов I_X и тока I_V вольтметра. В этом случае величину измеренного сопротивления рассчитывают по формуле:

,

где R_V – внутреннее сопротивление вольтметра, Ом.

В схеме, показанной на рисунке 1.3б, амперметр измеряет ток I_X, а вольтметр измеряет напряжение U, равное сумме падений напряжений U_X на измеряемом резисторе R_X и U_A на амперметре. Поэтому величина измеряемого сопротивления рассчитывается по формуле:

,

где R_A – сопротивление амперметра, Ом.

Если измеряемое сопротивление резистора мало по сравнению с сопротивлением вольтметра R_V, то током I_V можно пренебречь и применяя схему А-В (а), показанную на рисунке 1.3а, найти приближенное значение сопротивления по формуле

,

допуская относительную погрешность

.

В тех случаях, когда измеряемое сопротивление резистора R_X сравнимо с внутренним сопротивлением вольтметра R_V и пренебречь током I_V нельзя, следует пользоваться схемой А-В (б), показанной на рисунке 1.3б. Если не учитывать падение напряжения U_A на амперметре, то величину R_X можно определить по формуле:

при относительной погрешности измерения равной

.

Приравняв значения относительных погрешностей γ'₀ и γ″₀, можно определить пределы пригодности той или другой схемы и найти значение сопротивления R_X, для которого обе схемы равноценны:

,

откуда:

.

При измерении сопротивлений методом амперметра–вольтметра измерительные приборы следует выбирать магнитоэлектрической системы с такими пределами измерений, чтобы показания их были близки к номинальным значениям, так как это обеспечивает наименьшую погрешность измерения.

Рекомендуется производить измерение сопротивления электрического элемента методом А-В при номинальном режиме его эксплуатации (номинальный режим – режим работы электрического элемента при тех значениях тока, напряжения и мощности, на которые они рассчитаны заводом-изготовителем). Номинальные значения токов, напряжений и мощностей указываются в каталогах и паспортах для всех источников и приемников электрической энергии. Наиболее важные из них наносятся на само изделие (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Примеры указания значений параметров номинального режима

в маркировке электротехнических изделий

Прямое измерение сопротивлений электрического элемента осуществляют омметрами – приборами магнитно-электрической системы со шкалами, градуированными в Омах или комбинированными приборами (АВОметры, тестеры), имеющими данный режим работы (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Внешний вид типичных шкальных омметров и АВОметров

Омметры измеряют сопротивление электрического элемента по последовательной или по параллельной схемам, которые приведены на рисунках 1.4а и 1.4б. Первая более пригодна для измерения больших сопротивлений, а вторая – для измерения малых сопротивлений.

Формула тока омметра по последовательной схеме:

.

Формула тока омметра по параллельной схеме:

.

Таким образом, для обеих схем омметров при неизменных значениях R_И и R_Д и напряжении U (R_И – внутреннее сопротивление индикатора прибора, R_Д – сопротивление добавочного резистора), величина отклонения стрелки зависит от значения сопротивления резистора R_X.

Нулевая отметка шкалы омметра с последовательной схемой соответствует большему углу поворота подвижной части прибора и току

,

а деление шкалы при токе I = 0, когда измеряемое сопротивлению R_X бесконечно велико, имеет обозначение «∞».

Нулевая отметка шкалы омметра с параллельной схемой соответствует короткому замыканию прибора, при котором его подвижная часть находится в исходном положении (слева). Бесконечно большому измеряемому сопротивлению (R_X = ∞) соответствует наибольший угол поворота подвижной части прибора, когда ток равен:

.

Формулы для расчета других основных параметров элементов цепи постоянного тока по результатам прямых измерений вольтметром, амперметром и омметром следующие.

Мощность постоянного тока в нагрузке, Вт:

Э.д.с. источника (при R_П = ∞ – режим холостого хода), В:

Внутреннее сопротивление источника, Ом:

Ток короткого замыкания источника (при R_П = 0 – режим короткого замыкания), А:

Потери мощности постоянного тока в источнике (нагрев источника):

.

Коэффициент полезного действия (к.п.д.):

.