Měření výkonu stejnosměrného a střídavého jednofázového proudu

V procesech testování a seřizování elektronických zařízení často vyvstává úkol změřit hodnotu proudu bez přerušení elektrického obvodu. Jak tento úkol realizovat? Jaká zařízení jsou pro tato měření nejlepší?

Pro měření proudu bez přerušení elektrického obvodu existuje skupina zařízení nazývaných proudové kleště. Při měření proudu např. na úsecích plošných spojů však není možné použít proudové kleště. Pro řešení tohoto problému jsou nejvhodnější přesné multimetry Keithley 2001/2002. Tyto multimetry mají jedinečnou funkci IN-CIRCUIT, která vám umožňuje měřit stejnosměrný proud v obvodu bez jeho přerušení díky vestavěnému přesnému zdroji proudu s nízkou spotřebou (I_ZDROJ ). Jako měřicí sondy jsou vhodné dvojice Kelvinových sond, například v závislosti na místě měření jsou Kelvinovy ​​sondy dodávané Keithley: 5805, 5806, 5808, 5809.

Realizace této úlohy je založena na výpočtu proudu procházejícího úsekem obvodu bez jeho přerušení na základě měření napětí a odporu ve čtyřvodičovém obvodu. Tato metoda je podobná měření odporu s kompenzací offsetu. Schéma zapojení je znázorněno na obrázku níže.

Je důležité poznamenat, že aby nedošlo k zavedení další chyby, vzdálenost “X” by měla být více než 10krát větší než vzdálenost “Y”.
Upozornění: Maximální vstupní signál by neměl překročit 200 mV se známým proudem ISOURCE 10 mA. Pro zajištění přijatelné chyby měření je použití této metody omezeno na měření v úsecích obvodu s odporem od 1 mΩ do 10 Ω. Když odpor překročí tyto limity, je nemožné vypočítat proud v obvodu. Hodnota odporu části obvodu je zobrazena ve spodním řádku displeje.

Princip činnosti a postupy pro měření proudu bez přerušení elektrického obvodu lze demonstrovat takto:

1. Pomocí jedné sady Kelvinových sond aplikuje multimetr známý proud (I_ZDROJ), a pomocí další sady současně měří úbytek napětí (V_MEAS1) v této části řetězce. Tito.
V_MEAS1 = (Já_IN-CKT + I_ZDROJ) R._{TRACE, kde IIN-CKT — proud, který má být měřen, protékající částí obvodu s odporem RSTOPA.}

2. Dále zařízení změří úbytek napětí v této části obvodu (V_MEAS2) bez dodávání dalšího proudu:

3. Poté se z této soustavy rovnic vypočte požadovaná hodnota proudu v obvodu I._IN-CKT:

V praxi je proces měření stejnosměrného proudu bez přerušení elektrického obvodu pomocí přesných multimetrů Keithley 2001/2002 realizován následovně:

1. V nabídce CONFIGURE DCI (nejprve stiskněte tlačítko CONFIG, poté DCI) vyberte položku MEASUREMENT-MODE a v ní podpoložku IN-CIRCUIT.
2. Vezměte prosím na vědomí, že se rozsvítí čtyřvodičový indikátor měření „4W“.
3. Do zdířek INPUT HI a LO, SENSE HI a LO multimetru připojíme sadu Kelvinových sond.
4. Když je odpor části obvodu R_STOPA< 50 mOhm nebo pokud má řízená část obvodu zvýšenou teplotu, je nutné zapnout režim relativního měření, tj. před měřením proudu je třeba vynulovat offset vlivem tepelného EMF (stisknutím tlačítka REL). Vypněte napájení testovaného obvodu, umístěte sondy na požadovanou část obvodu a vynulujte offset, jak je popsáno výše.
5. Zapněte napájení řízeného obvodu. Na displeji se zobrazí vypočtená hodnota proudu v obvodu. Rychlost měření je 4 čtení za sekundu s 1 PLC. Limit měření proudu v tomto režimu je pevně nastaven na 12 A. Standardně se používá digitální filtr s průměrováním deseti naměřených hodnot. Při nízkých úrovních napětí může být vyžadováno dodatečné filtrování.

Z výrazu pro stejnosměrný výkon P = IU je vidět, že jej lze měřit pomocí ampérmetru a voltmetru nepřímou metodou. V tomto případě je však nutné provádět současné odečty ze dvou přístrojů a výpočty, které měření komplikují a snižují jeho přesnost.

Pro měření výkonu v obvodech stejnosměrného a jednofázového střídavého proudu se používají přístroje zvané wattmetry, pro které se používají elektrodynamické a ferodynamické měřicí mechanismy.

Elektrodynamické wattmetry jsou vyráběny ve formě přenosných zařízení vysokých tříd přesnosti (0,1 – 0,5) a slouží k přesnému měření výkonu stejnosměrného a střídavého proudu na průmyslových a vysokých frekvencích (do 5000 Hz). Ferodynamické wattmetry se nejčastěji vyskytují ve formě panelových zařízení relativně nízké třídy přesnosti (1,5 – 2,5).

Takové wattmetry se používají hlavně na střídavý proud na průmyslové frekvenci. Při stejnosměrném proudu mají značnou chybu v důsledku hystereze jader.

Pro měření výkonu na vysokých frekvencích se používají termoelektrické a elektronické wattmetry, což je magnetoelektrický měřicí mechanismus vybavený převodníkem činného výkonu na stejnosměrný proud. V měniči výkonu se provede operace násobení ui = p a získá se výstupní signál, který závisí na součinu ui, tj. na výkonu.

Na Obr. 1 znázorňuje možnost použití elektrodynamického měřícího mechanismu pro stavbu wattmetru a měření výkonu.

Rýže. 1. Schéma zapojení elektroměru (a) a vektorové schéma (b)

Pevná cívka 1, zapojená do série se zátěžovým obvodem, se nazývá sériový wattmetrový obvod, pohyblivá cívka 2 (s přídavným rezistorem), zapojená paralelně k zátěži, se nazývá paralelní obvod.

Pro DC wattmetr:

Uvažujme provoz elektrodynamického wattmetru na střídavý proud. Vektorový diagram Obr. 1, b je stavěn pro indukční charakter zátěže. Proudový vektor Iu paralelního obvodu zaostává za vektorem U o úhel γ v důsledku určité indukčnosti pohyblivé cívky.

Z tohoto výrazu vyplývá, že wattmetr správně měří výkon pouze ve dvou případech: když γ = 0 a γ = φ.

Podmínku γ = 0 lze dosáhnout vytvořením napěťové rezonance v paralelním obvodu, například zapnutím kondenzátoru C příslušné kapacity, jak je znázorněno čárkovanou čarou na Obr. 1, a. K napěťové rezonanci však dojde pouze při určité frekvenci. Při změně frekvence je porušena podmínka γ = 0. Když γ není rovno 0, wattmetr měří výkon s chybou β y, která se nazývá úhlová chyba.

Při malém úhlu γ (γ obvykle není větší než 40 – 50′) je relativní chyba

Při úhlech φ blízkých 90° může úhlová chyba dosahovat velkých hodnot.

Druhou, specifickou chybou wattmetrů je chyba způsobená příkonem jeho cívek.

Při měření výkonu spotřebovaného zátěží jsou možná dvě schémata připojení wattmetru, lišící se zařazením jeho paralelního obvodu (obr. 2).

Rýže. 2. Obvody pro připojení paralelního vinutí wattmetru

Pokud nebudeme brát v úvahu fázové posuny mezi proudy a napětími v cívkách a budeme zátěž H považovat za čistě aktivní, budou chyby β (a) a β (b), způsobené příkonem cívek wattmetru, pro obvody na obr. 2, a a b:

kde Pi a P u jsou v tomto pořadí výkon spotřebovaný sériovým a paralelním obvodem wattmetru.

Ze vzorců pro β (a) a β (b) je zřejmé, že chyby mohou mít znatelné hodnoty pouze při měření výkonu v obvodech s nízkým výkonem, tedy když jsou P i a P u srovnatelné s Pn.

Pokud změníte znaménko pouze jednoho z proudů, změní se směr výchylky pohyblivé části wattmetru.

Wattmetr má dva páry svorek (sériový a paralelní obvod) a v závislosti na jejich zařazení do obvodu může být směr vychýlení ukazatele různý. Pro správné zapnutí wattmetru je jeden z každého páru svorek označen „*“ (hvězdička) a nazývá se „svorka generátoru“.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!

Nenechte si ujít aktualizace, přihlaste se k odběru našich sociálních sítí: