Электротехника. Контрольная работа.. Задача. Стр. 19 Устройство, принцип действия измерительных механизмов
 Скачать 0.76 Mb.
|
 Содержание:Устройство, принцип действия измерительных механизмов. Стр. 2 Схемы электроосвещения. Стр.13 Задача. Стр.19 Устройство, принцип действия измерительных механизмов. Основные понятия измерений. Измерением называют процесс сравнения измеряемой величины с величиной того же рода, условно приятой за единицу измерения. Материальный образец единицы измерения ее дробного или кратного значения называется мерой. Устройство, предназначенное для сравнения измеряемой величины с единицей измерения или с мерой, называют измерительным прибором. Меры и приборы, предназначенные для хранения или воспроизводства единиц, а также для поверки и градуировки приборов, носят название образцовых. Результат всякого измерения несколько отличается от действительного значения измеряемой величины. Действительное значение измеряемой величины это значение, определяемое при помощи образцовых приборов (образцовых мер). Разность между измеренным и действительным значением величины составляет абсолютную погрешность измерения. Выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному или измеренному значению представляет собой относительную погрешность, которая применяется для оценки качества измерения. Классификация электроизмерительных приборов Электроизмерительные приборы делятся на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения. К приборам непосредственной оценки, например, относятся: ваттметр, счетчик, т.е. приборы, дающие численное значение измеряемой величины по их отсчетному приспособлению. Прибор сравнения применяется для сравнения измеряемой величины с мерой, например: мост для измерения сопротивлений. При технических измерениях чаще применяют приборы непосредственной оценки как более простые, дешевые и требующие мало времени для измерения. Приборы сравнения используют для более точных измерений. Разнообразие систем измерительных приборов, обладающих различными свойствами, вызвано разнообразием условий и требований при измерениях электрических величин. По степени точности электроизмерительные приборы делятся на восемь классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5 и 4. На шкалах приборов число класса точности пишется внутри окружности. Число класса точности прибора обозначает основную допустимую приведенную погрешность прибора. Основной допустимой приведенной погрешностью называется выраженное в процентах отношение наибольшей допустимой по стандарту абсолютной погрешности прибора, находящегося в нормальных условиях эксплуатации, к номинальной величине прибора.Прибор находится в нормальных условиях, если установлен в положение, указанное на шкале прибора, находится в среде с нормальной температурой (+20 °C) и не подвергается действию внешнего магнитного поля (кроме земного). Номинальной величиной измерительного прибора называется верхний предел его измерения. Погрешность может быть положительной или отрицательной. Относительной погрешностью при измерении прибором величины называют выраженное в процентах отношение наибольшей возможной абсолютной погрешности прибора к измеренному значению величины, то есть погрешность измерения равна погрешности прибора, умноженной на отношение номинальной величины прибора к измеренному значению. Чем меньше измеряемая величина по сравнению с номинальной величиной прибора, тем больше погрешность измерения этой величины; следовательно, измеряемая величина должна иметь значение не менее половины номинальной величины прибора. Измерительные механизмы приборов. Измерительный механизм — основная часть каждого измерительного прибора. При воздействии на измерительный механизм измеряемой или функционально связанной с ней вспомогательной величины происходит перемещение его подвижной части. По углу поворота или по линейному перемещению подвижной части определяется значение измеряемой величины. Магнитоэлектрический измерительный механизм. Подвижная часть магнитоэлектрического измерительного механизма (рис. 1) состоит из прямоугольной катушки (рамки) В. Обмотка рамки из тонкого изолированного медного провода наложена на алюминиевый каркас. На рамке укреплены две полуоси — керны, установленные в опорах. На одной из полуосей укреплены стрелка и концы спиральных пружин, через которые ток подводится к обмотке рамки. Рис. 1. Магнитоэлектрический измерительный механизм Боковые стороны рамки расположены в узком воздушном зазоре А между неподвижным стальным цилиндром Б и полюсными башмаками N, S. Сильный постоянный магнит N—S создает в воздушном зазоре однородное радиальное магнитное поле. На боковые стороны рамки, расположенные в магнитном поле, при наличии тока в обмотке, будет действовать пара сил F, F (рис. 2). Таким образом создается вращающий момент, пропорциональный току в рамке. Под действием этого момента рамка повернется на угол a, при котором вращающий момент уравновесится противодействующим моментом пружин. Последний пропорционален углу закручивания пружин. Угол поворота рамки пропорционален току.  Рис. 2. Получение вращающего момента в магнитоэлектрическом измерительном механизмеУспокоителем называется приспособление, предназначенное для уменьшения времени колебаний подвижной части, возникающих после включения прибора. В магнитоэлектрическом измерительном механизме успокоителем является алюминиевый каркас рамки. При повороте подвижной части изменяется магнитный поток, пронизывающий каркас. В каркасе индуктируются токи, взаимодействие которых с магнитным полем магнита создает тормозной момент, обеспечивающий успокоение. Рассмотренный измерительный механизм в связи с малым сечением пружин и провода обмотки изготавливается на малые номинальные токи 10—100 мА и меньше. При включении магнитоэлектрического измерительного механизма рассмотренной конструкции в цепь переменного тока вращающий момент будет изменяться пропорционально мгновенному значению тока. При таком быстром изменении момента вследствие инерции подвижная часть не успеет следовать за изменением момента, и она отклонится на угол, пропорциональный среднему за период значению вращающего момента. При синусоидальном токе среднее значение тока, а следовательно, и момента равно нулю и подвижная часть не отклонится. Таким образом, рассмотренный измерительный механизм пригоден только для измерений в цепи постоянного тока. Электромагнитный измерительный механизм. Электромагнитный измерительный механизм показан на рис. 3. Он состоит из неподвижной катушки А и подвижной части — стального сердечника Б, указательной стрелки, пружины и секторообразного алюминиевого листка В успокоителя, укрепленного на одной оси. Измеряемый ток, проходя по неподвижной катушке, создает магнитное поле, которое намагничивает сердечник Б и втягивает его внутрь катушки. По углу поворота сердечника определяют величину тока в катушке.При движении листка В успокоителя в магнитном поле магнита М в нем индуктируются вихревые токи. Взаимодействие этих токов с полем магнита создает тормозной момент, обеспечивающий успокоение. Рис. 3. Электромагнитный измерительный механизм Электромагнитный измерительный механизм применим для цепей постоянного и переменного тока, так как втягивание сердечника в катушку не зависит от направления тока. Вследствие влияния остаточной индукции сердечника втягивание, а следовательно, и показания измерительного механизма может быть различным при одинаковых значениях тока при увеличении тока и при уменьшении его. Следовательно, возможна погрешность от остаточной индукции. Для уменьшения этой погрешности сердечники изготавливают из пермалоя, остаточная индукция которого ничтожна. Для уменьшения погрешности от внешних полей измерительный механизм окружают стальными экранами или кожухами. Для этой же цели применяют астатические измерительные механизмы с двумя последовательно соединенными катушками и соответственно с двумя сердечниками на одной оси. Измеряемый ток создает в катушках поля противоположного направления. Внешнее однородное поле уменьшает магнитное поле одной катушки и настолько же увеличивает поле второй катушки, таким образом, результирующее влияние внешнего поля будет ничтожным. Электродинамический измерительный механизм.Электродинамический измерительный механизм (рис. 4 и 5) состоит из двух катушек — неподвижной А, имеющей две секции, и подвижной Б, укрепленной на одной оси с указательной стрелкой, крылом В воздушного успокоителя и двумя спиральными пружинами. При прохождении тока I1, по неподвижной катушке и тока I2 по подвижной катушке между ними возникает электродинамическое взаимодействие. В результате на подвижную катушку будет действовать пара сил FF (рис. 4), то есть вращающий момент. Поворот подвижной катушки происходит до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом пружин. При постоянном токе вращающий момент и угол поворота подвижной катушки пропорционален произведению токов в катушках.  Рис. 4. Электродинамический измерительный механизм  Рис. 5. Получение вращающего момента в электродинамическом измерительном механизме.При переменном токе вращающий момент и пропорциональный ему угол поворота подвижной катушки определяется произведением действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига между ними. Отсутствие стали в измерительном механизме, а следовательно, и погрешности от остаточной индукции обеспечивают возможность изготовить эти механизмы для измерений высокой точности. Для уменьшения погрешностей от внешних магнитных полей, обусловленных слабым магнитным полем измерительного механизма, применяются те же средства, что и для электромагнитных измерительных механизмов. Слабому магнитному полю соответствует слабый вращающий момент и, следовательно, для получения высокой точности необходимо уменьшить погрешность от трения. Это достигается уменьшением веса подвижной части и безупречной обработкой осей и опор. Кроме того, поперечное сечение пружин и проводов подвижной катушки мало, поэтому электродинамический измерительный механизм чувствителен к перегрузке. Ферродинамический измерительный механизм. Принцип работы этого измерительного механизма тот же, что и электродинамического. Он отличается от последнего наличием стального сердечника из листовой стали, на который наложена неподвижная катушка, и неподвижного цилиндра из той же стали, который охватывается подвижной катушкой (рис. 6).Стальной магнитопровод усиливает поле измерительного механизма, вследствие чего увеличивается вращающий момент, что приводит к более прочной конструкции и уменьшает влияние внешних магнитных полей на показания измерительного механизма. Применение стали увеличивает погрешности от остаточной индукции и вихревых токов в магнитопроводе.   Рис. 6. Ферродинамический измерительный механизм Электросчетчики. Для учета электрической энергии промышленностью выпускаются электросчетчики активной и реактивной энергии. На рис. 7 изображен электросчетчик активной энергии. Счетчик имеет две обмотки — параллельную ОН, включенную на напряжение сети, и последовательную ТО, через которую протекает ток, потребляемый электроприборами. Принцип действия следующий. Магнитные потоки Ф от последовательной и параллельной обмоток пересекают край алюминиевого диска Д, в котором наводятся местные вихревые токи, порождающие в нем магнитные поля. Последние, взаимодействуя с основными магнитными потоками, приводят диск во вращение. Обороты диска передаются счетному механизму СМ, который дает отсчет в киловатт-часах. Магнит М предназначен для торможения диска, устраняет самоход счетчика.  Рис. 7. Схема устройства и включения счетчика активной энергии:ТО — токовая обмотка; ОН — обмотка напряжения; Д — диск алюминиевый; ЧМ — червячный механизм; СМ — счетный механизм; М — магнит для притормаживания диска от самохода Израсходованная энергия регистрируется счетным механизмом (рис. 8), приводимым в движение от червячной передачи (или шестеренки) В, укрепленной на оси счетчика. Движение диска передается пяти роликам, на боковых поверхностях которых нанесены цифры от 0 до 9. Ролики свободно надеты на ось А. Первый (на рис. 8 — правый) скреплен с шестеренкой и при движении диска счетчика беспрерывно вращается. Один оборот первого ролика вызовет поворот второго ролика на 1/10 часть оборота. Один оборот второго — вызовет поворот третьего ролика на 1/10 часть оборота и т.д. Ролики прикрыты алюминиевым щитком, через отверстия в котором видно только по одной цифре каждого ролика. Прочитанное через отверстия в щитке числовое значение дает величину энергии, учтенную счетчиком за весь период его работы с того момента, когда показания его соответствовали нулевому значению.  Рис. 8. Схема счетного механизма На шкале электросчетчика указан его тип, напряжение, на которое он рассчитан, величина номинального тока и так называемая постоянная счетчика.Для измерения электрической энергии в трехфазных четырехпроводных цепях применяется трехэлементный счетчик. Он имеет три электромагнитные системы такие же, как и у однофазного счетчика, которые воздействуют на три диска, укрепленные на одной оси. Счетчик имеет один счетный механизм. Для измерения электроэнергии в трехфазных трехпроводных цепях применяются двухэлементные двухдисковые или однодисковые счетчики (рис. 9).  Рис. 9. Схема устройства и включения двухэлементного однодискового счетчика. Цифровые измерительные приборы.Основой цифрового прибора является аналого-цифровой преобразователь (АЦП). В настоящее время имеется множество схемотехнических принципов построения АЦП, однако общим из них является сравнение измеряемой величины с набором эталонов. Основными характеристиками АЦП являются точность преобразования (число разрядов в выходном коде) и быстродействие. Можно условно разделить АЦП на два класса: последовательного счета, когда выходной код определяется равенством измеряемого напряжения с дискретно растущим эталонным напряжением, и параллельного, когда сигнал сравнивается с набором эталонных напряжений. Широкое распространение получили цифровые измерительные приборы для измерения малых сигналов, а также для измерений в слаботочных цепях. Цифровые приборы представляют собой сочетание электронного усилителя и системы цифровой индикации. Структурная схема цифровых приборов представлена на рис.12.  Рис.12. При измерении электронными приборами с цифровой индикацией измеряемая величина (напряжение постоянного тока Ux, постоянный ток Ix или сопротивление Rx) подается на вход аналогового масштабного преобразователя (АМП), который преобразует ее в напряжение постоянного тока U . Сигнал U поступает на вход аналого-цифрового преобразователя АЦП, где происходит его измерение. Результат измерения с выхода АЦП выдается на устройство индикации УИ, где высвечивается измеряемая величина в цифровом значении. Приборы с цифровой индикацией дают более точный отсчет измерений, независимый от человека, проводящего измерения. Схемы электроосвещения. Схема освещения. Типовые принципиальные и монтажные схемы для освещения. Все схемы освещения приводятся для трёхпроводной электропроводки. Принципиальная схема включения обычной люстры или бра на одну лампочку: Буквой «С» на рисунке обозначена коммутируемая клемма колодки в ответвительной коробке. При очень простой принципиальной схеме монтажная схема клеммной колодки на четыре клеммы уже достаточно сложная. Обратите внимание на расположение проводников. На проводник, идущий от выключателя к клемме «С» и имеющий голубой цвет изоляции, соответствующий линии N, надевают изолирующую трубку красного цвета, чтобы подчеркнуть, что этот проводник иногда находится под напряжением.  Расположение проводников достаточно стандартное, и рекомендуется в соответствующих случаях его повторять, а не стараться модернизировать или изменять порядок подключения. Максимальное количество проводников, вставляемое в одно отверстие клеммы, — три. Это означает, что при стандартном для линий освещения сечении провода, равном 1.5 мм2 (диаметр 1.4 мм) диаметр отверстия клеммы должен быть не менее 3.3 мм. Желательно, чтобы каждый оголённый конец проводника проходил через всю клемму и попадал под оба крепёжных винта, но в таком случае диаметр отверстия клеммы должен быть не менее 4 мм. Некоторые предпочитают скручивать провода, вставляемые в одно отверстие клеммы, утверждая, что так соединение получается более надёжным, что выглядит вполне разумным. Еще надёжнее сварить кончики проводников этой скрутки и уж потом вставить их в отверстие клеммы. В случае использования сварки клеммная колодка применяется только для фиксации проводников, и проводники вставляются в неё с одной стороны. Можно использовать только один винт из каждой пары для фиксации скрутки внутри клеммы. Обратите внимание, что в этом случае максимальное количество проводников, вставляемых в одно отверстие клеммы, — четыре. Это означает, что при стандартном для линий освещения сечении проводников, равном 1.5 мм2 (диаметр 1.4 мм), диаметр отверстия клеммы должен быть не менее 4 мм. Шарики сварки показаны торчащими с одной стороны из колодки только для наглядности. На самом деле такое может иметь место, только если колодка жёстко закреплена в коробке (что рекомендуется). Если же колодка не закреплена в коробке и может в ней свободно перемещаться, все металлические части, находящиеся под напряжением (в том числе и концы скруток с шариками), должны быть тщательно изолированы, например, изоляционной лентой. Лучше всего располагать сваренные скрутки в колодке таким образом, чтобы их кончики с шариками сварки не высовывались из колодки.  Теперь чуть более сложный вариант. Это принципиальная схема включения трёх- или пятирожковой люстры. В такой люстре имеются две группы лампочек, включающихся независимо друг от друга. Выключатель соответственно двухклавишный. Заметьте, что проводники, идущие от коробки к люстре и выключателю, — четырёхжильные.  Буквами «С1» и «С2» на рисунке обозначены коммутируемые клеммы колодки в коробке. Общая точка выключателя и здесь всегда подключается к фазному проводу, а общая точка всех ламп — это соединённые вместе цоколи (наружные обечайки с резьбой) — всегда соединяется с линией рабочего нуля N.  Монтажная схема клеммной колодки для обычной трёх- или пятирожковой люстры напоминает предыдущую, но колодка имеет на одну клемму больше, т. е. всего их пять. Максимальное количество проводников, вставляемых в одно отверстие клеммы, — три. Следовательно, диаметр отверстия клеммы должен быть не менее 3.3 мм. Вариант под сварку аналогичен предыдущему, только добавляется ещё одна клемма. Диаметр отверстия клемм в клеммной колодке должен быть не менее 4 мм.  Следующей будет «коридорная», или «лестничная», схема — управление светильником от двух выключателей, расположенных в разных местах. Выключатели располагают, например, в начале или конце коридора или внизу и вверху лестничного марша. Схема имеет некоторые особенности: во-первых, в ней используются переключатели, а не выключатели, т. е. приборы, имеющие группу переключающих контактов. И во-вторых, состояние «включено/выключено» не связано с конкретным положением клавиши, т. е., изменяя положение клавиши любого переключателя, вы всегда меняете состояние системы на противоположное. Тем не менее схема довольно дешёвая и распространенная.  Переключатели на схеме названы «выключателями» для однообразия. Проводники, идущие к каждому переключателю, — четырёхжильные. На колодке появляются дополнительные клеммы К1 и К2, т. е. всего их становится шесть.  Максимальное количество проводников, вставляемых в одно отверстие клеммы, — три. Следовательно, диаметр отверстия клеммы должен быть не менее 3.3 мм. На рисунке буквой «С» обозначена коммутируемая клемма, а буквой «S» — клемма переключения. Проводники, идущие к кнопкам, могут быть небольшого сечения, обычно 0.35 мм2.  На рисунке специально показаны проводники, идущие к кнопкам 3 и 4, которых нет на схеме, чтобы иллюстрировать, как подключать кнопки, удалённые друг от друга в противоположных направлениях на большое расстояние. Задача 1Цепь постоянного тока содержит несколько резисторов, соединенных смешанно. Схема цепи с указанием сопротивлений резисторов приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка, заданные значения одного из напряжений или токов и величина , подлежащая определению, приведены в табл. 1. Всюду индекс тока или напряжения совпадает с индексом резистора, по которому проходит этот ток или на котором действует это напряжение. Например, через резистор R3 проходит ток I3 и на нем действует напряжение U3. Определить также мощность, потребляемую всей цепью, и расход электрической энергии цепью за 8 ч. работы. Пояснить с помощью логических рассуждений характер изменения электрической величины , заданной в таблице вариантов (увеличится, уменьшится, останется без изменения ), если один из резисторов замкнуть накоротко или выключить из схемы . Характер действия с резистором и его номер указаны в табл. 1. При этом считать напряжение UAB неизменным . При трудностях логических пояснений ответа можно выполнить расчет требуемой величины в измененной схеме и на основании сравнения ее в двух схемах дать ответ на вопрос .
 Рис.1 Решение: Дано: R1 = 2 Ом R2 = 4 Ом R3 = 12 Ом R4 = 3 Ом R5 = 6 Ом U5 = 60 В ___________________ I1 , U5 Определяем общее эквивалентное сопротивление цепи: R23=  =  = 3 Ом.R234= R4 +R23 = 3+3 = 6 Ом. R2345=  =  = 3 Ом.Rобщ. = R1 + R2345 = 2 + 3 = 5 Ом. I5 =  =  = 10 А.I4 =  = = 10 А.Т. к. ветви включены параллельно: U4 = U5 = 60 В. Определяем ток I1 по первому закону Кирхгофа: I1 = I4 + I5 = 10+10 = 20 А. Определяем входное напряжение UАВ: UАВ = I1 * Rобщ. = 20 * 5 = 100 В. Определяем мощность, потребляемую всей цепью: Расход электрической энергии за 8 ч. Работы цепи: W = P * t = 2 * 8 = 16 кВт * ч. Если закоротить резистор R1, то ток пойдет не по резистору, а по участку без сопротивления, цепь изменится. Rобщ. = R2345 = 3Ом.U4 = U5 = UАВ = 100 В т.к. цепь параллельная и на всех участках будет одно и то же напряжение. Напряжение U5 увеличится до UАВ , т.е. до 100 В. Список использованных источников Основные источники: 1. Немцов М. В., Немцов М. Л. Электротехника и электроника: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / - М.: Издательский центр «Академия», 2014.-432с. 2.Лоторейчук Е.А. Теоретические основы электротехники: учебник. – М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФРА – М, 2014. – 320с. 4. Данилов И.А. Общая электротехника. – М.: Мастерство, 2014.-674. Дополнительные источники: 1. Данилов И.А., Иванов П.М. Дидактический материал по общей электротехнике с основами электроники. – М.: Мастерство, 2013. – 319с. 2. Прошин В.М. Лабораторно-практические работы по электротехнике. Издание 4-М.: ACADEMIA, 2015г. – 192с. 3. Бородянко В.Н., Гельман М.В. Электрические цепи и основы электроники: методические указания к проведению лабораторных работ на минимодульной части комплекса «Электротехника и основы электроники». – Челябинск: ЮУрГУ, 2015 Интернет-ресурсы: https://lektsii.org/13-53157.html https://eti.su/articles/spravochnik/spravochnik_1764.html | ||||||||||||||||||