lab_ee_4.doc
Post on 15-Jan-2016
213 Views
Preview:
TRANSCRIPT
LUCRAREA 4
MĂSURAREA CURENTULUI ELECTRIC
I. PARTEA TEORETICĂ
Intensitatea curentului electric este definită drept cantitatea de electricitate ce trece în unitatea de timp
print-o secţiune a unui circuit. Unitatea de măsură este amperul, care este o unitate fundamentală în
Sistemul Internaţional. Intensitatea curentului electric din latura unui circuit se măsoară cu ajutorul
ampermetrelor, aparate ce se înseriază în latura respectivă. Ca urmare a rezistenţei interne R0 a
ampermetrului, curentul măsurat de acesta Im este mai mic decât curentul I care ar circula în lipsa
ampermetrului
I.1. Măsurarea curentului electric continuu
Cele mai utilizate ampermetre analogice de curent continuu sunt ampermetrele magnetoelectrice,
deoarece:
- au sensibilitate şi precizie ridicată
- scară liniară
- consum de putere scăzut
Aparatul magnetoelectric are dispozitiv motor alcătuit dintr-un magnet permanent fix şi o bobină mobilă
dispusă între polii magnetului permanent.
Fig.1. Instrument magnetoelectric cu bobină mobilă şi magnet permanent fix
Circuitul magnetic este format din magnetul permanent (1), jugul magnetic (5), piesele polare (3) şi
miezul magnetic (4). Magnetul permanent se fabrică din aliaj magnetic dur (alnico, magnico) care produce în
întrefier un câmp magnetic puternic. Piesele polare sunt executate din fier moale ca şi miezul magnetic (4).
Forma lor permite realizarea unui întrefier cilindric îngust (2mm) în care fluxul magnetic are o distribuţie
uniform radială, astfel încât liniile de forţă ale câmpului sunt perpendiculare pe spirele bobinei mobile (2)
indiferent de poziţia acesteia. Bobina mobilă (2) este realizată din conductor subţire (0,02...0,2mm) din cupru
izolat cu email. Resoartele spirale înfăşurate în sensuri opuse pentru a compensa efectele variaţiilor de
temperatură servesc pentru realizarea cuplului rezistent şi drept conexiuni elastice la bobina mobilă.
Principiul de funcţionare al aparatelor magnetoelectrice se bazează pe apariţia forţelor de interacţiune
între câmpul magnetic dat de magnetul permanent în întrefier şi bobina mobilă parcursă de curentul electric
de măsurat. Aceste forţe dau naştere cuplului activ care deplasează bobina în sensul creşterii energiei
magnetice localizate în dispozitivul motor.
Prin construcţie, au un domeniu de măsurare limitat, datorită valorilor reduse ale curenţilor pe care îi poate
suporta bobina mobilă şi resoartelor spirale. Astfel valoarea maximă a curentului ce poate fi măsurată direct
1
cu aparatele magnetoelectrice este cel mult 100mA la cele cu susţinere pe lagăre şi cel mult 100µA la cele
cu suspensie pe benzi tensionate.
Pentru extinderea domeniului de măsurare al ampermetrelor magnetoelectrice deci pentru realizarea de
ampermetre de c.c., se folosesc şunturile.
Orice ampermetru este construit pentru un anumit domeniu de măsurare, caracterizat printr-un anumit
curent nominal I0 (maxim, la capăt de scară) şi are o rezistenţă internă R0. Dacă este necesar să se măsoare
un curent continuu cu o intensitate I>I0, domeniul de măsurare se poate extinde cu ajutorul unor dispozitive
auxiliare numite şunturi.
Şuntul este o rezistenţă electrică, de valoare mică, care se montează în paralel cu ampermetru şi prin
care trece o parte a curentului de măsurat.
Materialele din care se realizează şunturile sunt manganina şi constantanul, caracterizate prin
rezistivităţi ridicate şi coeficienţi de variaţie a rezistivităţii cu temperatura reduşi.
Alte ampermetre analogice de c.c. sunt ampermetrele feromagnetice. Aceste aparate au în general o
precizie redusă (clasele:2,5; 1,5;1;).
I.2. Măsurarea curentului electric alternativ
Aparatele magnetoelctrice nu pot fi utilizate în curent alternativ sinusoidal întrucât în acest regim, cuplul
activ mediu rezultant este nul. Deci indiferent de valoarea curentului alternativ, ampermetrul ar indica
valoarea zero. În scopul folosirii acestor aparate şi în curent alternativ sinusoidal, se asociază aparatele
magnetoelectrice cu convertoare c.a-c.c. Cele mai utilizate convertoare c.a-c.c. sunt circuitele de redresare.
Ampermetre magnetoelectrice cu circuite de redresare sunt constituite dintr-o schemă de redresare
monoalternanţă sau bialternanţă, în cadrul căreia se înseriază un miliampermetru sau microampermetru
magnetoelectric. Prin redresarea uneia sau ambelor alternanţe ale curentului sinusoidal, valoarea medie a
acestuia şi deci a cuplului activ mediu vor fi diferite de zero.
Ampermetrele feromagnetice pot fi utilizate, direct, atât in curent continuu cât şi în curent alternativ.
Pentru măsurarea curenţilor alternativi de valori ridicate (sute de amperii) ambele aparate se asociază
cu transformatoare de curent.
Transformatorul de curent are un miez feromagnetic pe care sunt dispuse două înfăşurări: înfăşurarea
primară cu un număr de spire redus de secţiune mare (N1 spire) şi care se conectează în serie cu circuitul al
cărui curent se măsoară, şi înfăşurarea secundară cu un număr mare de spire de secţiune mică (N2 spire), la
care se conectează ampermetrul (Fig.3). Tranformatoarele de curent funcţionează într-un regim apropiat de
scurtcircuit. Dacă bornele secundare se lasă în gol, inducţia magnetică în miez creşte la valori foarte mari,
datorită curentului primar de valoare mare impus de circuitul de utilizare. Efectele care pot apărea sunt:
apariţia unei supratensiuni periculoase la bornele secundare, pierderile în fier cresc foarte mult ducând la
încălzirea excesivă a miezului şi distrugerea izolaţiei sau chiar aprinderea transformatorului. Din aceste
cauze regimul de mers în gol este considerat un regim de avarie ce trebuie evitat. Dacă în timpul funcţionării
este necesară demontarea ampermetrului din circuitul secundar atunci bornele secundare se scurtcircuiteză
cu un conductor.
2
Notăm cu raportul de şuntare.
Rezultă:
Fig. 3
- bornele primare (K,L sau L1,L2).
- bornele secundare (k,l sau l1,l2).
Date nominale ale transformatorului de curent sunt:
- curent primar nominal (I1n=5…10000A);
- curent secundar nominal (I2n=5A sau 1A);
- raportul nominal de transformare Kin=I1n/I2n (ex. 15/5, 600/5)
- puetrea nominală secundară S2n=2..20VA;
- calasa de precizie c=0,1; 0,2; 0,5; 1; 3;
- eroarea de unghi: defazajul maxim între I1n şi I2n.
II. PARTEA EXPERIMENTALĂ
II.1. Un ampermetru de c.c. are curentul nominal 10mA şi rezistenţa internă 25. Să se realizeze un
ampermetru cu domeniul de măsurare de 5A.
II.2. Se realizează schema prezentată în figura 4. Se verifică precizia ampermetrului A. Ca instrument
etalon se foloseşte ampermetrul numeric (digital) A0. Rezultatele obţinute se trec în tabelul TAB1.
Fig. 4
TAB1
3
I2[A] 0,25 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
I20[A]
I1[A]
I10[A]
I[A]
II.3. Se realizează schema prezentată în figura 5. Se verifică precizia ampermetrului A (CLAMP
METERS). Ca instrument de referinţă se foloseşte ampermetrul numeric (digital) A0. Rezultatele obţinute se
trec în tabelul TAB2.
Fig. 5
TAB2
I1[A] 50 100 150 200 300
I20[A]
I10[A]
I[A]
III. PRELUCRAREA REZULTATELOR:
a) Se completează tabelul TAB1 calculând:
I1 = Ki1I2 unde Ki1 = 600/5
I10=Ki2I20 unde Ki2 = 600/5
I = I1-I10
Se încadrează ampermetrul într-o clasă de precizie.
b) Se completează TAB2 analog cu TAB1.
c) Se reprezintă grafic I=f(I1) în ambele cazuri.
4
top related