Номера контрольных вопросов всех разделов, на которые должен ответить студент, соответствуют последней цифре шифра, поставленного в зачетной книжке.

Задача 1

Измерительный механизм (ИМ) магнитоэлектрической системы рассчитан на ток Iн и напряжение Uн и имеет шкалу на αн делений.

1. Составить схему включения измерительного механизма с шунтом и дать вывод формулы r_Ш.

2. Определить постоянную измерительного механизма по току С, величину сопротивления шунта гш и постоянную амперметра С', если этим прибором нужно измерять ток Iн.

3. Определить мощность, потребляемую амперметром при номинальном значении тока 1н.

4. Составить схему включения измерительного механизма с добавочным сопротивлением и дать вывод формулы r.

5. Определить постоянную измерительного механизма по напряжению С, величину добавочного сопротивления г и постоянную вольтметра С', если этим прибором нужно измерять напряжение Uн.

6. Определить мощность, потребляемую вольтметром при номинальном значении напряжения Uн.

Исходные данные для решения задачи 1 приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Числовые значения для задачи 1  

Методические указания к задаче 1

Весь необходимый теоретический материал, а также формулы для решения этой задачи могут быть получены из рекомендуемых учебников [3,с. 79-80, с. 101-10З; 10, с. 11-117].

Задача 2

1. В цепь несинусоидального тока включены: амперметр магнитоэлектрической системы и амперметр электродинамической системы.

Амперметры имеют одинаковые номинальные токи Iн = 5А и шкалы с одинаковым номинальным числом делений  α_Н= 100 дел.

Начертить схему цепи и определить, на какое число делений шкалы 'отклонится стрелка: а) магнитоэлектрического амперметра;

б) электродинамического амперметра, если в цепи проходит ток

I = Io + I_1m * sin ωt + I_3m• sin (3 ωt ± ψ₃)

Построить в масштабе в одних осях координат графики заданного тока i=f(t) за время одного периода основной гармоники тока. Значения Io, I_1m,, I_3m и ψ₃ для отдельных вариантов заданы в таблице 2.

2. В цепь несинусоидального тока включены: амперметр электродинамической системы и амперметр выпрямительной системы. Амперметры имеют одинаковые номинальные токи Iн = 5А и шкалы с одинаковым номинальным числом делений α_Н = 100 дел.

На какое число делений шкалы отклонится стрелка:

а) электродинамического амперметра; б) выпрямительного амперметра, если в цепи проходит ток

I = I_1m * sin ωt + I_3m• sin (3 ωt ± ψ₃)

Таблица 2 - Числовые значения для задачи 2

Методические указания к решению задачи 2

Несинусоидальные токи и напряжения могут измеряться приборами различных  систем.  Так,  например,  приборы  электромагнитной, электродинамической и тепловой систем реагируют на действующие значения величин, приборы выпрямительной системы - на среднее по модулю значение величины; приборы магнитоэлектрической системы - на постоянную составляющую; амплитудные электронные вольтметры - на максимальное значение функции.

При решении п.l.a. этой задачи необходимо написать выражение мгновенного и среднего вращающих моментов, а затем угла поворота подвижной части амперметра магнитоэлектрической системы.

Задача 3

Для измерения активной мощности трехпроводной цепи трехфазного тока с симметричной активно-индуктивной нагрузкой, соединенной звездой или треугольником, необходимо выбрать два одинаковых ваттметра с поминальным током I, номинальным напряжением U и числом делений шкалы α =150 дел. Исходные данные для решения задачи приведены в таблице 3.

1. По данным варианта для нормального режима работы цепи

а) начертить схему включения ваттметров в цепь;

б) доказать, что активную мощность трехпроводной цепи трехфазного тока можно представить в виде суммы двух слагаемых;

в) построить в масштабе векторную диаграмму, вычертив на ней векторы напряжений и токов, под действием которых находятся параллельные и последосателглыс обмотки ваттметров;

г) определить мощности P₁ и Р₂, измеряемые каждым из ваттметров;

д) определить число делений шкалы a₁ и а₂, на которые отклоняются стрелки ваттметров;

2. По данным варианта при обрыве одной фазы приемника энергии:

а) начертить схему включения ваттметров в цепь;

б) построить в масштабе векторную диаграмму, выделив на ней векторы напряжения токов, под действием которых находятся параллельные и последовательные обмотки ваттметров;

в) определить число делений шкалы a₁ и a₂, на которые отклоняются стрелки ваттметров.

Результаты расчетов записать в таблицу 4.

ПРИМЕЧАНИЕ: заданная трехпроводная цепь трехфазного тока представляет собой соединение трех неподвижных магнитно-несвязанных катушек.

Методические указания к задаче 3

При решении п. 1 этой задачи необходимо в соответствии с заданием своего варианта начертить схему включения ваттметров в трехпроводную цепь трехфазного тока и дать на ней разметку генераторных зажимов последовательной и параллельной обмоток каждого из ваттметров.

После этого следует привести доказательство, что активная мощность в трехфазной цепи может быть измерена двумя ваттметрами, при этом должна быть учтена схема соединения приемников энергии (таблица 3).

Если приемники энергии соединены по схеме звезда, то вывод формулы активной мощности для этого случая приведен в рекомендуемой литературе. Если приемники энергии соединены по схеме треугольник, то мгновенную мощность трехфазной цепи следует представить как:

Р = P_AB ⁺ Р_BC + P_CA = U_AB i_ab + U_BC i_BC + U_CA i_CA;   где U_AB, U_BC, U_CA - мгновенные значения фазных напряжений, I_AB,I_BC ,I_CA - мгновенные значения фазных токов.

После этого следует воспользоваться вторым законом Кирхгофа, по которому U_AB + U_BC + U_CA = 0. Из этого уравнения исключается одно из напряжений, например U_AB=- U_BC - U_CA (для схемы, в которой параллельные обмотки ваттметров находятся под действием напряжений U_BC и U_CA). Затем производятся необходимые преобразования, чтобы получить окончательное выражение мощности, соответствующее схеме включения ваттметров.

Определив токи и напряжения, под действием которых находятся последовательные и параллельные обмотки ваттметров, необходимо выбрать два одинаковых ваттметра с номинальным током Iн = 5 А или Iн = 10А, номинальным напряжением Uн = 150 В, Uн = 300 В или Uh = 600 В. Постоянная ваттметра определяется по формуле Ср = U_Н •I_Н/ α_Н

При решении п.2 этой задачи необходимо также начертить схему включения ваттметров, указав на ней обрыв одной из фаз приемника энергии (см. таблицу 3).

Если приемники энергии соединены по схеме треугольник, то при обрыве одной из фаз сопротивление ее будет равно бесконечности, следовательно, ток в ней будет равен нулю. Токи в двух других фазах останутся такими, какими были до обрыва фазы. Вследствие этого изменяются линейные токи, что и должно быть учтено при построении. векторной диаграммы и определении показаний ваттметров.

Если приемники энергии соединены по схеме звезда, то при обрыве одной из фаз ток в ней будет равен пулю. Две другие фазы окажутся соединенными между собой последовательно и включенными на линейное напряжение. Для определения тока в этих фазах, исходя из данных для нормального режима работы приемника:

Z_Ф=U_Ф/I_Ф

Для симметричной трехфазной системы ток в последовательно соединенных фазах определяется как:

I’=U_Л/2Z_Ф

Это значение тока и должно быть принято при построении векторной диаграммы и определении показаний ваттметров при обрыве фазы приемника.

 Таблица 3 - Числовые значения для задачи 3

Таблица 4 - Результат расчетов

Задача 4

В высоковольтной трехпроводной цепи трехфазного тока необходимо измерить линейные токи, линейное напряжение, коэффициент мощности цепи и расхода активной энергии всей цепи.

Подобрать для этой цели два измерительных трансформатора тока (ИТТ), два измерительных трансформатора напряжения (ИТН) и подключить к   ним   следующие   измерительные   приборы:   два   амперметра электромагнитной системы; два однофазных индукционных   счетчика активной энергии; один трехфазный фазометр электромагнитной или электродинамической системы; один вольтметр электромагнитной системы. Расстояние от трансформатора до измерительных приборов I (провод медный, сечением S=2.5 мм²), номинальное напряжение сети U₁ и линейный ток I₁ приведены в таблице 9. Начертить схему включения ИТТ, ИТН в цепь, а также показать подключение к ним всех измерительных приборов. Выполнить разметку зажимов обмоток ИТТ, ИТН, счетчиков и фазометра. Показать заземление вторичных обмоток ИТТ и ИТН.

Таблица 5 - Числовые значения для задачи 4

Методические указания к решению задачи 4

При подборе измерительных трансформаторов тока необходимо учитывать, что для обеспечения правильности их работы общее сопротивление всех проводов и обмоток по вторичной цепи не должно превышать номинальной нагрузки. Номинальной нагрузкой трансформатора тока называется наибольшее сопротивление, на которое может быть замкнута вторичная обмотка при условии, что погрешности не превысили допустимых значений.

Выбор трансформаторов напряжения производится по их допустимой номинальной мощности. Таким образом, к трансформатору напряжения можно подключить такое количество приборов, при котором их мощность при номинальном напряжении не превышает номинальной мощности трансформатора.

Номинальные данные, измерительных трансформаторов тока и напряжения приведены в таблицах 6 и 7.

При решении этой задачи, прежде всего, необходимо определить сопротивления   обмоток   амперметров, а также сопротивления последовательных обмоток счетчиков фазометра,

При расчете нагрузки, подключаемой к трансформаторам тока, необходимо учитывать не только сопротивление приборов, но и сопротивление соединенных проводов.

Параметры обмоток приборов приведены в таблице 8. Более подробно с выбором и схемами включения измерительной аппаратуры можно ознакомиться в рекомендуемой литературе