Anschluss eines Amperemeter und eines Voltmeters an ein Gleich- und Wechselstromnetz

Gleichstrom ändert die Richtung nicht in der Zeit. Ein Beispiel ist eine Batterie in einer Taschenlampe oder einem Radio, eine Batterie in einem Auto. Wir wissen immer, wo das positive Stigma der Stromquelle liegt und wo es negativ ist.

Wechselstrom Ist ein Strom, der die Bewegungsrichtung mit einer bestimmten Periodizität ändert. Dieser Strom fließt in unserer Steckdose, wenn wir eine Last daran anschließen. Es gibt keinen positiven und negativen Pol, sondern nur Phase und Null. Die Spannung bei Null liegt nahe am Potential des Massepotentials. Das Potential am Phasenausgang ändert sich mit einer Frequenz von 50 Hz von positiv nach negativ, was bedeutet, dass der unter Last stehende Strom seine Richtung 50 Mal pro Sekunde ändert.

Während einer Schwingungsperiode steigt der Strom von Null auf Maximum an, nimmt dann ab und geht durch Null, und dann findet der umgekehrte Vorgang statt, jedoch mit einem anderen Vorzeichen.

Das Empfangen und Senden von Wechselstrom ist viel einfacher als direkt: weniger Energieverlust. Mit Hilfe von Transformatoren können wir die Wechselspannung leicht ändern.

Bei der Übertragung einer großen Spannung wird bei gleicher Leistung weniger Strom benötigt. Dies ermöglicht ein subtileres Argument. Bei Schweißtransformatoren wird das umgekehrte Verfahren angewendet - sie senken die Spannung, um den Schweißstrom zu erhöhen.

Gleichstrommessung

In einem Stromkreis Strom messenmuss das Amperemeter oder Milliamperemeter in Reihe mit dem Leistungsempfänger eingeschaltet werden. Um den Einfluss des Messgeräts auf den Betrieb des Verbrauchers auszuschließen, Amperemeter muss einen sehr kleinen Innenwiderstand haben, damit er praktisch gleich Null genommen werden kann, damit der Spannungsabfall am Gerät einfach vernachlässigt werden kann.

Die Aufnahme eines Amperemeter in den Stromkreis erfolgt immer in Reihe mit der Last. Wenn Sie das Amperemeter parallel zur Last und parallel zur Stromquelle anschließen, verbrennt oder verbrennt das Amperemeter einfach die Quelle, da der gesamte Strom durch den mageren Widerstand des Messgeräts fließt.

Shunt

Die Messgrenzen von Amperemeter, die für Messungen in Gleichstromkreisen vorgesehen sind, können erweitert werden, indem das Amperemeter nicht direkt in Reihe mit der Last an die Messspule geschaltet wird, sondern indem die Messspule des Amperemeter parallel zum Shunt geschaltet wird.

Es fließt also immer nur ein kleiner Teil des gemessenen Stroms durch die Spule des Geräts, dessen Hauptteil durch einen in Reihe geschalteten Shunt fließt. Das heißt, das Gerät misst tatsächlich den Spannungsabfall am Shunt eines bekannten Widerstands, und der Strom ist direkt proportional zu dieser Spannung.

In der Praxis arbeitet das Amperemeter als Millivoltmeter. Da die Skala des Geräts in Ampere abgestuft ist, erhält der Benutzer dennoch Informationen über die Größe des gemessenen Stroms. Der Bypass-Koeffizient wird normalerweise als Vielfaches von 10 gewählt.

Shunts, die für Ströme bis zu 50 Ampere ausgelegt sind, werden direkt in den Instrumentengehäusen montiert, und Shunts zum Messen hoher Ströme werden ferngesteuert, und dann wird das Gerät mit Sonden an den Shunt angeschlossen. Bei Instrumenten, die für den Dauerbetrieb mit einem Shunt ausgelegt sind, werden die Skalen unter Berücksichtigung des Shunt-Koeffizienten sofort in bestimmte Stromwerte eingestuft, und der Benutzer muss nichts mehr berechnen.

Wenn der Shunt extern ist, werden im Fall eines kalibrierten Shunts der Nennstrom und die Nennspannung darauf angegeben: 45 mV, 75 mV, 100 mV, 150 mV.Für Strommessungen wird ein Shunt so gewählt, dass der Pfeil maximal abweicht - die gesamte Skala, dh die Nennspannungen des Shunts und des Messgeräts sollten gleich sein.

Wenn es sich um einen einzelnen Shunt für ein bestimmtes Gerät handelt, ist natürlich alles einfacher. Nach Genauigkeitsklassen werden Shunts unterteilt in: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2 und 0,5 - dies ist der zulässige Fehler in Bruchteilen von einem Prozent.

Shunts bestehen aus Metallen mit einem niedrigen Temperaturwiderstandskoeffizienten und einem signifikanten spezifischen Widerstand: Konstantan, Nickel, Manganin. Wenn sich der durch den Shunt fließende Strom erwärmt, hat dies keine Auswirkungen auf die Messwerte des Geräts. Um den Temperaturfaktor während der Messungen zu verringern, ist ein zusätzlicher Widerstand aus einem Material der gleichen Art in Reihe mit der Spule des Amperemeter geschaltet.

Gleichspannungsmessung

Zu Konstante Spannung messen Zwischen zwei Punkten des Stromkreises, parallel zum Stromkreis, zwischen diesen beiden Punkten ein Voltmeter anschließen. Das Voltmeter wird immer parallel zum Empfänger oder zur Quelle eingeschaltet. Damit das angeschlossene Voltmeter den Betrieb des Stromkreises nicht beeinträchtigt, keine Spannungsabnahme verursacht, keine Verluste verursacht, muss es einen ausreichend hohen Innenwiderstand aufweisen, damit der Strom durch das Voltmeter vernachlässigt werden kann.

Zusätzlicher Widerstand

Um den Messbereich des Voltmeters zu erweitern, ist ein zusätzlicher Widerstand in Reihe mit seiner Arbeitswicklung geschaltet, so dass nur ein Teil der gemessenen Spannung proportional zu seinem Widerstand direkt auf die Messwicklung des Geräts fällt. Und mit dem bekannten Wert des Widerstands des zusätzlichen Widerstands kann die in dieser Schaltung wirkende gemessene Gesamtspannung leicht durch die darauf aufgezeichnete Spannung bestimmt werden. So funktionieren alle klassischen Voltmeter.

Der Koeffizient, der sich aus der Hinzufügung eines zusätzlichen Widerstands ergibt, zeigt, wie oft die gemessene Spannung größer ist als die Spannung pro Messspule des Geräts. Das heißt, die Messgrenzen des Geräts hängen vom Wert des zusätzlichen Widerstands ab.

Ein zusätzlicher Widerstand ist in das Gerät eingebaut. Um den Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Messungen zu verringern, besteht ein zusätzlicher Widerstand aus einem Material mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten des Widerstands. Da der Widerstand des zusätzlichen Widerstands um ein Vielfaches größer ist als der Widerstand des Geräts, hängt der Widerstand des Messmechanismus des Geräts infolgedessen nicht von der Temperatur ab. Die Genauigkeitsklassen der zusätzlichen Widerstände werden auf die gleiche Weise wie die Genauigkeitsklassen der Shunts ausgedrückt - in Prozentanteilen wird der Fehlerwert angegeben.

Um den Messbereich von Voltmetern weiter zu erweitern, werden Spannungsteiler verwendet. Dies geschieht so, dass bei der Messung der Spannung am Gerät, die dem Nennwert des Geräts entspricht, der Grenzwert auf seiner Skala nicht überschritten wird. Der Teilungsfaktor des Spannungsteilers ist das Verhältnis der Eingangsspannung des Teilers zum Ausgang, der gemessenen Spannung. Der Teilungskoeffizient wird abhängig von den Fähigkeiten des verwendeten Voltmeters gleich 10, 100, 500 oder mehr angenommen. Der Teiler führt keinen großen Fehler ein, wenn der Widerstand des Voltmeters ebenfalls hoch und der Innenwiderstand der Quelle klein ist.

Wechselstrommessung

Um die Wechselstromparameter mit dem Gerät genau zu messen, ist ein Messwandler erforderlich. Der zu Messzwecken verwendete Messtransformator bietet dem Personal auch Sicherheit, da der Transformator eine galvanische Trennung vom Hochspannungskreis erreicht. Im Allgemeinen verbieten Sicherheitsvorkehrungen den Anschluss von Elektrogeräten ohne solche Transformatoren.

Durch die Verwendung von Messwandlern können Sie die Messgrenzen von Geräten erweitern, dh es wird möglich, große Spannungen und Ströme mit Niederspannungs- und Niedrigstromgeräten zu messen. Es gibt also zwei Arten von Messwandlern: Spannungswandler und Stromwandler.

Spannungswandler

Ein Spannungswandler dient zur Messung der Wechselspannung. Dies ist ein Abwärtstransformator mit zwei Wicklungen, deren Primärwicklung mit zwei Punkten des Stromkreises verbunden ist, zwischen denen Sie die Spannung messen müssen, und der Sekundärwicklung - direkt mit dem Voltmeter. Messwandler in den Diagrammen sind als gewöhnliche Transformatoren dargestellt.

Ein Transformator ohne belastete Sekundärwicklung arbeitet im Leerlauf, und wenn ein Voltmeter angeschlossen ist, dessen Widerstand hoch ist, bleibt der Transformator praktisch in diesem Modus, und daher kann die gemessene Spannung als proportional zur an die Primärwicklung angelegten Spannung betrachtet werden, wobei der Transformationskoeffizient gleich dem Verhältnis der Windungszahl berücksichtigt wird in seinen Sekundär- und Primärwicklungen.

Auf diese Weise kann eine hohe Spannung gemessen werden, während eine kleine sichere Spannung an das Gerät angelegt wird. Es bleibt, die gemessene Spannung mit dem Transformationskoeffizienten des Spannungsmesstransformators zu multiplizieren.

Die Voltmeter, die ursprünglich für die Arbeit mit Spannungswandlern entwickelt wurden, haben eine Teilskala, die den Transformationskoeffizienten berücksichtigt. Auf der Skala ohne zusätzliche Berechnungen können Sie sofort den Wert der geänderten Spannung sehen.

Um die Sicherheit beim Arbeiten mit dem Gerät zu erhöhen, werden bei Beschädigung der Isolation des Messwandlers zunächst einer der Anschlüsse der Sekundärwicklung des Transformators und dessen Rahmen geerdet.

Stromwandler messen

Messstromwandler dienen zum Anschluss von Amperemeter an Wechselstromkreise. Dies sind Doppelwicklungstransformatoren. Die Primärwicklung ist in Reihe mit dem Messkreis und die Sekundärwicklung mit dem Amperemeter geschaltet. Der Widerstand im Amperemeter-Stromkreis ist klein, und es stellt sich heraus, dass der Stromwandler fast im Kurzschlussmodus arbeitet, während angenommen werden kann, dass die Ströme in der Primär- und Sekundärwicklung als Anzahl der Windungen in der Sekundär- und Primärwicklung miteinander in Beziehung stehen.

Durch Auswahl eines geeigneten Windungsverhältnisses können signifikante Ströme gemessen werden, während ausreichend kleine Ströme immer durch das Gerät fließen. Es bleibt, den in der Sekundärwicklung gemessenen Strom mit dem Transformationskoeffizienten zu multiplizieren. Diejenigen Amperemeter, die für den Dauerbetrieb zusammen mit Stromwandlern ausgelegt sind, haben eine Skalenteilung unter Berücksichtigung des Transformationskoeffizienten, und der Wert des gemessenen Stroms kann ohne Berechnungen leicht von der Skala des Geräts abgelesen werden. Zur Erhöhung der Personensicherheit werden zunächst einer der Klemmen der Sekundärwicklung des Messstromwandlers und dessen Rahmen geerdet.

In vielen Anwendungen sind Durchführungsstromwandler zweckmäßig, bei denen der Magnetkreis und die Sekundärwicklung isoliert sind und sich innerhalb der Durchführung befinden, durch deren Fenster ein Kupferbus mit einem gemessenen Strom fließt.

Die Sekundärwicklung eines solchen Transformators wird niemals offen gelassen, da ein starker Anstieg des Magnetflusses im Magnetkreis nicht nur zu dessen Zerstörung führen kann, sondern auch EMF an der Sekundärwicklung induzieren kann, was für das Personal gefährlich ist. Um eine sichere Messung durchzuführen, wird die Sekundärwicklung mit einem Widerstand bekannter Nennleistung überbrückt, dessen Spannung proportional zum gemessenen Strom ist.

Zwei Arten von Fehlern sind charakteristisch für die Messung von Transformatoren: Winkel- und Transformationskoeffizient. Die erste ist mit einer Abweichung des Phasenwinkels der Primär- und Sekundärwicklung von 180 ° verbunden, was zu ungenauen Ablesungen der Wattmeter führt.Für den mit dem Transformationskoeffizienten verbundenen Fehler zeigt diese Abweichung die Genauigkeitsklasse: 0,2, 0,5, 1 usw. als Prozentsatz des Nennwerts.