Villamos mérések. Analóg (mutatós) műszerek. Készítette: Füvesi Viktor doktorandusz

Átírás

1 Villamos mérések Analóg (mutatós) műszerek Készítette: Füvesi Viktor doktorandusz

2 rodalom UrayVilmos Dr. Szabó Szilárd: Elektrotechnika o

3 Alapfogalmak Mutatós műszerek Legegyszerűbbek Közvetlenül leolvasható a mért mennyiség

4 Alapfogalmak A műszer mozgó részére 3 féle nyomaték hat. kitérítő nyomaték: a mérendő villamos mennyiséggel arányos visszatérítő nyomaték: kitérítő nyomaték ellen hat, a mozgó rész nyugalmi állapotáért felelős csillapító nyomaték: a mozgórész egy lengőrendszert alkot, a kitérítő és visszatérítő nyomaték miatt. A keletkező rezgések csillapítására szolgál.

5 Alapfogalmak A csillapítás szempontjából a műszerek lehetnek: csillapítatlan műszerek: a mutató több lengés után nyugszik meg a végállásban (a) túlcsíllapított műszerek: lassan kúszik a végálláshoz - bizonytalan leolvasás (d)

6 Mutatós műszerek Állandó mágnesű (Deprez-) műszer Elektrodinamikus műszer Lágyvasas műszerek Hányadosmérő 5

7 Mutatós műszerek Állandó mágnesű (Deprez-) műszer Ampermérő Voltmérő Galvanométer

8 Amper- és voltmérő Működés elv: mágneses tér és az áram kölcsönhatásán alapszik (1) Acélmágnes (2) Lágyvas saruk (3) Lágyvas dugó (4) Al keretes lengőtekercs (5) Rúgók

9 Amper- és voltmérő Ha légrésindukció állandó, akkor a kitérítő nyomaték az áramerősségtől függ M k F M k B F k l Ellennyomaték M r c r D N (Nm) (N)

10 Amper- és voltmérő M k k k c r M c r r K l lengőtekercs elfordulása arányos a tekercs áramával skálája egyenletes (lineáris) műszer csakis egyenáram mérésére alkalmas

11 Amper- és voltmérő Egy ellenállást sorba kötünk a lengő tekerccsel. U R K R U K U U 10

12 Amper- és voltmérő Csillapító nyomaték (Al-keretbe keletkező örvényáramokból ered) ndukált feszültség u i BlD d dt keletkező áram (Ohm-törvény felhasználása) i BlD R d dt

13 Amper- és voltmérő Csillapító nyomaték M M cs cs F cs D ( BlD R 2 ) N dt A csillapítónyomaték arányos a keret szögsebességével. d

14 Deprez-műszerek mérőkörei (a) Volframacél (b) Krómacél (c) Kobaltacél műszermágnes (d) és (e) AlNiCo mágnes (f) Ferrit anyagú

15 Belső mágnesű műszer (1) Állvány (2) Henger alakú állandó mágnes (3) Lágyvas serleg (4) Lengőtekercs (5) Alsó feszítő szál (6) Felső feszítő szál (7) Feszítők

16 Műszer jellemzők Alapérzékenységen azt az áramerősséget értjük, amelyik a műszer mutatóját a mérce utolsó osztásáig lendíti ki. Ez az áramérzékenység. Jele: m általában mA közötti érték Áramerősségnek és a belső ellenállásnak a szorzata a feszültségérzékenység. jele: U m szokásos értékei: 30, 45, 60, 75,100mV Egy műszer jellemezhető az áram- és feszültségérzékenységgel. pl. : 60mV, 2mA. Ennek műszernek a belső ellenállása 30 Ω. Jellemezhető a műszer a feszültségérzékenységgel és belső ellenállással is. pl. : 75mV, 3Ω. Áramérzékenysége 25 ma. 15

17 Mérési határ kibővítése Áramérzékenység növelés Lesöntölés R ( ) R s s m m m R R b b m Feszültségérzékenység növelés Előtét-elenállás használata Re U m R b

18 Galvanométer Az igen kicsiny áramerősségek mérésére alkalmas Deprez - műszert nagy érzékenységű műszerek annál érzékenyebbek, minél kisebb áram hatására minél nagyobb a lengőtekercs elfordulással Feszített szálas GM Fénymutatós GM

19 Mutatós műszerek Elektrodinamikus műszer Ampermérő Voltmérő Wattmérő Különleges műszerek Asztatikus műszer Vasárnyékolású műszer Ferrodinamikus műszer

20 Elektrodinamikus műszerek Amper- és voltmérő Működési elv: Deprez műszerhez hasonlít Állótekercs árama gerjeszti a mágneses teret Lengőtekercs elmozdulás közben derékszögben metszi az indukcióvonalakat M k B 1 B k' a M K 1 a

21 Elektrodinamikus műszerek Amper- és voltmérő Álló- és lengőtekercsben egyszerre változik meg az áram iránya => egyen és váltakozó áram mérésére egyaránt alkalmas lengőtekercs árama: i sin t Állótekercs árama: i a 2 sin( t a ) 20 Kitérítő nyomaték: M k K 1 a cos A műszer mérőműjére ható átlagos nyomaték arányos a két tekercs áramának és a két áram közti szög cosinusának szorzatával egyenlő.

22 Elektrodinamikus műszerek Ampermérő Mérőműre ható nyomaték M K 2 ' a Rugó ellennyomatéka M r c r Egyenlővé téve a két nyomatékok K c r ' 2 a K Az ampermérő skálája négyzetes! 2 a

23 Elektrodinamikus műszerek Voltmérő Kitérítő nyomaték M K Mutató szögelfordulása 2 K U U 2 a 1 A voltmérő skálája négyzetes!

24 Elektrodinamikus műszerek Wattmérő Lengőtekercset a fogyasztó kapcsaira kötve a lengőtekercs árama 1 U R Kitérítőnyomaték M K R U a R R1 cos A mutató szögelfordulása K U a cos c R K p r U a cos K p P Re A wattmérő skálája egyenletes!

25 Teljesítménymérés 3 féle villamos teljesítményről beszélhetünk Hatásos teljesítmény P Meddő teljesítmény Q U cos U sin ( W ) (var) Látszólagos teljesítmény S P 2 Q 2 (VA) p( t) u( t) i( t)

26 Teljesítménymérés Egyfázisú teljesítménymérés Hatásos teljesítmény 25 P P A F P P W W U R R 2 F 2 A a P P A F P P W W 2 A U R R 2 F a Áramforrás teljesítménye Fogyasztó teljesítménye

27 Teljesítménymérés Egyfázisú teljesítménymérés Meddő teljesítmény Kitérítőnyomaték M K l a cos(90 ) K U X a sin A mutató szögelfordulása K U c X r a sin K Q U a sin K Q Q

28 Teljesítménymérés Hatásos teljesítmény mérése 3 fázisú rendszerben N vezetékes többfázisú rendszer P P 1 P2... Pn 4 vezetékes rendszer

29 Teljesítménymérés Hatásos teljesítménymérés 3 fázisú rendszerben 3 vezetékes rendszer U v U BA U BC v A C P 1 P 2 3U v v cos

30 Teljesítménymérés Meddő teljesítménymérés 3 fázisú rendszerben Q m 3 Q 3 (Q A Q B Q C ) A mért meddő teljesítmény a tényleges meddőtől 3 -szor nagyobb.

31 30 Különleges elektrodinamikus műszerek Külső mágneses tér befolyásoló hatásának kiküszöbölésére Asztatikus műszer 2 lengőtekercs + 2 állótekercs Állótekercseket úgy kapcsolják, hogy ellentétesen folyik az áram Az alsó és felső tekercs nyomatéka azonos irányú. A külső mágneses tér ellenkező irányba hat a mérőművekre, így hatásuk null.

32 Különleges elektrodinamikus műszerek Vasárnyákolású műszer árnyékolás Álló- és forgótekercseket berakják egy vashengerbe

33 Különleges elektrodinamikus műszerek Ferrodinamukis műszer Erős mágneses tér Kis hatással vannak rá a külső mágneses terek Egyen és váltakozó mennyiségek méréséére egyaránt alkalmas

34 Mutatós műszerek Lágyvasas műszer Lapos tekercsű műszerek Kerek tekercsű műszerek

35 Lágyvasas műszer Működési elv: mágneses vonzáson és taszításon alapszik Lapos tekercsű műszerek Mágneses vonzáson alapszik működésük A mérendő árammal gerjesztett tekercs mágneses tere a tengelyre erősített lágyvas darabkára vonzó hatást fejt ki és elfordul. A visszatérítő nyomatékot rugó adja. A csillapító nyomatékot a légkamrában mozgó dugattyú biztosítja. 35

36 Lágyvasas műszer Kerek tekerccsel műszerek Mágneses taszításon alapuló műszerek. A csévetest belsejéhez rögzítjük az állóvasat, a műszer tengelyéhez a mozgóvasat. A vasak megfelelő kialakításával jóformán tetszőleges skálamenetet lehet elérni.

37 Lágyvasas műszer A műszer nyomatéka Mozgó vas elmozdulása közben végzett elemi munka Ha a vas körív mentén mozdul el Nyomaték: dw Fdx F dw / M F r Tekercs energiája: 1 2 W L 2 Nyomatékegyenlet dx dw/d 2 M K A műszer skálája négyzetes! dx A lágyvasas műszer egyaránt használható egyen- és váltakozó áram mérésére is! r d

38 Mutatós műszerek Hányadosmérő Ellenállásmérés Teljesítménytényezőt mutató műszer