2.Випробування з визначення електричних величин

2.1 Вимірювання струму, активного опору обмоток та електричної потужності

Вимірювання струму здійснюється безпосереднім або непрямим методом. У першому випадку амперметр вмикається безпосередньо в розрив електричного кола. У деяких випадках струми, які протікають по обмотках електричних машин і трансформаторів, контролювати безпосередньо вимірювальними приладами неможливо через їхні великі значення (сотні та тисячі ампер). У цих випадках використовують непрямий метод вимірювання струму, при якому між обладнанням та вимірювальними приладами вмикається проміжний давач струму, який перетворює струми в електричний сигнал, доступний для безпосереднього контролю вимірювальними приладами.

Як давачі струму можуть використовуватись вимірювальні шунти (instrument shunt), давачі Хола й трансформатори струму. Стаціонарні трансформатори струму мають 5 класів точності: 0,2; 0,5; 1; 3; 10; лабораторні – 4 класи: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2. Їх кутова похибка складає від 10 до 120 кутових мінут.

Шкала первинних струмів вітчизняних трансформаторів включає: 1, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 800, 1000, 1200, 1500, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10000, 12000, 14000, 16000, 18000, 20000, 25000, 28000, 30000, 32000, 35000, 40000 А.

Шкала вторинних струмів – 1 або 5 А.

Вимірювання опору обмоток електричних машин і трансформаторів постійному струму рекомендується проводити:

- методом вольтметра та амперметра (voltmeter-ammeter method);

- методом одинарного (Уїнстона) (Wheatstone bridge; resistance bridge; electric balance) або подвійного (Томсона) містка (double bridge; Thomson bridge);

- методом омметра логометричної системи (method of resistance meter).

Для вимірювання опорів обмоток трансформаторів використовують перші два методи.

Під час проведення вимірювань обмотки повинні знаходитись в практично холодному стані, коли їх окремі частини мають близькі температури, які відрізняються від температури навколишнього середовища не більше ніж на 3°С. У нерухомих обмотках вимірювання проводять безпосередньо на їхніх виводах, а в обмотках, які обертаються – на колекторі або контактних кільцях, без опору ковзного контакту.

Схеми вимірювання опору методом вольтметра та амперметра наведені на рисунку 2.1.

Кожний опір обмоток повинен бути виміряний не менше трьох разів за різних значень струму. Результати вимірювань не повинні відрізнятись від середнього значення більше, ніж на 0,5%.

Якщо опір вольтметра відрізняється від вимірюваного опору менше, ніж в 100 разів, то для виключення методичної похибки значення опору розраховується за формулою:

де U – виміряний спад напруги, В;

         I – виміряний струм, А;

          – вхідний опір вольтметра, Ом.

Вимірювання опору багатофазних обмоток за наявності виводів початку й кінця фаз виконується пофазно, а за наявності окремих виводів від частин фаз – окремо для кожної частини.

Якщо виводи початку та кінця фаз відсутні, то опір потрібно вимірювати між кожною парою лінійних виводів. При з’єднанні фаз у “зірку”

(рисунок 2.1, б), опір фази  між виводом  і середньою точкою визначається за формулою:

де  – опори, які виміряні відповідно між виводами  і ,  і ,  і , Ом.

За з’єднання фаз у "трикутник" (рисунок 2.1, в) опір фази  між виводами  й  визначається за формулою:

За аналогічними формулами з круговою перестановкою відповідних індексів розраховуються опори інших фаз.

Якщо розходження виміряних значень опорів ,  та  не перевищує 2% для з’єднання фаз у “зірку” або 1,5% для з’єднання фаз у “трикутник”, то опір фази рекомендується визначити за спрощеними формулами [16]:

- для з’єднання фаз у “зірку”:

- для з’єднання фаз у “трикутник”:

де  – середнє арифметичне значення трьох опорів, які виміряні між лінійними виводами, Ом.

Як джерело живлення вимірювальної схеми використовують батареї акумуляторів чи гальванічних елементів, окремий генератор (generator) постійного струму, мережу постійного струму незмінної напруги або статичний випрямляч, який живиться від мережі змінного струму.

Величина постійного струму вибирається так, щоб адіабатне підвищення температури обмотки, яка перевіряється, за час випробувань не перевищувала 1°С. Швидкість адіабатного підвищення напруги:

де  – густина струму в обмотці під час вимірювання опору, А/мм²;

         к = 200 (86) для обмоток з міді (алюмінію).

Якщо переріз проводу обмотки невідомий, то значення вимірюваного струму не повинно перевищувати (15¸20)% від номінального, а час вимірювань – 1 хв.

Оскільки обмотки електричних машин мають індуктивність, струм під час вимірювань коливається в момент подання напруги. Тому відлік показів приладів потрібно виконувати тільки після закінчення перехідного процесу, про що свідчить припинення зміни показів амперметра або містка. Якщо обмотка має велику постійну часу, то використовують схеми з формуванням струму.

За використання для вимірювань одинарного містка до опору обмоток додається опір контактів та з’єднувальних проводів, в зв’язку з цим одинарний місток рекомендується використовувати під час вимірювання опорів, які перевищують 1 Ом. Використання подвійного містка забезпечує максимальну точність вимірювань опору. Якщо тепловий стан різних частин обмотки контролюється за допомогою давачів температури, які встановлені на обмотку, то за температуру обмотки приймають середнє арифметичне значення показів давачів, якщо ці покази змінюються не більше ніж на 1°С за годину та відрізняються від середнього значення не більше ніж на 2°С.

Визначення опору обмоток постійного струму в практично холодному стані передбачене програмою приймально-здавальних випробувань, хоча більшість електричних машин не комплектується давачами температури обмоток. У цьому випадку температури обмоток визначають такими способами:

- в електричній машині, яка обладнана давачами температури окремих її частин, за температуру обмотки приймають середнє арифметичне значення показів давачів, якщо воно не змінюється більше, ніж на 1°С за 4 години за зміни опору обмотки не більше ніж на 0,5%;

- в електричній машині, яка не обладнана давачами температури, температура обмотки приймається рівною температурі поверхні машини (корпуса або підшипникових блоків), якщо ця температура змінюється не більше ніж на 1°С за 8 годин зі зміною опору обмотки за цей же час не більше ніж на 0,5%;

- в електричній машині, яка не обладнана давачами температури, температура обмотки приймається рівною температурі навколишнього середовища під час вимірювань, якщо перед цим машина знаходилась в неробочому стані тривалий час, протягом якого температура навколишнього середовища змінилась не більше ніж на 5°С.

Зазначимо, що в розглянутих випадках напрям зміни температури й опору обмотки повинні збігатися. Використання останнього способу не завжди правомірне, оскільки постійна часу нагрівання (охолодження) електричних машин, як правило, складає декілька годин, в той же час добові коливання температури можуть суттєво перевищувати допустимі 5°С.

Вимірювання електричної потужності можна здійснювати двома способами: безпосереднім та непрямим. Під час використання першого способу межі вимірювань за струмом та напругою повинні перекривати діапазон змін струму та напруги навантаження. У випадку використання непрямого способу обмотки ватметра вмикають через трансформатори струму й (або) напруги, що призводить до збільшення похибки виміряної потужності. Стаціонарні трансформатори напруги мають 3 класи точності: 0.5; 1; 3, лабораторні – 4 класи точності: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5.

Вимірювання потужності трифазного струму здійснюється за допомогою одного однофазного ватметра, якщо навантаження симетричне й ватметр не впливає на розподіл її по фазах, за допомогою двох однофазних ватметрів, трьох однофазних ватметрів та одного трифазного ватметра під час вимірювання потужності до 100 кВт.