79. РЕОСТАТЫ
В электроизмерительной практике, а также при эксплуатации электрических машин применяются различные реостаты.
Реостатом называется прибор, обладающий некоторым сопротивлением, которое можно изменять, меняя тем самым ток и напряжение цепи. Реостаты бывают со скользящим контактом, рычажные, жидкостные, ламповые и штепсельные.
Реостат со скользящим контактом. На фарфоровую трубку наматывается голая проволока. В результате специальной обработки поверхность проволоки покрывается тонкой пленкой окиси, не проводящей ток. По металлической планке, прижимаясь к проволоке реостата, скользит ползунок. Так как последовательно с электрической лампой в цепь введена часть сопротивления реостата, то ток, протекающий через нить лампы, будет уменьшен и лампа в этом случае будет гореть слабее. Передвигая ползунок вправо, мы будем уменьшать сопротивление реостата, и сила света лампы будет увеличиваться. Реостаты со скользящим контактом применяются там, где необходимо плавное, медленное изменение тока в цепи.
Рычажный реостат. На раме из изоляционного материала натягиваются спирали из проволоки. Спирали соединены последовательно. От начала, конца и мест соединений отдельных спиралей сделаны ответвления к контактам. Ставя рычаг на определенный контакт реостата, мы можем менять сопротивление, а вместе с этим и ток в цепи. Однако изменения эти происходят не плавно, а скачкообразно.
Материалом для проволочных реостатов чаще всего служат железо, никелин, константан, манганин, нихром.
Жидкостный реостат. Реостат представляет собой металлический сосуд с раствором соды. На шарнире укреплен рычаг, на котором имеется железный или медный нож. Рычаг с ножом изолирован от металлического ящика прокладкой. Поднимая или опуская нож в раствор соды, можем менять ток в цепи. Опуская нож в раствор, мы увеличиваем площадь соприкосновения ножа с раствором и увеличиваем ток, проходящий через реостат. При дальнейшем погружении ножа контакт ручки войдет в зажим на металлическом корпусе и реостат будет замкнут накоротко, т. е. выключен из работы.
Жидкостные реостаты применяются в цепях при больших токах.
Ламповый реостат. Представляет набор нескольких параллельно включаемых электрических ламп. Известно, что если одна лампа накаливания будет иметь сопротивление в 150 Ом, то две такие же лампы будут иметь общее сопротивление уже только 75 Ом, три лампы – 50 Ом и т. д.
Таким образом, общее сопротивление нескольких одинаковых, параллельно включенных ламп будет равно сопротивлению одной лампы, деленному на число включенных ламп.
Штепсельные реостаты. Часто называемые магазинами сопротивлений, представляют набор определенных точно выверенных сопротивлений. Концы катушек сопротивлений присоединяются к разрезанной медной планке. Когда в вырезы планки вставляется медный штепсель, то он соединяет собой две соседние части планки. Этим сопротивление, подключенное своими концами к соседним частям планки, выключается из цепи или, как говорят, закорачивается (замыкается накоротко).
Вынутый штепсель заставляет электрический ток проходить по катушке сопротивления.
Магазины сопротивлений позволяют легко включать в цепь сопротивления точно определенной величины и применяются при электрических измерениях.
80. ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ
Постоянный ток. Из формулы мощности постоянного тока P =UI видно, что определение мощности может быть произведено путем умножения показаний амперметра и вольтметра. Однако на практике измерение мощности обычно производится при помощи специальных приборов – ваттметров. Ваттметр состоит из двух катушек: неподвижной, состоящей из небольшого числа витков толстой проволоки, и подвижной, состоящей из большого числа витков тонкой проволоки. При включении ваттметра ток нагрузки проходит через неподвижную катушку, последовательно включенную в цепь, а подвижная катушка включается параллельно потребителю. Для уменьшения потребляемой мощности в параллельной обмотке и уменьшения веса подвижной катушки последовательно с ней включается добавочное сопротивление из манганина. В результате взаимодействия магнитных полей подвижной и неподвижной катушек возникает момент вращения, пропорциональный токам обеих катушек. Вращающий момент прибора пропорционален мощности, потребляемой в цепи.
Чтобы стрелка прибора отклонялась от нуля вправо, необходимо ток через катушку пропускать в определенном направлении.
Кроме электродинамических ваттметров, для измерения мощности в цепях постоянного тока употребляются также ваттметры ферродинамической системы.
Однофазный переменный ток. При включении электродинамического ваттметра в цепь переменного тока магнитные поля подвижной и неподвижной катушек, взаимодействуя между собой, вызовут поворот подвижной катушки. Мгновенный момент вращения подвижной части прибора пропорционален произведению мгновенных значений токов в обеих катушках прибора. Но вследствие быстрых изменений токов подвижная система не сможет следовать за этими изменениями и момент вращения прибора будет пропорционален средней или активной мощности P = U·I·cos?.. Следовательно, по углу поворота подвижной части ваттметра можно судить о величине активной мощности, потребляемой цепью.
Для измерения мощности переменного тока пользуются также ваттметрами индукционной системы.
При измерении ваттметром мощности в сетях низкого напряжения с большими токами применяют трансформаторы тока. Для уменьшения разности потенциалов между обмотками ваттметра первичная и вторичная цепи трансформатора тока имеют общую точку. Вторичная обмотка трансформатора не заземляется, так как это означало бы заземление одного провода сети.
Для определения мощности сети в этом случае нужно показание ваттметра умножить на коэффициент трансформации трансформатора.
Трехфазный переменный ток. При равномерной нагрузке трехфазной системы для измерения мощности пользуются одним однофазным ваттметром. По последовательной обмотке ваттметра в этом случае протекает фазный ток, а параллельная обмотка включена к фазному напряжению. Поэтому ваттметр покажет мощность одной фазы. Для получения мощности трехфазной системы нужно показание однофазного ваттметра умножить на три.
В сетях высокого напряжения трехфазный ваттметр включается при помощи измерительных трансформаторов напряжения и тока.
81. ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Постоянный ток. Для измерения расхода энергии при постоянном токе применяют счетчики трех систем: электродинамической, магнитоэлектрической и электролитической. Наибольшее распространение получили счетчики электродинамической системы. Неподвижные токовые катушки, состоящие из небольшого числа витков толстой проволоки, последовательно включены в сеть. Подвижная катушка шарообразной формы, называемая якорем, укреплена на оси, которая может вращаться в подпятниках. Обмотка якоря выполнена из большого числа витков тонкой проволоки и разделена на несколько секций. Концы секций припаяны к пластинам коллектора, которого касаются металлические плоские щетки. Напряжение сети подается в обмотку якоря через добавочное сопротивление. При работе счетчика в результате взаимодействия тока в обмотке якоря и магнитного потока неподвижных токов катушек создает момент вращения, под влиянием которого якорь начнет поворачиваться. О количестве энергии, потребляемой в сети, можно судить по числу оборотов, сделанных якорем (диском). Количество энергии, приходящееся на один оборот якоря, называется постоянной счетчика. Число оборотов якоря, приходящееся на единицу учтенной электрической энергии, называется передаточным числом.
Однофазный переменный ток. Для измерения активной энергии в цепях однофазного переменного тока применяют счетчики индукционной системы. Устройство индукционного счетчика почти такое же, как и индукционного ваттметра. Разница состоит в том, что счетчик не имеет пружин, создающих противодействующий момент, отчего диск счетчика может свободно вращаться. Стрелка и шкала ваттметра заме-'нены в счетчике счетным механизмом. Постоянный магнит, служащий в ваттметре для успокоения, в счетчике создает тормозящий момент.
Трехфазный переменный ток. Активную энергию трехфазного переменного тока можно измерить с помощью двух однофазных счетчиков, включенной в цепь по схеме, аналогичной схеме двух ваттметров. Удобнее измерить энергию трехфазным счетчиком активной энергии, объединяющим в одном приборе работу двух однофазных счетчиков. Схема включения двухэлементного трехфазного счетчика активной энергии та же, что и схема соответствующего ваттметра.
В четырехпроводной сети трехфазного тока для измерения активной энергии применяют схему, аналогичную схеме трех ваттметров, или употребляют трехэлементный трехфазный счетчик. В сетях высокого напряжения включение счетчиков производится при помощи измерительных трансформаторов напряжения и тока.
Реактивную энергию однофазного тока можно определить по показанию амперметра, вольтметра, фазометра и секундомера.
Для учета реактивной энергии в сетях трехфазного тока можно применять нормальные счетчики активной энергии и специальные счетчики реактивной энергии.