มาตรวิทยา AC

วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

คำถามที่ 1

ในระบบการกระจายกำลังเป็นสิ่งสำคัญมากที่จะสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าได้ คุณไม่สามารถควบคุมสิ่งที่คุณไม่สามารถวัดได้และเป็นสิ่งสำคัญในการควบคุมแรงดันไฟฟ้าของสายไฟเพื่อไม่ให้เกินการจัดอันดับของฉนวนไฟฟ้า

แต่คุณจะวัดแรงดันไฟฟ้าของสายไฟ 750 kV ได้อย่างไร "# 1"> เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

"หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีศักยภาพ" หรือ "PT" เป็นหม้อแปลงแบบ step-down ที่มีอัตราส่วนการหมุนของขดลวดที่แม่นยำมากเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิเป็นส่วนที่แม่นยำและเป็นที่รู้จักของแรงดันไฟฟ้าหลัก

คำถามต่อเนื่อง: นอกเหนือไปจากการลดแรงดันไฟฟ้าของสายลงสู่ระดับที่ค่อนข้างปลอดภัยหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีศักยภาพยังมีคุณสมบัติด้านความปลอดภัยที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งสำหรับการวัดแรงดันไฟฟ้า อธิบายว่าคุณลักษณะพิเศษคืออะไรและเหตุใดจึงสำคัญ คำแนะนำ: หม้อแปลงทั้งหมดยกเว้น autotransformers ให้คุณสมบัตินี้!

หมายเหตุ:

ให้นักเรียนวาดแผนภาพคร่าวๆว่าหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีศักยภาพจะถูกวางไว้ในวงจรการวัดแรงดันไฟฟ้าที่สมบูรณ์พร้อมด้วยสายไฟแผงหน้าปัดมิเตอร์โวลุ่มมิเตอร์ฟิวส์ ฯลฯ

คำถามที่ 2

เครื่องมือทั่วไปที่ใช้ในการวัดกระแสไฟฟ้ากระแสสลับในระบบไฟฟ้าคือ หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า ซึ่งมีคำย่อว่า "CT" หม้อแปลงกระแสไฟฟ้ามักจะใช้รูปแบบของ "โดนัท" ซึ่งผ่านตัวนำไฟฟ้ากระแสตรงที่ผ่าน:

วัตถุประสงค์ของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าคือการสร้างกระแสไฟสำรองซึ่งเป็นสัดส่วนที่แม่นยำของกระแสไฟฟ้าหลักในการวัดกระแสไฟฟ้าในตัวนำไฟฟ้าได้ง่ายขึ้น

เมื่อได้รับฟังก์ชั่นนี้จะถือว่าหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าเป็นหม้อแปลงแบบ "step-up" หรือ "step-down" # 2 "> คำตอบเปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

จากมุมมองของแรงดันไฟฟ้าซึ่งโดยปกติแล้วจะมีการอ้างถึงคำว่า "step-up" และ "step-down" หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าคือหม้อแปลงแบบ step-up ขดลวดทุติยภูมิเป็นแผลที่ตั้งฉากกับเส้นทางของฟลักซ์แม่เหล็กเช่นเดียวกับในหม้อแปลงทั้งหมด

หมายเหตุ:

คำถามที่ว่าหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าคือ "ก้าวลง" หรือ "ก้าวขึ้น" มีความสำคัญต่อความปลอดภัยสำหรับนักเรียน ขอให้นักเรียนอธิบายว่าเงื่อนไขใดที่อาจเป็นอันตรายมากที่สุดเมื่อทำงานกับหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าโดยให้ลักษณะ "step-up" ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า

คำถามที่ 3

กระแสไฟฟ้าเท่าไหร่จะถูกส่งออกโดยหม้อแปลงกระแสถ้าโหลดกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ 350 แอมป์และอัตราส่วน CT เท่ากับ 600: 5?

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

กระแสไฟสำรอง = 2.917 แอมป์

หมายเหตุ:

คำถามนี้เป็นการออกกำลังกายในอัตราส่วนทางคณิตศาสตร์

คำถามที่ 4

เป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งที่ขดลวดทุติยภูมิของ หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า (CT) จะต้องไม่มีการเปิดวงจรขณะทำงาน! อธิบายว่าเหตุใดจึงเป็นการพิจารณาด้านความปลอดภัยที่สำคัญ

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ขดลวดรองที่เปิดอยู่บนหม้อแปลงกระแสไฟฟ้ามีความสามารถในการสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงมาก

หมายเหตุ:

มีสองวิธีที่แตกต่างกันเพื่ออธิบาย ว่าทำไม หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าจึงก่อให้เกิดอันตรายด้านความปลอดภัยนี้ หนึ่งสามารถอธิบายได้ในแง่ของอัตราส่วนคดเคี้ยวหรือบางทีในแง่ของการทำงานเป็น AC "ปัจจุบันแหล่ง" อย่าแปลกใจถ้านักเรียนของคุณนำเสนอคำอธิบายหลายประการสำหรับพฤติกรรมนี้

คำถามที่ 5

สมมติว่าคุณต้องการวัดกระแสของมอเตอร์กระแสสลับซึ่งกระแสไฟฟ้าเต็มกำลังควรอยู่ที่ประมาณ 150 แอมป์ กระแสนี้มากเกินไปในการวัดโดยตรงกับแอมป์มิเตอร์แบบแอมป์ของคุณเพียงอย่างเดียว (รับการจัดอันดับจาก 0 ถึง 5 แอมป์) และเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าที่มีอยู่ในปัจจุบันเท่านั้นที่ได้รับการจัดอันดับที่ 1200: 5 ซึ่งจะไม่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้เพียงพอในการขับ 0-5 แอมป์มิเตอร์เคลื่อนไหวไกลมากที่โหลดกระแสไฟฟ้าที่ 150 แอมป์ แน่นอนว่าคุณจะได้รับการวัด แต่จะไม่แม่นยำมาก

คิดหาวิธีที่จะเอาชนะปัญหาการวัดนี้เพื่อให้กระแสมอเตอร์ 150 แอมป์จะทำให้เกิดการโก่งที่สำคัญมากขึ้นในระดับการเคลื่อนที่ 0-5 แอมป์

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

บางทีทางออกที่ง่ายที่สุดคือการตัดตัวนำไฟฟ้าดังนั้นจึงต้องผ่าน toroid CT หลายครั้งจึงเปลี่ยนอัตราส่วนที่มีประสิทธิภาพ

หมายเหตุ:

"ตัดหลายวิธี" เป็นเคล็ดลับเรียบร้อยฉันใช้มากกว่าหนึ่งครั้งเพื่อวัดกระแสด้วยหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ พูดถึงผลกระทบของ "เทิร์น" ของตัวนำหลักที่มีต่ออัตราส่วนของ CT กับนักเรียนของคุณโดยคำนวณอัตราส่วนใหม่ที่เกิดขึ้นจากการทำเช่นนั้น

แม้ว่าโซลูชัน "multiple wrap" จะใช้งานง่าย แต่ก็ไม่ใช่ทางออกเดียวที่เป็นไปได้สำหรับปัญหานี้ อีกทางเลือกหนึ่งคือการใช้หม้อแปลงไฟฟ้าหลายตัว แต่ฉันจะปล่อยให้คุณและนักเรียนของคุณคิดออก!

คำถามที่ 6

อธิบายวัตถุประสงค์ของ หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าหรือ CTs ใช้ในการวัดกระแสสูงในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีศักย์สูงทำให้สามารถลดกระแสไฟฟ้าได้อย่างแม่นยำและการแยกกระแสไฟฟ้าระหว่างวงจรการวัดและวงจรไฟฟ้า

หมายเหตุ:

ขอให้นักเรียนอธิบายลักษณะทางกายภาพและการสร้าง CT ถ้าเป็นไปได้ให้นำเข้ามาที่ห้องเรียนเพื่อดูและอภิปราย

คำถามที่ 7

ความหมายของการเคลื่อนที่ของมิเตอร์คืออะไร RMS บ่งชี้ว่าค่าเฉลี่ยตอบ "# 7"> เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

หมายความว่าตัวบ่งชี้การเคลื่อนที่ของมิเตอร์เป็นสัดส่วนตามสัดส่วนของค่า เฉลี่ย ของสัญญาณ AC ที่วัดได้ แต่การสอบเทียบของเครื่องจะบิดเบือนเพื่อแสดงค่า RMS เมื่อวัดสัญญาณไซน์

คำถามที่ท้าทาย: ถ้าหนึ่งในเมตรเหล่านี้อยู่ภายใต้สัญญาณ AC แบบคลื่นสี่เหลี่ยมสัญญาณ "RMS" จะต่ำหรือผิดพลาดหรือแม่นยำ?

หมายเหตุ:

แนวคิดนี้สร้างความสับสนแก่นักเรียนจำนวนมาก แต่ก็สำคัญสำหรับพวกเขาที่จะเข้าใจ ผมขอแนะนำให้คุณส่องสว่างเรื่องโดยการถามคำถามหลายชุด:

อะไรจะเป็นหนึ่งในเมตรเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าถ้าความกว้างของสัญญาณไซน์เป็นสองเท่า? คำตอบ: ข้อบ่งชี้จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า
อะไรจะเป็นหนึ่งในเมตรเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าถ้าความกว้างของสัญญาณและรูปร่างของคลื่นมีการเปลี่ยนแปลงในลักษณะที่ค่าเฉลี่ยของสัญญาณสองเท่า แต่ค่า RMS ไม่เพิ่มขึ้นเท่าไร? คำตอบ: ข้อบ่งชี้จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า
สิ่งที่หนึ่งในเมตรเหล่านี้จะบ่งชี้ว่าถ้าค่าความกว้างและรูปคลื่นของคลื่นมีการเปลี่ยนแปลงในลักษณะที่ค่า RMS ของสัญญาณเพิ่มขึ้นสองเท่า แต่ค่าเฉลี่ยไม่เพิ่มขึ้นเท่าไร? คำตอบ: การบ่งชี้จะเพิ่มขึ้นเพียงเท่าที่ค่าเฉลี่ยจะเพิ่มขึ้น

คำถามที่ 8

การเคลื่อนที่ของมิเตอร์ไฟฟ้าสถิตใช้แรงดึงดูดทางกายภาพระหว่างแผ่นโลหะที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าเพื่อเบี่ยงเบนความสนใจของตัวชี้แทนการใช้แม่เหล็กไฟฟ้าร่วมกับการออกแบบมิเตอร์แบบอื่น ๆ ส่วนใหญ่ ถึงแม้การเคลื่อนไหวของเครื่องวัดไฟฟ้าสถิตจะไม่สำคัญเท่ากลไก PMMC แต่ก็มีข้อดีคือสามารถวัดทั้ง AC และ DC ได้อย่างง่ายดายเท่ากัน

สมมติว่าคุณได้ปรับเทียบการเคลื่อนที่ของมิเตอร์ไฟฟ้าสถิตจาก 0 โวลต์เป็น 500 โวลต์ DC จากนั้นคุณได้เชื่อมต่อมิเตอร์นี้กับแหล่งจ่ายกระแสไฟ AC sinusoidal และตรวจจับแรงดันไฟฟ้าที่ 216 โวลต์ แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ AC ในโวลต์ RMS คืออะไร?

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

240 V RMS

คำแนะนำ: การเคลื่อนไหวของเครื่องวัดเชิงกลโดยธรรมชาติจะบ่งบอกถึงค่า เฉลี่ย ของรูปคลื่น AC!

หมายเหตุ:

พูดคุยกับนักเรียนของคุณ ว่าเหตุใด การเคลื่อนที่ของมิเตอร์ส่วนใหญ่ จึง มีผลต่อค่าเฉลี่ยของรูปคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับ ทำไมไม่วัดการเคลื่อนไหวตามธรรมชาติแสดงค่า RMS? ถามนักเรียนว่า "ค่าเฉลี่ย" และ "อาร์เอ็มเอส" ถูกกำหนดไว้อย่างไรและระบบทางกายภาพที่แสดงถึงโมเดลทางคณิตศาสตร์เหล่านี้

คำถามที่ 9

การเคลื่อนไหวของมิเตอร์ไฟฟ้าส่วนใหญ่มี การตอบสนอง โดย เฉลี่ย พวกเขาแสดงการบ่งชี้ของพวกเขาในหน่วยของโวลต์หรือแอมป์ "RMS" เท่านั้นเนื่องจากได้รับการปรับเทียบเพื่อทำเช่นนั้นสำหรับรูปคลื่นไซน์

การเคลื่อนไหวของเครื่องวัดกลไกไฟฟ้าบางอย่างเป็นจริงตอบสนอง RMS ยกตัวอย่างเช่นการเคลื่อนที่ของ electrodynamometer เมื่อเชื่อมต่อกันเป็นโวลตมิเตอร์หรือแอมโมเตอร์ (ไม่เหมือนกับวัตต) ใหสัญลักษณตามสัดสวนเทากับคา RMS จริงหรือแรงดันไฟฟาของปจจุบัน

ขึ้นอยู่กับความแตกต่างโดยธรรมชาติระหว่างการวัดความเคลื่อนไหวเหล่านี้อธิบายวิธีที่คุณสามารถใช้การเคลื่อนไหวของเครื่องวัดไฟฟ้าเครื่องกลเพื่อทำการประเมินคุณภาพของการบิดเบี้ยวของรูปคลื่น กล่าวอีกนัยหนึ่งคุณจะใช้เครื่องวัดทางไฟฟ้าเพื่อบอกได้ว่ารูปคลื่น AC มีรูปไซิลหรือไม่?

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ใช้ค่า "ตอบสนองโดยเฉลี่ย" และ "true-RMS" เมตรที่ระบุอย่างเท่าเทียมกันเมื่อวัดรูปคลื่นไซน์และเปรียบเทียบการอ่านของพวกเขาเมื่อวัดรูปแบบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีปัญหา ความแตกต่างระหว่างการอ่านค่ามิเตอร์ 2 เมตรยิ่งทำให้เกิดความผิดเพี้ยนมากขึ้น (จากรูปคลื่นซายน์)

หมายเหตุ:

เนื่องจากความชุกของการสังเคราะห์ในระบบไฟฟ้ากระแสสลับแบบใหม่นี้ "ลวง" อาจเป็นประโยชน์ในการประเมินคุณภาพของการบิดเบือนฮาร์โมนิก แน่นอนอุปกรณ์ทดสอบที่มีราคาแพงจะให้การวัด เชิงปริมาณ ของการบิดเบือน แต่ก็ดีเสมอรู้วิธีใช้อุปกรณ์ทดสอบน้อยกว่าในกรณีที่อุปกรณ์ราคาแพงไม่พร้อมใช้งาน

คำถาม 10

การเคลื่อนที่ของมิเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้กันทั่วไปในการวัดกำลังไฟฟ้ากระแสสลับเรียกว่าการ เคลื่อนที่ของ electrodynamometer อธิบายว่าเครื่องวัดนี้ทำงานอย่างไรและวาดแผนผังแสดงว่าใช้วัดกำลังไฟฟ้ากระแสสลับที่จัดส่งให้โหลดได้อย่างไร

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

การเคลื่อนไหวของ Electrodynamometer มีขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าสองแบบมากกว่าหนึ่ง:

หมายเหตุ:

คำถาม 11

มีคำศัพท์และข้อมูลที่ไม่ถูกต้องในโลกของอุปกรณ์เสียงที่มีความเที่ยงตรงสูงเนื่องจากมีฐานผู้บริโภคจำนวนมากขาดความรู้ด้านเทคนิค หนึ่งในคำพูดผิด ๆ ของเครื่องขยายเสียงคือ พลังงานที่ แสดงใน "วัตต์สูงสุด" และ "วัตต์ RMS" ในขณะที่คำว่า "peak power" ไม่จำเป็นต้องไม่ถูกต้อง "RMS power" แน่นอนที่สุดคือ มีอะไรผิดปกติกับระยะหลังและคุณคิดว่าผู้ผลิตอุปกรณ์เสียงหมายความว่าอย่างไรเมื่อระบุระดับกำลังของเครื่องขยายเสียงใน "watts RMS" "# 11"> คำตอบเปิดเผยคำตอบซ่อน

"RMS" หมายถึงการแสดงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับหรือกระแสไฟฟ้าในรูปแบบเทียบเท่ากับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงหรือกระแสตรงโดยอาศัยความเท่าเทียมกันระหว่างกำลังสอง ไม่มี "พลัง RMS" คือ "แรงดันไฟฟ้า RMS" หรือ "กระแส RMS" เท่านั้น

หมายเหตุ:

เมื่อพิจารณาจากแนวคิดเรื่อง "RMS power" ตอนนี้เราจะดำเนินการต่อไปสำหรับคำถามต่อไป: ผู้ผลิตเครื่องขยายเสียงทำตามความหมายนี้ได้อย่างไร? นักเรียนของคุณควรได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับการจัดเรตพลังงานของเครื่องขยายเสียงและดูว่าผู้ผลิตพูดอะไรเกี่ยวกับเรื่องนี้ จากการวิจัยครั้งนี้นักเรียนของคุณคิดว่าผู้ผลิตกำลังพยายามระบุอะไรเมื่อพูดถึง "พลัง RMS" มีวิธีที่ดีกว่าในการพูดแบบนี้หรือไม่?