Большая энциклопедия техники - Коллектив авторов

Вольтметр

Вольтметр – это электроизмерительный прибор напряжения сети, дающий показания в вольтах, киловольтах, милливольтах и микровольтах.

Вольтметры делятся на аналоговые (стрелочные) и цифровые. Последние имеют повышенную точность по сравнению с аналоговыми.

Важнейшим элементом вольтметра, в значительной мере определяющим метрологические характеристики прибора, является преобразователь.

Вольтметр.

Выходное напряжение преобразователя может быть пропорционально амплитудному, средневыпрямленному или эффективному значениям входного напряжения.

Характер этой зависимости определяет, какое входное напряжение (амплитудное, средневыпрямленное или эффективное) измеряет вольтметр.

В аналоговых вольтметрах измерение напряжения производится по шкале магнитоэлектрического прибора. Погрешность аналоговых вольтметров составляет 1—3%.

Цифровые вольтметры постоянного напряжения работают как по структурной схеме прямого действия, так и по схеме уравновешивания (сравнения измеряемого напряжения с образцовым). При измерении по схеме уравновешивания измеряемое напряжение автоматически сравнивают с дискретно изменяющимся высокостабильным образцовым напряжением.

Цифровые вольтметры прямого преобразования характеризуются основной погрешностью от 0,1 до 1%. Погрешность вольтметров уравновешивающего преобразования может достигать 0,01—0,05% измеряемой величины. Вольтметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими, электронными и электростатическими. Из данных систем магнитоэлектрические измеряют постоянный ток, индукционные – переменный ток, а остальные как постоянный, так и переменный ток. Измеряемое напряжение определяется как произведение силы тока и сопротивления прибора.

Для расширения предела измерения вольтметра изменяются вспомогательные части. Например, добавляются сопротивление, трансформаторы напряжения или измерительные конденсаторы.

Выключатель

Выключатель – это устройство для включения и выключения электрической цепи.

Выключатель представляет собой контактную систему, которая состоит из неподвижного контакта А и подвижного контакта Б. Когда подвижный и неподвижный контакты не соприкасаются, электрическая цепь выключена. Когда подвижный и неподвижный контакты касаются друг друга, то электрическая цепь включена, по ней протекает электрический ток, благодаря которому загорается лампочка и начинает вращаться двигатель. При выключении цепи под напряжением контактов А и Б возникает электрическая дуга Д.

Длина электрической дуги полностью зависит от напряжения цепи и тока. Чем длиннее дуга, тем больше опасность обгорания и оплавления контактов выключателя, поэтому в цепях высокого напряжения применяются выключатели с дугогасительными устройствами, которые чаще всего производят выключение автоматически.

Выключатели бытовые бывают поворотными, перекидными и групповыми. Выключатели промышленного применения делятся на выключатели низкого напряжения и высокого напряжения. Выключателями низкого напряжения называют рубильники и автоматы. Рубильник – это простейший воздушный выключатель, служащий для ручного включения и выключения электрических цепей напряжением до 500 В и силой тока до 4000 А.

Выключатели-автоматы применяются для отключения цепи электрического тока при перегрузках, замыканиях и других нарушениях работы цепи. Автоматические выключатели бывают минимального и максимального токов.

Выключатель минимального тока состоит из катушки, электромагнита, через который протекает ток, якоря, связанного с контактом и удерживающегося электромагнитом в притянутом положении, пружины, рычага и груза. Контакторы предназначаются для большого числа включений и выключений с напряжением тока до 550 В и его силой до 2,5 А.

Выключатели высокого напряжения делятся на масляные, со сжатым воздухом, с магнитным гашением и газогенерирующие или автогазовые. Выключатели масляные отличаются от остальных тем, что выключение цепи происходит путем разъединения контактов, находящихся в минеральном масле. Чаще всего они изготавливаются на напряжение от 500 до 220 000 В.

Выключатели со сжатым воздухом отличаются от остальных тем, что гашение дуги происходит с помощью сжатого воздуха, который поступает из компрессорной установки. Выключатель с магнитным гашением дуги, созданный в 1912 г. М. О. Доливо-Добровольским, – для вытягивания дуги электромагнитными катушками, когда происходит растяжение дуги с одновременным охлаждением стенок камеры.

Выключатели газогенерирующие или автогазовые действуют благодаря выделяющимся под действием высокой температуры газам, когда стенки камеры изготовлены из органического стекла или фибры. Выключение производится до 10 000 В, 600 А и 250 000 кВт отключаемой мощности.

Выпрямитель электрический

Выпрямитель электрический – это особый тип приборов, в задачи которого входит изменение переменного электрического тока в постоянный.

Чаще всего распределение электрической энергии происходит на трехфазном переменном токе. Элементы выпрямителя тока, которые и осуществляют процесс выпрямления тока, называются вентилями.

В нашей стране впервые об электрических выпрямителях заговорили в начале XX в. В. Ф. Миткевич, исследующий двухполупериодную схему с нулевым выводом, и А. П. Гершун, анализирующий активное сопротивление и индуктивность. Чуть позже, в 1912 г., Н. Д. Папалекси изучал роль индуктивности в анодной и катодной цепи, что будет использовано А. А. Чернышевым в 1918 г. при изучении оксидного катода косвенного начала.

В 1926 г. В. П. Вологдин разработал в Нижнем Новгороде первую советскую конструкцию ртутных выпрямителей, которые были доработаны В. К. Крапивиным. К этому периоду относится создание газотронов и тиратронов Ю. Д. Болдырем и трехфазной мостовой схемы А. Н. Ларионова. Обширные исследования проводились А. Ф. Иоффе, Б. Давыдовым и Д. Блохинцевым.

До сих пор системы электрических выпрямителей дорабатываются и модернизируются.

Схемы выпрямителей тока

1. Схема однополупериодного выпрямления тока. В саму схему входят электрический вентиль и трансформатор. Последний играет роль преобразователя напряжения, идущего из сети, в напряжение, которое нужно выпрямителю. В этом случае прямой ток прерывист.

  2. Схема двухполупериодного выпрямления тока. Похожа на предыдущую схему, но имеет отличие – при незначительном уменьшении напряжения на вентиле результатом является непрерывный ток.

  3. Схема с нулевым выводом. Ее отличительной чертой является наличие двух вентилей, что обусловливает несколько иной, чем у предыдущих, режим работы: когда наступает тот полупериод, в который ток перестает течь через первый вентиль, он поступает на второй и обратно.

  4. Мостовая однофазная схема. В ней число вентилей достигает уже четырех, что значительно повышает количество выпрямляемого данной схемой электрического тока. Во вторичной обмотке этой схемы ток течет во все время ее работы.

  5. Трехфазная схема с нулевым выводом. В ней электрический ток течет через все три вентиля только во время трети периода.

  6. Трехфазная мостовая схема. В ее работе принимают участие уже шесть вентилей, соединенных в группы по два вентиля. В ней включение вентилей чередуется в шахматном порядке.

  7. Шестифазные и двенадцатифазные схемы являются производными от предыдущей трехфазной, но только с возрастанием вторичной обмотки. В них ток еще сильнее сглаживается.

  8. Ртутные выпрямители тока, которые выполнены из стеклянного или металлического корпуса. Верхняя часть данного выпрямителя служит для конденсирования паров ртути, а нижняя часть способствует стеканию ртути к катоду. В средней же части приварены железные или графитные аноды.

Включение выпрямителя происходит с помощью анода зажигания. Анод погружается в ртуть за счет внешнего электромагнита. Многоанодные выпрямители всегда имеют общий катод и по режиму действия вспомогательной дуги могут различаться вентилями с дугой возбуждения и вентилями с периодическим зажиганием.

  9. В ионных выпрямителях высокого давления дуговой разряд между анодом и катодом происходит в атмосфере газа повышенного давления, когда происходит периодическое зажигание дуги.

Выпрямительный столб

Выпрямительный столб – это устройство, которое представляет собой совокупность соединенных последовательно выпрямителей полупроводниковых диодов. Выпрямительный столб предназначен в радиоэлектронике и электротехнике в качестве высоковольтного (как правило, выше 10 кВ) выпрямителя переменного тока низких частот (до 50 кГц).