LUCRAREA 4

MĂSURAREA CURENTULUI ELECTRIC

I. PARTEA TEORETICĂ

Intensitatea curentului electric este definită drept cantitatea de electricitate ce trece în unitatea de timp

print-o secţiune a unui circuit. Unitatea de măsură este amperul, care este o unitate fundamentală în

Sistemul Internaţional. Intensitatea curentului electric din latura unui circuit se măsoară cu ajutorul

ampermetrelor, aparate ce se înseriază în latura respectivă. Ca urmare a rezistenţei interne R0 a

ampermetrului, curentul măsurat de acesta Im este mai mic decât curentul I care ar circula în lipsa

ampermetrului

I.1. Măsurarea curentului electric continuu

Cele mai utilizate ampermetre analogice de curent continuu sunt ampermetrele magnetoelectrice,

deoarece:

- au sensibilitate şi precizie ridicată

- scară liniară

- consum de putere scăzut

Aparatul magnetoelectric are dispozitiv motor alcătuit dintr-un magnet permanent fix şi o bobină mobilă

dispusă între polii magnetului permanent.

Fig.1. Instrument magnetoelectric cu bobină mobilă şi magnet permanent fix

Circuitul magnetic este format din magnetul permanent (1), jugul magnetic (5), piesele polare (3) şi

miezul magnetic (4). Magnetul permanent se fabrică din aliaj magnetic dur (alnico, magnico) care produce în

întrefier un câmp magnetic puternic. Piesele polare sunt executate din fier moale ca şi miezul magnetic (4).

Forma lor permite realizarea unui întrefier cilindric îngust (2mm) în care fluxul magnetic are o distribuţie

uniform radială, astfel încât liniile de forţă ale câmpului sunt perpendiculare pe spirele bobinei mobile (2)

indiferent de poziţia acesteia. Bobina mobilă (2) este realizată din conductor subţire (0,02...0,2mm) din cupru

izolat cu email. Resoartele spirale înfăşurate în sensuri opuse pentru a compensa efectele variaţiilor de

temperatură servesc pentru realizarea cuplului rezistent şi drept conexiuni elastice la bobina mobilă.

Principiul de funcţionare al aparatelor magnetoelectrice se bazează pe apariţia forţelor de interacţiune

între câmpul magnetic dat de magnetul permanent în întrefier şi bobina mobilă parcursă de curentul electric

de măsurat. Aceste forţe dau naştere cuplului activ care deplasează bobina în sensul creşterii energiei

magnetice localizate în dispozitivul motor.

Prin construcţie, au un domeniu de măsurare limitat, datorită valorilor reduse ale curenţilor pe care îi poate

suporta bobina mobilă şi resoartelor spirale. Astfel valoarea maximă a curentului ce poate fi măsurată direct

1

cu aparatele magnetoelectrice este cel mult 100mA la cele cu susţinere pe lagăre şi cel mult 100µA la cele

cu suspensie pe benzi tensionate.

Pentru extinderea domeniului de măsurare al ampermetrelor magnetoelectrice deci pentru realizarea de

ampermetre de c.c., se folosesc şunturile.

Orice ampermetru este construit pentru un anumit domeniu de măsurare, caracterizat printr-un anumit

curent nominal I0 (maxim, la capăt de scară) şi are o rezistenţă internă R0. Dacă este necesar să se măsoare

un curent continuu cu o intensitate I>I0, domeniul de măsurare se poate extinde cu ajutorul unor dispozitive

auxiliare numite şunturi.

Şuntul este o rezistenţă electrică, de valoare mică, care se montează în paralel cu ampermetru şi prin

care trece o parte a curentului de măsurat.

Materialele din care se realizează şunturile sunt manganina şi constantanul, caracterizate prin

rezistivităţi ridicate şi coeficienţi de variaţie a rezistivităţii cu temperatura reduşi.

Alte ampermetre analogice de c.c. sunt ampermetrele feromagnetice. Aceste aparate au în general o

precizie redusă (clasele:2,5; 1,5;1;).

I.2. Măsurarea curentului electric alternativ

Aparatele magnetoelctrice nu pot fi utilizate în curent alternativ sinusoidal întrucât în acest regim, cuplul

activ mediu rezultant este nul. Deci indiferent de valoarea curentului alternativ, ampermetrul ar indica

valoarea zero. În scopul folosirii acestor aparate şi în curent alternativ sinusoidal, se asociază aparatele

magnetoelectrice cu convertoare c.a-c.c. Cele mai utilizate convertoare c.a-c.c. sunt circuitele de redresare.

Ampermetre magnetoelectrice cu circuite de redresare sunt constituite dintr-o schemă de redresare

monoalternanţă sau bialternanţă, în cadrul căreia se înseriază un miliampermetru sau microampermetru

magnetoelectric. Prin redresarea uneia sau ambelor alternanţe ale curentului sinusoidal, valoarea medie a

acestuia şi deci a cuplului activ mediu vor fi diferite de zero.

Ampermetrele feromagnetice pot fi utilizate, direct, atât in curent continuu cât şi în curent alternativ.

Pentru măsurarea curenţilor alternativi de valori ridicate (sute de amperii) ambele aparate se asociază

cu transformatoare de curent.

Transformatorul de curent are un miez feromagnetic pe care sunt dispuse două înfăşurări: înfăşurarea

primară cu un număr de spire redus de secţiune mare (N1 spire) şi care se conectează în serie cu circuitul al

cărui curent se măsoară, şi înfăşurarea secundară cu un număr mare de spire de secţiune mică (N2 spire), la

care se conectează ampermetrul (Fig.3). Tranformatoarele de curent funcţionează într-un regim apropiat de

scurtcircuit. Dacă bornele secundare se lasă în gol, inducţia magnetică în miez creşte la valori foarte mari,

datorită curentului primar de valoare mare impus de circuitul de utilizare. Efectele care pot apărea sunt:

apariţia unei supratensiuni periculoase la bornele secundare, pierderile în fier cresc foarte mult ducând la

încălzirea excesivă a miezului şi distrugerea izolaţiei sau chiar aprinderea transformatorului. Din aceste

cauze regimul de mers în gol este considerat un regim de avarie ce trebuie evitat. Dacă în timpul funcţionării

este necesară demontarea ampermetrului din circuitul secundar atunci bornele secundare se scurtcircuiteză

cu un conductor.

2

Notăm cu raportul de şuntare.

Rezultă:

Fig. 3

- bornele primare (K,L sau L1,L2).

- bornele secundare (k,l sau l1,l2).

Date nominale ale transformatorului de curent sunt:

- curent primar nominal (I1n=5…10000A);

- curent secundar nominal (I2n=5A sau 1A);

- raportul nominal de transformare Kin=I1n/I2n (ex. 15/5, 600/5)

- puetrea nominală secundară S2n=2..20VA;

- calasa de precizie c=0,1; 0,2; 0,5; 1; 3;

- eroarea de unghi: defazajul maxim între I1n şi I2n.

II. PARTEA EXPERIMENTALĂ

II.1. Un ampermetru de c.c. are curentul nominal 10mA şi rezistenţa internă 25. Să se realizeze un

ampermetru cu domeniul de măsurare de 5A.

II.2. Se realizează schema prezentată în figura 4. Se verifică precizia ampermetrului A. Ca instrument

etalon se foloseşte ampermetrul numeric (digital) A0. Rezultatele obţinute se trec în tabelul TAB1.

Fig. 4

TAB1

3

I2[A] 0,25 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

I20[A]

I1[A]

I10[A]

I[A]

II.3. Se realizează schema prezentată în figura 5. Se verifică precizia ampermetrului A (CLAMP

METERS). Ca instrument de referinţă se foloseşte ampermetrul numeric (digital) A0. Rezultatele obţinute se

trec în tabelul TAB2.

Fig. 5

TAB2

I1[A] 50 100 150 200 300

I20[A]

I10[A]

I[A]

III. PRELUCRAREA REZULTATELOR:

a) Se completează tabelul TAB1 calculând:

I1 = Ki1I2 unde Ki1 = 600/5

I10=Ki2I20 unde Ki2 = 600/5

I = I1-I10

Se încadrează ampermetrul într-o clasă de precizie.

b) Se completează TAB2 analog cu TAB1.

c) Se reprezintă grafic I=f(I1) în ambele cazuri.

4