전압계의 작동 원리와 전압계의 종류
전압계란?
전압계는 전압을 측정하는 계기입니다. 두 노드 사이의 전압을 측정합니다. 우리는 전위차의 단위가 볼트임을 알고 있습니다. 따라서 이는 두 지점 사이의 전위차를 측정하는 측정 기기입니다.
전압계의 작동 원리
전압계의 주요 원리는 우리가 측정하려는 전압과 병렬로 연결되어야 함입니다. 병렬 연결은 전압계가 매우 높은 저항 값을 가진 방식으로 구성되기 때문에 사용됩니다. 그러므로 이러한 높은 저항이 직렬로 연결되면 전류 흐름은 거의 제로가 되어 회로가 열린 상태가 됩니다.
병렬로 연결되면, 부하 임피던스가 전압계의 높은 저항과 병렬로 연결되므로 조합은 거의 같은 임피던스를 제공합니다. 또한 병렬 회로에서 우리는 전압이 동일함을 알고 있으므로, 전압계와 부하 사이의 전압은 거의 동일하며, 따라서 전압계는 전압을 측정합니다.
이상적인 전압계의 경우, 저항은 무한해야 하며, 그 결과 인입되는 전류는 0이어야 하므로 기기에서 전력 손실이 없습니다. 그러나 실제로 무한한 저항을 가진 재료를 얻을 수 없으므로 이를 달성하는 것은 불가능합니다.
전압계의 분류 또는 유형
구성 원칙에 따라 다양한 전압계의 유형이 있으며, 주로 다음과 같습니다 –
영구자석 이동코일 (PMMC) 전압계.
이동철 (MI) 전압계.
전기다이나미터형 전압계.
정류기형 전압계.
유도형 전압계.
전기정적형 전압계.
디지털 전압계 (DVM).
이러한 측정 유형에 따라 다음과 같이 구분됩니다 -
직류 전압계.
교류 전압계.
직류 전압계에는 PMMC 기기가 사용되며, MI 기기는 교류 및 직류 전압 모두를 측정할 수 있습니다. 전기다이나미터형, 열기기는 교류 및 직류 전압을 측정할 수 있습니다. 유도형 미터는 비용이 높고 측정 정확성이 낮아 사용되지 않습니다. 정류기형 전압계, 전기정적형 및 디지털 전압계(DVM)는 교류 및 직류 전압 모두를 측정할 수 있습니다.
PMMC 전압계
전류를 운반하는 도체가 자기장에 놓이면, 도체에 기계적인 힘이 작용합니다. 만약 이 도체가 이동 시스템에 연결되어 있다면, 코일의 움직임에 따라 포인터가 스케일 위로 움직입니다.
PMMC 기기는 영구자석을 가지고 있습니다. 이는 여기서 편향이 전압과 비례하기 때문에 DC 측정에 적합합니다. 측정기의 재료의 저항은 일정하므로, 전압 극성이 반전되면 포인터의 편향도 반전되므로, 이는 DC 측정에만 사용됩니다. 이러한 유형의 기기는 D’Arnsonval 형 기기라고 합니다. 선형 스케일, 낮은 전력 소모, 높은 정확성 등의 장점이 있습니다.
주요 단점은 –
단순히 DC량만 측정하며, 비용이 높다는 점 등입니다.
여기서,
B = Wb/m2의 플럭스 밀도.
i = V/R 여기서 V는 측정하려는 전압이고 R은 부하의 저항입니다.
l = m 단위의 코일 길이.
b = m 단위의 코일 폭.
N = 코일의 회전수.
PMMC 전압계의 범위 확장
PMMC 전압계에서는 전압 측정 범위를 확장할 수 있는 기능이 있습니다. 단순히 측정기를 시리즈로 저항을 연결하면 범위를 확장할 수 있습니다.
여기서,
V는 볼트 단위의 공급 전압입니다.
Rv는 오hm 단위의 전압계 저항입니다.
R은 시리즈로 연결된 외부 저항(오hm 단위)입니다.
V1는 전압계를 가로지르는 전압입니다.
그러면 시리즈로 연결될 외부 저항은 다음과 같습니다
MI 전압계
MI 기기는 이동철 기기를 의미합니다. 이는 AC 및 DC 측정 모두에 사용되며, 측정기의 임피던스가 일정하다고 가정하면 편향 θ는 전압의 제곱에 비례하므로, 어떤 전압의 극성이라도 방향성 편향을 보이며, 더 나아가 다음과 같이 두 가지로 분류됩니다,
끌림형.
거스름형.
여기서, I는 회로에서 흐르는 전체 전류(Amp)입니다. I = V/Z
여기서, V는 측정하려는 전압이고 Z는 부하의 임피던스입니다.
L은 Henry 단위의 코일의 자기유도입니다.
θ는 Radian 단위의 편향입니다.
끌림형 MI 기기 원리
자기장에 자화되지 않은 연철을 놓으면, 코일에 의해 끌어당겨집니다. 포인터가 시스템에 연결되고 전압에 의해 전류가 코일을 통해 흐르면, 이로 인해 자기장이 생성되며, 이는 철조각을 끌어당겨 편향 토크를 생성하여 포인터가 스케일 위로 움직입니다.
거스름형 MI 기기 원리
두 철조각이 전압을 걸어 전류를 흘려 같은 극성을 자화시키면, 서로 반발하여 편향 토크를 생성하여 포인터가 움직입니다.
장점은 AC 및 DC 모두를 측정하고, 저렴하며, 마찰 오류가 적으며, 견고함 등입니다. 주로 AC 측정에 사용되며, DC 측정에서는 히스테리시스로 인해 오류가 많습니다.
전기다이나미터형 전압계
전기다이나미터형 기기는 AC와 DC 모두에 대해 동일한 칼리브레이션을 가지므로, DC로 칼리브레이션하면, 추가 칼리브레이션 없이 AC를 측정할 수 있습니다.
전기다이나미터형 전압계 원리
고정 코일과 이동 코일 두 개가 있습니다. 전압을 두 코일에 적용하면, 전류가 두 코일을 통해 흐르게 되어, 동등하고 반대 방향의 토크가 발생하여 제로 위치에 머무릅니다. 한 토크의 방향이 코일의 전류 방향과 반대로 바뀌면, 일방향 토크가 생성됩니다.
전압계의 경우, 연결은 병렬로 이루어지고 고정 코일과 이동 코일은 비유도 저항과 함께 직렬로 연결됩니다.
φ = 0 여기서 φ는 위상 각도입니다.
여기서, I는 회로에서 흐르는 전류(Amp) = V/Z입니다.
V와 Z는 각각 적용된 전압과 코일의 임피던스입니다.
M = 코일의 상호 유도입니다.
히스테리시스 오류가 없으며, AC 및 DC 측정 모두에 사용할 수 있으며, 주요 단점은 저항/무게 비율이 낮고, 마찰 손실이 크며, 다른 기기에 비해 비싸다는 점입니다.
정류기형 전압계
