Лабораторная работа №7. Изучение устройства и испытание индукционного счетчика электроэнергии

ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА И ИСПЫТАНИЕ ИНДУКЦИОННОГО СЧЕТЧИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Цель работы

Изучить устройство и принцип работы индукционного счетчика электроэнергии. Научиться правильно подключать счетчик и производить его проверку.

Элементы теории

Для измерения энергии постоянного тока применяются электродинамичес-кие, энергии переменного тока - индукционные счетчики. Электрические счетчики представляют собой суммирующие приборы и их показания нарастают с течением времени в соответствии с током нагрузки.

Индукционный счётчик переменного тока имеет два электромагнита. Катушка одного электромагнита (Э_U), состоящая из большого числа витков тонкой проволоки (катушка напряжения), включается в сеть параллельно. Проходящий по этой катушке ток I_U и магнитный поток Ф_U электромагнита пропорциональны напряжению. Индуктивность катушки велика, поэтому ток I_U и Ф_U отстают по фазе от напряжения на угол, близкий к 90^о. Поток Ф этой катушки разветвляется на рабочий поток Ф_U и шунтирующий поток Ф_L (рис.1).

Другой электромагнит (Э_I) снабжен катушкой, состоящей из небольшого числа витков толстой проволоки, рассчитанный на протекание полного тока нагрузки потребителя. Эта катушка называется токовой и включается в цепь последовательно. Проходящий по этой катушке ток нагрузки I создает поток Ф_I, величина которого почти пропор­циональна току, к тому же в магнитной цепи этого электромагнита имеется значительный воздушный зазор. Поток Ф_I отстает по фазе от тока I на небольшой угол.Между полюсами электромагнитов Э_U и Э_I помещен алюминиевый диск Д на оси, укрепленной в подпятни­ках и соединенной со счетным механизмом с помощью червячной передачи. Переменные магнитные потоки электромагнитов Ф_U и Ф_I пересекают

Рис. 1. Принципиальная схема устройства индукционного счетчика

диск и наводят в нем вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов и магнитных полей электромагнитов создается вращающий момент, пропорциональный электрической мощности:

М_вр = К ₁ Р (1)

Этот вращающий момент М_вр вызывает вращение диска; при работе счетчика возникают силы трения оси в подпятнике и в счетном механизме, а также тормозной момент от магнитного успокоителя, поскольку при движении диска в поле постоянного магнита ПМ в нем наводятся еще вихревые токи.

М _торм = К ₂ n (2)

Величину М _торм можно регулировать путем перемещения ПМ тносительно оси вращения диска. При удалении магнита от оси диска М _торм увеличивается. При постоянной нагрузке вращающий и тормозной моменты будут равны по величине М _вр = М _торм (3)

Откуда К ₁ Р = К ₂ n или Р = К ₂ n: К ₁ (4).

Умножим обе части уравнения (4) на одно и то же число, выражающее некоторое время: Р t = n t К₂ / К₁ (5).

Произведение Р·t есть энергия, израсходованная за время t, а произведение nt - выражает количество оборотов диска за время t.

Введем в уравнение (5) следующие обозначения: А = Рt (6) и N = nt (7).

Получим А = NК₂ : К₁. (8)

Следовательно, израсходованная энергия пропорциональна количеству оборотов диска. Счетный механизм позво­ляет учитывать расход электроэнер-гии в кВт-ч.

Количество электроэнергии, которое учитывает счетчик за время одного оборота диска, называется постоянной счетчика С, имеющей размерность Вт •с/оборот. На шкале счетчика чаще указывается передаточное число (1 кВт-ч
=1250 обор. диска), тогда Сн = 1000·3600: 1250 = 2880. Кроме того, на шкале указываются номинальные значения напряжения, тока, частоты и класс точности (1; 2 и 2,5), определяемый по величине наибольшей относительной погрешности : γ = % (9),

С_Д = Р · t: N (10).

В процессе эксплуатации счетчик периодически должен проверяться. При этом устанавливают класс точности, для чего определяют действительную постоянную С_Д при разных нагрузках и по формуле (9) вычисляют относительную погрешность. Кроме того, проверяется чувствительность счетчика и отсутствие самохода. Для проверки чувстви­тельности счетчик загружают активной нагрузкой при номинальном напряжении.

Счетчик считается исправным, если при токе в 1% от I_ном диск начинает вращаться. Для проверки на отсутствие самохода к счетчику подводят напряжение, равное 110 % от U_ном при выключенной нагрузке. Диск счетчика при этом не должен вращаться. С целью устранения самохода на оси диска закрепляют „тормозной крючок», а к электромагниту напряжения Э_U прикрепляют на этом же уровне с неболь­шим зазором ферромагнитную пластину (тормозной флажок) изогнутой формы. Тогда электромагнитные силы при­тяжения способствуют удержанию диска при появлении метки в окошке счётчика. В схеме устройства счетчика можно отметить несколько второстепен-

ных деталей, служащих для повышения точ­ности его работы. На чувствитель-ность и точность счетчика существенно влияет трение в счетном механизме и оси в подпятниках, особенно при малых нагрузках. Поэтому все счетчики снабжаются компенсаторами трения — в виде короткозамкнутых витков и дополнительных обмоток из 5 – 6 витков изолированного провода на магнитопроводе электромагнита последовательного включения Э_I. Эта обмотка замыкается петлей проволочного сопротивления, изменение которой с помощью шунтирующего зажима (рис.1) приводит к изменению чувствительности счетчика.