Приборы индукционной системы

n Конструкция и принцип действия. Принцип действия индукционных приборов основан на взаимодействии двух или нескольких переменных магнитных потоков с токами, индуцированными в подвижном проводнике (например, диске). Типичным представителем этой системы является классический индукционный счетчик — измеритель активной энергии.

n На рис. 3.15 показана упрощенная конструкция и принцип действия индукционного однофазного счетчика активной энергии.

n Основными элементами прибора являются два магнитопровода со своими обмотками (напряжения и токовой), вращающийся диск и счетный механизм. Как и ваттметр, счетчик содержит обмотки тока и напряжения. Включается счетчик в цепь так же, как и ваттметр.

n Схема (рис. 3.16) поясняет принцип действия этого прибора.

n Рассмотрим работу счетчика на примере входных сигналов напряжения и тока синусоидальной формы с действующими значениями, равными, соответственно, U и I.

n Входное напряжение U приложенное к обмотке напряжения 2, создает в ней ток I U, имеющий по отношению к напряжению U сдвиг по фазе, близкий к 90° (из-за большого индуктивного сопротивления этой обмотки). Ток I U, рождает магнитный поток Ф U в среднем сердечнике магнитопровода обмотки напряжения 1.

n Этот поток Ф U делится на два потока: нерабочий поток Ф U1, который замыкается внутри магнитопровода 1; и основной поток Ф U2, пересекающий диск 6, закрепленный на оси 7 и вращающийся вместе с нею. Этот основной поток замыкается через противополюс 5.

n Входной ток I, текущий в обмотке тока 4, создает в магнитопроводе З магнитный поток Ф 1, который дважды пересекает диск б. Поток Ф 1 отстает от тока I на небольшой угол потерь αI (поскольку сопротивление токовой обмотки мало).

n Таким образом, диск пересекают два магнитных потока Ф U2 и Ф I, не совпадающих в пространстве и имеющих фазовый сдвиг ψ. При этом в диске возникает вращающий момент М:

n М = с f Ф U2 Ф I sinψ,

n где с — некая константа; f — частота напряжения.

n При работе на линейном участке кривой намагничивания материалов магнитопроводов можно считать, что

n Ф I = k 1 I

n Ф U2 = k 2 I U =(k 2 I U) / Z U,

n где k 1 и k 2 — коэффициенты пропорциональности; Z U — полное комплексное сопротивление обмотки напряжения.

n Учитывая, что реактивная (индуктивная) составляющая сопротивления обмотки напряжения Z U гораздо больше активной, можно записать

n Z U = 2πfL U

n где L U — индуктивность обмотки напряжения.

n Тогда Ф U2 = (k 2 U / 2πfL U) =(k 3 U) / f,

n где k 3 = k 2 / (2πL U)

n Следовательно, вращающий момент М в данной электромагнитной механической системе можно определить следующим образом:

n

n М= kUI sinψ,

n где k — общий коэффициент пропорциональности.

n Для того чтобы вращающий момент был пропорционален текущей активной мощности, необходимо выполнение условия

n sinψ = соsφ.

n А это в свою очередь будет выполняться, если ψ+ φ = 90. Это равенство может быть обеспечено изменением (регулировкой) угла потерь α I,. Изменение этого угла реализуется двухступенчато: грубо — изменением числа короткозамкнутых витков, надетых на магнитопровод З, а плавно — изменением сопротивления вспомогательной цепи (эти элементы конструкции на рис. 3.15 и 3.16 не показаны)