Индукционные измерительные приборы. Счетчики электрической энергии

На основе индукционного измерительного механизма выполняются, как правило, счетчики электрической энергии. Устройство и векторная диаграмма прибора индукционной системы показаны на рис.

Механизм состоит из двух индукторов выполненных в виде стержневого и П-образного индукторов, между которыми находится подвижный неферромагнитный (алюминиевый) диск. На индукторах намотаны обмотки, по которым протекают соответственно токи I₁ и I₂, возбуждающие магнитные потоки Ф₁ и Ф₂. С осью диска связан счетный механизм, который считает число оборотов диска. Для предотвращения холостого вращения диска (для предотвращения самохода) в непосредственной близости от него укреплен постоянный магнит (тормозной магнит). Принцип действия прибора следующий:

При подключении прибора в сеть переменного тока токи I₁ и I₂ возбуждают магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, которые совпадают по фазе с соответствующими токами (см. векторную диаграмму). Магнитные потоки, пересекая плоскость диска, индуцируют в нем переменные Э.Д.С. Е₁ и Е₂ которые отстают от своих потоков на угол . Под действием этих Э.Д.С. в диске возникают два вихревых тока I_д1 и I_д2 совпадающих по фазе с соответствующими Э.Д.С. (сопротивление диска считаем чисто активным).

В результате втягивания контура тока I_д1 потоком Ф₂ и выталкивания контура тока I_д2 потоком Ф₁, возникают два противоположно-направленных момента, действующих на диск. Их мгновенные значения:

,

где к₁ и к₂ - коэффициенты пропорциональности.

Уравнения для магнитных потоков можно записать как:

Вихревые токи, наводимые в диске соответствующими потоками, будут определяться как:

Среднее значение моментов можно рассчитать по формулам:

Так как , а уравнение для суммарного вращающего момента, действующего на диск, будет равно:

Токи, наводимые в диске, могут быть определены как:

и .

f - частота питающей цепи, k₃ и k₄- коэффициенты пропорциональности.

С учетом этого:

или

;

где К=k₁k₄+k₂k₃.

Максимальный вращающий момент достигается при .

Для создания тормозного момента и обеспечения равномерного вращения диска в конструкции предусмотрен постоянный тормозной магнит.

В результате взаимодействия поля магнита и вращения диска, возникает вихревой ток: , где w - угловая скорость вращения диска, k₅ - коэффициент пропорциональности.

Взаимодействие i_в с Ф_п вызывает тормозной момент, равный:

или .

k_m=k₅ k₆.

Достоинства приборов индукционной системы

Приборы имеют большой вращающий момент, мало подвержены влиянию внешних магнитных полей и имеют большую перегрузочную способность.

Недостатки приборов индукционной системы

К недостаткам следует отнести невысокую точность, большое самопотребление, зависимость показаний от частоты и температуры.

Однофазный счетчик электрической энергии

Если катушку 1 включить параллельно источнику энергии, а катушку 2 последовательно потребителю, тогда:

или: , где k_вр = k_U k_I.

Из векторной диаграммы видно, что при ; . Тогда можно записать:

.

При неизменной мощности нагрузки Р, вращающий и тормозной моменты равны друг другу М_вр=М_т. Поэтому можно записать: , или . Если это равенство представить в виде: , то после интегрирования за промежуток времени от t₁ до t₂ получим: , где - постоянная прибора; N - число оборотов за время t=t₂-t₁

Величина, называемая постоянной счетчика, определяется следующим выражением:

.

Величина, называемая номинальной постоянной счетчика, определяется как:

,

где k - передаточное число счетчика – число оборотов на единицу энергии.

Погрешность счетчика, обусловленная трением оси в опорах и другими неучтенными факторами, рассчитывается по формуле:

.

Однофазные счетчики выпускают на частоты 50 и 60 Гц, на рабочий ток до 40 А и на напряжения 110, 120, 127, 220, 230, 240 и 250 В. Классы точности счетчиков ниже 1. Совокупность двух или трех однофазных измерительных механизмов образуют трехфазный счетчик. Промышленностью выпускаются счетчики нескольких типов. Счетчики активной энергии – СА 3- для трех проводных цепей и СА 4 для четырех проводных цепей. Счетчики реактивной энергии – СР 3 для трех проводных цепей и СР 4 для четырех проводных цепей. Счетчики реактивной энергии для однофазных цепей не выпускаются.

ЛЕКЦИЯ 13