ВВЕДЕНИЕ. Цель работы: Изучить устройство и принцип действия индукционного однофазного счётчика электрической энергии

И ЕГО ПОВЕРКА

Цель работы: Изучить устройство и принцип действия индукционного однофазного счётчика электрической энергии, схему его включения. Произвести поверку счётчика.

Оборудование: РНШ, счётчик электрической энергии СО-2 (однофазный, 220 В, 5 А), ваттметр, амперметр, миллиамперметр, ламповый реостат (1,3 кВт),проволочный реостат (5 А), высокоомный реостат, катушка индуктивности, часы с секундным отчётом.

Счётчик электрической энергии представляет собой прибор для учёта электрической энергии, потребляемой потребителем за некоторый промежуток времени и относится к интегрирующим измерительным приборам. В цепях переменного тока используются счётчики индукционной системы.

Измерительный механизм однофазного индукционного счётчика состоит из двух электромагнитов, расположенных у края лёгкого вращающегося алюминиевого диска, который является подвижной частью прибора с неограниченным углом поворота.

Один из электромагнитов, расположенный ниже диска, имеет U-образный сердечник. Его обмотка расположена но обеих стержнях и содержит сравнительно небольшое количество витков толстой медной проволоки (рис 7.1а). Эта обмотка является токовой обмоткой и включается последовательно с нагрузкой. При протекании по ней тока нагрузки магнитный поток Ф_i, создаваемый этим электромагнитом, дважды пронизывает диск (+ Ф_i, - Ф_i). Фаза потока Ф_i почти полностью совпадает с фазой тока протекающего через токовую обмотку и нагрузку, а его величина пропорциональна току нагрузки.

а)

б)

Рис. 7.1. Электромагниты счётчика с токовой обмоткой а) и обмоткой напряжения б).

Второй электромагнит, установленный над диском, имеет обмотку содержащую несколько тысяч витков (18-20 тысяч) тонкого медного провода и рассчитана на напряжение питающей сети 220 В (рис. 7.1б). Эта обмотка включается параллельно нагрузке и является обмоткой напряжения. Магнитный поток этого электромагнита Ф_u пронизывает диск счётчика один раз. Поскольку индуктивное сопротивление X_L этого электромагнита много больше его активного сопротивления R () то эту цепь можно считать чисто индуктивной. Поэтому ток в катушке напряжения отстаёт по фазе от напряжения на 90^о. Следовательно магнитный поток Ф_u сдвинут на 90^о относительно потока Ф_i.

Таким образом, алюминиевый диск принизывают три переменных магнитных потока: + Ф_i, - Ф_i, сдвинутые на 180^о, и Ф_u сдвинутый относительно Ф_i на 90^о. Эти потоки индуцируют в диске вихревые токи I_i и I_u, соответственно (рис. 2). Вихревые токи взаимодействуют с магнитными потоками, их порождающими: ток I_i взаимодействует с магнитным потоком Ф_u, а ток I_u взаимодействует с магнитным потоком Ф_i. В результате на диск действует пара сил F ₁ и F ₂. Учитывая изменение токов I_i и I_u (направление токов зависит от того, возрастает или убывает создающий их в данный момент поток), используя правило Ленца и правило левой руки, находим, что силы F ₁ и F ₂, создающие вращающий момент, имеют одинаковое направление (рис. 7.2).

Величина действующего на диск вращающего момента пропорциональна активной мощности нагрузки Р:

где k ₁ – постоянный коэффициент, зависящий от конструкции счётчика.

Так как, по второму закону динамики вращательного движения, под действием постоянного по величине вращающего момента движение диска будет ускоренным (, где J – момент инерции диска, e – угловое ускорение), то для достижения равномерной скорости вращения диска необходим тормозной момент. Для его создания в конструкцию диска вводят постоянный магнит. При вращении диска под действием магнитного потока постоянного магнита в нём индуцируются круговые токи, которые взаимодействуют с полем, породившего их постоянного магнита и, по закону Ленца, тормозят движение диска, делая его равномерным.

а)

б)

Рис. 7.2. Взаимодействия токов в диске с магнитными потоками их порождающими

Действующий на диск тормозной момент М_тр пропорционелен частоте n вращения диска:

где k ₂ – постоянный для данного счётчика коэффициент, зависящий от его конструкции. При равномерном вращении диска:

,

или:

.

Из последнего выражения легко установить зависимость числа оборотов диска от поглощаемой нагрузкой мощности:

.

Коэффициент пропорциональности С для каждого типа счётчика является постоянной величиной и называется действительной постоянной счётчика. Действительная постоянная счётчика численно равна количеству потребляемой нагрузкой энергии, соответствующей одному обороту диска счётчика.

Если в электрической цепи в течении времени t поглощается мощность Р то израсходованную энергию можно определить:

,

где – число оборотов диска за время t. Следовательно, поглощаемую в цепи энергию можно определить числом оборотов диска счётчика.

Кроме действительной постоянной, работа счётчика характеризуется так называемой номинальной постоянной счётчика С_н. Номинальная постоянная С_н – это количество электроэнергии, которое учитывает счётный механизм за время одного оборота диска. На щитке счётчика часто указывается величина А обратная номинальной постоянной:

Величина А называется передаточным числом. Передаточное число – это число оборотов диска, соответствующее израсходованной электроэнергии в 1 кВт ч, например: оборотов диска.

Номинальная и действительная постоянные счётчика могут несколько отличаться друг от друга, так как в счётчике имеются некоторые дополнительные тормозные моменты, обусловленные трением оси, счётным механизмом и др..

Зная действительную и номинальную постоянные счётчика можно определить его относительную погрешность g:

где: – энергия учтённая счётчиком; – действительно израсходованная энергия за один оборот диска.

Если нагрузка счётчика мала и составляет менее 4% от номинальной то подвижная часть счётчика может и не вращаться за счёт действия сил инерции и трения. Поэтому важным параметром счётчика является его чувствительность. Чувствительностью счётчика s – называется отношение наименьшей мощности Р_min или тока I_min к номинальной мощности Р_н или I_н, выраженные в процентах, при которой диск счётчика начинает непрерывно вращаться:

.

Для счётчика СО-2 . При активной нагрузке номинальная мощность составляет .

Дата добавления: 2015-05-06