Л а б о р а т о р н а я  р а б о т а  № 1.9

ОДНОФАЗНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ СЧЕТЧИК
АКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ

 

Цель работы: ознакомление с устройством, принципом действия и способом поверки однофазного счетчика.

 

Общие сведения

 

Измерение активной энергии в цепях переменного тока проводится с помощью интегрирующих электроизмерительных приборов – электрических счетчиков. Технические требования к ним регламентированы ГОСТ 6570-96. В счетчиках используется индукционный измерительный механизм, устройство которого упрощенно показано на рис. 9.1, где 1 – трехстержневой магнитопровод с обмоткой напряжения, 2 – П-образный магнитопровод с токовой обмоткой,
3 – алюминиевый диск, укрепленный на подвижной оси, 4 – противополюс, 5 – постоянный магнит.

Ток в обмотке напряжения I_U создает магнитный поток Ф, часть которого замыкается через боковые стержни (Ф _L), а часть через диск 3 и противополюс 4 – это рабочий поток Ф _U, отстающий от тока I_U на угол a _U (рис. 9.2).  

 

 

Рис. 9.1

Ток нагрузки I создает в магнитопроводе 2 магнитный поток Ф _I, который дважды пересекает диск 3.

Таким образом, диск пересекают два несовпадающих в пространстве и имеющих сдвиг по фазе магнитных потока Ф _I, Ф _U, которые наводят в диске вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов с магнитными потоками создает вращающий момент

М = С Ф _I Ф _U siny.

 

Рис. 9.2

 

Для учета счетчиком только активной энергии необходимо, чтобы вращающий момент был пропорционален активной мощности нагрузки

М = С ₁ P = C ₁ UI cosj.

 

Из-за наличия больших воздушных зазоров в сердечниках поток Ф _I пропорционален току I, а поток Ф _U – напряжению U. Следовательно, счетчик учитывает активную энергию, если выполнено фазное условие

 

siny = cosjилиy + j = 90°.

 

Для обеспечения равномерной угловой скорости диска создают тормозной момент М _Т с помощью постоянного магнита 5. При вращении диска в магнитном поле постоянного магнита в диске наводятся вихревые токи и в результате их взаимодействия с полем постоянного магнита возникает тормозной момент, пропорциональный скорости вращения диска n:

М _Т = С ₂ n.

 

Равновесие устанавливается при

М = М _Т     или      C ₁ P = C ₂ n.

 

За время t диск сделает N = nt оборотов, а нагрузка потребит энергию W = Pt:

 

C ₁ Pt = C ₂ nt     или    C ₁ W = C ₂ N.

 

Таким образом, число оборотов диска N пропорционально учитываемой счетчиком энергии. Коэффициент пропорциональности , численно равный энергии, приходящейся на один оборот диска, называют действительной постоянной счетчика.

Число оборотов диска, приходящееся на 1 кВт×ч (N ₀), называют передаточным числом. Оно указывается на счетчике. Например:
1 кВт×ч – 2500 оборотов диска. Величина, обратная передаточному числу N ₀, определяет номинальную постоянную счетчика С _ном.

При работе счетчика в опорах диска и в счетном механизме возникают силы трения, зависящие от скорости вращения. Обусловленный ими тормозной момент трения вносит погрешность в показания счетчика. Для компенсации момента трения в счетчике предусмотрена специальная магнитная система, создающая допол-нительный вращающий момент, не зависящий от тока нагрузки. Этот компенсационный момент пропорционален квадрату напряжения. При неправильной регулировке счетчика компенсационный момент может превысить момент трения и диск счетчика будет вращаться даже при отключенной нагрузке. Это явление называют самоходом. Если компенсационный момент меньше момента трения, то счетчик не будет работать при малых нагрузках. Минимальная нагрузка Р _min, при которой диск счетчика непрерывно вращается, определяет порог чувствительности (чувствительность)

 

.

Целью поверки счетчика является определение его погрешности, чувствительности и самохода. Наиболее точный метод поверки – метод ваттметра и секундомера (рис. 9.3) – заключается в сравнении энергии, подсчитанной по счетчику:

 

 

с действительной энергией, подсчитанной по образцовому ваттметру и секундомеру: W _д = P_W × t.

В результате поверки определяют относительную погрешность счетчика

 

.

 

При маркировке счетчика указывают: тип, единицы измерения электрической энергии, номинальное напряжение, номинальный и максимальный токи (10…40 (А) или 10 (40) А), номинальную частоту сети, постоянную счетчика, класс точности прибора.

По точности измерения счетчики активной энергии подразделяются на классы 1,0; 2,0; 2,5. В отличие от электромеханических приборов других систем класс точности счетчиков определяется не приведенной, а относительной погрешностью. Допустимые погрешности для счетчиков класса 2,5 приведены в табл. 9.1.

 

Т а б л и ц а  9.1

 

Нагрузка, %	10	20	50	100
При cosj = 1	±3,5 %	–	±2,5 %	±2,5 %
При cosj = 0,5	–	±4,0 %	–	±4,0 %

 

 

Предварительное задание к эксперименту

 

Для электрической цепи по схеме рис. 9.3 вычислить показания амперметра, ваттметра и определить число оборотов N диска счетчика за 5 минут работы установки, если вольтметр показывает 220 В, передаточное число счетчика N ₀ = 1200, величины R и С заданы в табл. 9.2.

 

Т а б л и ц а  9.2

 

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8
R, Ом	50	70	80	90	110	120	130	150
С, мкФ	40	40	20	20	20	20	40	40

 

Результаты расчетов записать в табл. 9.3.

 

Т а б л и ц а  9.3

 

		I, А	P, Вт	W д, Вт.с	N, об	W, Вт.с	d, %
Вычислено						–	–
Измерено	R, C из табл. 9.2
Измерено	R из табл. 9.2 С = 0