 |
Рисунок 9.1 – Схематическое изображение устройства и включения в цепь однофазного и индукционного счетчика
|
|
|
|
Рисунок 9. 1 – Схематическое изображение устройства и включения в цепь однофазного и индукционного счетчика
Рисунок 9. 2 – Устройство тангенциального индукционного однофазного счетчика
Рисунок 9. 3 – Векторная диаграмма индукционного счетчика
Называется он нерабочим магнитным потоком параллельной цепи в отличие от потока, называемого рабочим.
Рассматриваемый индукционный счетчик является трехпоточным измерительным. Однако при рассмотрении его работы можно пользоваться уравнением, выведенным для двухпоточного измерительного механизма, с учетом того, что в данном случае по существу диск пронизывается двумя потоками и, из которых поток пронизывает диск дважды и в противоположных направлениях (рис. 9. 3).
Из-за больших воздушных зазоров на пути потоков и можно с достаточным приближением считать зависимость между этими потоками и токами и линейной, т. е.
где - напряжение на параллельной обмотке; - полное сопротивление параллельной обмотки. Ввиду малости активного сопротивления параллельной обмотки по сравнению с ее индуктивным сопротивлением можно принять
где – индуктивность обмотки.
Тогда
(9. 1)
где
Для дальнейшего анализа работы счетчика воспользуемся векторной диаграммой рис. 9. 3. На диаграмме - вектор напряжения сети; - вектор тока в последовательной обмотке, отстающий по фазе от напряжения на угол (предполагается индуктивный характер нагрузки); - вектор потока последовательного электромагнита, отстающий от вектора тока по фазе на угол из-за потерь на гистерезис в сердечнике электромагнита и вихревые токи в нем и диске; - вектор тока в параллельной обмотке, который отстает от вектора на угол, близкий к, вследствие большой индуктивности обмотки.
|
|
|
Векторы потоков и отстают от вектора тока соответственно на углы и, причем в связи с тем, что потоком создаются дополнительные потери на вихревые токи в диске.
Потоки и индуктируют в параллельной обмотке э. д. с. и, отстающие от них по фазе на. Вектор напряжения должен уравновешивать векторы э. д. с. и, а также падение напряжения - на активном сопротивлении параллельной обмотки и - э. д. с. от потоков рассеяния той же обмотки.
Как следует из диаграммы, . Если выполнить условие, то. Тогда уравнение (9. 1) примет вид:
(9. 2)
т. е. вращающий момент счетчика пропорционален мощности переменного тока.
Для выполнения условия необходим нерабочий поток, э. д. с. от которого, являясь составляющей вектора (рис. 100) влияет на значение угла.
Для выполнения указанного условия в счетчике используются различные приспособления. Так, в счетчике, показанном на рис. 9. 1, используется медная пластинка 3, помещаемая на пути потока. Для регулировки угла на сердечник электромагнита 1накладываются короткозамкнутые витки или дополнительная обмотка, замкнутая на регулируемый резистор.
Для создания противодействующего момента, называемого в счетчиках тормозным, применяется постоянный магнит 8 (рис. 9. 1), между полюсами которого находится диск. Тормозной момент создается от взаимодействия поля постоянного магнита с током в диске, получающимся при вращении диска в поле магнита. Тормозной момент
(9. 3)
где - постоянная величина.
Ток можно выразить следующим образом:
где - угловая скорость диска. Тогда, подставляя выражение для тока в (9. 3) и учитывая, что - величина постоянная, найдем
(9. 4)
В индукционных счетчиках имеется еще два дополнительных тормозных момента и, возникающих при взаимодействии переменных магнитных потоков и с токами в диске, индуктированными этими потоками при его вращении.
|
|
|
Однако обычно и значительно меньше, поэтому моментами и пренебрегаем. Пренебрегая также трением, получим для установившейся равномерной угловой скорости диска. С учетом зависимостей (9. 2) и (9. 4) имеем
Интегрируя последнее равенство в пределах интервала времени, получим
(9. 5)
где - энергия, израсходованная в цепи за интервал времени; - число оборотов диска за этот же интервал времени; - постоянная счетчика.
Отсчет энергии производится по показаниям счетного механизма - счетчика оборотов 7 (рис. 9. 1). Единице электрической энергии (обычно ), регистрируемой счетным механизмом, соответствует определенное число оборотов подвижной части счетчика. Это соотношение, называемое передаточным числом, указывается на счетчике.
Величина, обратная передаточному числу, т. е. отношение зарегистрированной энергии к числу оборотов диска, называется номинальной постоянной. Значения величин и зависят только от конструкции счетного механизма и для данного счетчика остаются неизменными.
Под действительной постоянной счетчика С понимается количество энергии, действительно израсходованной в цепи за один оборот подвижной части. Эта энергия может быть измерена образцовыми приборами, например ваттметром и секундомером.
Действительная постоянная в отличие от номинальной зависит от режима работы счетчика, а также от внешних условий, например температуры, частоты и т. д. Зная значения постоянных и, можно определить относительную погрешность счетчика
(9. 6)
где - энергия, измеренная счетчиком, а - действительное значение энергии, израсходованной в цепи.
По точности счетчики активной энергии делятся на классы 0, 5; 1, 0; 2, 0 и 2, 5; счетчики реактивной энергии - на классы 1, 5; 2, 0 и 3, 0 (ГОСТ 6570-75).
При выводе (3. 51) было сделано допущение, что трение в измерительном механизме счетчика отсутствует. В действительности оно имеется и складывается из трения в опорах, в счетном механизме, трения подвижной части о воздух. Момент трения может вызвать значительную погрешность, особенно при малых (менее 10% номинальной) нагрузках, когда вращающий момент соизмерим с моментом трения.
|
|
|
Государственным стандартом устанавливается порог чувствительности (в процентах) счетчика, определяемый выражением, -где минимальное значение тока, при котором диск счетчика начинает безостановочно вращаться; - номинальное для счетчика значение нагрузочного тока. При этом напряжение и частота тока в измеряемой цепи должны быть номинальными, а. Согласно ГОСТ 6570-75 порог чувствительности не должен превышать 0, 4% - для счетчиков класса точности 0, 5 и 0, 5% - для классов 1, 0; 1, 5 и 2, 0. Для счетчиков реактивной энергии классов 2, 5 и 3, 0 значение S должно находиться в пределах 1 %. Для снижения порога чувствительности и его регулировки в счетчике имеется устройство, компенсирующее действие момента трения. Принцип компенсации состоит в том, что рабочий поток параллельного электромагнита вблизи диска искусственно расщепляется на два потока, смещенные в пространстве и сдвинутые по фазе. Расщепление потоков и сдвиг по фазе достигается - обычно с помощью медной или латунной пластинки, перекрывающей часть полюса сердечника параллельного электромагнита. Взаимодействие полученных потоков создает дополнительный вращающий момент - компенсационный момент.
При наличии напряжения в параллельной цепи счетчика и отсутствии тока в цепи нагрузки диск может начать вращаться без остановки. Такое явление называется самоходом, который может возникнуть, если компенсационный момент превышает момент трения.
Согласно ГОСТ 6570-75 самохода не должно быть при любом напряжении от 80 до 110% номинального. Для устранения самохода чаще всего к оси диска прикрепляется стальная проволочка 6 (рис. 9. 1), а к магнитопроводу параллельного электромагнита стальная пластинка 5 (флажок). При вращении подвижной части проволочка притягивается к флажку, намагниченному потоками рассеяния электромагнита, что создает дополнительный тормозной момент, устраняющий самоход.
|
|
|
