Для учёта потребления активной энергии используют счётчик активной энергии,буквенное обозначение которого на принципиальных электрических
схемах – РWh. Измерительный механизм счётчика активной энергии устроен
следующим образом. На двух магнитопроводах, имеющих подковообразную форму и расположенных перпендикулярно друг другу, находятся обмотки (катушки индуктивности). Одна обмотка (обмотка напряжения) включается параллельно потребителю, вторая обмотка (токовая обмотка) включается последовательно с потребителем. Между магнитопроводами укреплён алюминиевый диск на оси, которая связана со счётным механизмом.
Принцип действия измерительного механизма следующий: при протекании электрического тока по обмоткам наблюдается явление электромагнетизма,
в результате чего создаются магнитные потоки обмоток. Эти потоки пронизывают диск и наблюдается явление электромагнитной индукции: в диске индуктируются вихревые э.д.с., под действием которых протекают вихревые токи. Взаимодействие магнитного поля обмоток и вихревых токов приводит к возникновению явления электромагнитной силы. Диск, а вместе с ним и счётный механизм, начинают
вращаться. Для торможения диска (при отсутствии потребления электроэнергии) используется постоянный магнит подковообразной формы, полюса которого
расположены по разные стороны относительно плоскости диска.
На шкале счётчика указываются следующие технические параметры:
тип; номинальное напряжение (220 В, 380 В – для непосредственного включения; 100 В – для включения через измерительный трансформатор напряжения);
номинальный ток (5 А, 10 А, 20 А, 50 А); постоянная счётчика, которая
показывает, сколько оборотов диска соответствует 1 кВт×ч.
Счётчик активной энергии включается аналогично ваттметру.
На практике (помимо учёта потреблённой электроэнергии) счётчики используют для определения мощности включённой нагрузки. Для этого снимают разность показаний счётчика за длительный промежуток времени (несколько часов), которую соотносят времени:
, (9.12)
где Р – активная мощность включённой нагрузки, кВт;
D W – разность показаний счётчика, кВт×ч;
t – время, ч.
Существует более быстрый, но менее точный способ определения мощности включённой нагрузки. Для этого снимают количество оборотов диска за короткий промежуток времени (несколько секунд), которое соотносят времени и постоянной счётчика:
, (9.13)
где n – количество оборотов диска, об.;
С сч – постоянная счётчика, об /(кВт × ч);
t – время, с.
Счётчики активной энергии выпускаются в однофазном, трёхфазном
трёхпроводном и трёхфазном четырёхпроводном исполнении. Измерительный
механизм трёхфазного трёхпроводного счётчика представляет собой совокупность измерительных механизмов двух однофазных счётчиков, диски которых расположены на общей оси и работают на один счётный механизм (такой измерительный
механизм называется двухэлементным). Измерительный механизм трёхфазного
четырёхпроводного счётчика представляет собой совокупность измерительных
механизмов трёх однофазных счётчиков, диски которых расположены на общей оси и работают на один счётный механизм (такой измерительный механизм называется трёхэлементным).
Измерение реактивной энергии осуществляется с помощью счётчиков
реактивной энергии, конструкция которых аналогична трёхфазным четырёхпроводным счётчикам активной энергии. Отличие заключается в способе подключения счётчика реактивной энергии.
Вопросы для самоконтроля
1. Для чего предназначен счётчик активной энергии?
2. Опишите устройство счётчика активной энергии.
3. Опишите принцип действия счётчика активной энергии.
4. Составьте и опишите принципиальную электрическую схему
включения счётчика активной энергии в высоковольтную сеть
с помощью измерительных трансформаторов напряжения и тока.
5. Что понимается под постоянной счётчика активной энергии?
6. Как определить мощность нагрузки
по показаниям счётчика активной энергии?
Измерение сопротивлений
В цепях постоянного тока сопротивление элемента цепи можно измерить с помощью вольтметра и амперметра. Для этого измеряют напряжение на элементе цепи и силу тока, который в нём протекает. Разделив показание вольтметра на показание амперметра, определяют сопротивление:
. (9.14)
В цепях переменного тока по показаниям вольтметра и амперметра можно
определить полное сопротивление элемента цепи:
. (9.15)
Активное сопротивление элемента в цепи переменного тока можно
определить по показаниям ваттметра и амперметра:
. (9.16)
Пример 9.5
Катушка индуктивности подключена к однофазному источнику (50 Гц). В цепь
катушки включены ваттметр, вольтметр и амперметр. После подачи напряжения на зажимы катушки показания приборов составили: ваттметра – 110 Вт, вольтметра – 220 В,
амперметра – 5 А.
Определить параметры катушки (полное, активное и индуктивное сопротивления).
Решение.
1. Определяем полное сопротивление катушки по (9.15):
.
2. Определяем активное сопротивление катушки по (9.16):
.
3. Определяем индуктивное сопротивление катушки из (3.75):
.
Для непосредственного измерения сопротивлений используется электроизмерительный прибор омметр, который представляет собой совокупность миллиамперметра магнитоэлектрической системы и специальной измерительной системы, состоящей из источника постоянной электродвижущей силы и регулируемого резистора (рис.9.4).
При неизменном напряжении источника сила тока в цепи зависит от измеряемого сопротивления, что позволяет градуировать шкалу миллиамперметра в омах:
, (9.17)
где I – сила тока в цепи, А;
R р – сопротивление регулируемого резистора, Ом;
R а – сопротивление амперметра, Ом;
R х – измеряемое сопротивление, Ом.
Чем больше измеряемое сопротивление, тем меньший ток протекает в цепи, поэтому омметр имеет обратную шкалу.
Помимо омметра сопротивление элемента цепи можно измерить с помощью измерительного моста. Рассмотрим четырёхплечий измерительный мост (рис.9.5).
В одно плечо моста включается
элемент цепи, сопротивление которого
необходимо измерить (R х), в три других плеча моста включаются регулируемые резисторы R 1, R 2, R 3. Измерительный мост имеет две диагонали (ab и cd), к диагонали ab подключается источник постоянной электродвижущей силы, к диагонали cd – гальванометр G.
При измерении необходимо сопротивления регулируемых резисторов изменять так, чтобы уравновесить мост, то есть ток в гальванометре должен отсутствовать. Это означает, что в уравновешенном состоянии I 1 = I 2, I 3 = I x. В соответствии со вторым законом Кирхгофа:
; 
. (9.18)
Разделив одно уравнение на другое, получим:
. (9.19)
Вопросы для самоконтроля
1. Составьте расчётную схему двухплечего моста.
2. Опишите принцип действия двухплечего моста.
3. Составьте расчётную схему четырёхплечего моста.
4. Опишите принцип действия четырёхплечего моста.