счетчика активной энергии
1 Цель работы: изучение устройства, принципа действия счетчика, определение постоянной прибора и его проверка.
2 Приборы: счетчик индукционный однофазный СО-2, ваттметр, ЛАТР-1, трансформатор 220/12 В, вольтметр на 250 В, амперметры на 1, 5 и 10 A, трансформатор тока 15/5 А, реостат на 600 Ом и секундомер.
3 Краткая теория
Однофазные индукционные счетчики служат для учета активной энергии переменного тока в однофазных цепях.
Принцип действия индукционного счетчика основан на взаимодействии магнитных потоков с токами, наводимыми в подвижном диске счетчика.
Рисунок 1 – индукционный счетчик
На рисунке 1 схематически изображено устройство одного из типов индукционных счетчиков. На нижний железный сердечник П-образной формы надета катушка, состоящая из небольшою числа витков толстой проволоки, по которой проходит весь ток нагрузки I1, и так как магнитный поток Ф1, создаваемый током I1, большую часть своего пути проходит по воздуху, то величина его пропорциональна току I1 и почти совпадает с ним по фазе.
На другой сердечник, расположенный выше первого, нанесена обмотка из большего числа витков тонкой проволоки, присоединенная параллельно к цепи. Ток I2, протекающий по этой катушке, создает магнитный поток Ф2, который распределяется по двум параллельным магнитным цепям. Часть этого потока Ф2/ замыкается через диск, находящийся в междужелезном пространстве. Другая часть потока Ф2//, замыкается через магнитный шунт, благодаря которому увеличивается индуктивное сопротивление параллельной обмотки электромагнита, что необходимо для установления пропорциональности между вращающим моментом подвижной системы счетчика и мощностью, расходуемой в цепи. Ток I2 и магнитный поток Ф2/, пронизывающий диск, отстают по фазе от напряжения U на угол, близкий к π/2.
Если ток I1 отстает по фазе от приложенного напряжения на угол φ, то потоки Ф1 и Ф2 сдвинуты по фазе один относительно другого на угол (π/2 – φ).
Магнитный поток Ф1 индуктирует в подвижном алюминиевом диске вихревые токи I в.т., которые, взаимодействуя с магнитным потоком Ф2/ создают вращающий момент, пропорциональный произведению амплитуд магнитных потоков и синусу угла между ними:
М = кФ1Ф2 / sin (π/2 – φ) = к Ф1Ф2 / cos φ
или, так как Ф1 и Ф2 / пропорциональны соответственно величине тока I и напряжению U
М = CUIcos φ = СР,(1)
где С – коэффициент пропорциональности;
Р – мощность расходуемая в цепи.
Таким образом, вращающий момент диска, а следовательно и его скорость вращения, пропорциональны активной мощности, выделяемой в потребителе. Так как вращение диска фиксируется счётным механизмом, то учтенная счетчиком энергии пропорциональна числу оборотов диска
Pt = W = CN, (2)
где С = W / N – называется постоянной счетчика.
Постоянная счетчика показывает величину энергии, учитываемой счетчиком за один оборот диска
[Сном]=[ W/N]=[Вт сек/об]=[Дж/об]. (3)
Номинальная постоянная С определяется по паспортным данным счетчика.
Постоянный магнит в магнитном поле которого вращается диск, создает в диске вихревые токи, поглощающие механическую энергию подвижной системы счетчика, и этим регулирует число оборотов счетчика.
К достоинствам счетчиков следует отнести допускаемую ими перегрузку, малое собственное потребление мощности (около 1,5 Вт), прочность конструкции и невысокую стоимость.
Недостатки счетчика: влияние частоты и температуры на его показание, относительное увеличение оборотов счетчика при малой нагрузке и повышении напряжения.
Пропорциональность между скоростью вращения диска и мощностью нагрузки соблюдается только у идеального счетчика. У реального счетчика такая пропорциональность соблюдаться не может из-за наличия дополнительного тормозящего момента, обусловленного силами трения, возникающими в опорах подвижной части прибора. Эти силы зависят от состояния трущихся поверхностей, от веса подвижной части.
Влияние сил трения возрастает при малых нагрузках. На работу счетчика влияет также температура окружающей среды, так как с температурой изменяется электрической сопротивление материала диска. Наконец сильно влияет на показания счетчика изменения частоты тока.
Вращение диска счетчика при отсутствии тока (нагрузки) в токовой обмотке называется самоходом. Погрешность в учете энергии, вызываемой самоходом, обычно невелика, но нежелательна.
По ГОСТу при напряжении 110 % от номинального, диск счетчика не должен вращаться. Счетчик должен быть достаточно чувствительным к малым нагрузкам.
По ГОСТу диск должен вращаться безостановочно при номинальном напряжении и токе нагрузки 1% от номинального при cos φ = 1.