Исследование работы однофазного индукционного

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

[С_ном]=[ 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.