Вимірювання енергії однофазного змінного струму. Індукційні лічильники електроенергії

Як вже зазначалося, електрична енергія визначається шляхом інтегрування потужності, що споживається навантаженням в часі. Енергія вимірюється електричними лічильниками. В лічильниках змінного струму використовуються індукційні вимірювальні механізми. За конструктивними особливостями такі лічильники ділять на радіальні і тангенційні. Вітчизняною промисловістю зараз випускаються лише тангенційні лічильники типу СО, їх схема зображена на рис. 3.1.

Струм І в колі т. з. послідовного електромагніта 1 створює магнітний потік Ф _І, який проходить через осердя цього електромагніту, через осердя т. з. паралельного електромагніту 2 і двічі перетинає алюмінієвий диск 3. Струм І_U в паралельному колі лічильника створює потоки Ф _U і Ф _L. Перший, замикаючись через протиполюс 4, перетинає диск в одному місці (посередині між полюсами електромагніту 1). Потік Ф _L замикається через бічні стержні електромагніту 2, не перетинає диска і безпосередньої учатсі в обертанні диску не приймає. Він називається неробочим магнітним потоком паралельного кола, а потік Ф _U – робочим. Таким чином, в обертанні диску беруть участь всього два магнітні потоки – Ф _U, що проходить через диск один раз, та Ф _І, що проходить через нього двічі (див. рис. 3.1).

; , (3.10)

де U – напруга в паралельній обмотці; k_I, k_U – деякі постійні коефіцієнти; Z_U – повний опір паралельної обмотки.

В зв’язку з тим, що активний паралельної обмотки суттєво менший в порівнянні з її індуктивним опором X_U, можжемо прийняти

, (3.11)

де L_U – індуктивність обмотки; f – частота зміни знаку потоків (частота струму).

Тоді потік

(3.12)

Внаслідок взаємодії потоків Ф _U та Ф _І з вихровими струмами, що наводяться ними у диску 3, створюються обертові моменти, напрямки дії яких на диск збігаються а результуючий обертовий момент, що діє на диск 3, визначається з виразу [2, 3]:

, (3.13)

де ψ – кут між векторами Ф _U та Ф _І; k=ck_I k^’_U; с – постійний коефіцієнт; φ – кут, на який вектор струму I відстає по фазі від вектору напруги U.

Для створення протидіючого моменту обертальному рухові диску 3 (в лічильниках цей момент називається гальмівним), до схеми введено постійний магніт 5, між полюсами якого проходить диск. Гальмівний момент М_Г утворюється від взаємодії поля Ф_М постійного магніту зі струмом І_М, що наводиться ним в диску. Гальмівний момент можемо визначити з формули:

, (3.14)

де k ₁, k ₂ – постійні; – кутова швидкість обертання диску.

Нехтуючи тертям в опорах та гальмівними моментами, що їх утворюють потоки Ф _U та Ф _І; для усталеної рівномірної кутової швидкості обертання диску М=М_Г. Таким чином, з врахуванням (3.13) та (3.14), матимемо:

, або ж . (3.15)

Інтегруючи це рівняння в межах інтервалу часу ∆t=t₂ – t₁, отрумуємо вираз для електричної енергії, що споживається навантаженням вимірюється лічильником за проміжок часу ∆t:

W=CN, (3.16)

де С – постійна лічильника; N – кількість обертів диску за час ∆t.

Злічення енергії проводиться по лічильному механізму обертів диска 3, що його за допомогою черв’ячної передачі з’єднано з віссю диска. Одиниці електричної енергії (зазвичай 1 кВт/год), що реєструється лічильним механізмом, відповідає певна кількість його обертів. Це співвідношення зветься передавальним числом А і вказується на лічильнику.

За точністю лічильники активної енергії діляться на класи 0,5; 1,0; 2,0 і 2,5; лічильники реактивної енергії – на класи 1,5; 2,0 і 3,0 (ГОСТ 6570–75).

Поиск по сайту: