Конспект Приборы индукционной системы

Тема Приборы  индукционной системы: общие сведения, схемы подключений

Одноэлементный индукционный счетчик используется для учета активной энергии в однофазных цепях переменного тока (в учет реактивной энергии в однофазных цепях переменного тока В
виду малости реактивной нагрузки не производится).

В технической литературе электрические счетчики, предназначенные для учета энергии в однофазных цепях переменного тока, называют однофазными счетчиками.

В качестве вращающего элемента однофазного счетчика используется индукционный измерительный механизм. Принцип действия
механизма основан на взаимодействии двух или нескольких переменных магнитных потоков с токами, индуцированными ими в подвижном алюминиевом диске. Можно показать, что возникающий в
индукционном измерительном механизме вращающий момент М равен:

где Ф₁ и Ф₂ — потоки, пересекающие алюминиевый диск; f — частота изменения потоков Ф₁ и Ф₂; ф — угол фазового сдвига между
потоками Ф₁ и Ф₂.

Анализируя выражение (13.1), следует отметить, что:

1)            для создания вращающего момента необходимо не менее
двух переменных потоков или двух составляющих одного потока,
имеющих фазовый сдвиг и смещенных в пространстве;

2)            вращающий момент достигает своего максимального значения, когда фазовый сдвиг между потоками Ф1 н Ф2 равен 90^о
(sin = 1);

3)            вращающий момент зависит от частоты изменения потоков Ф₁ И Ф₂.

Рассмотрим принцип работы и устройство однофазного индукционного счетчика. На рис. 13.1 схематично показано устройство широко распространенного индукционного счетчика типа СО (счетчик однофазный): 1—трехстержневой магнитопровод с обмоткой
цепи напряжения; 2 — П-образный магнитопровод с двумя последовательно соединенными токовыми обмотками; 3 — алюминиевый
диск, жестко укрепленный на оси подвижной части; 4 — противо-полюс из магнитомягкого материала; 5 — стальной поводок для
создания и регулировки компенсационного момента; 6 — постоянный магнит для создания тормозного момента; 7 — короткозамкнутые витки; 8 — обмотка, замкнутая на проволочный
резистор 9 с регулируемым
сопротивлением; 10 — стальной крючок; 11 — пластина с
флажком, выполненные из
магнитомягкого материала;12 - счетный механизм; 13 —
перемычка для изменения сопротивления резистора 9.

На рис. 13.2 приведена упрощенная векторная диаграмма, поясняющая принцип работы
счетчика.

Напряжение V, приложенное к обмотке напряжения, находящейся на среднем стержне магнитопровода 1 (см. рис. 13.1),
вызывает в обмотке ток отстающий по фазе от напряжения U
ввиду большого реактивного сопротивления обмотки на угол,
близкий к 90°. Ток I_U создает магнитный поток Ф в среднем
стержне магнитопровода 1. Поток делится на два потока — поток Ф_U и поток Ф_L. Рабочий поток Ф_U пересекает диск 3 и замыкается через противополюс 4. Нерабочий поток замыкается через
боковые стержни магнитопровода 1 и непосредственного участия в
создании вращающего момента счетчика не принимает. Потоки Ф_U
и Ф_L отстают от тока I_U на углы потерь а_U и а_X. Угол а_U>а_L
так как поток Ф_L- пересекает диск 3 и проходит через противополюс 4, в которых возникают дополнительные потери. Ток I создает
в магнитопроводе 2 магнитный поток Ф_I, который дважды пересекает диск 3 и проходит через нижнюю часть среднего стержня
магнитопровода 1. Поток ФI отстает от тока 1 на угол а_I. Таким образом, диск пересекают два несовпадающих в пространстве
и имеющих фазовый сдвиг магнитных потока, т. е. Ф_U и Ф_I, причем поток Ф_I пересекает диск дважды. Возникает вращающий момент M Выражение (13.1) для этого случая принимает вид:

При работе на линейном участке кривой намагничивания магнитомягких материалов магнитопроводов имеем:

где z_U— модуль полного сопротивления обмотки цепи напряжения.

Ввиду малости активного сопротивления R_U обмотки напряжения по сравнению с реактивным сопротивлением X_U этой обмотки
можно считать, что

где L_U — индуктивность обмотки напряжения.

Для учета числа оборотов диска в счетчиках устанавливается
счетный механизм 12 (см. рис. 13.1). Число оборотов диска счетчика, приходящееся на единицу учитываемой счетчиком энергии, называют передаточным числом счетчика. Передаточное число счетчика указывается на щитке счетчика. Например:

Величина, обратная передаточному числу счетчика, т. е. энергия,
учитываемая счетчиком за один оборот диска, называется номинальной постоянной счетчика С_ном. Для счетчика с указанным выше
передаточным числом номинальная постоянная С_ном определяется
следующим образом:

Зная С_ном и число оборотов диска счетчика за данный интервал времени, нетрудно определить учтенную счетчиком за этот
интервал времени энергию:

Существенное влияние на правильность показаний счетчика при
малых нагрузках (при малом значении тока I) оказывает момент
трения в счетном механизме и опорах подвижной части счетчика.
Очевидно, что момент трения, действующий навстречу вращающему
моменту, будет уменьшать угловую скорость диска и учтенная счетчиком энергия будет меньше израсходованной. Для уменьшения погрешности счетчика от действия момента трения с помощью специальных приспособлений во всех типах счетчиков создают дополнительный вращающий момент. Этот момент называют компенсационным моментом. Наибольшее распространение получили три способа
создания компенсационного момента:

1)            с помощью винта из магнитомягкого материала, ввернутого
в противополюс под диском счетчика;

2)            с помощью короткозамкнутого витка, помещаемого на пути
потока  над диском счетчика;

3)            с помощью поводка 5 (см рис. 13.1), прикрепленного к
противополюсу под диском счетчика.

Независимо от способа получения компенсационный момент
возникает в результате взаимодействия двух или нескольких потоков, создаваемых обмоткой напряжения и сдвинутых относительно
друг друга в пространстве и по фазе, с токами, наводимыми ими в
диске счетчика. При наличии поводка компенсационный момент
создается потоками Ф_U и Ф_S. Поток Ф_S замыкается через пластину
с флажком 11, выполненную из магнитомягкого материала, и противополюс 4. Если поводок расположен по радиусу диска, то сила,
возникающая в результате взаимодействия потоков Ф_U и Ф_S с токами, наведенными ими в диске, действует также в направлении радиуса и дополнительный вращающий (компенсационный) момент
отсутствует. При смещении поводка возникающая сила создает дополнительный вращающий момент, компенсирующий момент трения.

Известно, что момент трения является величиной переменной,
зависящей от угловой скорости подвижной части. Компенсационный
момент при неизменном значении напряжения U и данном смещении
поводка является величиной постоянной. Следовательно, равенство
компенсационного момента моменту трения может быть выполнено
при одной вполне определенной нагрузке. Обычно равенство этих
моментов осуществляют при регулировке счетчика при токе I, примерно равном 10% номинального тока Iном.

При эксплуатации счетчика в ряде случаев компенсационный
момент превышает момент трения и диск счетчика начинает вращаться даже при токе , т. е. когда потребитель энергию не расходует.

В соответствии с ГОСТ 6570-75 вращение диска счетчика под
действием напряжения, поданного на зажимы параллельной цепи,
и при отсутствии тока в последовательной цепи называется самоходом. Для устранения самохода на оси диска прикрепляют крючок
10 (см. рис. 13.1) из ферромагнитного материала. Флажок И намагничивается потоком  и, притягивая крючок 10, устраняет самоход. Таким образом, теперь, даже тогда, когда компенсационный
момент больше момента трения, диск счетчика при токе не
совершает более одного оборота, что в соответствии с ГОСТ 6570-75
считается отсутствием самохода.

Сила взаимодействия между крючком и флажком должна быть
отрегулирована так, чтобы счетчик обладал допустимым порогом
чувствительности.

Контрольные вопросы:

1.        приведена упрощенная векторная диаграмма, поясняющая принцип работы
счетчика

2.       индукционном измерительном механизм

3.       приведена упрощенная векторная диаграмма, поясняющая принцип работы
счетчика.