§ 16.8. Счетчики энергии переменного тока

Счетчики энергии переменного тока представляют собой интегри­рующие приборы, построенные на основе индукционных ИМ На рис. 16.4 схематично представлено устройство однофазного счетчика.

Зажимы, помеченные буквами / и И, означают «генератор» н «нагруз­ка», аналогично звездочке у генераторных зажимов ваттметра, так как правила включении счетчика те же, чти и для ваттметра. Враишющий момент индукционного ИМ (см. § 5.4):

М = ^ь/Ф,Ф_а$М, (16.3)

гдеф — угол сдвига между потоками Ф, и Ф_а.

Если сделать так, чтобы один поток был пропорционален напря­жению, а другой'—току нагрузки и осуществить равенство sintp =-

257

— cos«p, то момент М будет пропорционален мощности. Поток Ф₈, создаваемый электромагнитом / и питаемый током нагрузки /. можно считать пропорциональным этому току. Обозначив его через Ф;. получим:

Параллельная обмотка электромагнита 2 состоит из большого числа витков w, и можно приближенно считать, что все приложенное к ней

напряжение уравновеши­вается э. д. с. самоиндук-• цни Я, т. е.

где Ф — полный поток, создаваемый обмоткой па­раллельной цепи; ш — уг­ловая частота.

Поток Ф разветвляется на поток Ф/., проходящий через магнитный шунт, и поток Фи. пересекающий диск и называемый рабо­чим потоком, так как имен­но он участвует в создании вращающего момента

Для потока Ф/1, про­порционального потоку Ф, можно написать:

Ф[,=Ф_1в.А_вФ

где угловая частота заме­нена частотой I.

После подстановки значений Ф, н Ф_? в выражение (16.3) получим: M^KUI sin (16.4)

где К = AftjAv

Для того чтобы sin ф = сояр необходит выполнить условие ф ^г* =90" — ф, т. е. угол ф дол жен быть ряоен 90* при ф = 0. Поскольку поток Ф является геометрической суммой потоков Ф( и Фу, то, соотвег ствелно, сдвигая эти потоки относительно друг друга и делая их раз­личными по значению, можно и э. д. с, уравновешивающую прило­женное напряжение, рассматривать как состоящую также из двух составляющих Е^ н Ей, сдвинутых относительно соответствующих потоков па 90^е. Благодаря этому вектор суммарной 9. д. с, а вместе с этим и вектор напряжения U удается повернуть на необходимый угол ф.

На рис. 16.5 изображена векторная диаграмма счетчика, на кото­рой показаны также ток нагрузки /, отстающий от приложенного на­пряжения на угол ф, и вектор Фп отстающий от тока / на угол щ вследствие потерь в сердечнике и диске. Поток Фу сдвинут относитель- но тока tv на угол. облылин чем лоток Ф_{| так как на ого пути кроме мапппоировода находится диск счетчика, в котором существуют за­метные потери. Поток же Ф. замыкается через воздушный зазор, и активняч сосгпвлнюсцяя тока 1^ обусловлена лини, потернчи в маг-ннтопроводе (реактивные составляющие токов имеют индекс *\п). Что­бы вектор Ei оказал си повернутым на требуемый угол, поток Ф₁ дол­жен быть н 2,5 -3 раза больше потока Фу. Составляющие 1цГ и /ух являются активным и реактивным (от потока рассеянии) падениями напряжения в обмотке. Геометрическая сумма -- Еи, — Ei_.lt г и Где уравновешивает приложенное напряжение U.

I.i; учет, небольшой угол сдвига а между / и Ф₍. то угол В между Ф|. и Ь должен быть несколько больше 9(Г Действительно, нз диаграммы видно, что угол между Ф, и Фу равен С — В — а/ — а. Если р— а,-90*. т. fcp-af + a,. тот^ЭСГ — фн тогда:

Af =f (7/соьо;.

Регулировку угла сдвига В осуществляют, например, с помощью ме­таллической пластинки 3 (см. рис. 16.4), помещенной в воздушный вазор магнитного шунта, благодаря чему изменяется составляющая тока /и

Основываясь на соотношениях, приведенных п § 6.3. можно напи­сать:

KP = Pi*(drtldt),

откуда

KW^P_u2nN и N=S_WW,

где, согласно общему определению, Sn> — чувствнтслытсть счет­чика к энергии W. По исторически сложившейся традиции эту ве­личину называют передаточным числом счетного механизма 4 (см на рис. 16.4), указываемым на щитке счетчика в виде оборотов. сооттч-тст11ую1цнк единице энергии.

Величина, обратная передаточному числу, называется номинальной постоянной С„, Из за наличия погрешностей от трепня и неучтенных тормозных моментов, возннкакхцих от перерезания диском перемен­ных по времени потоков Фу н Ф/. действительная постоянная С. как правило, не равна номинальной. Она определяется путем измерения действительно израсходованной энергии W_t за некоторое число оборо­тов диска AV„ при помощи ваттметра я секундомера. В этом случае:

Vt = P_mt-CN.,

где Р„—мощность, измеренная ваттметром; / — время. О гею да

Относительная погрешность счетчика

Tr-l(C»—Q/Q 100%.

Совокупность многих факторов (о некоторых из них говорилось ранее) приводит к тому, что погрешность счетчика изменяется в за­висимое™ ог нагрузки (от потребляемой мощности Р)\ погрешность счетчика ха|>актеризуют кривой погрешностей, называемой также нл-

Ш

грузочной кривой. Характерные нагрузочные крипые покачаны на рис. 16.6 для дну* значений соыр.

Важным параметром счетчика является порей чувствительности, под которым понимаете в минимальная нагрузка, выражаемая обычно в процентах от номинальной, при которой подвижная часть начинает безоста неточно вращаться. Наряду с этим счетчик не должен обладать самоходом, т. е. его подвижная часть не должна вращаться, если нет

нагруэкн. и только парад- Д дельная иепь находится под

напряжением. Явление само­хода может няЛлилаап.с* по­тому, что в счетчиках имеется устройство, создающее допол­нительный (компенсирующий) момент, не зависящий от наг­рузки, для компенсации мо­мента трения. Дли устра­нения самохода счетчик снабжен приспособлен нем. которое произво­дит легкое притяжение подвижной части при прохождении ею опре­деленного положения. На рис 16.4 такое приспособлен не состоит из ферромагнитной пластинки 6 (в зоне потока рассеяния параллельного электромагнита) н отогнутой ферромагнитной пропашки 6. укреплен­ной на осн.

Основные свойства счетчиков нормируются ГОСТ 6570—60 Уста­новлены классы точности: 1. 0, 2.0; 2,5 н 3,0. Порог чувствительности должен быть не более 0.5% для классов 1 н 2 и I % — для классов 2,5 и 3,0.

| 11.8. Счвтчнии внрргми постоянного топ

На основании сказанного в 6 16.2 н 16.3 можно заключить, что на электродинамическом принципе можно гюстроить как электродинами­ческие, так и • роли • • скне » счетчики энергии Для этого нуж­но, чтобы подвижная часть вра­щалась подобно двигателю посто­янного тока. То1да вращающий момент счетчика будет пропорцио­нален мощности, а тормозной момент -скорости вращения. Этот момент соадлется так же, как и в индукционном счетчике, при по­мощи диска н ПОСТОЯН1ЮЮ маг­нита.

В СССР применяются главным образом электродинамнческиесчет-чнки. Схематически устройство вращающего элемента счетчика для электровозов показано на рис. 16.7. Обмотка ротора состоит из шести

МО

плоских Катушев /. уложенных в писке из гетинакса, укрепленном на оси. Концы катушек выведены к пластинам коллектора 2. Ротор подключается к напряжению сети через добавочное сопротивленне R_g. Роль неподвижных катушек (статора) играют медные шины 4, через которые проходит весь ток нагрузки /„. Резисторы R, н конденсаторы d введены в параллельную цепь для подавления искрения между щетками 3 и коллектором при коммутации. Цепь R, — С» предназна­чена для зашиты коллектора от обгорання при отскакивании щеток. Характеризующие счетчик параметры тс же, что и дли счетчика пере­менного тока: передаточное число; номинальная постоянная; погреш­ность; класс точности, порог чувствительности.

Главная дополнительная погрешность обусловливается изменением температуры и зависит от ряда факторов, важнейшим из которых яв­ляется изменение сопротивления алюминиевого (тормозного) диска и потока постоянного магнита. Для температурной коррекции ротор шунтирован цепью из резисторов R₃ — R_t, причем R_t — полупровод­никовое термоэависнмое сопротивление.

Б. Намерение активной мощности н энергии в трехфазных цепях