книги из ГПНТБ / Подольский Л.Р. Счетчики электрической энергии электроподвижного состава

ОТ А В Т О Р О В

Придавая исключительно важное значение экономному использованию электрической энергии, ЦК КПСС в ноябре 1959 г. в письме «О рациональном использовании электри­ ческой энергии в народном хозяйстве» указал, что для более полного удовлетворения возрастающих потребностей стра­ ны в электрической энергии необходимо одновременно с наращиванием энергетических мощностей обеспечить ра­ циональное использование каждого киловатт-часа во всех отраслях народного хозяйства и в быту.

Железнодорожный транспорт является крупным потре­ бителем электрической энергии в стране. В 1961 г. общий расход электроэнергии железнодорожным транспортом со­ ставил более 15 млрд, квт-ч, в том числе на электрическую тягу поездов израсходовано 12,4 млрд, квт-ч.

Опыт многих-железных дорог показывает, что в резуль­ тате разработки и внедрения рациональных методов вожде­ ния электроподвижного состава, применения рекуператив­ ного торможения и ряда других организационных и техни­ ческих мероприятий может быть достигнута значительная экономия электроэнергии. Для дальнейшего повышения эффективности этих мероприятий необходим индивидуаль­ ный учет расходования энергии за поездку каждой локомо­ тивной бригадой, что может быть осуществлено только в результате оборудования всех электровозов и моторных вагонов надежно работающими счетчиками электроэнергии.

В настоящее время заканчивается оборудование элект­ роподвижного состава постоянного тока счетчиками типа ДбООм, которые изготовляет Ленинградский электромехани­ ческий завод Ленинградского совнархоза.

Авторы выражают глубокую благодарность канд. техн. наук А. В. Бычковскому за большую работу по редактиро­ ванию книги.

Все замечания и пожелания по книге будут приняты ав­ торами с благодарностью, просим их направлять по адресу: Москва, Б-174, Басманный туп., 6а, Трансжелдориздат.

3

Г л а в а /

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СЧЕТЧИКАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

§ 1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ и УСТРОЙСТВО СЧЕТЧИКА

Количество электрической энергии Л (вт-ч), потребляе­ мой при постоянном токе, равно произведению тока I (а) на напряжение U (в) на зажимах потребителя и на время потребления энергии t (ч), т. е. A — IUt (вт-ч).

Потребителем электрической энергии может быть, на­ пример, осветительная лампа (или лампы), электрическая печь, электродвигатель, электровоз в целом и т. д. Для электровоза, под напряжением на «зажимах потребителя», нужно понимать напряжение между контактным проводом и рельсами.

Перемножив величину тока I (а) и напряжения U (в), получим мощность Р (вт). Поэтому счетчик электрической

в процессе потребления энергии, то величина А будет равна сумме произведений большого числа мгновенных величин токов / мг на соответствующие значения напряжения Uur.

ина малые промежутки времени tur, в течение которых ток

инапряжение можно считать неизменными, т. е.

fI,

А= / мг UMr t№1. вт • ч. ‘i

Для измерения количества электроэнергии при постоян­ ном токе широкое распространение получили счетчики электродинамической и ферродинамичесцой систем. Счед-

4

чики обеспечивают измерение энергии как при неизменных, так и при меняющихся значениях тока и напряжения.

Действие этих счетчиков основано на взаимодействии тока с магнитным полем. Если в магнитном поле поместить проводник с током, то на него будет действовать сила, вели­ чина которой пропорциональна длине проводника, величине тока в нем и индукции магнитного поля. Под действием этой силы проводник будет двигаться, причем направление движения проводника можно определить по известному из электротехники правилу левой руки. Таким образом, прин­ цип действия этих счетчиков такой же, как и у двигателей постоянного тока.

В счетчике электроэнергии постоянного тока (рис. 1) имеются неподвижные и подвижные обмотки.

По неподвижной обмотке 1, состоящей из нескольких витков или катушек, проходит весь тбк / потребителя или строго определенная его часть, если счетчик включается через шунт. Неподвижную обмотку иногда называют токо­ вой, или последовательной, обмоткой. Индукция магнит­ ного поля В, создаваемого неподвижной обмоткой, пропор­ циональна току /:

где Cj — коэффициент пропорциональности, зависящий от числа -витков неподвижной обмотки, их геомет­ рических размеров, а также от наличия шунта, падения напряжения в нем и сопротивления проводов между шунтом и счетчиком.

Подвижная обмотка 2 состоит из отдельных секций (ка­ тушек), которые изготовляются из сравнительно большого числа витков тонкого провода и укрепляются на диске 3 из электроизоляционного материала. Этот диск жестко крепится на оси 4, которая имеет возможность вращаться в своих опорах 5 и 11. Совокупность деталей, закрепляемых на оси 4, вместе с нею принято называть подвижной систе­ мой счетчика, или якорем.

Подвижная обмотка присоединяется к напряжению по­ требителя через добавочное сопротивление (на рисунке не показано). Напряжение к подвижной обмотке подается через коллектор 7 с помощью скользящих щеток 8.

Через подвижную обмотку независимо от наличия тока нагрузки I будет проходить ток г'п, пропорциональный при­ ложенному напряжению U:

5

где с2— коэффициент пропорциональности, зависящий от величины добавочного сопротивления и со­ противления гп подвижной обмотки.

/ / — верхняя опора; 12 — счетный механизм

6

Иногда подвижную обмотку называют обмоткой напря* жения, а ее цепь вместе с коллектором, щетками и доба­ вочными сопротивлениями именуют параллельной цепью.

В результате взаимодействия магнитного поля, создаваемого неподвижной обмоткой, с током гл подвижной обмотки возникает вращающий момент Л4вр, пропорцио­ нальный величине индукции поля В и току i„ подвижной обмотки:

подвижная система приобретает угловую скорость со. Для правильной работы счетчика необходимо, чтобы угловая скорость подвижной системы была прямо пропорциональна величине вращающего момента или, что то же, величине

пропорционально потребленной электрической энергии, иначе, энергии, переданной по цепи, соединенной со счет­ чиком.

Основное отличие счетчиков от показывающих прибо­ ров заключается в том, что угол поворота подвижной си­ стемы их не ограничивается пружиной, а имеет нарастающее значение.

При установившемся режиме в цепи (ток и напряжение постоянны) скорость вращения подвижной системы счетчи­ ка будет также постоянна, и вращающий момент Л4вр, дей­ ствующий на подвижную систему, уравновесится противо­

7

Таким образом, для правильной работы счетчика необ­ ходимо, чтобы противодействующий момент, возникающий при вращении подвижной системы, был прямо пропорцио­ нален скорости ее вращения.

Для создания противодействующего момента, прямо пропорционального угловой скорости, служат постоянный (тормозной) магнит 9 и алюминиевый диск 10.

Алюминиевый диск, закрепляемый на оси 4 подвижной системы, входит в воздушный зазор постоянного магнита, и магнитный поток Ф, создаваемый этим магнитом, пронизы­ вает диск.

В диске при его вращении возникают вихревые токи (то­ ки Фуко) гд, величина которых пропорциональна скорости пересечения диском магнитного потока,

жения тормозного магнита относительно диска. Взаимодействие вихревых токов в диске с магнитным потоком тормозного магнита создает тормозной момент М т, пропорциональный индукции постоянного магнита, или,

т. е. тормозной момент, создаваемый тормозным магнитом, прямо пропорционален угловой скорости подвижной си­ стемы, что и необходимо для правильной работы счетчика.

Из формулы (5) следует, что число оборотов подвижной системы при магнитном торможении будет служить мерой энергии, переданной по цепи, соединенной со счетчиком.

Переписав формулу (5) в виде

8