2.4 Приборы индукционной системы

Принцип действия основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля и тока, наведённого в массиве проводника.

Вращающееся магнитное поле создаётся при условиях:

1. Наличие трёх одинаковых катушек, смещённых пространственно на 120^о геометрических и запитанных симметричной трёхфазной системой токов, т.е. со сдвигом фаз на 120 электрических градусов. Поле при этом будет круговым.

2. Наличие двух катушек, сдвинутых в пространстве не менее чем на 90^о геометрических и запитанных однофазным переменным током со сдвигом по фазе на угол не менее 90 эл. градусов. Поле при этом эллипсоидное.

Рис. 2.11 Упрощенная конструкция индукционного однофазного счётчика

В приборе используется второе условие. Ф_U2 отводится от потока Ф_U, созданного катушкой напряжения, с помощью противополюса и в зоне сложения потоков разворачивается на 90^о . Магнитные поля Ф_U2 и Ф_I складываются, образуя одно переменное эллипсоидное поле, пронизывающее алюминиевый диск, закреплённый на оси. При этом в диске индуцируется вихревой ток, который взаимодействует с магнитным полем, создавая вращающий момент:

М = сfФ_IФ_U2sinψ

где с – некая константа; f – частота напряжения.

П ри работе на линейном участке кривой намагничивания материалов магнитопроводов можно считать, что потоки равны

Ф_I =k₁I; Ф_U2 = k₂I_U = k₂U/ Z_U

Рис. 2.12 Схема, поясняющая принцип действия счётчика: 1 – магнитопровод обмотки напряжения; 2 – обмотка напряжения; 3 – магнитопровод обмотки тока; 4 – обмотка тока; 5 – противополюс; 6 – диск; 7 – ось; 8 – червячная передача; 9 – счётный механизм

Учитывая, что реактивная составляющая сопротивления намного больше активной, можно принять

Z_U = 2πfL_U

где L_U - индуктивность обмотки напряжения.

Т огда

Ф_U2 = k₂U/2πfL_U = k₃U/f

Рис. 2.13 Векторная диаграмма

Следовательно, вращающий момент в данной электромеханической системе будет равен

М = kUIsinψ

где k - общий коэффициент пропорциональности.

Если выполняется условие sinψ = cosφ, то вращающий момент будет пропорционален активной мощности. А это значит, что будет выполняться условие ψ + φ = 90^о, что может быть обеспечено регулировкой угла потерь (грубо – изменением числа короткозамкнутых витков на магнитопроводе токовой катушки; плавно – изменением сопротивления вспомогательной цепи, на рис. 2 12 не показаны).

Таким образом обеспечивается пропорциональность вращающего момента текущему значению активной мощности. Для получения результата эту мощность интегрируют с помощью цифрового счётного устройства, которое состоит из червяка 8 на оси 7 и счётного механизма 9 (рис. 2.12).

ИМ прибора имеет значительную инерцию, которая проворачивает диск после отключения цепей, создавая погрешность измерения. Для устранения проворота диска используется индукционный успокоитель в виде постоянного магнита, действие которого можно изменять поворотом магнита относительно диска. Чем большую площадь диска закрывает полюс, тем сильнее его действие. Действие магнита основано на индуцировании вихревых токов в участке диска, под магнитом и взаимодействии этих токов с полем постоянного магнита при вращении диска. При этом возникают электромагнитные силы, стремящиеся затормозить диск.

Магнитопроводы имеют Ш-образную и П-образную конструкцию. На первом расположена катушка напряжения, на второй – магнитопровод токовой катушки.

Алюминиевый диск помещается между магнитопроводами на оси. Ось вертикальная, крепится на подпятнике.

Система, создающая магнитные потоки в приборе называется элементом. Однофазные счётчики являются одноэлементными. Чтобы использовать индукционный счётчик в трёхфазных цепях, его выполняют двух- или трёхэлементным.

Особенность индукционного счётчика в том, что он не имеет нулевой отметки отсчёта и пределов измерения. Поэтому его класс точности определяется по относительной погрешности.

Число оборотов диска счётчика, приходящееся на единицу учитываемой электроэнергии, называется передаточным числом счётчика. Например, в паспорте указано «2000 оборотов соответствует 1 кВт∙ч».

Коэффициент, обратный передаточному числу, т.е. количество электроэнергии, приходящейся на один оборот, называется номинальной постоянной счётчика

С_ном = Рt/N, Вт∙с/об

где Р- мощность по паспорту, 1 кВт;

t – время вращения диска, 1 час = 3600 с;

N- число оборотов за указанное время, 2000 об.

С_ном = 3600∙1000/2000 = 1800 Вт∙с/об

Зная число оборотов и номинальную постоянную счётчика, можно определить количество затраченной энергии.

В практике из-за приработки счётчика, недостаточной регулировки, износа деталей постоянная счётчика не соответствует номинальной постоянной и определяется как относительная постоянная счётчика, т.е. произведение мощности потребителя Р_п умноженной на время работы t и деленное на число оборотов счётчика N за это время

С_д = Р_пt/N, Вт∙с/об

Это даёт возможность определить относительную погрешность счётчика

β = [(С_н - С_д) /С_н]∙100%

Номинальная погрешность счётчика определяется как класс точности. Всего установлено 6 классов точности: 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0.