Прилади індукційної системи

Прилади індукційної системи призначені для вимірювання електричних величин тільки в колах змінного струму певної частоти. Вони не мають широкого використання і застосовуються тільки як лічильники електричної енергії для змінного струму промислової частоти.

Будову індукційного приладу показано на рис. 3.13, а. Обмотку напруги 1, намотану на магнітопроводі 5, ввімкнено паралельно навантаженню Z_нав, а струмову обмотку 7, намотану на П-подібний магнітопровід 9, увімкнено послідовно. Обмотка напруги має багато витків і намотана з тонкого ізольованого проводу. Струмова обмотка намотана з грубого проводу, має мало витків і розрахована на номінальний струм 5 А. На осі 3, яка може обертатись у підп'ятниках 4, закріплено алюмінієвий диск 6, розміщений у полі електромагнітів і постійного магніту 8. Шестерня 2 на осі рухає лічильний механізм.

Для кращого розуміння принципу дії приладу розглянемо його роботу з одним електромагнітом (рис. 3.13, б). Якщо по струмовій котушці піде змінний синусоїдний струм він створить магнітний потік що співпадає з ним за фазою. Цей потік індукуватиме в диску е.р.с відстаючи від потоку Ф_: на Під впливом е.р.с. е_Д1 у диску виникають вихрові струми, що збігаються за фазою з е. р. с е_д1. У результаті взаємодії магнітного потоку Ф₁ і струму в диску і_Д1 виникне електромагнітна сила F_eм:

Середнє значення сили F_eм за період дорівнюватиме

тому диск не обертатиметься.

Щоб середнє значення сили за період не дорівнювало нулю, застосовують два електромагніти, причому струми, що проходять по котушках, зсунуті за фазою. Дійсно, якщо через струмову котушку пропустити струм навантаження І₁, який за характером навантаження (рис. 3.13, б) відстає за фазою від напруги U на кут φ, а по паралельній котушці струм І₂, який відстає за фазою від напруги на кут π/2, то їх потоки Ф₁ і Ф₂ співпадатимуть за фазою із струмами. Ці потоки, пронизуючи диск, індукуватимуть е.р.с Е₁ і Е₂, які відстають від потоків на π/2.

Під впливом е.р.с Е₁ і Е₂ в диску виникають вихрові струми І_Д1 і І_Д2, що збігатимуться за фазою з відповідними е.р.с.

Взаємодія потоку Ф₁ з струмом у диску І_Д2 і потоку Ф₂ з струмом у диску І_Д1 створює моменти, які діють в одному напрямі,

Результуючий момент дорівнює сумі моментів

Оскільки тоді обертальний момент буде:

де с₁, с₂, с' — коефіцієнти пропорційності; Р — активна потужність, споживана споживачем; φ — кут зсуву фаз між напругою та струмом І₁ навантаження.

Отже, обертальний момент приладу індукційної системи пропорційний активній потужності. Під дією обертального моменту диск почне рухатись. Зауважимо, якщо навантаження буде реактивним cos φ = 0, диск стоятиме, хоча існуватимуть в колі струм і напруга.

Диск при обертанні пронизується магнітним полем постійного магніту 8 (рис. 3.13, а), при цьому в диску індукується е.р.с (рух провідника у магнітному полі), під дією якої в диску виникають вихрові струми, взаємодія яких з полем постійного магніту (провідник із струмом у магнітному полі) створює протидіючий момент М_пр, пропорційний швидкості обертання диска п за хвилину При певній приєднаній потужності встановиться рівновага обертального і протидіючого моментів М_об = М_пр. Тоді

Число обертів N диску за час t пропорційне енергії W, яку матиме споживач з опором 1 за цей час. Дійсно,

Величину називають сталою лічильника, яка показує електричну енергію у ватсекундах або джоулях, споживану споживачем за один оберт диска.

Номінальну сталу лічильника с_пот знаходять з даних на щитку лічильника, де вказано кількість обертів диска, що відповідає 1 кВт · год енергії.

Для обліку електричної енергії необхідно сталу лічильника помножити на кількість обертів диска.

Реагування лічильника на самі малі струми навантаження називають чутливістю лічильника S

де І_min — найменший активний струм, при якому диск починає рухатись.

Для класу точності лічильника 1,0 чутливість не повинна перевищувати 0,5 %, а для класу точності 2,0 і 2,5 — до 1 %.

Якщо споживачі активної потужності вимкнені, диск лічильника повинен стояти, або зробити не більше одного оберту, до збігу прапорця на осі 3 з гальмовим гачком біля котушки напруги. Якщо ж диск обертається без активного навантаження, це означає, що він має самохід і для експлуатації непридатний.