Контрольные вопросы

1. Приведите классификацию приборов по принципу действия?

2. Приведите условные графические обозначения на шкалах приборов? Что они означают?

3. Назовите основные системы электроизмерительных приборов. Какие напряжения и токи (постоянные, переменные) они могут измерять?

4. Какая характеристика измерительных приборов является их основным метрологическим показателем?

5. Что такое основная и дополнительная погрешности прибора?

6. Что определяется и устанавливается в процессе поверки измерительного прибора?

7. Как по обозначениям на шкале прибора определить абсолютную погрешность?

8. Как определяются приведенная погрешность и вариация показаний измерительного прибора и как они должны между собой соотноситься?

9. В чем состоит сущность поверки измерительных приборов методом сличения показаний, и какие требования необходимо соблюдать при его практическом осуществлении?

10. Как следует проводить измерения и регистрацию измеряемой величины в процессе поверки для получения более достоверного результата поверки?

11. Какие меры по технике безопасности должны соблюдаться при выполнении данной лабораторной работы?

12. Для чего служат измерительные трансформаторы напряжения и тока?

13. В каких режимах работают измерительные трансформаторы напряжения и тока?

Содержание отчета

1. Наименование и цель работы.

2. Основные характеристики измерительных приборов и источников тока, используемых в лабораторной работе.

3. Поверочные схемы вольтметра и амперметра с обоснованием выбора номиналов ограничивающих элементов.

4. Таблицы экспериментальных данных, полученных при выполнении работы, и результаты их обработки.

5. Результаты поверки электроизмерительных приборов.

6. Краткие ответы на контрольные вопросы.

7. Краткие выводы.

Лабораторная работа №2 изучение устройства и принципа работы индукционного счетчика электроэнергии

Цели работы: 1. Изучение устройства и принципа действия однофазного индукционного счетчика электрической энергии.

2. Научиться включать счетчик и осуществлять его поверку.

3. Научиться устранять самоход счетчика.

Оборудование: 1. Лабораторный стенд.

2. Миллиамперметр (100 мА).

3. Ваттметр (1500 Вт).

4. Вольтметр (300 В).

5. Сопротивление (5 кОм) и реостат (10 кОм).

6. Соединительные провода.

Рекомендательный библиографический список: [1], Гл.3: §3.5.4; [2], Гл.9: §9.8; [4], Гл.12: §12.8; [5], Гл.11: §11.14.

Энергию переменного тока, потребляемую электрическими установка­ми, измеряют счетчиками электрической энергии индукционной систе­мы. Электрические счетчики – это суммирующие приборы. Их основное отличие от показывающих приборов заключается в том, что угол пово­рота их подвижной части не ограничивается пружиной. С течением вре­мени угол поворота нарастает, и показания счетчика суммируются.

Схематическое внутреннее устройство счетчика показано на рис. 2.1.

Основными элементами индукционного измерительного механизма, который используется в счетчике, являются два электромагнита. Электромагнит 1 с большим числом витков (8000 – 10000) из тонкой изолированной медной проволоки, обладающий преимущественно индуктивным сопротивлением, включается параллельно с нагрузкой. Электромагнит 2 имеет малое число витков (14 – 15) из толстой изолированной медной проволоки, обладающий преимущественно активным сопротивлением, включается последовательно с нагрузкой.

В нижней части, вне корпуса счетчика, имеется коробка (на рис. 2.1. не показана) с четырьмя зажимами. Эти зажимы соединяются с обмотками электромагнитов. Зажимы с номерами 1 и 2 соединены с обмоткой последовательно включаемого электромагнита (токовая обмотка). Зажимы 3 и 4 соединены между собой накоротко. К ним подключен один конец обмотки параллельно включаемого электромагнита (обмотка напряжения), а второй конец этой же обмотки присоединен к зажиму 1. При помощи этих зажимов счетчик подключается к сети (зажимы 1 и 3) и соединяется с потребителем электрической энергии (зажимы 2 и 4).

Между полюсами электромагнитов располагается легкий алюминиевый диск 3, ось которого устанавливается на подшипниках и соединяется со счетным механизмом 4.

Ток I_i в обмотке последовательного электромагнита равен току нагрузки. Ток I_u в обмотке параллельного электромагнита пропорционален напряжению на нагрузке. Так как обмотки имеют различные по характеру сопротивления, токи в них будут сдвинуты относительно друг друга на угол φ. Если магнитные цепи электромагнитов не достигли состояния магнитного насыщения, то магнитные потоки в них Ф_i и Ф_u пропорциональны соответствующим токам и приблизительно совпадают с ними по фазе.

Переменные магнитные потоки Ф_i и Ф_u, пронизывая алюминиевый диск, создадут в нем ЭДС индукции Е_i и Е _u, отстающие по фазе на π/2 от соответствующих потоков. Под действием этих ЭДС в диске возникают вихревые токи i_i и i_u, приблизительно совпадающие по фазам с соответствующими ЭДС. Взаимодействие вихревых токов i_i и i_u с «чужими» магнитными потоками Ф_i и Ф_u приводит к появлению вращающего момента М_вр, пропорционального активной мощности Р в нагрузке:

М_вр = сI_iUcos φ_п = сP,

где: с – коэффициент пропорциональности;

I_i – ток потребителя;

U – напряжение на потребителе;

φ_п – сдвиг по фазе между током потребителя и напряжением на нем;

Р – активная мощность, потребляемая нагрузкой.

Под действием этого момента диск начнет вращаться с постоянным угловым ускорением (все быстрее). Чтобы диск вращался с постоянной скоростью, к нему нужно приложить тормозной момент. Он создается постоянным тормозным магнитом (на рис.2.1. не показан), в поле Ф_т которого вращается диск. В диске появляются вихревые токи, которые, взаимодействуя с вызвавшим их магнитным полем Ф_т, приводят к появлению тормозного момента М_т, пропорционального скорости вращения диска n и препятствующего этому вращению:

М_т = с₁n.

При равенстве М_вр = М_т (сP = с₁n) диск вращается с постоянной угловой скоростью, пропорциональной активной мощности Р в нагрузке. Счетный механизм счетчика электрической энергии подсчитывает число оборотов, пропорциональное потребленной электроэнергии:

n = (с/с₁)Р.

Если диск будет вращаться в течение некоторого времени t, то энергия, потребляемая нагрузкой и проходящая через счетчик, определится умножением мощности Р на время t в ватт-секундах (Вт·с):

W = Pt.

За это время диск сделает n оборотов. Следовательно, израсходованная энергия пропорциональна числу оборотов диска. Поэтому количеством оборотов диска можно измерять величину потребленной электроэнергии.

Число Вт·с электрической энергии, регистрируемое счетным механизмом, приходящееся на один оборот диска, называется номинальной постоянной счетчика k_н. Ее определяют по данным, нанесенным на шкалу счетчика (1 кВч = n оборотов диска), и определяют в Вт·с на один оборот:

k_н = W/ n.

Счетчик электрической энергии, как и всякий электроизмерительный прибор, обладает погрешностью, поэтому действительно израсходованная электрическая энергия будет отличаться от показанной счетчиком. Величина действительно израсходованной энергии, приходящейся на один оборот диска, называется действительной постоянной счетчика k_д:

k_д = U·I·t / n,

где: U – напряжение в сети в вольтах;

I – ток потребителя в амперах;

t – время вращения диска в секундах;

n – количество оборотов диска за время t.

Зная номинальную k_н и действительную k_д постоянные счетчика, можно определить его относительную погрешность:

γ = [(k_н – k_д)/ k_н] ·100%.

В соответствии с ГОСТом счетчики активной энергии делятся на классы точности: 1,0; 2,0; 2,5. По современным требованиям, например, к бытовым счетчикам, их класс точности должен быть – 2,0.

Для устранения самохода счётчик снабжается тормозным приспособлением в виде тормозного флажка, установленного на оси диска, а в катушку напряжения вставляют тормозной крючок. Тормозной крючок всегда намагничен, так как катушка напряжения всегда включена в сеть независимо от наличия нагрузки.

Регулирование счётчика осуществляется путем перестановки постоянного магнита.

Для измерения электрической энергии в четырехпроводных цепях применяется трехэлементный счетчик. Он имеет три электромагнитные системы такие же, как и у однофазного счетчика, которые воздействуют на три диска, укрепленные на одной оси. Счетчик имеет один счетный механизм.

Для измерения энергии в трехфазных цепях применяются двухэлемен­т­ные двухдисковые или однодисковые счетчики. Двухэлементный счет­чик можно заменить двумя однофазными счетчиками. Имеются также сче­т­чики трехфазного тока с двумя или тремя движущимися элементами.