9.3. Вимірювання електричної енергп. Лічильники електричної енергії

Для обліку електричної енергії, яка отримується споживачами від електростанції використовуються лічильники електричної енергії.

9.3.1. Індукційний лічи.Льник

Для обліку електричної енергії, яка отримується споживачами від електростанцій використовуються лічильники електричної енергії, в сучасних лічильниках можуть бути вимірювальні механізми індукційної (рис. 9.5), електродинамічної, феродинамічної і магнітоелектричної систем. Але для вимірювання енергії змінного струму застосовуються тільки індукційні лічильники (рис. 9.5), а лічильники електродинамічні і феродинамічні — тільки в установках постійного струму, наприклад, на транспортері; магнітоелектричні лічильники для спеціальних вимірювань, наприклад в якості лічильників ампер-годин акумуляторних батарей.

Рухома частина лічильника (рис. 9.5) виконується, як у біль­шості приладів індукційної системи, у вигляді алюмінієвого диска 1, що посаджений на вісь 2, разом з якою він може вільно оберта­тися. Опорами осі служать підп'ятник З і підшипник. На осі, крім диску, закріплені черв'як 4 і шестерня 9, яка скріплена з ведучим зубчатим колесом лічильного механізму 6. Диск обертається

в зазорі, який утворений полюсами магнітопроводу паралельного кола 5 і магнітопроводу послідовного кола 8, що набрані з листів електротехнічної сталі. Послідовна обмотка, включена в коло навантаження, складається з невеликої кількості витків дроту досить великого перерізу, який відповідає номінальному струму. Паралельна обмотка має 8—12 тис. витків з дроту діаметром 0,08—0,12 MM залежно від номінальної напруги лічильника. Постійний магніт 7 служить для створення гальмівного моменту. У лічильниках рухома частина обертається, причому частота її обертання повинна бути пропорційна потужності контрольованого об'єкту. Обертовий момент у більшості лічильників пропорційний потужності, йому протидіє гальмівний момент, пропорційний частоті обертання рухомої частини.

Обертовий момент виражається формулою

Визначимо гальмівний момент М_mop . В диску наводиться ЕРС, прямо пропорційна потоку Ф постійного магніту і середній коловій швидкості V обертання диску, який знаходиться між полюсами.

де R — радіус диску 1; n — частота обертання диску (об/хв); (ω = V/R — кутова швидкість обертання диску.

Під дією ЕРС в диску виникає струм, значення якого прямо пропорційне питомій провідності г матеріалу диску:

Дія поля постійного магніту на струм у диску створює гальмів­ний момент, прямо пропорційний струму потоку:

після підстановки виразів для струму і ЕРС буде

Таким чином, гальмівний момент прямо пропорційний частоті обертання диску п, що і вимагається для роботи лічильника.

Обертовий момент рухомого механізму повинен бути прямо пропорційний потужності:

(9.16)

Це пояснюється так. Для індукційної системи обертовий момент визначається

де f — частота в мережі; Ψ— кут зсуву фаз між магнітними потоками Ф₁ і Ф₂; R_Д — опір алюмінієвого диску; k₂₂ — коефіцієнт.

У цьому виразі потоки Ф₁ і Ф₂ можна замінити пропор­ційними їм величинами: струмом навантаження І і напругою мережі, тоді:

Враховуючи, що Sin Ψ = к₂₂ Sin(90° - φ) = Cos φ, де φ — кут між U і І, то Sin Ψ = Cos φ, якщо підібрати відповідні індуктивності, регулюючи зазором.

Звідси можна вивести що,

(9.19)

Цей момент при встановленій частоті обертання рухомої

частини повинен бути рівний гальмівному М_ОБ = М_ТОП.

де N - сумарна кількість обертів рухомої частини за час t₂ – t₁.

Величина це електрична енергія, яка витрачається в контрольованому колі за час t₂ – t₁. Таким чином

де Сліч — стала лічильника

Число обертів рухомої частини N реєструє лічильний механізм, що з'єднаний з віссю лічильника черв'ячною передачею. Передатне число між віссю і лічильним механізмом вибирається так, щоб лічильний механізм показував безпосередньо кіловат-години, а не число обертів рухомої частини.

В індукційному лічильнику алюмінієвий диск повинен пронизуватися не менше, ніж двома змінними магнітними потоками Ф₁ і Ф₂; при цьому обертовий момент створюється внаслідок взаємодії одного змінного потоку зі струмом, що індукується в диску іншим змінним потоком і навпаки. При наявності тільки одного змінного потоку диск лічильника бєззупиночно обертатись не може.