3.5. Індукційні прилади

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. 3,8, а. Обмотку напруги 1, намотану на магнітопроводі 5, ввімкнено паралельно навантаженню Z_нав, а обмотка струму 7, намотану на П-подібний магнітопровід 9, увімкнено послідовно. Обмотка напруги має багато витків і намотана з тонкого ізольованого проводу. Обмотка струму 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. 3.8, б). Якщо по струмовій котушці піде змінний синусоїдний струм i₁=I_1msint, він створить магнітний потік Ф_і=Ф_1msint, що співпадає з ним за фазою. Цей потік індукуватиме в диску е.р.с. e_Д1msin(t-/2), відстаючи від потоку Ф₁ на /2. Під впливом е.р.с. e_Д у диску виникають вихрові струми і_д1=I_д1sin(t-/2), що збігаються за фазою з е.р.с. і_д1. У результаті взаємодії магнітного потоку Ф₁ і струму в диску і_д1 виникне електромагнітна сила F_em

Середнє значення сили F_еm за період дорівнюватиме

тому диск не обертатиметься.

Щ об 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 I₁, який за характером навантаження (рис. 3.8, б) відстає за фазою від напруги на кут , а по паралельній котушці струм І₂, який відстає за фазою від напруги на кут /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 /2.

Рис. 3.8. Індукційний однофазний лічильник:

а — будова; б — векторна діаграма 1 — обмотка напруги; 2 — шестірня лічильного механізму; 3 — вісь; 4 — підп'ятник; 6 — магнітопровід обмотки напруги; 6 — алюмінієвий диск; 7 — обмотка струму; 8 — постійний магніт; 9 — магнітопровід обмотки струму

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_д1 і потоку Ф₂ з струмом у диску І_д1 створює моменти, які діють в одному напрямі,

(3.14)

Результуючий момент дорівнює сумі моментів

Оскільки І_Д1Ф₁І₁, І_Д2Ф₂U, тоді обертальний момент буде:

(3.15)

де с₁, с₂, с'— коефіцієнти пропорційності; Р — активна потужність, споживана споживачем;  — 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=0, диск стоятиме, хоча існуватимуть в колі струм і напруга.

Диск при обертанні пронизується магнітним полем постійного магніту 8 (рис. 3.8, 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 М_пр=с₀n. При певній потужності встановиться рівновага обертального і протидіючого моментів М_об=М_пр, тоді

(3.16)

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

(3.17)

Величину W/N=c₀/c’=c називають сталою лічильника, яка показує електричну енергію у ватсекундах або джоулях, споживану споживачем за один оберт диска.

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