Лабораторная работа № 1

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

ПРОВЕРКА СЧЕТЧИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

1. Цель работы

Ознакомиться с конструкцией и принципом работы однофазного счетчика электри­ческой энергии. Изучить методы его проверки.

2. Основные теоретические сведения.

Для измерения количества потребленной электрической энергии применяют­ся электрические счетчики. Рассмотрим принцип действия счетчика электроэнергии.

В зависимости от расположения электромагнитов по отношению к диску счетчика, последние бывают с радиальной и тангенциаль­ной магнитной системой. Принцип работы индукционного счетчика не зависит от расположения магнитной системы. Ниже рассматри­вается принцип работы индукционного счетчика с радиальной маг­нитной системой.

Конструкцию счетчика следует изучать по макету. Индукционный счетчик имеет магнитную систему, состоящую из двух электромагнитов. Обмотка одного электромагнита включается на напряжение сети. Эта обмотка имеет большое витков тонкой прово­локи, следовательно, у нее большое сопротивление и по ней проходит малый ток. Эта обмотка часто называется обмоткой параллельного электромагнита и проходящий по ней ток создает намагничивающую силу F_U, которая обеспечивает получение магнитного потока Ф_U. Последний, при постоянных параметрах обмотки, пропорционален подведенному напряжению U.

Обмотка второго электромагнита включается последовательно с нагрузкой и имеет небольшое число витков провода большого се­чения. Эта обмотка называется обмоткой последовательного электромагнита и проходящий по ней ток I, величина которого зависит от сопротивления нагрузки, создает намагничивающую силу F_I, которая обеспечивает получение магнитного потока Ф_I . Последний, при постоянных параметрах обмотки, пропорционален току нагрузки. Эти два магнитных потока Ф_U и Ф_I , пересекая алюминиевый диск, индуктируют в нем электродвижущие силы E₁ и Е₂, каждая из которых отстает от соответствующего магнитного потока на угол 90°. В диске появятся токи I₁ и I₂, которые будут отставать от своих э.д.с. на углы α₁ и α₂ (если считать, что алюминиевый диск имеет кроме активного и некоторое индуктивное сопротивление). В результате взаимодействия токов I₁ и I₂ с магнитными потоками Ф_U и Ф_I появится вращающий момент, который вызо­вет вращение алюминиевого диска. Количество оборотов диска учи­тывается счетным механизмом, соединенным зубчатой передачей с осью алюминиевого диска.

Из теории индукционных приборов известно, что вращающий момент индукционного счетчика активной энергии пропорционален мощности

M = K₁UIcosφ = K₁P

При вращении алюминиевого диска возникают и тормозные моменты: момент от действия тормозного магнита и моменты от взаимодействия магнитных потоков Ф_U и Ф_I с вихревыми токами в алюминиевом диске. Если допустить, что механический момент трения отсутствует, то тормозной момент

М_Т = K₂n .

где n – частота вращения алюминиевого диска;

K₂– коэффициент пропорциональности.

При постоянной нагрузке цепи, т.е. при постоянной мощности, устанавливается равенство вращающего и тормозного момента M = M_T.

Отcюда:

K₁P = K₂n; Р=(К₂/К₁)n.

Обозначив К₂/К₁= С₀, получим Р = С₀n.

Из приведенного выражения видно, что частота вращения алюми­ниевого диска пропорциональна мощности.

Энергию, потребляемую нагрузкой, можно узнать, если умножить мощность на время W = Pt = С₀nt = С₀N,

откуда С₀= W/N , где С₀ – действительная постоянная счетчика.

Действительная постоянная счетчика, это количество потребляемой энергии за один оборот диска. Номинальная постоянная счетчика определяется по его паспортной табличке. Число оборотов диска или пропорциональная ему электрическая энергия учитывается спе­циальным счетным механизмом.

Согласно ГОСТу счетчики могут быть пяти классов точности –1; 1,5; 2; 2,5; 3. ГОСТ предъявляет к счетчикам следующие требования:

1. При прохождении тока только по одной параллельной обмотке диск счетчика, сделав после включения не более одного оборота, должен остановится и оставаться неподвижным при напряжениях, лежащих в пределах 80-100 % от номинального.

2. Счетчик должен вращаться без остановки при номинальных напряжениях, частоте, cosφ = 1 при: нагрузке 0,5 % от номинальной для счетчиков классов 1; 1,5 и при нагрузке 1 % от номинальной для счетчиков классов 2; 2,5; 3.