Содержание отчёта

В отчёте привести схемы рис.5.1, 5.8, табл.5.1, 5.3, 5.4 и графики B_m= F(H_m), μ_r= f(H_m).

Контрольные вопросы

1 Для каких целей применяется электронный осциллограф?

2 Из каких блоков состоит осциллограф и какие функции выполняют эти блоки?

3 Объясните, на каком принципе основана работа генератора развёртки.

4 В чём заключается различие между непрерывной и ждущей развёрткой?

5 Для чего нужна синхронизация и как она осуществляется в осциллографе?

6 Какие виды синхронизации существуют в осциллографах?

7 Назовите электроды ЭЛТ и объясните их назначение.

8 Назовите основные параметры импульсных периодических последовательностей. Как они измеряются осциллографом?

9 Какова сущность осциллографического метода измерения динамических характеристик магнитных материалов?

10 Как при осциллографическом методе определяется предельная петля гистерезиса и её параметры?

11 Каким образом при осциллографическом методе определяется магнитная проницаемость образца?

Список литературы

1 Основы метрологии и электрические измерения / Под ред. Е.М.Душина. – Л.: Энергоатомиздат, 1987. – с. 175 – 183, 441 – 446.

2 Электрические измерения / Под ред. В.Н. Малиновского. – М.: Энергоиздат, 1983. – с. 200 – 208, 330 – 332, 343 – 345.

3 Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. – М.: Высш. школа, 1982. – с. 63 – 83.

Лабораторная работа 6 Поверка однофазного счётчика активной энергии

Цель работы: изучение методики измерения активной мощности и энергии в однофазных цепях переменного тока; ознакомление с показывающими электромеханическими приборами для измерения тока, напряжения, мощности и энергии в однофазных цепях; ознакомление с масштабными преобразователями, предназначенными для расширения пределов измерения приборов; приобретение навыков в поверке однофазного индукционного счётчика активной энергии.

Описание схемы измерительной установки

Измерение активной мощности и энергии в однофазных цепях переменного тока производится в большинстве случаев с помощью электродинамических ваттметров и индукционных счётчиков энергии. Известно, что энергия, потребляемая в нагрузке за промежуток времени t=t₂– t₁равна

,

а в случае постоянной нагрузки

W=P∙t, (6.1)

где Р–мощность нагрузки, определяемая соотношением

Р=U· I ·cosφ, (6.2)

где U – напряжение, I – ток, φ – фазный угол нагрузки.

Представленная на рис.6.1 схема даёт возможность провести комплекс экспериментов поверки счётчика активной энергии.

Назначение элементов схемы:

ЛАТР (лабораторный автотрансформатор) – для регулировки напряжения нагрузки;

V(вольтметр) – для контроля этого напряжения;

A₁ (амперметр) – для контроля тока нагрузки;

R₁ и R₂(реостаты) – активные сопротивления нагрузки;

Др (дроссель) – для создания индуктивного характера нагрузки;

ИТТ (измерительный трансформатор тока) – для повышения тока,что даёт возможность получать в контуре токовых обмоток ваттметра и счётчика ток до 5А, имея при этом ток нагрузки до 0,5А;

А₂(амперметр) – для контроля тока контура токовых обмоток ваттметра, счётчика, фазометра;

φ (фазометр) – для измерения угла сдвига фаз между током и напряжением нагрузки;

P (ваттметр) – для измерения мощности нагрузки;

Wh (счётчик) – для измерения расхода активной энергии в нагрузке.

На рис. 6.2 показана конструкция индукционного однофазногосчётчика активной энергии.

Измерительный механизм прибора состоит из двух основных узлов: неподвижных электромагнитов А и Б и подвижной части, главный элемент которой – алюминиевый диск, укреплённый на оси. Электромагнит А имеет обмотку, которая включается последовательно с нагрузкой и называется токовой. Обмотка электромагнита Б включается параллельно нагрузке и называется обмоткой или катушкой напряжения счётчика. Электромагниты и диск расположены так, что магнитные потоки электромагнитов пронизывают диск и индуктируют в нём токи, взаимодействие которых с этими потоками вызывает вращение диска.

Таким образом, принцип работы индукционного механизма основан на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами, которые индуктированы этими же потоками в подвижной части.

Рассмотрим упрощённую картину физических явлений, протекающих в индукционном трёхпоточном счётчике активной энергии.

Через обмотку электромагнита А протекает ток нагрузки I, а через обмотку напряжения – ток I_U, пропорциональный напряжению нагрузки U. Ток I_Uвызывает в магнитопроводе Б магнитный поток, который делится на две части: рабочий поток Ф_U, пересекающий диск и замыкающийся через противополюс 1, и поток Ф_Lнерабочий, который замыкается через боковые стержни 2 сердечника и не пересекает диск. Поток Ф_Iот тока I замыкается через концы магнитопровода А и пересекает диск в двух местах в противоположных направлениях. Таким образом, диск пересекают три потока Ф_U, Ф_Iи –Ф_I(рис.6.3), индуктирующие в нём ЭДС, которые вызывают появление контуров токов I'_U, I' и –I'.

Взаимодействие этих контуров токов с магнитными потоками, которые не совпадают с ними в пространстве (например, I' и Ф_Uили I'_U и Ф_I) и сдвинуты по фазе, приводит к появлению сил и, следовательно, результирующего вращающего момента, под действием которого диск начинает вращаться в сторону от опережающего по фазе потока к отстающему. Если принять условно фазу потока Ф_Iравной 0˚, то фаза Ф_U равна около 90˚, а (–Ф_I) –180˚. Из временной диаграммы (рис.6.4) видно, что максимальный поток, пронизывающий диск, перемещается поступательно за один период от полюса к полюсу и проходит под всеми тремя полюсами. Такой поток называется бегущим, он увлекает диск в сторону движения потока. Вращающий момент, действующий на подвижную часть, является результирующим и, если принять направления потоков такими, как на рис.6.3, то он равен разности вращающих моментов от взаимодействия токов I' и –I' c потоком Ф_U(против часовой стрелки) и тока I'_U с потоками Ф_Iи –Ф_I(по часовой стрелке). Так как действие потока –Ф_Iпросто прибавляется к действию потока Ф_I, в выводах будем рассматривать их как единый поток Ф_I.

Среднее значение вращающего момента, действующего на диск счётчика:

М_{ВР СР}=К∙ f ∙Ф_U∙Ф_I∙ sin Ψ,

где f – частота изменения потоков;Ψ – угол фазового сдвига между потоками Ф_Uи Ф_I. Учитывая пропорциональность между токами и потоками Ф_Iи I, а также Ф_Uи U, можно записать:

М_{ВР СР}= К₁∙U∙ I∙ sin Ψ = К₁· U· I ·cosφ,

что обеспечивается наличием большого нерабочего потока Ф_Lи регулировкой угла потерь (между I и Ф_I) в электромагните А с помощью короткозамкнутых витков. При вращении диска на него действует тормозящий момент, появившийся от взаимодействия индуктированных в диске токов (так называемых токов резания), возникших в результате пересечения диском магнитных силовых линий поля постоянного магнита 3 (рис. 6.2) с породившим их потоком. Тормозящий момент пропорционален скорости вращения диска

,

При постоянной скорости вращения диска наступает динамическое равновесие:

,

Интегрируя обе части равенства по времени в промежутке от t₁ до t₂, получим основное уравнение счётчика, показывающее, что число оборотов диска пропорционально учитываемой счётчиком активной энергии

, (6.3)

где n – количество оборотов диска; С₀ – номинальная (заводская) постоянная счётчика.

Ось диска через червячную передачу связана со счётным механизмом, который показывает учитываемую счётчиком энергию в киловатт-часах. Номинальная постоянная счётчика С₀ представляет собой энергию, регистрируемую счётчиком за один оборот диска и может быть определена, исходя из передаточного числа «A», указанного на щитке счётчика в виде надписи «1квт час=n оборотов диска», поэтому

, (6.4)

В силу ряда причин, как, например, из-за наличия трения в опорах, непропорциональности между токами и потоками и т. д. действительная постоянная, равная количеству энергии, приходящейся на один оборот диска, отличается от номинальной

.

В результате появляется погрешность счётчика:

.

Существенное влияние на правильность показаний счётчика при малых нагрузках оказывает момент трения. Для уменьшения этого влияния в счётчиках создаётся дополнительный вращающий момент М_К, называемый компенсационным. Этот момент возникает в результате взаимодействия двух потоков или двух частей одного потока, создаваемого обмоткой напряжения. В одних конструкциях в магнитопровод электромагнита Б вблизи диска вкручивают стальной винт, через который часть потока Ф_Uответвляется и с основным потоком Ф_U, замыкаясь на противополюс 1 (рис.6.2), образует два потока, смещённые по фазе и сдвинутые в пространстве. В других конструкциях расщепление потока Ф_Uна два смещённых по фазе и разнесенных в пространстве достигается путём перекрытия части полюса сердечника электромагнита Б медной или латунной пластинкой 6 (рис.6.2).

При повышении напряжения и другим причинам компенсационный момент может стать больше момента трения, и тогда появляется так называемый самоход, т.е. диск счётчика начинает устойчиво вращаться и при отсутствии нагрузки (I=0). Для устранения самохода на оси диска крепится крючок 4 (рис.6.2) из ферромагнитного материала. Ферромагнитный флажок 5, намагничиваемый потоком рассеивания катушки напряжения, притягивает крючок и устраняет самоход.

Промышленность выпускает однофазные счётчики на токи 5 и 10А и напряжения 127 и 220В. Пределы измерения счётчиков по току и напряжению расширяют только с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения. Шунты и добавочные резисторы не применяются.