книги из ГПНТБ / Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие]

динамических приборов несколько меньше, чем электродина­ мических, что тоже вызвано введением стального сердечника.

Для уменьшения потерь в сердечнике на вихревые токи по­

следние набирают из тонких стальных листов или прессуют из ферромагнитных порошков.

Класс точности ферродинамичееких приборов, ввиду ска­ занного, ниже, чем у электродинамических, и не превышает

1,0—1,5.

Основное применение приборы феррстдинамической систе­ мы нашли в качестве самопишущих амперметров, вольтмет­ ров, ваттметров и других приборов, в; цепях переменного то­ ка, а также в измерениях на переменном токе, где не предъяв­ ляются требования высокой точности, но требуются приборы с большим вращающим моментом, мало подверженные влия­ ниям внешних магнитных полей, с достаточно грубой, вынос­ ливой механической конструкцией.

ционных приборов нашла несколько конструктивных вопло­ щений: измерительные механизмы по числу магнитных пото­ ков делились на однопоточные и многопоточные, по характеру создаваемого магнитного поля — на приборы с вращающимся' полем и приборы с бегущим полем.

В электрических цепях индукционные приборы использова­ лись для измерения тока, напряжения, мощности и энергии переменного тока. В настоящее время индукционная система широко применяется только для счетчиков активной и реак­ тивной энергии в цепях переменного однофазного и трехфаз­ ного тока, редко — в ваттметрах.

Для изучения теории индукционного прибора рассмотрим трехпоточный измерительный механизм с бегущим полем, положенный в основу современных счетчиков и ваттметров.

Некоторые теоретические предпосылки

Из курса электротехники известно, что между магнитным потоком и током, протекающим в проводнике, перпендику­ лярном магнитному полю, возникает взаимодействие, в резуль­ тате которого появляется механическая сила, пропорциональ­ ная потоку и току.

110

где k—(коэффициент пропорциональности.

Допустим, что магнитный поток и ток меняются по сину­ соидальному закону и сдвинуты во времени на угол у :

<Ë^ = <I>msino>£ и i = /msln(a>t — Y)-

Тогда

/—к.ІтФт Sin (utSin(mt — Y).

Среднее значение силы за период будет равно

тт

Опуская дальнейшие математические преобразования, приве­ дем окончательное выражение для силы

В современных счетчиках и ваттметрах подвижная часть измерительного механизма обычно представляет собой алю­ миниевый диск, расположенный перпендикулярно к пересе­ кающим его нескольким магнитным потокам, возникающим в неподвижных катушках (как будет показано ниже).

На рис. III-38 показаны общий вид внутреннего устройства

однофазного индукционного счетчика с трехпоточньш танген­ циальным механизмом и его включение в цепь нагрузки ztt, а на рис. III-39 — прохождение магнитных потоков в счетчике.

Неподвижная система измерительного механизма состоит из двух электромагнитов 1 я 2, сердечники которых набраны

из тонких листов электротехнической стали.

Электромагнит / имеет на среднем стержне обмотку с то­ ком Іц, состоящую из большого числа витков тонкой проволо-. ки, которая включается в цепь параллельно нагрузке и назы­ вается обмоткой напряжения.

Электромагнит 2 имеет сердечник Я-образной формы с об­

моткой, состоящей из небольшого числа витков толстой прово­ локи, разделенных обычно на две части, намотанных на боко­ вые стержни сердечника, которые включаются в цепь последо­ вательно с нагрузкой и называются токовой обмоткой.

111

В магнитном поле электромагнитов перпендикулярно к их плоскости расположен тонкий алюминиевый диск 3, сидящий на подвижной оси прибора 4.

Рис. Ш-38

Магнитный лоток токовой обмотки пересекает диск дваж­ ды, как это видно из рис. 111-39, причем в местах пересечения

он имеет взаимно противоположные пространственные на­ правления. Таким образом, поток в левом стержне Ф, и поток в правом стержне Ф/ сдвинуты по фазе Іна 180°.

Рис . Ш-39

Магнитный поток обмотки напряжения Фу, проходящий в среднем стержне, разветвляется на два потока: так называе­ мый «рабочий поток» Фу , пересекающий плоскость диска, и

112

этого потока, по правилу буравчика, направлен против часо­ вой стрелки.

Рассуждая аналогично, найдем направление вихревых то­ ков двух других потоков (рис. ПІ-41). Из рисунка следует, что все силы направлены в одну сторону и, следовательно, резуль­ тирующая сила равна их сумме.

Приведем выражение для вращающего момента многопо­

Для того, чтобы вращающий момент таких приборов был про­

В системах, содержащих железо, поток и ток связаны не­ линейной зависимостью, выражаемой основной кривой намаг­ ничивания материала (рис. Ш-42).

Ф

Рис. Ш-42

Из приведенной кривой видно, что пропорциональность между / и Ф/ имеет место только на начальном участке, т. е, в области, далекой от насыщения,

114

Для выполнения условия «а», т. е. получения линейной за­ висимости между величинами Ф7 и /, магнитопровод токовой обмотки системы делают разомкнутым «а значительной части

годаря чему эта система в целом получается практически ли­ нейной и одновременно благодаря большому сопротивлению обеспечивается работа на начальном участке основной кривой намагничивания.

Для выполнения условия «б», т. е. получения линейной за­ висимости между Фц и U, в паспорте прибора указывается но­ минальное напряжение (127 или 220 в), при котором обеспечи­ вается работа на прямолинейном участке характеристики.

Для выяснения условий, обеспечивающих равенство sim|)=icoscp, рассмотрим векторную диаграмму, изображен­ ную на рис. Ш-43.

V

Рис. Ш-43

На диаграмме:

/—ток, протекающий в нагрузке (и в токовой обмотке при­ бора);

U—напряжение на нагрузке (и на обмотке напряжения прибора) ;

Ф—угол сдвига фаз между током и напряжением нагрузки.

Предположим, что нагрузка носит индуктивный характер и, следовательно, напряжение U опережает ток /.

Обозначим ток, протекающий в обмотке напряжения при­ бора, через Іц. Ток нагрузки / создает в своем магнитопроводе магнитный поток Ф ; Если бы активные потери в этой цепи отсутствовали, оба вектора / и Ф; совпадали бы по фазе, но поскольку некоторые потери на вихревые токи и гистерезис

Индукционные ваттметры обладают простой конструкцией, прочны и надежны в работе, практически не подвержены влия­ нию внешних магнитных полей, так как обладают мощным собственным магнитным полем.

Однако они имеют крупные недостатки — большой темпе­ ратурный коэффициент и зависимость показаний от частоты, благодаря чему класс точности этих приборов не превышает 2,5 и 4,0.

В настоящее время для измерения мощности в цепях пере­ менного тока более удобны и точны приборы других систем (как, например, ферродинамические ваттметры).

Благодаря большому вращающему моменту индукционная система довольно широко применяется в различных реле в це­

энергии в однофазных и трехфазных цепях переменного тока. Принцип действия и изображение трехпоточного индукци­ онного счетчика с тангенциальным механизмом были рассмот­

117

ходящая через счетчик, пропорциональна числу оборотов ди­ ска. В формуле с — «постоянная счетчика», т. е. энергия, при­ ходящаяся на один оборот диска (измеряется в ватт-секундах на 1 оборот).

Величина, обратная «постоянной счетчика», называется «передаточным числом» и указывается в паспорте счетчика. Передаточное число измеряется в оборотах диска, приходя­ щихся на 1 квт-ч энергии.

При выводе уравнения многопоточного индукционного при­ бора не принималось во внимание влияние трения, возникаю­

ках может вызвать большую погрешность.

Для компенсации момента трения в измерительном меха­ низме создают дополнительный вращающий момент, исполь­ зуя для этого специальное приспособление.

Для создания этого момента используется магнитный по­ ток обмотки напряжения, величина которого сохраняется примерно неизменной в течение всего времени работы счетчи­ ка. Для получения компенсационного момента от рабочего по­ тока цепи напряжения Фи ответвляется через стальной винт 9, ввинченный в противополюс 10 под диском, небольшой по­

проходит через выступающую часть винта 9 и замыкается не­ посредственно через сердечник цепи напряжения.

118

щающий момент, возникающий от их взаимодействия, в соот­

других причин (повышение напряжения сети, вибрация стены, на которой укреплен счетчик) может получиться, что компен­ сационный момент окажется больше, чем момент трения, и в счетчике возникнет «самоход». При самоходе счетчика его

крючка мимо пластинки между ними установится наибольшее притяжение, за счет чего диск останавливается и, таким обра­

пластинке оказывается уже недостаточной для удержания ди­ ска и он начинает вращаться. Силы притяжения между крюч­ ком и пластинкой, которые имеют место и при вращении ди­ ска, несколько нарушают равномерность вращения, но практи­ чески не влияют на его среднюю скорость.

По ряду многих причин показания счетчика, как и всякого

Для учета электрической энергии в трехфазных цепях пе­ ременного тока в настоящее время применяются исключитель­ но трехфазные индукционные счетчики, представляющие со­ бой совокупность двух или трех однофазных элементов, вра­ щающие моменты которых действуют на общую подвижную

119