книги из ГПНТБ / Подольский Л.Р. Счетчики электрической энергии электроподвижного состава

пропорциональный скорости вращения подвижной системы. В реальном счетчике всегда действует много факторов, которые нарушают указанные условия и являются причи­

ся по стали, относятся к ферродинамической системе. Элек­ трические соединения в счетчиках ферродинамической и электродинамической систем показаны на рис. 3. В схему

Если показание счетчика Ас,, не равно фактическому рас­ ходу электроэнергии А = Pt, то принято говорить, что счетчик имеет погрешность. Погрешность реального счет-

10

чйка вызывается отсутствием строгой пропорциональности между скоростью вращения подвижной системы и потребляе­ мой мощностью. Нарушение этой пропорциональности про­ исходит вследствие появления дополнительного трения в подвижных частях счетчика, возникновения дополнитель­ ного тормозного момента от пересечения подвижной обмот­ кой магнитного потока, создаваемого токовой обмоткой, изменения сопротивления обмоток и тормозного диска с из­ менением их температуры, изменения величины индукции в зазоре тормозного магнита при изменении температуры, а также вследствие влияния внешних магнитных полей, вибраций, наклона счетчика от его нормального положе­ ния, износа и старения отдельных деталей.

При измерении любых величин различают погрешность абсолютную и относительную.

Абсолютной погрешностью измерения Д называется

абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, т. е.

Относительная погрешность обычно выражается в про­ центах к действительной величине.

Степень влияния на погрешность счетчика некоторых из указанных факторов зависит от величины тока потреби­ теля — нагрузки счетчика. Например, влияние трения сказывается на погрешности счетчика более значительно при малых нагрузках, когда вращающий момент счетчика мал, нежели при больших нагрузках, когда вращающий момент счетчика достаточно велик. Поэтому относительная погреш­ ность каждого счетчика будет различна при разных нагрузках.

Если по одной оси откладывать величины относитель­ ных погрешностей счетчика, а по другой оси — значения нагрузок (тока), для которых определены эти погрешности,

11

то получается так называемая нагрузочная кривая, выра­ жающая зависимость погрешности счетчика от нагрузки при номинальном напряжении.

нагрузок. Поэтому счетчик обычно регулируют с нулевой погрешностью для наиболее выгодной с точки зрения об­ щей погрешности нагрузки.

Ч

Рис. 4. Нагрузочная кривая счетчиков электродинамической системы:

/ —относительная погрешность счетчика при нагрузках от 20 до 150%; 2—пре­ делы допустимых погрешностей для счетчиков типов ДбООм и Д620

На рис. 4 приведена нагрузочная кривая 1, характер­ ная для счетчика электродинамической системы. Линиями 2 ограничены погрешности счетчика, допустимые в условиях эксплуатации на электроподвижном составе по действую­ щим техническим условиям на счетчики типов ДбООм

иД620.

§3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПОГРЕШНОСТЬ

ИСПОСОБЫ ИХ КОМПЕНСАЦИИ

Мо м е н т т р е н и я . При вращении подвижной си­ стемы счетчика в ней возникает момент трения, непропор­ циональный скорости и который вносит погрешность в по­ казание счетчика.

Величина трения зависит от состояния (чистоты) поверх­ ностей, веса трущихся частей, качества смазки трущихся поверхностей и ее температуры. Кроме трения подвижных частей, приходится также считаться с трением о воздух, которое наиболее сильно сказывается при больших нагруз­

12

ках. Для уменьшения влияния момента трения в счетчиках вводят компенсационные устройства.

Компенсационные устройства не удается создать таки­ ми, чтобы создаваемый ими момент, имел такую же зависи­ мость от скорости вращения подвижных частей, как и мо-

Рис. 5. Способы компенсации момента трения:

пенсационная катушка

мент трения. Поэтому компенсационный момент выбирают приблизительно равным среднему значению момента трения.

Одно из устройств для получения компенсационного момента показано на рис. 5, а.

В магнитном поле токовой обмотки 1 помещается лепес­ ток 5 из пермаллоя1, обладающего высокой магнитной про­ ницаемостью при малой напряженности поля. При неболь­ ших нагрузках этот лепесток усиливает магнитный поток, создаваемый токовой обмоткой, что приводит к увеличению вращающего момента и компенсации момента трения. При увеличении нагрузки магнитное поле обмотки усиливается, лепесток намагничивается до насыщения и его компен­ сирующее действие перестает возрастать. Однако это практически не ухудшает компенсирующее действие, так как момент трения с ростом нагрузки увеличивается не-

1 Предложено инж- В- Д. М а ц н е в ы м .

-W

мой в сеть, так как направление компенсационного потока в обоих случаях соответствует направлению потока, созда­ ваемого токовыми обмотками.

На рис. 5, б показано другое устройство для получения компенсационного момента. Дополнительный магнитный поток, необходимый для создания компенсационного мо­ мента, получается от специальной компенсационной катуш­ ки б, включенной параллельно подвижной обмотке счетчика. Такой способ компенсации момента трения в отличие от предыдущего не зависит от величины тока нагрузки и в значительной мере зависит от изменения напряжения сети. Этот способ резко увеличивает погрешность счетчика в от­ рицательную сторону при учете энергии, отдаваемой в сеть, так как при сохранении направления компенсационного момента направление вращения подвижной системы изме­ няется. Поэтому счетчики с таким компенсационным устрой­ ством нежелательно устанавливать на электроподвижном

которую отрегулирован счетчик, принципиально правиль­ ность показаний счетчика электродинамической системы не должна нарушаться, однако возникающие при этом побоч­ ные явления в счетчике приводят к некоторому изменению его погрешности.

Уменьшение напряжения вызывает изменение погрешно­ сти счетчика в положительную сторону. Это происходит по­

’ При понижении напряжения, например, на 10% ток в параллельной цепи уменьшается менее чем на 10%, поэто­ му и погрешности счетчика изменяются в положительную сторону.

При увеличении же напряжения погрешность счетчика изменяется в отрицательную сторону. Так как последова­ тельно с медной обмоткой подвижной системы включено обычно большое манганиновое сопротивление, то влия­ ние изменения напряжения на погрешности незначщ тельно.

14

Всчетчиках, у которых момент трения компенсируется

спомощью катушек, питаемых от параллельной цепи, по­ грешность от изменения напряжения при отсутствии спе­ циальных стабилизаторов на зажимах компенсационной катушки будет более существенна.

системы в магнитном поле токовой обмотки в них возникает электродвижущая сила Е, направленная против напряже­ ния, приложенного к параллельной цепи счетчика; ее вели­ чина пропорциональна магнитному потоку Фр создаваемому неподвижной обмоткой, и скорости вращения — числу обо­ ротов в минуту п подвижных катушек:

Е = клФ1п,

где kx— коэффициент пропорциональности.

Под действием э. д. с. Е в катушках возникает ток /, пропорциональный Е:

i = k2E = kx k2 Ф\п.

Взаимодействие этого тока с магнитным потоком токовой обмотки создает индукционный тормозной момент Ми, равный

Ми = k3г'Ф(- = кх кг к2Ф]п = кФ1 п.

Как видно из формулы, этот момент не подчиняется ли­ нейному закону и изменяется пропорционально скорости вращения подвижной системы и квадрату величины нагруз­ ки, вызывая в счетчике отрицательную погрешность. Для уменьшения влияния этого момента при проектировании

состоянии покоя, как известно, больше коэффициента тре­ ния при относительном движении трущихся тел. Поэтому, если счетчик работает в условиях тряски и вибраций, вели­ чина трения в подвижных частях снижается и счетчик при­ обретает положительную погрешность. Для компенсации такой погрешности счетчик приходится регулировать в ус­ ловиях, приблизительно соответствующих условиям работы на-электроподвижном составе. Влияние вибраций и тряски особенно заметно при малых нагрузках. При нагрузках выше 50% номинальной влиянием тряски и вибраций можно пренебречь и регулировать счетчик без вибраций.

I Ь

Трение в подвижных частях зависит также от наклона счетчика по отношению к вертикали. Поэтому, если счетчик регулируется в одном положении (вертикально), а в эк­ сплуатации будет установлен с некоторым наклоном, его погрешность изменится.

И з м е н е н и е т е м п е р а т у р ы . Сопротивление проводников изменяется в зависимости от температуры.

Добавочное сопротивление счетчика R д, включаемое по­ следовательно в цепь катушек подвижной системы, выпол­ няется обычно из манганина, температурный коэффициент которого равен 0,00015.

Вследствие того, что добавочное сопротивление, выпол­ ненное из манганина, обычно значительно больше сопротив­ ления медных катушек подвижной системы, величина тока, протекающего через параллельную цепь, с увеличением температуры изменяется незначительно в сторону его умень­ шения, и счетчик благодаря этому получает отрицательную погрешность, которая будет тем меньше, чем большую часть сопротивления составляет манганин.

Величина магнитного потока, создаваемого постоянным магнитом, также зависит от его температуры. Магнитный поток тормозного магнита уменьшается на 0,5% при увели­ чении температуры на 10° С.

При нагревании алюминиевого тормозного диска его сопротивление будет увеличиваться (4% на 10° С увеличе­ ния температуры), соответственно в нем уменьшатся вихрег вые токи, а следовательно, и тормозной момент. Таким обра­ зом, счетчик приобретает положительную погрешность,

16.

Для уменьшения температурной погрешности параллель­ но катушкам подвижной системы включается сопротивле­ ние с отрицательным температурным коэффициентом (тер­ мистор).

При увеличении окружающей температуры сопротивле­ ние термистора уменьшается и через него будет ответвляться больший ток за счет уменьшения тока, протекающего по катушкам подвижной системы. Вращающий момент благо­ даря уменьшению тока в катушках подвижной системы уменьшается соответственно уменьшению тормозного мо­ мента, чем и компенсируется температурная погрешность счетчика.

В н е ш н и е м а г н и т н ы е п о л я . Магнитные поля, создаваемые находящимися вблизи счетчика токоне­ сущими проводами, взаимодействуя с токами в подвижной обмотке, создают дополнительный вращающий момент, который вызывает погрешность счетчика. Для уменьшения погрешности магнитные потоки, которые создаются раз­ ными витками (катушками) токовой обмотки, имеют взаим­ но противоположное направление; при этом внешнее поле, ослабляя поток одних витков (катушек), соответственно усиливает поток других витков (катушек). Такие системы называются астатическими.

Другим средством уменьшения погрешности от внешних магнитных полей является установка счетчика на доста­ точно большом расстоянии от токонесущих проводников или экранирование счетчика, т. е. расположение его в сталь­ ном кожухе.

И з н о с и с т а р е н и е д е т а л е й . В процессе работы счетчика происходит износ трущихся поверхностей, чистота которых при этом ухудшается, смазка трущихся по­ верхностей густеет (полимеризуется) и засоряется продук­ тами их износа. Это приводит к увеличению трения и воз­ никновению погрешности счетчика.

С течением времени могут наблюдаться случаи ос­ лабления магнитного потока тормозного магнита под дей­ ствием токов короткого замыкания и значительных пере­ грузок. Кроме того, ослабление потока может быть вслед­ ствие плохого качества материала и изготовления магнитов, что также приводит к возникновению погрешностей.

Поэтому счетчики должны проходить периодическую проверку, регулировку и ремонт.

§ 4. ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ СЧЕТЧИКА

К основным эксплуатационным параметрам счетчика, кроме йоминального тока и напряжения, можно отнести постоянную счетчика С (см. формулу 5), передаточное число счетчика N , передаточное число счетного механизма р, коэффициент счетного механизма К, емкость счетного ме­ ханизма Е.

на щитке счетного механизма счетчика; например, на щитке счетчика типа ДбООм с номинальным током 750 а написано: 1 кет ■ч=0,8 оборота диска; у счетчика типа AD с номиналь­

18

несенные на первом барабанчике, обозначают единицы ки­ ловатт-часов, передаточное число счетного механизма р. должно быть в десять раз больше передаточного числа счет­ чика N, т. е.

значающее киловатт-часы, так как на барабанчике нанесено десять цифр.

К о э ф ф и ц и е н т с ч е т н о г о м е х а н и з м а К. При проектировании счетчиков из соображений меньшего износа опор его вращающихся частей, а также с целью сни­ жения погрешностей от торможения в магнитном поле то­ ковой обмотки скорость вращения его подвижной системы обычно стремятся сделать минимальной.

Чем тихоходнее счетчик и чем больше мощ­ ность номинальной нагрузки, на которую счетчик рассчи­ тывается, тем *'“ныне его передаточное число N.

Как было выяснено, для того чтобы первый справа ука­ затель счетного механизма учитывал киловатт-часы, пере­

на большие номинальные нагрузки, а цифры первого бара­ банчика обозначают единицы киловатт-часов, передаточное число счетного механизма получается малым, так как мала

В современных счетчиках, за исключением некоторых особых типов, скорость подвижной системы при номиналь­ ной нагрузке берется в- пределах от 16 до 50 об/мин.