- •Пояснительная записка
- •Тематический план
- •Введение
- •Раздел 1. Основы метрологии и электроизмерительные приборы
- •Тема 1.1 Основные понятия
- •Тема 1.2 Меры электрических единиц. Общие сведения об электроизмерительных приборах
- •Вопросы для самопроверки:
- •Раздел 2. Измерительные механизмы приборов непосредственной оценки Тема 2.1 Магнитоэлектрическая и электромагнитная системы
- •Детали и узлы общего применения.
- •Магнитоэлектрические измерительные механизмы.
- •Магнитоэлектрические логометры.
- •Электромагнитный логометр
- •Тема 2.2 Электродинамическая и ферродинамическая системы
- •Электродинамическая система
- •Логометры электродинамической системы
- •Ферродинамическая система.
- •Тема 2.3 Индукционная и другие измерительные системы
- •Индукционная система.
- •Вибрационная система.
- •Выпрямительные (детекторные) приборы.
- •Раздел 3. Измерение электрических величин Тема 3.1 Измерение тока и напряжения
- •Тема 3.2 Расширение пределов измерения
- •Добавочные сопротивления.
- •Измерительные трансформаторы напряжения.
- •Тема 3.3 Измерение сопротивлений
- •Измерение малых и средних сопротивлений методом сравнения с образцовым сопротивлением
- •Измерение средних и больших сопротивлений методом замещения.
- •Измерение средних и малых сопротивлений одинарным мостом
- •Тема 3.4 Измерение активной и реактивной мощности
- •Электродинамический ваттметр в цепи переменного тока
- •Ферродинамический ваттметр
- •Измерение мощности ваттметром с трансформатором тока
- •Измерение мощности ваттметром с трансформаторами тока и напряжения
- •Измерение мощности в трехпроводных цепях при неравномерной нагрузке фаз.
- •Измерение реактивной мощности в трехфазных цепях
- •Тема 3.5 Измерение активной и реактивной энергии
- •Тема 3.5 Измерение активной энергии в трехфазных цепях
- •Измерение реактивной энергии в трехфазных цепях
- •Электродинамический счетчик
- •Тема 3.6 Измерение коэффициента мощности
- •Электродинамические и ферродинамические фазометры
- •Электромагнитный фазометр
- •Фазоуказатель
- •Тема 3.7 Измерение частоты переменного тока
- •Электродинамические и ферродинамические частотомеры
- •Электромагнитный частотомер
- •Выпрямительный частотомер
- •Раздел 4. Измерение неэлектрических величин. Выбор электроизмерительных приборов Тема 4.1 Параметрические и генераторные преобразователи
- •Параметрические преобразователи
- •Реостатные преобразователи
- •Преобразователи контактного сопротивления
- •Тензочувствительные преобразователи
- •Термочувствительные преобразователи
- •Электролитические преобразователи
- •Индуктивные преобразователи
- •Емкостные преобразователи
- •Фотоэлектрические преобразователи
- •Ионизационные преобразователи
- •Генераторные преобразователи
- •Термоэлектрические преобразователи
- •Индукционные преобразователи
- •Пьезоэлектрические преобразователи
- •Тема 4.2 Правила выбора электроизмерительных приборов
- •Лабораторные работы:
- •Литература Основная
- •Дополнительная
- •Контрольные задания введение
- •Программа экзамена
- •Тема 4.2 Правила выбора электроизмерительных приборов 104
Тема 3.5 Измерение активной и реактивной энергии
Студент должен
знать:
-
приборы для измерения;
-
схемы подключения приборов;
-
основные параметры приборов;
уметь:
-
выбирать предел измерения прибора;
-
подключать прибор для измерения физической величины.
Индукционный, электродинамический и магнитоэлектрический счетчики активной энергии. Измерение активной энергии в цепях постоянного тока. Измерение активной и реактивной энергии в трехфазных цепях. Расчет постоянной счетчика.
Рис. 3.5.1. Схема устройства и соединения индукционного счетчика
|
Материал для изучения
Электрические счетчики – это интегрирующие приборы для измерения электрической энергии и количества электричества. Наибольшее распространение получили счетчики электрической энергии индукционной системы для цепей переменного тока; электродинамические и ферродинамические для цепей постоянного тока; магнитоэлектрические и электролитические постоянного тока для измерения количества электричества. Счетчик отличается от показывающего прибора тем, что вследствие отсутствия пружины подвижная часть его вращается, причем каждому обороту ее соответствует определенное значение измеряемой величины. Регистрация измеряемой величины производится счетным механизмом, представляющим по существу счетчик оборотов.
Индукционный однофазный счетчик активной энергии. Устройство и соединение индукционного счетчика типа СО-2 показаны на рис. 3.5.1. Он состоит из последовательного А и параллельного Б электромагнитов, алюминиевого диска Д, укрепленного на оси, тормозного магнита М и счетного механизма. При работе счетчика по его последовательной обмотке проходит ток I и в сердечнике электромагнита возникает магнитный поток ФI. Напряжение U вызывает в обмотке параллельного электромагнита ток IU, и в сердечнике возникает магнитный поток ФU, состоящий из рабочего ФUр и вспомогательного ФUв. Потоки ФI и ФUр , пронизывая диск, индуктируют в нем вихревые токи. Вращающий момент, возникающий в результате взаимодействия вихревых токов с магнитными потоками, .
Если сердечник последовательного электромагнита находится в ненасыщенном состоянии, то ФmI I. Если частота f постоянна, то ФU U4,44f. Наконец, если sin = cos, что возможно при = (90 - ), так как sin (90 - ) = cos, то вращающий момент может быть выражен, т.е. он будет пропорционален мощности цепи.
Рис. 3.5.2. Векторная диаграмма счетчика
|
Параллельный рабочий магнитные поток ФUр проходит через средний стержень электромагнита, диск и противополюс Г, расположенный под диском. Вследствие больших потерь на пути этого потока и, в частности, в диске он сдвинут по фазе от тока IU на угол, больший, чем потоки ФU и ФUв, последний из которых замыкается через средний и боковые стержни электромагнита, помимо диска. Таким путем можно получить угол (90 + I). Подгонка угла до значения (90 + I) производится изменением угла или I.
В счетчиках (рис. 3.5.1) на сердечник последовательного электромагнита накладывают короткозамкнутые витки и обмотку, замкнутую на проволочный резистор. Токи, индуктируемые в обмотке и витках, увеличивают I. Угол I регулируют проволочным резистором до получения вращающего момента, пропорционального измеряемой мощности. При движении диска счетчика возникает тормозной момент Мт, действующий на диск. Он создается взаимодействием потока Фт тормозного магнита (рис. 3.5.1) с вихревыми токами Iв, индуктированными в диске при его движении в том же потоке Фт. Тормозной момент Мт = k' Iв Фт. Вихревые токи Iв при постоянном сопротивлении Rд диска пропорциональны ЭДС, индуктированной в диске (Iв = Ед / Rд), а ЭДС пропорциональна потоку Фт и частоте вращения диска, т.е. числу оборотов диска в секунду (n). Таким образом, ,
где k''' – постоянный коэффициент пропорциональности.
При постоянном потоке Фт тормозного магнита Мт = k2 n. Кроме этого основного тормозного момента, в счетчике создаются еще два: 1) тормозной момент МтUр от взаимодействия потока ФUр с вихревыми токами, индуктированными в диске при его вращении потоком ФUр; 2) тормозной момент МтI от взаимодействия потока ФI с вихревыми токами, индуктированными в диске при его вращении потоком ФI. Для того, чтобы тормозной момент МтI, созданный последовательным потоком ФI, в меньшей степени влиял на результирующий тормозной момент, поток ФI берут малым по сравнению с Фт. Параллельный рабочий поток ФUр мало изменяется при нормальной работе счетчика, поэтому тормозной момент МтUр, созданный этим потоком, можно рассматривать как дополнительный к основному тормозному моменту Мт, что и учитывается при регулировке счетчика. При неизменной мощности в измеряемой цепи устанавливается постоянная частота вращения диска счетчика, при которой М Мт или k1Р = k2 n, откуда , т.е. частота вращения диска пропорциональна мощности Р цепи, а энергия, израсходованная за время t, W = Р t = k n t = k N, таким образом, число оборотов диска счетчика N за то же время t будет пропорционально израсходованной энергии. Следовательно, израсходованную энергию можно измерить числом оборотов диска счетчика N. Коэффициент пропорциональности k = W / N, численно равный энергии, израсходованной в сети за время одного оборота диска счетчика, называется действительной постоянной счетчика.
Рис. 3.5.3. Схема устройства счетного механизма
|
|
Рис. 3.5.4. Схема устройства для создания момента, компенсирующего трение в счетчиках типа СО-1, СО-2 и СО-5
|
Число оборотов диска счетчика, соответствующее единице энергии, регистрируемой счетчиком, называется передаточным числом. Оно дается на щитке счетчика, например 1кВт ч равен 1000 оборотов. Величина, обратная передаточному числу, т.е. энергия, регистрируемая счетчиком за один оборот его диска, носит название номинальной постоянной счетчика kн.
Разность между энергией, зарегистрированной счетчиком W' = kн N, и действительной энергией, израсходованной за то же время в цепи W = k N, представляет собой абсолютную погрешность счетчика, т.е. W = W' W. Относительная погрешность счетчика , т.е. погрешность счетчика равна погрешности его постоянной.
При работе счетчика возникает момент трения и погрешность от трения, значительная при малых нагрузках. Поэтому момент трения компенсируют (при нагрузке 10 % номинальной) добавочным вращающим моментом. В счетчиках (рис. 3.5.1) в противополюс параллельного электромагнита ввертывают стальной винт b. Через этот винт от потока ФUр отделяется небольшая его часть , которая из-за потерь в винте отстает по фазе от остальной части потока . Разделение потока ФUр на две части приводит к получению добавочного момента, компенсирующего трение. В счетчиках типа СО-2 компенсирующий момент получают при помощи короткозамкнутого витка, расположенного под полюсом параллельного электромагнита (рис. 3.5.4). При ассиметричном расположении витка магнитное поле его, воздействуя на поток ФUр, вызывает разделение его на две части и , сдвинутые по фазе, вследствие чего, как и в предыдущем случае, возникает компенсирующий момент. Если компенсирующий момент превышает момент трения, то диск счетчика может вращаться при наличии напряжения на параллельной цепи и отсутствии нагрузки - холостой ход или самоход счетчика. Он может возникнуть от неправильной регулировки счетчика, повышенного напряжения, вибрации опоры, на которой он крепится, и т.п.
Рис. 3.5.5. Схема устройства и соединения трехэлементного трехдискового счетчика типа СА4-И672
|
Рис. 3.5.6. Схема устройства и соединения двухэлементного двухдискового счетчика типа СА3-И670
|
Наименьшая нагрузка, выраженная в процентах номинальной, при которой диск счетчика начинает вращаться без остановки, называется чувствительностью (порогом чувствительности) S = (Рнаим / Рном) 100 %.
Погрешности счетчика зависят также от температуры, частоты переменного тока и других факторов.
Счетчик должен удовлетворять следующим требованиям:
-
При прохождении тока только по параллельной цепи диск счетчика, сделав после включения не более одного оборота, должен оставаться неподвижным при напряжениях 80 – 110 % номинального.
-
Счетчик должен вращаться без остановки при номинальных напряжении, частоте и cos = 1 при нагрузке 0,5 % номинальной для счетчиков класса 1 и 2 и 1 % номинальной для счетчиков остальных классов.
Типовая задача.
Паспортные данные счетчика электрической энергии: 220 В, 10 А, 1 кВт ч – 640 оборотов диска. определить относительную погрешность счетчика и поправочный коэффициент, если он был проверен при номинальных значениях тока и напряжения и за 10 мин. сделал 236 оборотов.
Решение. Определяем номинальную и действительную постоянные счетчика:
Втс/об;
Втс/об.
Поправочный коэффициент счетчика
.
Относительная погрешность счетчика
%.