8.6.2 Индукционный измерительный прибор
В основе работы индукционного измерительного прибора лежит действие переменного магнитного поля на индуктированные им токи. В конструктивную схему входят: два электромагнита, алюминиевый диск и постоянный магнит. Обмотка первого электромагнита включается в цепь так же как вольтметр; обмотка второго электромагнита, имеющая малое число витков, включается как амперметр. Вращающий момент создается в результате действия переменного магнитного потока первого электромагнита на ток, индуктированный магнитным потоком второго электромагнита, и наоборот.
Рисунок 8.8 - Устройство индукционного измерительного прибора
Край алюминиевого диска проходит в зазоре между полюсами постоянного магнита. При вращении диска постоянное магнитное поле индуктирует в нём ток, создавая тормозящий момент.
При однородном строении диска и синусоидальном характере изменения магнитных потоков электромагнитов вихревые токи связаны с порождающими их магнитными потоками зависимостью
и
,
где
удельная
проводимость материала диска;
толщина
диска; f – частота
изменения магнитных потоков;
коэффициенты
пропорциональности; ФU,
ФI - магнитные
потоки первого и второго электромагнитов.
В соответствии с законом Ампера можно получить выражение для вращающего момента
.
Как
известно, активная мощность в цепи
переменного тока равна
.
Чтобы вращающий момент прибора был
пропорционален активной мощности
необходимо соблюдение условия
,
так как
.
Для выполнения этого условия применяют
специальные конструкции электромагнитов.
Тогда вращающий момент окажется равным
.
При равенстве вращающего и тормозящего моментов диск вращается с постоянной скоростью:
,
отсюда
можно записать
;
если умножить обе части уравнения на время, то получим
,
где
обозначено: t – время;
- постоянная прибора; n –
частота вращения диска:
- энергия в цепи за время t:
- число оборотов диска за то же время.
Таким образом, W=C·N, и, оказывается, что необходимо считать количество оборотов диска для измерения энергии. Индукционный измерительный прибор, снабженный счётным механизмом, называют счётчиком электрической энергии.
а) б)
Рисунок 8.9 - Принципиальная электрическая схема (а) и схема включения (б)
однофазного индукционного счётчика активной электрической энергии
Для измерения энергии в трёхфазных электрических цепях применяют трёхфазные двухэлементные счётчики.
Учёт реактивной энергии осуществляют, как правило, только в трёхфазных электрических цепях. Трёхфазные счётчики реактивной энергии изготовляют из таких же элементов, что и счётчики активной энергии, но включают по специальным схемам.
Рисунок 8.10 – Принципиальная схема счётчика реактивной энергии
В этом случае вращающий момент прибора равен
.
Такого рода счётчики пригодны для измерения реактивной мощности в трёхфазных трёхпроводных сетях при полной симметрии и при простой асимметрии.