Лічильники електричної енергії

Для обліку спожитої електричної енергії використовуються лічильники електричної енергії, які вмикаються за схемами, аналогічними схемам вмикання ватметра (рис.2). В сучасних лічильниках застосовують вимірювальні механізми індукційної, електродинамічної, феродинамічної систем. Для вимірювання енергії змінного струму застосовуються індукційні лічильники (рис.3).

Рухома частина лічильника виконується у вигляді алюмінієвого диска 1, що знаходиться на осі 2. На осі, крім диску, закріплена шестерня 4, яка зчеплена з ведучим зубчатим колесом 9 лічильного механізму 6. Диск обертається між полюсами магнітопроводу паралельного кола 5 і магнітопроводу послідовного кола 8, що набрані з листів електротехнічної сталі. Постійний магніт 7 служить для створення гальмівного моменту.

Магнітні потоки Ф_U та Ф_I, пропорційні відповідно напрузі U та струму I , наводять у диску вихрові струми. В результаті взаємодії цих вихрових струмів і магнітних потоків виникає обертальний момент

(13)

Усталена рівномірна швидкість обертання диска буде рівна

(14)

а кількість обертів диска

(15)

тобто кількість обертів пропорційна вимірюваній енергії W.

Рис.3. Схема індукційного лічильника

Кількість обертів, що відповідає 1 кВт·год енергії, називається передавальним числом лічильника, а обернена їй величина – номінальною сталою лічильника.

Методи трьох амперметрів та трьох вольтметрів

Альтернативним опосередкованим методом вимірювання потужності у колах однофазного змінного струму є метод трьох амперметрів та трьох вольтметрів.

Для того, щоб виконати вимірювання методом трьох амперметрів, паралельно зі споживачем вмикають безреактивний реостат і вимірюють амперметрами струм споживача І_х, струм у вітці реостата I_R і струм в нерозгалуженій частині кола І (рис. 4 а). Згідно з векторною діаграмою (рис. 4 б) косинус кута зсуву фаз між напругою і струмом можна визначити за теоремою косинусів:

(16)

а) б)

Рис. 4. Схема увімкнення та векторна діаграма за методом трьох амперметрів.

Підставляємо значення і у вираз для потужності, отримуємо

. (17)

Для вимірювання потужності методом трьох вольтметрів послідовно зі споживачем вмикають без реактивний додатковий резистор (рис. 5 а) і вимірюють вольтметрами напругу на споживачеві Ux , напругу на резисторі U_R і сумарну напругу U (на резисторі і споживачеві).

а) б)

Рис. 5. Схема увімкнення та векторна діаграма за методом трьох вольтметрів

Згідно з векторною діаграмою (рис. 5 б) косинус кута зсуву фаз між напругою і струмом визначається за теоремою косинусів:

(18)

Підставивши значення cosφ і у вираз для потужності, дістанемо:

(19)

2. Порядок проведення експериментів

1) Ознайомитися з приладами та іншим обладнанням експериментальної установки. Технічні дані амперметрів, вольтметрів та ватметрів занести в табл.1. За допомогою цифрового омметра виміряти опір вимірювальних обмоток приладів.

Таблиця 1

Прилад	Вид струму	Система	Клас точності	Номінальний струм (напруга)	Шкала	Ціна поділки	Опір обмотки

2) Скласти схему (рис.6 а,б) вимірювання активної потужності за допомогою амперметра й вольтметра. Встановити задану викладачем напругу U на вході електричного кола та записати у табл.2 покази приладів.

а) б)

Рис.6. Схема вимірювання потужності за допомогою амперметра й вольтметра.

Таблиця 2

Вимірювання			Обчислення
	U B	I A	P Вт	З врахуванням опору вимірювальних обмоток приладів	Відносна похибка
				PХ, Вт
Схема Рис.4,а
Схема Рис.4,б

3) Скласти схему (рис.7 а,б) вимірювання активної потужності за допомогою ватметра. Результати вимірювань записати в табл. 3.

а) б)

Рис.7 . Схеми вимірювання активної потужності за допомогою ватметра

Таблиця 3

Вимірювання					Обчислення
	U	I	P		З врахуванням опору вимірювальних обмоток приладів PХ	Відносна похибка
	B	A	Под.	Вт	Вт	%
Схема Рис.5,а
Схема Рис.5,б

4) У схему вимірювання активної потужності (рис.7,б) під’єднати однофазний лічильник активної енергії (рис.8) та провести вимірювання на протязі 3…5хв. Результати вимірювань записати в табл.3.

Рис.6. Схема вимірювання активної енергії за допомогою ватметра та лічильника

Таблиця 3

Вимірювання					Обчислення
U	I	Р	W	t	W
B	А	Вт	кВт•год	cек	кВт•год	%

5) Скласти схему вимірювання активної потужності за методом трьох амперметрів (рис.4 а) та трьох вольтметрів (рис. 5а). Результати вимірювань записати в табл. 4.

Таблиця 4

	Вимірювання						Обчислення
	I	IR	IR	U	UR	UZ	cosφ	P
	A	A	A	B	B	B		Вт
Метод трьох амперметрів				–	–	–
Метод трьох вольтметрів	–	–	–