5.7. Индукционные приборы

Индукционные приборы состоят из индукци­онного измерительного механизма с отсчетным устройством и из­мерительной схемой.

Рис 5.20. Устройство и схема включения индукционного счетчика:

1 - трехстержневой магнитопровод с обмоткой напряжения; 2 - счетный механизм;

3 - алюминиевый диск, укрепленный на оси 0 - 0; 4 - постоянный магнит для создания тормозного момента; 5 - П-образный магнитопровод с токовой обмоткой

Принцип действия индукционных измерительных механизмов основан на взаимодействии магнитных потоков электромагнитов и вихревых токов, индуктированных магнитными потоками в по­движной части, выполненной в виде алюминиевого диска.

В настоящее время из индукционных приборов находят применение счетчики электрической энергии в цепях Переменно­го тока. Устройство и схема включе­ния индукционного счетчика показаны на рис. 5.20.

Анализ работы индукционного счетчика показывает, что вращающий момент пропорционален мощности переменного тока, т. е.

M = kUI сosφ,

где k — постоянный коэффи­циент.

На подвижную часть счетчика (алюминиевый диск) действует тормозной момент, пропорциональный частоте вращения диска. Этот момент создается в результате действия тока, наводимого во вращающемся между полюсами постоянного магнита диске, и определяется выражением

,

где k₁ - постоянный коэффициент;

- частота вращения диска.

Приравнивая вращающий и тормозной моменты, получим

.

Число оборотов диска N за время Δt измерения энергии опре­деляется интегралом по времени от частоты вращения диска

,

где C = k₁/kk₂ — постоянная счетчика;

W - энергия, прошед­шая через счетчик за интервал времени Δt.

Отсчет энергии производится по показаниям счетного меха­низма - счетчика оборотов, градуированного в единицах энер­гии. Единице электрической энергии (обычно 1 кВт·ч), регис­трируемой счетным механизмом, соответствует определенное чис­ло оборотов подвижной части счетчика. Это соотношение, называемое передаточным числом А, указывается на счетчике.

Величину, обратную передаточному числу, т. е. отношение зарегистрированной энергии к числу оборотов диска, называют номинальной постоянной С_ном Значения А и С_ном зависят только от конструкции счетного механизма и для данного счетчика оста­ются неизменными.

Под действительной постоянной счетчика С понимают коли­чество энергии, действительно прошедшей через счетчик за один оборот подвижной части. Действительная постоянная в отличие от номинальной зависит от тока нагрузки, а также от внешних условий (температуры, частоты и т. д.). Зная С и С_ном, можно определить относительную погрешность счетчика

δ=(W'-W)/W=(C_ном-C)/C,

где W ' - энергия, измеренная счетчиком,

W - действительное значение энергии, прошедшей через счетчик.

Счетчики активной энергии выпускают классов точности 0,5; 1,0; 2; 2,5; счетчики реактивной энергии - 1,5; 2 и 3. Класс точно­сти счетчиков нормирует относительную основную погрешность и другие метрологические характеристики.

Государственным стандартом устанавливается порог чув­ствительности (в процентах) счетчика, определяемый выражени­ем:

ΔS = 100I_min/I_ном,

где I_min — минимальное значение тока, при котором диск счетчика начинает безостановочно вращаться;

I_ном — номинальное для счетчика значение тока в токовой обмот­ке.

При этом напряжение и частота тока в цепи должны быть номинальными, a сosφ = 1. Согласно ГОСТ 6570—75 порог чув­ствительности не должен превышать 0,4%—для счетчиков класса точности 0,5 и 0,5 % — для классов 1,0; 1,5 и 2. Для счет­чиков реактивной энергии классов 2,5 и 3 значение ΔS должно быть не

более I %.

Вращение диска при отсутствии тока в нагрузке и при нали­чии напряжения в параллельной цепи счетчика называют самохо­дом. Согласно ГОСТ 6570—75 самохода не должно быть при любом напряжении от 80 % до 11О % номинального значения.

Погрешность счетчика зависит от режима его работы, поэто­му государственным стандартом нормируется разная относитель­ная погрешность при различных нагрузках.

Под действием внешних факторов у счетчика появляются дополнительные погрешности, также нормируемые государствен­ным стандартом. Дополнительные погрешности возникают вслед­ствие искажения формы кривой тока и напряжения, колебаний напряжения и частоты, резкого перепада мощности, потребля­емой нагрузкой, и некоторыми другими факторами.

Кроме однофазных индукционных счетчиков, промышлен­ность выпускает также трехфазные счетчики активной и реактив­ной энергии. Трехфазные счетчики представляют собой как бы три (трехэлементные) или два (двухэлементные) счетчика, объединенные одной осью вращения. Двухэлементные счетчики применяют при измерении энергии в трехпроводных трехфазных цепях, а трехэлементные счетчики - в четырехпроводных цепях.