4.5. Индукционные измерительные приборы.
И
ндукционные
приборы состоят из индукционного
измерительного механизма (ИМ) с отсчетным
устройством и измерительной схемой.
Принцип действия ИНД ИМ 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 счётчики электрической энергии в цепях переменного тока.
Счетчики электрической энергии.
Устройство и схема включения индукционного счетчика показаны на рис. 27,а, где 1 – трехстержневой магнитопровод с обмоткой напряжения; 2 – счетный механизм; 3 – алюминиевый диск, укрепленный на оси; 4 – постоянный магнит для создания тормозного момента; 5 – П-образный магнитопровод с токовой обмоткой.
Магнитные
потоки
(знаки
потоков условные: направленные
вверх-положительные, направленные
вниз-отрицательные) возбуждают в
алюминиевом диске токи Фуко (см. рис.
27,б). Эти токи взаимодействуют с соседними
магнитными потоками по принципу
”токи возбуждаемые разноименными (противоположными) магнитными потоками притягиваются, а одноименными - отталкиваются”. В результате такого взаимодействия в диске возникает вращающий момент , направления которого показано на рис. 27,б.
Анализ работы индукционного счетчика показывает, что вращающий момент пропорционален мощности переменного тока.
,
(86)
где
-постоянный
коэффициент;
-
(угловая) частота вращения диска.
Приравнивая вращающий и тормозной
моменты , получаем
, (87)
число
оборотов диска N
за время
измерения энергии определяется интегралом
по времени от частоты вращения диска
,
т.е.
,
(88)
где
-
постоянная счетчика;
-энергия
, прошедшая через счетчик за интервал
времени
.
Отсчет
энергии производится по показаниям
счетного механизма – счетчика оборотов,
градуированного в единицах энергии.
Единице электрической энергии,
регистрируемой счетным механизмом,
соответствует определенное количество
оборотов подвижной части счетчика. Это
соотношение, называемое передаточным
числом
,
указывается на счетчике .
Величину,
обратную передаточному числу , т.е.
отношение зарегистрированной энергии
к числу оборотов диска , называют
номинальной постоянной
.
Значения A
и
зависят только от конструкции счетного
механизма и для данного счетчика остаются
постоянными.
Счетчики
характеризуются порогом чувствительности,
который не должен быть более 0,5%
для счетчиков класса 1,0; 1,5; 2.
Вращение диска при отсутствии тока в нагрузке и при наличии напряжения в параллельной цепи счетчика называется самоходом и устраняется установкой на оси диска стальной проволоки 7
(рис. 27, в), а к магнитопроводу параллельного электромагнита – стальной пластинки 6(флажка).
При вращении подвижной части проволочка притягивается к флажку , намагниченному потоками рассеяния электромагнита, что создает дополнительный тормозной момент, устраняющий самоход.
5.Измерение переменного напряжения
Синусоидальный сигнал характеризуется следующими параметрами:
мгновенное значение – U(t)
амплитуда -
(пиковое
значение)
среднее значение
-
средневыпрямленное
значение -
среднеквадратичное
, действующее , эффективное значение -
.
-начальная фаза;
1) Среднее значение за период
Импульсное напряжение
2) Средневыпрямленное значение
двух - полупериодный выпрямитель - преобразователь средневыпрямленного значения
3) Средне квадратичное значение
среднеквадратичный
преобразователь
параболическая ВАХ
4) Пиковое значение
Пиковый преобразователь
открытый вход
закрытый вход
5)
Связь между
Коэффициент амплитуды
Коэффициент формы
6) Параметры несинусоидальных сигналов
Таб. 1.
Вольтметры переменных напряжений могут быть с преобразователями:
а) средневыпрямленного значения;
б) среднеквадратичного значения;
в) пикового значения;
Шкала может быть отградуирована (теоретически):
а) в средневыпрямленных значениях;
б) в среднеквадратичных (эффективны) значениях;
в) в пиковых (амплитудных) значениях.
7) Отсчет показаний вольтметров в зависимости от типа преобразователя и формы сигнала.
Пример
1. Какова амплитуда синусоидального
напряжения , если произведен отсчет
по шкале вольтметра, отградуированной
в эффиктивных значениях? Вольтметрс
преобразователем пиковых значений.
1.
Отсчет
.
Следовательно ,
(см. Таб. 1).
Пример
2. Каково действующее значение напряжения
треугольной формы , если отсчет
произведен на шкале, отградуированной
в эффективных значениях синусоидального
напряжения. Преобразователь вольтметра
СКЗ.
1.
,
следовательно амплитуда измеряемого
напряжения треугольной формы
2. Действующее значение измеряемого напряжения
Пример 3. Вольтметр имеет преобразователь средневыпрямленных значений, а отградуирован в среднеквадратических значениях синусоидального сигнала. Каково средневыпрямленное значение сигнала измеряемого таким вольтметром ?
Указание: следует показания вольтметра перевести в значения того параметра, который соответствует типу преобразователя.
1.
Отсчет по шкале
переведем в
9.
Корректирующий множитель М, на который
необходимо умножить показания вольтметра
,
градуированных в СКВ на синусоидальном
сигнале, для определения искомого
параметра несинусоидального сигнала.
Таб. 2
Искомый параметр несинусоидального
сигнала
|
Тип преобразователя вольтметра |
||
СКЗ |
СВЗ |
ПЗ |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Здесь
:
-
показание вольтметра, отградуированного
в СКЗ синусоидального сигнала;
-
коэффициенты амплитуды и формы
несинусоидального сигнала (см. Таб. 1).
Из таблицы видно , что поправочный множитель М состоит из двух сомножителей: первый осуществляет перевод показания вольтметра в то значение, на которое реагирует преобразователь вольтметра , второй- переводит полученное значение напряжения в требуемое.
Для
такого перевода необходимо знать
коэффициенты
исследуемого сигнала. Второй множитель
равен 1 в трёх случаях: измерение
вольтметром с преобразователем СКЗ,
измерение
вольтметром
с преобразователем СВЗ и измерение
вольтметром с преобразователем ПЗ.
Пример
4. Определить показания
цифрового вольтметра переменного тока
с преобразователем средневыпрямленного
значения (СВЗ) и открытым входом ,
отградуированным в среднеквадратических
значениях (КЗ) синусоидального сигнала,
если на вход подан сигнал в форме
последовательности прямоугольных
импульсов с амплитудой
, длительностью
и периодом повторения Т.
U(t)=
U(t)=
Решение:
1. Находим связь показания вольтметра, отградуированного в СКЗ синусоидального сигнала с истинным СКЗ несинусоидального сигнала (последовательности прямоугольных импульсов).
;
Отсюда искомое показание табло ЦВ.
Поправочный
множитель
2.
Определяем коэффициент формы импульсного
сигнала
;
Окончательно , показание вольтметра
