Работа № 7. Знакомство с принципом действия однофазного индукционного счетчика переменного тока



 

Цель работы:изучитьустройство и принцип действия счетчика электрической энергии

Приборы и материалы: амперметр переменного тока на 5 А, вольтметр переменного тока на 300 В, электрический счетчик, электроплитка, реостаты сопротивления, ключ, секундомер, соединительные провода.

 

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре возникает ток во всех случаях, когда происходит изменение потока вектора магнитной индукции через площадь, ограниченную контуром. Величина электродвижущей силы индукции, вызывающая индукционный ток, пропорциональна скорости изменения потока вектора магнитной индукции (закон Фарадея):       

Рис.7.1. К определению направления индукционного тока

Направление индукционного тока определяется правилом Ленца: индукционный ток имеет такое направление, что его собственное магнитное поле компенсирует изменение потока магнитной индукции, вызывающее этот ток. Если индукционные токи возникают в массивных сплошных проводниках, их называют токами Фуко.

На проводник с током I в магнитном поле В (рис.9.1), согласно формуле Ампера, действует сила:

F=BIℓsina,

где В ‑ вектор магнитной индукции внешнего поля, ℓ ‑ длина активной части проводника, I ‑ сила тока, a ‑ угол между вектором В и направлением тока. Направление силы определяется правилом левой руки: если левую руку расположить так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а направление вытянутых пальцев совпадало с направлением тока, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на этот ток. Следует иметь в виду, что сила ампера направлена перпендикулярно плоскости, в которой лежат магнитная индукция и ток.

Описание установки и метода измерения

 

При прохождении тока по катушкам 3 и 4 (рис.9.2) создаются два магнитных поля, пронизывающих диск (1). Так как проходящий по катушкам ток ‑ переменный, то и создаваемые им магнитные поля так же являются переменными. Изменяющиеся магнитные поля наводят в диске индукционные токи. Взаимодействие индукционных токов, наведенных в диске (1), с магнитными полями катушек приводит к возникновению механической силы, приводящей диск во вращение.

Расчет показывает, что вращающий момент, испытываемый диском, пропорционален средней мощности, потребляемой цепью. При вращении диск проходит между полюсами постоянного магнита 2, в результате чего в диске наводятся токи Фуко. Взаимодействие этих токов с полем магнита создает тормозящую силу. При достижении определённого числа оборотов диска в единицу времени, при котором наступает равенство вращающего и тормозящего моментов, диск будет вращаться равномерно.

 

Рис.7.2. Схема индукционного счетчика

С увеличением нагрузки увеличивается вращающий момент, приводящий к увеличению скорости вращения диска, благодаря чему увеличивается и тормозящий момент. Следовательно, снова наступает равновесие между вращающим и тормозящим моментами. Счетный механизм, соединенный с осью диска, подсчитывает полное число оборотов N диска за время t работы счетчика.

Полное число оборотов диска N пропорционально энергии W, потребляемой цепью: W = AN = Ant, где n ‑ скорость вращения диска: n= N/t,                                                 (1)

т.е. число оборотов в секунду, А ‑ постоянная счетчика (величина энергии тока, приходящаяся на один оборот диска). Постоянная счетчика определяется из обозначений на его лицевой стороне, например, если на счетчике обозначено: 1 квт-час 4000 об., то постоянная счетчика равна:      

А = 1 квт-час/4000 об. = 1000 Вт×3600 с/4000 об = 900 Вт×с/об.

Действительно, расходуемая электроэнергия в цепи Wg будет равна Wg = AgN, где Ag - действительная постоянная счетчика, определяемая опытным путем:

,                                          (2)

а Р - средняя мощность цепи, которая определяется при помощи вольтметра и амперметра:       

P=IU.                                                  (3) 

Порядок выполнения работы

Соберите электрическую цепь по схеме 3. Определите постоянную счетчика А, исходя из обозначений на лицевой стороне счетчика, и запишите показание счетчика в таблицу 1. Установив с помощью реостатов максимальное сопротивление цепи, замкните цепь и отметьте показания амперметра и вольтметра.

Далее определите скорость вращения диска по формуле (1). Для этого отсчитывайте 30-40 оборотов диска, время определяйте по секундомеру. Опыт повторите трижды. Данные занесите в таблицу 2. Запишите показания счетчика по окончании опыта в таблицу 1.

Рис. 7.3. Схема 3. С - счетчик; V -вольтметр переменного тока; А - амперметр; R1R2 - реостаты сопротивления; нагрузка - электроплитка.

Затем вычислите действительную постоянную счетчика по формуле израсходованной энергии по показаниям счетчика:  

Определите стоимость израсходованной энергии. Полученные данные занесите в таблицу 3. Абсолютную и относительную погрешности DА определите по правилу определения погрешностей прямых измерений.

Таблица 1

  Показания счетчика
Ед. изм.  
До опыта  
По окончании опыта  

Таблица 2

Нагрузка   I U P N t n nср
Ед. изм.                

Сопр. цепи «max»

1.

2.

3.

 

 

 

     

 

     
     

Сопр. цепи «min»

1.

2.

3.

 

 

 

     

 

     
     

 

Таблица 3

Нагрузка А Ag Agср DAgср DAg/Aср Wg W
  Ед. изм.              
1. Сопротивление цепи «max»              
2. Сопротивление цепи «min»              

Контрольные вопросы

1. Начертите схему устройства счетчика.

2. Объясните, как создается вращающий момент диска.

3. Что произойдет, если клеммы 2 и 4 закоротить (замкнуть проводником)?

4. Объясните, как достигается равномерность вращения диска.

5. Что определяет «постоянная» счетчика?

6. Запишите формулы работы и мощности тока и назовите единицы измерения.

 


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 344;