Погрешности магнитоэлектрических приборов
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.Вопрос 17-стр.3-5
2.Вопрос 43-стр.6-10
3.Вопрос 73-стр.11
4.Вопрос 100-стр.12
Список литературы
Вопрос 17
Устройство, принцип работы, достоинство и недостатки, область применения приборов магнитоэлектрической системы
Магнитоэлектрические приборы. Принцип действия, достоинства, недостатки, область применения.
В измерительных механизмах магнитоэлектрической системы вращающий момент создается взаимодействием измеряемого постоянного тока в катушке механизма с полем постоянного магнита. Существуют два основных типа приборов магнитоэлектрической системы: приборы с подвижной катушкой (подвижной рамкой) и приборы с подвижным магнитом, причем первые применяются значительно чаще, чем вторые.
Принцип действий магнитоэлектрических приборов основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и обмотки с током. В воздушном зазоре 1 (рис. 7.1) между неподвижным стальным цилиндром 2 и полюсными наконечниками NS неподвижного постоянного магнита расположена алюминиевая рамка с обмоткой 3, состоящей из w витков изолированной проволоки. 
Рамка жестко соединена с двумя полуосями О и О', которые своими концами опираются о подшипники. На полуоси О закреплены указательная стрелка 4 и две спиральные пружинки 5 и 5', через которые к катушке подводится измеряемый ток I, противовесы 6. Полюсные наконечники NS и стальной цилиндр 2 обеспечивают в зазоре 1 равномерное радиальное магнитное поле с индукцией В. В результате взаимодействия магнитного поля с током в проводниках обмотки 3 создается вращающий момент. Рамка с обмоткой при этом поворачивается и стрелка отклоняется на угол α. Электромагнитная сила Fэм , действующая на обмотку, равна Fэм = wBlI.
|
|
|
Вращающий момент, создаваемый силой Fэм,
Mвр = Fэмd = wBlId = C1I1,
где d и l— ширина и длина рамки (обмотки); С1 - коэффициент, зависящий от числа витков w, размеров обмотки и магнитной индукции В.
Повороту рамки противодействуют спиральные пружинки 5 и 5', создающие противодействующий момент, пропорциональный углу закручивания α:
Мпр = С2α,
где С2 — коэффициент, зависящий от жесткости пружинок.
Стрелка устанавливается на определенном делении шкалы при равенстве моментов
Мвр = Мпр, т. е. когда C1I = С2α. Угол поворота стрелки
α =C1 I = СI
С2 пропорционален току. Следовательно, у приборов магнитоэлектрической системы шкала равномерная, что является их достоинством.
Направление вращающего момента (определяемое правилом левой руки) изменяется при изменении направления тока. При включении прибора магнитоэлектрической системы в цепь переменного тока на катушку действуют быстро изменяющиеся по значению и направлению механические силы, среднее значение которых равно нулю. В результате стрелка прибора не будет отклоняться от нулевого положения. Поэтому эти приборы нельзя применять непосредственно для измерений в цепях переменного тока.
|
|
|
Области применения, достоинства и недостатки
Магнитоэлектрические механизмы используется для построения различных приборов:
1) амперметров и вольтметров для измерения тока и напряжения в цепях постоянного тока;
2) омметров;
3) гальванометров постоянного тока, используемых в качестве нулевых индикаторов, для измерения малых токов и напряжений;
4) баллистических гальванометров, применяемых для измерений малых количеств электричества;
5) приборов для измерения в цепях переменного тока:
а) выпрямительных, термоэлектрических и электронных приборов с преобразователями переменного тока в постоянный;
б) осциллографических гальванометров;
в) вибрационных гальванометров, используемых в качестве нулевых индикаторов переменного тока.
Достоинствами магнитоэлектрических приборов являются:
1) высокая чувствительность;
2) высокая точность;
|
|
|
3) малое собственное потребление мощности;
4) равномерная шкала;
5) малое влияние внешних магнитных полей.
К недостаткаммагнитоэлектрических приборов можно отнести:
1) невысокую перегрузочную способность;
2) сравнительно сложную конструкцию;
3) применение, при отсутствии преобразователей, только в цепях постоянного тока.
Магнитоэлектрические приборы занимают первое место среди других электромеханических приборов. Они выпускаются вплоть до класса точности 0,05.
Погрешности магнитоэлектрических приборов
Одной из основных причин возникновения погрешности является отклонение температуры от градуировочной (температурная погрешность). При повышении температуры уменьшаются магнитная индукция в рабочем зазоре (индукция уменьшается примерно на 0,2 % на 10 0С) и удельный противодействующий момент (удельный противодействующий момент уменьшается примерно на 0,2-0,4 % на 10 0С), увеличивается электрическое сопротивление обмотки рамки и токоподводов (пружинок или растяжек).
Следует отметить, что при уменьшении магнитной индукции показания магнитоэлектрического прибора уменьшаются, а при уменьшении удельного противодействующего момента показания увеличиваются. Таким образом, эти два фактора взаимно компенсируют друг друга.
|
|
|
Для уменьшения температурной погрешности, обусловленной изменением электрического сопротивления обмотки рамки и растяжек (или пружинок), в магнитоэлектрических приборах применяются различные схемные решения, например, включение последовательно с рамкой добавочного сопротивления с малым температурным коэффициентом сопротивления. Подобная схема компенсации позволяет уменьшить температурную погрешность магнитоэлектрических вольтметров до значений, соответствующих классу точности 0,1.
Достоинства приборов магнитоэлектрической системы: точность показаний, малая чувствительность к посторонним магнитным полям, незначительное потребление мощности, равномерность шкалы. К недостаткам следует отнести необходимость применения специальных преобразователей при измерениях в цепях переменного тока и чувствительность к перегрузкам (тонкие токопроводящие пружинки 5 и 5' из фосфористой бронзы при перегрузках нагреваются и изменяют свои упругие свойства).
Вопрос 43
Учет активной энергии в однофазных цепях переменного тока однофазным индукционным счетчиком энергии типа СО . Схема включения счетчика с нормальным и расширенным по току и напряжению пределами измерений. Характеристики счетчика: постоянная счетчика, передаточное число, чувствительность. Количество первичной энергии, учтенное счетчиком, включенным через измерительные трансформаторы тока и напряжения
Одноэлементный индукционный счетчик используется для учета активной энергии в однофазных цепях переменного тока (в России учет реактивной энергии в однофазных цепях переменного тока в виду малости реактивной нагрузки не производится).
В технической литературе электрические счетчики, предназначенные для учета энергии в однофазных цепях переменного тока, называют однофазными счетчиками.
Изобретенный Феррариусом в 1884 г. электромеханический счетчик активной электроэнергии индукционного типа до сих пор занимает доминирующее положение в системе учета потребления электроэнергии. В результате производства таких счетчиков в течение ста с лишним лет в огромных масштабах их конструкция и технология производства отработаны в мельчайших деталях. В настоящее время это совершенный прибор с длительным сроком эксплуатации и с относительно низкой стоимостью.
В качестве вращающего элемента однофазного счетчика используется индукционный измерительный механизм. Принцип действия механизма основан на взаимодействии двух или нескольких переменных магнитных потоков с токами, индуцированными ими в подвижном алюминиевом диске. Можно показать, что возникающий в индукционном измерительном механизме вращающий момент М равен:
М = с f Ф1 Ф2 sin ψ
где Ф1 и Ф2 — потоки, пересекающие алюминиевый диск; f — частота изменения потоков Ф1 и Ф2; ψ— угол фазового сдвига между потоками Ф1 и Ф2.
Анализируя выражение, следует отметить, что:
1) для создания вращающего момента необходимо не менее двух переменных потоков или двух составляющих одного потока, имеющих фазовый сдвиг и смещенных в пространстве;
2) вращающий момент достигает своего максимального значения, когда фазовый сдвиг между потоками Ф1 и Ф2 равен 90° (sin ψ) = 1);
3) вращающий момент зависит от частоты изменения потоков Ф1 и Ф2.
Рассмотрим принцип работы и устройство однофазного индукционного счетчика. На рис. 13.1схематично показано устройство широко распространенного индукционного счетчика типа СО (счетчик однофазный).
Состав счетчика: 1— трехстержневоймагнитопровод с обмоткой цепи напряжения; 2 — П-образный магнитопровод с двумя последовательно соединенными токовыми обмотками; 3 — алюминиевый диск, жестко укрепленный на оси подвижной части; 4 — противополюс из магнитомягкого материала; 5 — стальной поводок для создания и регулировки компенсационного момента; 6 — постоянный магнит для создания тормозного момента; 7 — корот-козамкнутые витки; 8 — обмотка, замкнутая на проволочный резистор 9 с регулируемым сопротивлением; 10 — стальной крючок; 11 — пластина с флажком, выполненные из магнитомягкого материала; 12 — счетный механизм; 18 — перемычка для изменения сопротивления резистора 9.
Для учета числа оборотов диска в счетчиках устанавливается счетный механизм 12. Число оборотов диска счетчика, приходящееся на единицу учитываемой счетчиком энергии, называют передаточным числом счетчика. Передаточное число счетчика указывается на щитке счетчика. Например:
1 кВт•ч = 2000 оборотов диска.
Величина, обратная передаточному числу счетчика, т. е. энергия, учитываемая счетчиком за один оборот диска, называется номинальной постоянной счетчика Сном. Для счетчика с указанным выше передаточным числом номинальная постоянная Сном определяется следующим образом:
Сном = 3600х1000/2000 = 1800 Вт-с/оборот.
Зная Сном и число оборотов диска счетчика за данный интервал времени, нетрудно определить учтенную счетчиком за этот интервал времени энергию:
W = Сном N
Существенное влияние на правильность показаний счетчика при малых нагрузках (при малом значении тока I) оказывает момент трения в счетном механизме и опорах подвижной части счетчика. Очевидно, что момент трения, действующий навстречу вращающему моменту, будет уменьшать угловую скорость диска и учтенная счетчиком энергия будет меньше израсходованной. Для уменьшения погрешности счетчика от действия момента трения с помощью специальных приспособлений во всех типах счетчиков создают дополнительный вращающий момент. Этот момент называют компенсационным моментом. Наибольшее распространение получили три способа создания компенсационного момента:
1) с помощью винта из магнитомягкого материала, ввернутого в противополюс под диском счетчика;
2) с помощью короткозамкнутого витка, помещаемого на пути потока Фuнад диском счетчика;
3) с помощью поводка 5 , прикрепленного к противополюсу под диском счетчика.
Независимо от способа получения компенсационный момент возникает в результате взаимодействия двух или нескольких потоков, создаваемых обмоткой напряжения и сдвинутых относительно друг друга в пространстве и по фазе, с токами, наводимыми ими в диске счетчика. При наличии поводка компенсационный момент создается потоками Фuи ФS. Поток ФSзамыкается через пластину с флажком 11, выполненную из магнитомягкого материала, и противополюс 4. Если поводок расположен по радиусу диска, то сила, возникающая в результате взаимодействия потоков Фuи ФS с токами, наведенными ими в диске, действует также в направлении радиуса и дополнительный вращающий (компенсационный) момент отсутствует. При смещении поводка возникающая сила создает дополнительный вращающий момент, компенсирующий момент трения.
Известно, что момент трения является величиной переменной, зависящей от угловой скорости подвижной части. Компенсационный момент при неизменном значении напряжения Uи данном смещении поводка является величиной постоянной. Следовательно, равенство компенсационного момента моменту трения может быть выполнено при одной вполне определенной нагрузке. Обычно равенство этих моментов осуществляют при регулировке счетчика при токе I, примерно равном 10% номинального тока Iном.
При эксплуатации счетчика в ряде случаев компенсационный момент превышает момент трения и диск счетчика начинает вращаться даже при токе I=0, т. е. когда потребитель энергию не расходует.
В соответствии с ГОСТ 6570-75 вращение диска счетчика под действием напряжения, поданного на зажимы параллельной цепи, и при отсутствии тока в последовательной цепи называется самоходом. Для устранения самохода на оси диска прикрепляют крючок 10 из ферромагнитного материала. Флажок 11 намагничивается потоком ФSи, притягивая крючок 10, устраняет самоход. Таким образом, теперь, даже тогда, когда компенсационный момент больше момента трения, диск счетчика при токе I = 0 не совершает более одного оборота, что в соответствии с ГОСТ 6570-75 считается отсутствием самохода.
Сила взаимодействия между крючком и флажком должна быть отрегулирована так, чтобы счетчик обладал допустимым порогом чувствительности. Под порогом чувствительности счетчика понимают наименьшее нормируемое значение тока I в процентах Iном, при котором начинается непрерывное вращение диска счетчика при номинальных значениях напряжения и частоты и при cosφ=l.
На работу счетчика влияют многочисленные факторы, обусловленные конструкцией счетчика, качеством изготовления деталей, материалом деталей и т. д. По точности учета электроэнергии счетчики активной энергии могут быть следующих классов точности: 0,5; 1,0; 2,0 и 2,5. В отличие от аналоговых показывающих приборов классы точности счетчиков определяются не по приведенной, а по относительной погрешности, определяемой при различных оговоренных ГОСТ 6570-75 нагрузках. Допускаемую относительную погрешность счетчика в процентах определяют по формуле:
δ = 100(Wсч –W)/W,
где Wсч — значение электрической энергии, определенное по показаниям проверяемого счетчика за данный интервал времени; W— действительное значение электрической энергии, определенное за этот же интервал времени по показаниям образцовых приборов.
В качестве образцовых приборов используются либо
образцовый счетчик (счетчик, имеющий более высокий
класс), либо ваттметр и секундомер.
Характерное изменение основной относительной по-
грешности счетчика в зависимости от нагрузки пред-
ставлено на рисунке. Обычно кривую, изображенную на
рисунке, называют нагрузочной кривой счетчика. На
нагрузочной кривой можно выделить четыре характерные
области изменения относительной погрешности.
В области I изменение δ обусловлено превышением компенсационного момента над моментом трения. В этой области диск счетчика вращается быстрее необходимого.
В области II из-за увеличения момента трения в связи с увеличением угловой скорости диска компенсационный момент меньше момента трения и диск счетчика вращается медленнее необходимого. Равенство компенсационного момента моменту трения (δ = 0) обеспечивается примерно при токе нагрузки счетчика I/Iном = 10%.
В области III происходит непрерывное увеличение угловой скорости диска по сравнению с необходимой скоростью. Это обусловлено нелинейной зависимостью между током I и потоком ФI на начальном участке кривой намагничивания материала магнитопровода токовой цепи.
В области IV происходит постепенное уменьшение угловой скорости диска по сравнению с необходимой скоростью. Это объясняется непропорциональным возрастанием тормозного момента счетчика. Все большее влияние начинает оказывать составляющая тормозного момента, обусловленная пересечением диска счетчика увеличивающимся потоком ФI.
Вопрос 73
Для учета расхода энергии в цепи трехфазного тока применили два однофазных счетчика активной энергии . Вначале показания их были : первого 4840кВч, второго 724 кВч. Спустя некоторое время их показания стали такими : первого 8432кВч, второго 976кВЧ. Определите активную и реактивную энергию, израсходованную потребителями и коэффициент мощности. Начертите схему включения приборов.
1. Количество энергии учтённое первым счётчиком
2. Количество энергии учтённое вторым счётчиком
3. Расход потребителей активной энергии
4. Расход потребителей реактивной энергии
5. Коэффициент мощности
Вопрос 100
Амперметр с внутренним сопротивлением Ra= 0,015 Ом и пределом измерения 20 А имеет щуп сопротивлением 0,005 Ом. Определите предел измерения амперметра с шунтом, а также ток в цепи, если его показания 12 А. Начертите схему измерения.
| ШУНТ |
| А |
Список литературы
1.StudFiles.net
2.studopedia.ru
3.Электрические измерения (с лабораторными работами): Учебник для техникумов/Р. М. Демидова-Панферова, В. Н. Малиновский, В. С. Попов и др.; Под ред. В. Н. Малиновского. — М.: Энергоиздат, 1982. — 392 с, ил.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 1750; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!