СЧЕТЧИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (Вариант 1)
Общие сведения
Для учета электрической энергии изготовляют специальные приборы, называемые счетчиками электрической энергии. Эти приборы показывают значение измеряемой величины за определенный промежуток времени, т. е. являются интегрирующими (суммирующими). В отличие от обычного показывающего прибора подвижная часть электрического счетчика имеет неограниченный угол отклонения (вращения). По своей конструкции счетчик представляет собой сочетание измерителя мощности (ваттметра) со счетным механизмом.
Счетчики электрической энергии бывают: постоянного тока, однофазные – СО, активнойэнергии трехфазные (трехпроводные и четырехпроводные) - САЗ и СА4, реактивнойэнергии трехфазные (трехпроводные и четырехпроводные) - СРЗ и СР4, специального назначения.
Электродинамические счетчики
Учет электрической энергии в цепях постоянного тока осуществляется при помощи электродинамических и магнитоэлектрических счетчиков. Устройство и включение электродинамического счетчика показано на рисунке 8.1.
Рисунок 8.1 – Устройство и включение электродинамического счетчика электрической энергии
По двум последовательно соединенным неподвижным Н катушкам, на которых намотано малое число витков из толстого провода, протекает ток 
нагрузки исследуемой цепи. Этот ток вызывает в пространстве между катушками практически равномерное магнитное поле, индукция которого 
пропорциональна току: 
( 
- коэффициент пропорциональности, зависящий от размеров, формы катушек и числа их витков).
|
|
|
В магнитном поле между неподвижными катушками на оси 1 размещен якорь 3, намотанный большим числом витков из тонкой медной проволоки. Чтобы обеспечитьустойчивое вращение якоря, его обмотку делают из нескольких секций, сдвинутых пространственно относительно друг друга.
Если обмотку якоря выполнить из одной катушки то вращающий момент, действующий на якорь, будет дважды за оборот равняться нулю и остановка якоря, особенно при малых нагрузках, будет неизбежна. Обычно обмотка якорясостоит из 3-5секций. Периодическое переключение направления тока в секциях обмотки якоря и обеспечение его вращения в одном направлениидостигается при помощи коллектора 4. Обмотку якоря, соединенную через коллектор и щетки Щ—Щ последовательно с добавочным сопротивлением 
и обмоткой К компенсатора трения, включают параллельно в исследуемую цепь с напряжением 
. Под воздействием напряжения цепи через обмотку якоря течет ток:
(8.1)
где 
- ток обмотки подвижного якоря;
- напряжение сети, в которую включен счетчик;
|
|
|
- противоэлектродвижущая сила, наведенная в обмотке вращающегося якоря;
- сопротивление обмотки якоря;
- добавочное сопротивление, выбираемое соответственно номинальному напряжению счетчика;
- сопротивление обмотки компенсатора трения.
Величина по сравнению с ничтожно мала (доли процента), а численные значения , и для каждого счетчика постоянны. Поэтому величину тока обмотки якоря можно выразить:
(8.2)
где 
Взаимодействие поля неподвижных катушек ( ) с током якоря вызывает появление вращающего момента 
, действующего на подвижный якорь.
Величина вращающего момента, определяемая индукцией ноля неподвижных катушек и током обмотки якоря, может быть выражена:
(8.3)
где 
- коэффициенты, зависящие от конструктивных параметров счетчика.
Из последнего выражения видно, что вращающий момент, действующий на подвижный якорь, пропорционален мощности цепи, в которую включен счетчик. Под воздействием этого вращающего момента якорь, а вместе с ним и алюминиевый диск 2, насаженный на ту же ось, начинают ускоренно (за счет кинетической энергии движения) вращаться. Вращаясь, алюминиевый диск пересекает магнитный поток постоянного магнита и в нем индуктируются токи 
, которые, взаимодействуя с потоком постоянного магнита 
, создают тормозной (противодействующий) момент 
.
|
|
|
Величина этого момента зависит от магнитного потока постоянного магнита ииндуктированных в диске токов
Токи в диске равны
(8.4)
где 
- э.д.с, индуктируемая в алюминиевом диске при его вращении в поле постоянного магнита с угловой скоростью 
;
- сопротивление диска для индуктированных токов . Выражение тормозного момента может быть представлено в таком виде:
где 
- конструктивная постоянная.
Из последнего выражения (8.3) видно, что величина тормозного момента для каждого счетчика определяется скоростью вращения его диска.
Когда вращающий и тормозной моменты, действующие на диск счетчика, сравняютсяпо величине, последний начнет вращаться с установившейся равномерной скоростью. Пренебрегая трением в счетчике (в опорах, в счетном механизме, щеток о коллектор), можно считать, что установившаяся равномерная скорость вращения диска наступает при 
, или на основании формул (8.3) и (8.5) при
|
|
|
(8.5)
Из этого выражения следует, что установившаяся равномерная скорость вращения диска, электродинамического счетчика пропорциональна мощностицепи, в которую включен счетчик.
За промежуток времени 
в исследуемой цепи будет израсходовано 
количество электрической энергии, а диск счетчика за это время сделает 
число оборотов. Чтобы установить связь между и , проинтегрируем выражение (8.4), предварительно несколько его преобразовав:
Легко усмотреть, что левая часть последнего равенства 
представляет собой величину, пропорциональную израсходованной электрической энергии за время 
, а правая часть этого равенства 
пропорциональна числу оборотов диска за то же время .
Между израсходованной за время электрической энергией и числом оборотов диска счетчика может быть установлена такая связь:
или
(8.6)
Величина 
называется постоянной счетчика.
Она характеризует количество электроэнергии в джоулях ( 
), приходящееся на один оборот диска счетчика.
Численное значение израсходованной энергии 
отсчитывается по счетному механизму (СМ) счетчика, вращаемого осью 1 через червячную (Ч) передачу (рис. 8.1).
В современных счетчиках применяются роликовые счетные механизмы, работающие по десятичной системе. Устройство такого счетного механизма показано на рисунке 8.2.
Вращение диска через червячную передачу 2-3 и систему шестеренок 4-5 и 6-7 с различным передаточным числом передается от оси 1 к ролику 8, вращающемуся вместе с осью 11. Остальные ролики (число которых определяет так называемая емкость счетного механизма) насажены на ту же ось свободно. По окружности каждого из роликов нанесены цифры от 0
Рисунок 8.2 – Роликовый счетный механизм
|
Все ролики, кроме первого (8), имеют на одной стороне (правой) 20 штифтовых зубцов, а с другой стороны (левой) они снабжены особыми приливами 12, образующими два зуба каждый. К первому ролику вместо штифтовых зубцов прикреплено зубчатое колесо 7. Передача движения от первого цифрового ролика ко второму и от него к следующим производится при помощи фасонных шестеренок (трибок)9, свободно вращающихся на оси 10. Эти трибки выполнены с шестью зубцами, из которых три полные и три укороченные в осевом направлении. Благодаря такому устройству за полный оборот непрерывно вращающегося первого ролика соседний (второй слева) ролик повернется на 
оборота, т. е. на одну цифру. Точно так же каждый следующий (справа налево) ролик поворачивается на оборота по сравнению с полным оборотом предшествующего ролика.
Таким образом, из цифр на роликах, находящихся на одной горизонтальной линии, образуется число по десятичной системе. Цифры на роликах (по одной на каждом) видны через отверстия в щитке, прикрывающем счетный механизм. Количество шестеренок в счетном механизме и их передаточные числа определяют передаточное число счетного механизма 
, показывающее, сколько оборотов диска соответствует одному обороту зубчатого колеса 5, или, что то же самое, первого ролика. Путем подбора сменных пар 4-5 и 6-7 шестеренок можно получить такое значение передаточного числа счетного механизма, при котором поворот первого ролика на одну цифру будет соответствовать определенному количеству энергии, протекшей через счетчик. Обычно это передаточное число подбирают таким, чтобы единице на первом справа ролике соответствовал расход энергии в 0,1; 1,0; 10; 100 
.
От передаточного числа счетного механизма следует отличать передаточное число счетчика 
, под которым понимают число оборотов диска, соответствующее изменению показания счетного механизма на 1 . Передаточные числа счетчика и счетного механизма связаны между собой соотношением:
где 
- число килоджоулей (киловатт-часов), соответствующее одной единице показания счетного механизма. Число часто называют коэффициентом счетного механизма. На щитке счетчика указывают передаточное число счетчика (К), например 1 равен 400 оборотам диска. По передаточному числу счетчика определяют номинальную постоянную счетчика 
.
Например, если передаточное число счетчика 
то его номинальная постоянная будет:
Трениев счетчике и влияние других факторов приводят к тому, что количество израсходованной энергии, приходящееся на один оборот диска (действительная постоянная счетчика 
), отличается от его номинальной постоянной
В результате появляетсяпогрешность счетчика, поскольку действительный расход энергии 
за время будет отличаться от учтенного счетчиком расхода за то же время, равного
Относительная погрешностьсчетчика, выраженная в процентах от действительного расхода энергии, будет
(8.7)
Трениеявляется главным фактором, влияющим на величину погрешностиэлектродинамического счетчика. Относительное влияние момента сил трения меняется с изменением нагрузки счетчика. С изменением нагрузки изменяется действительная постоянная 
счетчика и погрешность счетчика. Наибольшее влияние оказывает трение прималых нагрузках, поскольку момент трения соизмерим с вращающим моментом идиск вращается медленнеечем нужно, - у счетчика появляется отрицательная погрешность. Для уменьшения погрешности от трения в электродинамических счетчиках включают в цепь якоря специальную дополнительную катушку К. Положение ее относительно якоря можноподобрать так, чтобы создаваемый ею дополнительный вращающий компенсационный момент был равен моменту трения 
:
(8.8)
Обеспечить равенство 
можно только для одной определенной нагрузки счетчика, при которой погрешность счетчика практически будет равна нулю. При других нагрузках компенсация момента трения будет только частичной, и погрешность счетчика будет равна нулю.
Поскольку момент, как это видно из выражения(8.1),зависит от напряжёния, то при повышении последнего этот момент может стать больше момента трения и дисксчетчика станетвращаться даже при отсутствии нагрузки ( 
) - появится самоход счетчика. Для его устранения предусмотрено специальное устройство в виде стального крючка 7 на оси (рис. 8.1), который, приближаясь (при вращении) к постоянному магниту 6, притягивается им, и диск 2 останавливается.
Можно добиться, чтобы погрешность счетчика и его чувствительность, т. е. наименьшая нагрузка, при которой диск счетчика устойчиво вращается, были в нужных пределах. Этогодобиваются соответствующим расположением катушки компенсаторатрения и противосамоходного крючка. Чтобы устранить влияние постоянного магнита 6 на поле неподвижных катушек, между ними помещен экран 5в виде ферримагнитной пластины.
Электродинамические счетчики электрической энергии применяют на железнодорожном транспорте и других установках постоянного тока. Для учетабольших количеств электричества, а также энергии постоянного тока (при 
) используютмагнитоэлектрические счетчики ампер-часов [1, 6, 9, 12, 23, 28, 31].
Измерение мощности
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 1128; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!