Электродинамические фазометры

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 22Следующая ⇒

Для измерения угла сдвига фаз между током и напряжением, также коэффициента мощности в однофазной цепи переменного тока можно воспользоваться косвенным методом и определить эти величины по показаниям амперметра, вольтметра и ваттметра. Недостатком этого метода является необходимость одновременного отсчета показаний трех приборов и вычисления искомой величины, что снижает точность измерений.

Для измерения угла сдвига фаз между током и напряжением, а также коэффициента мощности в однофазной цепи переменного тока применяются специальные для этой цели приборы, называемые фазометрами. Из электромеханических фазометров наибольшее распространение получили фазометры электродинамической, ферродинамической и электромагнитной системы.

Электродинамические фазометры осуществляются на основе электродинамического логометра. На рис. 8, а и б показаны схема однофазного электродинамического фазометра и векторная диаграмма. Для электродинамических логометров справедливо следующее соотношение

Если параметры параллельной цепи подобрать так, чтобы и β = γ, то α = β.

Рис. 8. Электродинамический однофазный фазометр: а – схема прибора;

б – векторная диаграмма

Таким образом, пространственное положение подвижной части определяется только углом φ и не зависит от U и I. Шкала фазометра по углу φ равномерная (рис. 9).

Рассмотренный фазометр обладает рядом недостатков. В частности, параллельная цепь такого прибора может быть рассчитана только на одно значение напряжения, так как при изменении величины добавочного сопротивления изменится угол β и вместе с ним характеристика шкалы. Существенным недостатком является также большая зависимость показаний от частоты.

Рис. 9. ВАФ85М1 - специализированный электроизмерительный аналоговый прибор для энергетики

Лекция 7.

ИНДУКЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

План лекции:

7.1. Однофазные счётчики электрической энергии.

7.2. Трёхфазные счётчики электрической энергии

Однофазные счётчики электрической энергии

Индукционные счетчики применяются для измерения (учета) электрической энергии переменного тока. Различают однофазные и трехфазные индукционные счетчики. Однофазные счетчики применяются в основном для учета энергии у бытовых потребителей, питание которых осуществляется однофазным током. Для учета энергии трехфазного тока применяются трехфазные счетчики. В зависимости от рода учитываемой энергии различают трехфазные счетчики активной и реактивной энергии. Существуют также трехфазные счетчики полной (кажущейся) энергии. В зависимости от схемы включения трехфазные счетчики активной и реактивной энергии можно разделить на трехфазные трех проводные, предназначенные для работы в трехпроводных сетях, и трехфазные четырех проводные, предназначенные для работы в четырехпроводных сетях.

Таким образом, в зависимости от назначения индукционного счетчика его исполнение может быть весьма разнообразным. Однако, каковы бы ни были конкретное выполнение и схема включения индукционного счетчика, в основу его работы положен всегда один и тот же принцип. Поэтому изучение индукционных счетчиков целесообразно начать с рассмотрения из общих свойств, обусловленных индукционным принципом. Легче всего это можно сделать на примере измерительного механизма однофазного индукционного счетчика – простейшего из всех перечисленных выше.

Согласно общей теории электромеханических счетчиков вращающий момент счетчика должен быть пропорционален интегрируемой величине, т.е. в случае счетчиков электрической энергии – мощности. Индукционный измерительный механизм позволяет выполнить это условие. Общее устройство измерительного механизма однофазного индукционного счетчика электрической энергии и его схема включения показаны на рис.1. Вращающий момент включает в себя два узла: цепь напряжения с сердечником 1 и цепь тока с сердечником 2. Обмотка цепи напряжения включается на напряжение сети, т.е. параллельно нагрузке потребителя, в связи с этим цепь напряжения принято называть «параллельной цепью». Через обмотку цепи тока пропускается полной ток потребителя. Так как обмотка цепи тока включается последовательно с нагрузкой потребителя, то обычно эту цепь называют «последовательной». Для того, чтобы создать в индукционном измерительном механизме вращающий момент, пропорциональный мощности переменного тока, необходимо, чтобы один из магнитных потоков этого механизма был пропорционален напряжению переменного тока, а другой - току нагрузки. Конструкции последовательной и параллельной цепей современных индукционных счетчиков обеспечивают выполнение этих условий с достаточной точностью. Кроме того, должно быть соблюдено условие sin(Ф_A^Ф_B) = cosφ.

Если угол сдвига фаз между потоками Ф_A и Ф_B обозначить через ψ, то это условие может быть записано в виде ψ = 90º-φ.

При чисто активной нагрузке, когда ток совпадает по фазе с напряжением, т.е. при φ=0, сдвиг фаз потоков, создающих вращающий момент в индукционном счетчике, должен быть равен: ψ₀ = 90º.

Это условие правильной работы однофазного индукционного счетчика электрической энергии называют условием девяностоградусного сдвига.

Рис.1. Устройство измерительного механизма однофазного индукционного счетчика электрической энергии.

Последовательная и параллельная цепи выполнены таким образом, что часть магнитных потоков, создаваемых их обмотками, пересекает алюминиевый диск 3. Диск укреплен на оси 4, вращающейся на опорах 5 и 6. Нижняя опора служит подпятником, верхняя – направляющей. Вращение подвижной части через червячно-зубчатую передачу 7 передается на счетный механизм счетчика. Тормозной магнит 8, действующий на тот же диск 3, служит для создания противодействующего момента. Магнитные потоки последовательной и параллельной цепей, пересекающие диск (их называют рабочими в отличие от потоков, не пересекающих диск), наводят в диске токи трансформации, которые, взаимодействуя с этими потоками, создают вращающий момент.

Для того, чтобы создать в индукционном измерительном механизме вращающий момент, пропорциональный мощности переменного тока, необходимо, чтобы один из магнитных потоков этого механизма был пропорционален напряжению переменного тока, а другой - току нагрузки. Конструкции последовательной и параллельной цепей современных индукционных счетчиков обеспечивают выполнение этих условий с достаточной точностью. Кроме того, должно быть соблюдено условие sin(Ф_A^Ф_B) = cosφ.

Последовательная цепь

Назначением последовательной цепи индукционного счетчика является создание магнитного потока, пропорционального току нагрузки. В соответствии с этим последовательная цепь состоит из обмотки толстого провода, через которую проходит ток нагрузки. Обмотка размещается на сердечнике из электротехнической стали. Она должна быть рассчитана на полный ток нагрузки. Сердечник последовательной цепи служит для того, чтобы сконцентрировать определенным образом ту часть магнитного потока, которая пересекает диск счетчика, и тем самым создать наиболее благоприятные условия для образования вращающего момента. Кроме того, наличие сердечника позволяет уменьшить магнитное сопротивление создаваемому обмоткой магнитному потоку. Малое магнитное сопротивление потоку последовательной цепи делает возможным получение требуемого значения потока при сравнительно небольшой намагничивающей силе, создаваемой последовательной обмоткой. Обычно количество ампер-витков обмотки последовательной цепи лежит в пределах 70-150, т.е. при номинальном токе 5А обмотка содержит от 14 до 30 витков. Обмотка располагается обычно на двух стержнях сердечника так, чтобы каждый стержень охватывался одной половиной обмотки.

Характерной особенностью последовательной цепи является то, что она работает в режиме заданного тока, т.е. ток, протекающий по ее обмотке, определяется нагрузкой контролируемого потребителя. Из этого, в частности, вытекает то свойство последовательной цепи, что сопротивление его обмотки не оказывает влияния нате параметры векторной диаграммы, которые определяют работу индукционного счетчика.

Параллельная цепь

Назначением параллельной цепи индукционного счетчика является создание магнитного потока, пропорционального напряжению цепи, в которой производится измерение электрической энергии. В этом отношении параллельная цепь выполняет принципиально те же задачи, что и последовательная цепь.

Кроме того, к параллельной цепи предъявляются и некоторые специфические требования. Так, мощность, рассеиваемая в параллельной цепи (ее называют обычно собственным потреблением параллельной цепи), не должна превышать определенного регламентируемого стандартами значения. Необходимость этого ограничения вытекает из того
факта, что параллельная цепь счетчика, находящегося в эксплуатации, включена в контролируемую сеть все время вне зависимости от того, учитывает счетчик энергию или нет. При большом собственном потреблении параллельной цепи непроизводительные расходы энергии на питание параллельной цепи могут достигнуть значительной величины. Если потребление параллельной цепи равно 1Вт, то энергия, теряемая на питание этой цепи за весь срок службы счетчика - около 20 лет, составит около 200 кВт*ч. Это заставляет стремиться к снижению собственного потребления параллельной цепи. Обычно эта величина ограничивается 1-1,5Вт.

Векторные диаграммы параллельной и последовательной цепей аналогичны друг другу и различаются лишь соотношением между активным и реактивным сопротивлениями, т.е. углом между напряжением и током. Для последовательной цепи угол φ лежит в пределах 30-45°, для параллельной цепи угол φu составляет 75-80°.

Основное различие между этими цепями состоит в режимах их работы. Последовательная цепь работает в режиме заданного тока, параллельная цепь в режиме заданного напряжения.

Вращающий момент

Значение вращающего момента индукционного механизма прямо пропорционально частоте переменного тока, толщине диска, проводимости материала диска и произведению создающих момент магнитных потоков на синус угла сдвига фаз между ними. Значение момента зависит также от расположения полюсов, приводящих магнитные потоки, относительно диска.

Вращающий момент индукционного механизма не является функцией времени, т.е. представляет собой постоянную величину.

Все изложенные выводы относятся к случаю, когда токи в диске отстают по фазе от создающих их магнитных потоков на 90°. В действительности это не соблюдается, так как в диске счетчика имеет место явление самоиндукции, т.е. токи в диске создают свои собственные магнитные потоки.

Наличие самоиндукции в диске приводит к следующему. Во-первых, вследствие уменьшения токов в диске уменьшается вращающий момент. Во-вторых, при наличии в диске самоиндукции счетчик будет правильно учитывать энергию при cosφ≠1 лишь в том случае, если сдвиг фаз рабочих потоков превышает 90° на величину θ_IU, т.о., условие 90º - сдвига более строго записывается так ψ=π/2-φ+ θ_IU.

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 1493; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 9 10 11 12 131415 16 17 18 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!