Одноэлементный индукционный счетчик
Одноэлементный индукционный счетчик используется для учета активной энергии в однофазных цепях переменного тока. Учет реактивной энергии в однофазных цепях не производится в виду малости реактивной нагрузки.
Одноэлементный ('однофазный) счетчик содержит индукционный механизм с двумя обмотками - токовой и напряжения.
Токи, протекающие по этим обмоткам, создают два потока ФI, и ФU, взаимодействие которых создает момент, вращающий алюминиевый диск:
M = C f ФI ФU sin ψ ;
ФI = К1 Ii ;
U U U
ФU = K2 IU = K2 ─── = K2 ────── = K3 ──── .
ZU 2 π f Lu f
Поэтому М=КUIsinψ, где ψ - угол между потоками.
Специальными конструктивными методами (форма магнитопроводов, короткозамкнутые витки, дополнительная обмотка, замкнутая на регулируемое сопротивление) добиваются выполнения условия φ+ψ=90О, где φ –угол между векторами U и I, т.е. коэффициент мощности нагрузки. При этом M=KUIcosφ пропорционален активной мощности.
Тормозной момент создается постоянным магнитом. При вращении диска со скоростью ω в алюминиевом диске наводятся токи, пропорциональные скорости вращения и потоку Фм, создаваемому постоянным магнитом:
Iм = С1ω Фм .
От взаимодействия Iм с потоком Фм возникает тормозной момент
МT = С2ФMIM= С3 ω.
Скорость вращения диска ω пропорциональна активной мощности P=UIcos φ, а число N оборотов диска за время t пропорционально активной энергии, потребленной за это время:
t
W=∫ Pdt = 2π N .
0
Для учета числа оборотов диска устанавливается счетный механизм. Передаточное число счетчика указывается на шкале прибора, например, 1кВт ч = 2000 оборотов диска. Величина, обратная передаточному числу, называется номинальной постоянной счетчика Сном, например, Сном = 1800 Вт с/оборот. Зная CHOM и число оборотов N за интервал времени, можно вычислить потребленную энергию:
W=Cном N.
Для уменьшения погрешности от действия трения в опорах и счетном
механизме, особенно при малых мощностях, создают дополнительный компенсационный момент. Способы его создания различны: с помощью винта из магнитомягкого материала, ввернутого в магнитопровод; с помощью короткозамкнутых витков на пути потока ФU; с помощью стального поводка, размещаемого в зазоре магнитопроводов над диском. Все эти способы приводят к изменению взаимодействия потоков ФI и ФU. Компенсационный момент настраивают при токе I≈0,1 Iном. При меньших токах компенсационный момент может превосходить момент трения, что приведет к появлению самохода - вращению диска без потребления энергии. Для устранения самохода используются специальные устройства, например, пластину на магнитопроводе обмотки напряжения и крючок на оси вращения. Притяжение крючка к пластине создает слабый тормозной момент, ограничивающий самоход одним оборотом.
Счетчики-энергии могут изготавливаться следующих классов точности: 0,5; 1,0; 2,0; 2,5. Погрешность счетчика сложным образом зависит от величины тока нагрузки.
Счетчики характеризуются чувствительностью, под которой понимают относительное значение тока, при котором диск начинает устойчиво вращаться:
I
Sc= ———100%.
Iном
Преимущества индукционных механизмов счетчиков энергии: большой вращающий момент, нечувствительность к внешним полям, большая перегрузочная способность. Недостатки: чувствительность к частоте сети и относительно невысокая точность: классы 0,5-2,5 для счетчиков активной энергии и 1,5 - 3,0 для реактивной.
Однофазные счетчики имеют обозначение СО или СОУ. Буква У (универсальный) в обозначении указывает на то, что счетчик предназначен для работы с измерительными трансформаторами тока и напряжения. На
Г Н
Г Н
Рис. 10.25. Схема включения однофазного счетчика.
рис. 10.25, 10.26 показаны схемы включения однофазных счетчиков для учета активной энергии. На схемах подключения счетчиков приняты следующие обозначения: 0 - нулевой провод, 1 - первая фаза, 2 - вторая фаза, С - третья фаза, Г - сторона генератора, Н - сторона нarpузки.
1
Г Н
а х
А Х
U1 U2
Л1 Л2
Рис. 10.26. Схема включения универсального однофазного
счетчика.