Многоэлементные индукционные счетчики

Двухэлементные счетчики используются для учета активной энергии в трехфазных трехпроводных цепях переменного тока. Двухэлементный счетчик содержит два индукционных механизма, диски которых закрепле­ны на одной оси. Общий вращающий момент равен алгебраической cуммме вращающих моментов отдельных механизмов. Такие счетчики обозна­чаются САЗ или САЗУ.

Трехэлементные счетчики СА4, СА4У используются для учета ак­тивной энергии в трехфазных четырехпроводных цепях, а счетчики СРУ, СР4У - для учета реактивной энергии в трехфазных трехпроводных или четырехпроводных цепях.

Включение измерительных элементов двухэлементных счетчиков, предназначенных для учета активной энергии в трехпроводных цепях, производится по схемам включения двух ваттметров для измерения ак­тивной мощности. На рис. 10.27 показана схема включения счетчика не­посредственного включения САЗ. Отличие включения счетчика САЗУ за­ключается в использовании измерительных трансформаторов для запитки обмоток тока и (или) обмоток напряжения.

1 2 3

А ^{Г Н Г Н}

В

С

Рис.10.27. Схема включения двухэлементного счетчика САЗ.

1 _Г 2 _{Н Г} 3 _Н 0

A Г Н

B

C

N

Рис.10.28. Схема включения трехэлементного счетчика СА4 в

четырехпроводную цепь.

Подключение трехэлементного счетчика СА4 для измерения актив­ной энергии в трехфазной четырехпроводной цепи показано на рис. 10.28. Счетчик включается аналогично включению трех ваттметров для измерения активной мощности.

Счетчики реактивной энергии СР4 включаются в трехпроводную или четырехпроводную трехфазную цепь по методу включения на замененное напряжение аналогично включению ваттметров при измерении реактивной мощности. На рис. 10.29 показано включение счетчика СР4 в трехпроводную цепь.

1 2 3

А ^{Г Н Г Н Г Н}

В

С

Рис.10.29. Схема включения трехэлементного счетчика СР4 при

измерении реактивной энергии в трехпроводной цепи.

10.6. Измерение фазового сдвига.

Существует несколько принципов измерения фазового сдвига между дву­мя электрическими величинами. Чаще всего измеряют фазовый угол φ или cosφ между напряжением и током нагрузки.

Электромеханические фазометры. Для измерения фазы используют­ся электродинамические и ферродинамические логометры. Однофазный электродинамический фазометр содержит неподвижную и две подвижные катушки, закрепленные на оси под углом 60° - рис. 10.30. Неподвижная катушка 1 запитывается током нагрузки, т.е. I₁=I_H. I₂ в подвижной катуш­ке 2 совпадает по фазе с напряжением U₁, поэтому фазовый сдвиг между векторами токов I₁ и I₂ равен искомому углу φ.

2 3

1 I₁=I_н U

I₁=I_н

I₃ I₂ I₂

R₃ R₂

~ U φ ψ I₃

L Z_н

а) б)

Рис.10.30. Однофазный логометрический фазометр:

а) схема; б) – временная диаграмма.

Фазовый сдвиг между U и I₃ или, что тоже самое, между токами I₂ и I₃ за счет индуктивности выполняется равным ф-60" С. Поэтому фазовый сдвиг между токами Ii и Ь равен 60°- φ. Противодействующий момент создается самими катушками. Равновесие подвижной части логометра на­ступит при угле поворота α равном φ. Шкала градуируется непосредст­венно в значениях φ или cos φ. Точность измерения достигает 0,5 % и мало зависит от колебаний напряжения U. Недостатком логометрического фа­зометра является большая потребляемая мощность - до 10 ВА.

Трехфазный логометрический фазометр строится подобно однофазному, но фазовые сдвиги между токами в обмотках получают более просто за счет 120-градусного сдвига между фазами - рис. 10.31. Такой прибор дает правильные показания только в трехфазной цепи с симметрич­ными токами и напряжениями. Если цепь несимметрична, то измеряют фазовый сдвиг в каждой фазе при помощи однофазного фазометра.

*

A

*

B

C

Рис. 10.31. Трехфазный логометрический фазометр.

Трехфазный логометрический фазометр строится подобно однофаз­ному, но фазовые сдвиги между токами в обмотках получают более про­сто за счет 120-градусного сдвига между фазами - рис. 10.31. Такой при­бор дает правильные показания только в трехфазной цепи с симметрич­ными токами и напряжениями. Если цепь несимметрична, то измеряют фа­зовый сдвиг в каждой фазе при помощи однофазного фазометра.

U₁

УО₁ Ф₁ ДЦ₁ S T

U₂

УО₂ Ф₂ ДЦ₂ R

а)

U₁ U₂

t t

Ф₁ Ф₂

t t

ДЦ₁ ДЦ₂

Т

б)

Рис. 10.32. Электронный фазометр: а) – блок-схема;

б) – временная диаграмма.

Электронные фазометры широко используются для измерения фазо­вого сдвига между двумя периодическими напряжениями одной частоты. Структурная схема такого фазометра и временная диаграмма, поясняю­щая его работу, показаны на рис. 10.32. Фазометр содержит два канала, управляющие состоянием триггера Т. Каждый канал содержит последова­тельно соединенные усилитель-ограничитель УО, формирователь Ф и дифференцирующую цепь ДЦ. Длительность стояния триггера Т в состоя­нии лог. 1 пропорциональна фазовому сдвигу между напряжениями U₁ и U₂ .

При наличии двухлучевого или двухканального осциллографа можно замерить фазовый сдвиг между двумя сигналами методом линей­ной развертки. В этом случае на экране осциллографа создается изображение двух сигналов. Замерив по шкале экрана расстояние между двумя равнофазовыми точками обоих сигналов ab и период сигнала ас, вычисляют фазовый угол φ=360 ab/ac - рис. 10.33.

U U₁ U₂

^{a b c} t

Рис.10.33. Измерение фазового сдвига методом линейной развертки.

Электронно-лучевым осциллографом можно также замерять фазовый сдвиг между двумя синусоидальными напряжениями методом эллипса. Для этого первое напряжение U₁ подается на вход вертикального

b d

c a

Рис. 10.34. Измерение фазового сдвига методом эллипса.

отклонения Y, а второе U₂ - на вход горизонтального отклонения X. На экране осциллографа возникает фигура Лиссажу в виде эллипса - рис. 10.34 Замерив отрезки ab и cd вычисляют значение фазового угла:

Таким образом можно измерить фазовый угол в пределах от 0 до 90° без определения знака.

Цифровые фазометры строятся на базе преобразователей угла во временной интервал, например, по схеме рис. 10.32, и дальнейшего пре­образования этого интервала в цифровую форму путем заполнения его определенным числом импульсов опорной частоты.

Измерение частоты.

В электротехнической практике приходится иметь дело с электрическими сигналами, частота которых простирается от долей герца до десятков ги­гагерц. Существует большой спектр приборов, измеряющих частоту, каж­дый из которых работает в определенном диапазоне частот.

Простейшими показывающими частотомерами являются электроме­ханические частотомеры, строящиеся на базе электромагнитных или элек­тродинамических измерительных механизмов. Рабочий диапазон частот таких приборов 20 - 2500 Гц.

Вибрационный (резонансный) частотомер представляет собой раз­новидность электромагнитного механизма. Напряжение измеряемой час­тоты подводится к неподвижной катушке электромагнита. В поле этого электромагнита находится ряд стальных пластинок, консольно закреп­ленных в неподвижном основании. Свободный конец пластин колеблется под действием переменного поля. Собственная частота колебаний пластин различна, поэтому с наибольшей амплитудой колеблется пластина, часто­та собственных колебаний которой соответствует удвоенной частоте входного сигнала. Вибрационные частотомеры имеют узкие диапазоны измерения (45-55 Гц, 450 -550 Гц) и относительную точность не хуже 1 %.

I I₁ I₂

I₁ I₂

U_x

0 f

б)

а)

Рис.10.35. Электромагнитный логометрический частотомер:

а) схема; б) – диаграмма токов.

Логометрический частотомер строится на базе электромагнитного или электродинамического логометра. Имеют узкий диапазон измерения, порядка 10 % от средней частоты, погрешность 0,5 - 2,5 %. Работают при напряжениях от 36 до 380 В, потребляют мощность до 10 Вт. На рис. 10.35 показана схема электромагнитного логометрического частотомера. Токи I₁ и I₂ в цепях логометра распределяются обратно пропорционально пол­ным сопротивлениям цепей, которые зависят от частоты. Параметры це­пей подобраны так, что при f_X=f_H токи I₁ и I₂ в цепях логометра равны и указатель прибора занимает среднее положение. При f_X < f_H ток I₁ возрас­тает, а I₂ уменьшается и стрелка отклоняется влево. При f_X>f_H I₁ уменьша­ется, I₂ увеличивается и стрелка отклоняется вправо.

R УФ t

C

U_C

УФ V₁ V₂ + t

ЭК E I_cp

— I_V1 t

Т_н

а) б)

Рис.10.36. Конденсаторный частотомер: а) – схема;

б) – временная диаграмма.

Электронные конденсаторные частотомеры используются в диапа­зоне частот от 20 Гц до 500 кГц. Точность измерения составляет 0,5 - 2,5%. Преимущество электронных частотомеров - работа на сигналах лю­бой формы и высокое входное сопротивление. Вариант реализации кон­денсаторного частотомера показан на рис. 10.36. Здесь входной сигнал формируется усилителем-формирователем УФ, управляющим состоянием электронного ключа ЭК в цепи заряда конденсатора С. При положитель­ной

полуволне ключ ЭК замкнут и конденсатор заряжается через резистор R до напряжения Е. Ток заряда протекает через диод V₁ и электромаг­нитный измерительный прибор, который покажет среднее значение тока:

I_ср = ЕС/ Т_х = СЕ f_х .

За вторую полуволну входного сигнала конденсатор успевает разрядить­ся.

Метод фигур Лиссажу используется для измерения частоты синусои­дального напряжения. По этому методу на вход Y вертикального откло­нения осциллографа подается измеряемое напряжение, а на вход X гори­зонтального отклонения - напряжение известной частоты f₀. Если отно­шение f_x/f₀ представляет собой целое число, то на экране осциллографа изображается устойчивая замкнутая фигура, по которой судят об отно­шении частот. Погрешность определяется точностью задания опорного сигнала f₀.

N_X = 4

N_Y = 4

Рис. 10.37. Фигура Лиссажу при измерении частоты.

Например, на экране получилось изображение, показанное на рис.
10.37. Подсчитываем максимальное число точек пересечения с вертикаль­ной N_Y и горизонтальной N_X прямой. В нашем случае N_Y = 4; N_X = 4. Отсюда

N_X

f_x= f₀ —— = l,0 f₀ .

N_Y

Метод круговой развертки осциллографа также используется для измерения частоты синусоидального сигнала по отношению к частоте f₀ другого синусоидального сигнала. По этому методу напряжение U₀ от ге­нератора синусоидальных сигналов подают на вход Y непосредственно, а на вход Х - со сдвигом на 90^o. При этом луч вычерчивает на экране круг. Сигнал измеряемой частоты f_x подается на сетку электронно-лучевой трубки. Этот сигнал вызовет прерывание окружности круга. По числу прерываний судят о соотношении f_x/ f₀. Так, при f_x= f₀на экране будет вычерчена полуокружность (одно прерывание), а при f_х/f₀=2 будут вычерчены две дуги по четверть окружности (два прерывания).