Ознакомиться с конструкцией и принципом работы однофазного счетчика электрической энергии. Изучить методы его проверки.
2. Основные теоретические сведения.
Для измерения количества потребленной электрической энергии применяются электрические счетчики. Рассмотрим принцип действия счетчика электроэнергии.
В зависимости от расположения электромагнитов по отношению к диску счетчика, последние бывают с радиальной и тангенциальной магнитной системой. Принцип работы индукционного счетчика не зависит от расположения магнитной системы. Ниже рассматривается принцип работы индукционного счетчика с радиальной магнитной системой.
Конструкцию счетчика следует изучать по макету. Индукционный счетчик имеет магнитную систему, состоящую из двух электромагнитов. Обмотка одного электромагнита включается на напряжение сети. Эта обмотка имеет большое витков тонкой проволоки, следовательно, у нее большое сопротивление и по ней проходит малый ток. Эта обмотка часто называется обмоткой параллельного электромагнита и проходящий по ней ток создает намагничивающую силу FU, которая обеспечивает получение магнитного потока ФU. Последний, при постоянных параметрах обмотки, пропорционален подведенному напряжению U.
Обмотка второго электромагнита включается последовательно с нагрузкой и имеет небольшое число витков провода большого сечения. Эта обмотка называется обмоткой последовательного электромагнита и проходящий по ней ток I, величина которого зависит от сопротивления нагрузки, создает намагничивающую силу FI, которая обеспечивает получение магнитного потока ФI . Последний, при постоянных параметрах обмотки, пропорционален току нагрузки. Эти два магнитных потока ФU и ФI , пересекая алюминиевый диск, индуктируют в нем электродвижущие силы E1 и Е2, каждая из которых отстает от соответствующего магнитного потока на угол 90°. В диске появятся токи I1 и I2, которые будут отставать от своих э.д.с. на углы α1 и α2 (если считать, что алюминиевый диск имеет кроме активного и некоторое индуктивное сопротивление). В результате взаимодействия токов I1 и I2 с магнитными потоками ФU и ФI появится вращающий момент, который вызовет вращение алюминиевого диска. Количество оборотов диска учитывается счетным механизмом, соединенным зубчатой передачей с осью алюминиевого диска.
Из теории индукционных приборов известно, что вращающий момент индукционного счетчика активной энергии пропорционален мощности
M = K1UIcosφ = K1P
При вращении алюминиевого диска возникают и тормозные моменты: момент от действия тормозного магнита и моменты от взаимодействия магнитных потоков ФU и ФI с вихревыми токами в алюминиевом диске. Если допустить, что механический момент трения отсутствует, то тормозной момент
МТ= K2n .
где n – частота вращения алюминиевого диска;
K2– коэффициент пропорциональности.
При постоянной нагрузке цепи, т.е. при постоянной мощности, устанавливается равенство вращающего и тормозного момента M = MT.
Отcюда:
K1P = K2n; Р=(К2/К1)n.
Обозначив К2/К1= С0, получим Р = С0n.
Из приведенного выражения видно, что частота вращения алюминиевого диска пропорциональна мощности.
Энергию, потребляемую нагрузкой, можно узнать, если умножить мощность на время W = Pt = С0nt = С0N,
откуда С0= W/N , где С0 – действительная постоянная счетчика.
Действительная постоянная счетчика, это количество потребляемой энергии за один оборот диска. Номинальная постоянная счетчика определяется по его паспортной табличке. Число оборотов диска или пропорциональная ему электрическая энергия учитывается специальным счетным механизмом.
Согласно ГОСТу счетчики могут быть пяти классов точности –1; 1,5; 2; 2,5; 3. ГОСТ предъявляет к счетчикам следующие требования:
1. При прохождении тока только по одной параллельной обмотке диск счетчика, сделав после включения не более одного оборота, должен остановится и оставаться неподвижным при напряжениях, лежащих в пределах 80-100 % от номинального.
2. Счетчик должен вращаться без остановки при номинальных напряжениях, частоте, cosφ = 1 при: нагрузке 0,5 % от номинальной для счетчиков классов 1; 1,5 и при нагрузке 1 % от номинальной для счетчиков классов 2; 2,5; 3.
3. Порядок выполнения работы
1. Собрать схему (рис. 1).
2. Записать технические данные измерительных приборов и аппаратов в соответствующую таблицу протокола. Записать паспортные данные счетчика.
3. Определить цену деления приборов.
4. После тщательной проверки схемы студентами и преподавателем, предупредив всех членов бригады, произвести включение схемы. Включив схему и убедившись, что все приборы работают нормально, приступить к выполнению лабораторной работы.
Перед тем, как начать проверку счетчика, нужно убедиться в том, что счетчик не имеет самохода. Для этого необходимо выключить нагрузку. При этом согласно ГОСТу, диск не должен вращаться.
Установить номинальный ток нагрузки – 5А при номинальном напряжении. Записать показания счетного механизма до начала проверки и по истечению трех минут работы счетчика. Результаты проверки записать в таблицу 1.
Повторить измерения при меньшей нагрузке – соответственно 4А, 3А, 2А и 1А. Устанавливая поочередно реостатами нагрузку от 5 до 1 ампера, производить запись показания приборов в таблицу 1, одновременно подсчитывая число оборотов диска за три минуты.
5. Обработка результатов проверки производится следующим образом:
1.1. Оценка погрешности измерений.
В зависимости от того, в каких единицах отсчитывается время t, электроэнергия измеряется в кВт×час или Вт×с.
Погрешность измерений
∆W = [(Wизм – W)/W]×100, % ,
где Wизм – измеренной (по прибору) значение потребленной электроэнергии;
W – расчетное значение потребленной электроэнергии
где С0 – действительная постоянная счетчика, определяемая по соотношению
C0=W/n ;
Cн – номинальная постоянная счетчика – паспортное значение, определяемое по данным, приведенным на щитке прибора; например: 1 кВт×час соответствует 1200 оборотов диска счетчика – в этом случае
.
6. Оформить отчет по работе, согласно общим методическим указаниям. Построить график зависимости γотн =ƒ(I). График строится ломаными линиями, которые получаются при соединении полученных точек. Начало графика лежит в точке пересечения осей координат. Дать заключение о пригодности счетчика к эксплуатации.
.
;
.
