Индукционные приборы

Принцип действия основан на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами, индуктированными в подвижном алюминиевом диске.

Должно быть не менее двух переменных магнитных потоков, пересекающих диск и сдвинутых в пространстве и по фазе.

В настоящее время применяются в качестве счетчиков электрической энергии переменного тока.

Векторная диаграмма индукционного счетчика

При прохождении по обмотке тока I_U создается магнитный поток Ф_U, который разветвляется на рабочий поток Ф_р и вспомогательный поток Ф_В. Рабочий поток пронизывает диск 3, индуцируя в нем вихревые токи, и замыкается через стальной противополюс. Нерабочий поток не пересекает диск, а замыкается через боковые стержни сердечника и служит для получения необходимого сдвига фаз между потоком Ф_р и напряжением сети U. Обмотка электромагнита 1 из-за большого числа витков обладает значительной индуктивностью, и ток в ней отстает от напряжения на угол, близкий к 90⁰. Нерабочий поток Ф_В вызывает в сердечнике 1 незначительные потери, поэтому он отстает от тока I_U на небольшой угол (1-2) градуса. Рабочий поток отстает от этого же тока на угол (20-25) градусов, поскольку, кроме потерь в стали, имеются активные потери в алюминиевом диске. Поток Ф_U является геометрической суммой потоков Ф_р и Ф_В.

Электромагнит 2 имеет обмотку с небольшим числом витков, включаемую последовательно с нагрузкой цепи. По этой обмотке проходит ток нагрузки, который при ее активно-индуктивном характере отстает от напряжения на угол φ. Ток I создает магнитный поток Ф_I, который отстает от тока I на угол α из-за наличия потерь в стали электромагнита 2. Поток Ф_I дважды пересекает диск 3, индуцируя в нем вихревые токи, которые отстают по фазе от потока на угол 90⁰.

Дальнейший анализ работы индукционного счетчика показывает, что значение вращающего момента зависит от взаимодействия магнитных потоков Ф_I и Ф_р и от угла фаз между ними Ψ и вычисляется согласно выражению:

Из-за наличия воздушных зазоров сердечники обоих электромагнитов находятся в ненасыщенном состоянии, поэтому потоки Ф_I и Ф_р будут пропорциональны токам в обмотках:

Подставляя значения токов в уравнение вращающего момента получим:

Для того чтобы показания счетчика соответствовали потребляемой нагрузкой энергии, его вращающий момент должен быть пропорционален активной мощности переменного тока:

Для этого необходимо, чтобы sinΨ = cosφ, (если угол сдвига фаз между потоками Ф_I и Ф_р Ψ = 90⁰ – φ.

Роль противодействующего момента выполняет тормозной момент, возникающий при вращении алюминиевого диска в поле постоянного магнита 4. Так как значение индуцируемых в диске вихревых токов пропорциональны скорости изменения магнитного потока, то есть скорости вращения диска dα /dt, то тормозной момент определяется выражением:

При скорость вращения диска

Число оборотов диска ,

– действительная постоянная счетчика.

Отсчет энергии производится по показаниям счетного механизма. Единице электрической энергии, регистрируемое счетным механизмом, соответствует определенное число оборотов диска. Это соотношение называется передаточным числом А.

Уравнение преобразования:

Энергия, регистрируемая счетчиком: W_изм = C_нN

Величина, обратная передаточному числу, то есть отношение зарегистрированной энергии к числу оборотов диска, называется номинальной постоянной С_н. Значения А и С_ном зависят только от конструкции счетного механизма и для данного счетчика остаются неизменными.

Количество энергии, действительно прошедшее через счетчик за один оборот подвижной части, называется действительной постоянной С_Д. Действительная постоянная зависит от тока нагрузки, частоты и внешних условий.

Погрешность счетчика: .

Счетчики активной энергии выпускаются классов точности 0, 5; 1, 0; 2, 0 и 2, 5. Реактивной энергии – 1, 5; 2, 0; 3, 0.

Для каждого класса точности счетчиков нормативными документами установлен порог чувствительности счетчика, определяемый как:

,

где I_min и I_ном – минимальное значение тока, при котором диск счетчика начинает безостановочно вращаться, и номинальное для счетчика значение тока в токовой обмотке. Порог чувствительности определяется при номинальных значениях напряжения и частоты, cosφ = 1.

Самоходом называется вращение диска при отсутствии тока в нагрузке, но при наличии напряжения в параллельной цепи счетчика. Такое явление возникает, если момент, компенсирующий действие момента трения, превосходит сам момент трения. Самохода не может быть при любом напряжении от 80 до 110 % от номинального.

Под действием внешних факторов у счетчиков появляются дополнительные погрешности.

Кроме однофазных счетчиков промышленностью выпускаются также трехфазные счетчики (двухэлементные и трехэлементные).