Общие сведения. Измерение активной энергии в цепях переменного тока проводится с помощью интегрирующих электроизмерительных приборов – электрических счетчиков

Измерение активной энергии в цепях переменного тока проводится с помощью интегрирующих электроизмерительных приборов – электрических счетчиков. Технические требования к ним регламентированы ГОСТ 6570-96. В счетчиках используется индукционный измерительный механизм, устройство которого упрощенно показано на рис. 9.1, где 1 – трехстержневой магнитопровод с обмоткой напряжения, 2 – П-образный магнитопровод с токовой обмоткой,
3 – алюминиевый диск, укрепленный на подвижной оси, 4 – противополюс, 5 – постоянный магнит.

Ток в обмотке напряжения I_U создает магнитный поток Ф, часть которого замыкается через боковые стержни (Ф _L), а часть через диск 3 и противополюс 4 – это рабочий поток Ф _U, отстающий от тока I_U на угол a _U (рис. 9.2).

Рис. 9.1

Ток нагрузки I создает в магнитопроводе 2 магнитный поток Ф _I, который дважды пересекает диск 3.

Таким образом, диск пересекают два несовпадающих в пространстве и имеющих сдвиг по фазе магнитных потока Ф _I, Ф _U, которые наводят в диске вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов с магнитными потоками создает вращающий момент

М = С Ф _I Ф _U siny.

Рис. 9.2

Для учета счетчиком только активной энергии необходимо, чтобы вращающий момент был пропорционален активной мощности нагрузки

М = С ₁ P = C ₁ UI cosj.

Из-за наличия больших воздушных зазоров в сердечниках поток Ф _I пропорционален току I, а поток Ф _U – напряжению U. Следовательно, счетчик учитывает активную энергию, если выполнено фазное условие

siny = cosjилиy + j = 90°.

Для обеспечения равномерной угловой скорости диска создают тормозной момент М _Т с помощью постоянного магнита 5. При вращении диска в магнитном поле постоянного магнита в диске наводятся вихревые токи и в результате их взаимодействия с полем постоянного магнита возникает тормозной момент, пропорциональный скорости вращения диска n:

М _Т = С ₂ n.

Равновесие устанавливается при

М = М _Т или C ₁ P = C ₂ n.

За время t диск сделает N = nt оборотов, а нагрузка потребит энергию W = Pt:

C ₁ Pt = C ₂ nt или C ₁ W = C ₂ N.

Таким образом, число оборотов диска N пропорционально учитываемой счетчиком энергии. Коэффициент пропорциональности , численно равный энергии, приходящейся на один оборот диска, называют действительной постоянной счетчика.

Число оборотов диска, приходящееся на 1 кВт× ч (N ₀), называют передаточным числом. Оно указывается на счетчике. Например:
1 кВт× ч – 2500 оборотов диска. Величина, обратная передаточному числу N ₀, определяет номинальную постоянную счетчика С _ном.

При работе счетчика в опорах диска и в счетном механизме возникают силы трения, зависящие от скорости вращения. Обусловленный ими тормозной момент трения вносит погрешность в показания счетчика. Для компенсации момента трения в счетчике предусмотрена специальная магнитная система, создающая допол-нительный вращающий момент, не зависящий от тока нагрузки. Этот компенсационный момент пропорционален квадрату напряжения. При неправильной регулировке счетчика компенсационный момент может превысить момент трения и диск счетчика будет вращаться даже при отключенной нагрузке. Это явление называют самоходом. Если компенсационный момент меньше момента трения, то счетчик не будет работать при малых нагрузках. Минимальная нагрузка Р _min, при которой диск счетчика непрерывно вращается, определяет порог чувствительности (чувствительность)

.

Целью поверки счетчика является определение его погрешности, чувствительности и самохода. Наиболее точный метод поверки – метод ваттметра и секундомера (рис. 9.3) – заключается в сравнении энергии, подсчитанной по счетчику:

с действительной энергией, подсчитанной по образцовому ваттметру и секундомеру: W _д = P_W × t.

В результате поверки определяют относительную погрешность счетчика

.

При маркировке счетчика указывают: тип, единицы измерения электрической энергии, номинальное напряжение, номинальный и максимальный токи (10…40 (А) или 10 (40) А), номинальную частоту сети, постоянную счетчика, класс точности прибора.

По точности измерения счетчики активной энергии подразделяются на классы 1, 0; 2, 0; 2, 5. В отличие от электромеханических приборов других систем класс точности счетчиков определяется не приведенной, а относительной погрешностью. Допустимые погрешности для счетчиков класса 2, 5 приведены в табл. 9.1.

Т а б л и ц а 9.1