Ход работы

1. Собрать электрическую цепь, изображенную на схеме (рис.7)

Рис.7. Электрическая схема соединения потребителей треугольником.

2. Произвести измерения для случая активной нагрузки в следующих режимах работы:

   1. равномерная нагрузка;

   2. неравномерная нагрузка;

   3. обрыв линейного провода.

Напряжения измеряются путем подключения вольтметра к соответствующим точкам схемы. Измерение фазных и линейных токов производится путем включения вилки амперметра в соответствующие контакты коммутаторов тока. Общая мощность (Р) измеряется по методу одного и двух ваттметров

Показания приборов занести в табл.1

Таблица 1

Данные измерений Режим нагрузки

A

A

A

A

A

A

B

B

B

Bт

Bт

Bт

Равномерная

Неравномерная

Обрыв одного линейного провода

В соответствии с данными измерений построить методом засечек векторные диаграммы напряжений и токов для всех перечисленных режимов работы.

Сделать выводы по работе.

Лабораторная работа №5

ИЗУЧЕНИЕ ОДНОФАЗНОГО СЧЕТЧИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Цель работы: изучить устройство и принцип действия электрического счетчика индукционной системы, выполнить проверку счетчика.

Оборудование:

1. Счетчик индукционной системы.

2. Счетчик трехфазный.

3. Счетчик индукционной системы открытый.

4. Вольтметр АСТВ 300В.

5. Амперметр АСТ 5А.

6. Ваттметр Д501 5А, 300В.

7. Реостат 30Ом, 5А.

8. Реостат 5000Ом.

9. Секундомер.

10. Нагрузка «звезда» для трехфазного счетчика.

11. Ламповый реостат.

Контрольные вопросы

1. Устройство и принцип действия однофазного индукционного счетчика.

2. Схема включения счетчика.

3. Определить номинальную постоянную счетчика по эго паспортным данным.

4. Что называют относительной погрешностью счетчика?

5. Каково назначение постоянного магнита в счетчике?

6. Что такое самоход?

7. На какой ток (постоянный или переменный) реагируют счетчики индукционной системы? Почему?

8. Этапы проверки счетчика.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Наибольшее распространение для учета активной электрической энергии переменного тока, полученной потребителем или отдаваемой электрической станцией, получили счетчики электрической энергии индукционной системы.

На рис.1 представлено изображение устройства, а на рис.2 - схема включения однофазного индукционного счетчика.

При включении счетчика в сеть переменного тока по последовательной цепи 1 будет проходить ток приемника энергии , который создает поток . Этот магнитный поток пересекает алюминиевый диск 3 в двух местах в противоположных направлениях. По параллельной цепи 2 будет проходить ток , который создает мощный магнитный поток . Этот магнитный поток будет пересекать алюминиевый диск 3. Следовательно, в счетчике имеется три переменных рабочих потока, сдвинутых в пространстве и во времени друг относительно друга, вследствие чего в диске получается бегущий магнитный поток. Одновременно в диске индуцируется ЭДС, за счет которой возникают вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов с бегущим магнитным потоком создает вращающий момент, под действием которого диск начинает вращаться. Величина этого момента опреде

где , , , - коэффициенты;

- угол сдвига между током и напряжением;

– мощность нагрузки.

Вращающий момент пропорционален мощности нагрузки.

Рис. 1. Устройство однофазного индукционного счетчика.

Рис.2. Схема включения однофазного индукционного счетчика.

Принцип действия приборов индукционной системы основан на взаимодействии переменного магнитного потока с индукционным током. В настоящее время промышленность выпускает только индукционные счетчики электрической энергии, которые пригодны для переменных токов, так как в диске ток может индуцироваться лишь под действием переменного магнитного потока.

Если на пути переменного магнитного потока поместить, например, край алюминиевого диска, способного вращаться вокруг некоторого центра, то в диске будет наводиться переменный индукционный ток, взаимодействующий с этим потоком. Однако, применив правило левой руки, легко убедиться, что результирующая сила, действующая на диск, равна нулю. В результате взаимодействия ток будет растягиваться (или сниматься). Поэтому для создания вращающего момента часто используют два магнитных потока, сдвинутых относительно друг друга по фазе на некоторый (например, на π/2) угол. При этом осуществляется взаимодействие потоков с «чужими» (а не «со своими») индукционными токами.

Индукционный счетчик имеет две катушки с сердечниками: токовую и катушку напряжения.

а б

Рис.3.

Токовую катушку (рис.3, а) навивают толстым проводом на стальной сердечник и включают последовательно с нагрузкой. Магнитный поток Ф_I в ней пропорционален току нагрузки.

Катушку напряжения (рис.3, б) обычно навивают большим числом витков тонкого провода на стальной сердечник. Индуктивное сопротивление x_L этого электромагнита несравненно больше активного R (x_L>>R), поэтому эту цепь можно считать чисто индуктивной (ток i_U в катушке напряжения отстает по фазе на π/2).

Край алюминиевого диска одновременно пронизывается обоими потоками: дважды – поток Ф_I токовой катушки и один раз – потоком Ф_U катушки напряжения (рис.4).

Эти потоки индуцируют в диске токи I_дI и I_дU соответственно. При этом происходит взаимодействие: ток I_дU взаимодействует с потоком Ф_I (рис5, а), а ток I_дI – с потоком Ф_U (рис.5,б). Направление индукционных токов I_дU и I_дI зависит от того, возрастает или убывает создающий в данный момент поток. Это надо учесть при определении направлении действующих на диск сил F₁ и F₂. Учитывая изменение токов I_дI и I_дU, используя правило Ленца и применяя правило левой руки, находим, что силы F₁ и F₂, создающие вращающий момент, имеют одинаковое направление – от опережающего потока к отстающему.

а Рис.5. б

При вращении диск счетчика (3) ( рис.1) пересекает магнитное поле постоянного магнита (4), а в нем наводятся вихревые токи, которые, взаимодействуя с полем постоянного магнита (4), создают тормозной момент ,

где – постоянная величина,

– скорость вращения диска, об/мин.

При установившейся скорости диска вращающий и тормозной моменты равны.

Следовательно, при

имеем, и

т.е. при постоянном магнитном поле (4) тормозной момент пропорционален скорости вращения диска.

Электрическая энергия W, израсходованная в цепи за время t будет равна ,

где n – число оборотов диска счетчика за время t,

Величина получила название действительной постоянной счетчика, которая не остается величиной, неизменной при различных режимах работы и зависит от величины нагрузки и от внешних условий, например, температуры.

Кроме действительной постоянной счетчика вводится понятие номинальной (фабричной) постоянной, представляющей собой количество электрической энергии, учитываемое счетным механизмом за один оборот диска:

где , , – номинальные значения величин на щитке счетчика.

Зная действительную и номинальную постоянные счетчика, можно определить относительную погрешность или просто погрешность счетчика.

Согласно ГОСТ – 6570-60 по точности учета электроэнергии счетчики активной энергии делятся на классы: 1,0; 2,0; 2,5. Установлены величины погрешностей для каждого класса точности с учетом нагрузки.

Так для однофазного счетчика с номинальными параметрами 220В и 5А и класса точности 2,5 допускаются следующие пределы относительных погрешностей:

№ п/п	Условия нагрузки	Допустимые относительные погрешности
		Класс 2,5	Класс 2,0
1.	При и токе
	5% от номинального	–	3,5
	10% от номинального	3,5	2
	50% от номинального	3,5	2
	100% от номинального	3,5	2
	150% от номинального	2,5	2
2.	При и токе
	5% от номинального	4	2,5
	10% от номинального	4	2
	50% от номинального	4	2
	100% от номинального	4	2
	150% от номинального Iн	4	2

Поскольку счетчик электрической энергии имеет узлы и детали, совершающие вращательное движение, то возможны потери на трение в счетчике. При незначительных токах, а, следовательно, и малых потоках , величина может быть меньше величины сил сопротивления, возникающих из-за наличия сил трения. Поэтому для характеристики счетчика вводят понятие чувствительности

где ( ) – наименьшая мощность (ток), при которой диск приходит в движение.

( ) – номинальная мощность (ток) данного счетчика.

Иногда счетчики имеют самоход, т.е. при разомкнутой цепи диск счетчика вращается больше одного оборота. Чтобы не было самохода счетчики снабжены специальными тормозными флажками.