Эта система характеризуется применением нескольких неподвижных катушек, питаемых переменным током и создающих вращающееся или бегущее магнитное поле, которое индуктирует токи в подвижной части прибора и вызывает ее движение.
Индукционные приборы применяются только при переменном токе в качестве ваттметров и счетчиков электрической энергии (реже амперметров и вольтметров). В настоящее время индукционные ваттметры заводами электроизмерительных приборов не выпускаются. Они заменены, ферро-динамическими ваттметрами, удовлетворяющими требованиям ГОСТ; показания последних меньше зависят от температуры и частоты. На фиг. 333 показан электромагнит 1 и алюминиевый диск 2, могущий поворачиваться на оси. Проходящий по обмотке электромагнита переменный ток создает переменный магнитный поток, индуктирующий в алюминиевом диске э. д. с.
Индукционные системы измерения.
Область применения.
Применяются в амперметрах, вольтметрах, ваттметрах.
Ферродинамические приборы выпускаются классом точности не выше 0,2 и 0,5.
Достоинства: надёжны в исполнении, многолетний срок эксплуатации счётчика, независимость от перепадов ЭЭ, дешевле электронных.
Недостатки: класс точности достаточно низок – 2 и 2,5; практически отсутствует защищённость от хищения ЭЭ.
Трансформатор тока— трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику тока, а вторичная обмотка замыкается на измерительные или защитные приборы, имеющие малые внутренние сопротивления.
Измерительный трансформатор тока— трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке.
Трансформаторы тока широко используются для измерения электрического тока и в устройствах релейной защитыэлектроэнергетических систем, в связи, с чем на них накладываются высокие требования по точности. Трансформаторы тока обеспечивают безопасность измерений, изолируя измерительные цепи от первичной цепи с высоким напряжением, часто составляющим сотни киловольт.
Схемы подключения измерительных трансформаторов тока
В трёхфазных сетях с изолированной нейтралью (сети с напряжением 6-10-35 кВ) трансформаторы тока нередко устанавливаются только на двух фазах (обычно фазы A и C). Это связано с отсутствием нулевого провода в сетях 6 —35 кВ и информация о токе в фазе с отсутствующим трансформатором тока может быть легко получена измерением тока в двух фазах. В сетях с глухозаземлённой нейтралью (сети до 1000В) или эффективно заземлённой нейтралью (сети напряжением 110 кВ и выше) трансформаторы тока в обязательном порядке устанавливаются во всех трёх фазах.
В случае установки в три фазы вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются по схеме «Звезда» (рис.1), в случае двух фаз — «Неполная звезда» (рис.2). Для дифференциальных защит силовых трансформаторов с электромеханическими реле трансформаторы подключают по схеме «Треугольник» (для защиты обмотки трансформатора, соединённой в звезду при соединении защищаемого трансформатора «треугольник — звезда», что необходимо для компенсации сдвига фаз вторичных токов с целью уменьшения тока небаланса). Для экономии измерительных органов в цепях защиты иногда применяется схема «На разность фаз токов» (не должна применяться для защиты от коротких замыканий за силовыми трансформаторами с соединением треугольник — звезда).
Важными параметрами трансформаторов тока являются коэффициент трансформации и класс точности.
studfiles.net
Приборы индукционной системы получили широкое распространение для измерения электрической энергии. Принципиальная схема прибора приведена на рисунке.
Принцип действия индукционной системы основан на взаимодействии магнитных потоков, создаваемых катушками тока и напряжения с вихревыми токами, наводимыми магнитным полем в алюминиевом диске.
Электрический счетчик содержит магнитопровод – 1 сложной конфигурации, на котором размещены две катушки; напряжения – 2 и тока – 3. Между полюсами электромагнита помещен алюминиевый диск – 4 с осью вращения – 5.
Вращающий момент, действующий на диск, определяется выражением:
Mвр = ki ΦU ΦI sinψ
где ФU– часть магнитного потока, созданного обмоткой напряжения и проходящего через диск счетчика; ФI– магнитный поток, созданный обмоткой тока; ψ – угол сдвига между ФUи ФI. Магнитный поток ФUпропорционален напряжению ФU = k2 U. Магнитный поток ФIпропорционален токуФI = k3 I.
Для того чтобы счетчик реагировал на активную энергию, необходимо выполнить условие:
sinψ = cosφ
В этом случае вращающий момент пропорционален активной мощности нагрузки:
Mвр = k1 k2 k3 U I cosφ = k4 P
Противодействующий момент создается тормозным магнитом – 6 и пропорционален скорости вращения диска:
В установившемся режимеMвр=Mпр диск вращается с постоянной скоростью. Приравниваем два последних уравнения и решаем полученное уравнение относительно угла поворота диска:
Таким образом, угол поворота диска счетчика пропорционален активной энергии. Следовательно, число оборотов диска n тоже пропорционально активной энергии.
Работа, основанная механизмом электромагнитной системы – это взаимодействие магнитного поля намагничивающегося ферромагнитного сердечника с магнитным полем тока, идущего по обмотке катушки. Впоследствии такого взаимодействия сердечник поворачивается или же втягивается внутрь катушки, отчего и отклоняется указательная стрелка. В случае изменения в обмотке направления тока меняется и полярность подвижного сердечника. Отчего при любом направлении тока в обмотке стрелка отклоняется в одну и ту же сторону.
Главные достоинства приборов электромагнитной системы: пригодность для измерения переменного и постоянного токов, стабильность этих приборов к перегрузкам, простота устройства, относительно невысокая стоимость. Недостатками такого прибора являются зависимость от влияния внешних магнитных полей на точность показаний, сравнительно великая потребность в электроэнергии, невысокая точность, неравномерность шкалы.
Работа, основанная механизмом электродинамической системы – это взаимодействие магнитных полей токов, идущих к двум обмоткам, одна из обмоток неподвижна, а другая может совершать обороты. Токовой обмоткой называют обмотку неподвижной катушки; её электрическое сопротивление мало; в цепь включается она последовательно.
Сравнительно большим электрическим сопротивлением обладает обмотка подвижной катушки. Она в цепь включается параллельно и носит название обмотка напряжения. На момент включения прибора в цепь электрический ток идёт по обмоткам обеих катушек сразу. Взаимодействия магнитных полей токов катушки с обмоткой напряжения поворачивает на угол, значение которого пропорционально произведению токов, идущих в обмотках катушек.
Одновременно может изменяться в обмотках лишь направление тока. В независимости от направления тока в цепи, катушка являющиеся подвижной, а стало быть, и указательная стрелка, поворачиваются только в одну сторону. Такой механизм электродинамической системы широко применяется в вольтметрах, амперметрах и ваттметрах. Так же наряду с механизмом электродинамической системы в измерительных приборах применяют механизмы ферродинамической системы. Их принцип работы механизмов систем одинаков. Ферродинамический механизм сконструирован с отличием, что его неподвижная обмотка установлена на магнитопроводе, отчего увеличивается чувствительность прибора.
Главные достоинства приборов электродинамической системы: возможность измерить одним и тем же прибором переменные и постоянные токи, высокая точность. Недостатками таких приборов являются зависимость точности показаний от влияния внешних магнитных полей, особенно это относится к электродинамическому механизму, сравнительно малая устойчивость к перегрузкам, а также высокая стоимость.
studfiles.net
Количество просмотров публикации Индукционные измерительные приборы. Счетчики электрической энергии - 114
На базе индукционного измерительного механизма выполняются, как правило, счетчики электрической энергии. Устройство и векторная диаграмма прибора индукционной системы показаны на рис.
Механизм состоит из двух индукторов выполненных в виде стержневого и П-образного индукторов, между которыми находится подвижный неферромагнитный (алюминиевый) диск. На индукторах намотаны обмотки, по которым протекают соответственно токи I1 и I2, возбуждающие магнитные потоки Ф1 и Ф2. С осью диска связан счетный механизм, который считает число оборотов диска. Для предотвращения холостого вращения диска (для предотвращения самохода) в непосредственной близости от него укреплен постоянный магнит (тормозной магнит). Принцип действия прибора следующий:
При подключении прибора в сеть переменного тока токи I1 и I2 возбуждают магнитные потоки Ф1 и Ф2, которые совпадают по фазе с соответствующими токами (см. векторную диаграмму). Магнитные потоки, пересекая плоскость диска, индуцируют в нем переменные Э.Д.С. Е1 и Е2 которые отстают от своих потоков на угол . Под действием этих Э.Д.С. в диске возникают два вихревых тока Iд1 и Iд2 совпадающих по фазе с соответствующими Э.Д.С. (сопротивление диска считаем чисто активным).
В результате втягивания контура тока Iд1 потоком Ф2 и выталкивания контура тока Iд2 потоком Ф1, возникают два противоположно-направленных момента͵ действующих на диск. Их мгновенные значения:
,
где к1 и к2- коэффициенты пропорциональности.
Уравнения для магнитных потоков можно записать как:
Вихревые токи, наводимые в диске соответствующими потоками, будут определяться как:
Среднее значение моментов можно рассчитать по формулам:
Так как , а
уравнение для суммарного вращающего момента͵ действующего на диск, будет равно:
Токи, наводимые в диске, бывают определены как:
и
.
f- частота питающей цепи, k3 и k4- коэффициенты пропорциональности.
С учетом этого:
или
;
где К=k1k4+k2k3.
Максимальный вращающий момент достигается при .
Важно заметить, что для создания тормозного момента и обеспечения равномерного вращения диска в конструкции предусмотрен постоянный тормозной магнит.
В результате взаимодействия поля магнита и вращения диска, возникает вихревой ток: , где w- угловая скорость вращения диска, k5- коэффициент пропорциональности.
Взаимодействие iв с Фп вызывает тормозной момент, равный:
или
.
km=k5 k6.
Достоинства приборов индукционной системы
Приборы имеют большой вращающий момент, мало подвержены влиянию внешних магнитных полей и имеют большую перегрузочную способность.
Недостатки приборов индукционной системы
К недостаткам следует отнести невысокую точность, большое самопотребление, зависимость показаний от частоты и температуры.
Однофазный счетчик электрической энергии
В случае если катушку 1 включить параллельно источнику энергии, а катушку 2 последовательно потребителю, тогда:
или: , где kвр=kU kI.
Из векторной диаграммы видно, что при ;
. Тогда можно записать:
.
При неизменной мощности нагрузки Р, вращающий и тормозной моменты равны друг другу Мвр=Мт. По этой причине можно записать: , или
. В случае если это равенство представить в виде:
, то после интегрирования за промежуток времени от t1 до t2 получим:
, где
- постоянная прибора; N- число оборотов за время t=t2-t1
Величина, называемая постоянной счетчика, определяется следующим выражением:
.
Величина, называемая номинальной постоянной счетчика, определяется как:
,
где k- передаточное число счетчика – число оборотов на единицу энергии.
Погрешность счетчика, обусловленная трением оси в опорах и другими неучтенными факторами, рассчитывается по формуле:
.
Однофазные счетчики выпускают на частоты 50 и 60 Гц, на рабочий ток до 40 А и на напряжения 110, 120, 127, 220, 230, 240 и 250 В. Классы точности счетчиков ниже 1. Совокупность двух или трех однофазных измерительных механизмов образуют трехфазный счетчик. Промышленностью выпускаются счетчики нескольких типов. Счетчики активной энергии – СА 3- для трех проводных цепей и СА 4 для четырех проводных цепей. Счетчики реактивной энергии – СР 3 для трех проводных цепей и СР 4 для четырех проводных цепей. Счетчики реактивной энергии для однофазных цепей не выпускаются.
ЛЕКЦИЯ 13
referatwork.ru
