Лабораторная работа 8

ИСПЫТАНИЕ ОДНОФАЗНОГО СЧЕТЧИКА

Цель работы: Изучение принципа действия и свойств индукционного счетчика.

Основные сведения. Энергия, потребляемая цепью переменного тока, измеряется индукционными счетчиками. В отличие от показывающих приборов (амперметров, вольтметров и др.) счетчики относятся к суммирующим приборам. Измерительный механизм счетчика содержит две обмотки. Последовательно включенная в цепь обмотка (катушка) называется «токовой», потому что по ней протекает ток I₁ и с ней сцеплен пропорциональный току поток Ф_U. Для того чтобы включение этой катушки не изменяло режим цепи и не вносило тем самым погрешность в измерение, сопротивление катушки должно быть минимальным. Поэтому токовая обмотка имеет мало витков сравнительно большого сечения.

На напряжение сети параллельно нагрузке включается вторая катушка счетчика. Ток катушки I_U и создаваемый током поток Ф_U пропорциональны U. Для того чтобы включение обмотки напряжения не изменило режима цепи, полное сопротивление катушки должно быть достаточно большим. Параллельная катушка выполняется с большим числом витков, поэтому индуктивность катушки велика, и ток I_U отстает по фазе от напряжения U на угол близкий к 90˚.

Магнитные потоки катушек сдвинуты по времени (по фазе) на угол ψ и сдвинуты в пространстве, так как пронизывают алюминиевый диск в разных местах. Мгновенные значения потоков равны:

; .

По закону электромагнитной индукции в диске наводятся вихревые э.д.с. l₁, l₂, отстающие по фазе от соответствующих потоков на 90˚.Под действием l₁, l₂ в диске возникают вихревые токи i₁, i₂. Массив диска обладает в основном активным сопротивлением, поэтому i₁ и l₁, а так же i₂ и l₂ совпадают по фазе.

Взаимодействие Ф_I и I₁ не приводит к созданию вращающего момента, так как средний за период момент, созданный в результате взаимодействия Ф_I и I₁ равен нулю, потому что векторы Ф_I и I₁ сдвинуты на 90˚. Так как , то соответствующий момент так же равен нулю. Однако вращающий момент, действующий на диск, создается в результате того, что ток i₁ взаимодействует с потоком Ф_U(t), а ток i₁ – с потоком Ф_I(t). Мгновенное значение результирующего момента определяется разностью моментов этих взаимодействий:

.

Среднее значение вращающего момента: , так как , .

В установившемся режиме диск счетчика вращается без ускорения, следовательно, М_вр= М_т, где М_т- тормозной момент, который создается с помощью постоянного магнита. Величина вихревой э.д.с., наводимой в диске при пересечении им силовых линий поля магнита, в соответствии с выражением Фарадея (Е=B∙l∙υ) зависит от скорости вращения диска n. Поток магнита неизменен, поэтому вихревой ток и тормозной момент, созданный взаимодействием потока и вихревого тока, так же зависят от n, т.е. М_т=к₄n и к₃Р=к₄n.

За время t диск сделает число оборотов N=к₄nt, при этом цепь получит активной энергии W_n=к₄nt. В итоге W_n=cN, где с- постоянная счетчика, равная числу джоулей, соответствующих одному обороту диска. Номинальное значение постоянной счетчика определяется по данным, приведенным на шкале счетчика: 1 кВт-ч соответствует 1250 оборотам диска. Отсюда:

.

Сильное собственное магнитное поле обуславливает такие свойства индукционного счетчика, как высокая чувствительность и независимость показаний от влияния внешних паразитных магнитных полей. К недостаткам прибора относят работу его только на переменном токе, зависимость показаний от частоты и температуры окружающей среды.

Порядок выполнения работы:

1. Изучить схему (рис. 1), собранную на стенде. Выяснить назначение, расположение и обозначение всех элементов схемы. Определить цену одного деления каждого измерительного прибора.

2. Ознакомиться с конструкцией счетчика. Записать номинальные данные счетчика, произведенные на шкале U_ном, I_ном, рассчитать C_ном.

3. Подготовить схему для снятия нагрузочной характеристики .Для этого выключатель S₁ поставить в положение «Вкл»­­, а S₆ – «Выкл». Выключателем S включить стенд в сеть.

4. №№ опытов	Измеренные величины			Вычисленные величины
   	U	I	N	С	γ ()
   1
   2
   3
   4
   5

   Определить число оборотов диска, совершаемых за пять минут, при токах нагрузки равных 0,2; 0,4; 0,6; 0,8;1,0. Режимы устанавливаются с помощью лампового реостата R₁ (грубо), пользуясь выключателями S₂-S₅ и реостатом R₂ (точно).

5. Рассчитать:

С – действительное значение постоянной счетчика;

γ – относительную погрешность измерения С. При этом:

, .

6. Построить нагрузочную характеристику .

7. Подготовить схему для определения чувствительности счетчика. Для чего выключатель S₁ поставить в положение «Выкл»­­, а S₆ – «Вкл». Ползунок реостата R₃ поставить в крайне правое положение. При включенном стенде и отрегулированном счетчике не должен возникать «самоход», т.е. вращение диска при отсутствии нагрузки.

8. Уменьшением R₂ определить наименьший ток I_min по миллиамперметру mA, при котором диск начинает безостановочно вращаться. Определить чувствительность счетчика . Для счетчиков класса 2,5 должно соблюдаться условие

Контрольные вопросы.

1. На каком токе работает индукционный прибор? Почему?

2. Почему при наличии одного переменного потока, пронизывающий диск, не создается вращающий момент?

3. При каких условиях создается вращающий момент? Почему M_вр пропорционален активной мощности?

4. Объясните принцип работы индукционного счетчика.

5. Зачем нужен тормозной момент?

6. Каковы достоинства и недостатки приборов индукционной системы?

7. При каких условиях однофазным счетчиком может измеряться энергия трехфазной цепи.

8. Где и когда возникают вихревые токи?

Литература.

1. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Общая электротехника»

2. ВолгИСИ, 1975, с.55-63.

3. Электротехника / Под ред. В. Г. Герасимова - М.: Высшая школа, 1985, с.284-286.

4. Иванов И.И., Равдоник В.С., Электротехника - М.: Высшая школа, 1984, с.210-212.

5. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Общая электротехника - М.: Высшая школа, 1974, с.281-282.