11. Поверка однофазного индукционного счетчика

Цель работы: ознакомиться с методами измерения мощности и энергии в цепях переменного тока. Изучить конструкцию индукционного однофазного счетчика электрической энергии, провести его поверку.

Приборы и оборудование

Электродинамический ваттметр. Однофазный индукционный счетчик. Электромагнитные амперметр, вольтметр, миллиамперметр, частотомер. Реле времени со световым индикатором. Лабораторные автотрансформаторы (2 шт.). Разделительные трансформаторы (2 шт.). Переключатели.

Расчетные зависимости

Чтобы найти значение мощности, измеренное ваттметром, необходимо число делений, указываемое стрелкой, умножить на цену деления Ц (в ваттах на деление):

Ц = U_пI_п/_m. (11.1)

Здесь U_п, I_п – пределы измерения по напряжению и току, на которые включен ваттметр; _m – полное число делений шкалы ваттметра.

Энергия W, Втс, измеренная индукционным счетчиком, определяется из выражения:

W = K_нN. (11.2)

Здесь K_н – номинальная постоянная счетчика, [Втс/об]; N – число оборотов диска счетчика за время измерения.

Отсчет энергии производится по показаниям счетного механизма. Единице электрической энергии (обычно 1 кВтч), регистрируемой счетным механизмом, соответствует определенное число оборотов диска. Это соотношение, называемое передаточным числом счетчика А, указывается на шкале прибора. Номинальная постоянная K_н – величина, обратная передаточному числу:

K_н = 1/А. (11.3)

Например. на шкале счетчика указано: 1 кВтч = 2400 об. диска, т.е. W = 1 кВтч = 10003600 = 3600000 Втc; N = 2400 оборотов, тогда K_н = = 3600000/2400 = 1500 [Втс/об].

Под действительной постоянной К_д понимается количество энергии, действительно израсходованной в цепи за один оборот диска. Эта энергия может быть измерена образцовыми приборами, например, ваттметром и секундомером:

К_д = Pt/N. (11.4)

Здесь К_д – действительная постоянная счетчика, Втс/об; P – показания ваттметра, Вт; t – время, за которое учитывались обороты диска, с; N – количество оборотов диска счетчика за время t, об.

Допускаемая относительная погрешность счетчика (%) определяется по формуле

 = [(W - W_д)/W_д] 100 = [(K_н - K_д)/K_д] 100. (11.5)

Здесь W – энергия, измеренная счетчиком; W_д – действительное значение энергии, израсходованной в цепи.

Порог чувствительности счетчика S_п, %

S_п = (I_min/I_н) 100. (11.6)

Здесь I_min – минимальное значение тока, при котором диск счетчика начинает безостановочно вращаться; I_н – номинальное для счетчика значение нагрузочного тока (указано на шкале счетчика).

Порядок выполнения работы

Изучить однофазный индукционный счетчик, измерительные приборы: [8, с.65-70, 75-77, 118-127; 4, c.104-115, 159-165, 270-273; 10, c.92-95, 97-98, 292-293, 297-300; 9, c.87-90, 98-100, 101-108, 275-276, 279, 295-301, 307-309]. Составить список приборов и аппаратуры с полной их характеристикой.

Подготовить лабораторный стенд (рис.11.1) к работе. Ручки регуляторов тока (слева) и напряжения (справа) повернуть против часовой стрелки до отказа.

Рис.11.1. Схема поверки однофазного индукционного счетчика:

PJ – индукционный счетчик; PW – ваттметр; V – вольтметр;

H – нагрузка; A – амперметр; mA – миллиамперметр

Записать показания индукционного счетчика. Переключатель пределов измерения миллиамперметра установить на отметку 100 мА. Переключатель пределов измерения напряжения ваттметра установить на отметку 300 В (в левом секторе). Предел измерения тока ваттметра установлен 5 А.

Переключатель SA₁ установить в положение ОТКЛ. Включить напряжение питания стенда, повернув ручку SA₂ по часовой стрелке до фиксированного положения 1. Плавно поворачивая ручку регулятора напряжения (справа), установить по вольтметру напряжение 220 В.

Плавно поворачивая ручку регулятора тока (слева), установить по амперметру ток 5 А. При этом ваттметр должен показать мощность, потребляемую нагрузкой (примерно 1100 Вт), а диск счетчика должен вращаться в направлении, указанном на его шкале. Прогреть установку в течение 10-15 минут при I = 5 A и U = 220 В.

11.1. Определить погрешность счетчика при cos () = 1 и токах нагрузки 2, 3, 4, 5 А, для чего с помощью регулятора напряжения установить по вольтметру напряжение 220 В. С помощью регулятора тока установить по амперметру первое значение тока нагрузки. При появлении красной метки диска счетчика включить реле времени выключателем SA₁ и посчитать количество оборотов N диска за время t = 3 минуты. Через 3 минуты реле времени отключит счетчик, и диск остановится.

Число оборотов N диска, а также показания амперметра I, вольтметра U, ваттметра P занести в таблицу 11.1. В графе «Примечание» указать значение cos (). Переключатель SA₁ установить в положение ОТКЛ. Повторить измерения для следующих значений тока нагрузки.

Таблица 11.1

Поверка индукционного счетчика

Измерено					Вычислено			Примечание
U, В	I, А	P, Вт	t, с	N, об.	Кн, Втc/об	Кд, Втc/об	, %

11.2. Проверить счетчик на отсутствие самохода, для чего переключатель SA₁ установить в положение ОТКЛ. Ручку регулятора тока повернуть против часовой стрелки до отказа. Ручку переключателя SA₂ установить в положение «2». С помощью регулятора напряжения установить по вольтметру 240 В (110% U_ном). Диск счетчика, совершив не более 1 оборота, должен остановиться. Это означает, что самоход у счетчика отсутствует. Если же диск вращается, то у счетчика есть самоход и он непригоден для применения.

11.3. Определить порог чувствительности счетчика, для чего с помощью регулятора напряжения установить по вольтметру 220 В. Диск счетчика должен быть неподвижен.

Плавно поворачивая ручку регулятора тока, добиться начала движения и медленного непрерывного вращения диска счетчика.

Внести в отчет значение тока I_min, определенное по миллиамперметру. По уравнению (11.6) вычислить порог чувствительности S_п счетчика.

11.4. Определить погрешность счетчика при cos () = 0.5 и токах нагрузки 2, 3, 4, 5 А, для чего переключатель SA₂ перевести в положение «3». Погрешность счетчика определяется аналогично пункту 11.1. Результаты измерений заносятся в таблицу 11.1.

Закончив измерения, ручки регуляторов тока и напряжения повернуть против часовой стрелки до отказа. Выключатель SA₁ установить в положение ОТКЛ. Отключить лабораторную установку, повернув ручку переключателя SA₂ против часовой стрелки до положения ОТКЛ.

11.5. Записать показания счетчика. Определить израсходованное количество энергии за время проведения занятий как разность показаний счетного механизма в конце и в начале работы.

11.6. По формуле (11.3) вычислить номинальную К_н постоянную счетчика. Для каждого наблюдения по пп.11.1, 11.4 вычислить действительную постоянную счетчика К_д по формуле (11.4) и относительную погрешность  по формуле (11.5). Результаты вычислений занести в таблицу 11.1.

11.7. Построить на общем графике зависимость относительной погрешности счетчика  от тока нагрузки, заданного в % от номинального при cos () = 1 и cos () = 0.5, т.е.

₁ = F₁(I/I_н) при cos() = 1;

₂ = F₂(I/I_н) при cos() = 0.5.

Сделать заключение о соответствии счетчика своему классу.

11.8. Используя результаты измерений по п.11.4 для U = 220 В и I = 5 А, определить:

а) полную мощность S = UI [ВА];

б) реактивную мощность , где P – активная мощность, измеренная ваттметром;

в) угол сдвига фаз между током и напряжением cos () = P/S.