Корганова, лекции

		Ф1	Если осуществить компенсацию угловой
			погрешности, то
		ψ	р 0 и погрешность от третьей причины не
			возникает.
I ф Еф

Все эти меры позволяют градуировать ваттметры на постоянном токе, а применять на частотах до 2000÷3000Гц.

Рассмотрим влияние температуры на показания прибора с помощью (3)

d

dW

drp

,

так как r

r

, то

d

dW

,

то есть

W

rp rд

д

p

W

приходиться бороться с изменением упругих свойств растяжек при изменении температуры. С целью компенсации температурной погрешности rp и Rд шунтируют манганиновым сопротивлением R3 .

Электродинамические ваттметры обычно имеют несколько пределов измерения по току, чаще всего два и три по напряжению. Они имеют наименование шкалы и для того, чтобы найти величину мощности, сначала находят постоянную

K uном I ном вт

max дел

Чтобы отклонение прибора было как обычно слева на право, один конец токовой обмотки один конец напряженческой помечается, * и называются они генераторными кольцами. Их надо соединить вместе и присоединить к источникуuн . Классы точности

электродинамических ваттметров 0,2.

В ферродинамических ваттметрах 2 3 , а 0,5 1 , вследствие чего погрешность γ делается отрицательной. Угол уменьшить нельзя, так как в конструкции прибора применяется железо. Поэтому стараются увеличить δ до величины , что достигается включением последовательно с рамкой индуктивности.

Частотный диапазон ферродинамических ваттметров до 3000Гц, класс точности 1,0;1,5. Они применяются как стационарные и самопишущие приборы.

Ваттметры реактивные мощности

Реактивная мощность не определяется ни совершаемой работы, ни передаваемой энергии. Но ее наличие приводит к дополнительным потерям электрической энергии в линиях передач, температурах и генераторах.

Q uн I н sin

Электродинамические или ферродинамические ваттметры, специально предназначенные для измерения реактивной мощности,

91

применяются преимущественно для лабораторных измерений и для поверки реактивных счетчиков индукционного типа.

Суть работы их состоит в том, что между вектором напряжения, приложенного к нагрузке и током, протекающем через

цепь рамки, создается 90˚ сдвиг с помощью емкостей С0

и С1.

I н

uн

I н

I 0

uн

C0

I 0

1

I1

r0

zн

I u

I

н С

1

I u

С1

I1

dM

dM

1

1

1

cos II

12

12

I

I

I

ku

cos

Cu

I

sin

0

0

н

W

н

d

W

н

н

d

2

W

н

Знак «минус» говорит о том, что отклонение будет происходить влево. Это может быть изменено переключением концов одной из обмоток измерительного механизма.

Электронные ваттметры

Электронные ваттметры можно разделить на две группы: 1) приборы, у которых операция умножения тока на напряжение производится с помощью электронных ламп или полупроводниковых диодов, причем это перемножение осуществляется путем использования как квадратичности характеристик полупроводниковых и вакуумных диодов, так и двойного управления многосеточных электронных ламп.

2) приборы с электродинамическим с предварительным усилением тока и напряжения, либо с предварительным выпрямлением этих величин, что позволяет расширить частотный диапазон измерения до десятков КГц (усиление) ÷МГц (выпрямление).

Ваттметры с квадратичным преобразованием.

Принцип действия этих приборов на выполнении следующей

операции.

Uu t Ui t 2 Uu t Ui t 2 4Uu t Ui t

	U	1	T	4U t U t dt 4U		U cos U U
		T
	ср			u	i	u i	u i
			0

Рассмотрим схему, в которой реализуются указанная зависимость.

92

Rш1 i

Rш2

Здесь

используются

R2

Rн

ui = k1i

полупроводниковые

диоды,

как элементы

имеющие

D1 R1

D2

Rн

квадратичный

участок х-и

u΄

u˝

(кроме

диодов,

могут

u

использоваться

варисторы,

термоэлементы и д.р.) RШ1,

RШ2 –сопротивление шунта;

R2

R1,

R2

–

делитель

ук

напряжения.

Предположим,

что RШ1‹‹ RН и RШ2‹‹ RН, а (R1

+ R2) ›› RН. Тогда падение

напряжения на RШ1 И RШ2 будут пропорциональны току нагрузки.

Ui

ki i

а ток, протекающий через делитель, будет пропорционален напряжению, приложенному к нагрузке, тогда

Uи k2u,

к диоду D1 приложено напряжение,U1/ , которое равно

u ui uи k1i k2и

а к диоду D2 приложено напряжение u , которое равно

u ui uи k1i k2u

Диоды работают на квадратичном участке х –ки, следовательно, к измерительному прибору приложено напряжения

U	1	t	U		dt 4k k IU cos IU kP
	T
ук				ук	1 2
		0

Недостатком схемы является малая чувствительность, большие потери мощности в шунтах.

Ваттметры с электродинамическим измерительным механизмом.

Iн

Используя

электродинамический

измерительный

механизм

с

Uн

Iн

предварительным

усилием, можно,

>

Rн

не снижая точности, получить

ваттметр с малым потреблением.

Основная мощность потребляется напряженческой обмоткой ваттметра, и если напряжение, подводимое к обмотке,

93

предварительно усилить, то потребление мощности от измеряемой цепи резко упадет.

Параллельная обмотке обуславливает частотную погрешность, так как с изменением частоты питания изменяется сопротивление обмотки.

Частотный диапазон значительно бы расширился, если бы ток I u не изменялся при изменении частоты это достигается

использованием усилителя, охваченного глубокой отрицательной обратной связи по току. Резистор, с которого снимается напряжения обратной связи, и параллельная обмотка должны быть включены последовательно. Для повышения коэффициента усиления усилителя обычно выполняются трехкаскадным.

Частотный диапазон подобных ваттметров обычно 50Гц – 20кГц. Погрешность от десятых долей процента при cosφ=0,8 до нескольких процентов при cosφ=0,1.

Счетчики электрической энергии. Индукционные счетчики электрической энергии.

В индукционных счетчиках эл. энергии используются индукционный измерительный механизм, в котором для создания вращающегося момента используется взаимодействия магнитных потоков неподвижных контуров с токами и контуров с токами, индуктированными в подвижных частях измерительного механизма магнитными потоками неподвижных контуров.

Ф1 и Ф2 сдвинуты на угол ψ. Они наводят в диске ЭДС Е1 и Е2 соответственно, которые остаются от соответствующих потоков

94

на угол 90˚. Эти ЭДС вызывают в диске вихревые токи I11

и I 22 ,

совпадающие с Е1

и Е2 соответственно, так как сопротивление диска

преимущественно

активное.

Рассмотрим

взаимодействие

следующих пар потоков с токами: Ф1

и I11 , Ф2

и I 22 , а также Ф1 и I 22 ,

Ф2 и I11 .

Рассмотрим взаимодействие Ф1

и I11

M

врt

СФ1m sin t I11m sin t

2

В силу инерционности подвижная часть реагирует на среднее

значение момента

1

Т

1

Т

мврср

dt

С

Ф1m

sin t

I11m

sin t

C

Ф1 I11

cos

0

Т

мврt

Т

2

2

0

0

Вращающий момент от взаимодействия потока Ф2 и тока I 22 также будет равен 0 т.е. взаимодействие магнитных потоков со “своими” токами не создает вращающего момента.

Рассмотрим взаимодействие потока Ф1 и тока I 22 , а также Ф2 и

I11

мврt1 c1Ф1m sin tI 22m sin t 1

мврt2 c2Ф2m sin tI11m sin t 2

Переходя к средним значениям, будем иметь

1

Т

c1

T

мврср1

мврt1dt

Ф1m I 22m sin t sin t 1 dt с1Ф1 I 22 cos 1

с1Ф1 I

22 cos

Т

T

0

0

2

с1Ф1 I 22 sin

1

Т

c

2

T

мврср2

мврt2dt

Ф2m I11m sin t sin t 2

dt с2Ф2 I11 cos

с2Ф2 I11 cos

Т

T

2

2

0

0

с2Ф2 I11 sin

Несмотря на разные знаки двух последних формул, моменты действуют на диск в одну сторону; а знак “минус” показывает, что один контур с током втягивается в поле, другой – выталкивается из соответствующего поля

мврср мврср1 мврср2 с1Ф1 I 22 c22Ф2 I11 sin 1

При однородном строении диска и синусоидальных токах I1 и

I2

I11 c3 fФ1 ;

I 22 c4 fФ2 ;

Тогда выражение (1) примет вид:

мврср c1 c4Ф1Ф2 f с2 с3Ф1Ф2 f sin CfФ1Ф2 sin 2

где, С1С4 С2С3 onst

95

В индукционных ИМ противодействующий момент называется тормозным, и создается он с помощью постоянного магнита.

Фм

При вращении диска под действием M врср в нем индуцируются ток I M

I M kM VФM

где, V- скорость вращения диска, ФМ - поток постоянного

магнита. Ток

I M взаимодействуя с потоком

ФМ ,создает момент,

препятствующий движению.

м k

T

I

M

Ф k

T

k

M

VФ2

kV,

Т

M

M

где,

k k

T

k

M

Ф2

const

M

когда M T станет равен

M врср ,

диск начнет вращаться с постоянной

скоростью V.

мврср мT ; СФ1Ф2

f sin kV

V

C

Ф Ф f sin ;

V

d

k

1

2

dt

d

C

Ф Ф f sin

dt

k

1

2

Проинтегрируем последнее выражение в интервале t1 t2

t2

d

t2

c

t

2

c

t

t

Ф1Ф2 f sin dt

;

2 N t

Ф1Ф2

f sin dt

dt

k

k

1

1

1

t2

N C Ф1Ф2 f sin dt 2

t1

Счетчик электрической энергии

Cхематично устройство может быть представлена следующим образом:

96

А,Б- электромагниты, В- постоянный магнит.

По конструктивным особенностям и расположению сердечника Б счетчики делятся на радиальные («Б» расположен по радиусу диска) и тангенциальные («Б» расположен по хорде диска).

Обмотка электромагнита «А»создает поток ФI , который отстает от I из – за потерь на гистерезисе и вихревые токи в сердечнике и диске на угол I .

ФI kI I

Обмотка электромагнита «Б» включается параллельно сопротивлению zu , и по ней протекает ток I u , который отстает от u

на угол, близкий к 90 , т.к. сопротивление обмотки электромагнита «Б» преимущественно индуктивное.

I u создает потоки Фu и ФL .

Фu – рабочий, ФL – нерабочий магнитный поток.

Фu отстает от I u на угол u , а ФL						– на угол L . Причем u					> L . из –
за потерь в диске.
				Фu ku Iu ku	u	ku	u	K	u
					zи		2 fLu		f
где ku – коэффициент пропорциональности.
			ku
K		2 L const
			u
			Подставим значения ФI и Фu			в (2), имея в виду, что

Ф1 Фu , а Ф2 Фu .

Тогда

97

t		t					t
N C 2	ФI Фu	f sin dt C 2	kI	IK	u	sin dt CkI K 2		IU sin dt 3
t1		t1			f		t1
Чтобы	в	(3) подынтегральное					выражение было и

пропорционально активной мощности, необходимо, чтобы, вместе sinψ, стоял cosφ, т.е.

	I					,
				2
	т.е. необходимо выполнить условия
	I		4
		2
	Тогда
		t2			5
	N CkI K Pdt
		t1

Условие (4) выполняется регулировкой, как угла β, так и 1 . Для регулировки угла β и служит нерабочий магнитный поток ФL , т.к. обмотка электромагнита Б создает поток ФΣ, который затем делится на Фu иФL . Ф Фu ФL

Ф const ,то изменяя ФL , тем самым осуществляется изменение, Фu т.е. в конечном счете, угол β.

Более точно условие (4), которое называется внутренним сдвигом счетчика, выполняется регулировкой угла αI. Для этого на сердечник «А» наматывается несколько витков, замкнутых на сопротивление r для плавной регулировки угла αI. Окончательно (5) принимает вид:

t2

N CkI K Pdt SwW (6)

t1

где W – энергия, израсходованная в цепи; sw чувствительность счетчика

	S CkI	K
	W KN ,	K	1
			Sw

К– действительная постоянная счетчика

Всчетчиках необходимо компенсировать момент трения, т.к. при малых нагрузках он может остановиться.

Компенсация момента трения осуществляется следующим способом, рабочий магнитный поток Фu расщепляется на два потока

Фи иФК . Которые смещены в пространстве и сдвинуты на угол К

98

Потоки Фи иФК , взаимодействия друг с другом, создаются момент, компенсирующий момент трения. Расщепление потоков

осуществляется	с помощью	медной пластины-экрана.
Перемещением	пластины	можно	изменять	величину

компенсирующего момента. Если он станет больше момента трения, возникнет самоход счетчика: при отсутствии тока нагрузки диск вращается.

Если напряжение u (80 110) % umax, самохода быть не должно. Для устранения самохода к оси счетчика крепится крючок «К» (сталь), который при вращении притягивается к стальной пластине «П»- флажок, намагниченной потоками рассеяния, осуществляя дополнительное торможение.

Отсчет энергии производится по показаниям механизма

роликового типа.
Счетчики	имеют класс точности: 1,0;2,0; 2,5;3,0. Порог
чувствительности	для класса точности 1,0 и 2,0 – 0,5 % (не более),

для класса точности 2,5;3,0 – не более 1%.

Область использования – цепи переменного тока.

Электродинамический счетчик электрической энергии

Электродинамические счетчики электрической энергии применяется для измерения энергии постоянного тока. Неподвижные катушки А – А включаются последовательно с нагрузкой, а три жестко соединенные рамки “В”, находящиеся под углом 120˚ друг к другу, образуют вместе с rg параллельную цепь.

Их концы подведены к коллектору. Наличие трех рамок создает условие для непрерывного вращения подвижной части.

99

мвр IIu	dм12	KIIu	KI	u	CP
	d
				ru

rи – сопротивление параллельной цепи.

Противодействующий момент (тормозной) создается также, как в индукционном счетчике эл. энергии. Он равен

мпр kмФм2V

Когда

мвр мпр ;

СP kмФм2

V

C

P

k

м

Ф2

м

т.е. подвижная часть будет вращаться с постоянной скоростью.

t

t

2

Vdt

C

2

Pdt

2

t

k

мФм

t

1

1

2 N

C

W

k

м

Ф2

м

N SwW

где

Sw

C

- постоянная

чувствительность счетчика

2 k

м

Ф2

м

передаточное число.

W=KN, где K

1

- действительная постоянная счетчика.

Sw

Основной источник погрешности – трение в опорах. Для компенсации этой погрешности служит неподвижная катушка”C”,

100