Файл: Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие].pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 161

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Для выполнения условия «а», т. е. получения линейной за­ висимости между величинами Ф7 и /, магнитопровод токовой обмотки системы делают разомкнутым «а значительной части

пути магнитного потока

Ф; . В такой системе основную

долю

сопротивления токовой

магнитной цепи составляет большое

по величине линейное магнитное сопротивление воздуха,

бла­

годаря чему эта система в целом получается практически ли­ нейной и одновременно благодаря большому сопротивлению обеспечивается работа на начальном участке основной кривой намагничивания.

Для выполнения условия «б», т. е. получения линейной за­ висимости между Фц и U, в паспорте прибора указывается но­ минальное напряжение (127 или 220 в), при котором обеспечи­ вается работа на прямолинейном участке характеристики.

Для выяснения условий, обеспечивающих равенство sim|)=icoscp, рассмотрим векторную диаграмму, изображен­ ную на рис. Ш-43.

V

Рис. Ш-43

На диаграмме:

/—ток, протекающий в нагрузке (и в токовой обмотке при­ бора);

U—напряжение на нагрузке (и на обмотке напряжения прибора) ;

Ф—угол сдвига фаз между током и напряжением нагрузки.

Предположим, что нагрузка носит индуктивный характер и, следовательно, напряжение U опережает ток /.

Обозначим ток, протекающий в обмотке напряжения при­ бора, через Іц. Ток нагрузки / создает в своем магнитопроводе магнитный поток Ф ; Если бы активные потери в этой цепи отсутствовали, оба вектора / и Ф; совпадали бы по фазе, но поскольку некоторые потери на вихревые токи и гистерезис

8*

115

имеют место, эти величины имеют небольшой фазовый сдвиг

Обмотка напряжения прибора представляет собой значи­ тельное индуктивное сопротивление, так как состоит из боль­ шого числа витков, намотанных на ферромагнитный сердечник,

поэтому ток

Іи

отстает

от напряжения

 

на угол, близкий

к 90°. За счет активных потерь в сердечнике поток Ф^

сдвинут

на некоторый

угол аи по отношению к своему току

Іи.

 

 

 

Как

было

рассмотрено

выше (см. рис. III-39),

магнитный

поток Ф у делится на два — Ф^

и ФL, сдвинутые по отношению

к вызвавшему их току на неравные углы

яц

и aL,

причем

з.Цр

больше

 

так как потери

на пути потока

Фи , возникающие

в

магнитопроводе

и диске,

больше, чем потери на пути пото­

ка

Ф7 .

выполнения условия

sint|3=cos<p необходимо,

чтобы

 

Для

-ф = 90°—ср.

Если

подобрать

фазовые

сдвиги

так,

чтобы

Р — а ; = 9 0 ° ,

условие будет

выполнено. Нужные сдвиги фаз

в

индукционных

счетчиках и ваттметрах создаются

и

регули­

руются специальными приспособлениями, введенными в кон­ струкцию прибора.

Так, угол ß между вектором

напряжения U

и рабочим

магнитным потоком обмотки напряжения Фи

, близкий

к 90°,

создается с помощью большого нерабочего потока

ФL,

замы­

кающегося через боковые стержни магнитопровода.

 

Регулировка угла а, между током и потоком обмотки тока

осуществляется в тангенциальных

счетчиках

с помощью не­

скольких короткозамкнутых

витков 6, одеваемых на сердечник

токовой обмотки, как это показано

на рис. Ш-39.

Возникаю­

щие в витках вихревые токи

увеличивают потери на пути по­

тока

Ф/ и, таким

образом,

увеличивают угол

а... Для

плав­

ной

регулировки

этого угла

на тот же сердечник

накладыва­

ют обмотку 7, замкнутую на проволочное сопротивление, вели­ чину которого можно менять положением хомута 8.

Для

точной подгонки угла

ß в цепи напряжения

служат

медные

или латунные пластинки,

помещаемые в воздушных

зазорах

обмотки напряжения

на пути потока Фг. Вводя

их

больше или меньше в воздушные зазоры, изменяют

несколько

потери на вихревые токи и воздействуют

таким образом

на

угол ß.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Противодействующий момент в ваттметрах индукционной

системы

создается

спиральной

пружиной

и в соответствии

с

уравнением (Ш-З) равен

УИпр

=

Wa.

 

 

 

 

В уравновешенном состоянии

Мвр — Л1„р

или

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

kU I cos ? = W a

и

а. UI

cos о,

 

 

где116k—постоянный

коэффициент,

W

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Тогда уравнение шкалы ваттметра примет вид

 

 

л =

с P.

 

(III-28)

Поскольку

угол поворота

подвижной

части

ваттметра

прямо пропорционален активной мощности,

шкала

прибора

равномерна и

вписывается в большой угол, доходящий до

270—300°, что

является достоинством этих

приборов.

Индукционные ваттметры обладают простой конструкцией, прочны и надежны в работе, практически не подвержены влия­ нию внешних магнитных полей, так как обладают мощным собственным магнитным полем.

Однако они имеют крупные недостатки — большой темпе­ ратурный коэффициент и зависимость показаний от частоты, благодаря чему класс точности этих приборов не превышает 2,5 и 4,0.

В настоящее время для измерения мощности в цепях пере­ менного тока более удобны и точны приборы других систем (как, например, ферродинамические ваттметры).

Благодаря большому вращающему моменту индукционная система довольно широко применяется в различных реле в це­

пях автоматики,

но основное применение она нащла в качест­

ве электрических

счетчиков для учета активной и реактивной

энергии в однофазных и трехфазных цепях переменного тока. Принцип действия и изображение трехпоточного индукци­ онного счетчика с тангенциальным механизмом были рассмот­

рены выше (см. рис. I I 1-39).

 

 

 

 

 

 

 

»

В отличие от ваттметра противодействующий или тормоз­

ной момент в счетчике создается постоянным магнитом

5,

в

поле которого вращается

диск. При

прохождении

диска

под

полюсами магнита в нем наводится

э. д. с. и появляются

вих­

ревые токи, которые

вступают во взаимодействие

с полем

по­

стоянного магнита

Фц.м. В результате

появляется

сила,

 

на­

правленная навстречу движению диска

и, таким

образом, соз­

дается

тормозной момент.

Тормозной

момент

может

быть

найден

из уравнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

•Мт

= kx Ф„.ы

/ в и х р .

 

 

 

 

 

Возникший вихревой ток

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

 

ъ

da

_

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

at

 

 

 

 

 

 

здесь ki, kz—'Постоянные

 

коэффициенты,

а

угловая

ско­

рость вращения диска. Подставляя

значение /В И хр

в уравне­

ние для Мт и считая

Фп .м

величиной

постоянной,

получим

 

 

 

 

,

,

т"

da.

 

 

da

 

 

 

 

 

М7 = kx

k2

Фп.м — — = k-i

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

117


отсюда следует: чем быстрее

вращается

диск, тем

больше

тормозящая

сила и, следовательно, тормозной момент.

 

 

Установившаяся

равномерная

скорость вращения

диска

наступит при равенстве

моментов

Л1вр

и

Ж т :

 

 

 

 

k Р — ko - ^ -

или

к Pdt

= kä da.

 

 

 

 

 

 

3

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, число оборотов диска

будет

пропорцио­

нально активной

мощности

нагрузки,

которая за

некоторый

промежуток времени

от t\ до /2 будет равна

 

 

 

 

/,

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

k\Pdt-k^\dt

 

 

или

kW

=

k32T.N,

 

 

 

 

t:

 

tl

 

 

 

 

 

 

 

где

N—число

оборотов

диска

за время от U до fa.

 

 

 

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W = - ^ - N = c N .

 

 

(III-29)

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

Из

формулы

(Ш-29)

следует, что электрическая энергия, про­

ходящая через счетчик, пропорциональна числу оборотов ди­ ска. В формуле с — «постоянная счетчика», т. е. энергия, при­ ходящаяся на один оборот диска (измеряется в ватт-секундах на 1 оборот).

Величина, обратная «постоянной счетчика», называется «передаточным числом» и указывается в паспорте счетчика. Передаточное число измеряется в оборотах диска, приходя­ щихся на 1 квт-ч энергии.

При выводе уравнения многопоточного индукционного при­ бора не принималось во внимание влияние трения, возникаю­

щего в подшипниках и особенно в счетном механизме,

которое

в счетчиках достигает заметных величин и при малых

нагруз­

ках может вызвать большую погрешность.

Для компенсации момента трения в измерительном меха­ низме создают дополнительный вращающий момент, исполь­ зуя для этого специальное приспособление.

Для создания этого момента используется магнитный по­ ток обмотки напряжения, величина которого сохраняется примерно неизменной в течение всего времени работы счетчи­ ка. Для получения компенсационного момента от рабочего по­ тока цепи напряжения Фи ответвляется через стальной винт 9, ввинченный в противополюс 10 под диском, небольшой по­

ток Фд-.Из рис. ІІІ-39 видно, что основной поток Фи

замыка­

ется через противополюс 10, а «компенсирующий»

поток Фк

проходит через выступающую часть винта 9 и замыкается не­ посредственно через сердечник цепи напряжения.

118


Магнитное сопротивление

пути потока ФЛ- и потери

в

ста­

ли на этом

пути не равны сопротивлению пути потока

Фу и

потерям

на

нем, благодаря

чему

потоки сдвинуты во

вре­

мени и

пространстве между

собой.

Компенсационный

 

вра­

щающий момент, возникающий от их взаимодействия, в соот­

ветствии с выражением (Ш-27) может быть

записан

в

виде

уравнения

 

 

 

 

 

 

 

 

Мк

= ск

ФЦр

ф к

sin фк ,

 

 

 

где

—угол между

ФЦр

и

Фк .

 

 

 

 

При

неправильной

регулировке

счетчика,

а также

по

ряду

других причин (повышение напряжения сети, вибрация стены, на которой укреплен счетчик) может получиться, что компен­ сационный момент окажется больше, чем момент трения, и в счетчике возникнет «самоход». При самоходе счетчика его

диск безостановочно

вращается

при

выключенной нагрузке,

т. е. когда разомкнута последовательная цепь счетчика.

Для устранения

самохода к

оси диска

прикрепляется

стальной крючок 12,

а к

сердечнику

обмотки

напряжения —

пластинка 11, называемая

флажкам.

В момент

прохождения

крючка мимо пластинки между ними установится наибольшее притяжение, за счет чего диск останавливается и, таким обра­

зом, устраняется

самоход.

 

При наличии

же даже

весьма малой нагрузки — порядка

1 % от номинальной — сила

притяжения стального крючка к

пластинке оказывается уже недостаточной для удержания ди­ ска и он начинает вращаться. Силы притяжения между крюч­ ком и пластинкой, которые имеют место и при вращении ди­ ска, несколько нарушают равномерность вращения, но практи­ чески не влияют на его среднюю скорость.

По ряду многих причин показания счетчика, как и всякого

другого измерительного прибора, никогда не бывают

абсо­

лютно точными, а содержат определенные погрешности.

Относительная погрешность счетчика у выражается фор­

мулой

 

 

 

 

7

=

с " ~ ~ с

100%,

(ПІ-30)

 

 

с

 

 

где са —номинальная

постоянная

счетчика, задаваемая пас­

портом счетчика;

 

 

с—действительная

 

постоянная, определяемая при

повер­

ке счетчика.

 

 

 

 

Для учета электрической энергии в трехфазных цепях пе­ ременного тока в настоящее время применяются исключитель­ но трехфазные индукционные счетчики, представляющие со­ бой совокупность двух или трех однофазных элементов, вра­ щающие моменты которых действуют на общую подвижную

119