Файл: Лебедев, Н. Н. Электротехника и электрооборудование учеб. пособие [для монтаж. и строит. спец. техникумов].pdf

Рис. 6.6. Принципиальное устройство трехфазного ферродинамического ватт­ метра:

/ — подвижные катушки; 2 — неподвижные катушки

Ваттметры электродинамической систе­ мы могут применяться также и в цепях по­

на котором размещены катушки прибора. Наличие ферромагнитного сердечника усиливает магнитное поле прибора и увеличивает враща­ ющий момент в нем. На рис. 6.6 показано устройство трехфазного фер­ родинамического ваттметра. Ваттметры этой системы широко приме­ няют в качестве щитовых приборов в сетях трехфазного тока.

§ 6.4. Счетчики электрической энергии

Для учета расхода активной и реактивной электрической энергии служат электрические счетчики. Счетчики учитывают расход энергии за некоторый период времени: за час, за сутки, за месяц и т. д. Этим они существенно отличаются от амперметров, вольтметров или ватт­ метров, которые фиксируют те или иные параметры в данный момент времени.

Действие электрических счетчиков переменного тока основано на индукционном принципе, а именно — на взаимодействии враща­ ющегося магнитного поля с находящимся в нем металлическим диском. Вращающееся магнитное поле в счетчиках создается двумя неподвиж­ ными подковообразными электромагнитами, плоскости которых рас­ положены в пространстве перпендикулярно одна другой (рис. 6.7). Магнитный поток нижнего электромагнита 1 создается токовой катуш­ кой, состоящей из небольшого числа витков провода большого сечения и включаемой в цепь последовательно, как амперметр. Магнитный поток верхнего электромагнита 2 создается катушкой напряжения, состоящей из большого числа витков тонкого провода и включаемой в цепь параллельно, как вольтметр. Из-за разной индуктивности обеих катушек, а также вследствие особого устройства электромагнита с ка­ тушкой напряжения между магнитными потоками двух электромаг­ нитов получается сдвиг по фазе на У4 периода, т. е. на 90°. В резуль­ тате этого создается вращающееся магнитное поле, аналогично тому, как оно создается тремя катушками трехфазного тока.

В воздушном промежутке между электромагнитами помещен вра­ щающийся на оои алюминиевый диск 3. Вращающееся магнитное поле наводит в нем вихревые токи, в результате взаимодействия которых с по­

90

лем диск вращается в сторону вращения поля. При вращении диск пре­ одолевает тормозящее действие постоянного магнита 4.

Вращающий момент, действующий на диск счетчика, прямо про­ порционален магнитным потокам электромагнитов, которые, в свою очередь, пропорциональны токам в их обмотках. Иными словами, вращающий момент так же, как у ваттметров, будет пропорционален мощности, развиваемой электрическим током. Чем больше мощность, тем больше вращающий момент, тем менее сказывается действие тор­ мозящего магнита и тем, следовательно, больше будет и скорость вра­ щения диска. С осью, на которой вращается диск, при помощи червячка

и шестеренок 5 связан счетный механизм: количество оборотов диска за данный отрезок времени определяет расход электрической энергии за то же время.

Счетчики электрической энергии выпускают однофазные и трехфаз­ ные. Однофазные счетчики применяют для учета электроэнергии в квар­ тирах (бытовая нагрузка). Схема включения однофазного счетчика по­ казана на рис. 6.8, а.

Трехфазные счетчики применяют для учета силовой нагрузки в трех­ проводных сетях. Эти счетчики имеют две токовые катушки и две ка­ тушки напряжения, которые действуют на вращающийся механизм так, что счетчик учитывает суммарный расход электрической энергии всей трехфазной системы. Схема включения трехфазного счетчика ак­ тивной энергии показана на рис. 6.8, б.

91

Для учета активной энергии в четырехпроводных сетях, например жилых домов, существуют специальные счетчики с тремя токовыми ка­

тушками.

Для учета реактивной энергии выпускают специальные счетчики, по принципиальному устройству сходные со счетчиками активной энер­ гии, но отличающиеся от них выполнением катушек и соединением ка­ тушек между собой.

Счетчики реактивной энергии устанавливают на промышленных предприятиях и стройках при мощности электроустановки на них 100кВА и выше.

С помощью показаний счетчиков реактивной и активной энергии определяют средневзвешенный коэффициент мощности (cos <р) электро­ установки за тот или иной период времени (обычно за месяц). Для этого расход реактивной энергии в кВАр-ч заданный месяц делят на расход активной энергии в-кВт • ч за то же время. Частное от деления будет численно равно тангенсу угла сдвига фаз <р:

Определив таким образом tg ср, по тригонометрическим таблицам находят соответствующее ему значение cos ф.

Ежемесячное определение средневзвешенного коэффициента мощ­ ности в электроустановках необходимо в связи с тем, что электроэнер­ гия, расходуемая на стройках и предприятиях, оплачивается с учетом величины коэффициента мощности у потребителя. При низких его зна­ чениях (меньше 0,92) уплачивается штраф, при высоких значениях производится скидка с оплаты за энергию.

Для ориентировки приведем некоторые значения tg ф и соответст­

§ 6.5. Мегомметры и измерители заземления

Одним из обязательных мероприятий при эксплуатации электро­ установок является периодическая проверка состояния изоляции об­ моток электродвигателей и проводов электросетей. В усл.овиях строи­ тельства это особенно важно, так как на строительных площадках электрооборудование работает в тяжелых условиях: на открытом воз­ духе, во влажной и сырой среде, а в сухое время — в пыльной.

Состояние изоляции проверяется главным образом измерением ее электрического сопротивления. В электроустановках напряжением до 1000 В при удовлетворительном состоянии изоляции ее сопротивление составляет величину порядка 500 000 Ом (0,5 МОм). Для измерения таких больших сопротивлений служат специальные переносные при­ боры — м е г о м м е т р ы .

Вторым, не менее важным мероприятием при эксплуатации электро­ установок на строительстве является систематическая проверка исправ­

62

ного состояния защитного заземления строительных машин и механиз­ мов, работающих с электроприводом *. Это мероприятие важно для пре­ дотвращения поражения электрическим током рабочих, обслуживаю­ щих машины. Для измерений, связанных с устройством и проверкой заземлений, выпускают специальные приборы — измерители заземле­ ний, сходные по своему устройству с мегомметрами, но приспособленные к измерению малых сопротивлений (сопротивление защитных заземле­ ний по нормам в большинстве случаев не должно превышать 4 Ом).

Рассмотрим принципиальное устройство указанных приборов.

Мегомметр

Принцип измерения сопротивлений мегомметром основан на законе Ома, из которого следует, что при постоянном напряжении в цепи ток обратно пропорционален сопротивлению.

Постоянное напряжение в мегомметре получается от маленького генератора постоянного тока Г, встроенного в прибор. Якорь генера­

рабочая Kv включается в цепь

тока, как амперметр, последовательно с измеряемым сопротивлением Rx, другая — противодействующая, Ка включается как вольтметр — последовательно со встроенным в прибор добавочным сопротивлением

#добОбе катушки логометра соединяются так, чтобы моменты враще­ ния их от взаимодействия с магнитным полем магнита были направлены в противоположные стороны. Ток / п, протекающий в противодейст­ вующей катушке, постоянен, а ток / ж, протекающий через измеряемое

* Об устройстве и защитном действии заземлений см. в гл. 17,

93

сопротивление, зависит от его величины (чем больше сопротивление, тем меньше ток). При равенстве моментов двух токов (при определенном положении катушек в магнитном поле) стрелка прибора устанавливает­ ся на некотором делении шкалы. Прибор конструируется таким обра­ зом, чтобы каждому положению стрелки на шкале соответствовала оп­ ределенная величина измеряемого сопротивления. Особенность логометров, имеющих широкое применение в электроизмерительной техни­ ке, заключается в том, что правильность измерения не зависит от коле­ бания напряжения генератора, так как оба тока / п и 1Х при изменении напряжения изменяются в равной мере и соотношение их моментов в приборе остается постоянным.

Мегомметр

Рис. 6.10. Мегомметр типа М-1101 и схема измере­ ния сопротивления изоляции электродвигателя:

а — общий вид прибора; б —схема измерения

Обычно мегомметры имеют двойную шкалу (два предела измерений): на мегомы — для измерения больших сопротивлений и на килоомы (1000 Ом) — для измерения меньших сопротивлений с соответствую­ щим переключателем. Последним показанием шкалы сопротивления является бесконечность, обозначаемая знаком оо; на бесконечности устанавливается стрелка прибора при разомкнутой цепи.

Мегомметр имеет выводные зажимы с обозначением 3 (земля) и Л (линия). Измеряемое сопротивление подключают к этим зажимам. На­ пример, при измерении сопротивления изоляции электрических машин зажим 3 присоединяют к заземляющему болту на корпусе машины, а зажим Л — к обмотке. Стрелка на шкале прибора непосредственно показыв'ает сопротивление изоляции.

На рис. 6.10 показан внешний вид мегомметра типа М-1101, выпу­ скаемого на напряжения 500 и 1000 В, и схема измерения сопротивле­ ния изоляции электродвигателя; электродвигатель при этом должен быть отсоединен от сети.

Измерители заземлений

Измерители заземлений предназначены для измерения сопротивле­ ния заземляющих устройств и определения удельного электрического сопротивления различных грунтов.

94

По принципу своего действия и устройству эти приборы сходны с ме­ гомметрами.

Измеритель заземления МС-07 состоит из генератора постоянного тока, приводимого во вращение рукояткой, магнитоэлектрического логометра (несколько более сложной конструкции, чем описанный), встроенных сопротивлений, регулировочного реостата и переключате­ ля пределов измерения (можно измерять сопротивления от 0 до 10 Ом, от 0 до 100 Ом и от 0 до 1000 Ом). При измерениях рукоятку генератора необходимо вращать так же, как у мегомметров, со скоростью 2 об/с. Прибор имеет четыре зажима; к двум из них присоединяют испытуемый заземлитель, к двум другим присоединяют вспомогательные заземлители, забиваемые в землю на определенном расстоянии (20—40 м) от испытуемого. Стрелка на шкале прибора непосредственно показывает величину измеряемого сопротивления.

§ 6.6. Измерение неэлектрических величин электрическими методами

Электрические измерения играют в настоящее время большую роль в народном хозяйстве. Объясняется это тем, что электрическими мето­ дами измерений пользуются не только в электротехническом и энерге­ тическом хозяйстве, но и в самых различных отраслях производства. Посредством измерения электрических параметров — тока, напряже­ ния, электрического сопротивления — контролируют и измеряют мно­ гие неэлектрические величины, такие, как температура, давление, влажность, скорость; ведут контроль за уровнем жидкостей и сыпучих тел и др.

Электрические методы измерений ценны тем, что позволяют вести наблюдение за производственным процессом непрерывно, надежно и с большой точностью. Кроме того, результаты измерений могут быть легко переданы по проводам на значительные расстояния к пунктам контроля и управления.

Общий принцип такого рода измерения заключается в том, что на месте, где производят измерения, та или иная неэлектрическая величи­ на преобразуется в приборе, называемом д а т ч и к о м , в величину электрическую. Например, изменение температуры или влажности контролируемого материала преобразуется датчиком в изменение электрического сопротивления. Далее результаты измерения переда* ются по проводам к измерительному прибору, например к логометр/, на шкале которого стрелка покажет уже не величину сопротивления, а непосредственно температуру или процент влажности.

Таким образом, датчик является аппаратом или прибором, который следит за той или иной стороной производственного процесса, положе­ нием отдельных частей механизма, уровнем жидкости или сыпучих тел в резервуарах или бункерах и подает электрические сигналы на ко­ мандный или контрольный пункт. Электрические сигналы датчика вос­ принимаются или непосредственно какими-либо приборами, или про­ ходят через вспомогательные, иногда весьма сложные устройства, в ко­ торых эти сигналы усиливаются и видоизменяются. Такие устройства

95