Приборы индукционной системы
Работа приборов индукционной системы основана на использовании явления возникновения вращающегося (или бегущего) магнитного поля, т. е. на способности этих полей создавать вращающий момент, действующий на подвижное металлическое тело, помещенное в такое поле.
Индукционные приборы применяют для измерения тока, напряжения, мощности и энергии в цепях переменного тока. Однако наиболее часто их используют для измерения энергии. Поэтому принцип действия индукционных приборов рассмотрим на примере работы счетчика электрической энергии переменного однофазного тока (рис. 9.11).
В индукционном счетчике бегущее магнитное поле, создаваемое токами его катушек, индуцирует в алюминиевом подвижном диске вихревые токи. Взаимодействие бегущего магнитного поля с вихревыми токами создает вращающий момент, заставляющий диск вращаться в ту же сторону, в которую вращается поле. Противодействующий момент создается в результате взаимодействия поля постоянного магнита 8 с наводимыми им во вращающемся алюминиевом диске вихревыми токами.
Подвижная часть прибора представляет собой алюминиевый диск 5, укрепленный на оси 4. Неподвижная часть счетчика состоит из двух электромагнитов 1 и 6 с намагничивающими катушками 2 и 7 соответственно. Электромагнит 1 является трехстержневым, а катушка 2 состоит из большого числа витков изолированного проводника малого сечения. Эта катушка включается параллельно измеряемой цепи и называется обмоткой напряжения. Ток IU,, проходящий через катушку напряжения, и магнитный поток этой катушки ФU пропорциональны приложенному к цепи напряжению U. Так как индуктивность катушки 2 достаточно велика, то ток IUотстает по фазе от напряжения U практически на угол π/2 (рис. 9.12).
Электромагнит 6 (см. рис. 9.11) имеет П-образную форму. Катушка 7, являющаяся катушкой электромагнита 6, состоит из небольшого числа витков изолированного проводника достаточно большого сечения. Эту катушку включают последовательно с измеряемой цепью и называют токовой обмоткой прибора. Ток I, проходящий через катушку 7 и являющийся током нагрузки, создает поток Ф1 пропорциональный току I, причем поток Ф1 отстает по фазе от тока I на некоторый угол, называемый углом потерь. Угол потерь весьма мал, так как поток Ф1 значительное расстояние проходит через воздух. Токи IU и I и соответственно созданные ими магнитные потоки ФU и Ф1 совпадают по фазе
(рис. 9.12). Поток Ф1 дважды пересекает алюминиевый диск 5 (см. рис. 9.11). Ток I и напряжение U сдвинуты по фазе на угол φ, значение которого зависит от характера нагрузки.
Катушка 2 расположена на среднем стержне электромагнита 1, поэтому магнитный поток этой катушки ФU разветвляется на потоки Ф2 и Ф3, один из которых Ф2, проходя по среднему стержню сердечника и участку 3 магнитной цепи, огибает диск и пересекает его. Потоки Ф3 не пересекают диска прибора, так как замыкаются по боковым стержням сердечника 1. Следовательно, поток Ф2 является рабочим. Потоки Ф3 используются в счетчике для создания необходимого угла сдвига фаз ψ между рабочими потоками Ф1 и Ф2.
Вращающий момент диска, создаваемый магнитными потоками Ф1 и Ф2, пропорционален произведению максимальных значений этих потоков и синуса угла ψ сдвига фаз между ними:
(9.21)
где C1 — коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты переменного тока.
Так как практически можно считать, что магнитный поток Ф2 пропорционален напряжению U, т. е. Ф2 = CUU, и поток Ф1 пропорционален току нагрузки I, т. е. Ф1 = Сi1, а синус угла сдвига фаз между этими потоками равен cos φ (рис. 9.12), то формулу (9.21) можно заменить выражением
(9.22)
где cos φ — коэффициент мощности потребителя; Р — активная мощность; Сu,, Сi - коэффициенты пропорциональности.
Вихревые токи, возникающие в диске при вращении его в поле постоянных магнитов, пропорциональны частоте вращения диска nд (об/мин), поэтому противодействующий момент Мпр, = Сдnд.
При вращении диска с равномерной скоростью его вращающий и противодействующий моменты равны, т. е. Мвр = Мпр, или СР = Сдnд, откуда частота вращения диска
Если диск за время t сделал п оборотов, то энергия А, полученная из сети потребителем за это время,
(9.23)
так как
Таким образом, согласно (9.23), электроэнергия, учитываемая счетчиком, пропорциональна частоте вращения диска. Величина А/п = Сд/С получила название постоянной счетчика и представляет собой электроэнергию, приходящуюся на один оборот диска.
Счетчик электроэнергии имеет счетный механизм, который связан червячной передачей с осью диска. По показаниям счетного механизма определяют количество электроэнергии, которое израсходовал потребитель.
К достоинствам индукционных счетчиков следует отнести их большую надежность в работе, значительную перегрузочную способность по току (~300%), незначительную чувствительность к внешним магнитным полям и большое значение вращающего момента.
Так как в уравнение (9.22) входит коэффициент С1, зависящий от частоты сети f, индукционные приборы пригодны для переменного тока только одной определенной частоты, что является в определенной степени недостатком таких приборов. Другим недостатком можно считать зависимость показаний прибора от температуры окружающей среды: с повышением температуры окружающей среды увеличивается сопротивление прибора и уменьшаются вихревые токи, что приводит к уменьшению вращающего момента (примерно на 0,4 % при нагревании на 1°С).
Контрольные вопросы
1. Поясните принцип действия и назначение отдельных деталей электромагнитного измерительного механизма.
2. Поясните принцип действия и назначение отдельных деталей электродинамического измерительного механизма.
3. Поясните принцип действия и назначение отдельных деталей индукционного измерительного механизма.
Дата добавления: 2018-11-26; просмотров: 662;