ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ. ПРОВЕРКА СЧЕТЧИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Для измерения количества потребленной электрической энергии приме-няют­ся электрические счетчики. Рассмотрим принцип действия счетчика электроэнергии.

В зависимости от расположения электромагнитов по отношению к диску счетчика, последние бывают с радиальной и тангенциаль­ной магнитной сис-темой. Принцип работы индукционного счетчика не зависит от расположения магнитной системы. Ниже рассматри­вается принцип работы индукционного счетчика с радиальной маг­нитной системой.

Конструкцию счетчика следует изучать по макету. Индукционный счет-чик имеет магнитную систему, состоящую из двух электромагнитов. Обмотка одного электромагнита включается на напряжение сети. Эта обмотка имеет большое витков тонкой прово­локи, следовательно, у нее большое сопротивле-ние и по ней проходит малый ток. Эта обмотка часто называется обмоткой параллельного электромагнита и проходящий по ней ток создает намагни-чивающую силу F_U, которая обеспечивает получение магнитного потока Ф_U. Последний, при постоянных параметрах обмотки, пропорционален подве-денному напряжению U.

Обмотка второго электромагнита включается последовательно с нагруз-кой и имеет небольшое число витков провода большого се­чения. Эта обмотка называется обмоткой последовательного электромагнита и проходящий по ней ток I, величина которого зависит от сопротивления нагрузки, создает намаг-ничивающую силу F_I, которая обеспечивает получение магнитного потока Ф_I . Последний, при постоянных параметрах обмотки, пропорционален току нагруз-ки. Эти два магнитных потока Ф_U и Ф_I, пересекая алюминиевый диск, индукти-руют в нем электродвижущие силы E₁ и Е₂, каждая из которых отстает от соответствующего магнитного потока на угол 90°. В диске появятся токи I₁ и I₂, которые будут отставать от своих э.д.с. на углы α₁ и α₂ (если считать, что алюминиевый диск имеет кроме активного и некоторое индуктивное сопротив-ление). В результате взаимодействия токов I₁ и I₂ с магнитными потоками Ф_U и Ф_I появится вращающий момент, который вызо­вет вращение алюминиевого диска. Количество оборотов диска учи­тывается счетным механизмом, соеди-ненным зубчатой передачей с осью алюминиевого диска.

Из теории индукционных приборов известно, что вращающий момент индукционного счетчика активной энергии пропорционален мощности

M = K₁UIcosφ = K₁P.

При вращении алюминиевого диска возникают и тормозные моменты: момент от действия тормозного магнита и моменты от взаимодействия магнитных потоков Ф_U и Ф_I с вихревыми токами в алюминиевом диске. Если допустить, что механический момент трения отсутствует, то тормозной момент

М_Т= K₂n ,

где n – частота вращения алюминиевого диска;

K₂– коэффициент пропорциональности.

При постоянной нагрузке цепи, т.е. при постоянной мощности, устанав-ливается равенство вращающего и тормозного момента M = M_T.

Отcюда

K₁P = K₂n; Р = (К₂/К₁)n.

Обозначив К₂/К₁= С₀, получим Р = С₀n.

Из приведенного выражения видно, что частота вращения алюми­ниевого диска пропорциональна мощности.

Энергию, потребляемую нагрузкой, можно узнать, если умножить мощность на время W = Pt = С₀nt = С₀N, откуда С₀= W/N,

где С₀ – действительная постоянная счетчика.

Действительная постоянная счетчика, это количество потребляемой энергии за один оборот диска. Номинальная постоянная счетчика определяется по его паспортной табличке. Число оборотов диска или пропорциональная ему электрическая энергия учитывается спе­циальным счетным механизмом.

Согласно ГОСТу счетчики могут быть пяти классов точности –1; 1,5; 2; 2,5; 3. ГОСТ предъявляет к счетчикам следующие требования:

1. При прохождении тока только по одной параллельной обмотке диск счетчика, сделав после включения не более одного оборота, должен останови-тся и оставаться неподвижным при напряжениях, лежащих в пределах 80-100 % от номинального.

2. Счетчик должен вращаться без остановки при номинальных напря-жениях, частоте, cosφ = 1 при: нагрузке 0,5 % от номинальной для счетчиков классов 1;1,5 и при нагрузке 1 % от номинальной для счетчиков классов 2;2,5;3.

1. Собрать схему (рис. 1).

2. Записать технические данные измерительных приборов и аппаратов в соответствующую таблицу протокола. Записать паспортные данные счетчика.

3. Определить цену деления приборов.

4. После тщательной проверки схемы студентами и преподавателем, предупредив всех членов бригады, произвести включение схе­мы. Включив схему и убедившись, что все приборы работают нормально, приступить к выполнению лабораторной работы.

Перед тем, как начать проверку счетчика, нужно убедиться в том, что счетчик не имеет самохода. Для этого необходимо выключить нагрузку. При этом согласно ГОСТу, диск не должен вращаться.

Установить номинальный ток нагрузки – 5А при номинальном напря-жении. Записать показания счетного механизма до начала проверки и по исте-чению трех минут работы счетчика. Результаты проверки записать в табл. 1.

Повторить измерения при меньшей нагрузке – соответственно 4А, 3А, 2А и 1А. Устанавливая поочередно реостатами нагрузку от 5 до 1 ампера, производить запись показания приборов в табл. 1, одновременно подсчитывая число оборотов диска за три минуты.

5. Обработка результатов проверки производится следующим
образом:

5.1. Оценка погрешности измерений.

В зависимости от того, в каких единицах отсчитывается время t, электро-энергия измеряется в кВт×час или Вт×с.

Погрешность измерений

∆W = [(W_изм – W)/W]×100, % ,

где W_изм – измеренной (по прибору) значение потребленной электроэнергии;

W – расчетное значение потребленной электроэнергии

.

5.2. Расчет относительной погрешности электросчетчика.

Относительная погрешность счетчи­ка

γ_отн = [(C_н – C₀)/C₀]×100, % ,

где С₀ – действительная постоянная счетчика, определяемая по соотношению

C₀ = W/n ;

C_н – номинальная постоянная счетчика – паспортное значение, определяемое по данным, приведенным на щитке прибора;

например: 1 кВт×час соответствует 1200 оборотов диска счетчика – в этом случае

.

6. Оформить отчет по работе, согласно общим методическим указаниям. Построить график зависимости γ_отн = ƒ(I). График строится ломаными линиями, которые получаются при соединении полученных точек. Начало графика лежит в точке пере­сечения осей координат. Дать заключение о пригодности счетчика к эксплуатации.

Рис. 1. Схема включения однофазного счетчика электроэнергии

Таблица 1

	Измерения	Вычисления
					n		γотн