Поверка индукционного счетчика активной энергии

Продолжительность лабораторной работы – 4 ч., самостоятельной работы – 2 ч.

Цель работы

- изучить назначение, конструкцию, принцип действия и основные технические, метрологические и эксплуатационные характеристики электромеханического счетчика индукционной системы для измерения активной энергии;

- усвоить методику поверки однофазного счетчика электрической энергии;

- приобрести навыки работы с электромеханическим счетчиком;

- научиться подключать прибор в сеть электропитания, определять класс точности, действительную и номинальную постоянные, строить и анализировать нагрузочную характеристику, определять порог чувствительности П счетчика.

Программа работы

1 Изучить электрическую схему поверки счетчика. Определить сопротивления обмоток счетчика с помощью универсального прибора типа 43101, и учесть, что последовательная обмотка R_A (электромагнит последовательного подключения) имеет малое сопротивление, а параллельная обмотка R_V (электромагнит параллельного подключения) – большое. Определить
генераторные зажимы обмоток счетчика.

2 Собрать схему поверки электромеханического счетчика (рисунок 7.3). Перед сборкой схемы лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) должен быть отключен от сети, а движок регулятора напряжения установлен на 0.

Рисунок 7.3

3 Провести испытания счетчика, для чего включить схему под номинальное напряжение 220 В и произвести 10–15 замеров израсходованной электроэнергии, изменяя ток от минимального до номинального – 5 А. При нагрузках от 1 до 3 А определять время t двадцати, а при нагрузках свыше трех ампер – время пятидесяти оборотов диска. Отсчитывать необходимо
целое число оборотов по красной риске на торце диска, а время замерять
секундомером. Одновременно фиксировать показания электродинамического ваттметра класса точности 0, 2. Результаты испытаний и расчетов записать
в таблицу 7.2.

Таблица 7.2 – Результаты испытаний электромеханического счетчика

№	U = U_ном	I	P	N	T	C_н	C_д	γ	Примечание
В	А	Вт	Об	с	Вт× с/об	Вт× с/об	%
		0, 25
		0, 5
		0, 75
		1, 0
		1, 25
		1.75
		2, 0
		2, 5
		2, 75
		3, 0
		3, 5
		4, 0
		4, 25
		4, 5
		5, 0

4 Рассчитать постоянную номинальную С_н, используя паспортные данные счетчика типа СО-1. В обозначении счетчика: С – счетчик; О – однофазный. Номинальной постоянной счетчика называется величина, обратная передаточному числу, т.е. энергия, регистрируемая счетчиком за один оборот диска. Передаточное число указывается в паспортных данных счетчика,
например, 1 кВт× ч = 2500 об.

5 Определить по результатам математической обработки экспериментальных данных относительную погрешность g при различных значениях тока нагрузки и установить класс точности счетчика.

6 Определить с помощью моста постоянного тока МО-62 или универсального прибора 43101 сопротивление обмоток счетчика и вычислить собственное потребление активной мощности обмотками тока и напряжения.

7 Собрать схему (рисунок 7.4) для определения чувствительности и самохода счетчика.

R₁

S₁

Рисунок 7.4

8 Определить чувствительность счетчика. Порог чувствительности П определяется наименьшим значением тока, который вызывает вращение диска без остановки. Результат измерений занести в таблицу 7.2. Порог чувствительности для счетчика СО-1 класса точности 2, 5 не должен превышать 1, 0 %.

9 Проверить счетчик на самоход.

10 Построить нагрузочную кривую счетчика g = F(I/I_н), используя
результаты п. 3 программы работы (таблица 7.2 пп. 3 и 9).

11 Сделать письменный вывод о качестве поверенного счетчика на основе протокола поверки (таблица 7.2).

Приборы, используемые при выполнении лабораторной работы

1 Счетчик активной энергии СО-1.

2 Ваттметр электродинамический Д566.

3 Лабораторный автотрансформатор.

4 Амперметр Э538 (5 А).

5 Реостат нагрузочный (180 Ом, 5 А).

6 Реостат высокоомный (5 кОм, 0, 25 А).

7 Вольтметр Э59 (250 В).

8 Миллиамперметр Э59 (50 мА).

9 Секундомер механический.

Пояснения к работе

Поверяемый счетчик представляет собой измерительное устройство, схема включения которого под нагрузку Н показана на рисунке 7.5, где Г – генераторный вход, I – ток электроприемника, U – напряжение электрической сети.

Отличительной особенностью индукционного счетчика от стрелочного прибора является то, что угол поворота алюминиевого диска не ограничивается противодействующей пружиной, а имеет нарастающее значение, причем каждому обороту диска соответствует определенное значение измеряемой физической величины.

Рисунок 7.5

Конструктивно индукционный счетчик состоит из подвижной и неподвижной частей. В подвижную часть входит круглый диск (3) из легкого электропроводящего металла или сплава, закрепленный на оси (4), керн-подпятник (5), часть зубчатой передачи (8); основные детали неподвижной части: электромагниты последовательного (2) и параллельного (1) подключения к нагрузке Н, подшипник (6), П-образный постоянный магнит (7), создающий противодействующий момент, Г-образная стальная пластина для устранения самохода диска, прикрепленная к сердечнику катушки напряжения.

Ток I_V, протекающий по обмотке напряжения 1, создает переменный магнитный поток Ф_об, часть которого Ф_v, пересекает диск. Значение этого потока пропорционально напряжению сети U.

Ток, протекающий через последовательную обмотку 2, создает переменный магнитный поток Ф_I также пересекающий диск. Так как магнитопровод имеет U-образную конструкцию, поток Ф_I пересекает диск дважды.
Согласно закону электромагнитной индукции, в диске наводятся вихревые токи (токи трансформации) i_V и i_I, которые замыкаются вокруг следов соответствующих потоков. Между током i_I и потоком Ф_U с одной стороны и между током i_U и потоком Ф_I с другой стороны возникают электромеханические
силы взаимодействия, которые и создают вращающий момент. Этот результирующий вращающий момент пропорционален произведению магнитных потоков и синусу угла сдвига фаз между ними y:

М_вр = k₁fФ_UФ_I siny,

где k₁ – коэффициент пропорциональности;

f – частота изменения потоков.

Анализ формулы вращающего момента показывает, что на постоянном токе М_вр= 0, т.е. счетчик неработоспособен.

Таким образом, для создания вращающего момента диска необходимо наличие двух потоков, сдвинутых по фазе и в пространстве /1/.

Активная мощность, потребляемая однофазным электроприемником, определяется по формуле

P = UIcosj,

где j – угол сдвига фаз между током и напряжением.

Если осуществить в счетчике каким-либо конструктивным приемом постоянное выполнение равенства

sin y = cos j,

то вращающий момент счетчика будет пропорционален измеряемой активной мощности, т.е.

М_вр = с₁ Р.

Скорость вращения диска стабилизируется, когда вращающий момент будет уравновешен тормозным. Чтобы значение тормозного момента было строго определенным, необходимо в конструкцию счетчика внести постоянный магнит, тогда диск, вращаясь между полюсами магнита пересекает его магнитные силовые линии. В диске наводится ЭДС, пропорциональная его частоте вращения. Электромеханическая сила взаимодействия потока и тока, им вызванного, направлена против движения диска, т.е. создает тормозной момент М_т. Этот момент так же, как и наведенная ЭДС, пропорционален скорости вращения диска:

где с₂– коэффициент пропорциональности; a – угол поворота диска.

Крепление магнита позволяет перемещать его в радиальном направлении. Этим обеспечивается регулировка тормозного момента М_т, а следовательно, и скорости вращения. При приближении магнита к центру скорость вращения диска уменьшается.

Определенная для данной нагрузки скорость вращения установится при равенстве вращающего и тормозного моментов, т.е.

М_вр = М_т

или

с₁Р = .

Интегрируя обе части этого выражения, получим

откуда

PT = cN,

где N – число оборотов диска, сделанное за отрезок времени T;

c – постоянная счетчика.

Следовательно, чтобы определить энергию W, потребляемую нагрузкой за время T, необходимо число оборотов, которое сделает диск, умножить на постоянную индукционного механизма С.

Поверка счетчика – способ признания счетчика пригодным к применению на основании экспериментальных результатов контроля соответствия его метрологических характеристик установленным требованиям, может быть проведена с помощью образцового ваттметра и секундомера; образцового счетчика; контрольной станции.

Ток, протекающий по цепи «токовая обмотка счетчика – нагрузка Н», сопровождается потреблением энергии от генератора Г. Погрешность индукционного счетчика зависит от тока нагрузки. В области нагрузок до 5 % счетчик работает неустойчиво. В диапазоне 5-10 % счетчик работает с положительной погрешностью, объясняемой перекомпенсацией (компенсационный момент превышает момент трения подшипников). При дальнейшем увеличении нагрузки до 20 % погрешность счетчика становится отрицательной из-за изменения магнитной проницаемости стального сердечника при малых токах последовательной обмотки. С наименьшей погрешностью счетчик работает в пределах от 20 до 50 % нагрузки. Нагрузка счетчика свыше 100 % приводит к возникновению отрицательной погрешности из-за эффекта торможения алюминиевого диска рабочими потоками. При дальнейшей перегрузке отрицательная погрешность резко возрастает, что наглядно иллюстрируется нагрузочной характеристикой счетчика, приведенной на рисунке 7.6.

Относительная погрешность счетчика определяется выражением

g = [(С_д – С_н)/С_н]·100 %,

где С_д = РТ/N –действительная постоянная счетчика, определяемая по данным опыта;

С_н = (3600· 1000)/2500 – номинальная постоянная, определяемая по паспортным данным испытуемого счетчика.

Рисунок 7.6

Порог чувствительности П счетчика – чувствительность срабатывания вращающего элемента счетчика. Для определения П необходимо собрать схему (рисунок 7.4), включив в токовую цепь электромагнитный миллиамперметр (на 20–50 мА), ограничивающее ток сопротивление R на 5 кОм и
высокоомный реостат R₁ (3–5 кОм). Подать в схему номинальное напряжение. Постепенно уменьшая сопротивление реостата, следует зафиксировать тот минимальный ток, при котором диск счетчика делает один оборот за время порядка 2-х минут. Порог чувствительности счетчика подсчитывается как

П = (I_min/I_н)100 %.

Вследствие трения, порог чувствительности электромеханического счетчика не может быть однозначным. Поэтому учитывают лишь верхнюю границу возможных значений порога чувствительности.

Самоход счетчика приводит к завышенным показаниям. Нежелательное явление самохода возникает под действием компенсатора трения. Противосамоходное устройство состоит из ферромагнитного флажка и пластины. Пластину прикрепляют на магнитопроводе обмотки напряжения, а флажок – на оси подвижной системы. Под действием сил притяжения, возникающих между флажком и пластиной, диск счетчика останавливается. Устранение самохода производят путем подгибания или отгибания флажка, установленного вблизи пластины.

Для выяснения самохода индукционного счетчика необходимо в схеме (рисунок 7.4) ключем S₁ разорвать токовую цепь, установить напряжение порядка 80 % от номинального и постепенно увеличить его до 110 %. Если диск счетчика сделает более одного оборота, самоход есть.

Контрольные вопросы

1 Назовите методы поверки индукционных счетчиков активной энергии.

2 Объясните назначение, принцип действия и основные технические характеристики индукционного счетчика активной энергии.

3 Дайте определение класса точности счетчика.

4 Что называется нагрузочной характеристикой индукционного счетчика?

5 Как определить порог чувствительности счетчика?

6 Как определить действительную и номинальную постоянные счетчика?

7 Поясните назначение основных деталей индукционного счетчика.

8 Каковы причины самохода и каким образом его можно устранить?

9 Чем отличается индукционный счетчик от электродинамического ваттметра?

10 Запишите формулу вращающего момента счетчика и проанализируйте ее.

11 Выведите формулу, подтверждающую, что расход измеряемой электроэнергии пропорционален числу оборотов диска счетчика.

12 Запишите формулу определения относительной погрешности счетчика.

Литература

[1, С. 144-146, 166-170; 4, С. 91-96]

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Часть I

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8910 11 Следующая ⇒