Индукционный счетчик электрической энергии. Учет энергии в однофазных и трехфазных цепях

Для подсчета количества электрической энергии, поступившей к потребителю за определенное время, служат электрические счетчики. В цепях переменного тока наибольшее распространение получили индукционные счетчики.

Устройство индукционного счетчика показано на рис. 11.15. Многовитковая обмотка электромагнита 2 (обмотка напряжения) подсоединена параллельно потребителю (нагрузке). Последовательно с нагрузкой включена обмотка электромагнита 1—3, состоящая из нескольких витков (токовая обмотка). Поскольку индуктивность катушки пропорциональна квадрату числа витков, можно считать, что индуктивность обмотки напряжения значительно больше индуктивности токовой обмотки. Поэтому ток и совпадающий с ним по фазе магнитный поток электромагнита 2 отстают по фазе от тока и магнитного потока электромагнита 1—3 на угол, близкий к 90° (рис. 11.16).

Рис.11.15

Рис. 11.16

Рис. 11.17

Рассмотрим, как изменяются во времени магнитные потоки на участках 1—2—3 (рис. 11.17). Магнитный поток, входящий в диск сверху, пометим буквой N, а снизу — буквой S. В момент времени t = 0 магнитный поток Ф_; равен нулю, а магнитный поток Ф₆, отрицателен (рис. 11.16), поэтому участки 1 и 3 (рис. 11.17) помечаем цифрой 0, а участок 2 — буквой S. В момент времени магнитный поток Ф, положителен, а поток Ф_у = 0, поэтому

• 11.12. Индукционный счетчик электрической энергии.
• 117

участок 1 помечаем буквой N, участок 2 — цифрой 0, а участок 3 — буквой S. Проведя аналогичные рассуждения для последовательных значений времени t₂, t_}, t₄, проставим буквы на рис. 11.17. Из рис. 11.17 очевидно, что северный полюс магнитного поля последовательно смещается от участка 1 к участкам 2 и 3, также последовательно пробегает зти участки нулевое значение поля, а затем его южный полюс.

Рассмотренное магнитное поле, образованное наложением магнитных полей двух электромагнитов, называется бегущим. Бегущее магнитное поле индуктирует в диске токи, которые, взаимодействуя с полем, создают механическую силу. Сила в соответствии с правилом Ленца стремится устранить причину, ее вызывающую. Она раскручивает диск в направлении бегущего поля. Теоретические выкладки показывают, что при определенных условиях вращающий момент пропорционален мощности:

Тормозной момент, создаваемый вихревыми токами, которые индуктируются в диске постоянным магнитом М (см. рис. 11.15), пропорционален скорости вращения диска п:

В установившемся режиме = М_т, откуда

Следовательно,

где к = к₂/к_{.

Умножим левую и правую части последнего равенства на времяt

Здесь Pt = А — потребляемая энергия; nl = N — суммарное число оборотов диска за время I.

Таким образом,

т.е. потребляемая энергия пропорциональна числу оборотов диска, и шкалу счетного механизма можно градуировать в единицах энергии (кВт • ч).

Принципиальная схема включения счетчика в однофазную цепь не отличается от схемы включения ваттметра (рис. 11.18). Практическая схема включения однофазного счетчика представлена на рис. 11.19.

Рис. 11.18

Рис. 11.19

Схемы включения индукционных счетчиков для измерения энергии в цепях трехфазного тока аналогичны рассмотренным схемам включения ваттметров. В большинстве случаев для учета энергии в трехфазных цепях пользуются трехфазными счетчиками.

В трехпроводных трехфазных цепях используются счетчики с двумя измерительными механизмами, размещенными в одном корпусе и связанными общей осью. В счетчиках для измерения энергии в четырехпроводных трехфазных цепях с общей осью связаны три измерительных механизма.

Ваттметры и счетчики обычно служат для измерения активных мощности и энергии. Включенные по специальным схемам, они используются для измерения реактивных мощности и энергии. Выпускаются также специальные реактивные ваттметры и счетчики.

• 11.13. Измерение сопротивлений
• 119

Карточка № 11.12 (238) Индукционный счетчик электрической энергии.

Учет энергии в однофазных и трехфазных цепях