This page has been robot translated, sorry for typos if any. Original content here.

§ 6 Як влаштований електричний індукційний лічильник (для електриків).


Для початку наведу цитату з стандартній заводській інструкції з улаштування індукційного лічильника. Відразу попереджу, що якщо ви не навчалися на електротехнічному факультеті університету, то наступний текст буде для Вас важкуватий. Навіть мені, як людині дуже ретельно вивчав теоретичні основи електротехніки, довелося 3-4 рази перечитати цей фрагмент щоб зрозуміти, що автор мав на увазі. Начебто і написано по-російськи, і з електротехнічною точки зору начебто помилок немає, але мудро так, що просто сил немає. Писав глибоко заумний професор-теоретик або кандидат. Чи не для людей. Тому більшості не настільки досвідченому можна відразу прочитати постскриптум, в якому я все це постарався викласти цивільним мовою.

Для розрахунку електричної енергії, яка споживається за певний період часу, необхідно інтегрувати в часі миттєві значення активної потужності. Для синусоїдального сигналу потужність дорівнює добутку напруги на струм в мережі в даний момент часу. На цьому принципі працює будь-який лічильник електричної енергії. На малюнку нижче показана блок-схема електромеханічного лічильника.

Блок-схема індукційного лічильника

Отже, витримка із заводської інструкції:

Принцип дії індукційного лічильника

Лічильник електроенергії є електровимірювань приладом для вимірювання кількості електроенергії.
Принцип дії індукційних приладів заснований на механічній взаємодії змінних магнітних потоків з струмами индуктироваться в рухомої частини приладу. У лічильнику один з потоків створюється електромагнітом, обмотка якого включена на напругу мережі (в якій вимірюється електроенергія). Цей потік перетинає рухливий алюмінієвий диск і індукує в ньому вихрові струми, замикаються навколо сліду полюса електромагніту напруги. Другий потік створюється електромагнітом, обмотка якого включена послідовно в ланцюг струму. Цей потік наводить у диску також вихрові струми, замикаються навколо сліду полюса свого електромагніту. Взаємодія потоку електромагніту напруги з наведеними струмами в диску потоком токового електромагніта з наведеними струмами в тому ж диску потоком електромагніту напруги, з іншого боку, викликають електромагнітні сили, спрямовані по хорді диска і створюють обертаючий момент. Такі лічильники називаються двопоточні.
Сучасні лічильники виконуються трехпоточная, в яких подвоєний обертаючий момент створюється за рахунок того, що магнітний потік ланцюга струму двічі перетинає алюмінієвий диск.

Схематичне пристрій однофазного індукційного трехпоточная лічильника з тангенціальною магнітною системою зображено на мал.1.

Схематичне пристрій індукціоннолго лічильника

Мал. 1 Схематичне пристрій індукційного лічильника.

Магнітна система ланцюга напруги S u Ш-подібної форми розташована по хорді диска (звідси назва на відміну від радіальної системи, коли магнітна система ланцюга напруги U- подібної форми розташована по радіусу диска) і має відгалуження Ш - шунтуючі магнітний потік і протиполюс Р, магнітосвязанний з бічними стержнями осердя. Під магнітною системою кола напруги розташована U - образна магнітна система кола струму S i.
У зазорі між цими системами розташовується алюмінієвий рухомий диск Д. На середньому стрижні Ш - образного сердечника розташована багатовиткова котушка з тонкого дроту, що включається на напругу мережі U. Струм I u, що проходить по цій обмотці, створює загальний магнітний потік Ф заг ланцюга напруги, невелика частина якого Ф u, звана робочим потоком, перетинає диск і через протиполюс Р замикається на бічні стрижні Ш-образного сердечника. Велика частина потоку Ф заг, не перетинаючи диска, замикається через магнітні шунти Ш, розгалужуючись на дві частини ½ Ф ш. Цей неробочий потік Ф ш, як буде показано нижче, необхідний для створення необхідного зсуву між потоками Ф u і Ф i (внутрішнього кута лічильника).
На нижній магнітної системі S i розташовується маловітковая котушка з товстого дроту, що включається послідовно в ланцюг струму навантаження I. Магнітний потік Ф i двічі перетинає алюмінієвий диск і замикається по магнітному шунту Ш верхнього сердечника і частково через його бічні стрижні. Незначна неробоча частина потоку Ф i замикається, не перетинаючи диск, через протиполюс Р. Ці складові потоку Ф i на малюнку не показані. Спрощена векторна діаграма вимірювального елемента лічильника наведена на Рис.2 для загального випадку, коли струм навантаження відстає від напруги U на кут j.

векторна діаграма

Мал. 2 Векторна діаграма індукційного лічильника.

Магнітний потік Ф i, проходячи по магнітопровода, створює в ньому втрати на гістерезис і вихрові струми, внаслідок чого вектор потоку Ф i відстає від який створив його струму I на кут α 1. Зазвичай цей кут невеликий (близько 10 °) і використовується при регулюванні лічильника по внутрішньому куті.
Котушка напруги має велику індуктивну складову, внаслідок чого струм I u відстає від прикладеної до неї напруги U на кут 70 °. Потік Ф заг відстає від породив його струму I u на кут α 2внаслідок втрат на гістерезис і вихрові струми в осерді, причому складова цього потоку Ф u, яка перетинає диск, відстає на більший кут внаслідок додаткових втрат на вихрові струми в алюмінієвому диску. Кут зсуву фаз Y між потоками Ф i і Ф u для правильної роботи лічильника повинен дорівнювати 90 °, як це буде показано нижче.
На Рис. 3 зображений алюмінієвий диск зі слідами полюсів магнітного потоку Ф u і потоків + Ф i і-Ф i. Хрестиками позначені для одного і того ж моменту часу потоки, спрямовані від спостерігача, точкою - до спостерігача.

Мал. 3 Токи в диску лічильника.

Потік Ф u наведе в диску з.д.с. вихрові струми, еквівалентні току I u `, замикається в диску навколо сліду полюса, потік Ф i, перетинаючи диск двічі, наведе еквівалентні струми - I i `, замикаються навколо слідів« своїх »полюсів.
Так як наведені в диску е.р.с. відстають від своїх магнітних потоків на 90 °, то, якщо вважати опір диска чисто активним, викликані ними струми в диску будуть збігатися по фазі з е.р.с. і, отже, відставати від породив їх потоку теж на кут 90 °. Напрямок наведених струмів визначається за правилом свердлика. Наведені потоком Ф i струми, проходячи в області сліду полюса Ф u в одному напрямку, складаються. Наведений струм I u `проходить в області слідів полюсів + Ф i і-Ф i і також двічі взаємодіє з потоком Ф i, що призводить до збільшення електромагнітної сили взаємодії, і в цьому перевага трехпоточная магнітних систем перед двопоточні.

PS. Отже, що ж все вищесказане означає? Наведемо цитату з іншого джерела, вона точно буде ілюструвати перший висновок:

Індукції про нний приб о р електровимірювальні, пристрій для вимірювання електричних величин в ланцюгах змінного струму. На відміну від приладів інших систем, І. п. Можна застосовувати в ланцюгах змінного струму однієї певної частоти; незначні її зміни призводять до великих погрішностей показань. В СРСР індукційні амперметри, вольтметри поширення не отримали; ватметри з початку 50-х рр. 20 в. також не випускаються. Сучасні І. п. Виготовляють лише як лічильники електричної енергії для однофазних і трифазних ланцюгів змінного струму промислової частоти (50 гц). За принципом дії І. п. Аналогічний асинхронному електродвигуна: струм навантаження, проходячи по робочій ланцюга приладу, створює біжить або обертове магнітне поле, яке індукує струм в рухливій частині і викликає її обертання. За кількістю змінних магнітних потоків, які індукують струм в рухомої частини приладу, розрізняють однопоточні і багатопотокові І. п.

Конструктивно І. п. Складається з магнітної системи, рухомої частини і постійного магніту. Магнітна система містить 2 електромагніта з сердечниками складної форми, на яких розміщують обмотки з паралельним і послідовним включенням в ланцюг навантаження; рухома частина - тонкий алюмінієвий або латунний диск, що поміщається в поле магнітної системи; постійний магніт створює гальмівний момент. І. п. Нечутливі до впливу зовнішніх магнітних полів і мають значну перевантажувальної здатністю.

Літ .: Алукер Ш. М., Електровимірювальні прилади, 2 видавництва., М., 1966; Попов В. С., Електротехнічні виміри і прилади, 7 вид., М.-Л., 1963.

1. Тобто за своєю суттю індукційний лічильник - це банальний асинхронний двигун і як всякий двигун він може крутитися як в одну сторону, так і в іншу. Для цього достатньо змінити напрямок струму в будь-який з його обмоток.

2. І ще хотілося б акцентувати момент на одній фразі з заводської інструкції "Кут зсуву фаз Y між потоками Ф i і Ф u для правильної роботи лічильника повинен дорівнювати 90 °,"
Це означає, що для того, щоб лічильник враховував лише активну енергію, магнітні потоки, створювані котушкою напруги і котушкою струму повинні бути зрушені по фазі на 90 градусів. Для цього в лічильниках застосовують спеціальні шунти, які регулюють цей кут. Про них буде розказано пізніше. Якщо шунти налаштовані неправильно, то лічильник буде крім активної враховувати і реактивну енергію, або просто неточно враховувати енергію.