Лічильники електричної енергії

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 20 Июня 2013 в 00:08, курсовая работа

Описание

Лічильники електричної енергії – це інтегруючі прилади для вимірювання електричної енергії та її кількості.
Найбільше застосування одержали лічильники електричної енергії індукційної системи для кіл змінного струму, електродинамічні та феродинамічні для кіл постійного струму, магнітоелектричні та електролітичні постійного струму для вимірювання кількості електроенергії.
Лічильник відрізняється від вимірювального приладу тим, що внаслідок відсутності пружини рухома частина його спрощується, причому кожному обороту її відповідає відповідне значення вимірюваної величини.
Реєстрація вимірювальної величини проводитьс

Работа состоит из  1 файл

Вступ (2).doc

— 3.05 Мб (Скачать документ)

Вступ

Лічильники електричної  енергії – це інтегруючі прилади для вимірювання електричної енергії та її кількості.

Найбільше застосування одержали лічильники електричної енергії  індукційної системи для кіл  змінного струму, електродинамічні та феродинамічні для кіл постійного струму, магнітоелектричні та електролітичні постійного струму для вимірювання кількості електроенергії.

Лічильник відрізняється  від вимірювального приладу тим, що внаслідок відсутності пружини  рухома частина його спрощується, причому кожному обороту її відповідає відповідне значення вимірюваної величини.

Реєстрація вимірювальної величини проводиться лічильним механізмом, який представляє собою лічильник оборотів.

 

    1. Літературний огляд
    2. Індукційний лічильник

Для обліку електричної  енергії, яка отримується споживачами від електростанцій використовуються лічильники електричної енергії, в сучасних лічильниках можуть бути вимірювальні механізми індукційної, електродинамічної, феродинамічної і магнітоелектричної систем. Але для вимірювання енергії змінного струму застосовуються тільки індукційні лічильники а лічильники електродинамічні і феродинамічні — тільки в установках постійного струму, наприклад, на транспортері; магнітоелектричні лічильники для спеціальних вимірювань, наприклад в якості лічильників ампер-годин акумуляторних батарей.

Рисунок 1.1.1 — Схема індукційного лічильника 

Рухома частина лічильника  виконується, як у більшості приладів індукційної системи, у вигляді алюмінієвого диска 1, що посаджений на вісь 2, разом з якою він може вільно обертатися. Опорами осі служать підп'ятник 3 і підшипник. На осі, крім диску, закріплені черв'як 4 і шестерня 9, яка скріплена з ведучим зубчатим колесом лічильного механізму 6. Диск обертається в зазорі, який утворений полюсами магнітопроводу паралельного кола 5 і магнітопроводу послідовного кола 8, що набрані з листів електротехнічної сталі. Послідовна обмотка, включена в коло навантаження, складається з невеликої кількості витків дроту досить великого перерізу, який відповідає номінальному струму. Паралельна обмотка має 8— 12 тис. витків з дроту діаметром 0,08—0,12 MM залежно від номінальної напруги лічильника. Постійний магніт 7 служить для створення гальмівного моменту. У лічильниках рухома частина обертається, причому частота її обертання повинна бути    пропорційна    потужності    контрольованого    об'єкту.

Обертовий момент у більшості  лічильників пропорційний потужності, йому протидіє гальмівний момент, пропорційний частоті обертання рухомої частини.

Обертовий момент виражається  формулою:

 

,    (1.1.1)

 

Визначимо гальмівний момент . В диску наводиться ЕРС, прямо пропорційна потоку Ф постійного магніту і середній коловій швидкості V обертання диску, який знаходиться між полюсами:

 

,  (1.1.2)

 

де: R — радіус диску 1; n — частота обертання диску (об/хв); — кутова швидкість обертання диску.

Під дією ЕРС в диску  виникає струм, значення якого прямо  пропорційне питомій провідності  матеріалу диску:

 

,     (1.1.3)

 

Дія поля  постійного  магніту  на струм  у диску створює гальмівний момент, прямо пропорційний струму потоку:

 

,    (1.1.4)

 

після підстановки виразів  для струму і ЕРС буде:

 

,    (1.1.5)

 

Таким чином, гальмівний момент прямо пропорційний частоті  обертання диску п, що і вимагається для роботи лічильника.

Обертовий момент рухомого механізму  повинен бути прямо пропорційний потужності:

 

,    (1.1.6)

 

Це пояснюється так. Для індукційної  системи обертовий момент визначається:

 

,   (1.1.7)

 

де f — частота в мережі; ψ— кут зсуву фаз між магнітними потоками і ; — опір алюмінієвого диску;  
— коефіцієнт.

У цьому виразі потоки і можна замінити пропорційними їм величинами: струмом навантаження і напругою мережі, тоді:

 

,   (1.1.8)

 

Враховуючи, що , де -- кут між і , то , якщо підібрати відповідні індуктивності, регулюючи зазором.

Звідси можна вивести  що:

 

,    (1.1.9)

 

Цей момент при встановленій частоті обертання рухомої частини повинен бути рівний гальмівному :

 

 

,   (1.1.10)

 

Відповідно потужність буде:

 

,    (1.1.11)

 

Візьмемо інтеграл потужності по часу:

 

,  (1.1.12)

 

де  - сумарна кількість обертів рухомої частини за час .

Величина  це електрична енергія, яка витрачається в контрольному колі за час . Таким чином:

 

,   (1.1.13)

 

де    — стала лічильника.

Число обертів рухомої  частини  реєструє лічильний механізм, що з'єднаний з віссю лічильника черв'ячною передачею. Передатне число між віссю і лічильним механізмом вибирається так, щоб лічильний механізм показував безпосередньо кіловат-години, а не число обертів рухомої частини.

В індукційному лічильнику алюмінієвий диск повинен пронизуватися  не менше, ніж двома змінними магнітними потоками і , при цьому обертовий момент створюється внаслідок взаємодії одного змінного потоку зі струмом, що індукується в диску іншим змінним потоком і навпаки. При наявності тільки одного змінного потоку диск лічильника бєззупинно обертатись не може.

 

    1. Електродинамічний лічильник

Електродинамічний лічильник  теж має коло струму (послідовна гілка) і коло напруги (паралельна).

Перше коло струму утворюють  дві нерухомі котушки 1, струм в яких дорівнює постійному струмові контрольованої установки. Цей струм збуджує головне магнітне поле лічильника і, відповідно, основний магнітний потік рухомого елементу лічильника:

 

,     (1.2.1)

 

де — постійний коефіцієнт.

Рисунок 1.2.1 — Схема електродинамічного лічильника

На осі рухомої частини приладу закріплені три котушки 2 якоря лічильника, їх кінці приєднані до закріплених на осі та ізольованих одних від одного пластин колектора 3. По колектору ковзають щітки 4, через які струм поступає в котушку якоря. Електродинамічна сила дії головного магнітного поля на котушки з струмом якоря примушує котушки обертатися навколо осі, а наявність колектора забезпечує безперервність обертання якоря — колектор і щітки змінюють напрям струму в котушці, коли вона наближається до положення, в якому напрям її магнітного потоку співпадає з напрямом головного потоку. У коло включений додатковий резистор 6 з великим опором , і оскільки коло якоря знаходиться під напругою контрольованої установки, то струм в якорі:

 

,    (1.2.3)

 

де  — ЕРС, що індукується в котушках якоря при їх обертанні в головному магнітному полі; — опір якоря.

 

Лічильник розраховується так, що ЕРС  « і нею можна знехтувати і вважати:

 

,    (1.2.4)

 

Оскільки в лічильнику знаходиться електродинамічний  механізм, то його обертовий момент буде пропорційний добутку струмів  рухомої і нерухомої котушок:

 

,     (1.2.5)

 

 де  – взаємна індуктивність ; – кут повороту рухомої частини;

або:

 

,   (1.2.6)

 

де     — постійний коефіцієнт пропорційності.

При обертанні якоря цей момент пульсує через відносне переміщення котушок (тут записане середнє значення за оберт). Для отримання гальмівного моменту в лічильнику використано магніто індукційне гальмування: поле постійного магніту 9 діє на гальмівний алюмінієвий диск S. Котушки захищені від постійного магніту екраном 7. Відповідно в лічильнику створюється гальмівний момент прямо пропорційний частоті обертання п якоря. Таким чином, у лічильнику виконані обидві умови, які забезпечують пряму пропорційність між частотою обертання осі лічильника і кількістю енергії. На чутливість і точність лічильника може помітно впливати тертя в лічильному механізмі (11 і 12), щіток об колектор і в підшипниках 13 і 14. Особливе зниження чутливості, що викликається тертям при малому навантаженні (лічильник може не обертатися). Щоб запобігти цьому недоліку, всі лічильники постачаються компенсаторами тертя (які створюють додатковий магнітний потік, або обертовий момент).

В електродинамічному лічильнику компенсатором тертя є невелика котушка 5, включена послідовно в коло якоря. Магнітне поле котушки діє на струм якоря котушок 2 і створює обертовий момент, пропорційний добутку струмів котушки і якоря. Оскільки це один і той самий струм , то допоміжний обертовий момент:

 

,     (1.2.7)

 

Цей момент лічильника не залежить від струму навантаження. Він повинен зрівноважувати момент сил тертя , тобто бажано, щоб . Таким чином, повне рівняння моментів лічильника:

 

,    (1.2.8)

 

Однак, наявність постійного моменту , що не залежить від   навантаження,   створює   небезпеку   самоходу  лічильника(тобто беззупинкове обертання якоря при відсутності навантаження). Самохід може виникнути через збільшення моменту внаслідок підвищення напруги або через зменшення моменту , наприклад внаслідок вібрації стіни, на якій закріплений лічильник. Для запобігання самоходу лічильник забезпечується гальмівним гачком 10 — куском стального дроту, який припаяний до осі лічильника або до диску і притягуючим гальмівним магнітом 9. Електродинамічний лічильник у принципі може працювати в колах постійного і змінного струмів. Але для змінного струму краще застосовувати більш простий, дешевший і витриваліший До перевантажень індукційний лічильник.

Момент сил тертя  в індукційному лічильнику суттєво  менший, ніж в електродинамічному, оскільки рухома частина індукційного лічильника легша. Але в обох лічильниках тертя в лічильному механізмі значне, тому компенсація тертя необхідна і в індукційному механізмі. У всіх конструкціях індукційних лічильників для створення допоміжного моменту використовується один і той же загальний принцип—порушення симетрії в магнітному колі потоку (пропорційного напрузі ). Таким чином здійснюється умова для створення обертового моменту індукційним шляхом. На сердечнику електромагніту закріплюється коротко замкнутий виток мідного дроту , який охоплює частину поверхні поперечного перерізу сердечника біля диску. Магнітне поле витка, додаючись до основного поля, створює під витком невеликий магнітний потік (додатковий), що скріплений з диском і разом з основним потоком цей потік створює допоміжний момент, який компенсує момент тертя.

Для обліку енергії в  трифазних системах використовують лічильники трифазного струму, в яких два або три рухомих елементи індукційних лічильників діють на загальну вісь лічильника і через неї на лічильний механізм. Схеми цих лічильників відповідають схемам вимірювання потужності методами двох або трьох ватметрів або деяким спеціальним способам вимірювань принциповими схемами, за якими включаються ватметри для вимірювання реактивної потужності. Обрахунки витрат реактивної енергії, виконуються за такими ж формулами, що і обрахунки реактивної потужності. Для обліку реактивної енергії виготовляються також спеціальні трифазні лічильники реактивної енергії.

 

    1. Магнітоелектричний лічильник

Вимірювання кількості  електроенергії, спожитого в колі постійного струму, виконується лічильниками ампер-годин. В якості останніх використовуються магнітоелектричні та електролітичні лічильники.

Рисунок 1.3.1 — Схема магнітоелектричного лічильника

 

 

Магнітоелектричний лічильник  складається з двох постійних  магнітів, між полюсами яких розміщений якір з трьома плоскими сектороподібними котушками, з’єднаними з колекторними пластинами. Взаємодія струму якоря з полем магнітів викликає обертовий момент, під дією якого якір буде обертатись з частотою, пропорційної струму якоря і струму головного кола.

Гальмівний момент задається взаємодією полів постійних магнітів з вихровими  струмами, наведеними в двох алюмінієвих дисках, між якими розміщені котушки якоря.

Число обертів якоря за деякий період часу пропорційно кількості енергії, яка проходить по головному колі за той же час. Лічильний механізм показує значення вимірювальної  величини. 

  1. Вплив похибок вимірювальних трансформаторів на покази приладів і лічильників

Похибки вимірювальних  трансформаторів суттєво впливають  на точність вимірювань струму, напруги, потужності і на точність обліку електроенергії. Покази амперметрів і вольтметрів  змінного струму не залежать від фази струму або напруги, тому при вмиканні їх через вимірювальні трансформатори похибка результату виникає тільки через похибки струму і похибки напруги . Похибка струму трансформатора струму визначається виразом

 

,    (2.1)

 

де  дійсний коефіцієнт трансформації; — номінальний коефіцієнт трансформації; — дійсне значення вимірюваного струму; — покази амперметра у вторинному колі.

Информация о работе Лічильники електричної енергії