Принцип действия и устройство индукционных счетчиков

Для измерения израсходованной или выработанной энергии в сетях переменного тока промышленной частоты обычно применяются счетчики индукционной системы. Счетчик представляет собой измерительную ваттметровую систему и принадлежит не к показывающим, а к интегрирующим (суммирующим) приборам. Поэтому угол поворота подвижной части не ограничен, и она вращается с частотой вращения, пропорциональной значению мощности. Очевидно, что в этом случае количеством оборотов подвижной части можно измерять электроэнергию, определяемую как произведение мощности на время.

Рассмотрим принцип действия трехфазных счетчиков активной энергии. Как известно, активную мощность в трехфазной трехпроводной цепи можно измерить с помощью двух ваттметров, включенных по схеме, приведенной на рисунке 1. Мощность всей системы определяется как алгебраическая сумма показаний обоих ваттметров:

Вт,.

где U₁, U₂, U₃ — соответственно фазные напряжения, В; I₁, I₂, I₃ — соответственно фазные токи, А; ₁, ₂, ₃ — угол сдвига между фазными токами и напряжениями.

При равномерной и симметричной нагрузке фаз:

Вт, где U_л — линейное напряжение сети, В; I_л — линейный ток сети, А; - угол сдвига между U_л и I_л.

Соответственно для измерения активной энергии в этой цепи можно применять два однофазных счетчика, включенных по такой же схеме. Расход электроэнергии можем определить как алгебраическую сумму значений, измеренных счетчиками. Если же объединить два однофазных счетчика так, чтобы их вращающие элементы действовали на диски, имеющие одну общую ось (рисунок 1), то получим трехфазный счетчик. В трехфазной четырехпроводной цепи расход электроэнергии измеряется трехэлементным счетчиком, элементы которого включаются на фазные напряжения и токи. Вращающие элементы этих счетчиков воздействуют на три (счетчик СА4-ТУ) или два диска (счетчик СА4-И672М).

Реактивная мощность трехфазной цепи при полной симметрии нагрузок определяется по формуле:

Вар.

Рисунок 1. Принципиальная схема измерения мощности Если в трехфазном счетчике активной электроэнергии изменить схему включения так, что между током и напряжением, подводимым к каждому элементу, будет дополнительный сдвиг 90 (рисунок 2), то мы превратим его в счетчик реактивной энергии sin = cos (90).

Рисунок 2. Схема счетчика реактивной энергии Из этих рисунков видно, что в первом элементе ток I_A сопрягается с напряжением не U_AB (как в счетчике активной энергии), а U_BC. При чисто активной нагрузке I_A совпадает с U_A и сдвинут относительно U_BC на 90. Если же между I_A и U_A существует сдвиг на угол, то ток I_A относительно напряжения U_BC будет сдвинут на угол (90). Аналогично 90-градусный сдвиг получен и в других вращающих элементах.

Для измерения реактивной энергии предназначен также двухэлементный счетчик с 90-градусным сдвигом с разделенными последовательными обмотками, схема которого приведена на рисунке 3а. Особенностью такого счетчика является наличие в каждом вращающем элементе двух последовательных обмоток, по которым протекают токи разных фаз. Направление намотки противоположны. Поэтому вращающий момент пропорционален геометрической разности протекающих токов (если число витков в обеих обмотках условно принять одинаковым). Необходимо обратить внимание на следующее обстоятельство: несмотря на то что счетчик двухэлементный, к нему подводят токи всех трех фаз или токи двух фаз и нулевого провода. Таким образом, наряду с трехэлементным счетчиком, счетчик с разделенными обмотками может применяться и в трехи в четырехпроходных сетях.

Для учета реактивной энергии в сети без нулевого провода широко применяются более простые двухэлементные трехфазные счетчики с 60-градусным сдвигом, рисунок 3.

Рисунок 3. Схемы счетчиков реактивной энергии:

• а) с разделенными последовательными обмотками;
• б) с 60-градусным сдвигом.