Исследование счетчиков электрической энергии: Методические указания к лабораторной работе, страница 2

            Как известно из курса ТОЭ, напряжение  на конденсаторе:

,

где       - емкость конденсатора ИК;

            -  ток конденсатора;

             (0) - начальное значение напряжения на конденсаторе.

Таким образом, при каждом замыкании ключа  напряжение  будет увеличиваться ступенями (рис.4) на величину:

.

            Так как время  мало по сравнению с постоянной времени цепи заряда конденсатора ИК, то напряжение  изменяется в интервале  практически линейно. При достижении  уровня  сравнивающее устройство СУ (компаратор) разряжает конденсатор ИК и посылает импульс на отсчетное устройство ОУ (см. рис.2). Затем конденсатор ИК снова начинает заряжаться и т.д. Число импульсов  на выходе АДИ пропорционаьлно измеряемой энергии:

.

            Отсчетное устройство представляет собой электромеханический счетчик импульсов, который регистрирует число импульсов нарастающим итогом в цифровой форме. Для удобства подсчета импульсов при выполнении лаборатоной работы на отсчетном устройстве дополнительно установлена неонвая лампа, которая вспыхивает при каждом поступлении импульса.

            Питание счетичка осуществляется от вспомогательного источника постоянного тока 24В.

            Более совершенным по сравнению со счетчиком Ф600 является счетчик Ф604.

С ч е т ч и к

            Счетчик Ф604. Имеет большую точность (см. приложение) и соднржит элементы интегральных схем, имнющих широкие функционольные возможности. Как видно из рис. 5, в счетчике Ф604 используются блоки сиными, по сравнению со счетчиком Ф600, функциональными задачами, изенена также схема включения в цепь. Так, на вход ШИМ подается напряжение , снимаемое с делителя напряжения ДН и пропорциональное напряжению сети . Следовательно, длительность импульсов на выходе ШИМ будет попорциональна нарпяжению:

.

            На вход амплитудно-импульсного модулятора АИМ подается напряжение, снимаемое с шунта Ш и пропорциональное току :

.

И, кроме того, на АИМ поступают импульсы с выхода ШИМ. На выходе АИМ получается последовательность импульсов тока разной амплитуды. Среднее за период значение выходного тока пропорционально произведению, т.е. мощности:

.

            Преобразователь ток-частота (ПТЧ), интегрируя выходной сигнал АИМ, преобразует его в прямоугольные импульсы, частота повторения которых пропорциональна интегралу преобразованного выходного сигнала АИМ, т.е. число импуьлсов за время  пропорциональное энергии, потребляемой нагрузкой .

            Импульсы с ывхода ПТЧ поступают отсчетное устройство ОУ, которое состоит из счетного механизма роликого типа, электропривода и схемы управления приводом. В качестве электропривода счетного механизма использован шаговый двигатель, ротор которого поварачивается на определенный угол (шаг) при поступлении импульса с выхода ПТЧ.

            Напряжения, необходимые для питания схемы счетчика, вырабатываются в блоке питания БП. К блоку питания подводится напряжение 48В от вспомогательного источника.

            Характеристики счетчика приведены в приложении.

            Счетчик типа Ф440. Предназначен для учета активной энергии на электровозах переменного типа, а также на других потребителях энергии переменного тока. В схеме счетчика так же, как и в счетчике Ф604, использованы интегральные микросхемы. Структурная схема счетчика и его включение в силовую цепь электровоза показана на рис.6.

            Входное устройство ВУ состоит из шунта Ш сопротивлением 0,1 Ом, трансформатора Тр и служит длдя ввода значений тока и напряжения в блоки широтно-импульсного модулятора ШИМ и амплитудно-импульсного модулятора АИМ. Напряжения  и 

(см. рис.6) пропорциональны мгновенным значениям тока и напряжения:

.

            Как и в счетчиках Ф600 и Ф604, ШИМ преобразует напряжение u₁ в последовательность импульсов, следующих с постоянной частотой (кГц). Длительность импульсов пропорциональна току нагрузки .

            Напряжение   и импульсы с выхода ШИМ поступают на АИМ, где преобразуются в последовательность импульсов. Среднее за период значение выходного напряжения АИМ пропорционально произведению мгновенных значений тока и напряжения, т.е. мгновенной мощности:

.

Преобразователь напряжение-частота (ПНЧ), интегрируя выходной сигнал АИМ, преобразует его в прямоугольные импульсы. Число импульсов за время  пропорционально активной энергии, потребляемой нагрузкой:

,

где  - коэффициенты пропорциональности.

            Назначение и исполнение отсчетного устройства ОУ то же, что и в счетчике Ф604. Мощности, потребляемые цепями счетчиков, указаны в приложении. У электронных счетчиков так же, как и у электромеханических, может наблюдаться смена показаний отсчетного устройства при отсутствии тока нагрузки, связананая с расстройкой электронной схемы.

Основные эксплуатационные параметры счетчиков

            К основным эксплуатационным параметрам счетчиков относятся: номинальный ток , напряжение , номинальная постоянная С_н, передаточное число , номинальная частота сети , класс точности, порог чувствительности .

            Номинальной постоянной счетчика  называется величина энергии, зарегестрированная счетчиком и приходящаяся на один оборот диска или на один импульс (для электронного счетчика):

,

где      - энергия, зарегистрированная счетчиком за какое-то время;

            -число оборотов диска или число импульсов за то же время.

            Передаточное число счетчика - число оборотов или число импульсов, соответствующее еденице электрической энергии (обычно 1кВт*ч). Передаточне число указывается на счетчике в виде равенства (1кВт*ч=1000 об. диска или 1кВт*ч=40 имп.). Там же указывается множитель, на который необходимо умножить показания счетного механизма, чтобы получить значение зарегистрированной энергии. Десятые, сотые и т.д. доли киловатт-часа выделены другим цветом окошек на счетном механизме и отделены запятой. На счетчиках указываются также номинальные параметры входных устройств (добавочных резисторов, шунтов и т.д.), , , класс точности и, кроме того, для счетчиков переменного тока , .

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Ознакомление с устройством исследуемых счетчиков.

2. Поверка ферродинамического счетчика.

3. Измерение энергии различными счетчиками.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Пункт 1 программы.

            Ознакомление с устройством счетчиков производится на макетах. Необходимо найти узлы и детали, о которых говорилось в начале указаний и учебниках, уяснить их взамодействие, записать в табл.1 основные сведения об используемых счетчиках: значения , , _,  и .

Таблица 1

Тип счетчика	Заводской номер	Uн, В	А,	Сн,	f, Гц	Iн , А

Пункт 2 программы.

Цель поверки счетчика - выяснить соответствие его основных параметров требованиям ГОСТа (см. приложение). Все исследования счетчиков проводятся по схеме рис.7 (см. также схему на рабочем месте).

 Счетчики индукционный и электронный  включаются в цепь переменного тока преобразователя Пр, а счетчики ферродинамический  и электронный  - в цепь нагрузки. В качестве нагрузки используется реостат  или . Токовая цепь счетчика  включается в цепь нагрузки через шунт.