Исследование счетчиков электрической энергии

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра “Теоретические основы электротехники”

Лаборатория электрических измерений

Лабораторная работа № 56

“Исследование счетчиков электрической энергии”

Выполнил:

студент группы ЭТ-401

Кожевников Д. М.

Санкт-Петербург

2006

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.. 3

2. ПРОГРАММА РАБОТЫ.. 3

3. ПЕРЕЧЕНЬ ПРИМЕНЯВШИХСЯ ПРИБОРОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ. 3

4. ФОРМУЛЫ ВРАЩАЮЩИХ МОМЕНТОВ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО И ФЕРРОДИНАМИЧЕСКОГО СЧЕТЧИКОВ. 3

5. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ ФЕРРОДИНАМИЧЕСКОГО СЧЕТЧИКА. 4

6. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ДЕЙСТВИЯ ИНДУКЦИОННОГО СЧЕТЧИКА. 4

8. СХЕМА СОЕДИНЕНИЙ. 6

9. ТАБЛИЦЫ НАБЛЮДЕНИЙ И ВЫЧИСЛЕНИЙ. 6

10. РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ И ПРИМЕРЫ ВЫЧИСЛЕНИЙ. 6

11. КРИВАЯ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ДЛЯ ФЕРРОДИНАМИЧЕСКОГО СЧЕТЧИКА. 8

12. ВЫВОДЫ.. 8

13. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 8

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Знакомство с устройством различных счетчиков электрической энергии и их применением, опытное определение их основных характеристик.

2. ПРОГРАММА РАБОТЫ

1.  Ознакомление с устройством исследуемых счетчиков.

2.  Поверка ферродинамического счетчика.

3.  Измерение энергии различными счетчиками.

3. ПЕРЕЧЕНЬ ПРИМЕНЯВШИХСЯ ПРИБОРОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Таблица 1

Характеристика измерительных приборов

Таблица 2

Характеристика счетчиков

4. ФОРМУЛЫ ВРАЩАЮЩИХ МОМЕНТОВ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО И ФЕРРОДИНАМИЧЕСКОГО СЧЕТЧИКОВ

Ферродинамический счетчик:

,

где  - коэффициент пропорциональности.

Индукционный счетчик:

,

где ,  - действующие значения напряжения и тока;

       - коэффициент пропорциональности;

       - угол сдвига фаз между током и напряжением;

       - активная мощность, потребляемая нагрузкой.

5. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ ФЕРРОДИНАМИЧЕСКОГО СЧЕТЧИКА

Принцип действия счетчика основан на взаимодействии магнитного потока и проводника с током. В счётчике имеется неподвижная и подвижная обмотки. Неподвижная (токовая) обмотка уложена в пазу цилиндрического сердечника из пермаллоя и подключена к шунту Ш, по которому протекает ток нагрузки. Магнитный поток, создаваемый неподвижной обмоткой, замыкается через воздушный зазор и внешний магнитопровод. Индукция магнитного поля будет пропорциональна току нагрузки. Подвижная обмотка состоит из трёх одинаковых секций, расположенных под углом 120⁰.  Секции соединены между собой треугольником и подсоединены к коллектору. Каждая секция выполнена из большого числа витков тонкого провода. Секции, прикреплённые к верхнему и нижнему алюминиевым каркасам, образуют жесткую цилиндрическую конструкцию подвижной части счетчика, которая вращается в зазоре между сердечником и внешним магнитопроводом. Стальная ось, которая свободно проходит через отверстие в сердечнике, вращается в подшипниках. На оси крепятся подвижная обмотка счетчика, тормозной диск, червяк редуктора счетного механизма и коллектор. Через подвижную обмотку независимо от тока нагрузки, будет проходить ток, пропорциональный приложенному напряжению. При взаимодействии магнитного потока неподвижной обмотки и тока подвижной возникает вращающий момент.

6. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ДЕЙСТВИЯ ИНДУКЦИОННОГО СЧЕТЧИКА

Принцип действия основан на взаимодействии магнитных потоков, создаваемых двумя электромагнитами, с вихревыми токами, индуктируемыми в алюминиевом диске. Тормозной момент создается полем постоянного магнита. При установившейся скорости вращения диска энергия, регистрируемая счетчиком за какое-то время, будет пропорциональна числу оборотов за тоже время.

7. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОННЫХ СЧЕТЧИКОВ С ПОЯСНЕНИЕМ

Структурная схема счетчика Ф600 и его включение в цепь

Рис. 1

Структурная схема счетчика Ф604 и его включение в цепь

Рис. 2

Счетчик Ф604 имеет большую точность и содержит элементы интегральных схем, имеющих широкие функциональные возможности. Как видно из рисунка 2 в счетчике Ф604 используются блоки с иными, по сравнению с счетчиком Ф600, функциональными задачами, изменена также схема включения в цепь.

Структурная схема счетчика Ф440 и его включение в цепь

Рис. 3

Счетчик Ф440 предназначен для учета активной энергии на электровозах переменного тока, а также на других потребителях переменного тока. В схеме используются интегральные микросхемы.

8. СХЕМА СОЕДИНЕНИЙ

Рис. 4

9. ТАБЛИЦЫ НАБЛЮДЕНИЙ И ВЫЧИСЛЕНИЙ

Таблица 3

Результаты поверки ферродинамического счетчика

Тип счетчика	Измеряют						Вычисляют
	, В	,		, мА	, об.(имп.)	, с	, кВт	, с	, %	, %
		%	А
ФД	100	120	1,8	30	20	16	0,18	16	0	2
	100	100	1,5	30	20	18	0,15	19,2	6,67	2
	100	50	0,75	30	7	13	0,075	13,4	3,38	2
	100	20	0,3	30	7	28	0,03	33,6	20	2

Таблица 4

Результаты измерений энергии различными счетчиками

Тип счетчика	Измеряют					Вычисляют
	, В	, А	, об.(имп.)	, с	, с	, Вт
ИН	220	---	10	147	---	204,08
ФД	100	1,5	25	---	24	150

10. РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ И ПРИМЕРЫ ВЫЧИСЛЕНИЙ

Расчетные формулы:

1)  Мощность, потребляемая нагрузкой:

, кВт.

2)  Расчетное время, за которое диск счетчика сделал бы заданное число оборотов при известной мощности, потребляемой нагрузкой:

, c,

где  - передаточное число счетчика, [об./кВт×ч].

3)  Относительная погрешность:

, %.

4)  Порог чувствительности:

, %,

где  - ток, соответствующий началу непрерывного вращения диска.

5)  Энергия, которую измерил счетчик за одно и то же время:

, Вт;

, Вт.

Примеры вычислений:

1)   (кВт);

2)   (c);

3)   (%);

4)   (%);

5)   (Вт);

    (Вт).

11. КРИВАЯ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ДЛЯ ФЕРРОДИНАМИЧЕСКОГО СЧЕТЧИКА

12. ВЫВОДЫ

1 пункт:

В результате работы был поверен ферродинамический счетчик и определена энергия, сосчитанная индукционным и ферродинамическим счетчиками за один и тот же промежуток времени. Доказано, что с уменьшением тока нагрузки, точность показаний ферродинамического счетчика уменьшается, был  найден  порог  чувствительности ферродинамического счетчика. По результатам поверки можно сделать вывод, что ферродинамический счетчик не удовлетворяет требованиям точности.

2 пункт:

Энергия, сосчитанная однофазным индукционным счетчиком больше энергии сосчитанной ферродинамическим счетчиком энергии за тот же промежуток времени. Это можно объяснить потерями в преобразовательной установке.

13. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методические указания к лабораторной работе №56. Ленинград, 1978 год.