Реакторный способ пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Содержание

2.5.4. Реакторный пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
2.5.5. Автотрансформаторный пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Реакторный пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

2.5.4. Реакторный пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Более универсальным является способ пуска понижением подводимого к асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором напряжения посредством реакторов (реактивных катушек — дросселей).

Реакторный пуск осуществляется следующим образом. Сначала двигатель получает питание через трехфазный реактор (реактивную или индуктивную катушку), сопротивление которого ограничивает величину пускового тока. При этом ток из сети поступает в обмотку статора через реакторы, на которых происходит падение напряжения за счет индуктивного сопротивление реактора. В результате на обмотку статора подается пониженное напряжение. По достижении нормальной частоты вращения включается выключатель, который шунтирует реактор, в результате чего на двигатель подается нормальное напряжение сети.

Пусковые реакторы строятся обычно с ферромагнитным сердечником и рассчитываются по нагреву только на кратковременную работу, что позволяет снизить их вес и стоимость. Для весьма мощных двигателей применяются также реакторы без ферромагнитного сердечника, с обмотками, укрепленными на бетонном каркасе.

Если составляющие сопротивления короткого замыкания двигателя равны r_к и x_к ,то начальный пусковой ток при прямом пуске определяется по формуле:

(2.31)

При реакторном пуске, пренебрегая активным сопротивлением реактора начальный пусковой ток определяется по формуле:

(2.32)

Следовательно, при реакторном пуске начальный пусковой ток уменьшается в раз. Во столько же раз уменьшается и напряжение на зажимах двигателя в начальный момент пуска. Начальный пусковой момент при реакторном пуске уменьшается по сравнению с моментом при прямом пуске в раз.

Недостаток этого способа пуска состоит в том, что уменьшение напряжения сопровождается существенным уменьшением пускового момента.

2.5.5. Автотрансформаторный пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Автотрансформаторный пуск осуществляется в следующем порядке. Сначала через автотрансформатор на статор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором подается пониженное напряжение. При этом пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, измеренный на выходе автотрансформатора, уменьшается в К раз, где К — коэффициент трансформации автотрансформатора. Что же касается тока на входе автотрансформатора, то он уменьшается в К 2 раз по сравнению с пусковым током при прямом включении двигателя в сеть. Дело в том, что в понижающем автотрансформаторе первичный ток меньше вторичного в К раз и поэтому уменьшение пускового тока при автотрансформаторном пуске составляет К 2 раз.

Таким образом, при автотрансформаторном пуске момент и ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором уменьшаются в одинаковое число раз.

После достижения ротора двигателя определенной частоты вращения выключатель отключается, и двигатель получает питание через часть обмотки автотрансформатора, который в этом случае работает как реактор. Затем включается следующий выключатель, в результате чего двигатель получает полное напряжение.

Пусковые автотрансформаторы рассчитываются на кратковременную работу. Согласно ГОСТ 3211—46, пусковые автотрансформаторы должны иметь ответвления, соответствующие величинам вторичного напряжения 45, 36 и 27%. В каждом конкретном случае выбирается подходящая ступень напряжения.

Как и предыдущие способы пуска при пониженном напряжении, автотрансформаторный способ пуска сопровождается уменьшением пускового момента, так как значение последнего прямо пропорционально квадрату напряжения. С точки зрения уменьшения пускового тока автотрансформаторный способ пуска лучше реакторного, но некоторая сложность пусковой операции и повышенная стоимость пусковой аппаратуры (понижающий автотрансформатор и переключающая аппаратура) несколько ограничивают применение этого способа пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Источник

Реакторный пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Автотрансформаторный пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором осуществляется в следующем порядке. Сначала через автотрансформатор на статор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором подается пониженное напряжение. При этом пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, измеренный на выходе автотрансформатора, уменьшается в К раз, где К — коэффициент трансформации автотрансформатора. Что же касается тока на входе автотрансформатора, то он уменьшается в К 2 раз по сравнению с пусковым током при прямом включении двигателя в сеть. Дело в том, что в понижающем автотрансформаторе первичный ток меньше вторичного в К раз и поэтому уменьшение пускового тока при автотрансформаторном пуске составляет К 2 раз.

Таким образом, при автотрансформаторном пуске момент и ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором уменьшаются в одинаковое число раз.

Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при изменении частоты питающей сети f1.Этот способ позволяет плавно изменять угловую частоту вращения ротора в наиболее широком диапазоне и, следовательно, позволяет уменьшить пусковые токи. Для его осуществления требуется, чтобы асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором получал питание от отдельного источника. В качестве такого источника могут быть использованы электромеханические или полупроводниковые статические преобразователи частоты.

При частотном пуске одновременно с изменением частоты f1 приходится по определенному закону изменять и подводимое к обмотке статора напряжение U1. При этом его энергетические характеристики остаются практически неизменными. Поэтому этот способ пуска является экономичным. Недостатками частотного пуска являются громоздкость и высокая стоимость источника питания.

На корпусе каждого трехфазного электродвигателя помещен технический паспорт в виде металлической пластинки, где указаны основные технические и номинальные параметры: тип электродвигателя, заводской номер, напряжение, мощность, частота вращения, коэффициент полезного действия (КПД), масса и др. Буквы в паспорте электродвигателей обозначают материал корпуса, исполнение, степень защиты от внешних воздействий, наличие повышенного скольжения, повышенного пускового момента, наличие фазного ротора. Цифры обозначают: модификацию двигателя, диаметр сердечника статора (габарит), длину пакета статора, последняя цифра — число полюсов одной фазы. Например, у двигателя марки 4А90L4УЗ четыре полюса или 2 пары.

Коэффициент полезного действия электродвигателя показывает отношение номинальной мощности Рн к мощности потребляемой из сети, т. е. присоединенной Рприс:

Коэффициент мощности характеризует отношение активной мощности Рприс. электродвигателя к полной мощности:

Паспорт двигателя Рн = 20 Вт, nн = 2760 об/мин , Iн = 0,18 А, Uн = 220 В , η=0,51, cosφ = 0,5, Мк = 0,138 Н*м, Мн = 0,069 Н*м, I0 = 0,1 А, R1 = 122 Ом, R2= 91 Ом, X1 = 57 Ом, X2= 57, количество полюсов на фазу – 2.

Программа работы.

Ознакомиться с электрической схемой на стенде (модуль включается тумблером S4 ) – прямой пуск.

1. Осуществить прямой пуск двигателя при разной нагрузке (величину нагрузки изменяем переключателем S43). Соберите схему согласно рис. 6.9. Переключателем S43 установите режим нагрузки. Включение напряжения питания осуществляется тумблерами S4 и S5, пуск двигателя М2 кнопкой S7, остановка кнопкой S6.

2. Запустите двигатель. Приборы на табло покажут изменение параметров при пуске.

3. Через 0,5 минуты кнопкой S6 осуществите останов АД.

4. После каждого замера необходимо обнулить показания секундомера, вращая переключатель «задатчик» против часовой стрелки. Затем, вращая переключатель по часовой стрелке, записать по приборам изменение напряжения, тока и скорости при пуске в течение 3 с. Рассчитать кратность пускового тока Ki. (Ki=Iпуск/Iуст.)

5. Заполнить таблицу 6.2 (для прямого пуска). В таблице выделить пограничные значения для тока и напряжении.

б). Реверсирование двигателя:

6. Соберите схему согласно рис. 6.10. После включения
тумблером S4 и S5 возможен пуск АД М2 кнопкой S7 «Вперед»,через 5-7 сек. Переключите двигатель кнопкой S6 «Назад». Для остановки АД следует нажать кнопку S8.

7.Запустите двигатель. Через 15 сек. кнопкой S6 осуществите реверс АД. Через 0,5 мин. осуществите останов АД.

8.Выполните замеры в соответствии с п.4 , но для режима реверсирования (Ki не рассчитывать). Данные занести в таблицу аналогичную т. 6.2 ( для реверсирования). В таблице выделить пограничные значения для тока и напряжения.

Рисунок 6.9. Прямой пуск двигателя.

Прямой пуск двигателя.

T, сек	0,0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	Ki	Нагрузка
V, В	Max
I, А
n,об/мин
V, В	Avg
I, А
n,об/мин
V, В	Min
I, А
n,об/мин

Рис.6.10 Реверс двигателя

9. По данным таблиц построить графическую зависимость изменения тока , напряжения и скорости пи при прямом пуске и при реверсе, выбрав характер нагрузки.

10. По паспортным данным рассчитать скольжение(s), присоединенную мощность (Рприс) и полную мощность (S) электродвигателя.

11. По паспортным данным двигателя, представленным в т.6.3 для варианта, указанного преподавателем, рассчитать и построить зависимости M=f(s), n=f(M).

Технические данные трехфазных асинхронных электродвигателей

серии 4А основного исполнения

Типоразмеры	Рн, кВт	n, об/мин	η, %	Cosφ	Ki
Синхронная частота вращения 3000 об/мин
4АА50А2УЗ	0,09	60.0	0.70	5,0
4А712ВУЗ	0,55	73,0	0,86	5,0
4А100S2УЗ	4,0	86,5	0,89	7,5
4А160S2УЗ	15,0	88,0	0,91	7,5
Типоразмеры	Рн, кВт	n, об/мин	η, %	Cosφ	Ki
Синхронная частота вращения 1500 об/мин
4АА56В4УЗ	0,18	64,0	0,64	5,0
4А71В4УЗ	0,75	72,0	0,73	4,5
4А90L4УЗ	2,2	0,83	6,0
4А132М4УЗ	11,0	84,5	0,87	7,5
Синхронная частота вращения 1000 об/мин
4А71А6УЗ	0,37	64,5	0,69	4,0
4А80В6УЗ	1,10	74,0	0,74	4,0
4А112МА6УЗ	3,0	81,0	0,76	6,0
4А132М6УЗ	7,50	85,5	0,81	6,5
Синхронная частота вращения 750 об/мин
4А80В8УЗ	0,55	64,0	0,65	3,5
4А100 L8УЗ	1,50	74,0	0,65	4,0
4А132М8УЗ	5,5	83,0	0,74	5,5
4А225М8УЗ	90,0	0,81	6,0

12. Оформить отчет. Сделать выводы работе.

Контрольные вопросы

1. Как устроен асинхронноый двигатель?

2. Принцип действия асинхронного двигателя.

3. Дайте определение коэффициента скольжения асинхронного двигателя.

4. Что такое реверс и как он осуществляется?

5. Как определяется число пар полюсов асинхронной машины?

6. Что относится к номинальным параметрам двигателя?

7.Какие существуют способы соединения обмоток двигателя и как осуществить их выбор?

8. Перечислите способы пуска асинхронного двигателя и проведите их сравнительный анализ

9. Перечислите способы регуирования скорости асинхронного двигателя.

Лабораторная работа 7

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ.

Цель работы— изучить устройство, принцип действия, применение и схемы включения тепловых реле и автоматических выключателей.

ТЕПЛОВОЕ РЕЛЕ

При незначительных длительных перегрузках в электродвигателях, и других токоприемниках, возникающих при возрастании момента сопротивления на рабочем органе машины или за счет витковых замыканий в обмотках, протекает ток, превышающий допустимое значение на 20. 50%. Такой режим работы приводит к перегреву обмоток и электродвигателя в целом, а следовательно, к преждевременному выходу его из строя. Для защиты электрооборудования от таких перегрузок служат тепловые реле, которые включают последовательно в контролируемую цепь. Тепловые реле работают в цепях переменного и постоянного тока. Их используют как самостоятельно, так и в составе магнитных пускателей.

Основным элементом теплового реле является биметаллическая

пластина. Нагрев биметаллического элемента может производиться за счет

тепла, выделяемого в пластине током нагрузки. Очень часто нагрев биметалла производится от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Нагревательный элемент теплового реле представляет собой спираль, свитую из проволоки (ленты) с высоким удельным сопротивлением (нихром) и включенную после силовых контактов магнитного пускателя последовательно с обмоткой электродвигателя. Контакты теплового реле включают последовательно с катушкой магнитного пускателя.

При нормальной нагрузке электродвигателя нагревательный элемент и биметаллическая пластинка теплового реле нагреваются слабо, так как они успевают отдавать теплоту окружающему воздуху.

При перегрузках двигателя ток в его обмотках возрастает, нагревательный элемент теплового реле нагревается и нагревается также биметаллическая пластинка, которая, изгибаясь, разрывает контакты в цепи катушки магнитного пускателя.

Вследствие этого электродвигатель отключается. Для приведения теплового реле в состояние готовности нужно после остывания биметаллической пластинки нажать кнопку возврата, расположенную на крышке теплового реле.

Конструкция тепловых реле допускает регулирование вставки в пределах ±25% от номинального тока нагревательных элементов.

Двухполюсное реле типа ТРН (рис. 7.1) состоит из пластмассового корпуса, разделенного на три ячейки. В крайних ячейках размещены нагревательные элементы 1, в средней — биметаллическая пластинка температурного компенсатора 3, регулятор тока срабатывания 4 с движком уставки 5, механизм расцепителя, размыкающий контакт мостикового типа 10 и рычаг ручного возврата 6.

При протекании тока перегрузки через нагревательный элемент 1 основная биметаллическая пластинка 2, деформируясь (показано пунктиром), перемещает вправо толкатель 8, связанный жестко с биметаллической пластинкой температурного компенсатора 3, учитывающего температуру наружного воздуха. Направление деформации температурного компенсатора противоположно направлению деформации основной пластины. Деформация незначительна по абсолютной величине. Вследствие этого, несмотря на противодействие, пластина температурного компенсатора начинает перемещаться также вправо.

При этом защелка 7 освобождается, штанга расцепителя 9 под действием пружины 11 отходит вверх, а контакты 10 реле размыкаются.

Для каждого типа реле выпускаются комплекты сменных нагревательных элементов, которые набираются по номинальному току электродвигателя.

Рис. 7.1 — Схема устройства теплового реле типа ТРН

Тепловые реле такого типа применяют в ряде магнитных пускателей. Лучшие характеристики получаются при комбинированном нагреве, когда пластина нагревается нагревательным элементом, намотанным на нее.

Основной характеристикой теплового реле является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки (рис. 7.2)

Рис. 7.2 — Секунд-амперная характеристика теплового реле.

Реле изготовляют одно-, двух- и трехфазного исполнения (типов РТ, ТРВ, ТРА, ТРН, ТРП и РТЛ) на различные токи от 0,5 до 600А. Номинальный ток теплового реле является его максимально допустимым током, а сменные тепловые элементы позволяют получить для каждого типоразмера реле от 4 до 12 номинальных токов уставки. При этом для каждого теплового элемента его ток уставки может изменяться (уменьшаться) специальным регулятором до 30% от номинального значения, а некоторые типы реле (ТРН) имеют предел регулирования от 0,75 до 1,25Iн.

Для двигателей, работающих в длительном режиме работы Тепловые реле выбираются по номинальному току теплового элемента и номинальному току двигателя:

Uном.реле ³ Uсети;

Для двигателей, работающих в длительном режиме работы:

Iном.реле = Iном.дв.

АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ.

Автоматический воздушный выключатель (автомат) предназначен для нечастых включений и отключений электроприемников, а также автоматического отключения их в случае короткого замыкания и перегрузки.

Как правило, автоматические выключатели выполняют функции за-

щиты при коротких замыканиях, перегрузках, снижении или исчезновении напряжения, изменения направления передачи мощности или тока и т.п.

Независимо от назначения, автоматы состоят из следующих основных узлов:

а) контактной системы;

б) дугогасительной системы;

г) механизма свободного расцепления (расцепителей);

д) коммутатора с блок-контактами.

Контактная система автоматов должна находиться под током не отключаясь весьма длительное время и быть способной выключать большие токи короткого замыкания.

Дугогасительная система должна обеспечивать гашение дуги, возникающей между контактами автомата, больших токов короткого замыкания в ограниченном объеме пространства. Задача дугогасительного устройства заключается в том, чтобы ограничить размеры дуги и обеспечить ее гашение в малом объеме. Распространение получили камеры с широкими щелями и камеры с дугогасительными (деионизационными) решетками.

Привод в автомате служит для включения автомата вручную.

Отключение автоматов осуществляется отключающими пружинами.

Механизм свободного расцепления расцепителей предназначен:

а) исключить возможность удерживать контакты автомата во включенном положении (рукояткой, дистанционным приводом) при наличии ненормального режима работы защищаемой цепи;

б) обеспечить моментальное отключение, т.е. не зависящую от операторов, рода и массы привода скорость расхождения контактов.

а) токовые максимальные мгновенного или замедленного действия (электромагнитные);

б) напряжения — минимальное, для отключения автомата при снижении напряжения ниже определенного уровня;

в) обратного тока — срабатывает при изменении направления тока;

г) тепловые — работают в зависимости от величины тока и времени его протекания (применяются обычно для защиты от перегрузок)

д) комбинированные — срабатывают при сочетании ряда факторов.

На рис 7.3 представлен 3-фазный автоматический выключатель, имеющий электромагнитные и тепловые расцепители. Электромагнитные расцепители срабатывают мгновенно, а тепловые — с выдержкой времени, зависящей от значения протекающего тока на. грузки.

Электромагнитный расцепитель (рис.7.3) служит для защиты электроприемников от токов короткого замыкания. Он состоит из катушки 6 с небольшим числом витков медной изолированной проволоки. Эта катушка включается последовательно с электроприемником. Внутри катушки расположен стальной сердечник 7, связанный с механизмом отключения (защелкой) 2.

Рис. 7.3 — Устройство автоматического выключателя:/ — силовой контакт; 2 — защелка; 3 — шарнир; 4 — пружина; 5 — шток; 6 — катушка; 7 — железный сердечник; 8 — нагревательный элемент; 9 — биметаллическая пластинка

При коротком замыкании в цепи электроприемника по катушке 6 протекает большой ток, который возбуждает внутри нее мощное магнитное поле. Под действием этого поля стальной сердечник 7 расцепителя втягивается в катушку, вызывает срабатывание главных контактов 1 автоматического выключателя, отключая электроприемник от сети.

Тепловой расцепитель служит для защити электроприемников от перегрузок. Он состоит из биметаллической пластинки 9, на которую намотан ленточный нагревательный элемент 8 (провод с высоким сопротивлением) из нихрома. Нагревательный элемент изолирован от биметаллической пластинки листовым асбестом или слюдой. В ряде типов автоматов ток нагрузки проходит по биметаллической пластинке V-образной формы.

При перегрузке в нагревательном элементе, включенном последовательно с электроприемником нарастает сила тока. Выделяющаяся теплота нагревает биметаллическую пластинку 9 и заставляет ее изгибаться. Изгибаясь, пластинка действует на механизм отключения автоматического выключателя (защелка 2), и электроприемник отключается от сети.

Номинальный ток, защищающего от перегрузки электромагнитного

теплового или комбинированного расцепителя автоматов Iн.з. выбирается по длительному расчетному току линии Iн.з. = Iдл.; ток срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя Iср. определяется из соотношения:

Iср. = 1,25Iкр.,

где Iкр. — максимальный кратковременный ток линии

Автоматические выключатели серии А3700 рассчитаны на напряжение до 440В постоянного тока и до 660В переменного тока и номинальную силу тока 160, 250, 400 и 630А. Уставки токов срабатывания выключателей составляют десятикратную величину их номинальных токов. Серийно изготовляются также автоматические выключатели типов АЕ2000 на номинальный ток до 100А; АК63 на номинальный ток до 63А; А63 на номинальный ток до 25А и т.п.

1. Изучить устройство теплового релеТРН-10.

2. Ознакомиться с электрической схемой на стенде (модуль включается выключателем S8)

3 Для исследования собрать схему на рис. 7.4. ( уставка тока реле 0,8 А).

Т.к. время срабатывания реле измеряется десятками секунд или минутами, то можно в качестве секундомера использовать наручные часы (при этом часть схемы с секундомером не нужна).

Рис.7.4 — .Монтажная схема включения теплового реле.

4. Привести тепловое реле в рабочее состояние нажатием кнопки-рычага ручного возврата 6 (рис.7.1). Регулятором ЛАТРа установить значение напряжения 150 В. Включить схему тумблером SAЗ и по секундомеру установит время срабатывания реле при токе, соответствующем данному напряжению. Секундомер расположенный на стенде начинает отсчет и останавливается после срабатывания реле. Во избежание перегрева теплового элемента реле ЛАТР следует сразу отключить.

Перед повтором эксперимента необходимо сделать паузу для полного остывания теплового элемента реле и затем вернуть его в исходное состояние нажатием возвратной кнопки. Затем устанавливают другую величину напряжения и повторяют выше приведенные действия. Данные, полученные по показаниям приборов, занести в таблицу 7.1.

V,В

Iнагр, А

t, с

5. Построить зависимость времени срабатывания теплового реле от тока нагрузки.

Допускается дополнить схему лабораторной работы, встроив кон-

Такт магнитного пускателя с рабочим напряжением катушки 220В между выходом ЛАТРа и первичной цепью понижающего трансформатора, а его катушку запитать от гнезд 220В в блоке ТРН через размыкающий контакт теплового реле (при этом SA2 нужно будет включить). Тем самым достигается автоматическое отключение нагрузки при срабатывании теплового реле. В цепь же секундомера взамен контакта теплового реле включается замыкающий контакт пускателя.

6. Изучить устройство автоматического выключателя А63-М.

7. Ознакомиться с электрической схемой на стенде (модуль включается выключателем S8)

8. Для исследования свойств автоматического выключателяА63-М собрать схему (рис.7.5).

Особенность этого автомата состоит в том, что он не имеет теплового расцепителя, а только расцепитель максимального тока.

9. Включить ЛАТР и плавно увеличивая ток нагрузки через автомат, добиться срабатывания максимальной защиты. Зафиксировать показания амперметра. Затем вернуть регулятор ЛАТРа в положение MIN и установить рычаг выключателя в положение «0». Далее вновь включить автомат и повторить опыт несколько раз. Показания прибора А1 и значения напряжения, при которых срабатывает защита занести в таблицу 7.2.

Рис.7. 5 — Монтажная схема включения автоматического выключателя.

ВНИМАНИЕ! НЕ ДОПУСКАТЬ ДЛИТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ АВТОМАТА В РЕЖИМЕ ПЕРЕГРУЗКИ, БЛИЗКИХ К ТОКУ СРАБАТЫВАНИЯ. ПОСЛЕ КАЖДОГО СРАБАТЫВАНИЯ ДЕЛАТЬ ПАУЗУ 5-мин ДЛЯ ОСТЫВАНИЯ КАТУШКИ РАСЦЕПИТЕЛЯ!

Параметр	Ср. значение
Iнагр, А
V,В

10. Оформить отчет. Сделать выводы по работе.

Контрольные вопросы.

1. Область применения теплового реле.

2. Устройство теплового реле. теплового реле.

3. Принцип действия теплового реле.

4. Область применения автоматического выключателя.

5. Устройство автоматического выключателя

6. Принцип действия автоматического выключателя.

Лабораторная работа 8

Цель работы — изучить устройство, схемы включения счетчика электрической энергии. Изучить основные методы измерения активной мощности в цепях переменного тока.

а). Однофазный счетчик электрической энергии индукционной системы.

Для измерения количества электрической энергии применяют счетчики: постоянного тока, однофазного переменного тока (типа СО), активной энергии трехфазные (трехпроводные и четырехпроводные — САЗ и СА4, СА4У), реактивной энергии трехфазные (трехпроводные и четырехпроводные — СРЗ и СР4).

Устройство и схема включения однофазного индукционного счетчика показаны на рисунке 8.1. .

В зазоре между магнитопроводом обмотки напряжения 1 и магнитопроводом токовой обмотки 10 размещен подвижный алюминиевый диск 8, насаженный на ось 6, установленную в пружинящем подпятнике 9 и верхней опоре 3.

Рис.8.1. — Устройство и схема включения однофазного счетчика в электрическую сеть

С помощью миниатюрного червячного редуктора 4 вращение диска передается счетному механизму 5. Токовая обмотка 11, включаемая последовательно с электроприемником, состоит из малого числа витков толстого провода (соответственно номинальному току счетчика). Обмотка напряжения 2, включаемая параллельно электроприемнику, состоит из большого числа (8000. 12 000) витков, намотанных тонким медным изолированным проводом диаметром 0,08. 0,12 мм.

Когда по токовой обмотке протекает ток нагрузки (обмотка напряжения включена на сетевое напряжение), в магнитопроводах появляются переменные магнитные потоки Фvи Ф1, замыкающиеся через алюминиевый диск. Причем поток Ф1 пронизывает диск дважды (+Ф1и — Ф1). Переменные магнитные потоки Фv, + Ф1и — Ф1 создают бегущее магнитное поле, которое индуктирует в диске вихревые токи и заставляет его вращаться.

Край алюминиевого диска расположен между полюсами постоянного подковообразного магнита 7. При вращении алюминиевый диск 8 пересекает силовые линии постоянного магнита 7, в диске индуктируются вихревые токи, которые, взаимодействуя с потоком постоянного магнита, создают тормозной момент. Этот момент останавливает диск счетчика при отсутствии нагрузки.

Крайний (правый) ролик счетного механизма связан через редуктор с диском счетчика и при его вращении вращается. При полном обороте первого ролика второй поворачивается на 1/10 часть его оборота. Полный оборот второго ролика вызывает поворот третьего ролика на 1/10 часть его полного оборота и т. д.На торцах роликов нанесены цифры от 0 до 9. Сочетание цифр отсчитывают через застекленное окошко.

Каждый счетчик характеризуется передаточным числом (с), показывающим число оборотов диска при протекании через счетчик 1 кВт-ч электроэнергии. Это число указывается на шкале счетчика. Например, 1 кВт-ч соответствует 2500 оборотам диска. На шкале счетчика также указываются номинальное напряжение, класс точности, номинальные ток и частота. Счетчики выпускаются в прямоугольных и круглых пластмассовых корпусах. Спереди корпуса имеется застекленное окошко. Коробка с зажимами для подключения проводов закрывается крышкой и пломбируется.

В России выпускают счетчик, который благодаря телеметрической приставке можно применять в автоматизированныхсистемах для дистанционного сбора информации и многотарифного учета электроэнергии.

Электронные счетчики электрической энергии. Расчет энергии, потребляемой за определенный промежуток времени нагрузкой, требует интегрирования текущих значений активных мощностей в течение всего времени измерения. В цифровых счетчиках электрической энергии реализуют постоянное суммирование рассчитанной активной мощности за определенный промежуток времени. В общем виде потребляемая энергия

где p(t) – значение мгновенной мощности в момент времени t; T – время измерения.

При синусоидальной форме тока и напряжения в сети

где u(t) и i(t) – мгновенные значения, соответственно, напряжения и тока в сети; U_m и I_m – амплитудные значения напряжения и тока; U и I – действующие значения напряжения и тока (U = U_m/2; I = I_m/2); φ – угол сдвига фаз между векторами тока и напряжения.

Интегрирование уравнения за период дает значение активной потребляемой мощности.

Для расчета мощности в электронных счетчиках необходимо измерять любые два значения из четырех величин P, φ. Это невозможно реализовать в электромеханическом счетчике. На рисунке 8.2 показана структурная схема электронного счетчика, позволяющих реализовать эти вычисления с помощью процессора цифровой обработки сигналов, осуществляющих преобразования мгновенных значений тока и напряжения в дискретные промежутки времени. В этом случае на входы процессора подаются сигналы соответствующих датчиков, пропорциональные току и напряжению в цепи. Преобразованные датчиками ток и напряжение (I_i и U_i) далее обрабатываются для получения P, φ. Информация выводится на дисплей.

Для реализации многотарифного счетчика прибор должен обеспечивать обмен информацией с внешними устройствами по последовательному интерфейсу. Современные цифровые измерительные приборы оснащают двумя встроенными стандартными интерфейсами, которые позволяют не только передать данные на компьютер или распечатать их на принтере, но и осуществлять полное автоматизированное дистанционное управление прибором

Выпускают электронные и микропроцессорные одно- и трехфазные

счетчики электроэнергии в различных модификациях, имеющие телеметрические импульсные выходы, переключатели тарифов, что позволяет их использовать в автоматизированныхых системах учета электропотребления.

Для расширения пределов измерения счетчиков, так же как и амперметров, (рис.8.3а) применяют трансформаторы тока.

Трансформатор тока (рис. 8.3.б) состоит из замкнутого (броневого или стержневого) магнитопровода, набранного из листов электротехнической стали, и двух обмоток — первичной и вторичной. Первичную обмотку (зажимы Л1 и Л2) включают в цепь последовательно с нагрузкой, а вторичную (зажимы И1 и И2) — измерительным приборам: амперметрам, ваттметрам и счетчикам.

Рис.8.3 — а — способы включения амперметров в сеть; б- устройство трансформатора тока

Трансформатор тока работает следующим образом. Переменный ток, проходя по первичной обмотке, создает в магнитопроводе переменный поток, который пересекает витки вторичной обмотки, наводя в ней электродвижущую силу (ЭДС). Под действием этой ЭДС во вторичной цепи появляется электрический ток. Значение этого тока можно вычислить, используя коэффициент трансформации трансформатора тока

KT = I1/I2 = w2/w1, где

•w1 — число витков первичной обмотки;

w2 — число витков вторичной обмотки.

Отношение первичного и вторичного токов указывают в паспорте (на щитке) трансформатора тока.

Первичную обмотку трансформатора тока обычно выполняют из провода с большой площадью поперечного сечения, соответствующей току нагрузки, вторичную — из провода, рассчитанного на ток 5 А.

Кроме расширения пределов измерения, трансформаторы тока предохраняют обслуживающий персонал от высокого напряжения при измерениях силы тока в электроустановках напряжением выше 1000 В.

При эксплуатации трансформаторов тока выводы вторичной обмотки нельзя оставлять разомкнутыми, так как при этом магнитный поток в сердечнике может возрасти в десятки и сотни раз и ЭДС во вторичной обмотке увеличится до значений, опасных для обслуживающего персонала и приборов.

Для измерения силы тока в электроустановках напряжением до 1000 В без разрыва цепи применяют трансформаторы тока, выполненные в виде токоизмерительных клещей со стрелочной или цифровой индикацией (рис. 8.4).

Рис 8.4 — Токоизмерительные клещи

При включении счетчика в сеть через трансформатор тока (рис. 8.5) количество израсходованной электроэнергии подсчитывают по формуле

Kт — — коэффициент трансформации трансформатора тока; W2, W1показания счетчика (начало и конец измерений).

Рис.8.5 — Схема включения однофазного счетчика в сеть через трансформатор тока

При помощи счетчика электрической энергии можно быстро определить мощность подключенного электроприемника или группы их, кВт

где п — число оборотов диска счетчика;

С — передаточное число;

Если счетчик электрической энергии включен через трансформатор тока, то

Источник