Приборы индукционной системы

n Конструкция и принцип действия. Принцип действия индукционных приборов основан на взаимодействии двух или нескольких переменных магнитных потоков с токами, индуцированными в подвижном проводнике (например, диске). Типичным представителем этой системы является классический индукционный счетчик — измеритель активной энергии.

 

n На рис. 3.15 показана упрощенная конструкция и принцип действия индукционного однофазного счетчика активной энергии.

n Основными элементами прибора являются два магнитопровода со своими обмотками (напряжения и токовой), вращающийся диск и счетный механизм. Как и ваттметр, счетчик содержит обмотки тока и напряжения. Включается счетчик в цепь так же, как и ваттметр.

n Схема (рис. 3.16) поясняет принцип действия этого прибора.

n Рассмотрим работу счетчика на примере входных сигналов напряжения и тока синусоидальной формы с действующими значениями, равными, соответственно, U и I.

n Входное напряжение U приложенное к обмотке напряжения 2, создает в ней ток IU, имеющий по отношению к напряжению U сдвиг по фазе, близкий к 90° (из-за большого индуктивного сопротивления этой обмотки). Ток IU, рождает магнитный поток ФUв среднем сердечнике магнитопровода обмотки напряжения 1.

n Этот поток ФU делится на два потока: нерабочий поток ФU1, который замыкается внутри магнитопровода 1; и основной поток ФU2, пересекающий диск 6, закрепленный на оси 7 и вращающийся вместе с нею. Этот основной поток замыкается через противополюс 5.

n Входной ток I, текущий в обмотке тока 4, создает в магнитопроводе З магнитный поток Ф1, который дважды пересекает диск б. Поток Ф1 отстает от тока I на небольшой угол потерь αI (поскольку сопротивление токовой обмотки мало).

 

n Таким образом, диск пересекают два магнитных потока ФU2 и ФI, не совпадающих в пространстве и имеющих фазовый сдвиг ψ. При этом в диске возникает вращающий момент М:

n М = с f ФU2 ФI sinψ ,

n где с — некая константа; f— частота напряжения.

n При работе на линейном участке кривой намагничивания материалов магнитопроводов можно считать, что

n ФI= k1 I

n ФU2 = k2 IU=( k2 IU) / ZU ,

n где k1 и k2— коэффициенты пропорциональности; ZU — полное комплексное сопротивление обмотки напряжения.

n Учитывая, что реактивная (индуктивная) составляющая сопротивления обмотки напряжения ZU гораздо больше активной, можно записать

n ZU = 2πfLU

n где LU— индуктивность обмотки напряжения.

n Тогда ФU2 = (k2U / 2πfLU) =( k3U) / f ,

n где k3 = k2 / (2πLU)

n Следовательно, вращающий момент М в данной электромагнитной механической системе можно определить следующим образом:

n

n М= kUI sinψ,

n где k— общий коэффициент пропорциональности.

n Для того чтобы вращающий момент был пропорционален текущей активной мощности, необходимо выполнение условия

n sinψ= соsφ.

n А это в свою очередь будет выполняться, если ψ+ φ = 90. Это равенство может быть обеспечено изменением (регулировкой) угла потерь αI,. Изменение этого угла реализуется двухступенчато: грубо — изменением числа короткозамкнутых витков, надетых на магнитопровод З, а плавно — изменением сопротивления вспомогательной цепи (эти элементы конструкции на рис. 3.15 и 3.16 не показаны)