§ 99. Индукционные приборы
Устройство. Индукционный прибор состоит из двух неподвижных электромагнитов 2 и 3 (рис. 329) и подвижного алюминиевого диска 4, укрепленного на одной оси со стрелкой.
При прохождении переменных токов I1 и I2 по катушкам электромагнитов создаются два магнитных потока Ф1 и Ф2, сдвинутых один относительно другого по фазе, которые пронизывают диск. Эти потоки при своем изменении индуцируют в диске вихревые токи Iв1 и Iв2. В результате взаимодействия вихревых токов с магнитными полями обоих электромагнитов (тока Iв1 с потоком Ф2 и тока Iв2 с потоком Ф1) возникает вращающий момент М, под влияниеВм которого происходит поворот подвижной части прибора. Противодействующий момент в вольтметрах, амперметрах и ваттметрах создается спиральной пружиной 1 или растяжками.
Среднее за период значение вращающего момента М пропорционально произведению действующих значений магнитных потоков Ф1 и Ф2 и синусу угла сдвига фаз ? между этими потоками:
M = c1?1?2 sin? (102)
где c1 — постоянная для прибора величина.
Рис. 329. Устройство индукционного измерительного механизма
Чтобы получить наибольшее значение вращающего момента, угол сдвига фаз между потоками устанавливают 90° путем включения в цепи катушек дополнительных активных и реактивных сопротивлений. При этом условии средний вращающий момент в вольтметрах и амперметрах будет пропорционален произведению действующих значений токов I1 и I2, протекающих по катушкам электромагнитов. Этой величиной будет определяться также и угол поворота стрелки:
? = kI1I2 (103)
В ваттметрах ? = kUI cos ? = kP, так как ток I1 пропорционален току I в цепи, I2 — напряжению U, а угол ? равен углу 90° — ?.
Применение. Индукционные приборы, так же как и электродинамические, могут быть использованы в качестве амперметра, вольтметра и ваттметра. Катушки электромагнитов включаются в этих случаях так же, как и катушки электродинамического прибора (см. рис. 327).
Достоинством индукционных приборов являются высокая стойкость к перегрузкам, большой вращающий момент и малая чувствительность к внешним магнитным полям. К недостаткам относятся сравнительно невысокая точность и зависимость показаний от частоты переменного тока и температурных влияний.
Индукционные приборы используют, главным образом, в качестве ваттметров и счетчиков электрической энергии и в промышленных установках и на электровозах переменного тока.
3.3. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
Приборы этой системы (рис. 3.3.1) содержат постоянный магнит — 1, к которому крепятся полюса — 2. В межполюсном пространстве расположен стальной цилиндр — 3 с наклеенной на него рамкой — 4. Ток в рамку подается через две спиральные пружины -5. Принцип действия прибора основан на взаимодействии тока в рамке с магнитным полем полюсов.
Это взаимодействие вызывает вращающий момент , под действием которого рамка и вместе с ней цилиндр повернутся на угол . Спиральная пружина, в свою очередь, вызывает противодействующий момент . Так как вращающий момент пропорционален току,
, а противодействующий момент пропорционален углу закручивания пружин , то можно написать:
где k и D — коэффициенты пропорциональности. Из написанного следует, что угол поворота рамки
где
— чувствительность прибора к току, определяемая числом делений шкалы, соответствующая единице тока; CI — постоянная по току, известная для каждого прибора. Следовательно, измеряемый ток можно определить произведением угла поворота (отсчитывается по шкале) и постоянной по току CI. К достоинствам этой системы относят высокую точность и чувствительность, малое потребление энергии. Из недостатков следует отметить сложность конструкции, чувствительность к перегрузкам, возможность измерять только постоянный ток (без дополнительных средств).
З.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Электроизмерительные приборы можно классифицировать по следующим признакам: методу измерения; роду измеряемой величины; роду тока; степени точности; принципу действия
. Существует два метода измерения: 1) метод непосредственной оценки, заключающийся в том, что в процессе измерения сразу оценивается измеряемая величина; 2) метод сравнения, или нулевой метод, служащий основой действия приборов сравнения: мостов, компенсаторов. По роду измеряемой величины различают электроизмерительные приборы: для измерения напряжения (вольтметры, милливольтметры, гальванометры); для измерения тока (амперметры, миллиамперметры, гальванометры); для измерения мощности (ваттметры); для измерения энергии (электрические счетчики); для измерения угла сдвига фаз (фазометры); для измерения частоты тока (частотомеры); для измерения сопротивлений (омметры), и т.д. В зависимости от рода измеряемого тока различают приборы постоянного, переменного однофазного и переменного трехфазного тока. По степени точности приборы подразделяются на следующие классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; и 4,0. Класс точности не должен превышать приведенной относительной погрешности прибора, которая определяется по формуле:
где А — показания поверяемого прибора; А0 — показания образцового прибора; Amax — максимальное значение измеряемой величины (предел измерения). В зависимости от принципа действия различают системы электроизмерительных приборов. Приборы одной системы обладают одинаковым принципом действия. Существуют следующие основные системы приборов: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая, индукционная.
Экономно ли индукционное отопление
Помните, что индукционная система относится к электрическим видам отопления, поэтому дешевой ее назвать очень сложно. С такой системой могут конкурировать по стоимости абсолютно любые варианты топлива.
Для того чтобы сделать это более экономным видом обогрева жилья, лучший вариант — установка теплоаккумулятора. Это поможет прогонять электрическое отопление только на ночь, а в дневное время будет работать уже скопленное тепло.
В ночное время в основном пониженный тариф на электричество.
В сети и в любом магазине вам скажут, что полезное действие котла на индукционном отоплении равно 100%.
Конечно, это так, ведь любой электрический котел преобразует энергию электричества в тепло. Однако мало кто учитывает тот факт, что часть отопления остается в помещении, где установлен котел.
Насчет распределения тепла такой вариант отопления тоже считается не самым экономным и правильным. От индукционного котла устанавливаются радиаторы, которые создают тепло только для воздуха, который находится в верхней части комнаты, а ноги остаются в холоде.
Наиболее предпочтителен с этой стороны теплый пол, при котором холодный воздух остается вверху. Для того, чтобы точно подобрать правильный вариант необходимо ознакомиться со схемами и расчетами индукционного отопления.
3.5. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
Эта система представляет собой две катушки (рис. 3.5.1), одна из которых неподвижная, а другая — подвижная. Обе катушки подключаются к сети, и взаимодействие их магнитных полей приводит к повороту подвижной катушки относительно неподвижной.
Из уравнения
видно, что шкала электродинамической системы имеет квадратичный характер. Для устранения этого недостатка подбирают геометрические размеры катушек таким образом, чтобы подучить шкалу, близкую к равномерной. Эти системы чаще всего используются для измерения мощности, т.е. в качестве ваттметров, тогда:
В этом случае шкала ваттметра равномерная. Основным достоинством прибора является высокая точность измерения. К недостаткам относятся малая перегрузочная способность, низкая чувствительность к малым сигналам, заметное влияние внешних магнитных полей.
Прибор индукционной системы
Электрический счетчик содержит магнитопровод – 1 сложной конфигурации, на котором размещены две катушки; напряжения – 2 и тока – 3. Между полюсами электромагнита помещен алюминиевый диск – 4 с осью вращения – 5.
Вращающий момент, действующий на диск, определяется выражением:
Mвр = ki ΦU ΦI sinψ
где ФU– часть магнитного потока, созданного обмоткой напряжения и проходящего через диск счетчика; ФI– магнитный поток, созданный обмоткой тока; ψ – угол сдвига между ФUи ФI. Магнитный поток ФUпропорционален напряжению ФU = k2 U. Магнитный поток ФIпропорционален токуФI = k3 I.
Для того чтобы счетчик реагировал на активную энергию, необходимо выполнить условие:
sinψ = cosφ
В этом случае вращающий момент пропорционален активной мощности нагрузки:
Mвр = k1 k2 k3 U I cosφ = k4 P
Противодействующий момент создается тормозным магнитом – 6 и пропорционален скорости вращения диска:
В установившемся режимеMвр=Mпр диск вращается с постоянной скоростью. Приравниваем два последних уравнения и решаем полученное уравнение относительно угла поворота диска:
Таким образом, угол поворота диска счетчика пропорционален активной энергии. Следовательно, число оборотов диска n тоже пропорционально активной энергии.
20) Измерительные трансформаторы тока.
Трансформатор тока
— трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику тока, а вторичная обмотка замыкается на измерительные или защитные приборы, имеющие малые внутренние сопротивления.
Измерительный трансформатор тока
— трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке.
Трансформаторы тока широко используются для измерения электрического тока и в устройствах релейной защитыэлектроэнергетических систем, в связи, с чем на них накладываются высокие требования по точности. Трансформаторы тока обеспечивают безопасность измерений, изолируя измерительные цепи от первичной цепи с высоким напряжением, часто составляющим сотни киловольт.
Схемы подключения измерительных трансформаторов тока
В трёхфазных сетях с изолированной нейтралью (сети с напряжением 6-10-35 кВ) трансформаторы тока нередко устанавливаются только на двух фазах (обычно фазы A и C). Это связано с отсутствием нулевого провода в сетях 6 —35 кВ и информация о токе в фазе с отсутствующим трансформатором тока может быть легко получена измерением тока в двух фазах. В сетях с глухозаземлённой нейтралью (сети до 1000В) или эффективно заземлённой нейтралью (сети напряжением 110 кВ и выше) трансформаторы тока в обязательном порядке устанавливаются во всех трёх фазах.
В случае установки в три фазы вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются по схеме «Звезда» (рис.1), в случае двух фаз — «Неполная звезда» (рис.2). Для дифференциальных защит силовых трансформаторов с электромеханическими реле трансформаторы подключают по схеме «Треугольник» (для защиты обмотки трансформатора, соединённой в звезду при соединении защищаемого трансформатора «треугольник — звезда», что необходимо для компенсации сдвига фаз вторичных токов с целью уменьшения тока небаланса). Для экономии измерительных органов в цепях защиты иногда применяется схема «На разность фаз токов» (не должна применяться для защиты от коротких замыканий за силовыми трансформаторами с соединением треугольник — звезда).
Важными параметрами трансформаторов тока являются коэффициент трансформации и класс точности.
Источник
3.7. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
Измерение тока производится прибором, называемым амперметром. Существуют четыре схемы включения амперметра в цепь. Первые две (рис. 3.7.1) предназначены для измерения постоянного тока, а две вторые схемы — для измерения переменного тока.
Вторая и четвертая схемы применяются в тех случаях, когда номинальные данные амперметра меньше измеряемой величины тока. В этом случае при определении истинного значения тока нужно учитывать коэффициент преобразования:
где Iист — истинное значение тока, Iизм — измеренное значение тока, kпр — коэффициент преобразования. Измерение напряжения производится вольтметром. Здесь также возможны четыре различных схемы подключения прибора (рис. 3.7.2).
В этих схемах также используются методы расширения пределов измерения напряжения (вторая и четвертая схемы).
