Многоэлементные индукционные счетчики

Двухэлементные счетчики используются для учета активной энергии в трехфазных трехпроводных цепях переменного тока. Двухэлементный счетчик содержит два индукционных механизма, диски которых закреплены на одной оси. Общий вращающий момент равен алгебраической cуммме вращающих моментов отдельных механизмов. Такие счетчики обозначаются САЗ или САЗУ.

Трехэлементные счетчики СА4, СА4У используются для учета активной энергии в трехфазных четырехпроводных цепях, а счетчики СРУ, СР4У - для учета реактивной энергии в трехфазных трехпроводных или четырехпроводных цепях.

Включение измерительных элементов двухэлементных счетчиков, предназначенных для учета активной энергии в трехпроводных цепях, производится по схемам включения двух ваттметров для измерения активной мощности. На рис. 10.27 показана схема включения счетчика непосредственного включения САЗ. Отличие включения счетчика САЗУ заключается в использовании измерительных трансформаторов для запитки обмоток тока и (или) обмоток напряжения.

1 2 3

А ^{Г Н Г Н}

Рис.10.27. Схема включения двухэлементного счетчика САЗ.

1 _Г 2 _Н _Г 3 _Н 0

A Г Н

Рис.10.28. Схема включения трехэлементного счетчика СА4 в

четырехпроводную цепь.

Подключение трехэлементного счетчика СА4 для измерения активной энергии в трехфазной четырехпроводной цепи показано на рис. 10.28. Счетчик включается аналогично включению трех ваттметров для измерения активной мощности.

Счетчики реактивной энергии СР4 включаются в трехпроводную или четырехпроводную трехфазную цепь по методу включения на замененное напряжение аналогично включению ваттметров при измерении реактивной мощности. На рис. 10.29 показано включение счетчика СР4 в трехпроводную цепь.

1 2 3

А ^{Г Н Г Н Г Н}

Рис.10.29. Схема включения трехэлементного счетчика СР4 при

измерении реактивной энергии в трехпроводной цепи.

10.6. Измерение фазового сдвига.

Существует несколько принципов измерения фазового сдвига между двумя электрическими величинами. Чаще всего измеряют фазовый угол φ или cosφ между напряжением и током нагрузки.

Электромеханические фазометры. Для измерения фазы используются электродинамические и ферродинамические логометры. Однофазный электродинамический фазометр содержит неподвижную и две подвижные катушки, закрепленные на оси под углом 60° - рис. 10.30. Неподвижная катушка 1 запитывается током нагрузки, т.е. I₁=I_H. I₂ в подвижной катушке 2 совпадает по фазе с напряжением U₁, поэтому фазовый сдвиг между векторами токов I₁ и I₂ равен искомому углу φ.

2 3

1 I₁=I_н U

I₁=I_н

I₃ I₂ I₂

R₃ R₂

~ U φ ψ I₃

L Z_н

а) б)

Рис.10.30. Однофазный логометрический фазометр:

а) схема; б) – временная диаграмма.

Фазовый сдвиг между U и I₃ или, что тоже самое, между токами I₂ и I₃ за счет индуктивности выполняется равным ф-60" С. Поэтому фазовый сдвиг между токами Ii и Ь равен 60°- φ. Противодействующий момент создается самими катушками. Равновесие подвижной части логометра наступит при угле поворота α равном φ. Шкала градуируется непосредственно в значениях φ или cos φ. Точность измерения достигает 0,5 % и мало зависит от колебаний напряжения U. Недостатком логометрического фазометра является большая потребляемая мощность - до 10 ВА.

Трехфазный логометрический фазометр строится подобно однофазному, но фазовые сдвиги между токами в обмотках получают более просто за счет 120-градусного сдвига между фазами - рис. 10.31. Такой прибор дает правильные показания только в трехфазной цепи с симметричными токами и напряжениями. Если цепь несимметрична, то измеряют фазовый сдвиг в каждой фазе при помощи однофазного фазометра.

Рис. 10.31. Трехфазный логометрический фазометр.

U₁

УО₁ Ф₁ ДЦ₁ S T

U₂

УО₂ Ф₂ ДЦ₂ R

а)

U₁ U₂

t t

Ф₁ Ф₂

t t

ДЦ₁ ДЦ₂

б)

Рис. 10.32. Электронный фазометр: а) – блок-схема;

б) – временная диаграмма.

Электронные фазометры широко используются для измерения фазового сдвига между двумя периодическими напряжениями одной частоты. Структурная схема такого фазометра и временная диаграмма, поясняющая его работу, показаны на рис. 10.32. Фазометр содержит два канала, управляющие состоянием триггера Т. Каждый канал содержит последовательно соединенные усилитель-ограничитель УО, формирователь Ф и дифференцирующую цепь ДЦ. Длительность стояния триггера Т в состоянии лог. 1 пропорциональна фазовому сдвигу между напряжениями U₁ и U₂ .

При наличии двухлучевого или двухканального осциллографа можно замерить фазовый сдвиг между двумя сигналами методом линейной развертки. В этом случае на экране осциллографа создается изображение двух сигналов. Замерив по шкале экрана расстояние между двумя равнофазовыми точками обоих сигналов ab и период сигнала ас, вычисляют фазовый угол φ=360 ab/ac - рис. 10.33.

U U₁ U₂

^a^b^c t

Рис.10.33. Измерение фазового сдвига методом линейной развертки.

Электронно-лучевым осциллографом можно также замерять фазовый сдвиг между двумя синусоидальными напряжениями методом эллипса. Для этого первое напряжение U₁ подается на вход вертикального

b d

c a

Рис. 10.34. Измерение фазового сдвига методом эллипса.

отклонения Y, а второе U₂ - на вход горизонтального отклонения X. На экране осциллографа возникает фигура Лиссажу в виде эллипса - рис. 10.34 Замерив отрезки ab и cd вычисляют значение фазового угла:

Таким образом можно измерить фазовый угол в пределах от 0 до 90° без определения знака.

Цифровые фазометры строятся на базе преобразователей угла во временной интервал, например, по схеме рис. 10.32, и дальнейшего преобразования этого интервала в цифровую форму путем заполнения его определенным числом импульсов опорной частоты.

Измерение частоты.

В электротехнической практике приходится иметь дело с электрическими сигналами, частота которых простирается от долей герца до десятков гигагерц. Существует большой спектр приборов, измеряющих частоту, каждый из которых работает в определенном диапазоне частот.

Простейшими показывающими частотомерами являются электромеханические частотомеры, строящиеся на базе электромагнитных или электродинамических измерительных механизмов. Рабочий диапазон частот таких приборов 20 - 2500 Гц.

Вибрационный (резонансный) частотомер представляет собой разновидность электромагнитного механизма. Напряжение измеряемой частоты подводится к неподвижной катушке электромагнита. В поле этого электромагнита находится ряд стальных пластинок, консольно закрепленных в неподвижном основании. Свободный конец пластин колеблется под действием переменного поля. Собственная частота колебаний пластин различна, поэтому с наибольшей амплитудой колеблется пластина, частота собственных колебаний которой соответствует удвоенной частоте входного сигнала. Вибрационные частотомеры имеют узкие диапазоны измерения (45-55 Гц, 450 -550 Гц) и относительную точность не хуже 1 %.

I I₁ I₂

I₁ I₂

U_x

0 f

б)

а)

Рис.10.35. Электромагнитный логометрический частотомер:

а) схема; б) – диаграмма токов.

Логометрический частотомер строится на базе электромагнитного или электродинамического логометра. Имеют узкий диапазон измерения, порядка 10 % от средней частоты, погрешность 0,5 - 2,5 %. Работают при напряжениях от 36 до 380 В, потребляют мощность до 10 Вт. На рис. 10.35 показана схема электромагнитного логометрического частотомера. Токи I₁ и I₂ в цепях логометра распределяются обратно пропорционально полным сопротивлениям цепей, которые зависят от частоты. Параметры цепей подобраны так, что при f_X=f_H токи I₁ и I₂ в цепях логометра равны и указатель прибора занимает среднее положение. При f_X < f_H ток I₁ возрастает, а I₂ уменьшается и стрелка отклоняется влево. При f_X>f_H I₁ уменьшается, I₂ увеличивается и стрелка отклоняется вправо.

R УФ t

U_C

УФ V₁ V₂ + t

ЭК E I_cp

— I_V1 t

Т_н

а) б)

Рис.10.36. Конденсаторный частотомер: а) – схема;

б) – временная диаграмма.

Электронные конденсаторные частотомеры используются в диапазоне частот от 20 Гц до 500 кГц. Точность измерения составляет 0,5 - 2,5%. Преимущество электронных частотомеров - работа на сигналах любой формы и высокое входное сопротивление. Вариант реализации конденсаторного частотомера показан на рис. 10.36. Здесь входной сигнал формируется усилителем-формирователем УФ, управляющим состоянием электронного ключа ЭК в цепи заряда конденсатора С. При положительной

полуволне ключ ЭК замкнут и конденсатор заряжается через резистор R до напряжения Е. Ток заряда протекает через диод V₁ и электромагнитный измерительный прибор, который покажет среднее значение тока:

I_ср = ЕС/ Т_х = СЕ f_х .

За вторую полуволну входного сигнала конденсатор успевает разрядиться.

Метод фигур Лиссажу используется для измерения частоты синусоидального напряжения. По этому методу на вход Y вертикального отклонения осциллографа подается измеряемое напряжение, а на вход X горизонтального отклонения - напряжение известной частоты f₀. Если отношение f_x/f₀ представляет собой целое число, то на экране осциллографа изображается устойчивая замкнутая фигура, по которой судят об отношении частот. Погрешность определяется точностью задания опорного сигнала f₀.

N_X = 4

N_Y = 4

Рис. 10.37. Фигура Лиссажу при измерении частоты.

Например, на экране получилось изображение, показанное на рис.
10.37. Подсчитываем максимальное число точек пересечения с вертикальной N_Y и горизонтальной N_X прямой. В нашем случае N_Y = 4; N_X= 4. Отсюда

N_X

f_x= f₀ —— = l,0 f₀ .

N_Y

Метод круговой развертки осциллографа также используется для измерения частоты синусоидального сигнала по отношению к частоте f₀ другого синусоидального сигнала. По этому методу напряжение U₀ от генератора синусоидальных сигналов подают на вход Y непосредственно, а на вход Х - со сдвигом на 90^o. При этом луч вычерчивает на экране круг. Сигнал измеряемой частоты f_x подается на сетку электронно-лучевой трубки. Этот сигнал вызовет прерывание окружности круга. По числу прерываний судят о соотношении f_x/ f₀. Так, при f_x= f₀на экране будет вычерчена полуокружность (одно прерывание), а при f_х/f₀=2 будут вычерчены две дуги по четверть окружности (два прерывания).