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§ 6 Funktionsweise eines elektrischen Induktionsmessers (für Elektriker).


Zunächst gebe ich einen Auszug aus der Standard-Werksanleitung für den Geräteinduktionszähler. Ich warne Sie sofort davor, dass der folgende Text Ihnen schwer fallen wird, wenn Sie nicht an der Fakultät für Elektrotechnik der Universität studiert haben. Sogar ich als Person, die die theoretischen Grundlagen der Elektrotechnik sehr sorgfältig studiert hat, musste dieses Fragment 3-4 Mal neu lesen, um zu verstehen, was der Autor meinte. Es scheint, dass es in russischer Sprache geschrieben ist, und aus elektrischer Sicht scheint es keine Fehler zu geben, aber es ist schwierig, so dass es einfach keine Stärke gibt. Er schrieb einen zutiefst abstrusen theoretischen Professor oder Kandidaten. Nichts für Leute. Aus diesem Grund kann die Mehrheit derjenigen, die nicht so anspruchsvoll sind, sofort ein Postskriptum lesen, in dem ich versucht habe, dies alles in einer bürgerlichen Sprache zu formulieren.

Um die über einen bestimmten Zeitraum verbrauchte elektrische Energie zu berechnen, müssen die Momentanwerte der Wirkleistung über die Zeit integriert werden. Für ein sinusförmiges Signal ist die Leistung gleich dem Produkt der Spannung des Stroms im Netzwerk zu einem bestimmten Zeitpunkt. Nach diesem Prinzip kann jeder Meter elektrische Energie. Die folgende Abbildung zeigt ein Blockdiagramm eines elektromechanischen Zählers.

Induktionszähler Blockschaltbild

Also ein Auszug aus der Werksanleitung:

Das Funktionsprinzip des Induktionszählers

Der Stromzähler ist ein elektrisches Messgerät zur Messung der Strommenge.
Das Funktionsprinzip von Induktionsgeräten beruht auf der mechanischen Wechselwirkung variabler magnetischer Flüsse mit Strömen, die im beweglichen Teil des Geräts induziert werden. Im Zähler wird einer der Ströme von einem Elektromagneten erzeugt, dessen Wicklung auf die Netzspannung (in der Strom gemessen wird) geschaltet wird. Diese Strömung durchquert die bewegliche Aluminiumscheibe und induziert darin Wirbelströme, die um den Spannungsverlauf des Elektromagnetpols herum geschlossen werden. Der zweite Strom wird von einem Elektromagneten erzeugt, dessen Wicklung mit dem Stromkreis in Reihe geschaltet ist. Diese Strömung induziert in der Scheibe auch Wirbelströme, die sich um die Polspur ihres Elektromagneten schließen. Die Wechselwirkung eines Spannungselektromagneten mit induzierten Strömen in einer Scheibe, eines Stroms eines Stromelektromagneten mit induzierten Strömen in derselben Scheibe, eines Spannungselektromagneten, verursacht andererseits elektromagnetische Kräfte, die entlang der Sehne der Scheibe gerichtet sind und ein Drehmoment erzeugen. Solche Zähler werden Doppelfluss genannt.
Moderne Zähler sind Dreiflußzähler, bei denen das doppelte Drehmoment erzeugt wird, weil der Magnetfluß des Stromkreises die Aluminiumscheibe zweimal kreuzt.

Eine schematische Vorrichtung eines Einphasen-Induktions-Dreiflußmessers mit einem tangentialen Magnetsystem ist in Fig. 1 gezeigt.

Schematische Vorrichtung des Induktionszählers

Abb. 1 Schaltplan Geräteinduktionszähler.

Das Magnetsystem des Spannungskreises S u ist entlang der Sehne der Scheibe W-förmig angeordnet (daher der Name, anders als das Radialsystem, wenn das Magnetsystem des Spannungskreises der U- förmigen Form entlang des Radius der Scheibe angeordnet ist) und weist Verzweigungen C - Nebenschlussmagnetfluss und einen magnetisch gebundenen Gegenpol P auf mit Seitenkernstangen. Unter dem Magnetsystem des Spannungskreises befindet sich ein U - förmiges Magnetsystem des Stromkreises S i .
In der Lücke zwischen diesen Systemen befindet sich eine bewegliche Aluminiumscheibe D. Auf dem mittleren Kern des W-förmigen Kerns befindet sich eine Multiturn-Spule aus dünnem Draht, die auf die Netzspannung U geschaltet wird . Der Strom I u , der durch diese Wicklung fließt, erzeugt einen gemeinsamen Magnetfluss F des gemeinsamen Spannungskreises, von dem ein kleiner Teil F u , der als Arbeitsfluss bezeichnet wird, die Scheibe kreuzt und sich durch den Gegenpol P an den Seitenstangen des U-förmigen Kerns schließt. Der größte Teil des Flusses F total wird , ohne die Scheibe zu kreuzen, durch die magnetischen Nebenschlüsse W geschlossen und verzweigt sich in zwei Teile ½ F w . Dieser nicht arbeitende Strom Ф ш ist , wie unten gezeigt wird, notwendig, um die notwendige Verschiebung zwischen den Strömen Ф u und Ф i (dem Innenwinkel des Zählers) zu erzeugen.
Auf dem unteren Magnetsystem S i befindet sich eine Spule mit niedriger Windung aus dickem Draht, die mit dem Laststromkreis I in Reihe geschaltet ist . Der magnetische Fluss Φ i durchquert die Aluminiumscheibe zweimal und schließt sich entlang des magnetischen Shunts des oberen Kerns Ш und teilweise durch seine Seitenstangen. Der unbedeutende nicht arbeitende Teil der Strömung Fi schließt sich, ohne die Scheibe zu überqueren, durch den Gegenpol P. Diese Komponenten der Strömung fi sind in der Figur nicht dargestellt. Ein vereinfachtes Vektordiagramm des Messelements des Messgeräts ist in 2 für den allgemeinen Fall gezeigt, dass der Laststrom der Spannung U um den Winkel j nacheilt .

Vektordiagramm

Abb. 2 Vektordiagramm des Induktionszählers.

Der durch den Magnetleiter fließende Magnetfluss magnetic i erzeugt Hystereseverluste und Wirbelströme in ihm, wodurch der Flussvektor Φ i dem Strom I , der ihn erzeugt hat, um einen Winkel α 1 nacheilt . In der Regel ist dieser Winkel klein (ca. 10 ° ) und wird beim Einstellen des Zählers an der Innenecke verwendet.
Die Spannungsspule weist einen großen induktiven Anteil auf, wodurch der Strom I u der an ihr anliegenden Spannung U um einen Winkel von 70 ° nacheilt . Der Fluss F eilt im Allgemeinen dem Strom I u , der ihn erzeugt hat, aufgrund von Hystereseverlusten und Wirbelströmen im Kern um einen Winkel & agr; 2nach, und die Flusskomponente f u, die die Scheibe kreuzt, eilt aufgrund zusätzlicher Wirbelstromverluste in der Aluminiumscheibe einem größeren Winkel nach. Der Phasenverschiebungswinkel Y zwischen den Strömen Φ i und Φ u, damit der Zähler ordnungsgemäß funktioniert, muss 90 ° betragen, wie nachstehend gezeigt wird.
In Abb. 3 zeigt eine Aluminiumscheibe mit Spuren der Pole des magnetischen Flusses Fu und der Flüsse + Fi und -Fi . Kreuze zeigen vom Beobachter gerichtete Flüsse für ein und denselben Zeitpunkt auf den Beobachter.

Abb. 3 Ströme im Scheibenzähler.

Der Fluss von fu induziert in der Scheibe zs Wirbelströme, die dem Strom I u 'entsprechen , Wenn sich die Scheibe um die Polspur schließt, induziert der Fluss Φ i , der die Scheibe zweimal kreuzt, die äquivalenten Ströme - I i ` , die sich um die Spuren " ihrer " Pole schließen.
B. in der Antriebs-EMK induziert. Wenn wir davon ausgehen, dass der Widerstand der Scheibe rein aktiv ist, fallen die von ihnen in der Scheibe verursachten Ströme in Phase mit der EMK zusammen. und daher auch in einem Winkel von 90 ° hinter der Strömung zurückzubleiben, die sie erzeugt hat. Die Richtung der induzierten Ströme wird durch die Gimlet-Regel bestimmt. Die durch die Strömung i induzierten Ströme, die im Nachlauffeld des Pols u in einer Richtung verlaufen, werden addiert. Der induzierte Strom I u ' fließt im Bereich der Polspuren + F i und -F i und wechselwirkt auch zweimal mit dem Fluss F i , was zu einer Erhöhung der elektromagnetischen Wechselwirkungskraft führt, und dies ist der Vorteil von Magnetsystemen mit drei Strömen gegenüber solchen mit zwei Strömen.

Ps . Was bedeutet das alles? Lassen Sie uns aus einer anderen Quelle zitieren, es wird definitiv die erste Schlussfolgerung veranschaulichen:

Induktionsgerät ist ein elektrisches Messgerät, ein Gerät zur Messung elektrischer Größen in Wechselstromkreisen. Im Gegensatz zu elektrischen Geräten anderer Systeme kann I. S. in Wechselstromkreisen mit einer bestimmten Frequenz verwendet werden. geringfügige Änderungen führen zu großen Lesefehlern. In der UdSSR verbreiteten sich Induktions-Amperemeter und Voltmeter nicht. Wattmeter seit Anfang der 50er Jahre. 20 in. auch nicht verfügbar. Moderne Betriebssysteme werden nur als Stromzähler für einphasige und dreiphasige Wechselstromkreise mit industrieller Frequenz (50 Hz ) hergestellt. Nach dem Wirkprinzip eines IC ist es analog zu einem Asynchron-Elektromotor: Der Laststrom, der durch den Arbeitskreis des Geräts fließt, erzeugt ein magnetisches Wander- oder Drehfeld, das einen Strom im beweglichen Teil induziert und dessen Drehung verursacht. Entsprechend der Anzahl der variablen Magnetflüsse, die Strom in dem sich bewegenden Teil der Vorrichtung induzieren, werden Einfluss- und Mehrflussindizes unterschieden.

Konstruktiv besteht ein I. n. Aus einem Magnetsystem, einem beweglichen Teil und einem Permanentmagneten. Das Magnetsystem enthält 2 Elektromagnete mit komplex geformten Kernen, auf denen Wicklungen mit Parallel- und Reihenschaltung zum Lastkreis angeordnet sind. das bewegliche Teil ist eine dünne Aluminium- oder Messingscheibe, die im Bereich des Magnetsystems angeordnet ist; Permanentmagnet erzeugt Bremsmoment . I. n. Unempfindlich gegen den Einfluss äußerer Magnetfelder und mit erheblicher Überlastfähigkeit.

Lit .: Aluker Sh. M., Elektrische Messinstrumente, 2. Aufl., M., 1966; Popov, V. S., Electrotechnical Measurements and Devices, 7. Auflage, Moscow-L., 1963.

Das heißt, ein Induktionszähler ist von Natur aus ein banaler Asynchronmotor und kann sich wie jeder andere Motor in die eine oder andere Richtung drehen. Es reicht aus, die Richtung des Stroms in einer seiner Wicklungen zu ändern.

2. Und ich möchte auch den Moment auf einen Satz aus der Werksanleitung betonen: " Der Phasenverschiebungswinkel Y zwischen den Strömen Φ i und Φ u, damit der Zähler ordnungsgemäß funktioniert, muss 90 ° betragen ."
Das heißt, damit der Zähler nur Wirkenergie berücksichtigt, müssen die von der Spannungsspule und der Stromspule erzeugten Magnetflüsse um 90 Grad phasenverschoben werden. Zu diesem Zweck werden in den Zählern, die diesen Winkel regeln, spezielle Shunts verwendet. Über sie wird später gesprochen. Wenn die Shunts falsch konfiguriert sind, berücksichtigt der Zähler zusätzlich zur Wirk- und Blindleistung die Energie oder berücksichtigt sie einfach nicht genau.