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§ 6 Funktionsweise eines elektrischen Induktionszählers (für Elektriker).


Zu Beginn werde ich einen Auszug aus den Standard-Werksanweisungen für den Geräteinduktionszähler geben. Sofort werde ich Sie warnen, dass, wenn Sie nicht an der Fakultät für Elektrotechnik der Universität studiert haben, der folgende Text für Sie schwer sein wird. Selbst ich, als jemand, der die theoretischen Grundlagen der Elektrotechnik sorgfältig studiert hat, musste dieses Fragment 3-4 Mal neu lesen, um zu verstehen, was der Autor meinte. Es scheint, dass es auf Russisch geschrieben ist, und vom elektrischen Standpunkt aus scheint es keine Fehler zu geben, aber es ist so schwierig, dass es einfach keine Stärke gibt. Er schrieb einen zutiefst abstrusen theoretischen Professor oder Kandidaten. Nicht für Leute. Daher kann die Mehrheit derjenigen, die nicht so ausgefeilt sind, sofort ein Postskriptum lesen, in dem ich versucht habe, all dies in einer Landessprache zu sagen.

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

Induktionszählerblockdiagramm

Also, ein Auszug aus den Werksanweisungen:

Das Prinzip der Funktionsweise des Induktionszählers

Der Stromzähler ist ein elektrisches Messgerät zur Messung der Strommenge.
Das Funktionsprinzip von Induktionsvorrichtungen basiert auf der mechanischen Wechselwirkung von veränderlichen Magnetflüssen mit in dem beweglichen Teil der Vorrichtung induzierten Strömen. In dem Zähler wird einer der Ströme durch einen Elektromagneten erzeugt, dessen Wicklung auf die Netzspannung (in der Elektrizität gemessen wird) eingeschaltet wird. Diese Strömung kreuzt die bewegliche Aluminiumscheibe und induziert darin Wirbelströme, die um die Spannungsbahn des Elektromagnetpols geschlossen sind. Der zweite Strom wird durch einen Elektromagneten erzeugt, dessen Wicklung mit dem Stromkreis in Reihe geschaltet ist. Diese Strömung induziert in der Scheibe auch Wirbelströme, die um die Polspur ihres Elektromagneten geschlossen sind. Die Wechselwirkung der elektromagnetischen Flussspannung mit induzierten Strömen in dem Plattenstrom des Stromelektromagneten mit induzierten Strömen in der gleichen Plattenspannung, Elektromagnetspannung, verursacht andererseits elektromagnetische Kräfte, die entlang der Sehne der Platte gerichtet sind und ein Drehmoment erzeugen. Solche Zähler werden Double-Flow genannt.
Moderne Zähler sind Three-Threading, in denen das doppelte Drehmoment erzeugt wird, da der magnetische Fluss des Stromkreises zweimal die Aluminiumscheibe kreuzt.

Eine schematische Vorrichtung eines einphasigen Dreistrominduktionszählers mit einem tangentialen Magnetsystem ist in Fig. 1 gezeigt.

Schematische Vorrichtung des Induktionszählers

Abb. 1 Schematischer Geräteinduktionszähler.

Das magnetische System der Spannungsschaltung Su ist W-förmig entlang der Sehne der Scheibe angeordnet (daher der Name, im Gegensatz zum radialen System, wenn das magnetische System der Spannungsschaltung der U- förmigen Form entlang des Radius der Scheibe liegt) und hat Zweige C - magnetischen Nebenfluß und einen Gegenpol P mit seitlichen Kernstäben. Unter dem magnetischen System der Spannungsschaltung befindet sich ein U- förmiges magnetisches System der Stromschaltung 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 mehrgängige Spule aus dünnem Draht, die auf die Netzspannung U geschaltet ist . Der durch diese Wicklung fließende Strom Iu erzeugt einen gemeinsamen magnetischen Fluß F des gemeinsamen Spannungskreises, von dem ein kleiner Teil Fu , der als Arbeitsstrom bezeichnet wird, die Scheibe kreuzt und durch den Gegenpol P an den Seitenstäben des U-förmigen Kerns schließt. Der größte Teil der Strömung F total , ohne die Scheibe zu kreuzen, schließt sich durch die magnetischen Shunts W , die sich in zwei Teile ½ F w teilen . Dieser nicht arbeitende Strom Ä , wie unten gezeigt wird, ist notwendig, um die notwendige Verschiebung zwischen den Strömen u u und Ф i (dem inneren Winkel des Zählers) zu erzeugen.
Auf dem unteren Magnetsystem S i befindet sich eine Spule mit niedriger Windungszahl aus dickem Draht, die mit dem Laststromkreis I in Reihe geschaltet ist . Der magnetische Fluss Φ i kreuzt die Aluminiumscheibe zweimal und schließt sich entlang des magnetischen Nebenschlusses des oberen Kerns Ø und teilweise durch seine Seitenstäbe. Der unbedeutende, nicht arbeitende Teil der Strömung F i schließt, ohne die Scheibe zu kreuzen, durch den Gegenpol P. Diese Komponenten des Flusses fi sind in der Figur nicht gezeigt. Ein vereinfachtes Vektordiagramm des Messelements des Zählers ist in Fig. 2 für den allgemeinen Fall gezeigt, wenn der Laststrom der Spannung U um den Winkel j nacheilt .

Vektordiagramm

Abb. 2 Vektordiagramm des Induktionszählers.

Der magnetische Fluß Φ i , der durch den magnetischen Leiter hindurchgeht, erzeugt Verluste für Hysterese und Wirbelströme, wodurch der Flußvektor Φ i hinter dem Strom I zurückbleibt, der ihn um einen Winkel α 1 erzeugt hat . Typischerweise ist dieser Winkel klein (etwa 10 ° ) und wird verwendet, wenn der Zähler an der Innenecke eingestellt wird.
Die Spannungsspule weist eine große induktive Komponente auf, wodurch der Strom I hinter der an ihn angelegten Spannung U um einen Winkel von 70 ° nacheilt . Der Flux F liegt im Allgemeinen aufgrund von Hystereseverlusten und Wirbelströmen im Kern hinter dem Strom Iu , der ihn um einen Winkel α2 erzeugte , und die Flusskomponente dieses die Platte kreuzenden Flusses bleibt aufgrund zusätzlicher Wirbelstromverluste in der Aluminiumscheibe einem größeren Winkel nach. Der Phasenverschiebungswinkel Y zwischen den Strömungen Φ i und Φ u, damit das Messgerät korrekt arbeitet, muss gleich 90 ° sein , wie unten gezeigt wird.
In Abb. Fig. 3 zeigt eine Aluminiumscheibe mit Spuren der Pole des magnetischen Flusses Fu und der Flüsse + Fi und -Fi . Kreuze zeigen Strömungen für ein und denselben Zeitpunkt an, der vom Beobachter aus gerichtet ist und auf den Beobachter zeigt.

Abb. 3 Ströme im Disk-Zähler.

Die Strömung fu induziert in der Scheibe zs Wirbelströme, die dem Strom I 'entsprechen , Der Fluss Φ i , der die Scheibe zweimal umkreuzt, induziert äquivalente Ströme - I i ` , die um die Spuren " ihrer " Pole geschlossen sind.
Wie in der Antriebs-EMF induziert. Wenn wir annehmen, dass der Widerstand der Scheibe rein aktiv ist, stimmen die von ihnen in der Scheibe verursachten Ströme in Phase mit der EMK überein. und daher der Strömung, die sie erzeugte, auch in einem Winkel von 90 ° hinterherhinken. Die Richtung der induzierten Ströme wird durch die Regel des Gimlet bestimmt. Die Ströme, die durch die Strömung Φi induziert werden, die im Nachlauffeld des Pols Φu in einer Richtung fließt, werden addiert. Der induzierte Strom I u ' verläuft in dem Bereich der Spuren der Pole + F i und -F i und interagiert auch zweimal mit dem Fluß F i , was zu einer Erhöhung der elektromagnetischen Wechselwirkungskraft führt, und dies ist der Vorteil von Dreistrom-Magnetsystemen gegenüber Doppelstrom-Systemen.

Ps . Was bedeutet das alles? Wir werden aus einer anderen Quelle zitieren, es wird definitiv die erste Schlussfolgerung illustrieren:

Induktion über p elektrisches Messgerät, ein Gerät zur Messung elektrischer Größen in Wechselstromkreisen. Im Gegensatz zu elektrischen Geräten anderer Systeme, I. S. Kann in Wechselstromkreisen einer bestimmten Frequenz verwendet werden; Geringfügige Änderungen führen zu großen Anzeigefehlern. In der UdSSR verbreiteten sich Induktions-Amperemeter, Voltmeter nicht; Wattmeter seit den frühen 50er Jahren. 20 in. auch nicht verfügbar. Moderne Betriebssysteme werden nur als Zähler elektrischer Energie für einphasige und dreiphasige Wechselstromkreise der industriellen Frequenz (50 Hz ) hergestellt. Gemäß dem Wirkprinzip eines IC ist es einem asynchronen Elektromotor ähnlich: der Laststrom, der durch den Arbeitskreis des Geräts fließt, erzeugt ein sich bewegendes oder rotierendes Magnetfeld, das im beweglichen Teil einen Strom induziert und dessen Rotation verursacht. Gemäß der Anzahl von variablen Magnetflussinduktionsströmen in dem beweglichen Teil der Vorrichtung werden Einstrom- und Mehrstromströmungen unterschieden.

Konstruktiv besteht ein I. n. Aus einem magnetischen System, einem beweglichen Teil und einem Permanentmagneten. Das Magnetsystem enthält 2 Elektromagnete mit Kernen komplexer Form, auf denen die Wicklungen mit Parallel- und Reihenschaltung zum Lastkreis gelegt sind; der bewegliche Teil ist eine dünne Aluminium- oder Messingscheibe, die im Feld des Magnetsystems angeordnet ist; Permanentmagnet erzeugt ein Bremsmoment . I. n. Unempfindlich gegen den Einfluss von externen Magnetfeldern und haben eine erhebliche Überlastfähigkeit.

Lit .: Aluker Sh. M., Elektrische Messgeräte, 2. Aufl., M., 1966; Popov, V. S., Electrotechnical Measurements and Instruments, 7. Ausgabe, Moskau-L., 1963.

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

2. Und ich möchte auch den Moment auf einer Phrase aus der Werksanweisung hervorheben " Der Phasenverschiebungswinkel Y zwischen den Flüssen Φ i und Φ u, damit das Messgerät richtig funktioniert, muss gleich 90 ° sein "
Dies bedeutet, dass, damit das Messgerät nur aktive Energie berücksichtigt, die magnetischen Flüsse, die von der Spannungsspule und der Stromspule erzeugt werden, in der Phase um 90 Grad verschoben werden müssen. Zu diesem Zweck werden spezielle Shunts in den Zählern verwendet, die diesen Winkel regulieren. Über sie wird später diskutiert. Wenn die Shunts falsch konfiguriert sind, berücksichtigt das Messgerät zusätzlich zu der aktiven Blindleistung Energie oder berücksichtigt einfach nicht genau die Energie.