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§ 6 Wie ist ein elektrischer Induktionsmesser angeordnet (für Elektriker)?


Zunächst zitiere ich einen Auszug aus der Standard-Werksanleitung für den Bau eines Induktionsmessers. Ich werde Sie sofort warnen, dass der folgende Text für Sie schwierig sein 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 studierte, musste dieses Fragment 3-4 Mal neu lesen, um zu verstehen, was der Autor meinte. Es scheint, dass es in russischer Sprache geschrieben wurde, und aus elektrotechnischer Sicht gibt es keine Fehler, aber es ist so überraschend, dass es einfach keine Kräfte gibt. Er schrieb einen zutiefst abstrusen theoretischen Professor oder Kandidaten. Nicht für Leute. Daher kann die Mehrheit derjenigen, die nicht so anspruchsvoll sind, sofort das Nachskript lesen, in dem ich versucht habe, alles in Zivilsprache zu schreiben.

Um den für einen bestimmten Zeitraum verbrauchten Strom zu berechnen, müssen die Momentanwerte der Wirkleistung zeitlich integriert werden. Für ein sinusförmiges Signal ist die Leistung gleich dem Produkt aus Spannung und Strom im Netzwerk zu einem bestimmten Zeitpunkt. Jeder Stromzähler arbeitet nach diesem Prinzip. Die folgende Abbildung zeigt ein Blockdiagramm eines elektromechanischen Messgeräts.

Blockschaltbild des Induktionsmessers

Also ein Auszug aus der Werksanleitung:

Das Funktionsprinzip des Induktionsmessers

Ein Stromzähler ist ein Stromzähler zum Messen der Strommenge.
Das Funktionsprinzip von Induktionsvorrichtungen basiert auf der mechanischen Wechselwirkung alternierender magnetischer Flüsse mit Strömen, die im beweglichen Teil der Vorrichtung induziert werden. Im Zähler wird einer der Ströme von einem Elektromagneten erzeugt, dessen Wicklung an die Netzspannung angeschlossen ist (in der Elektrizität gemessen wird). Dieser Fluss kreuzt die bewegliche Aluminiumscheibe und induziert darin Wirbelströme, die sich um die Spur des Pols des Spannungselektromagneten schließen. Der zweite Strom wird von einem Elektromagneten erzeugt, dessen Wicklung in Reihe mit dem Stromkreis geschaltet ist. Dieser Fluss induziert auch Wirbelströme in der Scheibe, die um die Spur des Pols ihres Elektromagneten geschlossen sind. Die Wechselwirkung des Spannungselektromagnetstroms mit den induzierten Strömen in der Scheibe durch den Stromelektromagnetstrom mit den induzierten Strömen in derselben Scheibe durch den Spannungselektromagnetstrom verursacht andererseits elektromagnetische Kräfte, die entlang der Sehne der Scheibe gerichtet sind und ein Drehmoment erzeugen. Solche Zähler werden als Dual-Threaded bezeichnet.
Moderne Zähler haben drei Gewinde, bei denen ein doppeltes Drehmoment erzeugt wird, da der Magnetfluss des Stromkreises die Aluminiumscheibe zweimal kreuzt.

Ein schematisches Diagramm eines einphasigen Induktions-Drei-Durchflussmessers mit einem tangentialen Magnetsystem ist in Abb. 1 dargestellt.

Schematische Anordnung des Induktionsmessers

Abb. 1 Schematische Darstellung eines Induktionszählers.

Das Magnetsystem des Spannungskreises S u der U-Form befindet sich entlang der Sehne der Scheibe (daher der Name im Gegensatz zum Radialsystem, wenn sich das Magnetsystem des Spannungskreises der U- Form entlang des Radius der Scheibe befindet) und weist Zweige W auf, die den Magnetfluss und den Pol P magnetisch verbinden mit seitlichen Kernstangen. 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 der mittleren Stange des Ш-förmigen Kerns befindet sich eine Mehrfachwindungsspule aus dünnem Draht, die an die Netzspannung U angeschlossen ist . Der Strom I u , der durch diese Wicklung fließt, erzeugt einen gemeinsamen Magnetfluss Ф des allgemeinen Spannungskreises, von dem ein kleiner Teil Ф u , der als Arbeitsfluss bezeichnet wird, die Scheibe kreuzt und durch den gegenüberliegenden Pol P zu den Seitenstäben des U-förmigen Kerns schließt. Der größte Teil des Flusses Ф total , ohne die Scheibe zu kreuzen, schließt sich durch magnetische Shunts Ш und verzweigt sich in zwei Teile ½ Ф ш . Dieser nicht arbeitende Fluss Ф ш ist , wie unten gezeigt wird, notwendig, um die notwendige Verschiebung zwischen den Flüssen Ф u und Ф i (Innenwinkel des Zählers) zu erzeugen.
Auf dem unteren Magnetsystem S i befindet sich eine kleine Spule aus dickem Draht, die in der Laststromschaltung I in Reihe geschaltet ist . Der Magnetfluss Ф i kreuzt zweimal die Aluminiumscheibe und schließt sich entlang des Magnetshunts Ш des oberen Kerns und teilweise durch seine Seitenstangen. Der unbedeutende nicht arbeitende Teil der Strömung Ф i schließt sich, ohne die Scheibe durch den gegenüberliegenden Pol P zu kreuzen. Diese Komponenten des Flusses Ф i sind in der Figur nicht gezeigt. Ein vereinfachtes Vektordiagramm des Messgerätes ist in Fig. 2 für den allgemeinen Fall gezeigt, wenn der Laststrom der Spannung U um einen Winkel j nacheilt .

Vektordiagramm

Abb. 2 Vektordiagramm des Induktionszählers.

Der durch den Magnetkreis fließende Magnetfluss Φ i erzeugt darin Verluste für Hysterese und Wirbelströme, wodurch der Flussvektor Φ i hinter dem durch einen Winkel α 1 erzeugten Strom I zurückbleibt . Normalerweise ist dieser Winkel klein (ca. 10 ° ) und wird verwendet, wenn der Zähler entsprechend dem Innenwinkel eingestellt wird.
Die Spannungsspule hat eine große induktive Komponente, wodurch der Strom I u um einen Winkel von 70 ° hinter der an sie angelegten Spannung U zurückbleibt. Der Fluss Φ bleibt im Allgemeinen hinter dem Strom I u zurück , der ihn aufgrund von Hystereseverlusten und Wirbelströmen im Kern um einen Winkel α 2erzeugt hat , und die Komponente dieses Flusses Φ u , der die Scheibe kreuzt, bleibt aufgrund zusätzlicher Verluste an Wirbelströmen in der Aluminiumscheibe um einen größeren Winkel zurück. Der Phasenwinkel Y zwischen den Strömungen Ф i und Ф u für den korrekten Betrieb des Messgeräts sollte 90 ° betragen, wie nachstehend gezeigt wird.
In Abb. 3 zeigt eine Aluminiumscheibe mit Spuren der Pole des Magnetflusses & Dgr ; u und der Flüsse + & Dgr; i und & Dgr; i . Kreuze bezeichnen für denselben Moment Zeitflüsse, die vom Beobachter mit einem Punkt zum Beobachter gerichtet sind.

Abb. 3 Ströme in der Zählerscheibe.

Der Strom f u induziert z.s. Wirbelströme, die dem Strom I u `entsprechen , Wenn sich der Strom Ф i in der Scheibe um die Spur des Pols schließt und zweimal die Scheibe kreuzt, induziert er äquivalente Ströme - I i ` , die sich um die Spuren " ihrer " Pole schließen.
Da die EMK in der Scheibe induziert Wenn wir 90 ° hinter ihren Magnetflüssen annehmen, dass der Scheibenwiderstand rein aktiv ist, fallen die von ihnen in der Scheibe verursachten Ströme in Phase mit der EMK zusammen. und daher um einen Winkel von 90 ° hinter der Strömung zurückbleiben, die sie ebenfalls erzeugt hat. Die Richtung der induzierten Ströme wird durch die Regel des Gimlets bestimmt. Die Ströme, die durch den Fluss Ф i induziert werden, der im Bereich der Spur des Pols Ф u in einer Richtung fließt, werden addiert. Der induzierte Strom I u ` fließt im Bereich der Spur der Pole + Ф i und - Ф i und interagiert auch zweimal mit dem Fluss Ф i , was zu einer Erhöhung der elektromagnetischen Wechselwirkungskraft führt, und dies ist der Vorteil von Drei-Fluss-Magnetsystemen gegenüber Doppelfluss-Systemen.

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

Induktives elektrisches Instrument, ein Gerät zur Messung elektrischer Größen in Wechselstromkreisen. Im Gegensatz zu elektrischen Messgeräten anderer Systeme kann I. S. in Wechselstromkreisen einer bestimmten Frequenz verwendet werden; Die geringfügigen Änderungen führen zu großen Beweisfehlern. In der UdSSR erhielten Induktionsamperemeter und Voltmeter keine Verteilung; Wattmeter seit Anfang der 50er Jahre. 20 Jahrhundert auch nicht verfügbar. Moderne Industrieelektronik wird nur als elektrische Energiezähler für einphasige und dreiphasige Wechselstromkreise mit Industriefrequenz (50 Hz ) hergestellt. Nach dem Funktionsprinzip ähnelt eine Induktivität einem asynchronen Elektromotor: Der Laststrom, der entlang des Arbeitskreises der Vorrichtung fließt, erzeugt ein sich bewegendes oder rotierendes Magnetfeld, das einen Strom im beweglichen Teil induziert und dessen Drehung verursacht. Durch die Anzahl der magnetischen Wechselflüsse, die im beweglichen Teil der Vorrichtung Strom induzieren, werden Single-Threaded und Multi-Threaded I. p.

Strukturell besteht ein Magnetfeld aus einem Magnetsystem, einem beweglichen Teil und einem Permanentmagneten. Das Magnetsystem enthält 2 Elektromagnete mit komplexen Kernen, auf denen Wicklungen mit Parallel- und Reihenschaltung zum Lastkreis angeordnet sind; bewegliches Teil - eine dünne Aluminium- oder Messingscheibe im Feld des Magnetsystems; Ein Permanentmagnet erzeugt ein Bremsmoment . Und. Gegenstände sind unempfindlich gegenüber dem Einfluss externer Magnetfelder und haben eine erhebliche Überlastfähigkeit.

Lit.: Aluker Sh. M., Elektrische Zähler, 2. Aufl., M., 1966; Popov V.S., Electrical Measurements and Instruments, 7. Auflage, M.-L., 1963.

1. Das heißt, ein Induktionsmesser ist von Natur aus ein trivialer Asynchronmotor und kann sich wie jeder Motor in die eine oder andere Richtung drehen. Dazu reicht es aus, die Richtung des Stroms in einer seiner Wicklungen zu ändern.

2. Und ich möchte auch den Moment an einer Phrase aus der Werksanleitung hervorheben: " Der Phasenwinkel Y zwischen den Flüssen Ф i und Ф u, damit das Messgerät richtig funktioniert, muss 90 ° betragen. "
Dies bedeutet, dass der von der Spannungsspule und der Stromspule erzeugte Magnetfluss um 90 Grad phasenverschoben sein muss, damit das Messgerät nur aktive Energie berücksichtigt. Zu diesem Zweck werden in den Zählern spezielle Shunts verwendet, die diesen Winkel einstellen. Über sie wird später gesprochen. Wenn die Shunts nicht richtig konfiguriert sind, berücksichtigt das Messgerät zusätzlich zur aktiven Energie die Blindleistung, oder es ist einfach ungenau, die Energie zu berücksichtigen.