Катушка 2 расположена на среднем стержне сердечника 1, поэтому магнитный поток этой катушки ФU разветвляется на поток» Ф2 и Ф3, один из которых Ф2 , проходя по среднему стержню сердечника и участку 3 магнитной цепи, огибает диск и пересекает его.
Потоки Ф3 не пересекают диска прибора, так как замыкаются по боковым стержням сердечника 1.. Следовательно, поток Ф3 используют в сердечнике для создания необходимого угла сдвига фаз ψ между рабочими потоками Ф1 и Ф2.
Вращающий момент диска, создаваемый магнитными потоками Ф1 и Ф2. пропорционален произведению максимальных значений этих потоков и синусу угла сдвига фаз между ними:
где С1 - коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты переменного тока.
Так как можно считать, что магнитный поток Ф2 пропорционален напряжению U , т. е.
Ф2 = СU · U ,
и поток Ф1 пропорционален току нагрузки I , т. е.
Ф1 = С1 · I,
а синус угла сдвига фаз между этими потоками cos φ (см. рис. 3.6), то формулу (6) можно заменить выражжением
где cos
φ - коэффициент мощности потребителя;
Р - активная мощность;
С1 и
СU - коэффициенты пропорциональности.
Вихревые токи, возникающие в диске при вращении его в поле постоянных магнитов, пропорциональны частоте вращения диска nД(об/мин), поэтому противодействующий момент
МПР = Сд ·.nД
При вращении диска с равномерной скоростью его вращающий и противодействующий моменты равны, т. е.
МВР = МПР или
C P = Сд · nД
откуда частота вращения диска
Nд = С·Р / Сд.
Если диск за время t сделал n оборотов, то энергия А, полученная из сети потребителем за это время,
Таким образом, согласно (8), электроэнергия, учитываемая счетчиком, пропорциональна частоте вращения диска. Величина А/n = Сд / С получила название постоянной счетчика и представляет собой энергию, приходящуюся на один оборот диска.
Счетчик электроэнергии имеет счетный механизм, который связан червячной передачей с осью диска. По показаниям счетного механизма определяют количество электроэнергии, которое израсходовал потребитель.
К достоинствам индукционных счетчиков следует отнести их большую надежность в работе, значительную перегрузочную способность по току (-300%), незначительную чувствительность к внешним магнитным полям и большое значение вращающего момента.
Так как в уравнение (7) входит коэффициент С1, зависящий от частоты сети f индукционные приборы пригодны для переменного тока одной определенной частоты, что является в какой-то степени недостатком таких приборов. Другим недостатком можно считать зависимость показаний прибора от температуры окружающей среды: с повышением температуры окружающей среды увеличивается сопротивление прибора и уменьшаются вихревые токи, что приводит к уменьшению вращающего момента (примерно на 0,4% при нагревании на 1 ºС).
3.6. Методы измерения электрических величин
3.6.1. Измерение тока
Приборы, предназначенные для измерения тока, получили название амперметров. Приборы, рассмотренные в разделе 3.5 . могут служить для измерения и тока, и напряжения. При этом отличаются способы включения их в электрическую цепь и значение сопротивления измерительной цепи прибора. Амперметр включают в цепь таким образом, чтобы через него проходил весь измеряемый ток, т. е. последовательно. Сопротивление амперметра должно быть малым, чтобы в нем не происходило заметного падения напряжения.
Для измерения постоянного тока используют преимущественно амперметры магнитоэлектрической системы и реже приборы электромагнитной системы, а для измерения переменного тока частотой 50 Гц в основном применяют амперметры электромагнитной системы.
Непосредственное включение амперметра в цепь измеряемого тока не всегда возможно, так как в некоторых случаях измеряемый ток во много раз превосходит необходимый для полного отклонения подвижной системы прибора. В этих случаях при измерении постоянного тока параллельно амперметру включают шунт, через который проходит большая часть измеряемого тока (рис. 3.7)
Согласно первому закону Кирхгофа, максимальное значение измеряемого амперметром тока при наличии шунта
где I max - максимальное значение тока в цепи;
IAH - номинальное (предельное) значение тока амперметра в отсутствие шунта;
IШ - ток, проходящий через шунт.
Так как амперметр и шунт включены параллельно, то токи между шунтом и амперметром распределяются обратно пропорционально их сопротивлениям: