конструкції ватметрів
Як правило електродинамічні ватметри через їх відносну складність і досить високу вартість виготовляють тільки в якості лабораторних переносних приладів вищих класів точності 0,5; 0,2; 0,1. Електродинамічні переносні ватметри випускають у вигляді многопредельних приладів, що мають зазвичай 2 межі по струму і кілька меж по напрузі.
Розглянемо два типи многопредельних ватметрів: шестіпредельний ватметр Д57 класу 0,1 і шестіпредельний ватметр Д566 класу 0,2.
Однофазний ватметр типу Д57 випускають в 4 модифікаціях, що мають різні межі по струму 0,5 / 1а; 2 / 4а; 2,5 / 5а; 5 / 10а. Всі чотири модифікації мають три межі по напрузі: 75, 150 і 300 в. Номінальна область частот цих приладів 40-60 гц. У схемі приладу передбачені температурна і частотна компенсації.
Вимірювальні котушки, що застосовуються в приладі, круглі. Рамка - безкаркасні, намотана алюмінієвим дротом. Нерухомі котушки виконані на пластмасових каркасах мідним дротом.
Особливістю ваттметра Д57 є дворядкова шкала. Її довжина дорівнює 600 мм. Для відліку в дворядкового шкалою в приладі застосований спеціальний світловий покажчик у вигляді двох однакових проекційних систем, розташованих симетрично щодо осі рухомої частини. Завдяки застосуванню оптичної системи відліку покажчик знаходиться в одній площині зі шкалою, що повністю усуває похибку від паралакса. Відлік свідчень виробляється з високою точністю.
На рис. 9, а приведена принципова схема ваттметра Д57, а на рис. 9, б - схема оптичного відлікового пристрою.
Ватметр типу Д57 застосовується в якості зразкового пріборапрі точних лабораторних вимірах.
На рис.10, а представлений зовнішній вигляд, а на ріс.10,6 - принципова схема ваттметра типу Д566. Ватметр Д 566 має 6 модифікацій на різні межі по струму. Всі модифікації шестіпредельние: два межі по струму і три по напрузі. Номінальна область частот 45-500 гц, розширена - до 1500 гц. Рамки приладів виконані алюмінієвим дротом, а нерухомі котушки мідним. У ватметр Д566 застосовані щіткові перемикачі поворотного типу. Всього перемикачів 2. Один перемикає межі по напрузі, а другий межі по струму і одночасно може змінювати напрямок струму в нерухомих котушках.
Струм в рамках ватметрів Д57 і Д566 дорівнює 30 ма (за винятком 15 ма лля Д566 / 16).
Ватметр використовується в якості лабораторного приладу і при випробуваннях та налаштування складних і точних електротехнічних пристроїв.
Особливості конструкції однофазних лічильників
електричний потужність ток ватметр
Вище вже згадувалися деякі особливості конструкції лічильників, що випливають із загальних принципів їх роботи. Потужність кола змінного струму, як відомо дорівнює:
ф - кут зсуву фаз між струмом і напругою.
Для того щоб крутний момент лічильника виявився пропорційний потужності необхідно дотримання умови cosф = sin | /. Ця умова дотримується при | / = 90 ° -ф, тому що sin (90 ° -ф) = соsф.
При ф = 0 (струм в навантаженні збігається по фазі з напругою) ця умова перетворюється в | / = 90 °, тобто при відсутності зсуву фаз між струмом і напругою зрушення фаз між робочими потоками і напруги повинен становити 90 °. Ця умова виконується за рахунок спеціальної конструкції електромагнітів напруги і струму.
На рис. 11 зображені електромагніт напруги електролічильника СО-5 і його векторна діаграма. Загальний магнітний потік Фu0, створюваний струмом Iu, розділяється на робочий потік Ф U і неробочий ФL, так як він викликає потеріне тільки в осерді, а й в спеціально-вводимом короткозамкненим витку і в диску. З векторної діаграми видно, що робочий потік Ф U відстає по фазі від напруги на кут в> 90 °. Така величина Р необхідна для досягнення 90- градусного зсуву фаз між Ф U і ФL.
Вказане значення в може бути досягнуто тільки за умови, що неробочий потік ФL багато більше робочого потоку Ф U (зазвичай в 3-5 разів). А також завдяки введенню спеціального короткозамкнутого витка, що створює додаткові втрати на шляху робочого потоку напруги. Напруга U, прикладена до обмотки електромагніту напруги, врівноважується ЕРС ЕU0, индуктируемой повним потоком Фu0, і активним падінням напруги
де ru - активний опір обмотки.
Електрорушійна сила ЕU0 складається з двох складових Еu і El, індукованих відповідно робітникам і неробочим потоками.
На рис. 12 а і б зображені електромагніт струму лічильника СО-5 і його векторна діаграма. Через обмотку електромагніту пропускається струм навантаження I. намагнічуватися сила цієї обмотки створює змінний ФI0, який поділяється на дві складові ФI- робочий потік і ФS- неробочий потік. Повний потік ФI0 створюватиме Є.Д.С. Ео, що йде на покриття втрат у муздрамтеатрі, диску і короткозамкнених витках і відстаючу про ФI0 на 90 °. Струм I а, що йде на покриття цих втрат, в сумі з намагнічує струмом IН дає повний струм I. Для визначення повного падіння напруги на затискачах котушки струму необхідно до реактивної складової падіння напруги Нею додати активну складову втрат в міді Ua. При розкладанні повного магнітного потоку електромагніту струму на складові необхідно врахувати, що неробочий потік замикається крім диска і тому має на своєму шляху менші активні втрати, ніж робочий потік, який двічі перетинає диск. Внаслідок цього робочий потік відстає від повного струму на більший кут, ніж неробочий струм, як це і показано на рис. 7-5. Кут б1 між повним струмом і робочим потоком струму носить назву кута втрат і має велике значення в роботі лічильника. Зокрема, для регулювання зсуву фаз між робочими потоками струму і напруги в багатьох конструкціях лічильників використовується зміна кута втрат за допомогою зміни опору, на яке замикається спеціальна обмотка, що поміщається на осерді електромагніту струму. Таке регулювання є і в лічильнику СО-5 і показана на рис 12.
Повна векторна діаграма індукційного лічильника виходить накладенням один на одного векторних діаграм електромагнітів напруги і струму. На рис.9 представлена спрощена векторна діаграма лічильника для випадку, коли ф = 0 (навантаження у споживача чисто активна) і вектор струму збігається за напрямком з вектором напруги. На спрощеній векторній діаграмі показані тільки вектори струму I і напруги U, вектори повного і робочого потоків Фu0 і Ф U і вектор робочого потоку струму Фi. У разі, коли кут ф # 63; 0 (навантаження не чисто активна), векторна діаграма принципово залишається такою ж, тільки вектор струму і пов'язані з ним вектори повного і робочого магнітних потоків струму відповідно повернуться на кут ф стосовно вектору напруги.
Досягнення умови | / = 90 ° можливо тільки за рахунок того, що велика частина загального потоку електромагніту напруги не перетинає диск лічильника і, отже, не використовується для створення крутного моменту приладу.
Іншою особливістю конструкції лічильників є необхідність створення додаткового компенсаційного моменту, котрий залежить від величини струму. Найбільш загальним прийомом створення такого моменту є поділ робочого магнітного потоку напруги на дві частини, зміщені по фазі і розділені в просторі.
Для досягнення цього використовуються різні конструктивні прийоми. Так, наприклад, в лічильнику СО-5 короткозамкнений виток, показаний на рис. 11, виконується несиметрично. В результаті та частина робочого потоку, яка перетинає ділянку короткозамкнутого витка, який має менший опір, буде відставати по фазі більше, ніж інша частина потоку, опір на шляху якої більше, а втрати відповідно менше. Різниця в фазах цих потоків призведе до того, що з'явиться додатковий компенсаційний момент, значення якого буде пропорційно квадрату напруги.
Інший поширений спосіб створення компенсаційного моменту полягає в тому, що асиметрично основному полюсу сердечника електромагніту напруги поміщається додатковий полюс, положення якого здебільшого можна змінювати в процесі регулювання лічильника. Вихрові потоки трансформаторного походження, що наводяться в диску робочим потоком напруги Ф U, намагничивают додатковий полюс. Створюючи в ньому магнітні потоки. Взаємодія цього потоку з основним робочим потоком напруги створює, як в звичайному двухпоточном індукційному механізмі, що обертає момент, який, як і в попередніх випадку, пропорційний квадрату напруги. У лічильнику СО-5 за першим способом створюється постійний нерегульований компенсаційний момент.
Другий спосіб використовується для створення додаткового компенсаційного моменту і значення і знак якого змінюються в процесі регулювання.
Компенсаційний момент компенсує не тільки момент тертя. Але і нелінійність характеристики матеріалу сердечника електромагніту струму при малих значеннях індукції. В результаті цього компенсаційний момент завжди більше моменту тертя. Тому, навіть коли струм в навантаженні дорівнює нулю, диск сердечника буде обертатися, хоча і дуже повільно. Це явище носить назву "самохід". Нормативними документами на лічильники (ГОСТ 6570-60 і рекомендації Міжнародної організації законодавчої метрології) самохід у лічильників не допускається.
Для ліквідації самоходу застосовуються різні антісамоходние пристрої, які створюють гальмуючий момент, що діє не постійно, а лише при певному диска лічильника. Ці пристрої виконуються або у вигляді сталевого гачка, укріпленого на осі лічильника і притягивающегося до залізної платівці, намагніченою полями розсіювання електромагніту напруги, або у вигляді отвору в диску, при перетині цим отвором робочого потоку напруги частина потоку, що проходить через цей отвір, виявляється зрушено на менший кут, тому що втрати на його шляху менше, і тому створюється гальмівний момент. Антісмоходний момент вибирається таким, щоб він в сумі з моментом тертя перевершував компенсаційний момент. Тоді буде забезпечено відсутність самоходу.
Однак поряд з вимогою відсутності самоходу до лічильників пред'являється ще й вимога забезпечення необхідного порога чутливості. Порогом чутливості або просто чутливістю лічильника називається мінімальне значення струму, при якому диск лічильника починається безупинно обертатися. Поріг чутливості лічильника повинен бути не більше 0,5% IН для лічильника класу точності 2,0 і не більше 1% IН для лічильників класу 2,5 ГОСТ (6570-60). Очевидно, що для забезпечення необхідного порога чутливості потрібно, щоб компенсаційний момент в сумі з обертовим моментом при струмі чутливості перевищував би момент тертя в сумі з антісамоходним моментом. Ця умова виконується тим надійніше, чим менше частка компенсаційного моменту, яка припадає на компенсацію нелінійності сердечника, і, отже, чим менше антісамоходний момент.
Як приклад конструкції лічильника розглянемо конструкцію лічильника СО-5. Лічильник СО-5 є модифікацією лічильника СО-2 і випускається Московським заводом експонометрів приладів. Вільнюський завод електролічильників випускає лічильник СО-2М, який також є модифікацією лічильника СО-2. Конструктивно всі названі лічильники мало відрізняються один від одного, тому сказане про лічильнику СО-5 відноситься і до решти лічильників. Сімейство лічильників СО-2 виготовляється в кількості кілька мільйонів штук і є найбільш поширеним типом лічильників.
Загальний вигляд лічильника показаний на рис.14. Вимірювальний механізм лічильника СО-5 монтується на сталевий штампованою стійці. До стійки кріпляться електромагніти струму і напруги, гальмівний магніт, верхня і нижня опори рухомої частини і рахунковий механізм. Стійка з вимірювальним механізмом поміщається в пластмасовий корпус, що складається з цоколя і кожуха. В оглядовому вікні кожуха розташовується щиток приладу, в прорізах якого видно цифри барабанчиков рахункового механізму і диск лічильника. На щиток наносяться паспортні дані лічильника: достатня кількість, номер ГОСТ, заводський номер лічильника, рік виготовлення і т.д. У нижній частині цоколя, званої клеммовие коробкою, розташовуються затискачі, службовці для підключення лічильника в ланцюг. Клеммовие коробка закривається пластмасовою клеммовие кришкою.
Гальмівний магніт лічильника двухпоточного типу - його магнітний потік дважжди перетинає диск. Магніт відлитий з високоерцітівного сплаву ЮНД-4. Магніт прикріплений до сталевого ярму, на яке замикається його магнітний потік. Між полюсами магніту розташована пластина із спеціального сплаву з негативним температурним коефіцієнтом магнітної проникності. Ця пластина служить для зменшення впливу зміни температури навколишнього середовища на похибки лічильника. Гальмівний магніт має можливість переміщатися уздовж радіусу диска лічильника. При цьому змінюється плече, до якого прикладається гальмівне зусилля, що створюється магнітом, і відповідно змінюється гальмівний момент. Лічильник регулюється таким чином, щоб дійсна постійна лічильника виявилася рівною номінальною постійної із заданим ступенем точності. Це регулювання здійснюється зміною значення гальмівного моменту. Нижня опора рухомої частини лічильника виконана у вигляді сталевої кульки з хромової сталі, завальцован в спеціальний утримувач, прикріплений до осі диска. Шарик обертається по сферичному підп'ятниках з агату або корунду, така пара забезпечує малий момент тертя і порівняно високу зносостійкість. Опори такого типу витримують 5-7 млн. Оборотів без істотного зносу. Це відповідає приблизно 8 років роботи лічильника в звичайних умовах.
Верхня опора виконана у вигляді латунної втулки, одягненою на вісь диска, крізь яку проходить тонка сталева голка, закріплена в спеціальному тримачі, укріпленому на стійці. Так як робоче положення осі лічильника вертикальне, то основне навантаження припадає на нижню опору. Верхня опора врівноважує тільки відносно невеликі бічні сили, які викликаються, по-перше, тим, що при додаванні зусиль, що діють на диск від крутного моменту і гальмівного магнітів, крім моменту виникає ще й сила. тому зусилля не паралельні, і, по-друге, незбалансованістю диска. У зв'язку з тим, що бічні зусилля не великі, знос верхнього подпятника незначний і забезпечує досить довгий термін служби.
Рухома частина лічильника виконана у вигляді алюмінієвого диска завтовшки 1,2-1,5 мм діаметром близько 90 мм. Диск кріпиться до алюмінієвої осі товщиною 2,5 мм. На вісь надівається сталевий гачок, який є антісамоходним пристроєм, а латунний черв'як, службовець для передачі обертання диска рахунковому механізму. Вага рухомої частини лічильника СО-5-17 м Лічильний механізм рис.15 є інтегруючим елементом лічильника і здійснює підрахунок числа обертів диска. У лічильнику СО-5 застосований барабанний рахунковий механізм з горизонтальною віссю 3 барабанчиков. Цифрові барабанчики 2 виконані у вигляді циліндрів на бічній поверхні яких нанесено по 10 цифр. Барабанчики пов'язані між собою неполнозубним цевочного зачепленням 4 таким чином, що одному обороту барабанчика молодшого рада відповідає поворот наступного барабанчика на 1/10 частину обороту. Завдяки цевочного зачеплення поворот барабанчиков здійснюється дискретно: у момент закінчення цілого обороту барабанчиком відбувається поворот наступного за ним зліва барабанчика на 1/10 обороту, тобто на одну цифру. В рахунковому механізмі встановлено п'ять барабанчиков. Перший барабанчик враховує десяті частки кіловатгодини, цифри на інших барабанчиках відповідають цілим кіловатгодини. Барабанчики пов'язані з віссю диска триступінчатим редуктором, перший ступінь якого 1 є черв'як-шестерня, дві інші щаблі - зубчасті передачі 6. Коефіцієнт передачі редуктора вибирається таким, щоб свідчення барабанчиков виходили в кіловатгодини без будь-яких додаткових множників. Конструкція лічильника СО-5 відображає специфіку масового виробництва. У лічильнику застосовується багато штампованих деталей, широко використані пластмаси, зокрема лиття під тиском з полімерних пластмас. Литтям з полімерів виготовляються барабанчики і трібкі 5 рахункового механізму, каркас котушки електромагніту напруги, корпус верхнього підшипника і ряд інших деталей. За метрологічних характеристик лічильник СО-5 відноситься до класу точності 2,5 згідно з ГОСТ 6570-60; його чутливість не нижче 1% номінального струму. Максимальний струм, до якого гарантується точність лічильника, становить 300% IН.