Badanie licznika indukcyjnego jednofazowego 7 DOC

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA

LABORATORIUM METROLOGII

ĆWICZENIE NR

TEMAT:

SPRAWDZANIE LICZNIKA INDUKCYJNEGO JEDNOFAZOWEGO

ZESPÓŁ :

ROGOWSKI ROBERT
ŚLIWA KRZYSZTOF
STĘPIEŃ GRZEGORZ

DATA:

1997-11-26

OCENA:

WEAiI

Wykaz przyrządów

jednofazowy licznik energii elektrycznej 1200 obr/kWh; I_N=5 A; U_N=220 V
autotransformator I_N=10 A; U_N=0 - 250 V
transformator
przesuwnik fazowy
woltomierz elektromagnetyczny U_N= (150, 300 ) V kl. 0,5
amperomierz elektromagnetyczny I_N= ( 5, 10 ) A kl. 0,5
watomierz U_N= (100, 200, 400 ) V I_N= ( 5, 10 ) A kl. 0,5
miernik uniwersalny UNI 11E kl.2,5 I_N=10 mA magnetoelektryczny prostownikowy
rezystor 2,1 oma 8 A
rezystor 9 omów
rezystor 5200 omów 0,16 A

Cel ćwiczenia

Obliczenie błędów licznika indukcyjnego i ich analiza.

Część teoretyczna

Licznik energii elektrycznej jest przyrządem służącym do pomiaru zużycia energii elektrycznej. W obwodach jednofazowych prądu przemiennego powszechnie używane są liczniki działające na zasadzie mierników indukcyjnych dwustrumieniowych.

Organ ruchomy ( tarcza aluminiowa ) wykonuje w okresie pomiaru energii pewną liczbę obrotów N, proporcjonalną do wartości zmierzonej energii.

Jeśli powyższe równanie podzieli się obustronnie przez czas, powstanie zależność:

czyli

z której wynika, że dla prawidłowej pracy licznika jest konieczne, aby prędkość obrotowa organu ruchomego była proporcjonalna do mocy czynnej prądu P. Przy spełnieniu tego warunku, w czasie pomiaru t , tarcza licznika wykona nt obrotów, a energia dostarczona wyniesie Pt, czyli

Współczynnik proporcjonalności między rzeczywiście wykonaną liczbą obrotów N a wartością energii przeprowadzonej przez licznik W nazywa się stałą rzeczywistą licznika.

Stała rzeczywista zależy od właściwości pomiarowych przetwornika elektromechanicznego i może być zmieniana w pewnych granicach przez odpowiednie nastawienie. Może ulegać również zmianom pod wpływem zmieniających się warunków pomiaru lub na skutek zużycia przyrządu Rzeczywista stałą licznika wyznaczaliśmy doświadczalnie w specjalnym układzie pomiarowym obciążając licznik określoną mocą P. i mierząc czas t, w jakim organ ruchomy wykona całkowitą liczbę obrotów N.

Stała znamionowa licznika C_LN jest to liczba obrotów jaką musi wykonać organ ruchomy aby stan liczydła zmienił się o jedną jednostkę. Jest ona podana na tabliczce znamionowej licznika i powinna jak najmniej odbiegać od stałej rzeczywistej.

Aby przetwornik wskazywał proporcjonalnie do wartości mocy czynnej musi wytwarzać następujący moment napędowy:

a więc

Tarczę licznika przenikają dwa przemienne strumienie magnetyczne:

proporcjonalny do napięcia:

proporcjonalny do prądu:

Oddziaływując na siebie wytwarzają moment napędowy wyrażający się wzorem:

gdziejest kątem przesunięcia fazowego między strumieniami

Z powyższych zależności wynika ostatecznie, że przy ustalonej pulsacji moment napędowy wynosi:

Innym ważnym momentem stojącym na straży naszego portfela jest moment hamujący. Wytwarzany jest przez magnes trwały obejmujący nabiegunnikami tarczę obrotową. Podczas obracania się indukują się w tarczy prądy wirowe, które współdziałają ze strumieniem magnetycznymdając moment hamujący.

Poprzez regulację promienia r lub strumienia , za pośrednictwem bocznika magnetycznego, dostraja się stałą rzeczywistą licznika do stałej znamionowej.

Przy stałej prędkości obrotowej tarczy momenty hamujący i napędowy pozostają w równowadze.

Na poniższym rysunku widoczna jest budowa jednofazowego licznika indukcyjnego po zdjęciu płyty nośnej i obudowy

Objaśnienia:

rdzeń strumienia napięciowego

uzwojenie napięciowe

uzwojenie prądowe

tarcza

magnes trwały

liczydło

nastawianie momentu kompensującego tarcie

ekran bocznika

blaszka hamulca

chorągiewka hamulca

przekładnia

nastawianie momentu hamującego

zaciski przewodów łączących

Błąd pomiaru energii wyraża się wzorem:

W praktyce dla wyznaczania błędu wprowadza się czas t₀ potrzebny do wykonania przyjętej liczby obrotów N tarczy licznika obliczony ze stałej licznika oraz czas t , w którym tarcza wirnika wykonała N obrotów przy stałej wartości mocy, czyli:

Czas t₀ obliczamy ze wzoru:

Za najważniejsze przyczyny błędów powstających w czasie pomiaru uważa się:

niedokładne wyregulowanie kąta między strumieniami
dodatkowe momenty hamujące
tarcie
bieg jałowy
częstotliwość odmienna od normalnej

Błędy wynikające z niespełnienia warunku są nieduże dla , zwiększają się natomiast znacznie wraz ze wzrostem kąta przesunięcia fazowego. Dlatego tez licznik musi być wzorcowany przy i

Dodatkowe momenty hamujące daje współdziałanie wzbudzonych prądów pod biegunami ustroju napięciowego i prądowego z ich własnymi strumieniami magnetycznymi i . zależą one od i oraz od prędkości obrotowej tarczy. Wpływ dodatkowego momentu hamującego od można łatwo usunąć podczas wzorcowania licznika przez odpowiednie ustawienie magnesu trwałego, ponieważ napięcie licznika jest stale. Wpływ dodatkowego momentu hamującego obwodu prądowego zmniejsza się poprzez zastosowanie bocznika magnetycznego rdzenia prądowego nasycającego się dla określonych natężeń prądu. Pełna kompensacja dodatkowego momentu hamującego jest niemożliwa ze względu na zmiany obciążenia.

Wpływ tarcia eliminuje się poprzez wytworzenie dodatkowego momentu napędowego, który powstaje w wyniku naruszenia symetrii strumienia napięciowego . Asymetrie tą osiąga się np. przez wkręcenie w rdzeń metalowej śrubki.

Wzrost napięcia poza wartość nominalną może spowodować uruchomienie tarczy licznika, mimo że obwód prądowy jest rozwarty. Jest to tzw. bieg jałowy Momentem napędowym powodującym bieg jałowy , jest moment , który służy do kompensacji tarcia. W celu zapobieżenia biegowi jałowemu wyposaża się licznik w cienki stalowy drucik w formie chorągiewki umocowanej poziomo do osi tarczy.

Zmiany częstotliwości sieci mają duży wpływ na wskazania licznika ale tych nie da się wyeliminować.

Opracowanie wyników pomiarów

Pomiar błędów licznika

Układ pomiarowy:

Tabela pomiarów:

											t₀	t	N
L.p			c_V	U		c_A	I		c_W	P	s	s	obr.
		dz.		V	dz.		A	dz.		W
1.	1	220	1	220	1	0,5	0,5	5,5	20	110	115,9	120	4,25	-3,42
2.	1	220	1	220	2	0,5	1	11	20	220	133,6	120	9,8	11,33
3.	1	220	1	220	5	0,5	2,5	27	20	540	72,2	60	13	20,33
4.	1	220	1	220	10	0,5	5	54,5	20	1090	72,9	60	26,5	21,5
5.	1	220	1	220	10	1	10	54	40	2160	41,7	30	26	39
6.	0,5	220	1	220	1	0,5	0,5	3	20	60	150	196	3	-23,5
7.	0,5	220	1	220	2	0,5	1	5,5	20	110	81,8	77	3	6,23
8.	0,5	220	1	220	5	0,5	2,5	13,5	20	270	55,6	46	5	20,87
9.	0,5	220	1	220	10	0,5	5	27	20	540	55,6	45	10	23,56
10.	0,5	220	1	220	10	1	10	55	20	1100	54,5	45	20	18,48

Wykres błędów w funkcji obciążenia

Badanie rozruchu

Pomiar przeprowadzono przy =1 , prądzie i znamionowym napięciu 220V. Watomierz wskazał 85 W, a licznik wykonał dwa obroty w ciągu 73 sekund.

Z obliczenia t₀= 70,59 s

Błąd dla takiej wartości prądu wynosi: =-3,3

Badanie biegu jałowego

Przy odłączonym obwodzie i znamionowym napięciu tarcza stale wykonywała obroty.

Wnioski

Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że badany licznik wskazuje za mało, zwłaszcza w górnym zakresie obciążenia. Można temu zaradzić zwiększając moment hamujący np.przez regulacje bocznika. Pomiary dla =1 i małych obciążeń obarczone są błędem spowodowanym tym, że liczyliśmy obroty tarczy przy stałym, założonym wcześniej czasie. Praktycznie licząc obroty można je ocenić z dokładnością ok. 1/4 obrotu. Bardziej miarodajne są wyniki pomiarów podczas ktorych liczba obrotów była założona wcześniej a dokładnie został zmierzony czas.

Próba rozruchu wypadła pomyślnie. Licznik ma wystarczająco małe opory ruchu aby reagować na małe prądy. Również błąd w tym zakresie pracy jest bardzo mały.

Niepomyślnie zaś powiodło się badanie biegu jałowego Tarcza wykonywała obroty mimo odcięcia obwodu prądowego. Prawdopodobnie uszkodzona została tzw. chorągiewka pozwalająca wykonać w takim przypadku najwyżej pół obrotu.

Podsumowując, z punktu widzenia użytkownika energii zainstalowanie takiego licznika byłoby dla niego bardzo korzystne. Jedynie w zakresie bardzo małych prądów ponosiłby straty ale przy przeciętnym użytkowaniu nie miałoby to dużego znaczenia.