Energiemesser mit Phasenverschiebungseinrichtungen

Wir wissen, dass bei induktiven Energiemessern, um die Drehgeschwindigkeit proportional zur Leistung zu halten, „der Phasenwinkel zwischen Netzspannung und Druckspulenfluss 90° betragen sollte“. In der Praxis beträgt der Winkel zwischen Netzspannung und Druckspulenfluss jedoch nicht exakt 90°, sondern einige Grad weniger. Daher werden einige Phasenverschiebungseinrichtungen verwendet, um den Phasenversatzwinkel anzupassen. Betrachten wir dazu das nebenstehende Bild:

Im nebenstehenden Bild haben wir eine weitere Spule eingeführt, die sich auf dem zentralen Stab befindet und N Windungen hat. Diese Spule wird als Verzögerungsspule bezeichnet. Wenn wir die Netzspannung an die Druckspule geben, erzeugt sie den Fluss F. Dieser Fluss wird in zwei Teile geteilt, Fp und Fg. Der Fp-Fluss schneidet die bewegliche Scheibe und verbindet sich auch mit der Verzögerungsspule. Durch die Verzögerungsspule induziert sich eine Spannung El, die 90° hinter dem Fluss Fp zurückliegt. Auch Il liegt 90° hinter El zurück. Die Verzögerungsspule erzeugt einen Fluss Fl. Der resultierende Fluss, der die bewegliche Scheibe schneidet, ist die Kombination aus Fl und Fp. Der resultierende Wert dieses Flusses ist in Phase mit dem resultierenden mmf der Verzögerungs- oder Schattenspule, und der resultierende Wert des mmf der Schattenspule kann durch zwei Methoden angepasst werden.

1. Durch Anpassen des elektrischen Widerstands.

2. Durch Anpassen der Schattenringe.

Lassen Sie uns diese Punkte im Detail besprechen:
(1) Anpassung des Spulenwiderstands:

Wenn der elektrische Widerstand in der Spule hoch ist, ist der Strom gering und daher verringert sich das mmf der Spule, wodurch der Phasenversatzwinkel ebenfalls abnimmt. Wir müssen also den Widerstand verringern, und dies kann durch die Verwendung dickerer Drähte in den Spulen erreicht werden. So können wir den Phasenversatzwinkel indirekt durch die Anpassung des elektrischen Widerstands anpassen.
(2) Durch die Anpassung der Schattenringe nach oben und unten auf dem zentralen Stab können wir den Phasenversatzwinkel anpassen. Wenn wir die Schattenringe nach oben verschieben, umfassen sie mehr Fluss, wodurch die induzierte Spannung zunimmt und daher das mmf mit dem Anstieg des Phasenversatzwinkels zunimmt. Wenn wir die Schattenringe nach unten verschieben, umfassen sie weniger Fluss, wodurch die induzierte Spannung abnimmt und daher das mmf mit dem Abfall des Phasenversatzwinkels abnimmt. So können wir den Phasenversatzwinkel durch die Anpassung der Position der Schattenringe anpassen.

Reibungskompensation

Um Reibungskräfte zu kompensieren, müssen wir eine kleine Kraft in Richtung der Drehung der Scheibe anwenden. Diese angewendete Kraft sollte unabhängig von der Last sein, damit der Zähler auch bei geringer Last korrekt anzeigen kann. Allerdings führt eine Überkompensation der Reibung zu Kriechen. Kriechen kann definiert werden als die ständige Drehung der Scheibe nur durch die Energisierung der Druckspule, während kein Strom durch die Stromspule fließt. Um Kriechen zu vermeiden, werden zwei Löcher gebohrt, die sich diametral gegenüber auf der Scheibe befinden. Dadurch wird der effektive kreisförmige Wirbelstromweg der Scheibe verzerrt, wie in der Abbildung gezeigt. Auch wird das Zentrum der effektiven Wirbelstromwege von C zu C1 verschoben. Nun wird C1 zum äquivalenten magnetischen Pol, der durch diese Wirbelströme erzeugt wird, so dass die netto-Kraft auf der rotierenden Scheibe tendiert, C1 weiter vom Polachsenpunkt C wegzubewegen. Somit kriecht die Scheibe, bis das gebohrte Loch nahe am Rand des Pols erreicht, jedoch wird die weitere Drehung der Scheibe durch den entgegengesetzten Drehmoment, der durch den oben genannten Mechanismus erzeugt wird, gehindert.

Überlastkompensation

Unter Lastbedingungen bewegt sich die Scheibe kontinuierlich. Daher wird eine dynamisch induzierte Spannung erzeugt, die durch die Rotation entsteht. Aufgrund dieser Spannung entstehen Wirbelströme, die mit dem Serien-magnetfeld interagieren, um ein Bremsmoment zu erzeugen. Dieses Bremsmoment ist direkt proportional zum Quadrat des Stroms, wodurch es kontinuierlich zunimmt und die Drehung der Scheibe entgegenwirkt. Um die Erzeugung dieses selbstinduzierten Bremsmoments zu vermeiden, wird die Vollastdrehzahl der Scheibe so niedrig wie möglich gehalten, um das Bremsmoment zu reduzieren. Fehler bei Einphasenenergiezählern: Die durch beide Systeme (d.h. Antrieb und Bremse) verursachten Fehler sind wie folgt separat aufgeführt:

Fehler durch das Antriebssystem

1. Fehler aufgrund eines asymmetrischen Magnetkreises
   Wenn der Magnetkreis nicht symmetrisch ist, entsteht ein Antriebsmoment, das zu Kriechen des Zählers führt.

2. Fehler aufgrund eines falschen Phasenwinkels
   Wenn es keinen richtigen Phasenunterschied zwischen den verschiedenen Phasoren gibt, führt dies zu einer unrichtigen Drehung der Scheibe. Ein falscher Phasenwinkel ist auf eine unrichtige Phasenverschiebung, eine Temperaturabhängigkeit des Widerstands oder eine abnormale Frequenz der Netzspannung zurückzuführen.

3. Fehler aufgrund einer falschen Flussstärke
   Es gibt verschiedene Gründe für eine falsche Flussstärke, wobei die Hauptgründe abnormal hohe Werte von Strom und Spannung sind.

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