Всем привет! В прошлой статье мы разбирали устройство электролитического счётчика Эдисона. Несмотря на все свои недостатки, такие приборы учёта электроэнергии применялись до конца XIX века. Впоследствии их вытеснили с рынка более совершенные модели, о которых и пойдёт речь в этой статье.
Как устроен маятниковый счётчик
Принцип работы счётчика маятникового типа был разработан и описан в 1881 году, одновременно со счётчиком Эдисона. Право первенства на его изобретение принадлежит сразу двум американским инженерам Эйртону и Перри.
Однако, ничего не зная об этом, в 1884 году немецким изобретателем Ароном также был сконструирован «Pendelzähler» — маятниковый счётчик, который получил довольно широкое распространение. Рассмотрим его конструкцию подробнее.
Первые модели электросчётчика оснащались двумя отдельными маятниковыми часовыми механизмами. На рисунке ниже изображены основные элементы его конструкции. Под маятником правого часового механизма был расположен электромагнит, который был подключён к основной линии. Благодаря этому правый маятник, при прохождении тока по электромагниту начинал двигаться быстрее, чем левый маятник.
Для сравнения скоростей движения маятников применялась планетарная передача. Разница между показаниями двух механизмов и была количеством потреблённой электроэнергии, которая отображалась на циферблатах. Такие модели электросчётчиков требовали периодического завода пружин часовых механизмов.
В электросчётчиках поздних моделей, под каждым из маятников были установлены токовые катушки, которые были подключены противоположно. При этом, один маятник двигался быстрее, чем бы он двигался без нагрузки, а второй — медленнее. Также был установлен электрический завод пружин.
Счётчики позволяли измерять ватт-часы и ампер-часы, но обладали сложной конструкцией и высокой ценой, так как в них устанавливали два часовых механизма, и по-прежнему подходили только для постоянного тока.
Моторный счётчик. Устройство счетчика с двигателем
Другим направлением инженерной мысли стало использование мотора для определения количества потреблённого электричества. В 1889 году был разработан «Самопишущий ваттметр» американским инженером Томсоном. Счётчик был оснащён коллекторным электродвигателем.
Постоянный ток, протекавший через неподвижные катушки, создавал внутри них магнитное поле, в котором вращался якорь. Напряжение на него подавалось посредством коллектора через две щётки. Обмотка якоря была изготовлена из тонкой проволоки.
Обмотка была соединена последовательно с резистором, имевшим большое сопротивление, и подключалась к источнику тока, образуя постоянно включённую цепь. Ток в этой цепи был пропорционален разности напряжений между проводами.
Скорость вращения якоря зависела от силы тока в катушках, а также от силы тока в якоре, то есть от напряжения. Для поглощения энергии электродвигателя был применён тормоз, который состоял из металлического диска и постоянных магнитов. На оси якоря имелась винтовая передача, посредством которой приводился в движение счётный механизм, состоящий из нескольких циферблатов.
Важным условием являлась подача тока на ротор. Для этого применялся щёточный коллектор. Однако при его работе часть энергии расходовалась на трение и неизбежно образовывались искры.
Индукционный счётчик
Основой для создания индукционного счётчика стало открытие важного эффекта в 1885 году итальянским учёным Феррарисом. Примечательно, что это эффект был обнаружен в 1883 году американским изобретателем Теслой, а в 1888 году этот же эффект обнаружил американский изобретатель Шелленбергер, однако Феррарис получил патент первым.
Суть эффекта заключалась в том, что сплошной металлический диск или цилиндр будет вращаться, если на него воздействуют два поля переменного тока, не совпадающих по фазе.
В 1889 году венгерским инженером Блати были получены американский и германский патенты на «Электрический счётчик для переменных токов». Первые модели таких электросчётчиков выпускала компания Ganz, отличались весом в 23 кг.
Конструкция счётчика состояла из медного диска, который был закреплён на оси и помещался между полюсами электромагнитов N и Н, а также между полюсами постоянного магнита.
Электромагнит Н имел небольшое количество витков, по которым проходил ток нагрузки. Электромагнит N, наоборот, имел большое количество витков. Вместе электромагниты создавали переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, наводило в медном диске токи Фуко.
Благодаря небольшому количеству витков в обмотке Н, она обладает малой самоиндукцией. Поэтому при отсутствии индуктивной нагрузки, будут незначительно отличаться фазы тока и напряжения. В свою очередь, в обмотке электромагнита N, которая обладает большой самоиндукцией при небольшом сопротивлении, ток будет по фазе отставать от напряжения.
Это означает, что в различные моменты времени, в электромагнитах N и Н, будут достигаться максимумы и минимумы напряжения. Воздействие электромагнита Н на токи Фуко, которые наводятся в диске электромагнитом N, будет приводить к его вращению.
Через четверть периода магнитный поток электромагнита Н перейдёт через ноль, а в электромагните N магнитный поток будет максимальным, поэтому диск продолжит вращаться, преодолевая тормозящее действие постоянного магнита.
Заключение. Переход к современным счетчикам
Дальнейшая работа инженеров была направлена на улучшение конструкции прибора учёта электроэнергии. Для снижения трения были применены подшипники нового типа, также изменения позволили увеличить диапазон нагрузки, компенсировать влияние температуры. Среди новых моделей появились трёхфазные и многотарифные счётчики, а также счётчики для учёта активной и реактивной энергии.
Значительно увеличить функциональные возможности позволило внедрение электронных счётчиков. Это сделало возможным организацию автоматизированных систем контроля и учёта электрической энергии.
На современном этапе уже широко применяются интеллектуальные счётчики. Такие приборы учёта позволяют осуществлять автоматический съём и передачу данных, а также дистанционно отключать или включать подачу электроэнергии. Также благодаря применению современных технологий повышается устойчивость приборов учёта к различным видам воздействий с целью хищения электроэнергии.
Статьи на тему учета электроэнергии
------------------------------------
Статья заинтересовала? Лайк, подписка, комментарий!
Подписывайтесь на Дзен СамЭлектрик.ру и заходите на блог www.SamElectric.ru !
Внимание! Автор не гарантирует, что всё написанное на этой странице - истина. За ваши действия и за вашу безопасность ответственны только вы!
Подписывайтесь, чтобы комментировать. Пожалуйста, в комментариях будьте вежливы и уважайте мнение автора и читателей!
#электрика #энергетика #электроэнергия #счетчики #счетчик электроэнергии
