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§ 6 Comment un compteur électrique à induction est-il disposé (pour les électriciens).


Pour commencer, je citerai un extrait des instructions d’usine standard pour la construction d’un compteur à induction. Je vous préviens immédiatement que si vous n’étudiez pas à la Faculté de génie électrique de l’Université, le texte suivant vous sera difficile. Même moi, en tant que personne qui a étudié très attentivement les bases théoriques du génie électrique, j'ai dû relire ce fragment 3 à 4 fois pour comprendre ce que l'auteur voulait dire. Il semble que cela ait été écrit en russe et, d’un point de vue électrotechnique, il n’ya pas d’erreurs, mais il est tellement surprenant qu’il n’y ait simplement aucune force. Il a écrit un professeur théoricien ou un candidat profondément abstrus. Pas pour les gens. Par conséquent, la majorité de ceux qui ne sont pas si sophistiqués peuvent immédiatement lire le post-scriptum, dans lequel j'ai essayé de tout exprimer en langage civil.

Pour calculer l'énergie électrique consommée pendant une certaine période, il est nécessaire d'intégrer les valeurs instantanées de la puissance active dans le temps. Pour un signal sinusoïdal, la puissance est égale au produit de la tension et du courant dans le réseau à un moment donné. Tout compteur d'énergie électrique fonctionne sur ce principe. La figure ci-dessous montre un schéma fonctionnel d'un compteur électromécanique.

Schéma fonctionnel du compteur à induction

Donc, un extrait des instructions d'usine:

Le principe de fonctionnement du compteur à induction

Un compteur d'électricité est un compteur électrique permettant de mesurer la quantité d'électricité.
Le principe de fonctionnement des dispositifs à induction repose sur l'interaction mécanique de flux magnétiques alternatifs avec des courants induits dans la partie mobile du dispositif. Dans le compteur, l’un des flux est créé par un électroaimant dont le bobinage est connecté à la tension du secteur (dans laquelle l’électricité est mesurée). Ce flux traverse le disque en aluminium mobile et y induit des courants de Foucault qui se ferment autour de la trace du pôle de l'électroaimant de tension. Le deuxième flux est créé par un électro-aimant dont l'enroulement est connecté en série au circuit de courant. Cet écoulement induit également des courants de Foucault dans le disque, qui se ferment autour de la trace du pôle de leur électroaimant. L'interaction de l'écoulement de l'électroaimant de tension avec les courants induits dans le disque par l'écoulement de l'électroaimant de courant avec les courants induits dans le même disque par l'écoulement de l'électroaimant de tension, en revanche, provoque des forces électromagnétiques dirigées le long de la corde du disque et génère un couple. Ces compteurs sont appelés double thread.
Les compteurs modernes sont à trois filets, dans lesquels un double couple est créé en raison du fait que le flux magnétique du circuit actuel traverse deux fois le disque en aluminium.

La figure 1 montre un diagramme schématique d'un débitmètre à trois flux à induction monophasé avec un système magnétique tangentiel.

Disposition schématique du compteur à induction

Fig. 1 Dispositif schématique d'un compteur à induction.

Le système magnétique du circuit de tension Su de la forme en U est situé le long de la corde du disque (d'où le nom, contrairement au système radial, lorsque le système magnétique du circuit de tension de la forme en U est situé le long du rayon du disque) et comporte des branches W - shuntant le flux magnétique et le pôle P , connectés magnétiquement avec tiges latérales. Sous le système magnétique du circuit de tension se trouve un système magnétique en forme de U du circuit de courant S i .
Dans l’espace entre ces systèmes se trouve un disque D en aluminium déplaçable . Une bobine multi-spires de fil mince, connectée à la tension de secteur U, est située sur la tige médiane du noyau en forme de . Le courant I u traversant cet enroulement crée un flux magnétique commun Ф du circuit de tension générale , dont une petite partie, appelée flux de travail, traverse le disque et se ferme à travers le pôle opposé P aux tiges latérales du noyau en forme de U. La majeure partie du flux Ф total , sans traverser le disque, est fermée par des shunts magnétiques , se ramifiant en deux parties ½ Ф ш . Comme nous le verrons plus loin, ce flux non fonctionnel Ф ш est nécessaire pour créer le décalage nécessaire entre les flux Ф u et Ф i (angle interne du compteur).
Sur le système magnétique inférieur S i, il y a une bobine de petit fil de gros fil connectée en série dans le circuit de courant de charge I. Le flux magnétique Ф i traverse deux fois le disque en aluminium et se ferme le long du shunt magnétique du noyau supérieur et partiellement à travers ses tiges latérales. Une partie négligeable du flux working i qui ne fonctionne pas se ferme, sans traverser le disque, par le pôle opposé P. Ces composants du flux Ф i ne sont pas représentés sur la figure. Un diagramme vectoriel simplifié de l'élément de mesure de compteur est représenté sur la figure 2 pour le cas général où le courant de charge est en retard sur la tension U d'un angle j .

Diagramme vectoriel

Fig. 2 Schéma vectoriel du compteur à induction.

Le flux magnétique Ф i traversant le circuit magnétique crée des pertes dans celui-ci pour les hystérésis et les courants de Foucault, de sorte que le vecteur de flux Ф i est à la traîne du courant I créé par un angle α 1 . Habituellement, cet angle est petit (environ 10 ° ) et est utilisé lors du réglage du compteur en fonction de l'angle interne.
La bobine de tension a un composant inductif important, de sorte que le courant I u est en retard par rapport à la tension U qui lui est appliquée d’un angle de 70 ° . Le flux Φ est généralement en retard sur le courant I u qui l'a généré d'un angle α 2dû aux pertes d'hystérésis et de courants de Foucault dans le noyau, et la composante de ce flux Φ u traversant le disque est décalée d'un angle plus important en raison de pertes supplémentaires en courants de Foucault dans le disque d'aluminium. L'angle de phase Y entre les débits Ф i et Ф u pour le bon fonctionnement du compteur doit être égal à 90 ° , comme indiqué ci-dessous.
Sur la Fig. La figure 3 montre un disque en aluminium avec traces des pôles du flux magnétique Ф u et des flux + Ф i et - Ф i . Les croix désignent pour le même moment les flux dirigés par l'observateur, avec un point pour l'observateur.

Fig. 3 Courants dans le compteur.

Le flux f u induira z.s. courants de Foucault équivalents au courant I u ` , En se fermant dans le disque autour de la trace du pôle, le flux Ф i , traversant le disque deux fois, induira des courants équivalents - I i ` , se fermant autour des traces de " leurs " pôles.
Depuis la force électromotrice induite dans le disque 90 ° derrière leurs flux magnétiques, si nous supposons que la résistance du disque est purement active, les courants qu’ils provoquent dans le disque coïncideront en phase avec la force électromotrice. et, par conséquent, en retard par rapport au flux qui les a générés également d'un angle de 90 ° . La direction des courants induits est déterminée par la règle de la vrille. Les courants induits par le flux Ф i passant dans la région de la trace du pôle Ф u dans une direction sont ajoutés. Le courant induit I u ` passe dans la région de la trace des pôles + Ф i et - Ф i et interagit également deux fois avec le flux Ф i , ce qui entraîne une augmentation de la force d'interaction électromagnétique, ce qui constitue l'avantage des systèmes magnétiques à trois flux par rapport aux systèmes à double flux.

PS Alors, que signifie tout ce qui précède? Nous citons une autre source, cela illustrera certainement la première conclusion:

Instrument électrique inductif , un dispositif de mesure de grandeurs électriques dans des circuits alternatifs. Contrairement aux instruments de mesure électriques d'autres systèmes, I. P. peut être utilisé dans des circuits à courant alternatif d'une fréquence spécifique; ses changements mineurs conduisent à de grandes erreurs de preuve. En URSS, les ampèremètres à induction et les voltmètres ne sont pas distribués; wattmètres depuis le début des années 50 20 siècle également pas disponible. Les appareils électroniques industriels modernes ne sont fabriqués que comme des compteurs d'énergie électrique pour les circuits à courant alternatif monophasés et triphasés à fréquence industrielle (50 Hz ). Selon le principe de fonctionnement, un inducteur est similaire à un moteur électrique asynchrone: le courant de charge, passant le long du circuit de travail du dispositif, crée un champ magnétique mobile ou rotatif qui induit un courant dans la pièce mobile et provoque sa rotation. Par le nombre de flux magnétiques variables induisant un courant dans la partie mobile du dispositif, à filetage unique et à filetage multiple, I. p.

Structurellement, un champ magnétique comprend un système magnétique, une pièce mobile et un aimant permanent. Le système magnétique contient 2 électroaimants à cœurs complexes sur lesquels sont placés des enroulements à connexion parallèle et en série au circuit de charge; partie mobile - disque mince en aluminium ou en laiton placé dans le champ du système magnétique; un aimant permanent crée un couple de freinage . Et. Les articles sont insensibles à l'influence des champs magnétiques externes et ont une capacité de surcharge importante.

Lit.: Aluker Sh. M., Compteurs électriques, 2e éd., M., 1966; Popov V.S., Electrical Measurements and Instruments, 7e éd., M. —L., 1963.

1. Autrement dit, un compteur à induction est un moteur asynchrone trivial et, comme tout moteur, il peut tourner dans un sens ou dans l’autre. Pour ce faire, il suffit de changer la direction du courant dans l'un de ses enroulements.

2. Et je voudrais aussi accentuer le moment sur une phrase de l'instruction d'usine " L'angle de phase Y entre les débits Ф i et Ф u pour que le compteur fonctionne correctement doit être de 90 ° ,"
Cela signifie que pour que le compteur ne prenne en compte que l’énergie active, le flux magnétique généré par la bobine de tension et la bobine de courant doit être déphasé de 90 degrés. Pour ce faire, des shunts spéciaux sont utilisés dans les compteurs, qui ajustent cet angle. À leur sujet sera discuté plus tard. Si les shunts ne sont pas configurés correctement, le compteur tiendra compte de l'énergie réactive en plus de l'énergie active, ou il est simplement inexact de prendre en compte l'énergie.