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§ 6 Fonctionnement d'un compteur électrique à induction (pour les électriciens).


Pour commencer, je donnerai un extrait des instructions d’usine standard pour le compteur à induction de l’appareil. Je vous avertis immédiatement que si vous n’avez pas étudié 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 qu’il soit écrit en russe, et d’un point de vue électrique, il ne semble pas y avoir d’erreurs, mais c’est délicat pour éviter toute force. Il a écrit un professeur ou un candidat théorique extrêmement abstrus. Pas pour les gens. Par conséquent, la majorité de ceux qui ne sont pas si sophistiqués peuvent immédiatement lire un post-scriptum dans lequel j'ai essayé de formuler tout cela dans une langue civile.

Pour calculer l'énergie électrique consommée sur 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 sur le courant dans le réseau à un moment donné. Sur ce principe, tout compteur d'énergie électrique. La figure ci-dessous montre un schéma fonctionnel d'un compteur électromécanique.

Schéma fonctionnel du compteur d'induction

Donc, un extrait des instructions d’usine:

Le principe de fonctionnement du compteur à induction

Le compteur d'électricité est un instrument de mesure électrique permettant de mesurer la quantité d'électricité.
Le principe de fonctionnement des dispositifs à induction repose sur l’interaction mécanique de flux magnétiques variables avec les courants induits dans la partie mobile du dispositif. Dans le compteur, l’un des courants est créé par un électro-aimant dont l’enroulement est alimenté par la tension du secteur (mesure 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 du tracé de tension du pôle de l'électroaimant. Le deuxième flux est créé par un électro-aimant dont l'enroulement est connecté en série au circuit de courant. Cet écoulement induit également dans le disque des courants de Foucault, fermés autour de la trace de pôle de son électroaimant. L'interaction d'un électro-aimant de tension avec les courants induits dans un disque, d'un électro-aimant de courant avec des courants induits dans le même disque, d'un électro-aimant de tension, en revanche, provoque des forces électromagnétiques dirigées le long de la corde du disque et créant un couple. Ces compteurs sont appelés double flux.
Les compteurs modernes sont à trois flux dans lesquels le couple est créé en raison du fait que le flux magnétique du circuit de courant croise le disque en aluminium deux fois.

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

Dispositif schématique du compteur à induction

Fig. 1 Compteur d'induction schématique.

Le système magnétique du circuit de tension Su est en forme de W situé le long de la corde du disque (d'où le nom, contrairement au système radial, lorsque le système magnétique du circuit de tension en forme de U est situé le long du rayon du disque) et possède des branches C - flux magnétique de manœuvre et un contre- pôle P 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 . Sur le noyau central du noyau en forme de W, il y a une bobine multi-spires de fil mince, qui est connectée à la tension de secteur U. Le courant I u traversant cet enroulement crée un flux magnétique commun F du circuit de tension commun , une petite partie de celle-ci, appelée flux de travail, traverse le disque et se ferme à travers le contre-pôle P sur les barres latérales du noyau en forme de U. La majeure partie du flux F total , sans traverser le disque, est fermée par les shunts magnétiques W , se ramifiant en deux parties ½ F w . Comme nous le verrons plus loin, ce flux non fonctionnel ш est nécessaire pour créer le décalage nécessaire entre les flux Ф u et Ф i (l'angle interne du compteur).
Sur le système magnétique inférieur S i, il existe une bobine de fil épais à faible tour, connectée en série au circuit de courant de charge I. Le flux magnétique Φ 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. La partie non significative du flux F i se ferme, sans traverser le disque, à travers l'antipole P. Ces composants du flux fi ne sont pas représentés sur la figure. Un diagramme vectoriel simplifié de l'élément de mesure du compteur est représenté à la Fig.2 pour le cas général où le courant de charge est en retard sur la tension U de l'angle j .

Diagramme vectoriel

Fig. 2 Diagramme vectoriel du compteur à induction.

Le flux magnétique Φ i , traversant le conducteur magnétique, crée des pertes par hystérésis et des courants de Foucault, de sorte que le vecteur de flux Φ i est à la traîne du courant I qui l’a créé d’un angle α 1 . Généralement, cet angle est petit (environ 10 ° ) et est utilisé lors du réglage du compteur sur le coin intérieur.
La bobine de tension a un composant inductif important, de sorte que le courant I u se situe derrière la tension U qui lui est appliquée d’un angle de 70 ° . Le flux F est généralement en retard par rapport au courant I u qui l'a généré d'un angle α 2dû aux pertes par hystérésis et aux courants de Foucault dans le noyau, et la composante de flux f u traversant le disque est décalée d'un angle plus important en raison de pertes supplémentaires par courants de Foucault dans le disque en aluminium. L'angle de déphasage Y entre les débits Φ i et Φ u pour que le compteur fonctionne correctement 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 F u et des flux + F i et -F i . Les croix indiquent les flux d'un seul et même moment, dirigés de l'observateur, point à l'observateur.

Fig. 3 Courants dans le compteur de disque.

Le flux de f u induit dans le disque zs courants de Foucault équivalents au courant I u ` , En se fermant dans le disque autour de la trace des pôles, le flux Φ i , traversant le disque deux fois, induit les courants équivalents - I i ` , fermés autour des traces de " leurs " pôles.
Comme induit dans le lecteur emf. en retardant leur flux magnétique de 90 ° , alors, 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, de rester en arrière du flux qui les a générés, également à un angle de 90 ° . La direction des courants induits est déterminée par la règle de vrille. Les courants induits par le flux Φ i , passant dans le champ de sillage du pôle Φ u dans un sens, sont ajoutés. Le courant induit I u ` passe au niveau des traces des pôles + F i et -F i et interagit également deux fois avec le flux F 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? Citons d'une autre source, cela illustrera certainement la première conclusion:

Le dispositif à induction est un dispositif de mesure électrique, un dispositif permettant de mesurer des grandeurs électriques dans des circuits alternatifs. Contrairement aux dispositifs électriques d'autres systèmes, I. p. Peut être utilisé dans des circuits alternatifs d'une fréquence spécifique; des modifications mineures entraînent de grosses erreurs de lecture. En URSS, les ampèremètres à induction et les voltmètres ne se sont pas répandus; wattmètres depuis le début des années 50. 20 po également pas disponible. Les systèmes d'exploitation modernes ne sont fabriqués que comme des compteurs d'électricité pour circuits ca monophasés et triphasés à fréquence industrielle (50 Hz ). Selon le principe d'action d'un circuit intégré, il est analogue à un moteur électrique asynchrone: le courant de charge, traversant le circuit de travail du dispositif, crée un champ magnétique mobile ou tournant qui induit un courant dans la pièce mobile et provoque sa rotation. En fonction du nombre de courants induisant un flux magnétique variable dans la partie mobile du dispositif, on distingue les indices mono-flux et multi-flux.

De manière constructive, un réseau magnétique consiste en un système magnétique, une partie mobile et un aimant permanent. Le système magnétique contient 2 électroaimants avec des noyaux de forme complexe, sur lesquels des enroulements sont placés avec une connexion parallèle et en série au circuit de charge; la partie mobile est un disque mince en aluminium ou en laiton placé dans le champ du système magnétique; L'aimant permanent crée un couple de freinage . I. n ° insensible à l'influence des champs magnétiques externes et ont une capacité de surcharge significative.

Litt .: Aluker Sh. M., Instruments de mesure électriques, 2 e éd., M., 1966; Popov, V.S., Electrotechnical Measurements and Devices, 7ème éd., Moscou-L., 1963.

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

2. Et je voudrais également insister sur l'instant dans une phrase des instructions d'usine " L'angle de déphasage Y entre les débits Φ i et Φ u pour que le compteur fonctionne correctement doit être égal à 90 ° ,"
Cela signifie que pour que le compteur ne prenne en compte que l'énergie active, les flux magnétiques générés par la bobine de tension et la bobine de courant doivent être décalés en phase de 90 degrés. À cette fin, des shunts spéciaux sont utilisés dans les compteurs qui régulent cet angle. À leur sujet sera discuté plus tard. Si les shunts sont configurés de manière incorrecte, le compteur prendra en compte, en plus de l’énergie active et réactive, ou ne tiendra tout simplement pas compte de manière précise de l’énergie.