15.7. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЧЕТЧИК ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Электрический счетчик — самый распространенный электроизмерительный прибор. Он стоит в каждой квартире, во всех учреждениях, на заводах и фабриках, словом, у всех потребителей электрической энергии.

По своему устройству счетчик похож на асинхронный двигатель, только магнитное поле счетчика не вращается, а движется прямолинейно. Это «бегущее» магнитное поле.

Так как счетчик должен учитывать энергию, забираемую потребителем из цепи, то число оборотов счетчика за какой-нибудь промежуток времени должно быть пропорциональным этой энергии, т. е. показания, которые мы читаем на счетчике, являются по существу числом сделанных счетчиком оборотов или величиной, пропорциональной этому числу.

Итак, вращающий момент двигателя должен быть пропорционален мощности потребителя. Поэтому вращающееся поле счетчика создается двумя магнитными потоками, из которых один пропорционален напряжению потребителя, а другой — его току (рис. 15.11). Для этого одна из обмоток присоединяется непосредственно к сети, а по другой пропускается ток потребителя.

Рис. 15.11. Счетчик переменного тока: 1 — алюминиевый диск; 2 — постоянный магнит

Роль ротора выполняет алюминиевый диск 1. Переменный магнитный поток индуктирует в нем вихревые токи. Эти токи, взаимодействуя с магнитным полем, заставляют диск вращаться.

Существенной деталью счетчика является постоянный магнит 2, в поле которого вращается диск. Так как диск вращается относительно поля постоянного магнита, то в нем будет индуктироваться ток, величина которого будет тем больше, чем больше скорость диска. Этот ток всегда направлен таким образом, что стремится затормозить диск. В итоге устанавливается равновесие между вращающим моментом (он пропорционален мощности потребителя) и тормозящим моментом (он пропорционален скорости диска). Следовательно, получается прямая пропорциональность между мощностью, забираемой потребителем, и скоростью диска.

Энергия равна произведению мощности на время, точно так же число оборотов, сделанных диском, равно произведению угловой скорости на время. Значит, число оборотов, сделанных счетчиком, прямо пропорционально энергии, получаемой потребителем.

Поэтому в счетчиках энергии вращающийся диск связан со счетным механизмом — вроде тех, которые ставятся на велосипедах для учета пройденного пути. Цифры этого счетного механизма мы видим в окошке счетчика.

В электрическом счетчике возникает большое трение: в опорах оси диска, в зубчатых колесиках и деталях счетного механизма. Все это вызывает повышенную погрешность при учете электрической энергии.

Для уменьшения этой погрешности создается компенсатор трения, движущий момент счетчика несколько увеличивается за счет одной лишь обмотки напряжения.

Счетчик работает в нашей квартире долгие годы. За это время момент трения может сильно измениться. Если он станет меньше дополнительного движущего момента, то диск счетчика может вращаться при разомкнутой цени тока. Возникнет самоход счетчика. Для устранения самохода применяют «электрический тормоз». На оси укрепляют тормозной крючок — кусочек проволочки, который протягивается к сердечнику обмотки напряжения и останавливает диск. Это устройство не изменяет среднюю скорость диска, так как в течение первой половины оборота диска крючок удаляется от сердечника и противодействует вращению диска, но во вторую половину притягивается к нему и ускоряет диск.

Диск вращается неравномерно. Эту неравномерность Вы можете заметить в окошке счетчика при малой нагрузке, когда диск вращается медленно.

В электрическом счетчике имеются и другие устройства, улучшающие его работу. Это очень сложный (и дорогой) электроизмерительный прибор. Долгие годы электрики-приборостроители пытаются улучшить и упростить конструкцию электрического счетчика. Однако пока их попытки не увенчались успехом.

Можно предполагать, что, по мере того как выработка электроэнергии будет увеличиваться, можно будет вообще отказаться от установки электрических счетчиков в каждой квартире и вести оплату по средним нормам расхода электроэнергии на одного человека. В первые годы развития газоснабжения в московских квартирах ставили громоздкие и очень дорогие газовые счетчики. Но потом оказалось, что установка, эксплуатация и ремонт газовых счетчиков экономически не оправданы.

Газовые счетчики сняли. Вероятно, в дальнейшем это же произойдет и с электрическими счетчиками, особенно если учесть их собственное потребление, которое также достаточно велико.