Теоретически, для учета электроэнергии в трехфазных трехпроводных и четырехпроводных системах могут применяться один или несколько однофазных счетчиков, включенных по определенной схеме. Однако такие схемы требуют строгого соблюдения симметричной нагрузки и напряжения, что не всегда возможно обеспечить.
Кроме того, учет по одной или двум фазам приводит к значительным погрешностям, поэтому в настоящее время наиболее широкое распространение получили трехфазные трехэлементные счетчики. В статье в качестве примера такого прибора учета представлена схема СА4У-И672М.
Электрочетчик имеет три вращающих элемента, действующих на одну подвижную часть. Подвижная часть чаще всего имеет два диска. Вращающие элементы имеют ту же конструкцию и устройство, что и однофазных.
Это относится ко всем трехфазным приборам учета, кроме счетчиков реактивной энергии, базирующихся на вращающих элементах с внутренним сдвигом, отличным от 90°, а именно 60° и 180°.
В счетчиках реактивной энергии за основу также берется конструкция вращающего элемента, схожая с однофазным, и принимаются меры для получения необходимого внутреннего сдвига фаз (короткозамкнутые витки, шунтирующие сопротивления).
Трехфазный индукционный счетчик можно рассматривать как систему, состоящую из трех однофазных; каждом элементе такой системы происходят те же физические процессы. При чисто активной нагрузке угол сдвига фаз между рабочими потоками для каждого элемента составляет 90°.
Полный вращающий момент втрое больше, чем момент одного элемента. Нагрузочная кривая, а также все остальные характеристики трехэлементного прибора будут такими же, как и однофазного счетчика с такой же номинальной скоростью вращения.
Напомним, нагрузочная кривая - это сумма кривых составляющих погрешностей от трения, самоторможения и смещения вращающегося элемента, погрешность от нелинейной зависимости рабочего потока и тока последовательной цепи.
Наличие сдвига фаз напряжений в трехфазной системе вносит определенные погрешности при создании вращающего момента в подвижной части. Для первого вращающего элемента условно принимаем φ1=0°. Тогда сдвиг последующих двух фаз соответственно будет равен φ2=60°, φ3=120°.
Значит, угол сдвига фаз между рабочими потоками для первого намагничивающего элемента ψ1=0°- φ, для второго ψ2=60°- φ, для третьего ψ3=120°- φ. При активной нагрузке (cosφ=1) и симметричной нагрузке по фазам эти сдвиги равны ψ1= 0°, ψ2= 60°, ψ3= 120°.
Следовательно суммарный вращающий момент элементов Мвр не равен утроенному значению момента М1 одного из вращающих элементов, когда напряжение и ток этого элемента совпадают по фазе, а равен:
Мвр= М1sin0°+ М2sin60°+ М3sin120°=√3 М1;
Кроме того, если он будет иметь ту же номинальную скорость, что и однофазный, то их нагрузочные кривые в области больших нагрузок будут различны. Обусловлено это тем, что суммарный момент собственного торможения трехфазного счетчика равен утроенному моменту собственного торможения одного элемента, а суммарный вращающий момент собственного торможения больше вращающего момента одного элемента в √3 раз.
Погрешность трехфазного счетчика от собственного торможения будет 2/√3, что составляет 1,16 раза больше, чем у однофазного с таким же вращающим элементом и номинальной скоростью вращения подвижной части.
Для того чтобы трехэлементный трехфазный прибор учета имел такую же нагрузочную кривую, что и однофазный, необходимо, чтобы его номинальная скорость была в 1,16 раза меньше, чем у однофазного. Как и для однофазных счетчиков, скорость вращения диска можно отрегулировать перемещением постоянного магнита вдоль радиуса диска; конструкцией для этого предусмотрено два постоянных магнита.
Учет реактивной энергии проводится по тем же самым схемам, что и учет активной, но при этом измерительные механизмы должны иметь внутренний угол сдвига фаз между рабочими потоками последовательной и параллельной цепей не 90°, как имеет место при учете активной энергии, а 0° (180°).
Для получения такого сдвига последовательно с обмоткой параллельной цепи индукционного вращающего элемента включают добавочное активное сопротивление и, и кроме того, шунтируют обмотку последовательной цепи активным сопротивлением.
Такие электросчетчики реактивной энергии называют счетчиками со 180° сдвигом. Их отличительной особенностью является отсутствие “схемной” погрешности при любой асимметрии цепи.
Ниже приведены несколько наиболее распространенных схем учета реактивной энергии: схема трехэлементного прибора учета в трехпроводных и четырехпроводных цепях (а), схема двухэлементного счетчика с разделенными последовательными обмотками (схема Бергтольда) для учета в трехпроводных цепях (в), и схема счетчика с 60° сдвигом для учета в трехпроводных цепях (с).
Для получения вращающего элемента с 60° сдвигом, последовательно с обмоткой параллельной цепи элемента с 90° сдвигом включают добавочное активное сопротивление. На пути нерабочих потоков параллельной цепи включают короткозамкнутые витки, что приводит к уменьшению внутреннего сдвига между рабочими потоками.