Приборы электродинамической системы

Принцип действия приборов электродинамической системы (рис. 5) основан на взаимодействии двух катушек 1 и 2, по которым протекают измеряемые токи i₁ и i₂. Измерительный механизм состоит из двух катушек: неподвижной 1 и подвижной 2. Подвижная катушка 2, находящаяся внутри неподвижной 1, закреплена на оси 3. Ток i₂ к подвижной катушке подходит через спиральные пружины 4, которые также предназначены для создания противодействующего момента М_пр. Угол отклонения стрелки электродинамического прибора в цепи постоянного тока: a = с₁·I₁·I₂ прямо пропорционален произведению токов в неподвижной и подвижной катушках, (где с₁- коэффициент пропорциональности).

При переменном токе вращающий момент в любой момент времени пропорционален произведению мгновенных значений токов:

i₁ = I'_1m sinwt i₂ = I'_2m sin (wt+j),

где y - угол сдвига фаз между векторами токов.

Показания приборов в этом случае определяются средним значением вращающего момента за период:

М_вр = с₂·I'_1m sinwt·I'_2m sin (wt+j)·dt = с₂·I'₁·I'₂·cosj ,

где I'₁ и I'₂ - действующие значения переменных синусоидальных токов, соответственно i₁ и i₂.

Таким образом, угол отклонения стрелки электродинамического прибора в цепи переменного тока прямо пропорционален произведению трех величин: тока в неподвижной катушке, тока в подвижной катушке и косинуса угла сдвига фаз j между векторами этих токов. Следовательно, шкала электродинамического прибора неравномерная, но здесь надо помнить, что электродинамический ваттметр имеет равномерную шкалу

а)

б)

Рис. 5.

Устройство прибора электродинамической системы
(электродинамический ваттметр): а), б) 1 – неподвижная катушка; 2 – подвижная катушка; 3 – ось; 4,5 – спиральные пружины; 6 – стрелка)

Достоинствами электродинамических приборов являются: высокая точность, обусловленная отсутствием стальных сердечников; способность работать на постоянном и переменном токе. При измерении в цепях переменного тока показания приборов соответствуют среднеквадратичному значению.

Недостатками следует считать: сравнительно низкую чувствительность; зависимость показаний от внешних магнитных полей; опасность перегрузок; большую мощность потерь; относительно высокую стоимость из-за сложной конструкции; неравномерность шкалы при измерении тока и напряжения.

Класс точности приборов данной системы: 0,1; 0,2; 0,5. Условное обозначение прибора электродинамической системы показано на рис. 5 в правом нижнем углу.

Для уменьшения влияния посторонних магнитных полей электродинамические приборы делают астатическими и применяют экранирование.

Если в неподвижную катушку электродинамического прибора ввести ферромагнитный сердечник, то напряженность собственного магнитного поля такой неподвижной катушки увеличится, что приведет к повышению чувствительности прибора и ослаблению влияния внешних магнитных полей, однако появятся потери, обусловленные гистерезисом и вихревыми токами. Такие приборы называются ферродинамическими.

ИНДУКЦИОНННЫЕ ПРИБОРЫ

Устройство. Индукционный измерительный механизм (рис. 6) состоит из двух неподвижных электромагнитов 1 и 4 и подвижного алюминиевого диска 5, укрепленного на одной оси со стрелкой 2. По катушкам электромагни­тов 1 и 4 проходят переменные токи, сдвинутые по фазе на угол ψ, в которых создают два переменных магнитных потока. Эти потоки пронизывают диск и индуктируют в нем э.д.с. по фазе, отстающие от соответствующих потоков на угол 90°. Под действием э.д.с. в диске возникают вихре­вые токи, которые при частоте 50 Гц практиче­ски совпадают по базе с соответствующими э.д. с.

Рис. 6.

Устройство индукционного прибора: (1 – пружина; 2 – неподвижный электромагнит; 3 – неподвижный электромагнит; 4 – алюминиевый диск).

Применение прибора.Индукционный прибор, так же как и электродинамический, в принципе может быть использован в качестве амперметра, вольтметра и ваттметра.

Достоинствами индукционных приборов являются высокая устойчивость к перегрузкам, большой вращающийся момент и малая чувствительность к внешним магнитным полям.

К недостаткам относятся сравнительно невысокая точность и зависимость показаний от частоты переменного тока и температурных влияний.

ЛОГОМЕТРЫ

Принцип действия. Логометры — показывающие электроизмерительные прибо­ры, имеющие два измерительных механизма, которые создают два противоположно направленных момента, вследствие чего угол поворота подвижной части прибора определяется только отношением токов в обмотках этих механизмов.

Логометры могут быть выполнены с измерительными механизмами любой электроизмерительной системы. Характерной особенностью их является отсутствие механических устройств, создающих противодействующий момент, вследствие чего их подвижная часть при отсутствии тока в катушках находится в состоянии безразличного равновесия.

На (рис. 7, а) показана принципиальная схема магнитоэлектрического логометра. Он состоит из двух катушек 1 и 2, расположенных под некоторым углом и жестко укрепленных на общей оси. К этим катушкам подводятся токи через три эластичные спирали 5, не создающие при закручивании механического момента.

Рис. 7.

Устройство логометра: (а) магнитоэлектрического: 1,2 - катушки; 3 – сердечник; 4 – наружное кольцо; 5 – эластичные спирали; б) электродинамического: 1,2 – подвижные катушки; 3 – сердечник; 4 – наружное кольцо; 5 – эластичные спирали; 6 – неподвижная катушка)

Сердечник 3 имеет форму эллипса, поэтому в воздушном зазоре между сердечником и наружным кольцом 4 образуется неравномерное магнитное поле.

На (рис. 7, б) показана принципиальная схема электродинамического логометра. Он также имеет 1 и 2, жестко укрепленные на оси и расположенные в магнитном поле неподвижной катушки 6. При повороте подвижной части момент, возникающий в результате взаимодействия потоков одной из подвижных катушек и неподвижной катушек, уменьшается (или наоборот). При определенном положении подвижной части моменты уравновешиваются.