Требования к релейной защите

Кроме того, цилиндр играет и другую роль. Магнитные линии выходят из полюсных наконечников и, в силу того что магнитная проницаемость стали значительно больше, чем у воздуха, раднально входят в цилиндр, образуя в воздушном зазоре практически однородное магнитное поле. Такое же поле создается при выходе магнитных линий из цилиндра. Цилиндр охватывает легкая алюминиевая рамка 4 с намотанной на ней обмоткой (катушкой) 5, выполненной из изолированной медной проволоки. Рамка сидит на оси 6, лежащей в подпятниках 7. На оси крепится также алюминиевая стрелка 8. Противодействующий момент создается двумя плоскими спиральными пружинами 9, служащими одновременно для подвода тока к обмотке прибора. Зажимы прибора выводятся наружу прибора и соединяются проводниками со спиральными пружинками.
При пропускании тока по виткам обмотки в результате взаимодействия тока в проводниках и магнитного поля подковообразного магнита возникает механическая сила, направление которой можно определить по «правилу левой руки». На другой стороне обмотки возникает такая же по величине сила, но противоположного направления. Образуется пара сил. Под действием этой пары сил катушка будет поворачиваться. Сила взаимодействия зависит от величины магнитной индукции В, тока в катушке I, числа витков катушки и активной длины катушки l:

Колебания алюминиевой рамки с обмоткой в магнитном поле вызывают появление в рамке индуктированного тока, который по правилу Ленца будет противодействовать этим колебаниям и тем самым успокаивать подвижную часть прибора. Неизменность индукции во всех точках воздушного зазора обеспечивает пропорциональность между током в обмотке и углом поворота подвижной части, вследствие чего шкала прибора равномерна.
Магнитоэлектрические приборы являются наиболее чувствительными и точными из всех существующих приборов с непосредственным отсчетам. Они изготовляются как в виде лабораторных многопредельных приборов класса точности 0,1—0,5, так и в виде технических приборов класса 1—1,5.
Обладая большой точностью, высокой чувствительностью, равномерной шкалой, малым потреблением энергии (0,5—3 Вт), малым влиянием на них внешних магнитных полей, хорошим успокоением, магнитоэлектрические приборы нашли широкое применение в цепях постоянного тока в качестве амперметров, вольтметров, миллиамперметров, милливольтметров и т. д.
К недостаткам приборов этой системы относятся: высокая стоимость, чувствительность к перегрузкам и пригодность только для постоянного тока. В самом деле при пропускании по обмотке переменного тока подвижная часть прибора должна была бы отклоняться то в одну, то в другую сторону. Но ввиду быстрых изменений тока в катушке подвижная часть, обладая инерцией, не будет успевать за ними, и стрелка прибора останется неподвижной. Для измерения малых значений заряда, тока и напряжения применяются гальванометры, получившие преимущественное применение при нулевых методах измерений, когда нужно обнаружить отсутствие тока в той или иной части измерительной схемы. При измерениях на постоянном токе почти исключительно применяются магнитоэлектрические гальванометры.
Принцип действия и устройство магнитоэлектрических гальванометров те же, что и других приборов системы. Однако у гальванометров приняты меры, обеспечивающие уменьшение веса подвижной части прибора и уменьшение трения. Многовит-ковая катушка (рамка) гальванометров выполняется из изолированного провода и для придания ей жесткости пропитывается обмоточным лаком. Рамка имеет так называемые безмоментные волоски для подвода к ней тока.

У грубых гальванометров (микроамперметров) подвижная часть установлена на осях и кернах. Гальванометры высокой чувствительности имеют рамку, подвешенную на длинных нитях из фосфористой бронзы или на так называемых растяжках. Рачка высокочувствительных гальванометров снабжается зеркальцем. Световой луч посылается от специального источника света на зеркальце к отразившись от него, попадает на шкалу, установленную на определенном расстоянии от гальванометра. Гальванометры могут непосредственно измерять токи от 10^-6 до 10^-12 А.

По конструкции электромагнитные приборы делятся на два типа: приборы с плоской катушкой и приборы с круглой катушкой. Рассмотрим устройство первого типа приборов (рис. 328).

Обмотка прибора представляет собой плоскую катушку 1 со щелью. Обмотка катушки у вольтметров, выполняется из тонкой (диаметр 0,05—0,1 мм) медной проволоки с большим числом витков (2000—10 000). Обмотка амперметров нв токи до 30 А изготовляется из небольшого числа витков толстой проволоки. На токи до 200 А обмотка выполняется из медной ленты в виде одного шинного витка (на токи 300—500 А). Второй основной частью прибора является сердечник из ферромагнитного материала (например, пермаллоя) в форме листка 2, укрепленного эксцентрично на оси прибора 3. При прохождении тока по виткам катушки возникает магнитное поле, которое втягивает сердечник в щель катушки тем больше, чем больший ток протекает по виткам катушки. Укрепленная на оси стрелка 4 будет отклоняться по шкале 5. Противодействующий момент создается спиральной пружиной 6, связанной одним концом с осью, а другим концом с неподвижной частью прибора. Для успокоения электромагнитных приборов обычно применяются воздушные успокоители 7. Поршенек успокоителя, закрепленный на оси при помощи проволоки, перемещаясь в изогнутом цилиндре, испытывает со стороны воздуха в цилиндре сопротивление своим колебаниям, что приводит к успокоению стрелки. Изменений величины тока в катушке вызывает непропорциональное изменение угла поворота стрелки, поскольку вращающий момент, действующий на подвижную систему, зависит от квадрата тока. Поэтому шкала электромагнитного прибора неравномерна. Устройство прибора с круглой катушкой показано на рис. 329. Ток, проходя по виткам катушки 1, создает магнитное поле и намагничивает два железных сердечника: сердечник 2, укрепленный неподвижно с внутренней стороны катушки, и другой 3, закрепленный на оси прибора. Близлежащие края сердечников намагничиваются одноименно, и поэтому сердечник 3, отталкиваясь от сердечника 2, будет поворачивать ось прибора.

Внешние магнитные поля оказывают влияние на работу электромагнитного прибора, но железный кожух прибора значительно ослабляет это влияние. Изменение направления тока в обмотке прибора приводит к перемагничиванию сердечника (или сердечников), и сила взаимодействия не меняет своего направления. Поэтому электромагнитные приборы могут работать в цепях постоянного и переменного токов. При переменном токе прибор будет показывать действующее значение тока или напряжения. Потребление мощности в амперметрах составляет 2 - 8 Вт, в вольтметрах 5—6 Вт. Простота конструкции, дешевизна, возможность выдерживать перегрузку, пригодность для постоянного и переменного токов привели к тому, что приборы электромагнитной системы нашли себе широкое применение для технических измерений. К недостаткам прибора нужно отнести малую точность, неравномерность шкалы, зависимость показаний прибора от внешних магнитных полей и от частоты. Электромагнитные приборы изготовляются главным образом в качестве технических щитовых приборов классов точности 1; 1,5; 2,5.

Придавая специальную форму сердечнику и изменяя его расположение относительно катушки, можно добиться некоторого уменьшения неравномерности шкалы у этих приборов.

Электродинамические измерительные приборы.

Принцип действия электродинамических приборов основан на взаимодействии магнитных полей двух катушек: одной, неподвижно закрепленной, и другой, сидящей на оси и могущей поворачиваться. На рис. 330 показано устройство электродинамического прибора. Катушка 1 (здесь, состоящая из двух половин) неподвижно закреплена. К подвижной катушке 2, укрепленной на оси прибора 3, ток подводится через спиральные пружины 4, которые одновременно служат для создания противодействующего момента. При пропускании тока по виткам обеих катушек они создадут магнитные поля, которые, взаимодействуя между собой, будут стремиться повернуть катушку 2 так, чтобы ее магнитное поле и поле катушки 1 совпадали по направлению. Кроме круглых катушек, встречаются конструкции приборов с прямоугольными катушками. Магнитное поле каждой катушки зависит от тока, поэтому сила взаимодействия обеих катушек пропорциональна квадрату тока. Следовательно, шкала прибора неравномерна. Успокоение приборов этой системы воздушное, так как применение электромагнитного тормоза вызвало бы искажение показаний прибора. Это объясняется тем, что собственные магнитные поля катушек очень малы и сильное поле постоянного магнита электромагнитного тормоза оказывало бы влияние на работу прибора. Одновременное изменение направления тока в обеих катушках не меняет направления силы взаимодействия. Поэтому электродинамические приборы применяются в цепях как постоянного, так и переменного тока. В цепях переменного тока приборы этой системы показывают действующее значение измеряемой величины Точность электродинамических приборов велика (класс точности — 0,2—0,5), и поэтому они нашли себе применение как контрольные приборы для измерений на переменном токе. К недостаткам приборов нужно отнести достаточно большой расход мощности, составляющий в амперметрах 5—10 Вт, в вольтметрах 7—15 Вт. Чувствительность к перегрузкам и влияние на показание прибора внешних магнитных полей вследствие слабого собственного поля прибора. При перегрузках прибора спиральные пружинки теряют упругость и могут перегореть. Другой разновидностью электродинамических приборов являются ферро-динамические приборы (рис. 331). Неподвижная катушка 1 наматывается на ярмо 2 из листовой электротехнической стали. Внутри подвижной катушки 3 закреплен стальной цилиндр 4. Подвижная катушка вращается вокруг цилиндрического сердечника. Усиление магнитного поля прибора приводит к увеличению вращающего момента и к уменьшению влияния внешних магнитных полей. Но присутствие железа имеет и отрицательное влияние, так как возникают дополнительные погрешности (например, при переменном токе потери на гистерезис и вихревые токи). Точность ферродинамических приборов меньше, чем электродинамических приборов. Благодаря большому вращающему моменту приборы этой системы часто применяются в качестве самопишущих приборов. Стрелка этих приборов снабжена пером, лежащим на бумажной ленте, которая перемещается при помощи часового механизма. Стрелка с пером чертит на бумаге кривую изменений тока, напряжения, мощности и т. п.