Электродинамические измерительные механизмы

Электродинамические измерительные механизмы основаны на взаимодействии полей двух токов, протекающих соответственно по двум катушкам: неподвижной 2 и подвижной 3 (рис. 3.7). Неподвижную катушку выполняют из двух частей, между ними проходит сквозная ось 1, на которой укреплена подвижная катушка. Противодействующий момент создается пружинами, служащими также и для подвода тока к подвижной катушке.

В электродинамических механизмах обычно применяются воздушные успокоители, так как при использовании магнитоиндукционных успокоителей возможно искажение сравнительно слабых полей катушек полем рассеяния магнита успокоителя. На (рис. 3.7) цифрой 4 обозначена камера успокоителя, а цифрой 5 — его крыло. В данном механизме подвижная катушка помещается в неравномерном поле, поэтому вращающий момент, действующий на подвижную катушку, зависит от взаимного расположения катушек.

В этом случае выражение для вращающего момента в общем виде можно получить, исходя из того, что подвижная часть любого электромеханического устройства стремится расположиться таким образом, чтобы электромагнитная энергия устройства была наибольшей. При этом вращающий момент определяется скоростью изменения электромагнитной энергии A_e при угловом перемещении α подвижной части:

M_вр = .

Электромагнитная энергия механизма, состоящего из двух катушек с токами I₁, и I₂, может быть представлена в виде

A_e = L₁ + L₂ + M₁₂I₁I₂,

где L₁ и L₂ — индуктивности неподвижной и подвижной катушек; M₁₂ — взаимная индуктивность катушек.

Так как индуктивности L₁ и L₂ катушек при повороте рамки не изменяются, то их производные по углу α равны нулю. Тогда

M_вр = I₁I₂ .

Следовательно, вращающий момент зависит не только от токовI₁ и I₂, но и от взаимного расположения катушек, т.е. от угла отклонения α подвижной катушки.

При одновременном изменении направления токовI₁ и I₂ направление вращающего момента не изменится, поэтому электродинамический измерительный механизм может применяться как на постоянном, так и на переменном токе. Однако при измерениях на переменном токе последнее выражение будет справедливо лишь для мгновенных значений токовi₁ и i₂.

Руководствуясь теми же рассуждениями, которые были приведены для ферродинамических приборов, получим среднее за период значение вращающего момента (определяющее угол отклонения подвижной части):

M_вр.ср = I₁I₂cosψ ,

где ψ — сдвиг по фазе между токамиI₁ и I₂.

Противодействующий момент, создаваемый пружинами, будет следующим:

M_пр = Wα,

где W — удельный противодействующий момент пружины.

Установившееся отклонение будет наступать при равенстве

M_вр = M_пр,

или

I₁I₂cosψ = Wα,

откуда

α = .

Если неподвижная и подвижная катушки соединены последовательно или параллельно, то

α = и α = cosψ ,

где I — значение измеряемого тока; k₁, k₂ — коэффициенты пропорциональности.

Шкала электродинамического измерительного механизма имеет квадратичный характер. Однако при правильном выборе геометрических размеров катушек и их начального взаимного расположения можно достичь такой зависимости M₁₂ от угла отклонения, чтобы вращающий момент практически не зависел от угла поворота α на значительном участке шкалы. При включении катушек в различные участки измерительной цепи шкала измерительного механизма имеет практически равномерный характер.

Электродинамические измерительные механизмы обладают следующими свойствами:

Ø применяются для измерений, как на постоянном, так и на переменном токе. На переменном токе эти механизмы измеряют действующее значение;

Ø характер шкалы неравномерный; при использовании электродинамического измерительного механизма в ваттметрах шкала практически равномерна;

Ø непосредственное измерение тока обычно ограничивается верхним пределом, составляющим 5A, и нижним пределом порядка 30...60мА. Повышение предела измерения требует использования дополнительных преобразователей;

Ø потребление мощности относительно велико. Например, при пределе измерения 5A потребление мощности достигает порядка 5Вт, что примерно в 20 раз больше, чем у магнитоэлектрического измерительного механизма с дополнительным преобразователем на тот же предел измерения.

Контрольные вопросы

1Каким образом создаются вращающий, противодействующий и демпфирующий моменты в измерительных механизмах?

2Какие виды подвесов и отсчетных устройств применяются в измерительных механизмах и приборах?

3В чем состоит принцип действия магнитоэлектрического механизма?

4Каковы принципы работы ферромагнитного механизма? Нарисуйте его схему.

5Как работает электродинамический измерительный механизм?