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)

Условное обозначение прибора

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.