2.6 Електровимірювальні прилади електродинамічної системи
Принцип дії приладів електродинамічної системи ґрунтується на динамічній взаємодії двох провідників зі струмами. При однаковому напрямі струмів у провідниках вони притягуються один до одного, а у випадку протилежно направлених струмів, провідники - відштовхуються.
Вимірювальний механізм системи (рис. 1.6, а) складається з нерухомої котушки (1) та рухомої (внутрішньої котушки) (2), що закріплена на осі. Струм до нерухомої котушки підводиться завдяки двом спіральним пружинам (4). При увімкнені приладу в коло постійного струму котушки зі струмом взаємодіють між собою: рухома прагне розміститися в площині нерухомої, тобто так, щоб їх магнітні потоки були спрямовані в одному напрямі. Стрілка (5), що прикріплена до рухомої котушки, повертається на деякий кут.
Якщо котушки з'єднати поcлiдовно, то сила взаємодії буде пропорцiйна силi струму, який протікає через двi котушки. Отже, обертальний момент (рис. 1.6, б) :
, (1.9)
де k – коефіцієнт пропорційності, що залежить від розмірів, форми та взаємного розміщення котушок.
Якщо прилад вмикається у коло змінного синусоїдного струму, то обертальний момент пропорційний добутку діючих значень струму та косинусу зсуву фаз між ними:
. (1.10)
Протидіючий момент створюється спіральними пружинами. В приладах цієї системи використовується повітряний (3), магнітоіндукційний, рідинний заспокоювач.
Рисунок 1.6 – Вимірювальний механізм приладів електродинамічної системи: а) – будова; б) – принцип дії: 1 – нерухома котушка; 2 – рухома котушка; 3 – повітряний заспокоювач; 4 – спіральні пружини; 5 - стрілка
Рисунок 1.7 – Схема побудови вимірювального механізму електро-динамічного (а) і феродинамічного логометрів (б) та зовнішній вигляд електродинамічного ватметра типу АСТД (в)
Власне магнітне поле електродинамічних механізмів невелике, оскільки силові лінії замикаються по через повітря і тому на прилади цієї системи великий вплив створюють зовнішні електромагнітні поля. Для захисту від них використовують астатичний захист або екранування. Прилад з таким механізмом наведений на рис. 1.7 в.
На основі приладів з подібним принципом дії можна створювати амперметри i вольтметри. Але котушки можна з'єднати по-iншому: одну - послiдовно, як котушку амперметра, дрyгy паралельно, як котушку вольтметра. В такому випадку одержимо прилад, що вимiрює одночасно силу струму i напругу, тобто прилад, що вимiрює активну потужнiсть – ватметр (рис. 1.7, в).
Переваги електродинамічних механізмів дозволяють виготовляти лабораторні прилади з декількома межами вимірювань високого класу точності (класи точності 0,1; 0,2; 0.5) та універсальними (для кіл постійного та змінного струму).
2.6.1. Однофазний електродинамічний фазометр. Цей прилад являє собою логометр (рис. 1.7. а, б та 1.8, б), нерухома послідовна котушка якого увімкнена послідовно з навантаженням, а дві рухомі (жорстко скріплені між собою під кутом 90) котушки – паралельно з джерелом живлення (рис. 1.8,а). Щоб струм І1 в першій рухомій котушці співпадав за фазою з напругою U, послідовно з нею вмикається резистор з великим активним опором RД Відставання струму І2 в другій рухомій котушці на 90 від напруги забезпечується послідовним увімкненням великого індуктивного опору XLД. Таким чином, кут повороту рухомої частини фазометра залежить від кута зсуву фаз між струмом в навантаженні та напругою джерела і його шкала від градуйована в значеннях кута або cos .
Рисунок 1.8 – Однофазний електродинамічний фазометр: а) – електрична схема увімкнення; б) – зовнішній вигляд фазометра Д362 (електродинамічний або феродинамічний логометр)