8.2.2 Электродинамические механизмы

Механизмы электродинамической системы основаны на взаимодействии магнитных полей неподвижной и подвижной катушек с токами. Подвижная катушка находится внутри неподвижной и крепится на полуосях или на растяжках. Неподвижная катушка состоит о двух одинаковых секций, между которыми проходит ось вращения подвижной части - рис. 8.5. При протекании токов i₁ и i₂ в катушках возникает электромагнитный момент, стремящийся повернусь подвижную часть до совпадения магнитных потоков обеих катушек.

Подвод тока к подвижной катушке осуществляется через спиральные пружины или растяжки. Для уменьшения времени успокоения подвижной части используется воздушный или магнитоиндукционный тормоз. В последнем случае необходимо экранировать катушки от поля рассеяния магнита. Собственное магнитное поле электродинамических механизмов мало и они чувствительны к внешним магнитным полям. Для защиты от внешних полей используют магнитное экранирование или астазирование.

B₁

i₁

B₂

i₁

i₂

Рис. 8.5 - Схема электродинамического механизма

Астатический прибор состоит из двух пар катушек. Подвижные катушки закреплены на одной оси. Магнитные поля неподвижных катушек направлены взаимно противоположно, противоположно направлены и поля подвижных катушек. Поэтому полезный вращающий момент удваивается, а вращающий момент, вызываемый внешним полем, устраняется. Нейтрализуется только равномерное внешнее поле.

Среднее значение вращающего момента на переменном токе, когда

i₁ = I₁m sin ωt, a i₂ = I₂m sin (ωt – ψ)

M_{вр ср} = I₁ I₂ cos ψ dM/dα

где I₁, I₂ - действующие (среднеквадратические) значения токов. Следовательно, электродинамический прибор обладает фазочувствительными свойствами и его можно использовать для измерения не только токов и напряжений, но и мощности.

Характер шкалы принципиально неравномерный и зависит от изменения взаимоиндуктивности. Конструктивными мероприятиями удается линиаризовать шкалу в значительной ее части.

Достоинствами электродинамических приборов являются возможность работы на постоянном и переменном токах, стабильность показаний, а недостатками – невысокая чувствительность, большое собственное потребление и чувствительность к перегрузкам. Приборы этой системы могут работать в области частот до 10 кГц.

Ферродинамические приборы отличаются тем, что неподвижная катушка имеет магнитопровод из магнитомягкого материала. Наличие магнитопровода резко увеличивает магнитный поток, а следовательно, и вращающий момент. Ферромагнитные приборы обладают большей чувствительностью, но меньшей точностью (из-за потерь от гистерезиса и вихревых токов). Ферромагнитные приборы, как правило, используются на низких промышленных частотах.

Электродинамические логометры содержат две подвижные катушки, закрепленные под углом на одной оси. Если обозначить токи в подвижных катушках через i₁ и i₂, а сдвиги фаз этих токов относительно тока неподвижной катушке через ψ₁ , ψ₂, то угол поворота подвижной части логометра можно выразить в виде:

α=f (I₁cos ψ₁/ I₂cos ψ₂) .

Следовательно, показания логометра зависят от соотношения токов в подвижных катушках.

Электродинамические миллиамперметры и амперметры с током до 0.5А образуются путем последовательного соединения неподвижной и подвижной катушек - рис. 8.6. В этом случае прибор реагирует на реальный ток, и показания слабо зависят от изменения сопротивления катушек с температурой. Угол поворота подвижной части такого амперметра

α=I² dM/dα/W

I

I

Рис. 8.6 - Электродинамический миллиамперметр, схема включения

Влияние частоты в электродинамических амперметрах с последовательным включением катушек незначительно.

В амперметрах на токи, больше 0,5 А, катушки включают параллельно – рис.8.7. При этом дополнительные резисторы в цепях катушек подобраны так, чтобы ток в подвижной катушке не превышал допустимого значения.

Температурная погрешность амперметров с параллельным включением катушек больше за счёт перераспределения токов по параллельным цепям. Уменьшение температурной погрешности достигают подбором дополнительных резисторов из материалов с различным знаком ТКС.

I R_д1

I

R_д2

Рис. 8.7 - Электродинамический амперметр; схема включения.

Для расширения пределов измерения электродинамических амперметров шунты применяют редко. Пределы измерения электродинамических амперметров от 1мА до 10А на частоты до 10 кГц классов точности от 0,1 до 2,5.

Электродинамические вольтметры образуют последовательным включением катушек и дополнительного резистора R_g – рис. 8.8.

r₂

r₁

.

U

R_g

Рис. 8.8 - Электродинамический вольтметр, схема включения

Вольтметры изготавливаются на пределы измерения от 1.5 до 600 В на частоты до 5 кГц классов точности от 0,2 до 2,5.

На базе электродинамических измерительных механизмов выпускаются ваттметры. В них обе секции неподвижной катушки включены последовательно в цепь нагрузки – рис. 8.9, а подвижная катушка подключена к напряжению через дополнительный резистор R_g.

Ток в подвижной катушке:

R_n

I_n I

C R_g Z_н

Рис.8.9 – Электродинамический ваттметр, схема включения

Ферродинамические ваттметры отличаются большей устойчивостью к внешним магнитным полям, более высокой чувствительностью, но худшей точностью.