2.3 Приборы электро- и ферродинамической систем

Принцип действия основан на взаимодействии магнитных полей неподвижной и подвижной катушек с токами.

К онструкция.

ИМ имеет две катушки: внешняя – неподвижная с разделением на две части 1, рис. 2.7; внутренняя – подвижная 2, на оси 3 которой установлены указатель 5 и противодействующие пружины 4 или растяжки.

Рис. 2.7 Конструкция электродинамического ИМ: 1 – неподвижная катушка; 2 – подвижная катушка; 3 – ось; 4 – спиральная пружина; 5 – стрелка; 6 - шкала

Воздушный зазор неподвижной катушки позволяет расположить на оси внутреннюю катушку. Кроме этого, величиной воздушного зазора можно менять конфигурацию магнитного поля, а значит влиять на характер шкалы.

Неподвижная катушка выполняется на каркасе, подвижная – бескаркасная.

Собственное магнитное поле катушек невелико, т.к. магнитный поток замыкается по воздуху. Поэтому эти приборы подвержены влиянию внешних магнитных полей. Для их устранения устанавливаются экраны.

При протекании постоянных токов в катушках возникают электромагнитные силы, стремящиеся повернуть подвижную катушку так, чтобы магнитные поля катушек совпали. Электромагнитное поле при этом выступает как энергия полей двух катушек:

W_М = L₁I₁²/2 + L₂I₂²/2 + М₁₂I₁I₂

где L₁ и L₂ – индуктивности катушек;

М₁₂ – взаимная индуктивность между ними.

Взаимная индуктивность зависит от угла поворота подвижной катушки, поэтому вращающий момент равен

М₁₂ = dW_М/dα = I₁I₂ dМ₁₂/dα

Если противодействие создаётся упругими элементами, то для установившегося отклонения

α =( I₁I₂ dМ₁₂/dα )/W

Отклонение подвижной части механизма зависит от произведения токов и изменения взаимной индуктивности катушек.

При выводе формулы при переменных токах получим

α =( I₁I₂cosφ dМ₁₂/dα )/W

Прибор имеет две катушки, каждая из которых выполняет роль токовой катушки или катушки напряжения. Соответственно они выполнены: токовая – малым числом витков проводом большого сечения; катушка напряжения – большим числом витков проводом малого сечения. Каждая катушка имеет свои выводы, подключение которых позволяет применять прибор как амперметр, вольтметр, ваттметр, фазометр.

Особенность – отсутствие ферромагнитных материалов, что увеличивает их точность.

Достоинства:

высокая точность, универсальность, стабильность показаний во времени.

Недостатки:

невысокая чувствительность, большое собственное потребление энергии, влияние внешних магнитных полей, чувствительность к перегрузкам, тряске, вибрациям.

Применение:

Переносные многопредельные приборы классов точности от 0,1 до 0,5 на переменном и постоянном токе (миллиамперметры, амперметры, вольтметры, ваттметры). На базе электродинамических приборов изготавливают также фазометры, частотомеры, фарадметры.

Ферродинамическая система – это разновидность конструкции, у которой магнитный поток замыкается не по воздуху, а по вспомогательному магнитопроводу. Это усиливает вращающий момент и мощность собственного потребления может быть уменьшена. Кроме этого внешние поля практически влияния не оказывают. Однако появляются такие погрешности, как погрешности от гистерезиса и вихревых токов, что снижает их точность по сравнению с электродинамическими приборами.

Применение:

в качестве щитовых приборов, переносных приборов переменного тока, самопишущих приборов. Выпускаются тряско-, вибро- и ударопрочные приборы классов точности 1,5 и 2,5; амперметры и вольтметры переносные 0,5; щитовые и переносные ваттметры классов точности 0,2 и 0,5.

Амперметры и вольтметры электродинамической и ферродинамической систем

Для работы электродинамического прибора в качестве амперметра его катушки включают последовательно между собой и к приёмнику (рис. 2.8, а). В этом случае ИМ может измерять только токи порядка миллиамперов. Для увеличения предела измерения используются схемы параллельного включения катушки напряжения с дополнительным сопротивлением. Такие схемы позволяют измерять токи более 0,5 А.

Рис. 2.8 Схемы амперметра электродинамической системы: а – с последовательным включением катушек; б – с параллельным включением

Выпускаются обычно двухпредельные амперметры. Расширение пределов измерения выполняется с помощью ТТ.

В схеме вольтметра используется последовательное соединение катушек (рис. 2.9). В схеме используются резистор для повышения входного сопротивления R_v, приборы частотной коррекции R_к и С_к и добавочные резисторы R_д1, R_д2 для возможности работы в нескольких диапазонах напряжения.

Применение электродинамических амперметров и вольтметров – точные измерения в цепях переменного тока в диапазоне частот от 45-50 Гц до нескольких сотен и тысяч Гц.

Рис. 2.9 Схема вольтметра электродинамической системы

Ваттметры электродинамической и ферродинамической систем

Н а базе электродинамического ИМ выполняется ваттметр. Если в одной катушке протекает ток нагрузки цепи, а по второй катушке ток, пропорциональный напряжению на нагрузке, то показания прибора будут пропорциональны активной мощности нагрузки (рис. 2.10).

Рис. 2.10 Схема ваттметра электродинамической системы

* - генераторный зажим обмотки (начало обмотки).