18. Приборы электродинамической и ферродинамической системы. Достоинства, недостатки и область применения.

Основной частью электродинамического прибора является измерительный механизм, принцип действия которого основан на взаимодействии магнитных полей двух систем проводников с током.

3.4.1. Измерительные механизмы.

Электродинамический ИМ состоит из системы неподвижных и подвижных катушек (рамок), стойки, упругих элементов, успокоителя, отсчетного устройства, средств магнитной защиты. Катушки выполняют круглыми или прямоугольными. Круглые катушки дают, по сравнению с прямоугольными, увеличение чувстви­тельности на 15-20[знак процента]. Приборы с прямоугольными катушками имеют меньшие размеры прибора по вертикали.

Неподвижные катушки обычно выполняют из двух половин (секций) 1 (рис. 3.15). При этом, изменяя расстояние между катушками, можно менять конфигурацию магнитного поля. Подвижные катушки 2 размещают внутри неподвижных. На оси подвижной катушки закрепляется стрелка 3. Вращающий момент создается при взаимодействии магнитного поля, создаваемого током I1, проходящим по катушке 1, и магнитным полем, создаваемым током I2, проходящим через катушку 2. Электромагнитная энергия We двух контуров с токами

, (3.22)

где L1, L2- индуктивность неподвижной и подвижной катушек; M1,2 - взаимная индуктивность катушек.

Рис. 3.15.

Так как индуктивность катушек не зависит от угла поворота, поэтому вращающий момент, действующий на подвижную катушку 2

. (3.23)

При механическом создании противодействующего момента угол отклонения подвижной может быть определен по формуле

. (3.24)

При протекании по катушкам переменных токов сдвинутых по фазе на угол :

и . (3.25)

Мгновенное значение вращающего момента

. (3.26)

Так как подвижная часть ИМ реагирует на среднее значение МВР равное

= = , (2.27)

где I1 и I2 - действующие значения токов; y - угол сдвига фаз между векторами токов I1 и I2.

Угол отклонения подвижной части равен

. (2.28)

В электродинамических логометрических измерительных механизмах противодействующий момент создается электрическим способом. Подвижная часть такого механизма состоит из двух 2 и 3 (рис. 3.16) жестко закрепленных между собой под определенным углом катушек.

Рис. 3.16.

В данных механизмах создается два момента М1 и М2.

;

, (3.29)

где I - ток в катушке 1; I1 и I2 - токи в катушках 2 и 3.

При М1 = М2 получим выражение

, (3.30)

из которого следует, что угол отклонения подвижной части зависит от отношения токов I1/I2.

Электродинамические приборы применяют в качестве: 1) ваттметров постоянного и переменного токов (ваттметры пере­менного тока делятся на однофазные, трехфазные и малокосинус­ные); 2) амперметров и вольтметров переменного тока и реже - постоянного; 3) фазометров (однофазных и трехфазных); 4) частотомеров; 5) фарадометров.

Электродинамические приборы характеризуются высоким классом точности

В основном электродинамические приборы применяют в ка­честве самых разнообразных ваттметров, а также высокоточных амперметров и вольтметров. Выпускают и комбинированные электродинамические приборы - ампервольтваттметры.

Ферродинамические приборы:

В основе ферродинамических приборов лежит ферродинамический измерительный механизм. Принцип действия ферродинамического измерительного механизма заключается во взаимодействии магнитных полей двух систем проводников с токами, и по существу является разновидностью электродинамического механизма. Отличие заключается в том, что для увеличения чувствительности ИМ содержит магнитопровод из магнитно-мягкого материала. Наличие магнитопровода значительно увеличивает магнитное поле в рабочем зазоре и при этом возрастает вращающий момент.

Рис. 3.18.

В общем случае ИМ механизм включает в себя неподвижную катушку (катушку возбуждения), подвижную часть и магнитопровод. На рис. 3.18 показан один из вариантов конструктивного исполнения ферродинамического ИМ. Магнитная цепь по устройству близка к магнитной цепи магнитоэлектрического ИМ, в котором постоянный магнит заменен электромагнитом. Вращающий момент ферродинамического ИМ возникает в результате взаимодействия подвижной катушки 1 с током и потока, создаваемого неподвижной катушкой 2. Подвижная часть соединяется с указателем 4. При протекании тока I1 по неподвижной катушке и работе на линейном участке кривой намагничивания материала магнитопровода 3 индукцию в рабочем зазоре можно найти как

, (3.32)

где К1 - коэффициент, зависящий от конструктивного исполнения ИМ.

Учитывая, что подвижная часть будет реагировать, вследствие своей инерционности, на среднее значение вращающего момента можно написать

, (3.33)

где S2, n2 и I2 - площадь, число витков и ток подвижной катушки; I1 и I2 - действующие значения токов в неподвижной и подвижной катушке; cos(I1, I2) - косинус угла между векторами токов I1 и I2.

Если противодействующий момент создается при помощи упругих элементов, то для статического равновесия

, (3.34)

- угол отклонения подвижной части; К = К1S2n2.

Ферродинамические измерительные механизмы применяются в амперметрах, вольтметрах, ваттметрах, частотомерах и фазометрах. По сравнению с аналогичными приборами других систем они обеспе­чивают большой вращающий момент при сравнительно малых габаритах, что требуется, например, в самопишущих приборах или в приборах, предназначенных для работы в условиях тряски и вибрации, когда необходим большой коэффициент добротности.

Ферродинамическим ИМ свойственны также хорошая защита от влияния внешних магнитных полей, возможность использования магнитоиндукционного успокоения без применения специальных мер защиты от влияния поля магнита успокоителя (что требуется для электродинамических приборов) и некоторые другие особенности.