Прилади електродинамічної і феродинамічної систем

Приладами електродинамічної системи вимірюють струм, напругу і потужність у колах постійного і змінного струмів.

Будову приладу електродинамічної системи показано на рис. 3.10, а.

Робота приладу (рис. 3.10, б) ґрунтується на взаємодії струму І₂ у рухомій котушці 2 (струм підводиться до неї через спіральні пружини 6) з магнітним потоком, викликаним струмом І₁ у нерухомій котушці.

При проходженні по котушкам постійного струму загальна енергія магнітного поля котушок дорівнюватиме

де М_1,2 — коефіцієнт взаємної індуктивності котушок.

Обертальний момент дорівнюватиме

Оскільки індуктивності котушок не залежать від кута повороту і є сталими, то

Отже, обертальний момент приладу залежить від величини струмів у котушках і від їх взаємного розміщення.

Спеціальним добором форми котушок та початкового взаємного

положення добиваються, щоб тоді

При

Отже, кут повороту стрілки пропорційний добутку струмів у котушках.

Залежно від способу з'єднання котушок (послідовне, паралельне) прилад працюватиме амперметром чи вольтметром (рис. 3.11).

В амперметрах до 0,5 А котушки з'єднують послідовно, тоді І₁= І₂ і

Для амперметрів, розрахованих на струм, більше 0,5 А, котушки з'єднують паралельно (рис. 3.11), пропускаючи основний струм по грубій обмотці нерухомої котушки. Кут повороту стрілки залишається пропорційним квадрату вимірюваного струму.

Отже, шкала електродинамічних амперметрів квадратична, нерівномірна.

Для вольтметрів (рис. 3.11) котушки з'єднують послідовно. Для розширення межі вимірювання вольтметра до його обмоток послідовно вмикають додатковий опір R_д, тоді

де

Якщо підставити значення струму, матимемо

Отже, шкала для вольтметрів електродинамічної системи також квадратична. Якщо нерухому котушку ввімкнути в коло послідовно з навантаженням R_нав (рис. 3.11), а рухому паралельно, знаходимо

тобто обертальний момент приладу пропорційний потужності, яка виділяється в колі. Це буде ватметр.

Якщо по котушках приладу електродинамічної системи проходить змінний струм у нерухомій котушці, а у рухомій, то миттєвий обертальний момент дорівнюватиме

Середнє значення обертального моменту за період буде

Отже, у колі змінного струму обертальний момент приладу пропорційний діючим значенням струмів і косинусу кута між цими струмами.

Оскільки збігається за фазою з напругою, то

тобто обертальний момент пропорційний активності потужності, і прилад може бути проградуйованим у ватах або кіловатах. Шкала у ватметрів рівномірна.

Зміна напряму струму не впливає на напрям дії обертального моменту, тому що струм змінюється одночасно в обох котушках.

Якщо поміняти місцями затискачі однієї з обмоток ватметра, то напрям обертального моменту зміниться. Для правильного вмикання ватметра один із затискачів струмової обмотки і один із затискачів обмотки напруги позначені зірочкою (*). Ці затискачі називаються генераторними, їх з'єднують разом і вмикають у коло з боку джерела живлення.

На точність показів приладів електродинамічної системи впливає зміна температури (змінюються опір обмоток і пружність пружин), частота струму (понад 400 Гц), а також наявність зовнішніх магнітних полів.

Зменшення впливу зовнішніх полів досягають конструюванням магнітних екранів, астатичних вимірювальних механізмів, а при застосуванні феромагнітних магнітопроводів не тільки зменшується вплив зовнішніх магнітних полів, а збільшуються обертальний момент і чутливість приладу.

До позитивних якостей приладу електродинамічної системи слід віднести: високий клас точності 0,5; 0,2 і 0,1 (як лабораторні переносні ватметри змінного струму), застосування їх як для постійного, так і для змінного струмів при одній шкалі, рівномірність шкали для ватметрів і т. ін. До недоліків відносять: залежність від зовнішніх магнітних полів, малу перевантажувальну здатність, нерівномірність шкали в амперметрах і вольтметрах, велике власне споживання потужності (для амперметрів 5—10 Вт, а вольтметрів 7—15 Вт), велику вартість.

Прилади електродинамічної системи з феромагнітним магнітопро-водом відносять до феродинамічної системи (рис. 3.12).

Нерухому котушку 2 закріплено на магнітопроводі 1, а рухому котушку намотано на рамці 4, що рухається навколо циліндра 3 аналогічно приладу магнітоелектричної системи.

Застосування сталі значно зменшує точність приладу внаслідок впливу гістерезису і вихрових струмів. Тому їх застосовують як щитові ватметри і самозаписуючі прилади, де треба мати великий обертальний момент для подолання сил тертя.