2.2.5. Приборы электродинамической системы

Конструкция и принцип действия. На рис. 19 приведена упро­щенная конструкция электродинамического (ЭД) измерительно­го механизма. Неподвижная катушка 1 с током I₁ разделена на две части; подвижная катушка 2 с током I₂ закреплена на оси 3 внутри неподвижной катушки. Спиральная пружина 4 служит для созда­ния противодействующего момента.

Принцип действия основан на взаимодействии магнитных потоков двух катушек с токами I₁ и I₂. Протекающие по катуш­кам токи создают магнитные потоки, которые стремятся при­нять одно направление, при этом подвижная катушка пово­рачивается внутри неподвижной. Вращающий момент М для по­стоянных токов:

М= ,

где L_-1-2 – взаимная индуктив­ность катушек; α – угол поворота подвижной части.

Рис. 19. Конструкция электродинами­ческого измерительного механизма:

1 – неподвижная катушка; 2 – подвиж­ная катушка; 3 – ось; 4 – спиральная пружина;

5 – стрелка; 6 – шкала

Электродинамические прибо­ры могут быть использованы в цепях как постоянного, так и переменного тока. Во втором слу­чае при синусоидальных токах вращающий момент определяет­ся по формуле

М= ,

где I₁, I₂ – действующие значения переменных токов в катушках;

φ – угол сдвига фаз между токами в катушках.

На базе ЭД механизма выпускаются амперметры, вольтметры, ваттметры, фазометры.

Амперметры и вольтметры. Схема с последовательным соедине­нием катушек, приведенная на рис. 20, а, применяется в милли­амперметрах.

а б

Рис. 20. Схема амперметра электродинамической системы: а – с последовательным соединением катушек; б – с параллельным

Схема рис. (20, б) с параллельным соединением кату­шек используется в амперметрах на токи более 0,5 А.В схеме вольтметра использовано последовательное соединение катушек (рис.21).

Рис. 21. Схема вольтметра электродинамической системы

Резистор R_V служит для повышения входного сопротивления прибора. Добавочные резисторы R_Д1 и R_Д2 обеспечивают возмож­ность работы в нескольких диапазонах (значения номинальных вход­ных напряжений U_V3 > U_V2 > U_V1).

Здесь, как и в вольтметрах электромагнитной системы, индук­тивное сопротивление катушек растет с ростом частоты измеряе­мого сигнала. Поэтому для поддержания полного комплексного сопротивления примерно постоянным в некотором диапазоне ча­стот, как и в случае с ЭМ приборами, применяется частотная коррекция (конденсатор С_к и резистор R_к).

Ваттметры. На базе ЭД механизма выпускаются различные типы приборов, но основное применение этот принцип нашел в ваттметрах.

Произведение двух токов в выражении вращающего момента является основой для построения ваттметров на основе ЭД механизмов. Если в одной катушке ток равен току, текущему в нагрузку, а во второй катушке ток пропорционален напряже­нию на нагрузке, то показания прибора будут пропорциональны активной мощ­ности. Схема включения ваттметра при­ведена на рис. 22.

Рис. 22. Схема ваттметра электродинамической системы

Цепь катушки напряжения содержит элементы частотной коррекции (конден­сатор С_к и резистор R_к).

Особенности ЭД приборов. К достоин­ствам ЭД приборов относятся следующие: высокая точность (до 0,1 %); возможность работы как на постоянном, так и на пе­ременном токе; амперметры и вольтметры этой системы реагиру­ют на действующее значение переменного тока или напряжения. Недостатками являются:

• сравнительно невысокая чувствительность;

• возможное влияние внешних магнитных полей (что может по­требовать экранирования механизма);

• заметное влияние температуры окружающей среды на сопротивление катушек и, как следствие, на показания прибора;

• значительная собственная мощность потребления энергии от источника сигнала;

• нелинейная (квадратичная) шкала;

• ограниченный частотный диапазон (1...5 кГц).

О бозначение ЭД системы на шкалах приборов:

Обозначение ЭД системы с магнитным экранированием механизма:

Существует разновидность конструкции, в которой магнитные потоки катушек замыкаются не по воздуху, как в классическом варианте, а по вспомогательным магнитопроводам. Это так назы­ваемая ферродинамическая (ФД) система. Благодаря заметному уменьшению магнитного сопротивления значительно возрастает вращающий момент механизма, поэтому может быть снижена мощ­ность собственного потребления прибора и (или) повышена его чувствительность. Кроме того, наличие магнитопроводов ослабля­ет влияние внешних магнитных полей и поэтому не требуется эк­ранирование механизма. Правда, точность ФД приборов ниже, а диапазон частот несколько уже, чем у ЭД.

О бозначение ФД системы на шкалах приборов:

Главное применение ЭД и ФД приборов – работа в элек­тричес-ких цепях переменного тока промышленной частоты (50 Гц).