5.5. Электродинамические приборы
Работа измерительных механизмов электродинамической схемы основана на взаимодействии магнитных полей двух катушек с токами: неподвижных 1 и подвижной 2 (рис. 5.4). Подвижная катушка, укрепленная на оси или растяжках, может поворачиваться внутри неподвижной. При протекании в обмотках катушек токов I1 и I2, стремящиеся так повернуть подвижную часть, чтобы магнитные потоки подвижной и неподвижной катушек совпали.
Рис. 5.4 Устройство электродинамического прибора
Неподвижная катушка 1 обычно выполняется из двух одинаковых частей, разделенных воздушным зазором. Благодаря этому обеспечиваются требуемая конфигурация магнитного поля и удобство расположения оси. Неподвижная и подвижная катушки механизма (обычно бескаркасные) имеют круглую или прямоугольную форму и изготовляются из медного или алюминиевого провода. Подвижная катушка укрепляется на опорах или растяжках. Для подвода тока к подвижной катушке используются спиральные пружины и растяжки.
Энергия магнитного поля двух катушек с токами I1 и I2
,
где L1 и L2 – индуктивности катушек; М12 – взаимная индуктивность между катушками.
Взаимная индуктивность М12 зависит от угла поворота подвижной части
.
При протекании по
катушкам переменных токов
где I1 и I2 – действующие значения токов; M(t) – мгновенное значение вращающего момента; – угол сдвига фаз между токами в катушках. Вращающий момент пропорционален произведению действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига фаз между ними. Эта особенность электродинамического механизма открывает возможность для создания на его основе не только амперметров и вольтметров, но и средств измерения других величин. Если противодействующий момент создается упругими элементами, то для режима установившегося отклонения (M = -MПР) получим
откуда для механизма прибора, работающего на переменном токе,
Следовательно,
характер шкалы зависит от произведения
При протекании по катушкам постоянных токов I1 и I2 уравнение преобразования можно представить в следующем виде:
Достоинства: одинаковые показания на постоянном и переменном токе (при последовательном соединении катушек); стабильность показаний во времени; не содержат ферромагнитных сердечников. Недостатки: невысокая чувствительность; большое собственное потребление мощности; чувствительность к перегрузкам. Область применения: лабораторные многопредельные приборы высоких классов точности 0,5; 0,2; 0,1 для измерений на постоянном и переменном токе. Выпускаются миллиамперметры и амперметры с пределами от 1 мА до 10 А на частоты до 10 кГц, многопредельные вольтметры с пределами от 1,5 до 600 В на частоты до 5 кГц с током полного отклонения от 60 до 3 мА, многопредельные однофазные ваттметры с пределами по току от 25 мА до 10 А и по напряжению от 15 до 600 В.
|
и
подвижная
часть из-за инерционности реагирует
на среднее значение вращающего момента
,
,
.
и
производной
.
Взаимная индуктивность между катушками
определяется их формой, размерами и
взаимным расположением, т.е.
.
.