2.4 Электродинамические измерительные приборы

И

Рисунок 2.12 – Устройство электродинамического измерительного механизма

змерительные механизмы. Эти механизмы (рис. 2.12) работают на принципе взаимодействия магнитных потоков двух катушек, по которым протекают токи. Измерительные механизмы состоят из пары неподвижных кат ушек 1 (круглой или прямоугольной формы), соединенных последо­вательно. Внутри этих катушек на оси находится бескаркасная подвижная катушка (рамка) 2. Для подвода тока в подвиж­ною катушку и создания про­тиводействующего момента применяют спиральные пружинки.

Ч тобы получить вращающий момент М, используют электромагнитную энергию системы из двух катушек, по которым протекают постоянные токи и , т. е. где - индуктивности катушек; - их вза­имная индуктивность. Если по­токи подвижной и неподвижных катушек совпадают, то взаим­ная индуктивность катушек положительна, если же потоки направлены в разные стороны - то отрицательна. При повороте подвижной катушки на угол α из­меняется взаимная индуктивность , зависящая от формы и взаимного расположения катушек, а индуктивности и остаются постоянными. Вращающий момент

(2.25)

При некоторых определенных соотношениях размеров под­вижной и неподвижных катушек можно получить в пределах рабочей части шкалы.

Под действием вращающего момента подвижная катушка стремится занять такое положение, при котором направление ее магнитного поля совпадало бы с направлением магнитного поля непод­вижных катушек. При этом она будет поворачиваться до тех пор, шока вращающий и противодействующий моменты не сравняются, т. е. . Следовательно, угол отклонения подвижной части механизма

(2.26)

При включении электродинамического механизма в цепь пере­менного тока мгновенное значение вращающего момента

(2.27)

где ; - мгновенные значения токов в катушках ( - начальные углы сдвига фаз).

Среднее значение вращающего момента за период, на который реагирует подвижная часть механизма,

(2.28)

где - среднеквадратичные значения токов в катушках; - угол сдвига фаз между векторами токов и . Угол отклонения подвижной части механизма

(2.29)

показывает, что при несовпадении по фазе токов отклонение под­вижной части, а пропорционально произведению среднеквадратич­ных значений этих токов на косинус угла сдвига фаз между ними.

Электродинамические механизмы содержат две цепи тока, поэтому являются множительным устройством и обладают фазочувствительностью. Данная особенность позволяет применять их не только в амперметрах, вольтметрах, но и в ваттметрах, фазо­метрах и др.

К достоинствам электродинамических механизмов относят высокую точность и возможность использования их как в цепях посто­янного тока, так и в цепях переменного тока, к недостаткам - малую чувствительность; влияние внешних магнитных полей на покaзaния ИМ (слабое собственное магнитное поле); большую мощ­ность потребления; ограниченный частотный диапазон (до 1,5 кГц). Электродинамические механизмы используют в амперметрах, вольтметрах, ваттметрах при лабораторных измерениях в цепях постоянного и пёрёменного токов промышленной частоты, фазометрах. Для уменьшения влияния внешних магнитных полей на показания приборов применяют магнитное экранирование измерительного механизма, астизирование (с общей осью измерительного механизма наматываются витки встречно с одинаковым числом витков). Соб­ственные магнитные поля измерительного механизма направлены в противоположные стороны. Внешнее равномерное магнитное поле, усиливая поле одного измерительного механизма на какое-то значение, на это же значение ослабляет поле другого, но не изме­няет их суммарного вращающего момента.

Амперметры и вольтметры. Если неподвижные и подвижные катушки соединить последовательно и по ним пропустить один и тот же ток , то угол отклонения подвижной части механизма

(2.30)

где k - коэффициент пропорциональности.

Следовательно, отклонение подвижной части прибора пропор­ционально квадрату тока (напряжения). При изменении направле­ния токов в обеих катушках отклонение подвижной части прибора останется прежним. Так как токи и совпадают по фазе, то при­бор может иметь одну шкалу для постоянных и переменных токов (например, для амперметров на малые токи до 0,1 А и вольтметров).

При токах выше 0,1 А катушки соединяются параллельно.

Электродинамические амперметры применяют для измерения токов 0,1-10 А. Использование их для измерения токов миллиамперного диапазона в маломощных цепях ограничивается боль­шой мощностью потребления и малой чувствительностью. Изме­нение пределов измерения достигается секционированием непод­вижных катушек, а также комбинацией последовательно-парал­лельного соединения секций неподвижных катушек с подвижной катушкой.

В электродинамических вольтметрах неподвижная и подвижная катушки соединяются последовательно с добавочным резистором и по ним проходит один и тот же ток.

Электродинамические вольтметры выпускаются на несколько пределов (до 300 В.) и используют их в основном для точных изме­рений. Внутреннее сопротивление их мало (примерно 1 кОм на пре­деле 30 В), мощность потребления изменяется в зависимости от пре­дела измерения, максимум до 10 Вт, чувствительность низкая

Пределы измерения амперметров и вольтметров могут быть рас ширены с помощью измерительных трансформаторов токов и напряжений.