3.3. Электродинамические приборы

В электродинамических приборах используется энергия взаимодействия магнитного поля, создаваемого токами двух катушек индуктивности. Одна катушка закрепляется неподвижно, другая может вращаться вокруг заданной оси. Электродинамическая схема напоминает схему магнитоэлектрического прибора, где роль неподвижного магнита выполняет неподвижная катушка. Схема прибора приведена на Рис. 8.

Рис. 8. Электродинамический измерительный преобразователь с двумя катушкам. 1 - неподвижная катушка индуктивности, 2- неподвижная катушка индуктивности.

Энергия взаимодействия W_взмагнитных полей подвижной и неподвижной катушек можно записать с помощью взаимной индуктивностиследующим образом

W_вз =L₁₂I₁I₂, (3.3.1)

где токи, соответственно протекающие через катушкиIиII.

Соответствующий вращающий момент определяется выражением

, (3.3.2)

где величина зависит о взаимной ориентации катушек.

Если обе катушки соединены последовательно, то и угол отклонения стрелки прямо пропорционален квадрату токаI:

(3.3.3)

Поскольку для переменного тока средняя величина <I₂> ≠ 0 то электродинамические приборы позволяют измерять не только постоянный, но и переменный ток. Электродинамические приборы используют преобразование как постоянного, так и переменного тока в угол отклонения стрелки.

II²M_вр (3.3.4)

Этот же тип приборов используется в качестве электрических счетчиков расхода электроэнергии. В такой схеме одна из катушек, допустим катушка 1, соединяется с нагрузкой (например, кофеваркой) параллельно и , гдеUнапряжение нагрузки, а другая катушка последовательно и. В этом случае вращающий момент

, (3.3.5)

где мощность Р,P=IUэлектрическая мощность, потребляемая нагрузкой.

Под действием вращательного момента (3.3.5) алюминиевый диск (Рис. 9) вращается между полюсами постоянного магнита.

О`

О

Рис. 9. Принцип работы электросчетчика. D – алюминиевый диск, М – постоянный магнит, ОО` ось вращения диска,- угловая частота,n– число оборотов диска в единицу времени.

В этом диске индуцируются вихревые токи, которые взаимодействуют с магнитным полем постоянного магнита и согласно правилу Ленца создают тормозящий момент М_торм~n пропорциональный числу оборотов дискаn. В стационарном случае

М_вр=М_торм, (3.3.5)

и согласно (3.3.5)

n=kP, (3.3.6)

где k- постоянный коэффициент, зависящий от параметров счетчика.

Полное число оборотов диска N, за интервал времени (t₁,t₂) описывается выражением

, (3.3.7)

и регистрируется механическим счетчиком. Как видно из приведенного выражения, полное число оборотов диска линейно связано с энергией W, потраченной нагрузкой в интервал времени (t₂,t₁).

3.4. Электромагнитные приборы

В электромагнитных приборах используется энергия взаимодействия подвижного ферромагнитного сердечника с магнитным полем, создаваемым неподвижной катушкой. Схема работы такого прибора приведена на Рис. 10.

О`

О

I

I

Рис. 10. Схема работы электромагнитного прибора на основе взаимодействия магнитного поля тока с ферромагнитным сердечником. 1 – Катушка индуктивности. 2 – подвижный ферромагнитный сердечник, ОО` - ось вращения сердечника.

Энергия магнитного поля системы записывается в виде

^{, (3.4.1)}

где индуктивность Lсистемы, состоящей из катушки и сердечника, зависит от угла, характеризующего ориентацию сердечника (его положение в пространстве относительно полости катушки).

Вращающий момент, действующий на ферромагнитный сердечник, согласно (3.1.2) определяется формулой

, (3.4.2)

поэтому угол отклонения подвижного ферромагнитного сердечника

(3.4.3)

пропорционален квадрату измеряемого тока. Следовательно, приборы электромагнитного типа могут быть использованы в цепях как постоянного, так и переменного тока и используют преобразование постоянного и переменного тока в угол отклонения стрелки.

II²M_вр (3.4.4)

Для расширения пределов измерения электромагнитных амперметров в случае переменного тока применяют измерительные трансформаторы, преобразующие большие переменные токи и напряжения в малые.