Ферродинамическая система.

Ферродинамические измерительные механизмы были предложены в 1913 г. М.О. Доливо-Добровольским. Ферродинамический измерительный механизма, представляя собой разновидность электродинамического, отличается от последнего наличием магнитопровода из магнитомягкого материала. Устройство одного из механизмов этой системы показано на рис. 2.2.4. Две половины неподвижной катушки А₁ и А₂ расположены на стержнях магнитопровода из листовой стали. Подвижная катушка без металлического каркаса во избежание появления в нем индуктированных токов укреплена на одной оси со стрелкой.

Рис. 2.2.4. Устройство измерительного механизма ферродинамической системы

Рис. 2.2.5. Схема устройства измерительного механизма ферродинамической системы с двумя элементами

В воздушном зазоре возникает радиальное однородное поле с индукцией, пропорциональной току в неподвижной катушке. Взаимодействие этого поля с током в подвижной катушке создает вращающий момент, который, как и в электродинамическом механизме, пропорционален произведению действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига фаз между ними, т.е. . Малое сопротивление магнитной цепи обеспечивает получение весьма значительной индукции в воздушном зазоре и большого вращающего момента. Последнее обстоятельство дает возможность увеличить массу подвижной части без увеличения погрешности от трения и получить прочную подвижную часть. Успокоение колебаний подвижной части приборов магнитоиндукционное. Применение стали влечет за собой появление погрешности от гистерезиса и вихревых токов и значительное уменьшение погрешности от внешнего магнитного поля. Последнее обстоятельство менее существенно, так как имеются эффективные средства защиты от влияния внешнего магнитного поля (астазирование, экранирование). Поэтому более существенной является большая основная погрешность приборов ферродинамической системы (по сравнению с погрешностью электродинамических приборов).

Для уменьшения погрешности от гистерезиса и вихревых токов сердечники выполняются наборными (шихтованными) из листовой стали.

На рис. 2.2.5 и 2.2.6 показаны устройства измерительных механизмов с двумя и тремя элементами, каждый из которых имеет неподвижную и подвижную катушки. Подвижные катушки укреплены на одной оси со стрелкой. Вращающий момент, действующий на подвижную часть, равен алгебраической сумме моментов отдельных элементов. Эти механизмы применяются в трехфазных ваттметрах при измерении мощности в трехфазных сетях, где требуется совмещение нескольких механизмов в одном приборе.

На рис. 2.2.7 показана схема устройства одного из ферродинамических логометров. Две неподвижные катушки А₁ и А₂ укреплены на стальных сердечниках. Две подвижные катушки Б₁ и Б₂ укреплены на оси. Ток к подвижным катушкам подводится при помощи безмоментных подводок. Катушки А₁ и Б₁, соединенные последовательно, при прохождении тока I₁ создают вращающий момент М₁, действующий на катушку Б₁. Аналогично при прохождении тока I₂ по катушкам А₂ и Б₂ создается второй вращающий момент М₂, действующий на катушку Б₂. Разность моментов вызывает поворот подвижной части логометра до тех пор, пока моменты не уравновесят друг друга. При этом М₁ = М₂ или , откуда или .

Таким образом, угол поворота подвижной части рассмотренного ферродинамического логометра определяется отношением квадратов токов, проходящих по его катушкам. Эти логометры применяются для измерения частоты, сдвига фаз, емкости и т.п.

Рис.2.2.6. Схема устройства измерительного механизма ферродинамической системы с тремя элементами

Рис.2.2.7. Схема устройства измерительного механизма логометра ферродинамической системы

Всем логометрам свойственно отсутствие нулевого положения, в которое возвращалась бы стрелка отключенного прибора. Точность этих приборов ограничивается углом в 1 – 2 и снижается с уменьшением тока. Зависимость от частоты велика для всех приборов, работающих с последовательно включенными индуктивными катушками, тогда как влияние подводимого напряжения значительно меньше.

Ферродинамические приборы конструктивно просты, однако обладают сравнительно низкой точностью измерений.

Ферродинамические приборы используются для измерений в сетях переменного тока нормальной промышленной (50 Гц), а также повышенной частоты в качестве ваттметров, частотомеров и фазометров. Кроме того, вследствие большого вращающего момента амперметры, вольтметры и ваттметры ферродинамической системы изготовляются самопишущими. Самопишущие приборы предназначаются для записи на бумагу меняющихся по времени значений тока, напряжения и мощности и позволяют установить характер изменения измеряемых величин и их значения в любой момент времени.