4.8. Индукционные им и приборы на их основе

4.8.1. Устройство, принцип действия и области применения

Принцип действия индукционных измерительных механизмов заключается во взаимодействии переменного магнитного поля проводника тока и индуцированными этим полем вихревых токов в подвижном элементе.

Конструктивно индукционный измерительный механизм состоит из одного или нескольких электромагнитов и подвижной части, которая обычно выполняется в виде алюминиевого диска, укрепленного на оси. По числу магнитных потоков, пересекающих подвижную часть, они могут быть однопоточными и многопоточными. Однопоточные индукционные механизмы в измерительной технике в настоящее время не применяются [8].

Рассмотрим индукционный механизм на примере двухпоточного прибора, конструкция которого показана на рис. 4.14. Токи I₁ и I₂, протекающие по обмоткам электромагнитов 1 и 2, возбуждают в сердечниках магнитные потоки Ф₁ и Ф₂. Эти потоки, пронизывая диск 2, наводят в нем вихревые токи. Взаимодействие потоков с токами в диске создает вращающий момент, среднее значение которого может быть определено как М_ВР= СfФ₁Ф₂sin, где C - коэффициент, определяемый материалами и конструкцией измерительного механизма; f - частота изменения потоков;- угол сдвига фаз между потоками.

Индукционные механизмы в основном используются в счетчиках электрической энергии. Рассмотрим применение индукционных измерительных механизмов на примере однофазного тангенциального счетчика электрической энергии.

В индукционном счетчике одна обмотка одного из электромагнитов, например, 1, выполняется из небольшого числа витков относительно толстого провода и включается в цепь последовательно с нагрузкой, как показано на рис. 4.15. Обмотка электромагнита 2 имеет большое число витков тонкого провода и включается параллельно нагрузке. Ток I₁= I_Н в последовательной обмотке создает в сердечнике электромагнита 1 поток Ф₁= Ф_I. А ток I₂= I_Uсоздает в сердечнике электромагнита 2 магнитный поток Ф_U. Так как в счетчике на пути магнитных потоков Ф_Iи Ф_Uимеются большие воздушные зазоры, можно считать, что зависимость между потоками и токами I_I, I_Uлинейна, т. е.

Ф_I= К_II_H; Ф_U= К_UI_U= K_U¹U. (4.22)

Подставляя (4.22) в выражение для вращающего момента, получим

М_ВР= К_IK_U¹UI_Hsin= КUI_Hsin. (4.23)

В индукционных счетчиках для получения вращающего момента пропорционального активной мощности конструктивными методами добиваются выполнения условия: =/2 -, где- угол сдвига фаз между током и напряжением на нагрузке. Отсюда получим

М_ВР=kUI_Hcos=kP_а, (4.24)

т. е. вращающий момент пропорционален активной мощности Р_а.

Для равномерного вращения в счетчике с помощью постоянного магнита и в результате взаимодействия магнитных потоков Ф_Iи Ф_Uс токами в диске, индуцированными этими потоками, создается противодействующий (тормозной) момент. При равенстве вращающего и противодействующего моментов диск счетчика будет вращаться со скоростью, пропорциональной активной мощности в нагрузке.

Электрическая энергия определяется выражением

t₂

W = Pdt. (4.25)

t₁

В качестве устройства, выполняющего операцию интегрирования, в индукционных счетчиках используется счетные механизмы.