3.4. Ферродинамические измерительные механизмы.

Ферродинамический измерительный механизм отличается от магнитоэлектрического измерительного механизма тем, что магнитный поток в нём создаётся не постоянным магнитом, а электромагнитом.

Устройство ферродинамического измерительного механизма показано на рис. 3.4.1. Магнитная цепь электромагнита, состоит из ярма 1 и сердечника 2, выполнена из листовой мягкой стали или из прессованного ферромагнитного порошка, обладающего малыми потерями на гистерезис и вихревые токи. Ток в катушках 3, надетых на ярмо, индуцирует (возбуждает, наводит) в воздушном зазоре равномерное радиальное поле, в котором помещена подвижная катушка (рамка) 4, Противодействующий момент создается двумя пружинами 5, одновременно служащими для подвода тока к рамке. Ферродинамический измери­тельный механизм применяемый для измерений на переменном токе i = I_m sin t

где i – мгновенное значение силы переменного тока;

I_m - амплитуда переменного тока в данный момент.

При мгновенных значениях тока в рамке и потоке можно написать выраже­ние для мгновенного значения вращающего момента в виде:

М_ВРt = B_t*S*N*i,

Где: B_t и i — мгновенные значения магнитной индукции в зазоре и тока в рамке; S и N — активная площадь рамки и число витков в рамке.

Положим, что B_t = В_maxsin α t,

Где: В_max — максимальная индукция в за­зоре; α— угол отклонения; i_Р = I_{р max} sin (αt - φ)

Где: I _max — максимальный ток в рамке; φ— сдвиг по фазе между током в рамке и магнитным пото­ком.

Рис. 3.4.1. Ферродинамический измерительный механизм

1 – ярмо; 2- сердечник, 3- ка­тушки; 4- подвижная катушка;

5 - токоподводы (пружи­ны)

Подвижная часть механизма из-за своей инерционности не может следовать за мгновенными изменениями вращающего момен­та, и ее отклонение будет пропорционально среднему значе­нию вращающего момента за период Т:

Переходя к действующим значениям, получим:

Противодействующий момент, создаваемый пружинами:

Где: W — удельный противодействующий момент пружины;

α — угол отклонения подвижной части.

Установившееся отклонение будет иметь место при равенстве вращающего и противодействующего моментов:

Откуда:

Так как индукция в зазоре пропорциональна току в неподвиж­ных катушках, т.е. В = к_L I_L то

(3.4)

где I_L — сила тока в неподвижных катушках; 1_Р — сила тока в рамке.

В зависимости от назначения измерительного механизма ка­тушки возбуждения 2 и рамка 1 между собой могут соединяться последовательно (рис. 3.9, а), параллельно (рис. 3.9, б) или же включаться в различные участки измеряемой цепи (например, в случае ваттметра).

Если катушки возбуждения питаются независи­мо от измерительной цепи и в нее включается лишь рамка изме­рительного механизма (рис. 3.9, в), то справедлива формула (3.4). В данном случае шкала а= f(I_р)) измерительного механизма по­лучается равномерной.

При соединении катушек последовательно (см. рис. 3.9, а)I₁ = I = I,

где I — измеряемый ток и cosψ = 1. Тогда:

(3.5)

При соединении катушек параллельно (см. рис. 3.9, б) токи в катушках будут пропорциональны измеряемому току I: I_L = k₂ I;

I_р = k ₃I. Следовательно:

(3.6)

где: k, k₁...k₃, — коэффициенты пропорциональности.

Формулы (3.5) и (3.6) показывают, что шкала неравномерная (квадратичная).

а) б)

в)

Рис. 3.4.2. Схемы соединений катушек ферродинамического измерительного механизма:

а) — последовательно (вольтметр); б) — параллельно (амперметр);

в) — независимо (ваттметр);

1 — рамка; 2 —катушки возбуждения