Електромагнітні амперметри та вольтметри

Принцип дії електромагнітного вимірювального механізму оснований на взаємодії магнітного поля, яке створюється струмом в нерухомій котушці, з рухомим феромагнітним осердям.

Електромагнітний вимірювальний перетворювач

Електромагнітні прилади

Одна із найбільш розповсюджених конструкцій електромагнітного механізму подана на рис.2.15, де 1 – котушка; 2 – осердя, закріплене на осі 3 вимірювального механізму; 4 – спіральна пружина; 5 – повітряний заспокоювач.

Рисунок 2.15

Під дією магнітного поля осердя втягується всередину котушки. Рухома частина механізму повертається до тих пір, поки обертальний момент не зрівноважиться протидійним моментом. Як відомо, енергія магнітного поля котушки, по якій протікає постійний струм І,

W_м = L×I²/2, (2.34)

де L – індуктивність котушки, яка залежить від положення осердя, а отже, і від кута повороту a рухомої частини. Обертальний момент:

(2.35)

При рівності обертального та протидійного моментів рухома частина зупиняється, займаючи положення, яке визначається кутом повороту:

(2.36)

Якщо в котушці протікає змінний струм (не обов’язково синусоїдної форми), то рухома частина реагує на середнє значення обертального моменту

(2.37)

і займає положення

(2.38)

Але – квадрат діючого значення періодичного струму. Тоді можна записати:

(2.39)

де І – діюче значення змінного струму.

Величина І² завжди додатна, тому кут повороту рухомої частини не залежить від напряму струму в котушці. Звідси виходить, що електромагнітні прилади можуть застосовуватись для вимірювань як у колах постійного, так і в колах змінного струму.

З (2.39) виходить, що при dL/da = const шкала електромагнітного приладу має квадратичний характер – стиснута на початку та розтягнута в кінці. Зміною залежності L(a) шляхом вибору відповідної форми осердя шкалу значною мірою можна наблизити до рівномірної.

Струм в електромагнітному механізмі підводиться безпосередньо до нерухомої котушки (не через пружини). Провід обмотки котушки можна взяти великого перерізу, тому такий механізм здатний витримувати великі перевантаження.

В амперметрах електромагнітної системи весь вимірюваний струм (за винятком випадків вмикання їх через вимірювальні трансформатори струму) проходить по обмотці нерухомої котушки. В залежності від граничного значення вимірюваного струму вибирається переріз проводу та число витків обмотки котушки. В амперметрах на номінальні струми від 100 А та більше котушка має один виток з товстої мідної шини. Максимальне номінальне значення струму електромагнітних амперметрів прямого вмикання – 200 А, мінімальне – 5 мА. Найбільш поширені амперметри з верхньою межею вимірювання 5 А, оскільки для розширення меж вимірювання амперметрів використовується вимірювальні трансформатори струму, у багатьох із яких номінальне значення вторинного струму дорівнює 5 А.

У переносних багатомежевих амперметрах котушка виконується секційною, а секції вмикаються у послідовно-паралельні комбінації. Перемикання секцій виконується за допомогою перемикачів.

Температурна похибка в амперметрах невелика і обумовлена тільки зміною пружності спіральних пружин або розтяжок.

Внаслідок наявності в осерді рухомої частини втрат на гістерезис та вихрові струми, які залежать від частоти, в цих амперметрах виникає додаткова частотна похибка, але вона теж невелика.

Для розширення меж вимірювання електромагнітних амперметрів, особливо для вимірювання великих струмів, шунти не застосовуються. Це пояснюється тим, що опір обмотки механізму невеликий, опір шунта приблизно в n разів менший (n – коефіцієнт шунтування) за опір обмотки, тому шунти виходять великих розмірів.

Для одержання різних меж вимірювання електромагнітних вольтметрів поcлідовно з котушкою механізму вмикаються додаткові опори з дуже малою залишковою реактивністю, виконані з манганіну (рис.2.16).

У багатомежевих вольтметрах додаткові резистори є секційними. Для одержання малої температурної похибки відношення значення додаткового опору до значення опору котушки механізму повинно бути досить велике.

У електромагнітах із замкнутим магнітопроводом котушка механізму намотується манганіновим проводом, тому додатковий резистор відсутній, і покази таких вольтметрів практично не залежать від температури.

Рисунок 2.16

Зміна частоти вхідної напруги на покази електромагнітних вольтметрів впливає більше, ніж на покази амперметрів, оскільки у вольтметрів більший реактивний опір у порівнянні із активним. З підвищенням частоти реактивний опір збільшується, викликаючи зменшення струму через котушку вимірювального механізму і, таким чином, зменшення його показів. Для компенсації частотної похибки паралельно додатковому резистору (або його частині) приєднується ємність (рис.2.16).

Розширення меж вимірювання електромагнітних вольтметрів до високих напруг здійснюється за допомогою вимірювальних трансформаторів напруги.

До переваг приладів електромагнітної системи відносяться: можливість їх застосування в колах як постійного, так і змінного струму, простота конструкції, надійність, здатність до перевантажень, низька вартість.

Недоліками є: велике власне споживання, мала точність, мала чутливість, сильний вплив зовнішніх магнітних полів. Для захисту від впливу магнітних полів механізми поміщають в феромагнітний екран або виконують їх астатичними.

Частотний діапазон електромагнітних амперметрів (до 10 кГц) ширший, ніж у вольтметрів (до 400 Гц). Електромагнітні прилади дуже широко використовуються як щитові (класів 1,5 та 2,5), але є й лабораторні (класів 0,5 та 1,0).

Дата добавления: 2014-10-22