Прилади електромагнітної системи

Перетворювачі магнітоелектричної системи

Види електромеханічних перетворювачів за принципом дії.

Загальні відомості.

Тема: Електромеханічні вимірювальні перетворювачі струму та напруги.

1. В електромеханічних перетворювачах вимірювана ве­личина (найчастіше напруга чи струм) перетворюється в кутове переміщення рухомої частини приладу. Електроме­ханічні перетворювачі поділяються за принципом дії на: магнітоелектричні; електромагнітні; електродинамічні (і феродинамічні); електро­статичні; індукційні.

Застосо­вують для вимірювання постійних струмів і напруг (ампер­метри та вольтметри), опорів (омметри), заряду (гальвано­метри і кулонметри).

Принцип дії приладів магнітоелектричної системи побудований на взаємодії магнітного поля постійного магніту зі струмами у провідниках обмотки рухомої котушки.

Основними частинами магнітоелектричного приладу є:

- нерухомий постійний магніт 1 для створення в зазорі од­норідного

- магнітного поля; котушка 2, що може оберта­тися навколо осі;

- спіральні пружини 3, призначені для створення моменту протидії та для забезпечення елект­ричного контакту між рухомою котушкою та нерухомою вимірювальною схемою;

- стрілка 4, яка жорстко зв'язана з рухомою котушкою, та шкала з нанесеними поділками і цифрами.

Рис.4.1.Магнітоелектричні перетворювачі із зовнішнім магнітом і магнітом всередині рамки.

Застосовуються для вимірювання постійних і змінних струмів і напруг, а та­кож для вимірювання частоти і кута зсуву фаз у колах змінного струму.

Рис.4.2. Вимірювальні прилади електромагнітної системи.

Електромагнітний прилад складається з:

- ко­тушки 1 із щілиноподібним отвором;

- феромагнітного осер­дя 2, несиметрично закріпленого на осі;

- стрілки 3, при­кріпленої до осі;

- спіральної пружини 4, яка створює мо­мент протидії.

Дія електромагнітного приладу ґрунтується на взаємо­дії магнітного поля котушки з рухомим феромагнітним осердям. Внаслідок цієї взаємодії осердя втягується в котушку і рухома вісь повертається на деякий кут під дією оберталь­ного моменту, який пропорційний квадрату струму.

До переваг електромагнітних приладів належать їхня простота, дешевизна, надійність, здатність витримувати короткочасні навантаження, а також придатність для вимірювання в колах змінного й постійного струму.

Недоліками приладів електромагнітної системи є порівняно низька точність, нерівномірність шкали, досить велика споживана потужність, залежність показів від частоти та впливу зовнішніх магнітних полів.

Принцип дії приладів електродинамічної системи ґрун­тується на взаємодії провідників зі струмом рухомої котушки з магнітним полем, створеним струмом у неру­хомій котушці.

Електродинамічні прилади застосовують найчастіше як ватметри для вимірювання потужності у колах як постійно­го, так і змінного струмів. У такому разі нерухома котушка вмикається послідовно зі споживачем, а рухома — пара­лельно. Послідовно з рухомою котушкою вмикається додатковий опір для зменшення власного споживання енергії і підвищення точності.

В електродинамічних та феродинамічних ампермет­рах нерухому і рухому котушки з'єднують послідовно.

Електродинамічні прилади придатні для роботи в колах постійного і змінного струму. У колах змінного струму електродинамічні прилади мають ­вищу точність порівняно з іншими електромеханічними приладами. Проте на роботу електродинамічних при­ладів впливають зовнішні магнітні поля.

Електродинамічний прилад складається з таких основних частин: нерухомої котушки 1, яку вмикають, як правило, послідовно зі споживачем; рухо­мої котушки 2, закріпленої на осі, яку вмикають пара­лельно споживачеві; спіральних пружин 3, які створю­ють момент, протидії і за допомогою яких струм подається у рухому котушку; стрілки 4, жорстко скріпленої з рухомою котушкою, та шкали з нанесени­ми поділками і цифрами.

Рис.4.3 Вимірювальні прилади електродинамічної та феродинамічної системи.

Феродинамічний прилад відрізняється від електродинамічного лише тим, що його нерухомі котушки мають магнітопровід 5 з магнітном'якого матеріалу.

Електродинамічні та феродинамічні перетворювачі і прилади електродинамічної системи, побудовані на їх основі, застосовують для вимірювання потужності, стру­му, напруги у колах постійного та змінного струмів. Крім того, у колах змінного струму електродинамічні прилади застосовують як частотоміри та фазометри.

Індукційні прилади застосовуються здебільшого як лі­чильники електричної енергії.

Індукційний лічильник електричної енергії складається з електромагніту 1 з обмоткою, по якій проходить струм споживача (обмотка струму); електромагні­ту 2 з обмоткою, яка увімкнена паралельно споживачеві (обмотка напруги); постійного магніту 3, призначеного для створення гальмівного моменту; легкого алюмінієвого диску 4, який вільно обертається на осі; механічного ре­дуктора для зменшення частоти обертання диска в задане число разів та механізму відліку.

Принцип дії індукційного лічильника електричної енергії ґрунтується на взаємодії магнітних полів, електро­магнітів зі струмами, наведеними за законом електро­магнітної індукції в алюмінієвому диску.

В результаті такої взаємодії до диска прикладений обер­тальний момент, значення якого пропорційне активній по­тужності споживача.

На диск діє також гальмівний момент, який виникає від взаємодії струмів, наведених в диску, з магнітним по­лем постійного магніту. Значення гальмівного моменту прямо пропорційне частоті обертання диска.

Рис.4.5 Вимірювальні прилади індукційної системи.

Коли настане рівновага моментів, тобто М = Мпр частота обертання диска буде прямо пропорційна активній потужності споживання.

Кількість обертів N за проміжок часу t буде прямо пропорційна електричній енергії W, яку споживає спожи­вач за час t.

Крім однофазних лічильників, випускаються також трифазні лічильники для вимірювання витрат електрич­ної енергії в трифазних енергетичних системах.

До переваг електромеханічних лічильників енергії слід віднести їх простоту, здатність до перевантажень, а також здатність зберігати покази під час вимикання живлення.

Недоліками індукційних лічильників є невисока точ­ність, залежність показів від температури та частоти. Останнім часом інтенсивно розробляються і впроваджуються електронні та цифрові лічильники енергії.

Прилади електростатичної системи застосовують­ся головним чином як вольтметри для вимірювання на­пруг у колах постійного та змінного струму.

Рис.4.6. Вимірювальні прилади електростатичної системи.

Вольтметр електростатичної системи складається з таких основних частин: системи нерухомих електродів 1; системи рухомих електродів 2; спі­ральної пружини 3 для створення моменту протидії та для підведення напруги до рухомих електродів; стрілки 4, закріпленої на осі разом із системою рухо­мих електродів.

Якщо до рухомих електродів підвести потенціал одного знака, а до нерухомих — іншого, то електроди матимуть заряди протилежних знаків і притягуватимуться один до одного з силою, яка пропорційна заряду електродів

Оскільки заряд прямо пропорційний напрузі, то сила взаємодії, а також обертальний момент будуть прямо пропорційні квадрату прикладеної до електродів напруги.

Позитивними якостями приладів електростатичної систе­ми є:

здатність вимірювати великі напруги безпосередньо без додаткових пристроїв; придатність для вимірювання як постійних, так і змін­них напруг; незначна потужність, яку споживають прилади; широкий частотний діапазон вимірювання.

Недоліками цих приладів слід вважати низьку точність та чутливість, а також сильний вплив зовнішніх чинників (вологості, електричних полів).

Контрольні питання:

1. Класифікація перетворювачів за видом сигналу.

2. Класифікація перетворювачів за вихідним сигналом.

3. Класифікація перетворювачів за характером перетворення вхідної величини у вихідну.

4. Ємнісні перетворювачі.

5. П’єзоелектричні перетворювачі.

6. Електромеханічні перетворювачі.

7. Фотопровідні перетворювачі.

8. Термоелектричні перетворювачі.

9. Основні параметри вимірювальних перетворювачів.

10. Основні групи характеристик перетворювачів.

Література:

Гуржій А.М., Поворознюк Н.І. Електричні і радіотехнічні вимірювання. – Київ: Навчальна книга, 2002

Дата добавления: 2014-01-04