Системи

Амперметри, вольтметри і ватметри електродинамічної

Найпростіше вимірювальне коло цього амперметра - обидві котушки з’єднані послідовно, і через них протікає весь вимірюваний струм (рис.2.18, а). Тому кут j = 0 і рівняння перетворювання має вигляд:

(2.45)

тобто кут відхилення пропорційний квадратові діючого значення струму. Отже, при dM/da = const шкала приладу квадратична.

Щоб наблизити шкалу до рівномірної, форму та розташування котушок вибирають так, щоб відповідним чином змінилась похідна dM/da при повороті рухомої частини.

Послідовне з’єднання котушок використовується в амперметрах на малі струми (від 1 мА до 0,5 А).

При великих струмах (до 10 А) котушки з’єднуються паралельно (рис.2.18, б). Опори R₁ та R₂ та індуктивності L₁ та L₂ підбирають такими, щоб, по-перше, струм через рухому котушку, який підводиться через спіральні пружини, не перевищував припустимого значення, а, по-друге, щоб зсув фаз між струмами І₁ та І₂ дорівнював нулю. Тоді залежність кута повороту від струму виражається рівнянням (2.45). Крім того, включення в коло опорів R₁ та R₂ і індуктивностей L₁ та L₂ потрібне для компенсації частотної й температурної похибок.

Рисунок 2.18

Для одержання амперметрів з декількома межами вимірювання нерухому котушку роблять секційною (найчастіше з двох секцій для одержання двох меж).

Для вимірювання струмів більше 10 А використовуються вимірювальні трансформатори струму.

Максимальна частота для електродинамічних амперметрів – 10 кГц.

У електродинамічних вольтметрах нерухома та рухома котушки з’єднані послідовно разом з додатковим резистором R_д (рис.2.19). Якщо повний опір вольтметра Z_в, то в колі буде протікати струм І = U/Z_в. Тоді

(2.46)

тобто характер шкали вольтметра такий самий, як і у амперметра. Так само, як і у амперметрах, у вольтметрах зміною dM/da досягають практично рівномірної шкали.

Для одержання багатомежевих вольтметрів застосовують декілька додаткових резисторів, з’єднаних послідовно.

В амперметрах з послідовною схемою з’єднання котушок опір кола приладу значно менший від опору кола, в якому вимірюється струм. Тому зміна опору приладу при зміні частоти вимірюваного струму мало впливає на покази приладу.

Рисунок 2.19 У вольтметрах струм через вимірювальний механізм при заданій напрузі визначається тільки опором приладу. І якщо цей опір змінюється від частоти при незмінній напрузі, то це безпосередньо впливає на покази приладу. Особливо це проявляється у вольтметрах з малим додатковим опором. Для компенсації частотної похибки паралельно додатковому резистору приєднується ємність так само, як це робиться в електромагнітних вольтметрах (див. рис.2.16). Частотний діапазон електродинамічних вольтметрів обмежується зверху частотою 5 кГц.

Вольтметри електродинамічної системи застосовуються при безпосередньому їх вмиканні для вимірювання напруг від 1,5 до 600 В. Струм повного відхилення у них – від 3 до 60 мА. Для вимірювання напруг більше 600 В застосовуються вимірювальні трансформатори напруги.

При використанні електродинамічного механізму для ват­метра необхідно, щоб струм через одну із котушок дорівнював струму навантаження, а струм через іншу котушку був пропорційний напрузі на навантаженні; зсув фаз між струмами повинен дорівнювати зсуву фаз між напругою та струмом в навантаженні. У відповідності із цим здійснюється підключення котушок ватметра до навантаження (рис. 2.20).

Рисунок 2.20

В схемі рис.2.20 струм І₁ через нерухому котушку, яка ввімкнена послідовно з навантаженням, дорівнює струму навантаження I_н.

Сумарний активний опір додаткового резистора R_д разом із активним опором рухомої котушки R₂ набагато більший за реактивний опір котушки, тому реактивним опором можна знехтувати. Тоді струм І₂ = U/(R_д+R₂). Напруга на паралельній вітці ватметра відрізняється від напруги на навантаженні на величину спаду напруги на нерухомій (послідовній) котушці ватметра, яка набагато менша за напругу на навантаженні.

Можна вважати, що U = U_н. Тоді І₂ = U_н/(R_д+R₂), тобто струм у паралельному колі ватметра пропорційний напрузі на навантаженні. Зсув фаз j між U_н та І_н дорівнює зсуву фаз j між І₁ та І₂. З урахуванням цього рівняння перетворення (2.44) можна переписати у вигляді:

(2.47)

або

a = S_p×Р, (2.48)

де Р = U×I×cosj – потужність в навантаженні;

– постійний коефіцієнт (чутливість до потужності) при dM/da = const.

Таким чином, кут відхилення a рухомої частини приладу пропорційний потужності в навантаженні Р, тому шкала приладу лінійна.

Ватметр за схемою рис.2.20 вмикається для вимірювання потужності в колах постійного струму або в однофазних колах змінного струму. Зірочки на схемі (та на корпусі приладу) означають початки обмоток. При зворотному ввімкненні однієї із котушок стрілка приладу “зашкалює” вліво за нульову позначку.

Електродинамічні ватметри виконують у вигляді багатомежевих лабораторних приладів високих класів точності (0,1; 0,2). Діапазон вимірювання потужностей таких приладів – від часток вата до декількох кіловат. Вимірювання можуть виконуватись як на постійному струмі, так і на змінному струмі промислових частот (50, 400 Гц).

Похибки електродинамічних ватметрів виникають через вплив температури та зовнішніх магнітних полів. При підвищенні частоти до декількох сотень герц суттєвими є частотні похибки. Вони обумовлені зростанням індуктивних опорів котушок.

Іноді буває необхідно виміряти потужність в навантаженнях з малим cosj (тобто з великою реактивною частиною навантаження). У цих випадках (як правило в лабораторних умовах) застосовують малокосинусні ватметри (для cosj= 0,05; 0,1; 0,2). Вони відрізняються від звичайних малим протидійним моментом пружин або розтяжок.

Звичайні (їх називають одноелементними) ватметри застосовують також для вимірювання потужності в трифазних колах. Вмикаються вони за спеціальними схемами. Крім того, на основі одноелементних електродинамічних механізмів виконують дво- та триелементні трифазні ватметри.

Дата добавления: 2014-10-22