Основные типы электромеханических приборов

Приборы магнитоэлектрической системы представляют собой приборы для измерения токов и напряжений постоянного тока - а мперметры, вольтметры, логометры, ваттметры, принцип действия которых основан на взаимодействие постоянного магнитного поля с током, протекающим по измерительной катушке (рамке с током).

Возможны два варианта исполнения магнитоэлектрических приборов:

· Вращающаяся рамка с током в постоянном магнитном поле

· Постоянный магнит, вращающийся в поле катушки с током

В любом случае угол поворота рамки или магнита пропорционален величине тока, протекающей через катушку прибора, и определяется уравнением:

здесь: B - величина магнитной индукции в зазоре постоянного магнита, s – эффективная площадь рамки, n – количество витков в рамке, S _I – чувствительность механизма прибора по току.

Ø Отклонение подвижной части приборов магнитоэлектрической системы прямо пропорционально величине постоянного тока, протекающего через его обмотку, а следовательно эти приборы имеют равномерную шкалу.

Без использования внешних шунтов и делителей магнитоэлектрические приборы применяются для измерения токов до 10 А и напряжений до 1000 В

Магнитоэлектрические приборы отличаются

· высокой чувствительностью - измерение тока от 10 нА и напряжения от 1 мкВ

· высокой точностью, наибольшей среди электромеханических приборов - класс точности от 0,1

· малым энергопотребление;

· малой чувствительность к внешним полям.

Их высокие измерительные характеристики используются при построении других вариантов измерительных приборов, среди которых наибольшее значение имеют:

Гальванометры – вариант исполнения магнитоэлектрических приборов с очень высокой чувствительностью, которые используются для измерения очень малых токов, напряжений, заряда. Имеют неградуированную шкалу и используются в качестве нуль-индикаторов.

Магнитоэлектрические логометры - приборы для измерения отношения электрических величин. В однородном постоянном магнитном поле на едином подвижном устройстве закреплены две идентичные рамки с током. Тогда угол поворота равен разности моментов, создаваемых токами I ₁ и I ₂ , протекающими по рамкам: a=S_I (I₁ – I₂)

Выпрямительные приборы - а мперметры и вольтметры, полученные сопряжением диодного выпрямителя и магнитоэлектрического прибора, что дает возможность использования магнитоэлектрических приборов на переменном токе. Их отличает:

· малые токи и напряжения (0,3 мА и 0,3 соответственно) переменного тока, линейная шкала, измерение в широком частотном диапазоне (до 20 кГц),

· невысокая точность (класс точности 1,0-2,5), зависимость показаний от формы тока

Термоэлектрические приборы - а мперметры и вольтметры, полученные сопряжением термоэлектрического преобразователя и прибора магнитоэлектрической системы. Протекающий ток нагревает высокоточное образцовое сопротивление, температура которого измеряется с помощью миниатюрной термопары и магнитоэлектрического прибора, измеряющего термоЭДС. Такой принцип обеспечивает возможность использования магнитоэлектрических приборов вплоть до сверхвысоких частот (выше 1 ГГц).

Термоэлектрические приборы отличаются

· Широким диапазоном частот при независимости показаний от формы переменного тока.

· Небольшой точностью - класс точности (1,0-2,5)

· Большое энергопотребление

· Малая перегрузочная способность

Приборы электродинамической и ферродинамической систем, в основе которых лежит принцип взаимодействия магнитных полей двух катушек с током – подвижной и неподвижной. Для увеличения магнитных полей катушек могут использоваться магнитопроводы из магнитомягкого материала – ферродинамическая система.

Уравнение преобразования приборов электродинамической системы:

где I ₁, I₂ - токи в катушках, M ₁₂ – коэффициент взаимной индукции катушек (зависит от угла между ними), y - фазовый сдвиг между токами в катушках..

Приборы электродинамической системы отличаются:

· Хорошей точностью – класс точности от 0,1

· Возможность разнообразных схем включения катушек, что обеспечивает разнообразие применений электродинамических приборов

· Нелинейностью шкалы

· Невысокой чувствительностью

· Большим энергопотреблением и чувствительностью к перегрузкам

На основе приборов электродинамической и ферродинамической систем производятся:

· амперметры и вольтметры постоянного и переменного тока и измеряемыми токами в диапазоне 1мА- 10 А и напряжения 1-600 В при частоте переменного тока до 10 кГц

· Однофазные ваттметры и ваттметры постоянного тока

· Логометры – на их основе - фазометры, частотомеры, измерители емкости и индуктивности

Приборы электромагнитной системы используют взаимодействие магнитного поля, создаваемого неподвижной катушкой с током, с одним или несколькими ферромагнитными сердечниками, эксцентрично установленными на оси этой катушки. Основное уравнение системы:

где L – индуктивность катушки.

В принципе электромагнитные приборы имеют неравномерную шкалу, но подбором формы сердечника можно ее можно линеаризовать, начиная с 15-20% от ее полного значения. Приборы электромагнитной системы включают:

· Амперметры – до 200А при прямом включении

· Вольтметры – 1-600В при прямом включении

· Логометры- двухмоментные и трехмоментные

Достоинствами электромагнитных приборов являются:

· Возможность работы на постоянном и переменном токе

· Устойчивость к перегрузкам

· Простота конструкции и низкая стоимость

· Возможность работы до частоты 1500Гц

Однако они имеют значительный гистерезис, большое потребление мощности, невысокую точность - класс точности от 0,5.

Приборы электростатической системы -измерение напряжения при использовании электростатического взаимодействия двух заряженных проводников. Областью применения приборов этого типа является измерение высоких напряжений постоянного и переменного тока. Основное уравнение этого прибора есть:

где С – емкость электродов, U – напряжение на электродах прибора

Шкала электростатических приборов неравномерная, неравномерность может частично компенсироваться профилирование электродов.

· высокие напряжения постоянного и переменного тока (до 300 кВ),

· очень широкий диапазон частот (до 10 МГц), очень низкое энергопотребление,

· невысокая точность (класс точности 0,5-2,5), нелинейность шкалы при малых напряжениях (10-20% шкалы)

Приборы индукционной системы используются главным образом для измерения активной мощности переменного тока в однофазных и многофаз­ных сетях. В отдельных случаях индукционные приборы используют для из­мерения тока и напряжения в силовых цепях переменного тока.

Принцип действия индукционных приборов основан на взаимодейст­вие магнитного поля переменного тока, протекающего через обмотки элек­тромагнитов (2) и (3) на рис. 2.47, с вихревыми токами (токами

Фуко), которое это поле индуцирует в проводящем диске (4), вращающемся на неподвижной оси (1). Вращающий момент, создаваемый обмотками и то­ком в амперметрах, вольтметрах и ваттметрах компенсируется пружиной и вихревыми токами Фуко, индуцированными во вращающемся диске, а в счетчике электроэнергии только токами Фуко. Фактически индукционный счетчик электроэнергии представляет собой электродвигатель малой мощ­ности с двумя обмотками – токовой и напряжения, вал которого подключен к механическому устройству счета оборотов вала. Однофазные индукцион­ные измерители мощности и счетчики электроэнергии имеют две обмотки – токовую с малым собственным сопротивлением и обмотку напряжения. Со­ответственно в трехфазных счетчиках и измерителях мощности имеется три пары обмоток

Достоинством приборов индукционной системы являются высокая стойкость к перегрузкам, большой вращающий момент, малая чувствитель­ность к внешним магнитным полям и очень высокая надежность и длитель­ный нормативный межповерочный интервал и срок службы (до 16 лет).

Их недостатками являются сравнительно невысокая точность (не более 0,5%), зависимость показаний от частоты переменного тока и температурных влияний.

Дата добавления: 2015-03-31