Индукционный механизм и счётчик на его основе

Электродинамический измерительный механизм

Опоры

i_НК (или I_НК)

Неподвижная катушка 1 Неподвижная катушка 2

I_ПК (или i_ПК) Подвижная катушка

Индексы токов НК и ПК – это, соответственно, неподвижная и подвижная катушки.

Такие приборы являются самыми точными по измерению переменного тока.

Энергия электромагнитного поля

где M – коэффициент взаимной индуктивности двух катушек: подвижной и неподвижной

Вращающий момент:

На постоянном токе

На переменном токе – среднее значение

Противодействующий момент

Устроим установившийся режим

Для постоянного тока

Для переменного тока

Итак, подытожим:

1) На переменном токе устройство измеряет действующее значение

2) Для переменного тока шкала будет нелинейной

3) Является самым высокоточным прибором переменного тока

4) Прибор является идеальным перемножителем (те два тока: ток неподвижной и подвижной катушки)

Недостатки:

1) Невысокая чувствительность

2) Требуется защита от внешних магнитных полей, поскольку его собственное магнитное поле очень мало

Ваттметр электродинамический (ферродинамический)

Мощность

Исходная схема и векторная диаграмма будут выглядеть так:

φ

I_H

U

I_H

+

~U

_

Z_H

Схема включения ваттметра:

I_ПК

ПК

НК2

I_H

_

- генераторные концы

+

~U

НК1

R_ДОБ

Z_H

В этом случае последовательно соединённые неподвижные катушки НК1 и НК2 включают последовательно с объектом нагрузки Z_Н, потребляемая мощность которого измеряется. Подвижная катушка ПК с добавочным резистором R_ДОБ включается параллельно объекту измеряемой мощности. Цепь неподвижных катушек называют последовательной цепью, а цепь подвижной катушки – параллельной цепью.

Ток подвижной катушки:

Векторная диаграмма:

I_ПК

U

I_H

Причём тангенс угла 𝛄:

φ

I_HК

𝛄

Угол 𝛄 очень мал, так как добавочное сопротивление велико. Также, из расчётов предыдущего устройства, известно, что:

Для ваттметра получаем выражение поворота стрелки:

Формула мощности имеет вид:

Поэтому, хотим чтобы:

То есть угол поворота стрелки прибора отражал бы измеряемую мощность.

Это возможно в следующем случае:

И в этом случае угол поворота будет определяться:

где P = U ∙ I – измеряемая мощность; коэффициент k = - чувствительность прибора. У ваттметров конструктивными методами добиваются, что обеспечивает равномерную шкалу.

Алюминиевый диск

~

i₁ i₂

~

Магнитопровод А

Магнитные потоки Ф_1t и Ф_2t

Стержень в опорах

i₁₁ i₂₂

Момент вращения

Токи i₁ и i₂, текущие по катушкам:

Очень важно то, что эти два тока сдвинуты относительно друг друга по фазе, о чём нам говорит φ у тока i₂.

Имеем два магнитопровода с двумя обмотками. Поскольку токи, пущенные по обмоткам - переменные, возникают два магнитных потока: Ф_1t и Ф_2t.

причём i_nn – соответствующий вихревой ток.

I₁

Построим векторную диаграмму:

Ф₁

I₂

Одной дугой обозначен угол φ,

угол между токами I₁ и I₂.

Ф₂

Двумя дугами обозначены углы δ,

E₁

Этот углы между соответствующими

i₁₁

угол равен почти девяноста токами и магнитными потоками.

i₂₂

градусам. Ломаной линией обозначены

E₂

прямые углы между

соответствующими МДС и

магнитными потоками.

Момент вращения создаётся за счёт взаимного перемещения магнитных потоков и вихревых токов.

Поскольку подвижная часть механизма обладает моментом инерции, пользуемся средним значением момента вращения.

Известно, что:

где – частота.

Тогда

Для создания момента вращения необходимо иметь не менее двух магнитных потоков, сдвинутых друг относительно друга в пространстве и во времени.

Дата добавления: 2014-01-04