Приборы электродинамической системы

Принцип действия приборов электродинамической системы основан на взаимодействии проводников с токами. Известно, что два проводника с токами взаимно отталкиваются, если токи в них имеют одинаковое направление, и взаимно притягиваются при различном направлении токов.

Прибор этой системы (рис. 2) состоит из двух катушек: неподвижной 3, состоящей из двух секций, которые соединены между собой последовательно, и подвижной 5, закрепленной на оси 4 и вращающейся на ней внутри неподвижной катушки. Ток к подвижной катушке подводят через закрепленные на оси спиральные пружинки 6, которые одновременно создают противодействующий момент М_ПР, пропорциональный углу закручивания α. При этом пружина электрически изолирована от оси. На оси подвижной катушки закреплены также указательная стрелка 2 и крыло воздушного успокоителя (на рис. не показан). Для повышения класса точности прибора и его чувствительности обмотку подвижной катушки выполняют из тонкой изолированной проволоки на ток не более 0,5 А.

При прохождении токов по катушкам электродинамического прибора ток подвижной катушки I₂ взаимодействует с магнитным потоком Ф ₁, созданным током I₁ неподвижной катушки, т.е. создается вращающий момент M_ВР. Его определяют через изменение энергии магнитного поля при повороте его подвижной части, то есть согласно выражению . При перемещении подвижной катушки изменяются энергия магнитного поля и, следовательно, взаимная индуктивность М катушек. Энергия магнитного поля взаимной индуктивности

. (3)

Подставляя в выражение вращающего момента значение W_M из (3) и считая токи подвижной I₂ и неподвижной I₁ катушек неизменными, получают общее выражение вращающего момента для электродинамических приборов:

. (4)

Противодействующий момент, уравновешивающий вращающий момент, пропорционален углу перемещения подвижной части прибора: . При установившемся состоянии подвижной части прибора, когда вращающий момент равен противодействующему, имеем , или . Из этого выражения находят зависимость для угла перемещения подвижной части прибора:

. (5)

Из (5) следует, что угол поворота подвижной части электродинамического прибора пропорционален произведению токов в его катушках и изменению их взаимной индуктивности при повороте подвижной части прибора . На характер изменения взаимной индуктивности можно воздействовать путем подбора формы катушек и их начального взаимного положения.

При использовании электродинамического прибора в качестве амперметра на ток свыше 0,5 А подвижную и неподвижную катушки соединяют параллельно (рис. 3).

Рис. 3. Схема соединения катушек амперметра при токе более 0,5 А

При этом:

и

где .

Следовательно, в амперметре электродинамической системы шкала неравномерная (квадратичная), причем в ее начале деления сильно сжаты. Для получения более равномерной шкалы катушкам придают специальную форму.

В вольтметрах электродинамической системы катушки в большинстве случаев соединяют между собой последовательно и снабжают добавочным сопротивлением.

В вольтметрах электродинамической системы шкала прибора, как и в амперметрах этой системы, квадратичная.

В отличие от амперметров и вольтметров ваттметры электродинамической системы имеют практически равномерную шкалу.

Так как при одновременном изменении тока в обеих катушках электродинамических приборов направление вращающего момента не изменяется, то эти приборы пригодны для измерений в цепях как постоянного, так и переменного тока.

В цепях переменного тока приборы электродинамической системы применяют в основном для измерения мощности. Они имеют высокую точность, что обусловлено отсутствием ферромагнитных сердечников, и могут использоваться для измерений в цепях постоянного и переменного тока. При измерениях в цепях переменного тока электродинамические приборы являются самыми точными. Их выполняют в основном в виде переносных приборов, имеющих классы точности 0,1; 0,2; 0,5. Высокая точность приборов обусловлена тем, что для создания вращающего момента подвижной части приборов используют магнитные потоки, действующие в воздухе, что исключает возможность возникновения погрешностей из-за вихревых токов, гистерезиса и т. д.

Недостатками приборов электродинамической системы являются зависимость их показаний от внешних магнитных полей из-за незначительного собственного магнитного поля и слабая перегрузочная способность из-за того, что подвод тока к подвижной катушке осуществляется через тонкие спиральные пружинки. Кроме того, эти приборы потребляют довольно значительную мощность, так как для создания достаточного вращающего момента приходится из-за слабости собственного магнитного поля заметно увеличивать число витков неподвижной и подвижной катушек.

Для устранения влияния посторонних магнитных полей на показания приборов и увеличения их вращающего момента электродинамические приборы снабжают ферромагнитными сердечниками, усиливающими собственные магнитные поля катушек. Наличие ферромагнитных сердечников усиливает магнитные поля катушек и, следовательно, вращающий момент подвижной части прибора. Сердечники выполняются из изолированных друг от друга пластин магнитомягких сталей и пермаллоя, что уменьшает погрешности от вихревых токов и надежно защищает приборы от влияния посторонних магнитных полей.

Электродинамические приборы, катушки которых имеют ферромагнитные сердечники, получили название ферродинамических. Эти приборы в отличие от электродинамических обладают меньшей точностью из-за влияния гистерезиса и вихревых токов, их высший класс точности 1,5. Ферродинамические приборы применяют главным образом для измерений в цепях переменного тока в качестве щитовых и самопишущих приборов (благодаря их большому вращающему моменту) в диапазоне частот от 10 до 1500 Гц.

Дата добавления: 2013-12-13