Приборы электродинамической системы
Конструкция и принцип действия.На рис. 19 приведена упрощенная конструкция электродинамического (ЭД) измерительного механизма. Неподвижная катушка 1 с током I1 разделена на две части; подвижная катушка 2 с током I2 закреплена на оси 3 внутри неподвижной катушки. Спиральная пружина 4 служит для создания противодействующего момента.
Принцип действия основан на взаимодействии магнитных потоков двух катушек с токами I1 иI2. Протекающие по катушкам токи создают магнитные потоки, которые стремятся принять одно направление, при этом подвижная катушка поворачивается внутри неподвижной. Вращающий момент М для постоянных токов:
М=,
где L-1-2 – взаимная индуктивность катушек; α – угол поворота подвижной части.
Рис. 19. Конструкция электродинамического измерительного механизма:
1 – неподвижная катушка; 2 –подвижная катушка; 3 – ось; 4 –спиральная пружина;
5 – стрелка; 6 – шкала
Электродинамические приборы могут быть использованы в цепях как постоянного, так и переменного тока. Во втором случае при синусоидальных токах вращающий момент определяется по формуле
М=,
где I1, I2 – действующие значения переменных токов в катушках;
φ – угол сдвига фаз между токами в катушках.
На базе ЭД механизма выпускаются амперметры, вольтметры, ваттметры, фазометры.
Амперметры и вольтметры.Схема с последовательным соединением катушек, приведенная на рис. 20, а, применяется в миллиамперметрах.
а б
Рис. 20. Схема амперметра электродинамической системы: а – с последовательным соединением катушек; б – с параллельным
Схема рис. (20, б)с параллельным соединением катушек используется в амперметрах на токи более 0,5 А.В схеме вольтметра использовано последовательное соединение катушек (рис.21).
Рис. 21. Схема вольтметра электродинамической системы
Резистор RV служит для повышения входного сопротивления прибора. Добавочные резисторы RД1 и RД2 обеспечивают возможность работы в нескольких диапазонах (значения номинальных входных напряжений UV3 > UV2 > UV1).
Здесь, как и в вольтметрах электромагнитной системы, индуктивное сопротивление катушек растет с ростом частоты измеряемого сигнала. Поэтому для поддержания полного комплексного сопротивления примерно постоянным в некотором диапазоне частот, как и в случае с ЭМ приборами, применяется частотная коррекция (конденсатор Ск и резистор Rк).
Ваттметры.На базе ЭД механизма выпускаются различные типы приборов, но основное применение этот принцип нашел в ваттметрах.
Произведение двух токов в выражении вращающего момента является основой для построения ваттметров на основе ЭД механизмов. Если в одной катушке ток равен току, текущему в нагрузку, а во второй катушке ток пропорционален напряжению на нагрузке, то показания прибора будут пропорциональны активной мощности. Схема включения ваттметра приведена на рис. 22.
Рис. 22. Схема ваттметра электродинамической системы
Цепь катушки напряжения содержит элементы частотной коррекции (конденсатор Ск и резистор Rк).
Особенности ЭД приборов.К достоинствам ЭД приборов относятся следующие: высокая точность (до 0,1 %); возможность работы как на постоянном, так и на переменном токе; амперметры и вольтметры этой системы реагируют на действующее значение переменного тока или напряжения. Недостатками являются:
• сравнительно невысокая чувствительность;
• возможное влияние внешних магнитных полей (что может потребовать экранирования механизма);
• заметное влияние температуры окружающей среды на сопротивление катушек и, как следствие, на показания прибора;
• значительная собственная мощность потребления энергии от источника сигнала;
• нелинейная (квадратичная) шкала;
• ограниченный частотный диапазон (1...5 кГц).
Обозначение ЭД системы на шкалах приборов:
Обозначение ЭД системы с магнитным экранированием механизма:
Существует разновидность конструкции, в которой магнитные потоки катушек замыкаются не по воздуху, как в классическом варианте, а по вспомогательным магнитопроводам. Это так называемая ферродинамическая (ФД) система. Благодаря заметному уменьшению магнитного сопротивления значительно возрастает вращающий момент механизма, поэтому может быть снижена мощность собственного потребления прибора и (или) повышена его чувствительность. Кроме того, наличие магнитопроводов ослабляет влияние внешних магнитных полей и поэтому не требуется экранирование механизма. Правда, точность ФД приборов ниже, а диапазон частот несколько уже, чем у ЭД.
Обозначение ФД системы на шкалах приборов:
Главное применение ЭД и ФД приборов – работа в электричес-ких цепях переменного тока промышленной частоты (50 Гц).