Электродинамические приборы
Основой электродинамических приборов является измерительный механизм, в котором вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитных полей неподвижной и подвижной катушек с токами (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Схематическое устройство электродинамического прибора
Неподвижная катушка 2 состоит из двух секций, разнесенных в пространстве. Это позволяет менять конфигурацию магнитного поля и следовательно характер шкалы прибора. Между секциями размещается ось с подвижной катушкой 1. К обеим катушкам подводятся токи Ix1 и Ix2, которые необходимо измерить.
Электромагнитная энергия системы, состоящей из двух катушек, определяется по известным формулам
W = 0,5 L1Ix1 + 0,5L2Ix2 + M12 Ix1 Ix2 (3.21)
где L1 , L2 – индуктивности катушек 1 и 2. M12 – взаимная индуктивность между ними. Т. к. L1 и L2 не зависят от угла поворота , то из формулы 3.21 получаем
Мв = = Ix1 Ix2 (3.22)
Из выражения 3.22 видно, что одновременное изменение направления токов Ix1 и Ix2 не приводит к изменению направления момента Мв. Поэтому электродинамические приборы могут применяться для измерений в цепях как постоянного, так и переменного тока. В случае переменного тока вращающий момент определяется по формуле
Мв = = Iск1 Iск2 cosφ
Где Iск1 Iск2 - среднеквадратические значения измеряемых токов Ix1 и Ix2
Из последнего выражения получаем выражение для уравнения шкалы электродинамического прибора
α =Iск1 Iск2 cosφ (3.23)
Из выражения 3.23 вытекает, что электродинамические приборы обладают следующими свойствами:
фазочувствительностью, позволяющей на их основе проектировать не только амперметры и вольтметры, но и ваттметры и фазометры;
возможностью сформировать линейную шкалу за счет подбора размера и взаимного расположения катушек.
К достоинствам таких приборов относится также и то, что они являются самыми точными при измерении переменных токов и напряжений на частотах до 20 кГц.
Недостатками электродинамических приборов являются:
небольшая чувствительность, что объясняется слабым собственным электромагнитным полем;
зависимость показаний от внешних электромагнитных полей, что приводит к необходимости экранирования, астазирования и применения ферродинамических измерительных механизмов.
Экранирование – это помещение измерительных механизмов в экранирующие оболочки из специальной электротехнической стали.
Астазирование – это использование в одном измерительном приборе двух измерительных механизмов с общей осью, которые включаются таким образом, что моменты, возникающие за счет внешних магнитных полей, компенсируют друг друга. Моменты же, создаваемые токами в катушках, складываются.
Ферродинамические измерительные механизмы отличаются от обычных тем, что неподвижная катушка имеет сердечник из ферромагнитного материала. Это позволяет повысить чувствительность прибора и уменьшить влияние внешних магнитных полей. Однако это приводит к появлению нелинейных эффектов и снижению точности измерений.