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;
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.
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).
Электрические измерительные приборы — виды и классификация с примерами
Электрические измерительные приборы:
В зависимости от физических закономерностей, лежащих в основе действия измерительного механизма, различают электроизмерительные приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической и электростатической систем.
Действие электрических измерительных приборов магнитоэлектрической системы основано на магнитном действии электрического тока. Основной частью этих приборов является гальванометр, в котором сила Ампера действует на катушку проволоки, намотанной на железный каркас, по которой проходит ток. Как видно из рисунка 200, катушка (обычно прямоугольной формы), содержащая N витков проволоки, размещена в поле
Силы упругости, возникающие при закручивании пружины, препятствуют повороту рамки. Они прямо пропорциональны углу закручивания пружины. Катушка с прикрепленной к ней стрелкой поворачивается до тех пор, пока вращающий момент, создаваемый пружиной, не скомпенсирует вращающий момент, создаваемый магнитными силами.
Отклонение стрелки гальванометра пропорционально силе тока, проходящего через катушку. Это дает возможность на шкале прибора нанести значения силы тока, соответствующие различным углам поворота рамки, т. е. проградуировать прибор. Сила тока, соответствующая отклонению стрелки гальванометра на всю шкалу, характеризует чувствительность прибора. Согласно закону Ома для участка цепи сила тока прямо пропорциональна напряжению, поэтому шкала прибора может быть проградуирована и в единицах напряжения. Таким образом, измерительные приборы, применяемые в цепях постоянного тока, представляют собой гальванометры, включенные по схеме амперметров или вольтметров.
Вследствие малого сопротивления катушки гальванометра (R
10 Ом) им можно измерить максимальную силу тока
и максимальное напряжение
Для использования гальванометра в качестве амперметра параллельно катушке подключается шунт, сопротивление которого значительно меньше сопротивления катушки. А для использования гальванометра в качестве вольтметра последовательно с ним присоединяют добавочное сопротивление, сопротивление которого значительно больше сопротивления катушки.
На основе магнитоэлектрического измерительного механизма выпускается большое количество разнообразных амперметров и вольтметров постоянного и переменного тока (в цепях переменного тока к гальванометру, кроме шунта или добавочного сопротивления, подключают диод).
Действие приборов электромагнитной системы основано на явлении втягивания железного сердечника в катушку с током (рис. 201). Они обладают меньшей чувствительностью по сравнению с приборами
других систем.
В приборах электромагнитной системы измеряемый ток пропускается по неподвижной катушке, а поворот подвижной системы вызывается втягиванием в эту катушку стального сердечника, связанного с подвижной системой. Обмотка катушки амперметра состоит из нескольких витков или нескольких десятков витков. В вольтметре обмотка катушки имеет несколько тысяч витков и добавочное сопротивление.
Приборы этой системы применяются в основном в качестве щитовых амперметров и вольтметров для измерений в цепях переменного тока промышленной частоты.
Приборы электромагнитной системы можно использовать для измерений в цепях как постоянного, так и переменного тока.
Действие приборов электродинамической системы основано на взаимодействии проводников с током (рис. 202).
В отличие от приборов магнитоэлектрической системы в приборах электродинамической системы нет постоянного магнита. Внутри неподвижной катушки расположена подвижная катушка. Поворот подвижной части происходит в результате притяжения или отталкивания двух катушек, когда по ним проходит ток. В амперметре и вольтметре катушки включены последовательно, и по ним проходит одинаковый ток. В данном случае возникающий вращающий момент пропорционален квадрату силы тока.
Приборы электродинамической системы могут применяться для измерения мощности, т. е. служить ваттметрами. Для этого неподвижную катушку включают в цепь последовательно с потребителем, а подвижную через дополнительный резистор включают параллельно с ним. Вращающий момент, действующий на подвижную катушку, пропорционален произведению сил токов в обеих катушках. Сила тока в первой катушке равна силе тока в рабочей цепи, а сила тока во второй пропорциональна напряжению на рабочем участке цепи. Их произведение пропорционально мощности.
На основе электродинамического измерительного механизма выпускаются лабораторные многопредельные амперметры, вольтметры и ваттметры. Эти приборы применяются .для измерений в цепях как постоянного, так и переменного тока. В последнем случае они дают наиболее падежные показания.
Действие приборов электростатической системы основано на электростатическом взаимодействии разноименно заряженных проводников, один из которых является подвижным АВ (рис. 203).
Такие приборы позволяют измерять только напряжение.
Основная область применения приборов электростатической системы — измерение больших напряжений в цепях переменного и постоянного тока. Верхний предел измерений — до 100 кВ, диапазон частот — до 20 МГц.
Иногда действие измерительного механизма электроизмерительных приборов основано на тепловом действии тока. Главной частью измерительного механизма в этом случае является тонкая платиноиридиевая проволока АВ, натянутая между двумя зажимами (рис. 204).
При прохождении по ней тока проволока нагревается и становится длиннее. Удлинение проволоки вызывает вращение блока с укрепленной на той же оси стрелкой. Таким образом, каждому значению силы тока соответствует определенный угол поворота стрелки.
Следует отметить, что любой электроизмерительный прибор должен иметь такое устройство, чтобы его включение в цепь заметно не изменяло ни тока, ни напряжения в цепи, иначе измерить истинные значения этих величин будет невозможно.
В настоящее время широко применяются цифровые амперметры и вольтметры.
Условные обозначения электроизмерительных приборов и их назначения при-
ведены в таблице 5.
Таблица 5
Условные обозначения электроизмерительных приборов
| Рекомендую подробно изучить предметы: |
|
| Ещё лекции с примерами решения и объяснением: |
- Электрическое поле Земли
- Ускорители заряженных частиц
- Генератор электрического тока в физике
- Электродвигатель в физике
- Сила Лоренца
- Правило Буравчика в физике
- Шунт и добавочное сопротивление
- Электродвижущая сила
При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org
Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи
Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей
Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.
Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.