Электродинамические приборы

Принцип действия электродинамических приборов основан на взаимодействии магнитных потоков, созданными токами двух катушек (Рис 4.5)

Рис.4.5

Катушка 1 неподвижна, катушка 2 подвижна и свободно вращается на оси внутри неподвижной катушки. Для подвода тока к подвижной катушке используются две спиральные пружины, которые создают противодействующий момент движению катушки. Вращающий момент определяется из уравнения 4.3, в которое входит электромагнитная энергия двух катушек,

где I₁ и I₂ – среднеквадратические значения токов катушек, L₁ и L₂ - индуктивность катушек, М_1-2 - взаимная индуктивность катушек.

После дифференцирования выражения (4.3) получим:

Уравнение шкалы прибора получим из равенства моментов Мвр = Мпр.

При анализе работы прибора в условиях переменного тока необходимо учитывать закон изменения токов во времени. На Рис. 4.7 показано построение графика мгновенных значений вращающего момента при синусоидальном законе изменения токов и , сдвинутых по фазе на угол φ.

Рисунок 4.6

По известной тригонометрической формуле произведение синусоидальных токов представляется в виде суммы постоянной величины, не зависящей от частоты, и переменной величины , изменяющейся с удвоенной частотой.

Мвр = - ………………………………..(4.4)

Средний за период вращающий момент Мср может быть определен по формуле

Так как среднее значение второго члена (4.4) равно нулю, то

Мвр = ,

а уравнение шкалы прибора примет вид

………………………………..(4,5)

В зависимости от способа соединения катушек электродинамический прибор может быть использован в качестве амперметра, вольтметра и ваттметра. На рис 4.7 показаны соединения катушек при использовании их в указанных выше приборах.

Рисунок 4.7

При измерении токов меньше 0,5А используется последовательное соединение катушек (схема а), а при токах больше 0,5А параллельное соединение катушек (схема б). При измерении напряжений (схема в), катушки включают последовательно. Кроме того, последовательно включается дополнительное сопротивление Rg, которое ограничивает ток катушек. В схеме измерения мощности (схема г) подвижная катушка выполняет роль вольтметра, а неподвижная – роль амперметра. Следовательно, ток подвижной катушки I = U/Rд, а ток неподвижной катушки I₁ = Iн(ток нагрузки). С учетом (4.5) уравнение шкалы ваттметра

Если учесть, что - активная (резистивная) составляющая тока нагрузки, а dM/dα = K = const, то получим

, где – чувствительность ваттметра по мощности.

Из (4.7) следует формула для измерения мощности, потребляемой нагрузкой

где Cp – постоянная или цена деления ваттметра, Вт/дел

α - показания ваттметра (дел).

Если ваттметр имеет несколько поддиапазонов по току и напряжению, то номинальный ток Iном выбирается так, чтобы ток нагрузки Iн был меньше, а номинальное напряжение Uном должно обеспечить отклонение стрелки в правой части шкалы ваттметра. Тогда можно рассчитать постоянную ваттметра по формуле

где Pном – номинальная мощность, Вт,

α _ном - номинальное число делений шкалы ваттметра.

В заключении можно отметить:

· Отклонение подвижной части измерительного механизма электродинамической системы обусловлено действием токов двух катушек, одна из которых неподвижна, другая – подвижна.

· Измерительный механизм обладает перемножающим свойством двух величин (токов и напряжений).

· Низкая чувствительность в цепях переменного тока.

· Большое потребление энергии (Pвх = 1 – 5 Вт).

· Частотный диапазон до 1 КГц.

· Чувствителен к внешним магнитным полям, что вызывает необходимость экранировать измерительный механизм.

· Возможность использования как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.

· Возможность использования в качестве амперметров, вольтметров, ваттметров и частотомеров.

· Класс точности 0.05; 0.1; 0.2; 0.5.