Приборы электродинамической и ферродинамической систем

В электродинамических и ферродинамических измерительных механизмах используют взаимодействия магнитных полей двух катушек, по которым проходят токи.

Различают: механизмы без ферромагнитных сердечников – электродинамические, механизмы с ферромагнитным сердечником – ферродинамические.

На рис. 1.3 схематически показано устройство электродинамического измери-тельного механизма. Катушка 1 неподвижна, катушка 2 имеет возможность поворачиваться на оси. Ток в подвижной катушке подводится при помощи двух спиральных пружин, служащих одновременно и для создания противодействующего момента.

Угол поворота α подвижной части механизма в цепях постоянного тока пропорционален произведению токов подвижной I_n и неподвижной I_н катушек:

(1.3)

где М – взаимная индуктивность системы катушек,

К – постоянный коэффициент.

В цепях переменного тока угол перемещения пропорционален произведению токов в катушках (их действующим значениям) и, кроме того, косинусу угла сдвига фаз между токами

(1.4)

где К – постоянный коэффициент.

Наличие двух катушек у электродинамического измерительного механизма дает возможность включать каждую из них в отдельную электрическую цепь. Это позволяет использовать электродинамические измерительные механизмы не только для измерения тока и напряжения, но также для измерения электрических величин, пропорциональных произведению, например, мощности.

Электродинамические приборы пригодны для электрических измерений в цепях постоянного и переменного тока, причем шкала у при­боров для обоих родов тока одна.

Так как для создания вращающего момента электродинамических измерительных механизмов используют магнитные потоки, действующие в воздухе, то исключается возможность возникновения различного рода погрешностей, связанных с вихревыми токами, гистерезисом и т. п.

В результате этого электродинамические приборы являются наиболее точными среди приборов на переменном токе.

В электродинамическом приборе токи в катушках возбуждают магнитное поле, силовые линии которого замыкаются по воздуху, из-за чего оно относительно невелико, и для получения достаточного вращающего момента необходимо, чтобы катушки измерительного механизма имели значительное число витков. Вследствие этого собственное потребление электрической энергии прибором относительно велико.

Небольшая величина собственного магнитного потока обусловливает чувствительность прибора к внешним магнитным полям, что снижает точность электрических измерений. Для защиты от этих влияний приборы снабжаются специальными экранами.

Из-за наличия подвода тока в подвижную катушку и затрудненных условий охлаждения электродинамические приборы не допускают сколько-нибудь значительной перегрузки. Наконец, приборы этой системы достаточно высокой стоимости.

Таким образом, недостатки приборов электродинамической системы: большое собственное потребление электрической энергии, слабые собственные магнитные поля, сильное влияние внешних магнитных полей и относительно большая стоимость.

Область применения: в качестве амперметров, вольтметров, ваттметров, фазометров и электрических счетчиков.

Ферродинамические приборы, магнитопровод которых выполнен из магнитомягких материалов, надежно защищены от влияния внешних магнитных полей. Однако применение стали, существенно уменьшает точность прибора вследствие влияния гистерезиса и вихре­вых токов. По этим причинам ферродинамические приборы для точных измерений малопригодны. Высший класс точности 1,5. Они применяются главным образом в качестве щитовых ваттметров и самопишущих приборов.

Шкалы приборов

На шкале прибора приведены основные его данные: обозначение единицы измеряемой величины, что определяет название прибора; класс точности; род измеряемого тока; положение шкалы при измерении (вертикальное, горизонтальное, под углом); условное обозначение системы прибора; категория защищенности от влияния внешнего магнитного поля; величина напряжения, которым испытана изоляция измерительной цепи от корпуса прибора; группа эксплуатации.

По условиям эксплуатации приборы разделяют на четыре группы. Соответственно их обозначения – А, Б, В, Г, которые на шкале прибора обычно заключаются в треугольник, например Группа А – приборы предназначены для работы в закрытых сухих отапливаемых помещениях; Б – для работы в закрытых неотапливаемых помещениях; В – для работы в полевых или морских условиях; Г – для работы в условиях тропического климата.

Остальные основные условные обозначения, наносимые на шкалы электроизмерительных приборов, представлены в табл. 1.1.