2.4. Приборы электродинамической и ферродинамической системы

Принцип работы приборов этой системы основан на взаимодействии проводников, по которым проходят токи: два проводника с одинаково направленными токами взаимно притягиваются, с противоположно направленными токами - взаимно отталкиваются.

Рисунок 57. Устройство электроизмерительного прибора электродинамической системы

Измерительный механизм приборов электродинамической системы состоит из неподвижной катушки 1 и подвижной катушки 2 (рис. 57).

Для создания противодействующего момента служат спиральные пружины 3, которые вместе с тем используются для подвода тока в подвижную катушку. Подвижная катушка под действием электродинамических сил стремится занять такое положение, чтобы направление ее магнитного поля совпало с направлением поля неподвижной катушки. На оси подвижной катушки укреплены стрелки и поршень воздушного успокоителя.

При перемещении подвижной части прибора изменяется взаимная индуктивность М двух катушек и энергия магнитного поля. В цепи постоянного тока если токи неподвижной и подвижной катушек неизменны по величине, то изменение энергии происходит только за счет составляющей:

.

Вращающий момент механизма в этом случае определяется:

. (5.9)

Равновесие подвижной катушки наступает при равенстве

,

I₁I₂. (5.10)

Отклонение стрелки прибора найдем из формулы (5.10):

. (5.11)

Из выражения (5.11) видно, что угол отклонения пропорционален произведению токов в катушках и производной взаимной индуктивности по .

В цепи переменного тока вращающий момент в любой момент времени пропорционален произведению мгновенных значений токов:

. (5.12)

Показание прибора в этом случае определяется средним значением момента за период:

, (5.13)

где: и - действующие значения синусоидальных токов в катушках.

Угол отклонения стрелки прибора, работающего на переменном токе:

. (5.14)

Обычно конструктивными методами получают:

.

Тогда: , (5.15)

т.е. угол отклонения подвижной части прибора пропорционален произведению действующих значений токов в катушках на косинус угла сдвига между ними. Это свойство электродинамических приборов позволяет применять их не только для измерения напряжения тока, но и в качестве ваттметров для измерения мощности.

К достоинствам приборов электродинамической системы относят:

1. точность измерений (обусловленная отсутствием стальных сердечников);

2. возможность измерения в цепях постоянного и переменного тока.

К недостаткам приборов электродинамической системы относят:

1. чувствительность к перегрузкам;

2. влияние внешних магнитных полей на точность измерений.

В практике получили распространение переносные электродинамические амперметры, вольтметры, ваттметры и фазометры, которые имеют класс точности 0,1; 0,2; 0,5 и являются одними из самых точных среди приборов на переменном токе.

Особой разновидностью электродинамических приборов являются приборы ферродинамической системы, принцип действия которых такой же, как и приборов электродинамической системы, но магнитное поле неподвижной катушки значительно усилено за счет введения в него магнитопровода (сердечника), выполненного из листовой электротехнической стали. Имеется несколько конструктивных разновидностей ферродинамических приборов, схема одной из них приведена на рис. 58.

На ферромагнитном сердечнике 1 располагается неподвижная катушка 2, а подвижная катушка 3 перемещается в зазоре, образованном полюсами основного магнитопровода 1 и ферромагнитного цилиндрического сердечника 4. Наличие сердечников усиливает магнитные поля катушек и вызывает увеличение вращающего момента. Это значительно повышает чувствительность прибора и уменьшает собственное потребление энергии. Вместе с этим нелинейность магнитных характеристик магнитопроводов стали приводит к снижению точности прибора и к появлению существенной зависимости показаний от частоты.

Приборы ферродинамической системы применяются главным образом в качестве щитовых ваттметров (класс точности 1,5) для технических измерений мощности в цепях переменного тока в диапазоне частот от 10 до 1500 Гц.

Рисунок 58. Устройство электроизмерительного прибора ферродинамической системы