Приложение к лекциям 1-3

Приложение к лекциям 1-3,ЭиП

1.Магнитоэлектрические приборы

Устройство и принцип действия. Магнитоэлектрический измерительный механизм (рис. 321,а) выполнен в виде постоянного магнита 1, снабженного полюсными наконечниками 2, между которыми укреплен стальной сердечник 3.

В кольцеобразном воздушном зазоре, образованном полюсными наконечниками и сердечником, помещена подвижная катушка 5, намотанная на алюминиевый каркас 6 (рис. 321,б).

Рис. 321. Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма

Для устранения влияния силы тяжести, создающей погрешности при измерениях, подвижную систему прибора (рис. 323) уравновешивают противовесами 5 (рис. 323, а), представляющими собой стержни с перемещающимися по ним грузиками. Для умень-

Рис. 322. Воздушный (а) и магнитно-индукционный (б) демпферы

Рис. 323. Устройство подвижной части электроизмерительного прибора

шения влияния трения оси приборов снабжают тщательно отполированными стальными наконечниками 1, выполненными из материала с высокой износостойкостью (закаленная сталь, вольфрамо-молибденовый сплав и пр.). Наконечники вращаются в подпятниках 4, выполняемых с вкладышами 2 из корунда, агата, рубина и т. п. Зазоры между наконечниками и подпятником регулируются стопорным винтом 3.

Электроизмерительные приборы обычно снабжают корректором — приспособлением, позволяющим устанавливать стрелку в нулевое положение. Корректор состоит из винта 6, выходящего из корпуса, и поводка 7, при помощи которых можно смещать на некоторое расстояние точку закрепления спиральной пружины 8, создающей противодействующее усилие. В большинстве современных электроизмерительных приборов подвижная часть 11 подвешивается на двух растяжках 10 — упругих металлических лентах, которые служат для подвода тока к катушке прибора и одновременно создают противодействующий момент (рис. 323,б). Растяжки прикреплены к двум плоским пружинам 9 и 12, расположенным во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Кроме рассмотренного выше измерительного механизма с внешним (по отношению к катушке) постоянным П-образным магнитом, существуют механизмы с магнитами другой формы (цилиндрической, в виде призмы, а также с внутрирамочными неподвижными и подвижными магнитами).

2. Электромагнитные приборы и их  устройство

Электромагнитный измерительный механизм выполняют с плоской (рис. 324, а) или круглой (рис. 324,б) катушкой.

В приборах с плоской катушкой сердечник установлен на оси, несущей стрелку.

При прохождении тока по катушке 1 сердечник 3 будет намагничиваться и втягиваться в катушку, поворачивая ось и стрелку. Повороту оси препятствует спиральная пружина 2.

Когда усилие, создаваемое пружиной, уравновесит усилие, созданное катушкой, подвижная система прибора остановится и стрелка зафиксирует на шкале определенный ток.

Рис. 324. Устройство электромагнитных измерительных механизмов с плоской (а) и круглой (б) катушками

Астатические приборы.

В астатическом приборе имеются две плоские катушки 1 и два сердечника 2, расположенные на общей оси (рис. 325). Обмотки катушек включают так, чтобы направления их магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ были противоположны.

Рис. 325. Устройство астатического измерительного механизма

3. Приборы электродинамической системы

Принцип действия приборов электродинамической систе­мы основан на механическом взаимодействии двух катушек с током (рис. 6.3).

Неподвижная катушка 1 состоит из двух секций (для создания однородного поля) и навивается обыч­но толстой проволокой.

Внутри неподвижной помещается лег­кая подвижная катушка 2, жестко скрепленная с осью и стрел­кой.

Подвижная катушка включается в измеряемую цепь

через спиральные пружины, создающие противодействующий момент. Прибор также содержит воздушный успокоитель 3.

При прохождении тока по катушкам создаются два маг­нитных поля. Они стремятся повернуть подвижную катуш­ку в положение, в котором энергия всего механизма была бы минимальной.

Угол отклонения стрелки прибора электродинамической системы пропорционален произведению токов в катушках:

4. Принцип действия индукционной и магнито-индукционной систем, назначение и устройство

Принцип работы приборов индукционной системы основан на действии вращающегося, бегущего или переменного магнитного поля переменного тока (создаваемого одним или несколькими неподвижными электромагнитами) на подвижную часть, представляющую собой чаще всего металлический диск.

Укреп­ленный на одной оси с указательной стрелкой алюминиевой диск помещается между электромагнитами таким образом, что их магнитные потоки, пронизывая диск, индуцируют в нем Э. Д.С. и токи.

Взаимодействие между индуцирован­ными токами и переменными потоками электромагнитов вызывает вращение диска.

На рис. 7.1, б приведена принципиальная схема устройства простейшего двух­поточного прибора с одним электромагнитом и медным экраном. Переменный магнитный поток катушки 1 частично перекрывается экраном 3 и разбивается на две части: I) пронизывающую часть диска 2, расположенную против экрана, и 2) пронизывающую часть диска, не закрытую экраном. Наличие экрана создает два пронизывающих диск потока, смещенных в пространстве. Кроме того, вследствие дополнительных потерь на вихревые токи в экране первый поток отстает по фазе от второго потока. Оба потока, сдвинутые по фазе и в пространстве, со­здают бегущее поле, поворачивающее диск в сторону направления вращения поля (от части полюса, не закрытой экраном, к закрытой).

Иногда вместо медных экранов применяют короткозамкнутые медные витки (кольца), которые надеваются на катушки с таким расчетом, чтобы они перекры­вали часть полюсных наконечников.

Одно- и двухпоточные приборы с экраном обладают сравнительно небольшим вращающим моментом и в настоящее время не применяются.

На рис. 7.2 приведены принципиальная схема устройства и векторная диа­грамма двухпоточного индукционного прибора с бегущим полем. Укрепленный симметрично на оси 2 алюминиевый диск 3 пронизывается двумя смещенными в пространстве потоками Ф₁ и Ф₂.

Подвижная часть приборов, обладающая значительной инерцией, не будет реагировать на изменения мгновенных значений вращающего момента в течение каждого периода переменного тока, и отклонение ее вместе со стрелкой 1, а сле­довательно, и показания прибора будут зависеть от среднего значения враща­ющего момента.

Как известно, среднее за период значение вращающего момента от взаимо­действия переменного потока Φ с индуцированным им в диске током I пропор­ционально значениям взаимодействующих потока Φ и тока I, а также косинусу угла γ сдвига по фазе между ними.,

Вращающий момент индукционных приборов пропорционален произведению магнитных потоков, пронизывающих контур, синусу угла сдвига между ними и зависит от частоты тока.

5. Однофазный индукционный счетчик электрической энергии

Принцип действия индукционных приборов основан на взаимодействии переменного магнитного поля с вихревыми токами, индуцируемыми этим же полем в проводящем под­вижном диске или цилиндре.

Индукционные приборы при­годны лишь для переменных токов, так как ток в диске или цилиндре может индуцироваться лишь действием перемен­ного магнитного потока.

В настоящее время промышленность выпускает только индукционные счетчики электрической энергии.

Индукционный счетчик имеет две катушки с сердечни­ками: токовую катушку и катушку напряжения. Поэтому переменное магнитное поле создается двумя магнитными потоками Ф₁ и Ф₂, сдвинутыми на некоторый угол по фазе и в пространстве. При этом осуществляется взаимодействие потоков с «чужими» (а не со «своими») индукционными токами.

Токовую катушку (рис. 6.6) навивают толстым прово­дом на стальной сердечник и включают последовательно с нагрузкой. Магнитный поток Ф_х в ней пропорционален току нагрузки.

Катушку напряжения (рис. 6.7) навивают большим чис­лом витков тонкого провода на стальной сердечник.

Индук­тивное сопротивление этого электромагнита намного больше активного, поэтому данную цепь можно считать чисто индук­тивной (ток в катушке напряжения отстает по фазе на пи/2).

Таким образом, счетчик состоит из двух электромагнитов и подвижного алюминиевого диска. Схематически устрой­ство индукционного однофазного счетчика показано на рис. 6.8.

Легкий алюминиевый диск Д укреплен на оси, которая связана с помощью червячной передачи со счетным меха­низмом, и вращается в зазоре электромагнитов.

Таким образом, магнитные потоки, сдвинутые по фазе и в пространстве, образуют «бегущее» магнитное поле, пересе­кающее диск.