Меню

В цепях какого тока можно использовать приборы электродинамической системы

Приборы электродинамической системы

Приборы электродинамической системы (обозначаются знаком ) предназначены для измерения силы тока, напряжения и мощности в цепях переменного и постоянного тока.

Принцип действия приборов электродинамической системы основан на взаимодействии катушек, по которым протекает ток: неподвижной 1 и подвижной 2 (рис. 3).

Подвижная катушка укреплена на оси и расположена внутри неподвижной катушки. На оси , помимо подвижной катушки, укреплены указательная стрелка 3 и спиральные пружинки и , через которые подводится ток к обмотке катушки 2. Эти же пружинки создают противодействующий момент , пропорциональный углу закручивания :

Ток подвижной катушки взаимодействует с магнитным потоком неподвижной катушки. При постоянном токе сила , действующая на проводники подвижной катушки, пропорциональна току и магнитному потоку . Поскольку поток пропорционален току неподвижной катушки, вращающий момент, действующий на подвижную катушку, пропорционален произведению токов катушек:

где и — коэффициенты пропорциональности.

Рисунок 3. Устройство электроизмерительного прибора электродинамической системы.

При равенстве моментов подвижная катушка поворачивается на угол и стрелка указывает на шкале числовое значение измеряемой электрической величины:

При (катушки соединены последовательно) , следовательно, шкала прибора неравномерная. Для успокоения подвижной части прибора используют воздушные демпферы.

При перемене направления тока в обеих катушках направление вращающего момента не меняется. Отсюда следует, что приборы данной системы пригодны для измерений как на постоянном, так и на переменном токе.

В электроизмерительной практике для измерения потребляемой в цепи мощности применяется электродинамический ваттметр. Он состоит из двух катушек: неподвижной, с небольшим числом витков толстой проволоки, включенной последовательно с тем участком цепи, в котором требуется измерить потребляемую мощность, и подвижной, содержащей большое число витков тонкой проволоки и закрепленной на оси внутри неподвижной катушки. Подвижная катушка включается в цепь подобно вольтметру, т.е. параллельно нагрузке потребителю , и для увеличения ее сопротивления последовательно с ней вводится добавочное сопротивление (рис. 4).

Рисунок 4. Схема прибора электродинамической системы для измерения мощности.

Пусть ток в первой катушке , во второй . По закону Ома напряжение на зажимах нагрузки равно:

Подставив значение в выражение для угла отклонения стрелки , получим

Таким образом, отклонение подвижной части пропорционально мощности, выделяемой на нагрузке, и поэтому шкалу прибора можно проградуировать в ваттах. Ваттметр этой системы имеет равномерную шкалу.

Достоинствами приборов электродинамической системы являются: возможность измерения как на постоянном, так и на переменном токе, хорошая точность. К недостаткам приборов этой системы относятся: неравномерность шкалы у амперметров и вольтметров, чувствительность к внешним магнитным полям, большая чувствительность к перегрузкам. Электродинамические амперметры и вольтметры применяются главным образом в качестве контрольных приборов для измерений в цепях переменного тока.

Приборы тепловой системы

Приборы тепловой системы (обозначаются знаком ) предназначены для измерения силы тока и напряжения в цепях переменного и постоянного тока.

Принцип действия приборов тепловой системы основан на изменении длины проводника, по которому протекает ток, вследствие его нагревания. Устройство прибора тепловой системы схематично показано на рис. 5. Измеряемый ток проходит по тонкой проволочке 1-2, концы которой закреплены. Эта проволочка диаметром около 0,1 мм изготавливается из сплава платины с иридием или серебром. К ней примерно посередине припаяна металлическая нить 3-4, которая оттягивается тонкой шелковой нитью 4-5, перекинутой через блок 6. Конец этой нити прикреплен к стальной пружине 7, которая и производит натяжение нити. К блоку 6 прикреплена стрелка 8, перемещающаяся над шкалой 9. При прохождении тока по проволоке 1-2 происходит ее нагревание, в результате чего она удлиняется, натяжение нитей 3-4 и 4-5 несколько ослабевает и пружина отходит влево, что вызывает отклонение стрелки.

Рисунок 5. Устройство электроизмерительного прибора тепловой системы.

Так как количество теплоты, выделяемой в проволочке, пропорционально квадрату силы тока и не зависит от направления тока, то приборы тепловой системы пригодны для измерения как на постоянном, так и на переменном токе; шкала прибора неравномерная.

Для установки стрелки на нуль один из зажимов (корректор), к которым прикреплена нить, делается подвижным, в виде рычага 10, способного вращаться вокруг оси. Ввинчивая или вывинчивая микрометрический винт 11, можно усилить или ослабить натяжение нити и тем самым привести стрелку прибора на нулевое деление шкалы.

Достоинствами приборов тепловой системы являются: возможность измерений как на постоянном, так и на переменном токе; независимость показаний от частоты и формы переменного сигнала, что позволяет применять их для измерения высокочастотных токов; нечувствительность к внешним магнитным полям. К недостаткам приборов данной системы относятся: неравномерность шкалы; наличие тепловой инерции, в связи с которой необходимо выжидать некоторое время, пока указатель прибора окончательно установится; зависимость показаний от температуры окружающей среды.

Читайте также:  Виды электрооборудования постоянного тока

Источник

Электродинамические приборы

date image2014-01-31
views image24911

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Устройство и принцип действия электродинамического ИМ

Принцип действия электродинамического измерительного механизма основан на взаимодействии магнитных полей двух систем проводников с током.

На рис. 4.9 схематически показано устройство электродинамического измерительного механизма, который состоит из подвижной 1 и неподвижной 2 катушек (рамок), стрелки 3, жестко прикрепленной к подвижной катушке, и шкалы 4, вдоль которой перемещается указатель стрелки.

Риc. 4.10. Устройство электродинамического измерительного механизма

Применяют круглые или прямоугольные катушки. Обычно неподвижная катушка состоит из двух одинаковых частей, разделенных воздушным зазором. Вращающий момент создается при взаимодействии магнитного поля, создаваемого током I1, проходящим по катушке 1, и магнитным полем, создаваемым током, проходящим через катушки возбуждения 2. Электромагнитная энергия We двух контуров с токами

где L1, L2 — индуктивность подвижной и неподвижной катушек; M1,2 — взаимная индуктивность катушек 1 и 2.

Так как индуктивность катушек не зависит от угла поворота, поэтому вращающий момент, действующий на подвижную катушку 1

При механическом создании противодействующего момента угол отклонения подвижной может быть определен по формуле:

При включении электродинамического механизма в цепь переменного тока угол отклонения:

где I1 и I2 — действующие значения токов; y — угол сдвига фаз между векторами токов I1 и I2 .

В электродинамических логометрических измерительных механизмах противодействующий момент создается электрическим способом. Подвижная часть такого механизма состоит из двух жестко закрепленных между собой под определенным углом g катушек. Угол отклонения a зависит от отношения токов I1/I2.

Области применения, достоинства и недостатки

Приборы электродинамической системы могут применяться как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока. Шкала приборов неравномерная. Характер шкалы зависит от формы катушек и их взаимного расположения. Изменяя множитель dM1,2/da, можно улучшить шкалу так, что в начале шкалы будет иметь место неравномерность, а далее шкала будет практически равномерной. Электродинамические ваттметры имеют практически равномерную шкалу, амперметры и вольтметры — равномерную шкалу, начиная с 15-20 % ее номинального значения.

Электродинамические приборы применяют в качестве: ваттметров постоянного тока и однофазных, трехфазных, малокосинусных ваттметров переменного тока, амперметров и вольтметров переменного и постоянного токов. Электродинамические логометрические измерительные механизмы применяются в фазометрах, частотомерах, фарадомерах. Выпускаются комбинированные приборы — ампервольтваттметры.

Электродинамические амперметры выполняются по двум схемам, показанным на рис. 4.11 а и 4.11 б.

Рис. 4.11. Схемы включения катушек электродинамического механизма

Последовательное соединение катушек (рис. 4.11 а) используется в амперметрах, предназначенных для измерения малых токов (до 0,5 А). Так как y = 0 и I1 = I2 = I, уравнение преобразования амперметра сводится к виду

В параллельной схеме (рис. 4.11 б), которая используется при больших токах (до 10 А), подбором индуктивностей L1, L2 и резистора R в цепях катушек задаются токи I1 = k1I; I2 = k2I и разность фаз y =0. Уравнение преобразования амперметра будет иметь вид:

Для выполнения электродинамического вольтметра последовательно с катушками, соединенными по схеме (рис. 4.11 а), включается добавочный резистор RД, как показано на рис. 4.11 в. Уравнение преобразования вольтметра имеет вид:

где R = RД + RV — общее сопротивление цепи.

Наиболее важной группой электродинамических приборов являются ваттметры. На рис. 4.11 г представлена простейшая схема однопредельного электродинамического ваттметра.

Учитывая, что I1 = IН и I2 = U/(R2 + RД), уравнение преобразования электродинамического ваттметра постоянного тока может быть записано в виде

На переменном токе уравнение преобразования:

где j — угол сдвига фаз между приложенным напряжением U и током IH в нагрузке RН; R2 – сопротивление параллельной катушки; Ра — активная мощность нагрузки.

Из выражений (4.18), (4.19) видно, что шкала ваттметров равномерная.

Основными достоинствами электродинамических приборов являются:

— возможность использования в цепях как постоянного, так и переменного токов;

— возможность градуировки на постоянном токе;

— высокая стабильность показаний во времени;

— высокий класс точности (например, выпускаются электродинамические амперметры и миллиамперметры, вольтметры, однофазные ваттметры класса точности 0,05, частотомеры — класса 0,5).

Высокая точность приборов обусловлена отсутствием в них, в отличие от других электромеханических приборов, ферромагнитных элементов.

В качестве недостатков таких приборов можно отметить следующие:

— влияние внешних магнитных полей и механических воздействий;

— большую мощность потребления.

По чувствительности электродинамические приборы уступают магнитоэлектрическим. Однако применение растяжек и светового указателя позволяют уменьшить собственное потребление мощности (имеются миллиамперметры с током полного отклонения 1 мА).

Погрешности электродинамических приборов

Погрешностями электродинамических приборов являются: температурная и частотная погрешности; погрешность из-за влияния внешних магнитных полей и др.

Температурная погрешность gt возникает вследствие изменения сопротивления обмоток рамок (катушек) и изменения упругих свойств растяжек или пружинок при изменении температуры. Для компенсации температурной погрешности применяют специальные схемы, например, последовательно-параллельная схема, подобная схеме, приведенной на рис 4.4, позволяет снизить температурную погрешность многопредельного электродинамического ваттметра до gt £ 0,1 %

Читайте также:  Усиление тока в катушке

Частотная погрешность обусловлена зависимостью полного сопротивления катушек от частоты, изменением фазовых соотношений электродинамического прибора, взаимной индуктивностью катушек. Для уменьшения частотной погрешности в параллельную цепь последовательно с обмоткой рамки может быть включен конденсатор С @ L /R1 (L и R1 — индуктивность и сопротивление подвижной катушки).

Погрешность от влияния внешних магнитных полей уменьшается с помощью магнитных экранов.

Источник

Принцип действия приборов электродинамической системы

Измерительный прибор, принцип действия которого основан на механическом взаимодействии двух проводников при протекании по ним электрического тока. Э. п. состоит из измерительного преобразователя (См. Измерительный преобразователь), преобразующего измеряемую величину в переменный или постоянный ток, и измерительного механизма электродинамической системы (рис.6). Наиболее распространены Э. п. с подвижной катушкой, внутри которой на оси со стрелкой расположена подвижная катушка. Вращающий момент на оси возникает в результате взаимодействия токов в обмотках катушек 1 и 2 и пропорционален произведению действующих значений этих токов. Уравновешивающий момент создаёт пружина, с которой связана ось. При равенстве моментов стрелка останавливается.

Э. п. — наиболее точные электроизмерительные приборы, применяемые для определения действующих значений тока и напряжения в цепях переменного и постоянного тока. При последовательном соединении обмоток катушек угол поворота стрелки пропорционален квадрату измеряемой величины. Такое включение обмоток применяется в Э. п. для измерения напряжения и силы тока (Вольтметры и Амперметры). Электродинамические измерительные механизмы используют также для измерения мощности (Ваттметры). При этом через неподвижную катушку пропускают ток, пропорциональный току, а через подвижную — ток, пропорциональный напряжению в измеряемой цепи. Показания прибора пропорциональны активному или реактивному значению электрической мощности. В случае исполнения электродинамических механизмов в виде Логометров их применяют как частотомеры, фазометры и фарадометры. Э. п. изготовляют главным образом переносными приборами высокой точности — классов 0,1; 0,2; 0,5. Разновидность Э. п. — ферродинамический прибор, котором для усиления магнитного поля неподвижной катушки применяют магнитопровод из ферромагнитного материала. Такие приборы предназначаются для работы в условиях

вибрации, тряски и ударов. Класс точности ферродинамических приборов 1,5 и 2,5.

Рис.6. Электродинамический измерительный прибор: 1 и 2 — неподвижная и подвижная катушки; 3 — ось; 4 — пружина; 5 — стрелка; 6 — шкала.

Электродинамический прибор.Основными частями электродинамического прибора (рис. 7) являются: неподвижная катушка 2 и подвижная катушка 1, расположенная на оси 6, к которой прикреплена стрелка 5.

Ось связана с алюминиевым крылом воздушного успокоителя 4, помещающегося в камере 3. Ток к подвижной катушке подводится через спиральные пружины 7, создающие противодействующий момент. С нижней пружиной соединен корректор 8.

Работа приборов электродинамической системы основана на взаимодействии токов в двух обмотках. Сила этого взаимодействия поворачивает подвижную обмотку вместе с осью и стрелкой. Угол поворота зависит от силы тока, протекающего по обмоткам, и силы противодействия спиральных пружин.

Электродинамические приборы можно применять в цепях постоянного и переменного тока. Это объясняется тем, что изменение направления переменного тока происходит одновременно в обеих катушках, вследствие чего направление силы взаимодействия между ними остается неизменным.

Электродинамические приборы употребляют для измерения силы тока, напряжения и мощности. К преимуществам приборов этой системы наряду с возможностью использования их в цепях постоянного и переменного тока относится высокая точность. Недостатками их являются: влияние внешних магнитных полей на результаты измерения, большое собственное потребление мощности, относительно малая устойчивость к перегрузкам, малая чувствительность и высокая стоимость. Разновидностью приборов электродинамической системы являются широко распространенные, главным образом в качестве щитовых ваттметров, ферродинамические приборы (рис. 8), действие которых основано на том же принципе.

Рис.8. Устройство ферродинамического прибора: 1 — неподвижные обмотки;
2—подвижные обмотки; 3— стальной сердечник; 4 — ось;5 — стрелка; 6 — шкала;
7 — корректор; 8 — противодействующие пружины; 9 — магнит успокоителя;
10 — алюминиевый сегмент успокоителя .

Однако в отличие от приборов электродинамической системы у ферродинамических приборов неподвижные обмотки помещаются на стальном сердечнике, который усиливает магнитное поле и вращающий момент прибора, а также уменьшает влияние внешних магнитных полей на его показания. Катушки электродинамических приборов соединяются между собой в зависимости от их назначения. В амперметрах катушки в большинстве случаев соединяют параллельно, в вольтметрах — последовательно, а в ваттметрах одна катушка включается в цепь последовательно, как амперметр, а другая — параллельно нагрузке, как вольтметр.

10.Логометры магнитоэлектрической системы

Логометр (от греч. lógos — слово, здесь — отношение и . метр) механизм приборов для измерения отношения сил двух электрических токов. Принцип действия Л. основан на том, что направленные встречно вращающие моменты, возникающие вследствие воздействия на подвижную часть Л. величин, входящих в измеряемое отношение, уравновешиваются при отклонении подвижной части на некоторый угол. Например, подвижную часть магнитоэлектрического Л. образуют две скрепленные под углом рамки, токи к которым подводятся через безмоментные спирали (рис.9,а). Находясь в поле постоянного магнита, рамки стремятся повернуться в направлении действия большего момента, и подвижная часть отклоняется до тех пор, пока моменты не уравновесятся. Л. широко применяются в различных схемах для измерения электрических величин: ёмкости, индуктивности, сопротивления. Например, при использовании Л. в омметре (рис.9, б) угол a, на который отклоняется подвижная часть Л., зависит только от отношения сил токов I1 и I2,

Читайте также:  Формула для индукции магнитного поля в центре кругового проводника с током

; т. e. при постоянных r и r1 отклонение подвижной части пропорционально измеряемому сопротивлению; шкала Л. градуируется непосредственно в омах (ом). Широко распространены также Л. электродинамических и ферродинамических систем.

Рис. 9. Устройство магнитоэлектрического логометра (а) и схема омметра с магнитоэлектрическим логометром (б): M1, M2 — вращающие моменты; l1, I2 — токи в цепях омметра; U — источник питания; r — сопротивление рамок логометра; r1 — омическое сопротивление; rx — измеряемое сопротивление; 1, 2 — рамки логометра; 3 — сердечник; 4 — постоянный магнит.

Логометр обычно применяется в приборах для измерения сопротивления, индуктивности, ёмкости, температуры.

11.Измерительные трансформаторы тока. Принцип действия

12.Измерительные трансформаторы напряжения. Принцип действия.

13.Измерение тока и напряжения. Схемы включения амперметров и вольтметров в цепь.

14.Измеренние сопротивления однорамочным омметром. Принцип действия.

15.Измерение сопротивления двухрамочным омметром. Мегометр. Принцип действия.

16.Измерение сопротивления равновесным мостом. Условие равновесия моста.

17.Компенсационный метод измерения. Потенциометр. Принцип действия.

18.Электронно-лучевой осциллограф. Структурная схема.

19.Принцип действия моста переменного тока. Условие равновесия моста переменного тока.

20.Электронный частотомер. Принцип действия. Назначение

21.Электронный фазометр. Принцип действия. Временные диаграммы.

22.Электродинамический фазометр. Принцип действия.

23.Измерение энергии в цепях переменного тока. Однофазный счётчик.

24.Измерение магнитного потока в постоянном магнитном поле.

25.Измерение ёмкости и индуктивности в цепях переменного тока.

Источник



Приборы электродинамической системы

Приборы электродинамической системы применяют для измерения напряжения, тока или мощности в цепях переменного и постоянного тока.

Действие электродинамических приборов основано на взаимодействии проводников с токами.

Прибор имеет неподвижную катушку, которая содержит небольшое число витков толстой проволоки, и подвижную катушку с большим числом витков тонкой проволоки, размещенную внутри неподвижной. На оси подвижной катушки укреплены стрелка и пружины, предназначенные для подведения тока и создания противодействующего момента. Нижний конец стрелки оканчивается поршнем воздушного успокоителя. В связи с чувствительностью прибора к внешним магнитным полям применение магнитного успокоителя в данной системе недопустимо. При включении прибора в цепь по катушкам проходит ток и, возникающие магнитные поля вызывают появление электродинамической силы, которая стремится повернуть подвижную систему так, чтобы магнитные поля обеих катушек совпадали по направлению. Если допустить, что по катушкам прибора проходят одинаковые токи, то сила взаимодействия катушек (и вращающий момент) будет пропорциональна квадрату силы тока: F=kI 2 . Поэтому электродинамические амперметры имеют неравномерную шкалу.

При включении прибора в сеть переменного тока направление вращающего момента не изменится, так как направление тока изменяется одновременно в обеих катушках. В цепях переменного ток приборы данной системы показывают действующие значения измеряемой величины.

В случае использования прибора для измерения напряжения подвижную и неподвижную катушки соединяют последовательно. Такое же соединение применяют при измерении небольших токов (до 0,5А). При измерении токов большей величины катушки прибора соединяют параллельно.

Когда измеряют мощность, неподвижную катушку включают последовательно, а подвижную — параллельно. В последнем случае через неподвижную катушку будет проходить ток нагрузки, а через подвижную — ток, пропорциональный напряжению на нагрузке, что вызовет возникновение вращающего момента, пропорционального мощности, потребляемой нагрузкой (P=UI). По этой причине электродинамические ваттметры имеют равномерную шкалу.

Достоинства электродинамических приборов — пригодность для измерения в цепях переменного и постоянного тока, возможность использования для измерения напряжения, силы тока или мощности, высокая точность, равномерность шкалы (у ваттметров).

Недостатки — сравнительно большое потребление мощности (при измерении токов и напряжений), чувствительность к внешним магнитным полям и перегрузкам, высокая стоимость.

Электродинамические приборы со стальным сердечником называются ферродинамическими.

Однако с применением стали уменьшается точность прибора вследствие влияния гистерезиса и вихревых токов. Поэтому приборы ферродинамической системыдля точных измерений не пригодны. Они используются в основном в качестве регистрирующих приборов и щитовых ваттметров.

Источник