ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ И ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

 

Электродинамические приборы имеют две катушки. Неподвижную катушку I выполняют из двух частей, между которыми проходит ось. На оси укрепле­на подвижная катушка 2. Противодействующий момент создается двумя пружинами (на рисунке не показаны).

Через них осуществляют и присоединение подвижной катушки к цепи.

Приборы электродинамической системы применяют для измерения в цепях переменного и постоянного то­ков, так как направление вращающего момента не изме­няется при изменении направления обоих токов.

В зависимости от способа взаимного включения ка­тушек электродинамический прибор может быть исполь­зован как амперметр, вольтметр, ваттметр или фазометр.

При использовании электродинамического прибора в качестве амперметра на токи выше 0,5 А катушки нельзя включать последовательно из-за трудности подвода боль­ших токов к подвижной катушке, так как подсоедине­ние подвижной катушки к цепи осуществляют через спи­ральные пружины, создающие противодействующий мо­мент.

В этом случае обе обмотки катушек соединяют параллельно. Условно обмотка неподвижной катушки показана толстой линией, обмотка подвижной катушки — тонкой линией.

Благодаря различным конструктивным приемам (форме катушек, их расположению) оказывается воз­можным получить линейную шкалу для электродина­мического амперметра начиная с 20% от верхнего пре­дела измерения.

Совпадения по фазе переменных токов в обмотках под­вижной и неподвижной катушек (j= 0) достигают вклю­чением последовательно с катушками элементов с актив­ным и индуктивным сопротивлениями.

 

 

При использовании электродинамического прибора в качестве вольтметра обе обмотки прибора включают по­следовательно друг с другом и с добавочным резистором R_д.

При использовании электродинамического прибора в качестве ваттметра обмотку неподвижной катушки вклю­чают в цепь последовательно (тогда I₁ = I), а обмотку подвижной катушки, соединенную последовательно с добавочным резистором R_д, — параллельно зажимам при­емника. Реактивное сопротивле­ние этой цепи очень мало и поэтому R₂ + R_Д » Z₂. Можно считать, что практически ток I₂ совпадает по фазе с напряжением U на зажимах приемника.

Направление отклонения подвижной системы прибо­ра зависит от взаимного направления токов в обеих об­мотках. Поэтому для правильного включения обмоток их зажимы маркируют. У так называемых «генератор­ных» зажимов обмоток (зажимов, к которым следует присоединять провода со стороны источника питания) ставят знак * (звездочка). На электрических схемах эти зажимы обмоток обозначают точками.

При угле сдвига фаз j > 90° (что возможно в некото­рых случаях измерений) cosj отрицателен и, следова­тельно, отклонение стрелки прибора также должно быть отрицательным. Чтобы иметь возможность измерить та­кие отрицательные мощности, в ваттметрах устанавли­вают переключатель для изменения направления тока в обмотке подвижной катушки. Положение переключате­ля отмечено знаками плюс и минус. Измеренное значе­ние нужно записывать с со ответствующим знаком по положению переключателя» Электродинамические приборы имеют специаль­ный экран, защищающий их от воздействия внешних магнитных полей.

 

ИНДУКЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ

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

Бегущее поле создается двумя магнитными потока­ми, сдвинутыми на некоторый угол по фазе и в про­странстве. Можно создать индукционные приборы лю­бого назначения — амперметры, вольтметры, ваттмет­ры и др. На практике наибольшее распространение получили индукционные счетчики электрической энер­гии,

Приведенная конструкция (трехпоточная) счетчика со­стоит из двух электромагнитов 1 и 2 и подвижного алюми­ниевого диска 5. Диск укреплен на оси, которая связана с помощью червячной передачи со счетным механизмом. Диск вращается в зазоре электромагнитов. Магнитный поток Ф1 электромагнита 1 U-образной формы создается током I приемника электрической энергии, так как его обмот­ка включена последователь­но в цепь нагрузки. Поток Ф1 дважды пересекает диск и не­значительно отстает по фазе от образующего его тока I. Поэтому можно считать, что значение потока Ф1 в пер­вом приближении пропор­ционально току I: Ф1 = kI. Электромагнит 2 имеет Т-образный вид. На его среднем стержне расположена гистерезис и вихревые токи. Подвижная катушка враща­ется около неподвижного стального сердечника 4, поме­щенного в соосную расточку магнитопровода. Стороны обмотки (рамки) 3 подвижной части находятся в зазоре между магнитопроводом и неподвижным стальным сер­дечником, где магнитное поле достигает значительно боль­ших значений, чем магнитное поле, создаваемое в воздухе неподвижной катушкой электродинамического прибора.

. Так как реактивное сопро­тивление этой обмотки большое, можно считать, что ее полное сопротивление Z_U» Х_U, и ток I_U в обмотке сдви­нут по фазе относительно напряжения U почти на p/2. Поток Ф_U, как видно из рисунка, делится на две части: рабочий поток Ф_р и потоки Ф_L, которые замыкаются по­мимо диска по боковым ветвям магнитопровода 2. Та­ким образом, Ф_U = Ф_P + 2Ф_L.

Рабочий поток Ф_р проходит по среднему стержню магнитопровода и пересекает диск, замыкаясь через про-тивополюсную скобу 4, средняя часть которой находит­ся под центральным стержнем магнитопровода 2. При такой конструкции под диском находятся три полюса (два от U-образного магнита и один от Т-образного магни­та). Потоки Ф_L определяют сдвиг по фазе между потоками Ф_P и Ф_r Вихревые токи, индуцируемые в диске магнит­ными потоками, пропорциональны магнитным потокам и частоте. Магнитный поток Ф_P индуцирует в диске вих­ревой ток.

Взаимодействие между индуцируемым током в диске и созданным им потоком, например, между I_вI и Ф_r, не создает электромагнитной силы, так как g = p/2 и cosg = 0. Электромагнитные силы создаются только в результате взаимодействия магнитного потока Ф_P с током I_вI и пото­ка Ф_I с током I_в.р.

Противодействующий момент М_пр создается постоян­ным магнитом 3, в поле которого вращается диск, и яв­ляется тормозным моментом, пропорциональным часто­те вращения диска. Постоянный магнитный поток Ф индуцирует во вращающемся диске ЭДС Е_в = -Фda/dt, под действием которой в нем возникает вихревой ток I_в = Е_в/R_д, где R_д — сопротивление диска. Когда моменты равны, т. е. М_т = М_вр, частота враще­ния диска постоянна (установившийся режим).

Число оборотов диска за промежуток времени.

Таким образом, число оборотов диска пропорциональ­но расходу электроэнергии. Величину с_т /с_р2p называют постоянной счетчика. Она показывает, какому количе­ству киловатт-часов электроэнергии соответствует один оборот диска. Червячная передача счетного механизма учитывает постоянную счетчика, и счетный механизм непосредственно отсчитывает энергию в киловатт-часах.

Поскольку индуцируемые токи во вращающемся эле­менте зависят от частоты сети ¦, ее изменение сказывается на правильности показаний счетчика.

Для трехфазных систем выпускают счетчики, состоя­щие из трех и двух однофазных систем (для четырех- и трехпроводной сети). В этом случае вращающий элемент является общим и счетный механизм показывает потреб­ление электроэнергии трехфазным электроприемником.

Индукционные счетчики весьма надежны в эксплуа­тации.