Электродинамическиеизмерительные приборы

Принцип действия приборов электродинамической системы (рис. 12) основан на взаимодействии двух катушек 1 и 2, по которым протекают измеряемые токи i₁ и i₂. Измерительный механизм состоит из двух катушек: неподвижной 1 и подвижной 2. Подвижная катушка 2, находящаяся внутри неподвижной 1, закреплена на оси 3. Ток i₂ к подвижной катушке подходит через спиральные пружины 4, которые также предназначены для создания противодействующего момента М_пр. Угол отклонения стрелки электродинамического прибора в цепи постоянного тока:

a = с₁·I₁· I₂ (10)

прямо пропорционален произведению токов в неподвижной и подвижной катушках, (где с₁ - коэффициент пропорциональности).

Рис. 12. Устройство прибора электродинамической системы
(электродинамический ваттметр)

При переменном токе вращающий момент в любой момент времени пропорционален произведению мгновенных значений токов:

i₁ = I'_1m sinwt, i₂ = I'_2m sin (wt+j),

где j - угол сдвига фаз между векторами токов.

Показания приборов в этом случае определяются средним значением вращающего момента за период:

М_вр = с₂·I'_1m sinwt·I'_2m sin (wt+j)·dt = с₂·I'₁·I'₂·cosj,

где I'₁ и I'₂ - действующие значения переменных синусоидальных токов, соответственно i₁ и i₂.

Таким образом, угол отклонения стрелки электродинамического прибора в цепи переменного тока прямо пропорционален произведению трех величин: тока в неподвижной катушке, тока в подвижной катушке и косинуса угла сдвига фаз j между векторами этих токов. Следовательно, шкала электродинамического прибора неравномерная.

Достоинствами электродинамических приборов являются: высокая точность, обусловленная отсутствием стальных сердечников; способность работать на постоянном и переменном токе. При измерении в цепях переменного тока показания приборов соответствуют среднеквадратичному значению.

Недостатками следует считать: сравнительно низкую чувствительность; зависимость показаний от внешних магнитных полей; опасность перегрузок; большую мощность потерь; относительно высокую стоимость из-за сложной конструкции; неравномерность шкалы при измерении тока и напряжения.

Класс точности приборов данной системы: 0, 1; 0, 2; 0, 5. Условное обозначение прибора электродинамической системы показано на рис. 12 в правом нижнем углу.

Для уменьшения влияния посторонних магнитных полей электродинамические приборы делают астатическими и применяют экранирование.

Если в неподвижную катушку электродинамического прибора ввести ферромагнитный сердечник, то напряженность собственного магнитного поля такой неподвижной катушки увеличится, что приведет к повышению чувствительности прибора и ослаблению влияния внешних магнитных полей, однако появятся потери, обусловленные гистерезисом и вихревыми токами. Такие приборы называются ферродинамическими.

Погрешности электродинамических приборов. Температурная погрешность g_t возникает вследствие изменения сопротивления обмоток рамок (катушек) и изменения упругих свойств растяжек или пружинок при изменении температуры. Для компенсации температурной погрешности применяют специи-альные схемы. На рис. 13 приведена после-довательно-параллель-ная схема компенсации температурной погрешности, которая позволяет снизить температурную погрешность многопредельного электродинамического ваттметра до g_t £ 0, 1 %.

Частотная погрешность обусловлена зависимостью полного сопротивления катушек от частоты, изменением фазовых соотношений электродинамического прибора (угловая погрешность), взаимной индуктивностью катушек. Погрешность от изменения сопротивления мала, и ей можно пренебречь. Для уменьшения угловой погрешности в параллельную цепь последовательно с обмоткой рамки может быть включен конденсатор (рис. 13) С @ L₀ /R₁ (L₀ и R₁ – индуктивность и сопротивление подвижной катушки). Погрешность от взаимной индуктивности может быть уменьшена при компенсации угловой погрешности.

Кроме рассмотренных температурной и частотной погреш­ностей, электродинамическим приборам присущи также погреш­ности от влияния внешнего магнитного поля и электростатичес­кого взаимодействия. Для их компенсации применяют методы магнитной защиты и электростатическое экранирование.