Реферат: Классификация электроизмерительных приборов

откуда

Из выражения видно, что знак угла отклонения стрелки прибора не зависит от направления тока в ка­тушке. Следовательно, приборы пригодны для измере­ния в цепях постоянного и переменного токов. В цепи переменного тока они измеряют действующее значение тока или напряжения.

Шкала прибора, как это видно из, неравномер­ная. Меняя форму сердечника и его расположение в ка­тушке, можно получить почти равномерную шкалу на­чиная с 20% верхнего предела диапазона измерений. При меньших значениях измеряемой величины электромаг­нитные приборы недостаточно чувствительны и эта часть шкалы считается нерабочей.

Конструктивная особенность электромагнитного при­бора позволяет изготовить амперметры этой системы на токи 200...300 А для прямого включения в цепь. Дей­ствительно, неподвижная катушка может быть выполне­на из провода любого сечения. Амперметр на 150...300 А выполняют с катушкой в виде одного витка из медной шины. Вольтметры электромагнитной системы изготов­ляют на напряжение до 660 В, катушку выполняют из большого числа витков медной проволоки небольшого сечения, а для компенсации температурной погрешности включают добавочные резисторы из манганина.

Ввиду относительно слабого собственного магнитного поля на показания электромагнитных приборов весьма значительное влияние оказывают внешние магнитные поля. Для снижения их влияния измерительный меха­низм защищают стальным экраном. В при­боре имеется корректор (8, 9).

Встречаются конструкции, в которых устанавливают две неподвижные катушки с самостоятельными сердеч­никами, насаженными на одну ось, так называемые ас­татические приборы (рис. 9ДО). Здесь обе обмотки вклю­чены последовательно, но так, что их потоки Фх и Ф2 направлены встречно, а моменты, создаваемые этими потоками и действующие на подвижную часть прибора, согласны. При такой конструкции внешний магнитный поток Фвш в одной катушке усиливает, а в другой умень­шает вращающий момент прибора на равные значения. Этим исключается влияние внешнего магнитного поля.

Астатические приборы изготовляют для классов точности 0,5 и 1,0 и только переносного исполнения (ла­бораторные, испытательные комплекты). Простота кон­струкции, невысокая стои­мость, пригодность для по­стоянного и переменного токов, большая перегрузочная способность, возможность непосредственного включения амперметров на большие токи привели к широкому распространению этих прибо­ров в промышленных установках.

Недостатками электромагнитных приборов можно считать неравномерность шкалы, низкую чувствитель­ность, сравнительно большое собственное потребление (амперметры — до 5 ВА, вольтметры — до 10 В-А), чув­ствительность к влиянию внешних магнитных полей.

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_{в I} 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_{в I} и пото­ка Ф_I с током I_в.р .