Электромагнитные измерительные механизмы.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 26Следующая ⇒

В электромагнитных измерительных механизмах перемещение подвижной части происходит вследствие взаимодействия магнитного поля, созданного неподвижной катушкой, с измеряемым током и одного или нескольких ферромагнитных сердечников. Наибольшее распространение получили измерительные механизмы с плоской (рис. 2.1.8) и с круглой катушкой. Неподвижная часть измерительного механизма первого типа в основном состоит из плоской катушки А, магнита М и экрана Э. Подвижная часть имеет ось В с укрепленными на ней стальным сердечником Б, указательной стрелкой, концом спиральной пружины и алюминиевым сектором Г успокоителя. Измеряемый постоянный ток, проходя по катушке А, намагничивает сердечник Б. Сила F (рис. 2.1.9), втягивающая сердечник внутрь катушки, стремится переместить его в положение, при котором энергия магнитного поля имеет наибольшее значение. При повороте сердечника Б на угол da приращение энергии магнитного поля .

Энергия вращательного движения, как известно из механики, определяется произведением вращающего момента М на угол поворота (da), т.е. . Поэтому

Отношение (dL / da) есть скорость изменения индуктивности катушки при повороте сердечника. Приняв в первом приближении отношение (dL / da) постоянным, получим:

М = k₁I².

Положение равновесия подвижной части определяется равенством моментов

М = М _пр = Da, откуда угол поворота подвижной части . Таким образом, угол поворота a пропорционален квадрату тока, следовательно, шкала будет квадратичной (неравномерной). Выбором формы сердечника и его расположением относительно катушки можно получить различные зависимости (dL / da) = f (a). Обычно стремятся к тому, чтобы при малых токах отношение (dL / da) имело большие значения, а при больших токах – малые, вследствие чего шкала будет близкой к равномерной в ее рабочей части, т.е. от 20 до 100 % номинального значения.

При прохождении по катушке переменного тока вращающий момент М = k₁i² изменяется пропорционально квадрату мгновенного значения тока. Вследствие значительного момента инерции подвижной части и большого периода собственных колебаний угол поворота ее будет определяться средним за период значением момента:

Рис. 2.1.10 Измерительный механизм логометра электромагнитной системы

, так как (квадрату действующего значения тока), а угол поворота будет пропорционален квадрату действующего значения тока.

Электромагнитный логометр

Электромагнитный логометр – это измерительный механизм с двумя неподвижными катушками и двумя сердечниками, укрепленными на оси (рис. 2.1.10). На каждый из сердечников действует вращающий момент, значение которого зависит от квадрата тока соответствующей катушки и угла поворота подвижной части, а знак момента – от знака производной (dL / da). Для того чтобы получить вращающие моменты противоположных знаков, сердечники укрепляют на оси так (рис. 2.1.10), что при увеличении угла a индуктивность одной из катушек увеличивается (dL / da > 0), а другой уменьшается (dL / da < 0). При измерении подвижная часть устанавливается в том положении, при котором моменты уравновешивают друг друга, т.е. М₁ = М₂ или , откуда или , следовательно, угол поворота подвижной части определяется отношением квадратов токов в катушках логометра. Электромагнитные логометры применяются для измерения емкости, сдвига фаз, частоты переменного тока.

Показания электромагнитных измерительных механизмов при нарастающих значениях постоянного тока меньше, чем при убывающих, на 2 – 3 % вследствие влияния остаточной индукции сердечника. Применение сортов стали или сплавов с малой остаточной индукцией (пермаллой) приводит к значительному уменьшению этой погрешности, давая возможность получить приборы классов точности 0, 5 и 0, 2.

При переменном токе в металлических частях и сердечнике возникают вихревые токи, размагничивающие сердечник, вследствие чего показания прибора уменьшаются. Эта погрешность от частоты, незначительная при f = 50 Гц, возрастает с ее увеличением.

Магнитное поле электромагнитного прибора характеризуется небольшой индукцией, вследствие чего дополнительная погрешность от внешнего магнитного поля может быть значительной, что следует иметь в виду при установке прибора. Для уменьшения этой погрешности применяют стальные экраны, выполненного из магнитомягкого материала, или прибегают к так называемому астазированию.

В астатическом измерительном механизме (рис. 2.1.11) имеются две одинаковые катушки, соединенные последовательно. Магнитные поля катушек, созданные измеряемым током, направлены противоположно, а поворот подвижной части вызывается моментами одного направления, приложенными к двум сердечникам, укрепленным на оси прибора. Внешнее однородное поле, уменьшая вращающий момент, действующий на один сердечник, на столько же увеличивает вращающий момент, действующий на второй сердечник. Астатические приборы имеют сравнительно высокий класс точности (0, 5), довольно сложную конструкцию и высокую стоимость.

В судовых установках электромагнитные механизмы используются в амперметрах, вольтметрах, а в случае исполнения в виде логометров – в фазометрах, частотомерах и синхроноскопах.

Рис. 2.1.11 Электромагнитный измерительный механизм астатического исполнения: а – устройство, б – электрическая схема

Главными достоинствами электромагнитных приборов являются простота, надежность и дешевизна конструкции, способность выдерживать большие перегрузки, измерять действующие значения тока и напряжения и работать в достаточно широком диапазоне частот от 0 до 10 000 Гц. В частности, судовые щитовые электромагнитные амперметры выпускаются для непосредственного включения в цепь переменного тока до 200 А, частотой 50 Гц и 400 – 500 Гц. К недостаткам приборов относятся невысокая точность (класс точности щитовых приборов не выше 1, 5), малая чувствительность, подверженность влиянию внешних магнитных полей. Колебания окружающей температуры почти не влияют на работу приборов. Потребление приборами мощности невелико. Отсутствие необходимости в подводе тока к подвижной части приборов дает возможность повысить их механическую и термическую прочность, благодаря чему приборы выдерживают значительные перегрузки (в 100 раз превышающие номинальное значение тока).

Несмотря на пригодность приборов для измерений в сетях как постоянного, так и переменного тока, их применяют в основном в сетях переменного тока. Недостаточная однородность и невысокое качество железа сердечников уменьшают точность приборов, отградуированных для обоих родов тока.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒