Ферродинамические приборы
Устройство:
-подвижная катушка;
-неподвижные катушки;
-магнитопровод, набранный из
листов электротехнической
стали;
-неподвижный
ферромагнитный цилиндр.
Подвижная катушка может перемещаться, не касаясь
цилиндра и катушек. Кроме того, прибор имеет детали,
общие для всех систем: противодействующие пружины,
стрелку, шкалу, магнитоиндукционный успокоитель и
корректор. Схемы включения определяются видами
измеряемых величин и аналогичны включению
амперметра, вольтметра и ваттметра
электродинамической системы.
3.
Принцип работы
Работа ферродинамических приборов
основана на том же принципе, что и
приборов электродинамической системы.
Для усиления магнитного поля в
ферродинамическом измерительном
механизме применен магнитопровод из
ферромагнитного материала.
Неподвижная катушка размещается на полюсах ферромагнитного
сердечника, а подвижная поворачивается так же, как и в приборах
магнитоэлектрической системы,— в воздушном зазоре между полюсами
и неподвижным цилиндрическим сердечником . При такой конструкции
приборы защищены от влияния внешних магнитных полей. Кроме того,
увеличиваются магнитные потоки, создаваемые катушками, и возрастает
вращающий момент, действующий на подвижную систему.
4.
В ферродинамических измерительных механизмах
сердечники набираются из пластин, которые
выполняются из электротехнических сталей или из
пермаллоев. Для уменьшения погрешностей от
вихревых токов пластины изолируются друг от
друга. Из тех же соображений подвижные катушки
выполняются бескаркасными.
5.
Достоинства:
• незначительное влияние внешних
магнитных полей;
• большой вращающий момент;
• прочная конструкция;
• устойчивость к вибрациям и ударам;
• небольшая потребляемая мощность.
6.
Недостатки:
• дополнительные погрешности из-за
влияния гистерезиса и вихревых токов;
• зависимость показаний от частоты;
• невысокая точность щитовых приборов –
обычно 1,5; 2,0.
7.
Область применения
Ферродинамические приборы используют в
качестве щитовых амперметров, ваттметров и
вольтметров, работающих в условиях тряски и
вибраций (например, на э. п. с. переменного тока).
Кроме того, их применяют в качестве самопишущих
приборов, так как они имеют значительный
вращающий момент, преодолевающий трение в
записывающих устройствах.
8.
В самопишущих приборах, а
также в приборах,
предназначенных для работы в
условиях вибраций, тряски и
ударов, находят применение
ферродинамические
измерительные механизмы,
отличающиеся тем, что у них
неподвижные катушки
расположены на сердечнике из
ферромагнитного материала.
Это приводит к значительному увеличению вращающего
момента и уменьшению влияния внешних магнитных полей.
Однако наличие в измерительном механизме нелинейного
элемента (магнитопровода) снижает точность приборов.
9.
Ферродинамические приборы
используются чаще всего как
стационарные, относительно
малоточные приборы (классов
точности 1,5 и 2,5) для
измерений в цепях
переменного тока с частотой
1-0 Гц — 1,5 кГц.
Однако надо отметить, что применение пермаллоя для
сердечников и высокая культура технологии
производства позволили создать переносные
ферродинамические приборы высокой точности (класса
0,5), предназначенные для измерений в цепях
переменного и постоянного тока.
4.6.2. Области применения, достоинства и недостатки
Ферродинамические измерительные механизмы применяются в амперметрах, вольтметрах, ваттметрах, частотомерах и фазометрах. Ферродинамические приборы выпускаются классов точности не выше 0,2; 0,5. Они широко используются в качестве щитовых приборов (амперметров), амперметров и вольтметров промышленной частоты, но наиболее характерными являются ваттметры [6].
Достоинствами ферродинамических измерительных механизмов являются: большой вращающий момент; возможность использовать их как на постоянном, так и на переменном токах; малое влияние внешних магнитных полей; стабильность параметров при механических воздействиях; меньшее, чем у электродинамических, собственное потребление мощности [2].
К основным недостаткам ферродинамических механизмов относятся: невысокая точность, влияние изменений частоты входного сигнала, влияние температуры на угол отклонения подвижной части.
4.6.3. Погрешности ферродинамических приборов
Основными погрешностями являются температурная и частотная погрешности, погрешность от нелинейности кривой намагничивания, погрешность от электромагнитного взаимодействия.
Температурная погрешность возникает вследствие изменения сопротивления катушек, упругих свойств пружинок или растяжек и изменение характеристик материала магнитопровода. Уменьшение этой погрешности достигается различными схемными решениями, например, применением последовательно-параллельных схем компенсации температурной погрешности.
Частотная погрешность возникает вследствие различия фазовых соотношений в приборе и измерительной цепи. Для компенсации частотной погрешности применяются, как и для температурной погрешности, различные компенсационные схемы.
Так как кривая намагничивания ферромагнитного материала магнитопровода нелинейная, возникает непропорциональность между током, проходящим по неподвижной катушке, и создаваемым им магнитным потоком. Эта непропорциональность приводит к появлению погрешности прибора. Снизить данную погрешность можно выбором рабочего участка кривой намагничивания материала магнитопровода.
Погрешность от электромагнитного взаимодействия характерна для ферродинамических ваттметров и обусловлена асимметрией воздушного зазора. При прохождении тока по подвижной катушке и разомкнутой цепи неподвижной, подвижная катушка из-за электромагнитного взаимодействия отклоняется от нулевого положения. Данная погрешность уменьшается тщательной регулировкой измерительного механизма [6].
4.7. Электростатические приборы
4.7.1. Устройство и принцип действия электростатического им
В основе электростатического прибора лежит электростатический измерительный механизм, состоящий из системы подвижных и неподвижных электродов, образующих электрическую емкость. В электростатических измерительных механизмах вращающий момент возникает в результате взаимодействия двух систем заряженных проводников, одна из которых является подвижной [8]. В данном механизме перемещение подвижной части приводит к изменению емкости системы. В настоящее время практическое применение нашли два вида измерительных механизмов: в первом изменяется активная площадь электродов (данная конструкция применяется в основном в вольтметрах на низкие напряжения), во втором — расстояние между электродами (эта конструкция используется в киловольтметрах). На рис. 4.12 показан механизм с изменением активной площади электродов. Неподвижная часть ИМ состоит из одной или более камер 1, в воздушные зазоры которых свободно входят тонкие пластины 2 подвижной части. Подвижные пластины закреплены на оси 3 вместе со стрелкой 4. При подключении напряжения к электродам 1 и 2 под действием электростатических сил, подвижные пластины 2 втягиваются в воздушные зазоры камер 1. При этом стрелка перемешается по шкале. Угол поворота подвижной
4 части находится из равенства вра-
3 щающего и противодействующего
2 моментов, возникающих в измери-
тельном механизме. Постоянное
1 напряжение U, приложенное к элек-
тродам 1 и 2, создает вращающий
Если противодействующий момент создается при помощи упругих элементов, то для установившегося равновесия можно записать уравнение преобразования электростатического измерительного механизма в виде
где С — емкость между пластинами; U — измеряемое напряжение.
Из (4.21) следует, что угол отклонения подвижной части не зависит от полярности приложенного напряжения. В случае переменного напряжения угол отклонения подвижной части пропорционален квадрату действующего значения напряжения и выражается формулой (4.21).
7.Индукционные и ферродинамические приборы. Принцип действия, достоинства и недостатки.
Прибор ФМС отличается от ЭД – наличием железного сердечника, увеличение магнитного поля, и уменьшение магнитобоязни.
Состоит из: подвижного и неподвижного катушек, сердечника.
С применением железного сердечника, уменьшается точность прибора, увеличивается погрешность. При применении железного сердечника, возникают потери на гистерезис и вихревые токи, что влияет на показания. Для этого ФДП для точных измерений не применяется. Применяется как регистрирующий прибор.
На принципе действия ИП основано устройство счетчика электрической энергии. Принцип действия ИП основан на взаимодействии магн потоков с токами, индуцированным этими потоками, подвижной части прибора.
Действуют одновременно два закона: Ампера и Фарадея.
При прохождении токов по катушке, возникает м поле, которому безразлично что перед ними. В алюминиевом диске наводится ЭДС. В результате в диске возникают ток Фуко. Взаимодействие этих токов суммарным магнитным полем, создается вращающий момент диска.
Прибор ИС напоминает маленький асинхронный двигатель.
Умножим левую и правую часть на t:
1кВт час = число оборотов диска.
8.Принцип действия вибрационных приборов их устройство, достоинства и недостатки.
В качестве ВП используются вибрационный гальванометр. Применяется в цепях с током 30-100 Гц.
Устройство ВП связано с подвижным магнитом.
Постоянный магнит в вспомогательным магнитиком создают противодействующиц момекнт. При отсутствии тока в электрическом магните, катушке, подвижный магнитик устанавливается вдоль магнитного поля постоянного магнита. А отраженный от зеркальца лучь, показывает значение.
При подаче напряжения на катушку электрического магнита (пересенного), придев в движение подвижный магнитик, и на шкале, отраженный лучь света в виде полосы, ширина которого пропорциолнальна току.
Постоянным вспомогательным магнитом можно регулировать воздействие постоянного магнта на постоянный магнитик.
При равенстве частот тока и колебаний подвижной части, возникает резонанс. При этом гальвонометр имеет максимальную чувствительность. Настройка на резонанс осуществляется ручкой постоянного магнита. При этом изменяется его положение и частота собственных колебаний.
Отсутствие тока будет фиксироваться узкой линией на шкале. Отклонение функции тока от функции напряжения, изменяет его чувствительность.
9.Назначение и классификация измерительных мостов. Одинарный мост постоянного тока, его основные соотношения.
Для точных измерений применяют измерительные мосты. Они бывают постоянного и переменного тока.
При нуле тока, мост сбалансирован. При балансировке моста выполняются 3 условия:
- Произведения сопротивлений противоположных плеч равны.
- I1=I2; I3=I4; Ur1=Ur4; Ur2=Ur3
Мост постоянного тока может быть уравновешенным и неуравновешенным. Уравновешен когда в диагонале отсутствует ток. Неуравновешен – присвутствует ток.
Сбалансированный мост дает с большой точностью определить неизвестное сопротивление в плече.
Классы точности: 0,005-5,0
Мосты бывают переносные и лабораторные.
Помимо одинарных мостов используется и двойные, обладающие ещё большей точностью. Лабораторные мосты позволяют в одинарным мостом определять сопротивления 0,001-10^16 Ом.
Двойной мост: 10^2-10^-8 Ом.
Классы точности двойных мостов обусловлено учетом контактов в местах соединений их переходных сопротивлений с учетом длины соединительных проводов и мерами компенсации переходных сопротивлений соединительных проводов.
При наличии напряжения в измерительной диагонали, оно подается на усилитель, а далее на реверсивный двигатель.
Реверсивный двигатель перемещает стрелку реохорда в такое положение, при котором в измерительной диагонале будет отсутствовать напряжение. В этом случае мост сбалансирован, на усилитель ничего не подается, двигатель стоит, на шкале выдается значение измеряемого сопротивления Rx.
Достоинством измерительных мостов является то обстоятельство, что на балансировку не влияет изменение напряжения питания, изменение температуры окружающей среды и другие внешние факторы. Если мост сбалансирован при одних условиях, то он будет уравновешен при изменении напряжения и внешних факторов.
Электродинамические и ферродинамические измерительные приборы
Электродинамические и ферродинамические приборы основаны на принципе взаимодействия токов разных обмоток, из которых одна неподвижная, а другая может изменять свое положение относительно первой. К подвижной обмотке прибора электрическая энергия подводится спиральными пружинами или растяжками.
Электродинамические и ферродинамические измерительные приборы применяют для измерения тока, напряжения, мощности и других электрических величин постоянного и переменного токов. Шкалы вольтметров и амперметров — неравномерные, а ваттметров — практически равномерные.
Электродинамические приборы обеспечивают наиболее высокую точность при измерениях в цепях переменного тока частотой до 20 кГц, однако они не выносят перегрузку, отличаются значительной мощностью потребления электрической энергии и на их показания влияют внешние магнитные поля.
Для уменьшения этого влияния в приборах высокого класса точности применяют экранирование и астатическое построение измерительной системы. Стоимость электродинамических приборов высокая.
Шкала электродинамических измерительных приборов часто бывает разделена на делений без указания значений этих делений в измеряемых единицах. В этом случае постоянную прибора, т. е. число измеряемых единиц, отвечающих одному делению шкалы, находят по формулам:
где U ном и I ном– соответственно номинальные напряжение и ток прибора, αмах — полное число делений шкалы.
В электродинамических амперметрах на номинальный ток до 0,5 А и вольтметрах обе обмотки прибора соединены между собой последовательно, а в амперметрах с пределами измерения свыше 0,5 А — параллельно.
Расширение пределов измерения электродинамических амперметров обеспечивают разделением неподвижной обмотки на секции, что позволяет изменять диапазон измерений прибора вдвое, а также применением измерительных шунтов на постоянном токе и измерительных трансформаторов тока при измерениях в цепях переменного тока.
Расширение пределов измерения электродинамических вольтметров достигается применением добавочных резисторов, а при измерениях в цепях переменного тока, кроме того, использованием измерительных трансформаторов напряжения.
Рис. 1. Схемы включения однофазного ваттметра: а — непосредственно в сеть, б — через измерительные трансформаторы напряжения и тока.
Среди электродинамических измерительных приборов наибольшее распространение получил ваттметр (рис. 1, а), у которого неподвижная обмотка с небольшим числом, витков толстой проволоки включена в цепь последовательно, а подвижная, соединенная со встроенным в корпус или с наружным добавочным резистором — параллельно тому участку цепи, в котором измеряют мощность. Для отклонения стрелки ваттметра в необходимом направлении следует соблюдать правила включения прибора: электрическая энергия должна поступать в прибор со стороны генераторных зажимов обмоток, которые отмечены на приборе знаком «*».
На шкале каждого ваттметра приведены номинальные напряжение и ток, для которых предназначен прибор. При необходимости допускается в течение 2ч напряжение и ток доводить до 120 % их номинальных значений. Некоторые электродинамические ваттметры имеют переключаемые пределы измерения как по номинальному напряжению, так и по номинальному току, например 30/75/150/300 В и 2,5/5 А.
Расширение шкалы электродинамических ваттметров по току осуществляют так же, как у электродинамических амперметров, а расширение шкалы по напряжению — аналогично электродинамическим вольтметрам. Если электродинамический ваттметр включен через измерительные трансформаторы напряжения и тока (рис. 1, б), измеряемую мощность находят по формуле
где К u и Ki — номинальные коэффициенты трансформации соответственно измерительных трансформаторов напряжения и тока, C вт — постоянная ваттметра, α — число делений, отсчитанных по прибора.
При включении электродинамического фазометра в цепь переменного тока (рис. 2) надо следить, чтобы провода, подводящие энергию к прибору, были присоединены к генераторным зажимам, отмеченным на приборе знаком «*». Такое непосредственное включение возможно, если напряжение сети соответствует номинальному напряжению фазометра, а ток нагрузки не превышает его номинального тока. тока.
Номинальное напряжение и ток фазометра приведены на его шкале, где также имеются обозначения: «ИНД» для части шкалы, соответствующей току, отстающему от напряжения, и «ЕМК» для части шкалы, отвечающей опережающему току. В том случае, если напряжение и ток цепи превышают соответствующие номинальные напряжение и ток фазометра, его необходимо включать через соответствующие измерительные трансформаторы напряжения и тока.
Рис. 2. Схема включения фазометра.
Ферродинамические приборы аналогичны электродинамическим приборам, но отличаются от них усиленным магнитным полем неподвижной обмотки за счет магнитопровода из ферримагнитного материала, что увеличивает вращающий момент, повышает чувствительность, ослабляет влияние внешних магнитных полей и уменьшает мощность потребления электрической энергии. Точность ферродинамических измерительных приборов ниже точности электродинамических прибором. Они пригодны для использования и цепях переменного тока частотой от 10 Гц до 1,5 кГц.
Рис. 3. Принципиальная схема ферродинамического частотомера
Рис. 4. Схема включения частотомера: а — непосредственно в сеть, б — через добавочное сопротивление
Ферродинамические частотомеры обычно включают в сеть переменного напряжения параллельно или через добавочное устройство ДУ (рис. 4, а, б), представляющее собой электрическую цепь с резисторами, индуктивными катушками и конденсаторами, находящимися в отдельном кожухе. При включении частотомера нужно проверять соответствие напряжения сети номинальному напряжению прибора, которое указано на его шкале. Изготовляют также ферродинамические частотомеры без добавочных устройств на несколько номинальных напряжений, каждому из которых соответствуют определенный зажим прибора и общий зажим, отмеченный знаком «*».
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: