Главная Движение носителей электрических зарядов



где С - постоянная величина, зависящая от числа витков, геометрических размеров и расположения катушек. В цепях переменного тока приборы электродинамической системы применяют в основном для измерения мощности.

Приборы электродинамической системы имеют высокую точность, что обусловлено отсутствием ферромагнитных сердечников, и могут использоваться для измерений в цепях постоянного и переменного тока. При измерениях в цепях переменного тока электродинамические приборы являются самыми точными. Их выполняют в основном в виде переносных приборов, имеющих классы точности 0,1; 0,2; 0,5. Высокая точность приборов обусловлена тем, что для создания вращающего момента подвижной части приборов используют магнитные потоки, действующие в воздухе, что исключает возможность возникновения погрешностей из-за вихревых токов, гистерезиса и т. д.

Недостатками приборов электродинамической системы являются зависимость их показаний от воздействия внешних магнитных полей, так как их собственное магнитное поле незначительно, и слабая перегрузочная способность, так как подвод тока к подвижной катушке осуществляется через тонкие спиральные пружинки. Кроме того, эти приборы потребляют довольно значительную мощность, так как для создания достаточного вращающего момента приходится из-за слабости собственного магнитного поля заметно увеличивать число витков неподвижной и подвижной катушек.

Для устранения влияния посторонних магнитных полей на показания приборов и увеличения их вращающего момента электродинамические приборы снабжают ферромагнитными сердечниками, усиливающими собственные магнитные поля катушек. Наличие ферромагнитных сердечников усиливает магнитные поля катушек и, следовательно, вращающий момент подвижной части прибора. Сердечники выполняются из изолированных друг от друга пластин магнитомягких сталей и пермаллоя, что уменьшает погрешности от вихревых токов и надежно защищает приборы от влияния постронних магнитных полей. Электродинамические приборы, катушки которых имеют ферромагнитные сердечники, получили название ферродинамических. Эти приборы в отличие от электродинамических обладают меньшей точностью из-за влияния гистерезиса и вихревых токов, их высший класс точности 1,5. Ферро-динамические приборы применяют главным образом для измерений в цепях переменного тока в качестве щитовых и самопишущих приборов (благодаря их большому вращающему моменту) в диапазоне частот от 10 до 1500 Гц.

§ 9.6. Приборы индукционной системы

Работа приборов индукционной системы основана на использовании явления возникновения вращающегося (или бегущего) магнитного поля, т. е. на способности этих полей создавать вращающий момент, действующий на подвижное металлическое тело, помещенное в такое поле.

6* 163



Индукционные приборы применяют для измерения тока, напряжения, мощности и энергии в цепях переменного тока. Однако наиболее часто их используют для измерения энергии. Поэтому принцип действия индукционных приборов рассмотрим на примере работы счетчика электрической энергии переменного однофазного тока (рис. 9.11).

В индукционном счетчике бегущее магнитное поле, создаваемое токами его катущек, индуцирует в алюминиевом подвижном диске вихревые токи. Взаимодействие бегущего магнитного поля с вихревыми токами создает вращающий момент, заставляющий диск вращаться в ту же сторону, в которую вращается поле. Противодействующий момент создается в результате взаимодействия поля постоянного магнита 8 с наводимыми им во вращающемся алюминиевом диске вихревыми токами.

Подвижная часть прибора представляет собой алюминиевый диск 5, укрепленный на оси 4. Неподвижная часть счетчика состоит из двух электромагнитов 1 и 6 с намагничивающими катущками 2 и 7 соответственно. Электромагнит 1 является трехстержневым, а катушка 2 состоит из большого числа витков изолированного проводника малого сечения. Эта катушка включается параллельно измеряемой цепи и называется обмоткой напряжения. Ток 1ц, проходящий через катушку напряжения, и магнитный поток этой катушки пропорциональны приложенному к цепи напряжению U. Так как индуктивность катушки 2 достаточно велика, то ток 1у отстает по фазе от напряжения U практически на угол 7t/2 (рис. 9.12).

Электромагнит 6 (см. рис. 9.11) имеет П-образную форму. Катушка 7, являющаяся катушкой электромагнита 6, состоит из небольшого числа витков изолированного проводника достаточно большого сечения. Эту катушку включают последовательно с измеряемой цепью и называют токовой обмоткой прибора. Ток /, проходящий через катушку 7 и являющийся током нагрузки, создает поток Ф1, пропорциональный току /, причем поток Ф1 отстает по фазе от тока / на некоторый угол, называемый углом потерь. Угол потерь весьма мал, так как поток Ф1 значительное расстояние проходит через воздух. Токи 1у и I и соот-


Рис. 9.11

Рис. 9.12



-ветственно созданные ими магнитные потоки Фц иФ совпадают по фазе (рис. 9.12). Поток Ф1 дважды пересекает алюминиевый диск 5 (см. рис. 9.11). Ток / и напряжение U сдвинуты по фазе на угол ф, значение которого зависит от характера нагрузки.

Катушка 2 расположена на среднем стержне электромагнита 1, поэтому магнитный поток этой катушки Ф; разветвляется на потоки Ф2 и Фз, один из которых Ф2, проходя по среднему стержню сердечника и участку 3 магнитной цепи, огибает диск и пересекает его. Потоки Ф3 не пересекают диска прибора, так как замыкаются по боковым стержням сердечника 1. Следовательно, поток Ф2 является рабочим. Потоки Ф3 используются в счетчике для создания необходимого угла сдвига фаз \]/ между рабочими потоками Ф1 и Ф2.

Вращающий момент диска, создаваемый магнитными потоками Ф1 и Ф2, пропорционален произведению максимальных значений этих потоков и синуса угла сдвига фаз между ними:

Мер = С1Ф1„,Ф2„5Ш\/, (9.21)

где Cl - коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты переменного тока.

Так как практически можно считать, что магнитный поток Фг пропорционален напряжению С/, т. е. Ф2 = CyU, и поток Ф1 пропорционален току нагрузки /, т. е. Ф1 = CJ, а синус угла сдвига фаз между этими потоками равен совф (рис. 9.12), то формулу (9.21) можно заменить выражением

Мер = CiC„C,W cos ф = CP, (9.22)

где cos ф - коэффициент мощности потребителя; Р - активная мощность; С„, Cj - коэффициенты пропорциональности.

Вихревые токи, возникающие в диске при вращении его в поле постоянных магнитов, пропорциональны частоте вращения диска Пд (об/мин), поэтому противодействующий момент М„р = СдПд.

При вращении диска с равномерной скоростью его вращающий и противодействующий момент равны, т. е. Мер = Мдр или CP - СцПд, откуда частота вращения диска

Ид = СР/Сд.

Если диск за время t сделал п оборотов, то энергия А, полученная из сети потребителем за это время.

А=п, (9.23)

так как п =

, С

в. J о О

Pdt = -A.

Таким образом, согласно (9.23), электроэнергия, учитываемая счетчиком, пропорциональна частоте вращения диска. Величина А/п = = Сд/С получила название постоянной счетчика и представляет собой электроэнергию, приходящуюся на один оборот диска.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 [53] 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0116