Электромеханические приборы

Лекция  6   электромеханические приборы

6.1 Физические основы работы

Структурная схема электромеханического прибора:

Измерительный механизм имеет:

◙ неподвижную часть;   ◙ подвижную часть.

Для выполнения измерений необходимо создать:

◙ вращающий момент;  ◙ противодействующий момент.

Рекомендуемые материалы

По способу создания вращающего момента различают системы электромеханических приборов:

1) магнитоэлектрическая (МЭ);

2) электромагнитная (ЭМ);

3) электродинамическая (ЭД);

4) ферродинамическая (ФД);

5) электростатическая (ЭС);

6) индукционная (И).

По способу создания противодействующего момента:

1) с механическим противодействующим моментом (спиральные пружины, упругие растяжки, подвес)

2) с электрическим противодействующим моментом (логометры)

Уравнение движения подвижной части прибора:

М_вр = М_и + М_у + М_пр ,

 – момент сил инерции;

 – момент успокоения;

.

Характер движения зависит от степени успокоения

· при b < 1 – колебательное движение (кривая 1);

· при b > 1 –апериодическое движение  (кривая 3);

· при b = 1 –ускоренное (критическое) движение (2).

Частота собственных колебаний подвижной части:

Для электромеханических приборов  f₀ < 10 Гц и характерно колебательное движение. Для быстрого затухания колебаний – магнитоиндукционные успокоители.

Подвижная часть реагирует:

при  f_X  > f₀ – на среднее значение вращающего момента,

при  f_X  < f₀ – на мгновенное значение.

6.2 Магнитоэлектрические приборы

Принцип действия основан на взаимодействии тока катушки с магнитным полем постоянного магнита.

Конструктивные исполнения:

1) с подвижной катушкой и неподвижным магнитом;

2) с подвижным магнитом и неподвижной катушкой.

с внешним магнитом               с внутренним магнитом

 – уравнение преобразования

    магнитоэлектрических приборов

Магнитоэлектрический логометр

– уравнение преобразования логометра

Свойства:

· высокая точность, высокая чувствительность;  малое потребление энергии;

· непригодность для измерения переменного тока,  малая перегрузочная способность.

Область применения:   А  ,   V  ,   Г  ,   Ω   в цепях постоянного тока.

Расширение пределов измерения:

по току – шунты;

по напряжению – добавочные сопротивления, делители.

6.3 Магнитоэлектрические приборы с преобразователями

6.3.1 Термоэлектрические приборы

Термоэлектрический прибор – магнитоэлектрический механизм с термопреобразователем.

контактный

термопреобразователь

бесконтактный

термопреобразователь

Уравнение преобразования:          α = с I ²

Свойства: 

· широкий частотный диапазон;

· малая точность; малая перегрузочная способность.

Область применения: измерение U и I в диапазоне частот от 0 до сотен МГц.

6.3.2 Выпрямительные приборы

Выпрямительный прибор – магнитоэлектрический механизм с полупроводниковым выпрямителем.

 

– уравнение         преобразования

  

k_ф – коэффициент формы тока, k_{ф sin}= 1,11.

Свойства:

· высокая чувствительность;  малое потребление;

· низкая точность; малая перегрузочная способность;

влияние формы тока.

Область применения: комбинированные приборы для измерения постоянных и синусоидальных U и I, а также R.

6.3.3 Электронные приборы

 

Электронный прибор – магнитоэлектрический механизм с электронным преобразователем.

П – преобразователь;

УПТ – усилитель постоянного тока.

Область применения: вольтметры постоянного и переменного тока, мосты переменного тока, указатели равновесия и др.

Магнитоэлектрические омметры (изучается самостоятельно)

· Последовательная схема (для измерения больших R)

Шкала обратная

· Параллельная схема (для измерения малых R)

Шкала прямая

· Логометрическая схема

Лекция 7  ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

7.1 Электромагнитные приборы

Принцип действия основан на взаимодействии магнитного поля неподвижной катушки с током с подвижным ферромагнитным сердечником.

Конструктивные варианты:

с круглой катушкой     с замкнутым магнитопроводом

Уравнение преобразования:

При несинусоидальном токе

Свойства:

· применимость на постоянном и переменном (в том числе несинусоидальном) токе;

надежность; большая перегрузочная способность;

· невысокая точность; большое потребление энергии; узкий частотный диапазон, неравномерная шкала.

Область применения:     А  ,   V   и     f     в  цепях промышленной частоты.

Расширение пределов измерения: с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения.

7.2 Электродинамические приборы

Принцип действия основан на взаимодействии магнитных полей подвижной и неподвижной катушек с токами.

Уравнение преобразования:

Свойства:

· применимость в цепях постоянного и переменного        (в том числе несинусоидального) тока;

высокая точность; фазочувствительность;

· низкая перегрузочная способность;

большое потребление энергии.

Область применения: лабораторные    А  ,   V  ,   W ,    φ    и    f    в

частотном диапазоне до 10 кГц.

Расширение пределов измерения:  с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения.

Электродинамические ваттметры

Схемы включения:

а)                                               б)

Погрешность схемы включения ваттметра:

В схеме а) ;

;

в схеме б) ;

Схема а): для высокоомной нагрузки; б): для низкоомной

Фазовая (угловая) погрешность .

При  → 90^°,  недопустимо возрастает. Применяют малокосинусные ваттметры.

Цена деления многопредельного ваттметра:

7.3 Ферродинамические приборы

Отличаются от электродинамических приборов тем, что неподвижная катушка помещена на магнитопровод для усиления магнитного потока.

Имеют больший вращающий момент и большую чувствительность, но меньшую точность и узкий частотный диапазон (до 1,5 кГц).

Область применения:  W ,    φ   , а также в качестве самопишущих приборов.

7.4 Электростатические приборы

Принцип действия основан на взаимодействии электрически заряженных подвижных и неподвижных проводников (пластин).

Конструктивные варианты:

а)  с изменением поверхности взаимодействия;

б)  с изменением расстояния между проводниками.

Уравнение преобразования:

Свойства:

· применимость для измерения постоянного и переменного (в т.ч. несинусоидального) напряжения;

ничтожное потребление мощности (R_вх до 10¹⁴ Ом); широкий диапазон частот (до 10⁷ Гц).

· невысокая точность; низкая чувствительность.

Область применения: в качестве вольтметров в цепях низкого и высокого напряжения (от 30 В до 3000 кВ) в широком диапазоне частот.

Расширение пределов измерения:

с помощью активных (для U_– ) и емкостных делителей (для U_~).

7.5 Индукционные приборы

Принцип действия основан на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами, индуктированными в подвижном алюминиевом диске.

Должно быть не менее двух переменных магнитных потоков, пересекающих диск и сдвинутых в пространстве и по фазе.

Вращающий момент   .

Область применения: в качестве однофазных и трехфазных счетчиков электрической энергии.

Счетчики электрической энергии

В счетчике:   ;     ;    .

Вращающий момент:   .

Противодействующий (тормозной) момент:

При      скорость вращения диска

;    ;    ;

Число оборотов диска   ,

 – действительная постоянная счетчика.

Вам также может быть полезна лекция "9. Синтез адаптивной САУ".

Уравнение преобразования:      

Энергия, регистрируемая счетчиком:  W_изм = C_нN

Погрешность счетчика:   .

Трехфазный счетчик состоит из двух или трех однофазных механизмов, действующих на общую ось.

Счетчики активной и реактивной энергии отличаются передаточным числом счетного механизма и схемами включения в цепь нагрузки.