Касаткин А.С., Немцов М.В. Курс электротехники (2005) (1021859), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Электростатические вольтметры применяются преимущественно в лабораториях для измерений в цепях малой мощности и при непосредственных измерениях высоких напряжений. В приборах тепловой системы от. клонение подвижной части получается вследствие удлинения металлической нити, нагреваемой измеряемым током, К достоинствам этих приборов относится независимость рн, ~з ы 355 показаний от частоты н формы кривой переменного тока. Тенловые приборы неустойчивы к перегрузкам, неточны вследствие чувствительности к темцсратурныл5 влияниям, н их нгжрсбленис энергии относительно велико, (!о всем этим нрнчинам тепловые приборы применяются редко — лишь цля измерения токов высокой частоты.
Прочие системы приборов применяются цля измерения немногих величии (например, вибранионныи нринцин длн измерения частоты). 12.7. ЛОГОМЕТРЫ Отклонешю подвижной исти у большинства элсктроизмсритсльных механизмов зависит от значении токов в их катушках, ))о в тех случаях, когда механизм должен служить цлн измерения величины, не являющейся прямой функцией тока (сопротивления, инцуктивности, емкости, сдвига фаз, частоты н т.
д.), необходимо сделать результирующий вращающий момент зависящим от измеряемой величины и не зависящим от напряжения исгочника литания, Для таких измерений нримсня1от механизм, отклонение подвижной части которого онредслнется только отношением токов в двух его катушках и не зависит от их значений, ))риборы, построенные по этому общему принципу, называ5отся логомстрами (но-гречески "логос"— отноцв лис) . Возможно построение ло5 омстричсского механизма любой электроизмсрительной системы с характерной особсшшстью — отсутствием механического противодействующего момента, создаваемого закручиванием пружин или растяжек. В качестве примерз рассмотрим работу магнитозлектрического лого- метра с эллинсовндным сечением сердечника Поцвижная часть такого логометра состоит нз двух кшушеь 1 и 2 (рис.
)2,!5, а), укрепленных на обшей оси и жестко скрепленных между собой нод некоторым углом. Токи в эти катушки нодволятся через три мягкис серебряные спирали, не создпощие нрн закручивании механического момента (одна -! 0 1 "55гг а, ш!5 356 иэ спиралей — общая для цепей токов обеих катушек) . Если подвижная часть прибора достаточно хорошо уравновешена, то при отсутствии то. ков оиа находится в состоянии безразличного равновесия — стрелка указателя может быть иа любом делении шкалы прибора. Если в цепях обеих катушек есть постоянные токи 1, и 12, то на подвижную часть действуют в противоположных направлениях два вращающих момента, создаваемых взаимодействием поля постоянного магнита с ш<дукциями В, и Вт и токов в катушках (см.
(12.2)]; М = и,ЬВ<1<: М = н,Я3212, (12.7) вр! ' ' '' вр2 где и, и и<2 — числа витков катушек; 5 — их одинаковая <шощадь поперечного сечения. Предположим, что М, ) Л1, Под действием большего врашающевр! вр2' го момента подвижная часть поворачивается. При этом первая катушка, иа которую действует больший вращающий момент, перемешается в область слабого магнитного поля (с меиьшим значением индукции В, из-ээ больцюго воздушного зазора) Одиовремеипо вторая катушка, на которую действуег мсиыций врэциющий момент, перемещается в область более сильного л<агпитного поля (воздушиыч зазор в магиитопроводе меньше) .
Таким образом, по марс поворота подвижной части больший вращающий люмент убывает, э меньший возрастает. Следовательно, при некотор<ж! определенном положении подвижной части должно установиться рэв!ювссис момс!пов: М =М вр! вр2' Па схеме (рис. >",>5, » ) покэзщш включение логометра лля измереш<я сопротивлений. Эдес!, 1' ЭПС лет<юлика; », постоянное сопротивление цепи первой кагуцр;и, », постоянная часть сопротивления цепи второй катушки. » — сопропп<лснис измеряемого объекта, находящегося вие прибора При токах в лэтуц<кэх 1, =- 111»,: 1, =- 1'>(»2 < !. > и равенстве вращающих момсптов из (> 2 7) имеем и,В</»! = итВ2>(»2 < <т), откуда »„»! (и 2>и <)(Вз»В! >»2 Отношение В,>В, зэвисн! гп копс!рукпии ма!питной цепи прибора и угла а — положения полвнжщ!й чэс!и, Слс;ювэтсльио, каждому зиаче.
нию измеряемого сопротивлсиия» соответствует определенное поло. жение подвижной части логомс! рз, которос пс завис<и от ЭЛС >С В действительности <ю !шлвижпую часть в сос<оянии равновесия действует иекоторый мслэничсскии момент пз.за нсп<ншой уравиове. шецнос<и подвижниц юсп! при ззкр>чивщши токопроводяших спи. 357 ралек, Вследствие наличия этого момента показания логометра зависят от ЭДС источника тем больпк, чем меньше ЭДС. Независимость положения подвижной части логометра от значения ЭДС используется в мегяоммеграх, предназначенных для измерения больших сопротивлений (до 10'4 Ом) при высоком напряжении (до 2500 В), например сопротивления изоляции. В качестве источника в мегаомметрах применяются небольшие магнитоэлектрические генераторы постоянного тока с ручным приводом.
В частотомерах катушки логометра заключаются в цепь синусоидального тока через выпрямители и элементы, сопротивления которых зависят от частоты. В ряде случаев нежелательно безразличное положение подвижной части логометра, так как это может привести к ложному отсчету показания прибора при выключенном источнике питания. Чтобы предупредить подобный ложный отсчет, конструкцией логометра предусматривается отклонение стрелки за пределы шкалы, например действием небольшого механического момента, создаваемого неполной уравновешенностью подвижной части 12.6.
СЧЕТЧИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Для измерения электрической энергии (активной и реактивной) в цепях переменного тока используются счетчики индукционной системы, которым в последнее время все большую конкуренцию составляют электронные счетчики. А. Ивдуюпювиыи счетчик. Схема устройства однофазного индукционного счетчика, включенного в цепь для измерения активной энергии приемника с сопротивлением нагрузки У„ показана на рис. 12.!б. Подвижная часть счетчика представляет собой свободно вращающийся алюминиевый диск, на который одновременно воздействуют в противоположных направлениях вращающий момент пропорциональный активной мощности приемника Мю=/с, Р (12.8а) и тормозной момен~. При равенстве вращающего и тормозного моментов диск вращается с постоянной скоростью.
Для создания тормозного момента в индукционном счетчике используется магнитоиндукционный принцип. Поле постоянного. магнита (рис. 12.16) индуктирует во вращающемся диске ЭДС, прямо пропорцнональ35а ная потоку постоянного магнита Ф и средней окружной скорости у вра- щения части диска, находящейся между полюсамц. Е= /с, Фр =/с, Ф 2я йп/60 =/с, Фл, где я -- частота вращения диска (оборотов в минуту); Я вЂ” средний радиус части диска, находящейся между полюсами. Угловая скорость вращения диска от= ч /Я. Под действием этой ЭДС в диске возникаег ток, значение которого прямо пропорционально удельной проводимости у материала диска: 1=/сэ Е/.
Взаимодействие поля постоянного магнита с током в диске создает тормозной момент, прямо пропорциональный току и потоку: М„=/со1Ф, пли после подстановки выражений для тока и ЭДС т)1тор /" 5 /т / Ф а /стор сь (12.8б) Этот момент при установившейся частоте вращения подвижной частсс равен вращающему моменту. Следовательно, из (12.8а) и (12.8б) мощность Р=/ст.р ..//С., Интеграл от мощности по времени равен электрической эн ргин, полученной контролируемой цепью за промежуток времени ст -с,. //т= Рс/с= - — ят/г= --- /5с=С„тУ, /ттор /Стор ™ т, где тУ -- суммарное число оборотов подвпжной части за время гз — с„ С,„постоянная счетчика.
359 Число оборотов подвижной части Хрегистрирует счетный механизм, соединенный с осью счетчика червячной передачей. Передаточное число между осью и счетным механизмом выбирается так, чтобы счетный механизм показывал непосредственно киловатт-часы, а не числа оборотов подвижной части. Чтобы получить в общей форме выражение вращающего момента приборов индукционной системы, предположим, что подвюкную часть -- диск — пронизывают два переменных магнитных потока: Ф1=Ф„„в1п (с22+1)2) и Ф2=Ф„„жп с22 (рис.
12.17). Они индуктируют в соответствующих контурах диска ЭДС, каждая из которых отстает по фазе от индуктирующего ее потока на четверть периода: е, = — 21 Ф1 (й = - с2 Ф1 сов (с22+ 2(2) е2= -22Ф2(й= — озФ2 соа аи. Эти ЭДС вызывают в днаке вихревые токи 11 и 12. Исследуя общий характер процесса, можно пренебречь при промышленной частоте 50 Гц индуктивным сопротивлением контуров вихревых токов в диске и считать их совпадающими по фазе с ЭДС: 11 =е1/г„= — (с2/г„) Ф, сов (с21Ч-у2); 12 = е2122,= - (а2122 ) Фз„сов сзг, где г„с г, — активные сопротивления контуров.
Силы, воздействующие на подвижную часть, пропорциональны соответствующим потокам и токам, т, е. р1= 21Ф111 ~2 'г2Ф211 где lс1 и )22 -- постоянные коэффициенты, которые учитывают геометрические параметры механизма. 360 Рис. 12.16 Рис.
12.17 Эти силы при одинаковом направлении магнитных потоков и одинаковом направлении токов в контурах (рис. 12.17) направлены встречно, поэтому среднее значение вращающего момента можно определить через интеграл за период Т от произведения разности снл (Ег — г,) на плечо Яо их приложения (рис. 12.16): т — У (гг г|) )то~)г Т о 361 ! 'ло г = — Ф Ф ~ — — )' а(п(ыг+ ф)совы!12! + т г д2 т + — )' (а)п!11)соа(!11 ь !р)~21 о д! Учитывая, что т ! 1!в 2ы! / (а1п ы!) соа ыг 1й = !" — !й = 0; о о 2 т соа'ыг1й = —; о 2 т а)п'ыг1й =— о 2 после простых преобразований находим ыло / ~2 М = — ~ — + — ( Ф Ф а)пф, 2 !Ш 2 в! д! Д2 где сопротивления г, и г обратно пропорциональны удельной прод! д2 водимости 7 материала диска (алюминия), Обозначив постоянный множитель в выражении вращающего момента 2г, получим вр' М = я ы7Ф1Д,Ф а1п !р.
(12.9) Вращающий момент пропорционален угловой частоте ы, следователь. но, индукционный прибор пригоден для измерения в цепи переменного тока одной определенной частоты. Вращающий момент пропорционален также удельной проводимости 7 материала диска. Последний изготовляется из алюминия — материала со значительным температурным коэффициентом сопротивления — около 0,004 'С ' (см. табл. 1Л), т. е. изменение температуры диска на !О *С вызьвает изменение вращающе. го момента на 4%. Однако в счетчиках вращающий и тормозной моменты в одинаковой степени зависят от электрического сопротивления диска и температурные влияния на показаниях счетчика сказываются мало.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
