Электротехника Касаткин (967630), страница 57
Текст из файла (страница 57)
1т = Е К цепи подвижной катушки приложено напряжение этой'уста- новки, т. е. 1, = и/г, где г — общее сопротивление цепи напряже. и и ния (параллельной цепи) ватгметра. Подставив эти выражения в (12.6) и выполнив преобразования, подобные (12.4) и (12.5), получим пр Р = Щ = а = С, (а)а, лм(а)/ла где С,, (а) — цена деления. Если цена деления изменяется мало от зна. чення угла поворота подвижной катушки, то шкала электродинамического ваттметра близка к равномерной. Электродннамические приборы пригодны для измерений в цепях как постоянного, так и переменного тока, причем в обоих случаях писала у приборов одна н та же. В электродинамическом приборе измеряемые токи возбулщают относительно слабое магнитное поле в воздухе.
Поэтому дпя получения достаточного вращающего момента нужны катушки измерительного механизма с большими числами витков и собственное потребление энергии прибором относительно велико. Из-за слабого магнитного поля прибор чувствителен к внешним магнитным влияниям; для защиты от этих влияний приборы имеют экраны.
Так как условия охлаждения плохие (теплоотдача через слой воздуха), то электродинамические механизмы не допускают сколько-нибудь значительной пепсгрузки (в особенности амперметры) Наконец, приборы этой системы дорогне. Однако благодаря отсутствию в магнитном поле ферромагнитных сердечников — элементов с нелинейными свойствами — точность злектродинамического прибора может быть высокой — класса 0,2 и даже 0,1. Г. Индукционная система. Индукционная измерительная система основана на использовании вращающегося магнитного поля. Если синусоидальные токи в Двух катушках, определенным образом ориентированных в пространстве, не совпадают по фазе, то в части пространства резулыируюшее магнитное поле этих двух катушек будет вращаюпшмся вокруг некоторой осн, Если на этой осн находится тело из материала с малым удельным сопротивлением, то в нем возникнут вихревые токи. 354 Взаимодействие вихревых токов с вращающимся магнитным полем создает вращаняций момент, под действием которого тело прндет в движение.
В индукционном измерительном механизме вращающий момент создается воздействием результирующего магнитного поля двух электромагнитов переменного тока на подвижную часть — алюминиевый диск, в котором это поле нндуктнрует вихревые токи. Электромагниты возбуждаяпся измеряемыми переменными токами. Поэтому значение вращающего момента зависит от значений токов в обоих электромагнитах и угла сдвига фаэ между ними. Это ценное свойство индукционного измерительного механизма положено в основу построения приборов для измерения мощности и энергии в цепях переменного тока.
Д. Другие системы. В измерительных механизмах приборов злелгросгагической системы вращаняпий момент создается электростатическими силами взаимодействия заряженных электродов. Среди приборов этой системы наиболее распространен вольтметр, Под действием измеряемого напряжения заряжаются системы подвижных ! н неподвижных 2 пластин прибора (рис. 12Л4). Возникающие при этом электростатические снлга притяжения создают вращающий момент. Противодействующий момент создается пружиной.
Изменение полярности напряжения не влияет на направления действия вращающего момента; следовательно, электростатический вольтметр пригоден для измерения и постоянного, и переменного напряжений. В ряде случаев весьма существенным преимушеством прибора следует считать то, что он практически не,потребляет энергии. Одгико при небольших напряжениях вращающий момент весьма мал„прихо.дится увеличивать число пластин н вместо установки на кернах подвешивать подвижную часть на нити. Электростатические вольтметры применяются преимущественно в лабораториях пля измерений е цепях малой мощности н прн непосредственных измерениях вгасокнх напряжений.
В приборах тепловой системы от. клонение подвижной части получается вследствие удлинения металлической нити, нагреваемой измеряемым током. К достоинствам этих приборов относится независимость Ри~. !?па 355 показаний от частоты н формы кривой переменного тока. Тепловые приборы неустойчивы к перегрузкам, неточны вследствие чувствитель. ности к температурным влияниям, н нх потребление энергии от1юсительно велико, Ио всем этим причинам тепловые приборы применяются редко — лищь для измерения токов высокой частоты.
Прочие системы приборов применяются для измерения немногих величин (например„вибрапиоппый принцип дпя измерения частоты). 12.7. ЛОГОМЕТРЫ Отклонение подвижной части у большинства элсктроизмеритсльных механизмов зависит от значений токоя в их катушках, Но в тех случаях, когда механизм должен служить для измерения величины, не являющейся прямой функцией тока (сопротивления, нндуктивности, емкости, сдвига фаэ, частоты н т.
д,), необходимо сделать результирую. щий вращающий момент завися~ням от измеряемой величины и не зависящим от напряжения источника питания. Для таких измерений применяют механизм, отклонение подвижной части которого определяется только отношением токов в двух его катушках и не зависит от их значений. Приборы, построенные по этому общему принципу, называются логомстрами (по-гречески "логос"— отнопвние). Возможно построение логомстричсского механизма любой электронзмернтельной системы с характерной особенностью — отсут.
ствием механического противодействующего момента, создаваемого закручиванием пружин в~и рэстяжск. В качестве примера рассмотрим работу магнитозлектрнческого лого- метра с эллипсовидным сечением сердечника.!1одвижная часть такого логометра состоит нз двух катушек 1 н 2 (рис. 12.15, а), укрепленных на общей оси и жестко скрепленных между собой под некоторым углом. Токи в эти катушки подводятся через три мягкие серебряные спирали, не создающие прн закручивании механического момента (одна -1 0 2~+2г Рис.
12.15 356 из спирелей' — общая для цепей токов обеих катушек). Если подвижная часть приборй достаточно хорошо уравновешена, то при отсутствии токов она находится в состоянии безразличного равновесия — стрелка указателя может быть на любом делении шкалы прибора. Есин в цепях обеих катупюк есть постоянные токи 1, и!т, то на подвижную часть действуют в противоположных направлениях два вращающих момента, создаваемых взаимодействием поля постоянного магнита с ицпукпиями В, и Вз и токов в катушках (см.
(12.2)]: М, = к~БВ~ 1ь ' М, = рз ЗВз1,, (12.7) где ю~ и грз — числа витков катушек: Я вЂ” их одинаковая ~шощадь поперечного сечения. Предположим, что М, ) М, Под действием большего врашаюшевр~ врт' го момента подвижная часть поворачивается. При этом первая катушка, на которую действует болыпий вращающий момент, перемешается в область слабого магнитного полн (с меньшим значением индукции В, из-за большего воздушного зазора). Одновременно вторая катушка, на которую действует меныпий вращающий момент, перемешается в область более сильного магнитного ноля (воздушныч зазор в магнитопроводе меньше). Таким образом, по мерс поворота подвижной части больпий вращающий момент убывает, а меньший возрастает, Следовательно, при некотором определенном положении подвижной части должноустановиться равновесие моментов М =М вр~ врз' На схеме (рнс, 12 15, л) показано включение логометра лля измерения сопротивлений.
Здесь 11 - ЭДС источника; г, -- постоянное сопротивление цепи первой катушки; г, - постоянная часть сопротивления цепи второй катушки; г — сопротивление измеряемого объекта, находящегося вне прибора, Прн токах в ка тушках 1! Е/г,, 1, 1.1(гэ + г 1 и равенстве вращающих моментов нз (12,7) имеем ю!В!/г! И~2В2/(гт " г ) откуда г = г~ (грз/ю! )(Вг(11~ ) Отношение Взг'И, завися~ о~ конструкции магнитной цепи прибора н угла а — положения подвижной части. Следовательно, каждому значению измеряемого сопротивления г„соответствует определенное положение подвижной части логомстрз, которое не зависит от ЭДС В.
В действительности на подвижную часть в состоянии равновесия действует некоторый механический момент из-за неполной уравновешенносзи подвижной части при закручивании токопровшгяших спи- 357 ралек. Вследствие наличия этого момента показания логометра зависят от ЭДС источника тем больше, чем меньше ЭДС. Независимость положения подвижной части логометра от значения ЭДС используется в ыегасммеграх, предназначенных для измерения болыаих 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 завлсят от частоты. В ряде случаев нежелательно безразличное положение подвижной части логометра, так как это может привести к ложному отсчету показа. ния прибора нри выключенном источнике питания.
Чтобы предупредить подобный ложный отсчет, конструкцией логометра предусматриваетса отклонение стрелки за пределы шкалы, например действием небольпюго механического момента, создаваемого неполной урэвновешеыностью подвижной части. 12 В. СЧЕТЧИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Для измерения электрической энергии (активной и реактивной) в цепях переменного тоха используются счетчики иыдукциоыной системы, которым в последыее время.все большую конкуренцию составлают электронные счетчики. А.
Иидукцвюпвай счетчик. Схема устройства однофазыого индукци'онного счетчика, ввпочснного в цепь для измерения активной энергии приемника с сопротивлением нагрузки Уа, показана на рис. 12.1б. Подвижнал часть счетчика представляет собой свободно вращаюгцнйся алюминиевый диск, на который одновременно воздействуют в противоположных направлениях вращакшпш момент пропорциональный ахтивной мощности приемника (12.8а) и тормозной момеыт.
При равенстве вращающего и тормозного моментов диск вращается с постоянной скоростью. Дли создания тормозного момента в индухциоыыом счетчике используетск магнитоиыдукциоыиый прынцип. Поле постоянного магнита (рис. 12.16) нндуктирует во вращающемся диске ЭДС, прямо пропорциональ- 35В ная потоку постоянного магнита Ф и средней окружной скорости р вра- щениа части диска, находящейся между полюсами; Е=)гт Фв =(гт Ф 2л3л)б()=)ст Фл, . где л,— частота вращения диска (оборотов в минуту); )г — средний радиус части диска, находящейся между полюсами. Угловая скорость аратцеаня диска та =В /Я. Под дцйствнем атой ЭДС в диске возникает ток, значение которого прямо пропорционально удельной проводимости у материала диска; Взаимодействие поля постоянного магнита с током в диске создает тормозной момент, прямо пропорциональный току и потоку: М~р —— )со)Ф, или после подстановки выражений для тока и ЭДС 8~тор=)гт)12 Ф'л=(стор л.
(12.8б) Этот момент при установившейся частоте вращения подвижной части равен вращающему моменту. Следовательно, из (12.8а) н (12.8б) мощность Р= )стор л)йэр Интеграл от мощности по времени равен злектрической ввергни, полученной контролируемой цепью за промежуток времени гт-г, !т И= Р(р= — ~Моо — -я=С„Х, 'Гтор ~тор й„,) где то' — суммарное число оборотов подвижной части за время г,-г„ С,„— ласлтаянная счетчика.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
