ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
Принцип действия приборов электродинамической системы основан на механическом взаимодействии двух катушек с токами. На рисунке 2-9 изображён измерительный механизм электродинамического прибора с воздушным успокоителем 3.
Неподвижная катушка 1 состоит из двух секций (для создания однородного поля) и навивается обычно толстой проволокой.
Лёгкая подвижная катушка 2 помещается внутри неподвижной и жёстко скрепляется с осью и стрелкой. Подвижная катушка включается в измеряемую цепь через спиральные пружины, создающие противодействующий момент.
Рис. 2-9
Токи в катушках 1 и 2, взаимодействуя друг с другом создают вращающий момент, стремящийся повернуть подвижную катушку так, чтобы энергия магнитного поля системы двух катушек стала наибольшей (до совпадения направлений полей). При этом поворот подвижной катушки произойдёт за счёт энергии магнитного поля катушек.
Энергия магнитного поля системы двух катушек складывается из энергий катушек и энергии, обусловленной их взаимной индукцией
Вообще говоря, вращающий момент сильно зависит от формы катушек.
Поворот подвижной системы будет происходить до наступления равновесия между вращающим и противодействующим моментами, создаваемыми спиральными пружинами.
Что угол поворота подвижной системы электродинамического прибора в случае постоянных токов пропорционален произведению токов в его катушках.
В случае переменных токов, например мгновенный вращающий момент равен произведению мгновенных токов в его катушках с учётом постоянной жёсткости пружин, а средний за период момент (после преобразований) равен произведению в его катушках с учётом постоянной жёсткости пружин и угла направления векторов токов.
Пригодность электродинамических приборов для переменных токов объясняется тем, что направления токов в обеих катушках изменяются на противоположные одновременно (или с постоянным сдвигом по фазе), а следовательно, направление поворота подвижной катушки остаётся неизменным. В зависимости от назначения прибора катушки в нём могут быть соединены либо последовательно — в вольтметре (рис. 2-10, а), либо параллельно — в амперметре (рис. 2-10, б), либо в разные цепи — в ваттметре (рис. 2-10, в).
Рис. 2-10
Шкалы электродинамических вольтметров и амперметров неравномерны, так как токи в обоих катушках пропорциональны одной и той же измеряемой величине: для вольтметра — ток в обоих катушках один и тот же, поэтому
т. е. шкала неравномерная (квадратичная);
для амперметра
т. е. шкала также квадратичная. Однако на практике добиваются приблизительно равномерной шкалы в её рабочей части подбором взаимного расположения катушек и их формы.
На показания электродинамических приборов могут влиять внешние магнитные поля, так как собственное поле катушек слабое. Для устранения этого влияния применяют астатические измерительные механизмы (см. рис. 2-4, б).
Приборы электродинамической системы изготовляют и применяют в основном как переносные лабораторные приборы классов точности 0,1; 0,2 и 0,5.
К достоинствам электродинамических приборов относятся:
- большая точность, позволяющая применить их в лабораторной практике как контрольные;
- пригодность для измерения постоянных и переменных токов.
А к недостаткам:
- неравномерная шкала;
- большая чувствительность к перегрузкам (из-за наличия токоведущих пружин);
- влияние внешних магнитных полей и высокая стоимость.
ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
Малое значение вращающего момента электродинамического прибора может быть значительно увеличено введением магнитной цепи из ферромагнитных материалов. Такие приборы получили название ферродинамических.
Ферродинамический прибор состоит из стального сердечника 2, на который насажена неподвижная катушка 1, состоящая из двух секций (рис. 2-11). В воздушном зазоре между сердечником и стальным цилиндром 4 может вращаться подвижная катушка 3. Такой прибор очень похож на магнитоэлектрический, в котором роль постоянного магнита выполняет катушка с током.
Рис. 2-11
Введение стального сердечника приводит к значительному повышению чувствительности и ослаблению влияния внешних магнитных полей, но вместе с этим появляются потери на гистерезис и вихревые токи, снижающие точность приборов. Ферродинамические приборы изготовляют классов точности 1,0 и 1,5.