Ферродинамический механизм

Ферродинамический механизм[править | править код]
Принцип действия ферродинамического измерительного механизма так же как и электродинамического основан на взаимоиндукции двух магнитных потоков, созданных токами, протекающими по обмоткам подвижной и неподвижной катушек. Ферродинамические механизмы отличаются от электродинамических тем, что неподвижная катушка имеет магнитопровод из магнитомягкого материала, в результате магнитный поток, а значит и вращающий момент существенно возрастают.

Электродинамические и ферродинамические механизмы

Работа измерительных механизмов электродинамической системы (рис. 5.6) основана на взаимодействии магнитных нолей двух катушек с токами — неподвижной и подвижной.
Подвижная катушка 1 измерительного механизма электродинамической системы, укрепленная на оси 3 или растяжках, мо-

Рис. 5.6. Электродинамический измерительный механизм: а — устройство; б — внешний вид. 1 — подвижная катушка; 2 — неподвижная катушка; 3 — ось
жет поворачиваться внутри неподвижной. При протекании в обмотках катушек токов /, и /₂ возникают электромагнитные силы, стремящиеся так повернуть подвижную часть, чтобы магнитные потоки Я, и В₂ подвижной и неподвижной катушек совпали.
Неподвижная катушка 2 обычно выполняется из двух одинаковых частей, разделенных воздушным зазором. Благодаря этому обеспечиваются требуемая конфигурация магнитного поля и удобство расположения оси. Неподвижная и подвижная катушки механизма (обычно бескаркасные) имеют круглую или прямоугольную форму и изготавливаются из медного или алюминиевого провода. Подвижная катушка укрепляется на опорах или растяжках. Для подвода тока к подвижной катушке используются спиральные пружины или растяжки.
Собственное магнитное поле электродинамических механизмов, силовые линии которого замыкаются по воздуху, невелико. На электродинамические механизмы влияют внешние магнитные поля. Для защиты от них применяется экранирование, т. е. измерительный механизм помещают внутри одного или двух экранов из ферромагнитного материала. Успокоение — воздушное или магнитоиндукционное (при наличии экранирования от полей рассеяния постоянного тормозного магнита).
Энергия магнитного поля двух катушек с токами /, и /₂
(5.9)
где I, и Ь₂ — индуктивность катушек; М_п — взаимная индуктивность катушек.
В (5.14) только взаимная индуктивность М₁₂ зависит от угла поворота подвижной части, поэтому вращающий момент равен:
(5.10)
М = /с1а = 1_]1₂(1М_п/с1а.
При протекании по катушкам переменных токов /, = /^тсо/¹ и /₂ =/_2т81п(со/¹-у) подвижная часть из-за инерционности будет реагировать на среднее значение вращающего момента:

(5.11)
= I12 сову с!М_п/с1а, где /, и /₂ - действующие значения токов.
Таким образом, вращающий момент пропорционален произведению действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига фаз между ними. Следовательно, электродинамический механизм обладает фазочувствительными свойствами. Поэтому он может быть использован не только для измерения тока и напряжения, но и мощности.
Если противодействующий момент создается упругими элементами, то для режима установившегося отклонения (М = -М_пр) получим:
I_lI₂cosydM_l2/da= Wa,
откуда для механизма прибора, работающего на переменном токе,
а = — /,/₂ cosy dM_n/da. (5.12)
W
Следовательно, характер шкалы прибора зависит от произведения /|/₂cosy и dM_n/da. Взаимная индуктивность между катушками определяется формой, размерами и их взаимным расположением, т. е. М_п = /(а).
При протекании по катушкам постоянных токов /, и /₂ уравнение преобразования можно представить следующим выражением:
а = —/,/₂ dM_п/da. (5.13)
W
Основными достоинствами электродинамических механизмов являются одинаковые показания на постоянном и переменном токе (при последовательном соединении катушек), что позволяет с большой точностью градуировать их на постоянном токе, а также стабильность показаний во времени.
Недостатками электродинамических механизмов являются невысокая чувствительность, большое собственное потребление мощности, чувствительность к перегрузкам.
Указанные свойства электродинамических механизмов позволяют на их основе выпускать лабораторные многопредельные приборы высоких классов точности (0,5; 0,2; 0,1) для измерений на постоянном и переменном токе. Выпускаются миллиамперметры и амперметры с пределами от 1 мА до 10 А на частоты до 10 кГц, многопредельные вольтметры с пределами от 1,5 до 600 В на частоты до 5 кГц с током полного отклонения от 60 до 3 мА, многопредельные однофазные ваттметры с пределами по току от 25 мА до 10 А и по напряжению от 15 до 600 В.