Файл: Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 130

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

 

В магнитном поле двух катушек с постоянными токами

7Х

и 72 , к а к

известно, запасается

энергия

 

 

 

 

WM = LJV2

+ L2

т

+

м м

,

где

L t

и L 2

— индуктивности

 

катушек;

 

 

 

•Л712 — их взапмиая

 

индуктивность.

 

Взаимодействие этих токов вызывает вращающий мо­

мент, стремящийся повернуть подвижную катушку в поло­

жение, при котором энергия магнитного , поля катушек

будет наибольшей.

 

 

 

 

 

 

 

Этот момент [см. (2-9)1

 

 

 

 

 

 

где

da — приращение угла,

при

котором

энергия поля

 

 

получает приращение

dWM.

 

 

 

Так

как

индуктивности катушек

L t и

L 2 неизменны,

то dLx

= dL2

= 0 и вращающий момент

 

 

 

 

M =

I

J

2

^ .

(2-13)

Из написанного следует, что вращающий момент зависит от токов 1г и 72 и от положения подвижной катушки отно­ сительно неподвижной. Зависимость скорости изменения взаимной индуктивности от угла поворота подвижной

катушки dM12lda

= / (а) определяется

формой катушек

и их

взаимным расположением.

 

 

Приняв в первом приближепип отношение dM12/da

=

=

постоянным,

получим выражение

вращающего

мо-

 

 

М = М ,

(2-14)

вызывающего поворот подвижной части на угол, при кото­ ром он уравновесится моментом пружин, т. е.

М = Мпр

или

k - J - J z = Da,

 

откуда

 

 

 

a =

2*-/1 72 =

AvTi/2.

(2-15)

Таким образом, вращающий момент и угол поворота

подвпжпой части пропорциональны произведению

токов

в катушках.

Если по катушкам измерительного механизма проходят переменные токи i и i 2 , то мгновенный вращающий момент

М = к^^,

59

асредний за период вращающий момент

т• ч

М о р =

i

jj М dt =

к, ~f jj гх1а dt.

(2-16)

 

 

и

 

и

 

Если, например,

токи i x

и

i 2 синусоидальны

и сдви­

нуты но фазе па угол

т|з, т.

е.

 

 

ii — I[,n sin mt

и

i 2

= /2m siu (coi —т|з),

 

то, выполнив подстановку,

получим:

 

 

 

г

 

 

 

М с р = /ci

^ ?V'2

eft = /t'i/i/а cos г|>.

(2-17)

и

Положение равновесия подвижной части определяется равенством

МС р = МП р,

откуда

 

а = ~ 1Х12 cos i|) = A - 2 / i / 2 cos ij).

(2-18)

Следовательно, при переменном токе вращающий момент и угол поворота подвижной части измерительного меха­ низма завпеят от произведения действующих значений токов в катушках и косинуса угла сдвига фаз между ними.

Измерительные механизмы логометров электродинами­ ческой системы имеют различное устройство. Схема устрой­ ства одного из них дана на рис. 2-15. Взаимодействие тока / , проходящего по неподвижной катушке А, состоящей из двух частей, с токами 1Х и / 2 , проходящими по подвижным катушкам i и 2, создает два вращающих момента Мх и М 2 , направленных в разные стороны. Разность этих моментов вызывает поворот подвижной части на угол, при котором вращающие моменты взаимно уравновесятся.

В этом случае

илл

 

М 1 с р

= М 2 С р

 

 

 

cos

(а) = lc2II2

cos гр2 /2 (а),

kjli

где \pt — сдвиг

фаз

между

токами

/

и

 

г|?2 — сдвиг

фаз

между

токами

/

и

/ 2 .

Написанному выражению можно

придать другой вид:

 

/ г cos ф3 _

(а) _

,

,

,

 

^ c o s ^ i " L / . , ( a ) ~ /

П

'

GO

пли

(.2-19)

\ll cos \\\]

Написанное выражение показывает, что угол поворота подвижной части логометра определяется отношением слагающих токов в подвижных катушках, совпадающих по фазе с током в неподвижной катушке (рис 2-15, вектор­ ная диаграмма).

Отсутствие стальных деталей в измерительном меха­ низме, а следовательно, отсутствие погрешности от гисте­ резиса и вихревых токов делает возможным изготовлять механизмы этой системы, обеспечивающие высокую точ­

Р и с . 2-15. Схема устройства измерительного ме­ ханизма логометра электродинамической системы и его векторная диаграмма.

ность измерений. Слабое магнитное поле электродинами­ ческих механизмов обеспечивает получение только неболь­ ших вращающих моментов, что требует уменьшения трения в опорах и погрешности от трения. Последнее дости­ гается возможный уменьшением массы подвижной части, тщательным подбором материалов для опор й осей и соот­ ветствующей их обработкой. Все это, с одной стороны, повышает стоимость прибора, с другой, приводит к повы­ шенной чувствительности механизма к перегрузкам и механическим воздействиям. Следовательно, эти механи­ змы требуют особого ухода и обслуживания.

Слабое магнитное поле этих измерительных механиз­ мов делает их чувствительными к влиянию внешних маг­ нитных полей, как это имело место в электромагнитных измерителях. Для уменьшения этой чувствительности применяются рассмотренные в § 2-2 средства: астатирование и экранирование.

G 1

Астатический измерительный механизм (рис. 2-16) содержит две пары катушек. Поля неподвижных катушек направлены взаимно противополояшо. Также противоположно направлены токи в подвижных катушках, поэтому вращающие моменты, действующие на под­ вижные катушки, направлены одинаково. Ослабление влияния внешнего поля производится, как

было показано в § 2-2.

2-4. Ф Е Р Р О Д И Н А М Н Ч Е С К А Я СИСТЕМА

 

 

Ферродинамические

измери­

Р п с . 2-16. Устройство

тельные

механизмы

были

предло­

жены в

1913 г.

М. О.

Доливо-

нстатпческого

измери­

Добровольским.

 

 

 

тельного механизма элек­

 

 

измери­

тродинамической

систе­

Ферродинамический

мы.

 

тельный

механизм,

представляя

 

 

разновидность

электродинамиче­

ского, отличается от последнего наличием магнитопровода из магиитомягкого материала. Устройство одного из

механизмов

этой

системы

показано

 

на рис. 2-17.

 

 

 

1 2 3

«

Две половины неподвижной, кату­

 

шки Ах

и А2

расположены

на стер­

 

жнях

магнитопровода

из

листовой

 

стали. Подвижная катушка без ме­

 

таллического

каркаса

во избежание

 

появления в

нем

индуктированных

 

токов укреплена на одной оси со стрелкой.

Ввоздушном зазоре возникает

радиальное однородное поле с индук­

Рис . 2-17. Устройство

цией, пропорциональной току в не­

измерительного меха­

подвижной катушке. Взаимодействие

низма ферродинами-

этого поля с током в подвижной кату­

ческой системы.

шке создает вращающий момент, ко­

 

торый, как и в электродинамическом механизме, пропор­ ционален произведению действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига фаз между иимиа т. е.

Мер = hhh cos

62

Малое сопротивление магнитной цепи обеспечивает получение весьма значительной индукции в воздушном зазоре и большого вращающего момента. Последнее обсто­ ятельство дает возможность увеличить массу подвижной части без увеличения погрешности от трения и получить прочную подвижную часть.

Применение стали влечет за собой появление погреш­ ности от гистерезиса и вихревых токов и значительное

уменьшение

погрешности

 

от внешнего

магнитного

\\\ц1ШШЩ/

поля. Последнее обстоя-

4 '1 Ч

тельство менее существен-

 

Р и с . 2-18.

Схема

у с ­

Рис . 2-19.

Схема устройства

тройства

измеритель­

измерительного механизма фор-

ного механизма

фер-

родинампческой системы с тре ­

роднпамической

си­

мя

элементами.

стемы с двумя элемен­

 

 

тами.

по, так как имеются эффективные средства защиты от влияния внешнего магнитного поля (астатирование, экра­ нирование). Поэтому более существенной является боль­ шая основная погрешность приборов ферродинамической системы (по сравнению с погрешностью электродинамиче­ ских приборов).

На рис. 2-18 и 2-19 показаны устройства измеритель­ ных механизмов с двумя и тремя элементами, каждый из которых имеет неподвижную и подвижную катушки. По­ движные катушки укреплены на одной оси со стрелкой. Вращающий момент, действующий на подвижную часть, равен алгебраической сумме момеитов отдельных эле­ ментов.

На рис. 2-20 показана схема устройства одного из ферродинамических логометров. Две неподвижные катушки Ах и Аг укреплены на стальных сердечниках. Две лодвиж-

63

Смотрите также файлы