Файл: Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие].pdf

Скачать файл (12,85Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 159

Скачиваний: 2

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

динамических приборов несколько меньше, чем электродина мических, что тоже вызвано введением стального сердечника.

Для уменьшения потерь в сердечнике на вихревые токи по

следние набирают из тонких стальных листов или прессуют из ферромагнитных порошков.

Класс точности ферродинамичееких приборов, ввиду ска занного, ниже, чем у электродинамических, и не превышает

1,0—1,5.

Основное применение приборы феррстдинамической систе мы нашли в качестве самопишущих амперметров, вольтмет ров, ваттметров и других приборов, в; цепях переменного то ка, а также в измерениях на переменном токе, где не предъяв ляются требования высокой точности, но требуются приборы с большим вращающим моментом, мало подверженные влия ниям внешних магнитных полей, с достаточно грубой, вынос ливой механической конструкцией.

В настоящее время в СССР щитовые ваттметры			изготов
ляются только ферродинамической системы.
П р и б о р ы и н д у к ц и о н н о й с и с т е м ы
Работа приборов	индукционной системы	основана		на
взаимодействии мапнитных потоков неподвижных катушек				с
токами, возбуждаемыми ими в подвижной части		прибора.
В измерительной	технике прошлого времени	идея	индук

ционных приборов нашла несколько конструктивных вопло щений: измерительные механизмы по числу магнитных пото ков делились на однопоточные и многопоточные, по характеру создаваемого магнитного поля — на приборы с вращающимся' полем и приборы с бегущим полем.

В электрических цепях индукционные приборы использова лись для измерения тока, напряжения, мощности и энергии переменного тока. В настоящее время индукционная система широко применяется только для счетчиков активной и реак тивной энергии в цепях переменного однофазного и трехфаз ного тока, редко — в ваттметрах.

Для изучения теории индукционного прибора рассмотрим трехпоточный измерительный механизм с бегущим полем, положенный в основу современных счетчиков и ваттметров.

Некоторые теоретические предпосылки

Из курса электротехники известно, что между магнитным потоком и током, протекающим в проводнике, перпендику лярном магнитному полю, возникает взаимодействие, в резуль тате которого появляется механическая сила, пропорциональ ная потоку и току.

110

Бели обозначить через /, і,	мгновенные значения силы,
тока и. потока, то
f =	ki<bt,

где k—(коэффициент пропорциональности.

Допустим, что магнитный поток и ток меняются по сину соидальному закону и сдвинуты во времени на угол у :

<Ë^ = <I>msino>£ и i = /msln(a>t — Y)-

Тогда

/—к.ІтФт Sin (utSin(mt — Y).

Среднее значение силы за период будет равно

тт

F=T\fdt=='r)k,m<s>m	sin	at sin {(ät ~Y)	dt =
	0
	T
& ïm ® m	j" [cos Y — cos	(2<at — Y)]	dt.
2T	0
	0

Опуская дальнейшие математические преобразования, приве дем окончательное выражение для силы

/ ^ & ' / < £ C O S Y -

(Ш-26)

В современных счетчиках и ваттметрах подвижная часть измерительного механизма обычно представляет собой алю миниевый диск, расположенный перпендикулярно к пересе кающим его нескольким магнитным потокам, возникающим в неподвижных катушках (как будет показано ниже).

На рис. III-38 показаны общий вид внутреннего устройства

однофазного индукционного счетчика с трехпоточньш танген циальным механизмом и его включение в цепь нагрузки ztt, а на рис. III-39 — прохождение магнитных потоков в счетчике.

Неподвижная система измерительного механизма состоит из двух электромагнитов 1 я 2, сердечники которых набраны

из тонких листов электротехнической стали.

Электромагнит / имеет на среднем стержне обмотку с то ком Іц, состоящую из большого числа витков тонкой проволо-. ки, которая включается в цепь параллельно нагрузке и назы вается обмоткой напряжения.

Электромагнит 2 имеет сердечник Я-образной формы с об

моткой, состоящей из небольшого числа витков толстой прово локи, разделенных обычно на две части, намотанных на боко вые стержни сердечника, которые включаются в цепь последо вательно с нагрузкой и называются токовой обмоткой.

111

В магнитном поле электромагнитов перпендикулярно к их плоскости расположен тонкий алюминиевый диск 3, сидящий на подвижной оси прибора 4.

Рис. Ш-38

Магнитный лоток токовой обмотки пересекает диск дваж ды, как это видно из рис. 111-39, причем в местах пересечения

он имеет взаимно противоположные пространственные на правления. Таким образом, поток в левом стержне Ф, и поток в правом стержне Ф/ сдвинуты по фазе Іна 180°.

Рис . Ш-39

Магнитный поток обмотки напряжения Фу, проходящий в среднем стержне, разветвляется на два потока: так называе мый «рабочий поток» Фу , пересекающий плоскость диска, и

112

поток Фь, не пересекающий диск, который замыкается через

боковые стержни электромагнита.

Таким образом, подвижный диск пересекается тремя пото

ками, Фу , Ф; , Ф,;		изменяющимися по синусоидальному за
кону и сдвинутыми в .пространстве и времени между собой.
Если обозначить		токи, индуктированные в диске						каждым
из потоков,	через Іи,	/,, / /			и в	соответствии с	уравнением
(ІІІ-26) записать выражения для сил, возникающих								от вза
имодействия	потоков и токов, получим
		F2	=	/г,	Ф , / „ c o s у 2 ;
		F,	=	А, Ф У Р		/, cos Y8;
		^4 =K ü p //'cosTf 4 .
На рис. II 1-40 показано					изменение магнитных		потоков во
времени, а на рис. III-41				изображен в плане диск счетчика со
следами магнитных по-						. .

Рис. ІІМО	Рис. III-41
Рассмотрим рабочие условия измерительного			механизма
в момент времени t\. В этот момент	поток	Ф7	положителен
(положительная полуволна), потоки	Фи и	Ф/—отрицатель

ны (отрицательная полуволна). Укажем направление потоков на диске, как это сделано на рис. Ш-41: положительный поток Ф/ обозначен знаком ( + ) при условии, что он идет от нас; от рицательные потоки обозначим точкой, считая, что они идут к нам. Для определения направления наведенных токов вос пользуемся правилом Ленца: наведенный (вихревой) ток всег да имеет такое направление, при котором созданный им маг нитный поток противодействует изменению магнитного потока, вызвавшего появление этого тока.

Поток Фи в момент времени tx нарастает в положитель

ном направлении и на рисунке направлен от нас. Следователь но, противодействующий магнитный поток нарастает в отри цательном направлении, т. е. направлен к нам, и вихревой ток

8 255 - М. А. Быков и др .

113

этого потока, по правилу буравчика, направлен против часо вой стрелки.

Рассуждая аналогично, найдем направление вихревых то ков двух других потоков (рис. ПІ-41). Из рисунка следует, что все силы направлены в одну сторону и, следовательно, резуль тирующая сила равна их сумме.

Приведем выражение для вращающего момента многопо

точного индукционного			прибора
		Ж в р	= cf ФиФ,		sind),		(III-27)
где с—постоянная		прибора;
/—частота	переменного			тока;		Ф,у и Ф,.
-ф—угол сдвига фаз между .потоками
Из уравнения		следует, что вращающий				момент в	индукци
онном приборе максимален, когда					сдвиг фаз между		потоками
равен 90°.
Индукционные много-поточные измерительные механизмы
используются,	главным		образом,		для измерения		мощности
( P = c / / c o s ? )	и	энергии		{ W \ Рdt		— [ UI cos <?dt).
					t\	t\

Для того, чтобы вращающий момент таких приборов был про

порционален мощности в ваттметрах и энергии в	счетчиках,
необходимо, в соответствии с уравнением (III-27),	выполнить
ряд условий:
а) чтобы поток Ф ; был пропорционален току нагрузки		/;
б) чтобы поток Фи был пропорционален напряжению		на
нагрузке U;
в) чтобы фазовые сдвиги между электрическими	величина
ми удовлетворяли уравнению sim\|)=cos(p.