Так как при одновременном изменении тока в обеих катушках электродинамических приборов направление вращающего момента не изменяется, то эти приборы пригодны для измерений в цепях как постоянного, так и переменного тока.
В цепях переменного тока приборы электродинамической системы применяют в основном для измерения мощности. Они имеют высокую точность, что обусловлено отсутствием ферромагнитных сердечников, и могут использоваться для измерений в цепях постоянного и переменного тока. При измерениях в цепях переменного тока электродинамические приборы являются самыми точными. Их выполняют в основном в виде переносных приборов, имеющих классы точности 0,1; 0,2; 0,5. Высокая точность приборов обусловлена тем, что для создания вращающего момента подвижной части приборов используют магнитные потоки, действующие в воздухе, что исключает возможность возникновения погрешностей из-за вихревых токов, гистерезиса и т.д.
Недостатками приборов электродинамической системы являются зависимость их показаний от внешних магнитных полей из-за незначительного собственного магнитного поля и слабая перегрузочная способность из-за того, что подвод тока к подвижной катушке осуществляется через тонкие спиральные пружинки. Кроме того, и приборы потребляют довольно значительную мощность, так как для создания достаточного вращающего момента приходится из-за слабости собственного магнитного поля заметно увеличивать число витков неподвижной и подвижной катушек.
Для устранения влияния посторонних магнитных полей на показания приборов и увеличения их вращающего момента электродинамические приборы снабжают ферромагнитными сердечниками, усиливающими собственные магнитные поля катушек. Наличие ферромагнитных сердечников усиливает магнитные поля катушек и, следовательно, вращающий момент подвижной части прибора. Сердечники выполняются из изолированных друг от друга пластин магнитомягких сталей и пермалоя, что уменьшает погрешности от вихревых токов и надежно защищает приборы от влияния посторонних магнитных полей.
Электродинамические приборы, катушки которых имеют ферромагнитные сердечники, получили название ферродинамических. Эти приборы в отличие от электродинамических обладают меньшей точностью из-за влияния гистерезиса и вихревых токов, их высший класс точности 1,5. Ферродинамические приборы применяют главным образом для измерений в цепях переменного тока в качестве щитовых и самопишущих приборов (благодаря их большому вращающему моменту) в диапазоне частот от 10 до 1500 Гц.
3.5.3. Приборы магнитоэлектрической системы
Магнитоэлектрическая система измерительных приборов (рис. 3.4)
отличается тем, что в ней используется взаимодействие поля постоянного магнита I с токовым контуром катушки 2, внутри которой располагается неподвижный магнитный сердечник 3. Измерительный механизм такого прибора так же, как и в предыдущем случае, включает в себя ось, установленную в подшипниковых опорах и имеющую противодействующие пружины, указательную стрелку с балансировочными грузами и циферблат.
Рамка с катушкой 2 жестко соединена со стрелкой прибора. Ток в рамку поступает через две спиральные пружины. Один конец спиральки закреплен неподвижно на корпусе прибора, а другой - на оси. Конечно, спиральки изолированы специальными прокладками и от оси, и от корпуса. Пружинки выполнены из специальной фосфористой бронзы. Они хорошо проводят электрический ток и обладают упругими свойствами. Их механические параметры не должны изменяться со временем под влиянием нагрева.
Направление силы, с которой магнит действует на рамку с током, может быть найдено по правилу левой руки.
Магнитоэлектрические приборы пригодны только для измерения токов постоянного направления. Переменный ток низкой частоты вызывает колебания стрелки вправо и влево, а при частоте 50 Гц стрелка прибора не успевает перемещаться вслед за изменением тока и останавливается вблизи нулевой отметки.
В магнитоэлектрическом приборе сильное магнитное поле, поэтому даже небольшой ток создает значительную движущую силу. Это означает, что прибор обладает высокой чувствительностью, позволяет измерять очень маленькие токи.
Сила, действующая на стрелку, пропорциональна току, поэтому и угол поворота стрелки прямо пропорционален току - шкала прибора получается равномерной. Это важное преимущество, так как с равномерной шкалой работать очень удобно. Поскольку магнитная система прибора имеет свое сильное магнитное поле, влияние внешних магнитных полей на работу прибора пренебрежительно мало.
К недостаткам приборов данной системы можно отнести: измерение токов и напряжений только постоянной величины и изменение магнитного поля постоянного магнита с течением времени
3.5.4. Приборы индукционной системы
Работа приборов индукционной системы основана на использовании явления возникновения вращающегося (или бегущего) магнитного поля, т. е. на способности этих полей создавать вращающий момент, действующий на подвижное металлическое тело, помещенное в такое поле.
Индукционные приборы применяют для измерения тока, напряжении, мощности и энергии в цепях переменного тока. Поэтому принцип действия индукционных приборов рассмотрим на примере работы счетчика электрической энергии однофазного переменного тока (рис. 3.5).
В индукционном сердечнике бегущее магнитное поле создается токами его катушек, индуцирует в алюминиевом подвижном диске вихревые токи. Взаимодействие бегущего магнитного поля с вихревыми токами создает вращающий момент, заставляющий диск вращаться в ту же сторону, в которую вращается поле. Противодействующий момент создается в результате взаимодействия постоянного магнита 8 с наводимыми им во вращающемся алюминиевом диске вихревыми токами.
Поодвижная часть прибора представляет собой алюминиевый диск 5, укрепленный на оси 4. Неподвижная часть счетчика состоит из двух электромагнитов с сердечниками 1 и б и обмотками (намагничивающими катушками) 2 и 7 соответственно. Сердечник 1 является трехстержневым, а катушка 2 состоит из большого числа витков изолированного проводника малого сечения. Эта катушка включается параллельно измеряемой цепи и называется обмоткой напряжения. Ток IU, проходящий через катушку напряжения, и магнитный поток этой катушки ФU пропорциональны приложенному к цепи напряжению U. Так как индуктивность катушки 2 достаточно велика, то ток IU отстает по фазе от напряжения U на угол π/2 (рис. 3.6).
Сердечник б имеет П-образную форму. Катушка 7 состоит из небольшого числа витков изолированного провода достаточно большого сечения. Эту катушку включают последовательно с измеряемой цепью и называют токовой обмоткой прибора. Ток I проходящий через катушку 7 и являющийся током нагрузки, создав ет поток Ф1, пропорциональный току I, причем поток Ф1, отстает но фазе от тока I на некоторый угол, называемый углом потерь. Угол потерь весьма мал, так как поток Ф1, значительное расстояние проходит через воздух. Токи IU и I , и соответственно создаваемые ими магнитные потоки ФU и Ф1, совпадают по фазе (см. рис. 3.6). Поток Ф1 дважды пересекает алюминиевый диск 5. Ток I и напряжение U сдвинуты по фазе на угол φ, значение которого зависит от характера нагрузки.
