Электромагнитные и электродинамические измерительные приборы

1. Лекция № 3 Тема 1.3. Электромагнитные и электро-динамические измерительные приборы 1.3.1. Электродинамические и

Лекция № 3
Тема 1.3. Электромагнитные и электродинамические измерительные приборы
1.3.1. Электродинамические и ферродинамические
измерительные механизмы. Принцип действия,
уравнение шкалы. Достоинства и недостатки
1.3.2. Электродинамические и ферродинамические
амперметры и вольтметры. Схемы включения.
1.3.3. Электромагнитные измерительные приборы

2. 1.3.1. Электродинамические и ферродинамические измерительные механизмы. Принцип действия, уравнение шкалы. Достоинства и

недостатки
Электродинамические ИМ
Состоят из пары неподвижных катушек
1 (круглой или прямоугольной формы),
соединенных последовательно. Внутри
этих катушек на оси находится
бескаркасная подвижная катушка
(рамка) 2
Для подвода тока в подвижную катушку
и создания противодействующего
момента применяют спиральные
пружины
Работают на принципе взаимодействия
магнитных потоков двух катушек, по
которым протекают токи
15

3. Электродинамические ИМ

14
Электродинамические ИМ
Вращающий момент
электродинамического
прибора
Энергия магнитного поля
катушек электродинамического
прибора
dW
М ВР
d
L1 i 12 L2 i 22
WM
M 12 i 1 i 2
2
2
L1,L2 – индуктивности неподвижной и подвижной катушек;
M12 – взаимная индуктивность неподвижной и подвижной катушек;
i1,i2 – токи в неподвижной и подвижной катушках.
Мгновенное значение вращающего момента
dM12
M t i1 i 2
d
dM 12
dM 12
1T
1T
M CP M t I 1m I 2 m
sin t sin( t )dt I 1 I 2 cos
20
T0
d
d

4. Электродинамические ИМ

13
Электродинамические ИМ
Уравнение шкалы электродинамического прибора
dM12
1
I1 I 2
D
d
dM12
1
I 1 I 2 cos
D
d
D – удельный противодействующий момент
Обладают фазочувствительностью. Данная особенность
позволяет применять их не только для измерения тока,
напряжения, но мощности и фазы
Условное обозначение
электродинамических
электроизмерительных приборов

5.

12
Достоинства электродинамических ИМ:
высокая точность
возможность использования их в цепях постоянного
и переменного токов
Недостатки электродинамических ИМ:
малая чувствительность
влияние внешних магнитных полей на показания ИМ
(слабое собственное магнитное поле)
большая мощность потребления
ограниченный частотный диапазон (до 1,5 кГц)
Для уменьшения влияния внешних магнитных полей применяют
магнитное экранирование измерительного механизма или
астазирование

6. Ферродинамические ИМ

1
11
1 - неподвижная катушка; 2 - подвижная катушка;
3 – сердечник неподвижной катушки
(магнитопровода);
4 - сердечник
подвижной катушки
Отличие ферродинамического прибора от
электродинамического:
неподвижная катушка располагается на
сердечнике из ферромагнитного материала.
2
3
4 Это способствует усилению магнитного потока,
созданного неподвижной катушкой, и
увеличивает вращающий момент подвижной
части прибора.
Достоинства: значительное собственное магнитное поле, благодаря
чему их чувствительность значительно выше, чем у
электродинамических приборов. Недостатки: уступают по точности
электродинамическим, что объясняется влиянием потерь на
гистерезис и вихревые тони в сердечниках прибора. Класс точности
ферродинамических приборов обычно не выше 1,0

7. 1.3. 2. Электродинамические и ферродинамические амперметры и вольтметры. Схемы включения

10
1.3. 2. Электродинамические и ферродинамические
амперметры и вольтметры. Схемы включения
3
F
i1
4
1
F/
2
i2
Приборы электродинамической и
ферродинамической систем
используются для измерения в
цепях как переменного, так и
постоянного тока
Приборы электродинамической
системы являются самыми
точными из всех приборов
переменного тока
Уравнение шкалы
dM12
1
I 1 I 2 cos
D
d
dM12
1
I1 I 2
D
d

8. Электродинамические и ферродинамические амперметры. Схемы включения

9
I1
I
I
I < 0,5 A
1 2 dM12
2 dM12
I
SI I
D
d
d
I2
R
I > 0,5 A
Токи в катушках I1 и I2
пропорциональны измеряемому
току I
Подбором размеров подвижной и неподвижной катушек
добиваются такой зависимости
d M/ dα = f(α), при
которой шкала получается близкой к равномерной.
Расширение пределов измерения электродинамических амперметров
достигается секционированием катушек и соединением отдельных
секций в определенных комбинациях.

9. Электродинамические и ферродинамические вольтметры. Схемы включения

8
Электродинамические и ферродинамические
вольтметры. Схемы включения
dM12
dM12
1
I 1 I 2 сos
S I I 1 I 2 сos
D
d
d
U
RД
U
I1 I 2
RV
SV
SI
RV2
SI
RV2
U
2 dM12
d
SV U
2 dM12
d
- чувствительность прибора
по напряжению
Расширение пределов измерения вольтметров осуществляется с
помощью добавочных сопротивлений, одновременно служащих
для компенсации температурной погрешности. Для расширения
пределов применяют также измерительные трансформаторы
тока и напряжения, часто встраиваемые внутрь прибора

10. Самолетные ферродинамические приборы

7
Наличие сердечника в ферродинамических приборах приводит к
значительному увеличению вращающего момента по сравнению с
электродинамическими приборами, что позволяет применять
ферродинамические приборы в условиях тряски, вибраций и ударов,
а также в самопишущих приборах. Эти особенности
ферродинамических приборов обусловили широкое их применение
на борту летательных аппаратов, где они используются для
измерения токов, напряжений, мощности и частоты в сетях
переменного тока частотой 400 Гц
Эти приборы отличаются небольшими габаритами и достаточно
малой массой. Примеры: самолетные ферродинамические
вольтметры ВФ-150 и ВФ-250 (номинальные напряжения равны
соответственно 150 и 250 В), ферродинамические амперметры АФ25, АФ-50 и АФ-150, рассчитанные на применение с
трансформаторами тока ТФ 50/1,ферродинамические ваттметры
ВТФ-15 и варметры ВРФ-15.

11.

Самолетный ферродинамический вольтметр ВФ - 45
Самолетный ферродинамический амперметр АФ - 50

12. 1.3.2. Электромагнитные измерительные приборы

6
1 — катушка; 2 — сердечник,
3 — воздушный успокоитель;
4 — спиральная пружинка
Вращающий момент
1 2 dL
М вр I
2 d
Принцип действия приборов
электромагнитной системы основан
на взаимодействии магнитного
поля, создаваемого током в
неподвижной катушке, с
подвижным ферромагнитным
сердечником
Уравнение шкалы измерительного
механизма
1 dL 2
α
I
2 D dα
L — индуктивность катушки; α — угол поворота подвижной части. D –
удельный противодействующий момент
Электромагнитные приборы одинаково пригодны для
измерений в цепях постоянного и переменного тока

13. Электромагнитные амперметры

5
Электромагнитные амперметры
Для стационарных измерений используют однопредельные
амперметры, для переносных — многопредельные с
секционированными катушками. Применение шунтов для расширения
пределов измерения электромагнитных амперметров нерационально,
так как это приводит к увеличению мощности потребления приборами,
громоздкости и дороговизне.
Пределы измерения амперметров
расширяют с помощью измерительных
трансформаторов тока ТрТ: Л1, Л2 —
зажимы первичной обмотки; И1, И2 —
зажимы вторичной обмотки
Измеряемый ток определяют
посредством умножения показаний
амперметра на номинальный
коэффициент трансформации тока
KIном, т. е.
Iх = I1= I2 KIном

14. Электромагнитные амперметры

Для трансформатора
тока характерны
погрешности в
передаче значений
тока, фазы (угловая
погрешность).
4
Шкала амперметра может быть
отградуирована в значениях измеряемого тока.
Нормальным режимом для трансформатора
тока является режим короткого замыкания. При
размыкании вторичной цепи трансформатора
тока резко повышается напряжение на
вторичной обмотке от единиц вольт до
нескольких киловольт, что опасно и может
привести к перегреву сердечника
трансформатора и пробою изоляции. Во
избежание размыкания предусмотрен ключ В.
Вторичная обмотка трансформатора тока
заземляется для того, чтобы при случайном
пробое изоляции между ней и первичной
обмоткой обезопасить обслуживающий
персонал от соприкосновения с цепью
высокого напряжения

15. Электромагнитные вольтметры

3
Электромагнитные вольтметры
Измерительная цепь электромагнитного вольтметра последовательное соединение неподвижной катушки и добавочного
резистора. Ток полного отклонения вольтметра равен 25 — 50 мА, с
понижением предела измерения это значение возрастает и
достигает 100—200 мА при напряжении 15—30 В. Добавочные
резисторы применяют в многопредельных вольтметрах с
наибольшим пределом измерения 600 В.
Пределы измерения
электромагнитного вольтметра могут
быть расширены с помощью
измерительных трансформаторов
напряжения ТрН: А, X — зажимы
первичной обмотки; а, х — зажимы
вторичной обмотки

16. Электромагнитные вольтметры

2
Вторичная обмотка замкнута на большое сопротивление,
вследствие чего токи в обмотках малы и трансформатор напряжения
работает в условиях, близких к холостому ходу. Трансформатор
напряжения представляет собой маломощный силовой
трансформатор.
Измеряемое напряжение определяют посредством умножения
показаний вольтметра на номинальный коэффициент транс формации
KUном, т. е.
Uх = U1= U2 KUном.
Шкала вольтметра может быть отградуирована в значениях
первичного напряжения. В паспорте трансформатора напряжения
указывают его номинальную мощность, которая должна быть больше
или равна сумме мощностей потребления включенных приборов.
Для трансформатора напряжения характерны погрешности в передаче
значений напряжения и фазы. Классы точности трансформаторов
напряжения 0,05; 0,1; 0,2; 0,5.
Расширение пределов измерения электромагнитных
амперметров и вольтметров сопряжено с увеличением погрешности
измерения.

17.

1
Достоинства приборов электромагнитной
системы:
простота конструкции
способность выдерживать значительные перегрузки
возможность градуировки приборов, предназначенных для
измерений в цепях переменного тока, на постоянном токе
Недостатки приборов электромагнитной
системы:
большое собственное потребление энергии
невысокая точность
малая чувствительность
сильное влияние магнитных полей