Работа измерительных механизмов электродинамической системы (рисунок 5 и 6) основана на взаимодействии магнитных полей двух катушек с токами – неподвижной 1 и подвижной 2. Подвижная катушка, укрепленная на оси или растяжках, может поворачиваться внутри неподвижной. При протекании в обмотках катушек токов i1 и i2 возникают электромагнитные силы, стремящиеся так повернуть подвижную часть, чтобы магнитные потоки подвижной и неподвижной катушек совпали.
Рисунок 5 – Схема устройства измерительного механизма электродинамической системы
Рисунок 6 – Электродинамический измерительный механизм
Неподвижная катушка 1 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. Применяются стрелочные или световые указатели.
Наличие двух катушек в электродинамическом измерительном механизме дает возможность включать каждую из них в отдельную электрическую цепь. Это позволяет использовать электродинамические измерительные механизмы не только для измерения тока и напряжения, но и также для измерения величин, пропорциональных их произведению, например, мощность.
При использовании электродинамического измерительного механизма для измерения тока до 0,5 А подвижную и неподвижную катушки включают последовательно. В этом случае отклонение подвижной части механизма пропорционально квадрату тока. Соответствующим подбором конструкций подвижной и неподвижной катушек удается получить приблизительно равномерную шкалу за исключением начальной части, которая считается нерабочей.
В электродинамических амперметрах на токи больше 0,5 А неподвижную катушку делают секционированной и для получения второго предела измерения переключают секции с последовательного соединения на параллельное.
При использовании электродинамического измерительного механизма для измерения напряжения подвижную и неподвижную катушки соединяют последовательно с добавочными сопротивлениями из манганина для получения пределов измерения.
Когда электродинамический механизм используется в качестве ваттметра, подвижную катушку 2 включают параллельно нагрузке, а неподвижную катушку – последовательно с нагрузкой. Шкала электродинамического ваттметра практически равномерна. Измерение мощности можно произвести в цепях постоянного и переменного тока.
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.
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.
Механизмы ферродинамической системы отличаются от рассмотренных электродинамических механизмов тем, что неподвижная катушка имеет магнитопровод из магнитомягкого листового материала.
На рисунке 7 изображены две конструкции ферродинамических механизмов – однокатушечная и двухкатушечная. Благодаря наличию магнитопровода магнитный поток и, следовательно, вращающий момент существенно возрастают, поэтому магнитодвижущая сила катушки может быть снижена и, следовательно, уменьшено собственное потребление мощности механизма.
Собственное магнитное поле в ферродинамических механизмах сильное, поэтому внешние магнитные поля на них влияют слабо. Конструкции механизмов, изображенные на рисунке 7, особенно хорошо защищены, так как магнитопровод одновременно является экраном. Успокоители применяются магнитоиндукционные и жидкостные.
Наличие магнитопровода обусловливает появление погрешности от гистерезиса и вихревых токов, поэтому ферродинамические приборы обладают большей основной погрешностью, чем электродинамические.
Неподвижная катушка 1 (рисунок 6) в ферродинамическом механизме располагается на магнитопроводе, а подвижная катушка 2, укрепленная на оси, перемещается в воздушном зазоре с равномерным и радиальным магнитным полем.
а б
Рисунок 7 – Конструкции ферродинамических механизмов
а – однокатушечный, б – двухкатушечный
Достоинствами ферродинамических приборов являются меньшая, чем у электродинамических, восприимчивость к внешним магнитным полям, меньшее собственное потребление мощности, больший вращающий момент. Однако точность и частотный диапазон у них ниже, чем у электродинамических.
Указанные свойства ферродинамических приборов определяют область их применения – в качестве щитовых и переносных приборов переменного тока, а также в качестве самопишущих приборов.
