4.3. Электродинамические (эд) приборы
4.3.1. Области применения и свойства приборов
Электродинамические приборы применяют в качестве:
1) ваттметров постоянного и переменного токов (ваттметры переменного тока делятся на: однофазные, трехфазные и мало косинусные);
2) амперметров и вольтметров переменного тока и реже – постоянного;
3) фазометров (однофазных и трехфазных);
4) частотомеров;
5) фарадомеров.
Характерной особенностью электродинамических приборов является возможность их исполнения с высоким классом точности. Так, в настоящее время выпускаются электродинамические амперметры, миллиамперметры, вольтметры и однофазные ваттметры класса точности 0,05; фазометры – класса 0,1; частотомеры и различного типа ваттметры класса – 0,5. Как правило, точность сохраняется при переходе с постоянного тока на переменный, что позволяет выполнять градуировку на постоянном токе.
Высокая точность электродинамических приборов объясняется тем, что электродинамические ИМ не содержат ферромагнитных или других нелинейных элементов, наличие которых вызывает трудно компенсируемые погрешности. Погрешности, вносимые магнитным экраном (для экранированных приборов), можно свести до ничтожно малых величин правильным проектированием экрана. Показания электродинамических приборов отличаются также высокой стабильностью во времени. Высокая точность этой группы приборов позволяет использовать их в качестве образцовых при градуировке и проверке приборов других систем на переменном токе. Частотный диапазон применения электродинамических приборов достигает (в расширенной области частот) для амперметров 10 кГц, для вольтметров и ваттметров – 5 кГц. Ваттметры имеют практически равномерную шкалу, амперметры и вольтметры – равномерную шкалу, начиная приблизительно с 15 – 20% ее номинального значения.
По чувствительности электродинамические приборы уступают магнитоэлектрическим. Однако применение растяжек и светового указателя позволило улучшить этот параметр. Так, имеются миллиамперметры с током полного отклонения iн = 1 мА (чаще всего iн для этих приборов составляет 3 – 5 мА, а для приборов с установкой подвижной части на кернах iн = 25 – 30 мА).
В основном электродинамические приборы применяют в качестве самых разнообразных ваттметров, а также высокоточных амперметров и вольтметров. Выпускают и комбинированные электродинамические приборы – ампервольтваттметры.
4.3.2. Измерительные механизмы электродинамических приборов
Электродинамические им состоят из системы неподвижных и подвижных катушек (рамок), стойки, упругих элементов, успокоителя, отсчетного устройства, средств магнитной защиты.
Катушки применяют круглые или прямоугольные. Круглые проще в производстве и дают по сравнению с прямоугольными увеличение коэффициента добротности (и, следовательно, чувствительности) на 15 – 20%. Прямоугольные применяют для уменьшения размера прибора по вертикали, например в астатических приборах и многофазных (многоэлементных) ваттметрах.
Неподвижные катушки обычно выполняют из двух половин (секций). Это удобнее конструктивно (можно пропустить ось) и можно, изменяя расстояние между катушками, менять конфигурацию магнитного поля, что требуется для улучшения шкалы прибора. Для обмоток неподвижных катушек всегда применяют медный провод, а для подвижных – медный или алюминиевый. Подвижные катушки размещают внутри неподвижных.
При проектировании электродинамических им надо исключить возможность резонанса, который имеет место при совпадении собственной частоты колебаний подвижной части и вынужденной частоты изменения вращающего момента.
В электродинамических приборах, как правило, применяют меры для защиты от влияния внешних магнитных полей, так как их собственное поле мало и влияние внешних магнитных полей может быть весьма существенным. Магнитную защиту чаще всего обеспечивают, применяя магнитные экраны или реже – астатические им.
При наличии магнитного экрана применяют магнитоиндукционные, без экрана – воздушные успокоители.
При больших значениях номинального тока (десятки миллиампер) им должен быть сконструирован с учетом необходимости хорошего теплоотвода.
На рисунке 4.13 в качестве примера приведена широко применяемая конструкция электродинамического им. Основные детали этой конструкции и их особенности следующие.
Рис. 4.13. Экранированный электродинамический измерительный
механизм с круглыми катушками
Стойка состоит из трех частей: литого (бронза) основания 5, литого кронштейна 7 и штампованного мостика 6. Кронштейн во избежание образования короткозамкнутого витка изолирован от основания. На внутренней плоскости основания укреплена крышка магнитного экрана. Резьбовые отверстия 8 на приливах кронштейна служат для крепления неподвижных катушек 2, намотанных на пластмассовый каркас.
Подвижная часть 3 состоит из круглой катушки (рамки) со сквозной осью, оканчивающейся кернами, стрелкодержателя со стрелкой, двух пружинодержателей, к которым припаяны концы пружинок (один из пружинодержателей изолирован от оси изоляционной втулкой), и сектора магнитоиндукционного успокоителя. К отросткам пружинодержателей припаивают концы обмотки рамки. Успокоитель – магнитоиндукционный. Магниты 4 успокоителя укреплены на основании стойки. Магнитный экран 1 – двойной, выполнен из пермаллоя.