4.3.5. Порядок расчета ваттметра

Исходными данными при расчете являются: класс точности; пределы измерения по току и напряжению; номинальный cos ; номинальное значение тока i₂ в параллельной цепи (ГОСТ 8476 – 78). Кроме того, можно считать заданными коэффициент добротности (при расчете приборов на кернах) и отношение l /r₂  0,8, что обеспечивает получение равномерной шкалы. Дополнительно могут быть заданы и другие эксплуатационные и производственные требования.

Можно указать следующий примерный порядок расчета. Исходя из класса точности, определяют длину шкалы, выбирают угол шкалы (обычно 90), длину стрелки и габариты прибора, а также ориентировочные размеры катушек измерительного механизма.

Подсчитывают конструктивную массу g_k. При этом несколько неопределенной является масса крыла успокоителя при использовании воздушного успокоения. Если применяют успокоение магнитоиндукционное, задача упрощается, так как в этом случае легче регулировать степень успокоения. Ориентировочно можно считать, что на крыло воздушного успокоителя надо прибавить к подсчитанной массе конструктивных деталей 15 – 20% этой массы.

Так как прибор работает в режиме заданного напряжения (заданы ток i₂ и сопротивление цепи рамки), то для получения а_max необходимо выполнить условие g_a = 0,5g_k. Определяют g = g_a + g_k и из выражения для коэффициента добротности находят номинальное значение вращающего (противодействующего) момента М_ном.

Далее приступают к расчету подвижной и неподвижной катушек. Сопротивление r₂ цепи подвижной катушки находят (для каждого предела измерения) из заданных условий как r₂ = u/i₂. Это сопротивление состоит из сопротивления обмотки рамки r₀ и сопротивлений, обеспечивающих компенсацию погрешностей и требуемый предел измерения.

Сопротивление обмотки рамки r₀ можно найти из условий допустимого перегрева как

, (4.65)

Где p₀ – удельная мощность, при которой перегрев рамки не превосходит 5 – 10с (10 – 15 мВт/см²);

S₀ – поверхность охлаждения рамки (известна из выбранной конструкции катушки).

Сопротивление рамки лимитируется также допустимой погрешностью _t. Для расчета должно быть принято меньшее из полученных двух значений. Зная массу обмотки и ее сопротивление, можно найти число витков рамки n₂ и выбрать провод.

Расчет неподвижной катушки легко выполнить, так как известны М_ном, i₂, i₁, n₂ и геометрические размеры катушки. Определив число витков n₁, выбирают диаметр провода обмотки неподвижных катушек из условий допустимого нагрева. Допустимую удельную мощность обычно выбирают порядка 25 – 30 мВт/см². Площадь охлаждения неподвижных катушек определяется выбранной конструкцией. Далее рассчитывают время успокоения, параметры схемы для компенсации погрешностей и добавочные сопротивления.

4.4. Ферродинамические приборы

4.4.1. Свойства и области применения приборов

Ферродинамические и электродинамические приборы имеют много общего. Они содержат неподвижные и подвижные катушки, по обмоткам которых протекают токи, функционально связанные с измеряемыми величинами (током, напряжением, мощностью, частотой, углом сдвига фаз). Исходные уравнения вращающего момента для них общее – формула (4.54).

Принципиальное различие состоит в том, что ферродинамический ИМ содержит магнитопровод из ферромагнитного материала, на отдельных участках которого располагаются неподвижная и подвижная катушки.

Введение в конструкцию ИМ магнитопровода влияет на свойства приборов, которые изменяются прежде всего в двух направлениях. Во-первых, при прежней потребляемой мощности увеличивается магнитный поток в рабочем зазоре и, следовательно, возрастает вращающий момент. Во-вторых. Вследствие нелинейности кривой намагничивания, наличия гистерезиса и других явлений, присущих магнитным материалам, возрастает основная и некоторые дополнительные погрешности. Поэтому ферродинамические приборы, как правило, выпускают не выше класса точности 0,5 и только в редких случаях – класса точности 0,2. Ферродинамическим ИМ свойственны также хорошая защита от влияния внешних магнитных полей, возможность использования магнитоиндукционного успокоения без применения специальных мер защиты от влияния поля магнита успокоителя (что требуется для электродинамических приборов) и некоторые другие особенности.

Ферродинамические приборы применяют в качестве амперметров, вольтметров, ваттметров, частотомеров и фазометров. По сравнению с аналогичными приборами других систем они обеспечивают большой вращающий момент при сравнительно малых габаритах, что требуется, например, в самопишущих приборах или приборах, предназначенных для работы в условиях тряски и вибрации, когда необходим большой коэффициент добротности.

Рабочая частота для ферродинамических приборов обычно 50 или 400 Гц. Допустимые отклонения значения частоты, при которых прибор остается в указанном классе точности, составляют не более 10 – 20% от ее номинального значения.