Электродинамический механизм

Министерство образования  и науки Республики Казахстан

Карагандинский Государственный  Технический Университет

 

 

 

 

 

 

Кафедра  Энергетика

 

 

 

 

 

 

 

Р Е Ф Е Р А Т

Тема: «Электродинамический механизм»

Дисциплина: Информационно-измерительная техника

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверил: Акумова С.Х.

Выполнил: ст.гр. ЭЭ-10-1

Сүлейменова А.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2012

 

Каждый измерительный  механизм имеет одну или несколько  обмоток, по которым при включении  прибора в электрическую цепь идет ток. Ток создает в окружающем пространстве магнитное поле. Кроме  обмоток, измерительный механизм имеет  постоянный магнит или сердечник, который  намагничивается, когда по обмоткам идет ток. Магнитное поле тока и магнитное  поле, создаваемое сердечником, взаимодействуют  друг с другом, вследствие чего указательная стрелка отклоняется. Стрелка приборов, у которых отсутствует сердечник, но имеются две обмотки, отклоняется  в результате взаимодействия магнитных  полей, создаваемых проходящими  по обмоткам токами. В зависимости  от вида такого взаимодействия различают  системы измерительных механизмов:

• Магнитоэлектрическую;
• Электромагнитную;
• Электродинамическую;
• Индукционную;
• Электростатическую;
• Ферродинамическую;
• Вибрационную;
• Магнитодинамическую.

        Электродинамический механизм состоит из неподвижной и подвижной катушек, поршня и камеры. Подвижная катушка может поворачиваться вокруг оси внутри двух секций неподвижной катушки. При наличии в катушках токов возникают электромагнитные силы взаимодействия, стремящиеся повернуть подвижную катушку соосно с неподвижной. В результате возникает вращающий момент. При синусоидальных токах вращающий момент электродинамического измерительного механизма пропорционален произведению действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига фаз между ними.

Работа измерительных  механизмов электродинамической системы (рис. 1 и  2) основана на взаимодействии магнитных полей двух катушек с токами — неподвижной 1 и подвижной 2. Подвижная катушка,

                    

Рис. 1. Схема устройства

Рис. 2. Электродинамический  измерительного механизма измерительный  механизм, электродинамической системы.

 

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.

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.

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, т. е. измерительный механизм помещают внутри одного или двух экранов из ферромагнитного материала. Успокоение — воздушное или магнитоиндукционное (при наличии экранирования от полей рассеяния постоянного тормозного магнита).

 Для защиты от влияний  внешних магнитных полей иногда  используется астазирование. Астатический измерительный механизм состоит из двух пар катушек, причем подвижные катушки укреплены на одной оси и смещены по оси относительно друг друга. Магнитные поля неподвижных катушек направлены взаимно противоположно. Противоположно направлены магнитные поля и подвижных катушек, поэтому вращающие моменты, действующие на подвижную часть, направлены одинаково. Следовательно, равномерное внешнее магнитное поле будет усиливать поле одной неподвижной катушки и настолько же уменьшать поле другой, в результате влияние внешнего магнитного поля почти полностью исключается. Астатические механизмы применяются редко вследствие усложнения и удорожания конструкции, увеличения габаритов, а также потому, что астазирование исключает влияние только равномерных магнитных полей.

Энергия магнитного поля двух катушек с токами i₁ и i₂

                  (1.1)

 

где   L₁ и L₂ — индуктивности катушек;

M₁₂  — взаимная индуктивность катушек.

В (1.1) только взаимная индуктивность  зависит от угла поворота подвижной  части, поэтому вращающий момент равен:

  

При протекании по катушкам переменых токов i₁=I_1msinωt и   i₂=I_2msin(ωt-ψ)  подвижная часть из-за инерционности будет реагировать на среднее значение вращающего момента:

 

Где i₁ и  i₂  —действующие значения токов.

Таким образом, вращающий  момент пропорционален произведению действующих  значений токов в катушках и косинусу угла сдвига фаз между ними. Следовательно, электродинамический механизм обладает фазочувствительными свойствами. Поэтому он может быть использован не только для измерения тока и напряжения, но и мощности.

Если противодействующий момент создается упругими элементами, то для режима установившегося отклонения (М=-M_пр) получим:

 

откуда для механизма  прибора, работающего на переменном токе,

                                                       (1.3)

 

Следовательно, характер шкалы  прибора зависит от произведения   и Взаимная индуктивность между катушками определяется формой, размерами и их взаимным расположением, т. е. M₁₂=f(α) .  При протекании по катушкам постоянных токов I₁ и I₂ уравнение преобразования можно представить следующим выражением:

                                     ,                                 (1.4)

 

      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. Указанные свойства позволяют на их базе производить лабораторные измерения с классами точности от 0,1.

Недостатками электродинамических  механизмов являются невысокая чувствительность, большое собственное потребление мощности, чувствительность к перегрузкам.

Указанные свойства электродинамических  механизмов позволяют на их основе выпускать лабораторные многопредельные приборы высоких классов точности (0,5; 0,2; 0,1) для измерений па постоянном и переменном токе. Выпускаются миллиамперметры и амперметры с пределами от 1 мА до 10 А на частоты до 10 кГц, многопредельные вольтметры с пределами от 1,5 до 600 В на частоты до 5 кГц с током полного отклонения от 60 до 3 мА, многопредельные однофазные ваттметры с пределами по току от 25 мА до 10 А и по напряжению от 15 до 600 В.

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Евдокимов Ф.Е. «Общая электротехника» - М.: Высш. шк., 2004. – 187с.
2. Касаткин А.С. «Электротехника Издание 7» - М.: Высш. шк., 2002. – 541с.
3. Малиновского В.Н. Электрические измерения (с лабораторными работами) – М.:Энергоиздат,1983. – 392с.