Основные понятия и определения 6 страница
Для измерения переменных напряжений и токов во входную цепь измерительного механизма включают выпрямители. Основные схемы выпрямителей и соотношения, поясняющие их работу, приведены ниже.
Вращающий момент в данном случае определяется как:
где m(t)- мгновенное значение вращающего момента;
Iи=Iср - средневыпрямленное значение тока, протекающее через измерительный механизм.
Из равенства М=М 
вытекает уравнение шкалы прибора данного типа:
SI- чувствительность прибора по току.
В приведенной схеме применен однополупериодный выпрямитель, выполненный на диоде VD1. Диод VD2 и резистор R необходимы для выравнивания воздействия прибора на измеряемую цепь при прохождении отрицательного полупериода тока (напряжения).
В случае однополупериодного выпрямления, имеем:
кф- коэффициент формы (для синусоиды 1.11);
Коэффициент 0.45- называется коэффициентом градуировки шкалы.
Рассмотрим схемы двухполупериодного выпрямления.
В случае применения этих схем ток, протекающий через измерительный механизм, определяется как:
0.9- коэффициент градуировки шкалы.
В случае применения второй схемы необходимо соблюдать условие: R1=R2=R. В этом случае ток, протекающий через измерительный механизм, можно определить следующим выражением:
При практическом выполнении выпрямительных схем следует обратить внимание на выбор диодов по следующим параметрам: прямой ток диода, обратное напряжение диода, рабочая частота диода и прямое напряжения диода которое ограничивает нижний предел измерения напряжения.
|
|
|
Классы точности большинства аввометров 1,5; 2,5; 4.
Далее приводятся схемы двух предельного выпрямительного амперметра и трех предельного выпрямительного вольтметра.
Схема двух предельного амперметра.
Схема трех предельного вольтметра.
Тепловые измерительные приборы.
В некоторых случаях измерить электрическую величину непосредственно бывает невозможно. В этом случае одним из вариантов ее измерения является измерение тепловых проявлений, которые вызывает данная электрическая величина в проводнике. Некоторые схемы тепловых измерений представлены на рисунке:
| а | б | в |
тепловые преобразователи строятся на основе термопар ЕК.
Тепловые преобразователи могут выполняться по: а- контактной схеме, б- бесконтактной схеме и в- по мостовой схеме.
Э.Д.С., вырабатываемая на конах термопар (тепловая Э.Д.С.) может быть определена по формуле:
где 
- температурный коэффициент термопары;
QСП и QСВ - температура, соответственно, соединенных и свободных концов термопары.
Уравнение шкалы таких приборов следующее:
Элекродинамические измерительные приборы.
|
|
|
Электродинамический измерительный механизм работает по принципу взаимодействия магнитных потоков двух катушек. Электродинамический механизм состоит из двух катушек. Одна из них подвижная, а другая укреплена неподвижно. Токи, протекающие по этим катушкам и магнитные потоки ими образуемые при своем взаимодействии создают вращающий момент.
Устройство электродинамического механизма и векторная диаграмма, поясняющая его работу, приведены на рисунке:
Электромагнитная энергия, запасенная в данной системе определяется выражением:
где: Lн и Lп - индуктивности, соответственно, неподвижной и подвижной катушек.
Iн и Iп - токи неподвижной и подвижной катушек.
Мн.п. - коэффициент взаимной индуктивности между неподвижной и подвижной катушками.
Вращающий момент, возникающий в данном механизме, определяется как:
Если учесть, что Lн и Lп, а также Iн и Iп не зависят от пространственного положения катушек, после дифференцирования можно записать:
При этом условии угол перемещения подвижной части будет определятся как:
При включении в цепь синусоидального тока по катушкам будут протекать токи: по неподвижной - 
, по подвижной 
.
|
|
|
Мгновенное значение вращающего момента:
.
Среднее за период значение вращающего момента:
- угол сдвига между векторами токов (см. векторную диаграмму).
Тогда уравнение шкалы для данного механизма будут иметь вид:
Если чувствительность прибора обозначить как:
уравнение шкалы будет иметь вид:
.
От сюда видно, что: 
Р, т.е. данный механизм пригоден для измерения активной мощности цепи и применяется в ваттметрах.
Приборы электродинамической системы имеют малую чувствительность и большое само-потребление. Применяются в основном при токах 0.1…10А и напряжениях до 300 В.
Электромагнитные измерительные приборы.
В электромагнитных измерительных механизмах для создания вращающего момента используется действие магнитного поля катушки с током на подвижный ферро-магнитный (чаще пермоллоевый) лепесток. Устройство измерительного механизма электромагнитного типа показано на рисунке:
Вращающий момент в данной системе определяется как:
,
где 
- производная энергии по углу перемещения сердечника.
измеряемый ток.
- производная индуктивности катушки по углу перемещения сердечника.
При включении прибора в цепь переменного тока среднее за период значение вращающего момента определяется выражением:
|
|
|
где m(t)- мгновенное значение вращающего момента.
Im - максимальное значение тока, протекающего по катушке.
Уравнение шкалы прибора выглядит следующим образом:
Из уравнения видно, что шкала не равномерна и носит квадратичный характер. Для уменьшения неравномерности шкалы прибора необходимо, чтобы чувствительность была также неравномерна в зависимости от угла поворота. Это достигается выбором формы лепестка.
Чувствительность электромагнитного измерительного механизма определяется выражением:
.
Достоинства электромагнитных механизмов.
Пригодность для работы в цепях постоянного переменного тока; большая перегрузочная способность; возможность непосредственного измерения больших токов и напряжений; простота конструкции.
Недостатки электромагнитных механизмов.
Неравномерная шкала; невысокая чувствительность; большое само-потребление мощности; подверженность влиянию изменения частоты; подверженность влиянию внешних магнитных полей и температуры.
Промышленностью выпускаются приборы на токи 0…100А, на напряжения 0…600В, с классами точности 1 и ниже и частотным диапазоном до 1000 Гц.
Электростатические измерительные приборы.
Принцип действия электростатического измерительного механизма основан на взаимодействии сил, возникающих между двумя разно-заряженными пластинами.
Схемы механизмов различных конструкций показаны на рисунке. На рисунке (а) приведена схема с изменяющейся площадью электродов, а на рисунке (б)- с изменяющимся расстоянием между электродами.
Вращающий момент в приборах электростатической системы определяется уравнением:
.
При работе измерительного механизма на переменном напряжении вращающий момент определяется как:
.
С- емкость между подвижным и неподвижным электродами.
Уравнение шкалы прибора имеет вид:
.
Достоинства электростатических приборов.
Приборы электростатического типа имеют высокое входное сопротивление, малую, но переменную входную емкость, малую мощность само-потребления, широкий частотный диапазон. Данные приборы могут использоваться в цепях переменного и постоянного тока. Показания приборов соответствуют среднеквадратическому значению измеряемой величины, и показания не зависят от формы кривой измеряемого сигнала.
Недостатки электростатических приборов.
Приборы имеют квадратичную шкалу, малую чувствительность из-за слабого электростатического поля и невысокую точность. Кроме того, приборы требуют применения экрана и не исключают возможность электрического пробоя.
Ферродинамические приборы.
Ферродинамическими называются приборы, у которых неподвижная катушка электродинамического механизма намотана на магнитопроводе. Это защищает от внешних электромагнитных полей и создает больший вращающий момент.
Принцип действия ферродинамического механизма следующий:
Радиальное в воздушном зазоре магнитное поле неподвижной катушки, взаимодействуя с полем подвижной катушки, создает вращающий момент, мгновенное значение которого равно:
Sп, nп, iп - соответственно площадь, число витков и мгновенное значение тока в подвижной катушке.
В(t)- мгновенное значение магнитной индукции в воздушном зазоре.
Ток в неподвижной катушке определяется как:
.
Среднее значение вращающего момента за период будет равно:
.
Механизм рассчитывается таким образом, чтобы рабочий участок изменения индукции на кривой намагничивания был 
линеен. С учетом этого можно записать:
B=KBIн.
КB- коэффициент пропорциональности.
Принимая во внимание вышесказанное, уравнение для вращающего момента может быть записано как:
Уравнение шкалы прибора:
Если принять, что чувствительность прибора равна:
Уравнение шкалы прибора:
.
Достоинства электродинамических приборов.
К достоинствам приборов данного типа относятся: независимость от внешних магнитных полей, достаточно высокая, в сравнении с приборами электродинамической системы, чувствительность и малое потребление мощности.
В цепях синусоидального тока показания приборов электродинамической системы пропорциональны действующим значениям измеряемых величин.
Индукционные измерительные приборы. Счетчики электрической энергии.
На основе индукционного измерительного механизма выполняются, как правило, счетчики электрической энергии. Устройство и векторная диаграмма прибора индукционной системы показаны на рисунке:
Механизм состоит из двух индукторов выполненных в виде стержневого и П-образного индукторов, между которыми находится подвижный неферромагнитный (алюминиевый) диск. На индукторах намотаны обмотки, по которым протекают соответственно токи I1 и I2, возбуждающие магнитные потоки Ф1 и Ф2. С осью диска связан счетный механизм, который считает число оборотов диска. Для предотвращения холостого вращения диска (для предотвращения самохода) в непосредственной близости от него укреплен постоянный магнит (тормозной магнит). Принцип действия прибора следующий:
При подключении прибора в сеть переменного тока токи I1 и I2 возбуждают магнитные потоки Ф1 и Ф2, которые совпадают по фазе с соответствующими токами (см. векторную диаграмму). Магнитные потоки, пересекая плоскость диска, индуцируют в нем переменные Э.Д.С. Е1 и Е2 которые отстают от своих потоков на угол 
. Под действием этих Э.Д.С. в диске возникают два вихревых тока Iд1 и Iд2 совпадающих по фазе с соответствующими Э.Д.С. (сопротивление диска считаем чисто активным).
В результате втягивания контура тока Iд1 потоком Ф2 и выталкивания контура тока Iд2 потоком Ф1, возникают два противоположно-направленных момента, действующих на диск. Их мгновенные значения:
к1 и к2- коэффициенты пропорциональности.
Уравнения для магнитных потоков можно записать как:
Вихревые токи, наводимые в диске соответствующими потоками, будут определяться как:
Среднее значение моментов можно рассчитать по формулам:
Так как 
, а 
уравнение для суммарного вращающего момента, действующего на диск, будет равно:
Токи, наводимые в диске, могут быть определены как:
и 
.
f- частота питающий цепи, к3 и к4- коэффициенты пропорциональности.
С учетом этого:
или:
;
где К=k1k4+k2k3.
Максимальный вращающий момент достигается при 
.
Для создания тормозного момента и обеспечения равномерного вращения диска в конструкции предусмотрен постоянный тормозной магнит.
В результате взаимодействия поля магнита и вращения диска, возникает вихревой ток:
.
w- угловая скорость вращения диска, к5- коэффициент пропорциональности.
Взаимодействие iв с Фп вызывает тормозной момент, равный:
или 
.
Кт=К5К6.
Достоинства приборов индукционной системы.
Приборы имеют большой вращающий момент, мало подвержены влиянию внешних магнитных полей и имеют большую перегрузочную способность.
Недостатки приборов индукционной системы.
К недостаткам следует отнести невысокую точность, большоесамопотребление, зависимость показаний от частоты и температуры.
Однофазный счетчик электрической энергии.
Если катушку 1 включить параллельно источнику энергии, а катушку 2 последовательно потребителю, тогда:
или:
где kвр=kUkI.
Из векторной диаграммы видно, что при 
.
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 77; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!