Электроизмерительные приборы: Методические указания к выполнению лабораторной работы, страница 4

ток полного отклонения стрелки вольтметра, ToU_H=i_Hr_e. Рассчитаем величину добавочного сопротивления г_д, чтобы при его под­ключении номинальное напряжение вольтметра стало U_Hl))U_H (рис.3).

По закону Ома ток, идущий через вольтметр (рамку) при полном от­клонении стрелки i_M — U_Ml lr_t +Гд, прямо пропорционален номинально­му напряжению на нагрузке U_Mlt что позволяет проградуировать шкалу магнитоэлектрического ИМ в вольтах. При последовательном соединении

ИМ и ^гд можно записать:

 (27)

Подставляя в (29) выражение , получим уравнение относи-

тельно ^гд, решая которое будем иметь:

 (28)

В многопредельном вольтметре применяется набор добавочных со­противлений, которые включаются последовательно с ИМ. Чтобы вольт­метр потреблял малую мощность и вносил малую погрешность в измеряе­мое им напряжение на нагрузке R«, необходимо чтобы его внутреннее со­противлениебыло значительно больше сопротивления на­грузки.

При протекании через рамку синусоидального тока i = i_msinwt вращающий момент, действующий на рамку, и угол поворота рамки

согласно (21) и (22) будут:

 (29)

Учитывая, что у магнитоэлектрических ИМ период собственных (свободных) колебаний подвижной части приблизительно 1с (круговая частота собственных колебаний а>₀ = 6,28с"¹), на частотах свыше 10 Гц рамка в силу своей инерционности не будет успевать реагировать на изме­нения тока. Вследствие этого угол поворота рамки а будет определяться средним за период Т значением вращающего момента:

 (30)

Таким образом, при синусоидальном токе М^ф и соответственно угол поворота подвижной части а равны нулю. Поэтому для измерений на синусоидальном токе магнитоэлектрические ИМ не применяются.

Периодический ток с периодом Т несинусоидальной формы анали­тически может быть представлен в виде разложения в ряд Фурье по гармо­ническим соста""*""¹™"*

 (31)

где Ц - постоянная составляющая;

к - номер гармоники, причем а> определяет нижнюю границу, a No -

верхнюю границу (частоту) спектра разложения; <р _к - начальная фаза k-й гармоники.

В этом случае, согласно (32) для среднего значения вращающего момента и угла поворота подвижной части получим:

 (32)

т.е. при протекании по рамке переменного несинусоидального тока магни­тоэлектрический прибор будет измерять постоянную составляющую.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И

ПРИБОРЫ

Основной составной частью электромагнитных приборов является электромагнитный измерительный механизм (преобразователь, рис.4), в котором вращающий момент возникает в результате взаимодействия маг­нитного поля катушки 1, по которой протекает измеряемый ток, и ферро­магнитного сердечника 2, эксцентрически закрепленного на оси подвиж­ной части 4. Ферромагнитный сердечник изготавливается из материалов с большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой (элек­тротехническая сталь, пермаллой).

Противодействующий момент создается, как правило, механическим путем с помощью пружины 3. Успокоение обеспечивается либо воздуш­ным успокоителем 5, либо магнитоиндукционным путем. Условное обо­значение электромагнитных приборов представлено в таблице 1. По суще­ствовавшей до нЬдквнего фемёйи классификации в названии типа прибо­ра используется буква Э (например, Э545).

При протекании по катушке тока i сердечник намагничивается и втягивается в зазор катушки, при этом электромагнитная энергия катушки:

где L - собственная индуктивность катушки, зависящая от положения сер­дечника.

Мгновенный вращающий момент в соответствии с выражениями (10) и (11) составит"

При протекающемпо катушке постоянном токе /вращающий мо­мент:

Если ток синусоидальный (» = /. sinaif), то мгновенное значение вра­щающего момента:

 (33)

Как видно из выражения (33), мгновенный вращающий момент име­ет постоянную и гармоническую составляющие. При этом на частотах свыше 10 Гц подвижная часть измерительного механизма в силу своей инерционности не будет успевать реагировать на изменения тока. Вследст­вие этого угол поворота подвижной части будет определяться средним за период Т значением вращающего момента:

 (34)