Содержание  
< назад вперед >

§ 93. ИНДУКЦИОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Эта система характеризуется применением нескольких непо­движных катушек, питаемых переменным током и создающих вращающееся или бегущее магнитное поле, которое индуктирует токи в подвижной части  прибора и вызывает ее движение.

Индукционные приборы приме­няются только при переменном токе в качестве ваттметров и счетчиков электрической энергии (реже ампер­метров и вольтметров). Ознакомимся с принципом действия индукционных приборов.

На рис. 216 показаны электромаг­нит 1 и алюминиевый диск 2, могу­щий поворачиваться на оси. Проходящий по обмотке электромагнита переменный ток создает переменный магнитный поток, индуктирующий в алюминиевом диске э. д. с.

Из § 65 известно, что индуктированная э. д. с. отстает по фазе на 90° от магнитного потока Ф₁, создающего эту э. д. с. Ток  i₁( возникший в алюминиевом диске, совпадает с э. д. с. по фазе и также отстает от магнитного потока Ф₁ на 90°. Ток (г, взаимодей­ствуя с магнитным потоком Ф₁, может создать силу, под действием которой диск будет поворачиваться. Но в данном случае этого не произойдет (рис. 217, а).

Сила взаимодействия E, пропорциональная току i₁ и магнит­ному потоку Ф₁, меняя четыре раза в течение периода свое направ­ление, не даст возможности диску поворачиваться. Если над диском расположить рядом второй электромагнит, то его магнитный поток Ф₂ создаст в диске индуктированный ток i₂. Если добиться того, чтобы потоки Ф₁ и Ф₂ были взаимно сдвинуты по фазе, то и токи i₁ и i₂ окажутся сдвинутыми по фазе и угол между Ф₁ и i₂ или Ф₂ и i₁ уже не будет 90°. Из рис. 217, б видно, что в этом случае сила взаимодействия будет преобладать в каком-то одном направле­нии, в результате чего диск будет вращаться. Если потоки Ф₁ и Ф₂ будут сдвинуты по фазе на 90°, то сила, действующая на диск, будет наибольшей.

Зависимость между величиной вращающего момента М, дейст­вующего на диск, величиной потоков Ф₁ и Ф₂ и углом сдвига между ними  ψ   можно   написать М = СФ₁Ф₂ sin ψ

где С — постоянная вели­чина для данного прибора,   завися­щая от конструк­ции    электромаг­нитов и диска, чи­сла витков кату­шек,     материала обмоток и т. п.

Индукционные приборы делятся    на   две   группы: приборы с бегущим и при­боры с вращающимся маг­нитным полем.

Рассмотрим сначала устройство и работу ин­дукционного прибора с бегущим полем (рис. 218).

На магнитопроводе 1 располагается катушка 2, состоящая из большего числа витков тонкой проволоки и включенная параллельно в сеть. Параллельная катушка 2 создает магнитный поток Ф_v, пропорциональный напряжению сети U.

На U-образном сердечнике 5 размещена катушка 6, состоящая из небольшого числа витков проволоки большого сечения и вклю­ченная последовательно в сеть. Магнитный поток Ф_I последователь­ной катушки 6 пропорционален величине нагрузочного тока I. Оба переменных магнитных потока Ф_v и Ф_I индуктируют в диске токи, которые, взаимодействуя с потоками, создают момент враще­ния

под влиянием которого диск поворачивается, а вместе с ним повора­чиваются ось и стрелка прибора.

Так как Ф_U U Ф_I I , то можно записать

При помощи магнитного шунта 3 можно изменять величину магнитного потока Фv. Успокоение подвижной системы произво­дится при помощи подковообразного постоянного магнита 7.

На рис. 219 показано устройство индукционного прибора с вра­щающимся магнитным полем. На магнитопровод 1, собранный из отдельных листов электротехнической стали, наматываются две обмотки, причем одна обмотка 2 располагается на двух противо­положных полюсных выступах магнитопровода, а другая 3 — на двух других, также противо­положных, выступах. Между полюсами на оси находится алюминиевый цилиндр 4. На оси крепятся также стрелка 5 и спиральная пружина 6. Внутри алюминиевого ци­линдра помещен цилиндриче­ский стальной сердечник 7, назначением которого являет­ся уменьшение магнитного сопротивления. При прохож­дении переменного тока об­мотки 2 и 3 создают два магнитных потока.

Выше было сказано, что для получения наибольшего момента вращения необходи­мо создать между магнитны­ми потоками сдвиг на фазе, равный или близкий к 90°. Это достигается тем, что одну пару катушек наматывают из небольшого числа витков толстой про­волоки. Такая обмотка представляет активное сопротивление, и ток в ней совпадает по фазе с напряжением. Другая пара кату­шек наматывается из большого числа витков тонкой проволоки, что вызывает между током и напряжением сдвиг, близкий к 90°, вследствие большого индуктивного сопротивления этой пары кату­шек. Сдвиг по фазе между потоками можно получить также путем подбора и включения дополнительных активных и индуктивных сопротивлений. Перемещающееся по окружности воздушного зазора магнитное поле будет тем самым вращаться с определенной ско­ростью относительно оси подвижной системы прибора. Это поле, пересекая алюминиевый цилиндр 4, будет индуктировать в нем вихревые токи, которые, взаимодействуя с магнитным полем, будут поворачивать цилиндр в сторону вращения поля. Из рас­смотрения принципа действия индукционных приборов с вращающимся магнитным полем видно, что они работают на том же принципе, как и двухфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели. Успокоение прибора осуществляется за счет вихревых токов, индуктируемых в верхних частях алюминиевого цилиндра при движении его в поле двух постоянных магнитов (один из них на чертеже не показан). Внешние магнитные поля не оказывают влияния на работу индукционных приборов ввиду наличия в них сильного собственного магнитного поля.

 Достоинствами индукционных при­боров являются также прочность конструкции, стойкость к пере­грузкам, надежность в работе. Недостатками индукционных при­боров являются: пригодность их только для переменного тока, неравномерность шкалы, зависимость показаний от температуры и частоты, малая точность (1,0—1,5%). Потребление мощности в ин­дукционных приборах составляет 2—4 вт.