5. Индукционные приборы

Устройство. Индукционный прибор состоит из двух неподвижных электромагнитов 6 (рис. 316, б) и подвижного алюминиевого диска 7, укрепленного на одной оси со стрелкой.

При прохождении переменных токов I₁ и I₂ по катушкам электромагнитов создаются два магнитных потока Ф₁ и Ф₂, сдвинутых один относительно другого по фазе, которые пронизывают диск. Эти потоки при своем изменении индуктируют в диске вихревые токи I_в1 и I_в2. В результате взаимодействия вихревых токов с магнитными полями обоих электромагнитов (тока I_в1 с потоком Ф₂ и тока I_в2 с потоком Ф₁) возникает вращающий момент М, под влиянием которого происходит поворот подвижной части прибора. Противодействующий момент в вольтметрах, амперметрах и ваттметрах создается спиральной пружиной 8 или растяжками.

Среднее за период значение вращающего момента М пропорционально произведению действующих значений магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ и синусу угла сдвига фаз ψ между этими потоками

М = с₁Ф₁Ф₂ sin ψ,

где с₁ — постоянная для прибора величина.

Чтобы получить наибольшее значение вращающего момента, угол сдвига фаз между потоками устанавливают 90° путем включения в цепи катушек дополнительных активных и реактивных сопротивлений. При этом условии средний вращающий момент в вольтметрах и амперметрах будет пропорционален произведению действующих значений токов I₁ и I₂, протекающих по катушкам электромагнитов. Этой величиной будет определяться также и угол поворота стрелки

α = kI₁I₂.

В ваттметрах α = kUI cos φ = kР, так как ток I₁ пропорционален току I в цепи, I₂— напряжению U, а угол ψ равен углу (90°—φ).

Применение прибора. Индукционные приборы так же, как и электродинамические, могут быть использованы в качестве амперметра, вольтметра и ваттметра. Катушки электромагнитов включаются в этих случаях так же. как и катушки электродинамического прибора (см. рис. 315).

Достоинствами индукционных приборов являются высокая стойкость к перегрузкам, большой вращающий момент и малая чувствительность к внешним магнитным полям К недостаткам относятся сравнительно невысокая точность и зависимость показаний от частоты переменного тока и температурных влияний.

Индукционные приборы используют главным образом в качестве ваттметров и счетчиков, электрической энергии в промышленных установках и на электровозах переменного тока.

6. Логометры

Принцип действия. В рассмотренных измерительных механизмах угол поворота α подвижной части определяется силой тока, проходящего по их катушкам. Как следует из закона Ома, сила тока I зависит от напряжения U, питающего измерительную цепь. Однако при измерениях сопротивления, частоты переменного тока, температуры давления и др. необходимо, чтобы угол α зависел только от измеряемой величины, а изменение напряжения не оказывало влияния на результаты измерения. Поэтому для измерений указанных величин применяют логометры — показывающие электроизмерительные приборы, имеющие два измерительных механизма без противодействующих пружин, создающие два противоположно направленных момента. В результате этого угол поворота а подвижной части логометра определяется только отношением токов в катушках этих механизмов.

А так как изменение напряжения оказывает одинаковое влияние на эти токи, то угол α в этом случае изменяться не будет. Логометры могут быть выполнены о измерительными механизмами любой системы. Характерной особенностью их является отсутствие механических устройств, создающих противодействующий момент, вследствие чего их подвижная часть при отсутствии тока в катушках находится в состоянии безразличного равновесия.

На рис. 317 в качестве примера показана принципиальная схема магнитоэлектрического логометра, который применяется в мегомметрах. Он состоит из двух катушек 1 и 2, р асположенных под некоторым углом и жестко укрепленных на общей оси. К этим катушкам подводятся токи I₁ и I₂ через три эластичные спирали 5, не создающие при закручивании механического момента. Постоянный магнит 3 имеет форму эллипса, поэтому в воздушном зазоре между магнитом и наружным кольцом 4 образуется неравномерное магнитное поле.

В результате взаимодействия токов I₁ и I₁ с магнитным полем, возникают два противоположно направленных момента М₁ и М₂, которые пропорциональны токам I₁ и I₂ и индукциям B₁ и В₂ в воздушном за зоре в тех местах, где находятся катушки.

При повороте подвижной части под действием разности M₁ — М₂ значения индукций В₁ и В₂ изменяются, так как одна из катушек перемещается в область с увеличенным (или уменьшенным) воздушным зазором, а другая — в область с уменьшенным (или увеличенным) зазором. При этом изменяются моменты М₁ и М₂. При некотором положении подвижной части моменты М₁ и М₂ уравновешиваются; в этом случае

I₁/ I₂ = B₂/B₁.

Таким образом, каждому определенному положению подвижной части логометра, характеризуемому отношением B₂/B₁, соответствуют определенные значения токов I₁ и I₂, проходящих по его катушкам. При изменении этого отношения будет изменяться угол α.

Если обе измерительные цепи, в которые включены катушки прибора, питаются одним и тем же напряжением U, то показания прибора не будут зависеть от U, так как при его изменении изменяются пропорционально токи I₁ и I₂.