Wattomierz typu elektrodynamometrycznego
Zanim przeanalizujemy wewnętrzny konstrukcyjny układ watomiernika typu elektrodynamometrycznego, niezbędne jest zrozumienie zasady działania takiego urządzenia. Watomierz typu elektrodynamometrycznego działa na bardzo prostej zasadzie, która może być sformułowana następująco: gdy dowolny przewodnik przeprowadzający prąd zostanie umieszczony w polu magnetycznym, doświadcza on siły mechanicznej, co powoduje jego odchylenie.
Konstrukcja i zasada działania watomiernika typu elektrodynamometrycznego
Teraz przyjrzyjmy się szczegółom konstrukcyjnym elektrodynamometru. Składa się on z następujących części.
W elektrodynamometrze występują dwa rodzaje cewek. Są one:
Cewka poruszająca się
Cewka poruszająca się przesuwa wskaźnik za pomocą instrumentu sterowanego sprężyną. Przez cewkę poruszającą się przepływa ograniczona ilość prądu, aby uniknąć nagrzewania. Aby ograniczyć prąd, podłączono w szeregu z cewką poruszającą się opór o wysokiej wartości. Cewka poruszająca się ma rdzeń powietrzny i jest zamontowana na osi obrotowej, dzięki czemu może swobodnie się poruszać. W watomierniku typu elektrodynamometrycznego, cewka poruszająca się działa jako cewka ciśnieniowa. Dlatego cewka poruszająca się jest podłączona do napięcia, a prąd płynący przez tę cewkę jest zawsze proporcjonalny do napięcia.
Cewka nieruchoma
Cewka nieruchoma jest podzielona na dwie równe części, które są podłączone szeregowo z obciążeniem, więc prąd obciążenia będzie przepływał przez te cewki. Powód użycia dwóch cewek nieruchomych zamiast jednej jest oczywisty, aby umożliwić przepływ znacznej ilości prądu elektrycznego. Te cewki nazywane są cewkami prądowymi watomiernika typu elektrodynamometrycznego. Dawniej te cewki nieruchome były zaprojektowane do przeprowadzenia prądu około 100 amper, ale nowoczesne watomierniki są zaprojektowane do przeprowadzenia prądu około 20 amper, aby oszczędzić energię.
System sterujący
Ze wszystkich systemów sterujących, tj.
sterowanie grawitacyjne
sterowanie sprężynowe, tylko systemy sterowane sprężynowo są używane w tego typu watomiernikach. Sterowanie grawitacyjne nie może być stosowane, ponieważ powodowałoby znaczące błędy.
System tłumienia
Stosuje się tłumienie poprzez tarcie powietrza, ponieważ tłumienie poprzez prądy wirowe zniekształcałoby słabe pole magnetyczne działające i mogłoby prowadzić do błędów.
Skala
Używana jest jednolita skala, ponieważ cewka poruszająca się przemieszcza się liniowo w zakresie 40 do 50 stopni po każdej stronie.
Teraz wywiedziemy wyrażenia dla momentu sterującego i momentu odchylenia. Aby wywieść te wyrażenia, rozważmy poniższy schemat obwodowy:
Wiadomo, że chwilowy moment w instrumentach elektrodynamicznych jest bezpośrednio proporcjonalny do iloczynu chwilowych wartości prądów płynących przez obie cewki i szybkości zmiany strumienia magnetycznego powiązanego z obwodem.
Przyjmijmy, że I1 i I2 są chwilowymi wartościami prądów w cewkach ciśnieniowej i prądowej odpowiednio. Wyrażenie dla momentu można zapisać jako:
Gdzie x to kąt.
Przyjmijmy, że zastosowana wartość napięcia na cewce ciśnieniowej wynosi
Założymy, że opór elektryczny cewki ciśnieniowej jest bardzo wysoki, więc możemy zaniedbać reaktancję w stosunku do jej oporu. W tym przypadku impedancja jest równa oporowi elektrycznemu, więc jest całkowicie rezystywna.
Wyrażenie na chwilową wartość prądu można zapisać jako I2 = v / Rp, gdzie Rp to opór cewki ciśnieniowej.
Jeśli istnieje różnica fazowa między napięciem a prądem elektrycznym, to wyrażenie na chwilową wartość prądu przez cewkę prądową można zapisać jako
Ponieważ prąd przez cewkę ciśnieniową jest bardzo mały w porównaniu z prądem przez cewkę prądową, prąd przez cewkę prądową można uznać za równy całkowitemu prądowi obciążenia.
W związku z tym chwilowa wartość momentu może być zapisana jako
Średnia wartość momentu odchylenia może być uzyskana przez zintegrowanie chwilowego momentu w granicach od 0 do T, gdzie T to okres cyklu.
Moment sterujący jest dany przez Tc = Kx, gdzie K to stała sprężyny, a x to końcowa ustalona wartość odchylenia.
Zalety watomiernika typu elektrodynamometrycznego
Poniżej przedstawione są zalety watomiernika typu elektrodynamometrycznego:
Skala jest jednolita do pewnego limitu.
Mogą być używane zarówno do pomiaru wielkości prądu przemiennego, jak i stałego, ponieważ skala jest skalibrowana dla obu.
Błędy w watomierniku typu elektrodynamometrycznego
Poniżej przedstawiono błędy w watomiernikach typu elektrodynamometrycznego:
Błędy indukcyjności cewki ciśnieniowej.
Błędy mogą wynikać z pojemności cewki ciśnieniowej.
Błędy mogą wynikać z efektów współindukcyjności.
Błędy mogą wynikać z połączeń (np. cewka ciśnieniowa jest podłączona po cewce prądowej).
Błąd spowodowany prądami wirowymi.
Błędy spowodowane drganiami układu poruszającego się.
Błąd temperatury.
Błędy spowodowane polami magnetycznymi zewnętrznych źródeł.
Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły są warte udostępniania, w przypadku naruszenia praw autorskich prosimy o kontakt w celu usunięcia.
