5. Электродинамический фазометр

В большинстве электроизмерительных приборов равновесие подвижной части измерительного механизма определяется равенством вращающего момента с противодействующим моментом, создаваемым, например, спиральной пружиной.

В электродинамическом фазометре противодействующая пружина отсутствует, а равновесие подвижной части устанавливается в результате взаимодействия двух электромагнитных моментов. Такой тип измерительного механизма называется логометром (от греческого слова «логос»  отношение). Название связано с тем, что угол отклонения логометра зависит только от отношения токов в двух подвижных катушках.

Логометры по устройству неподвижной части не отличаются от других типов измерительных механизмов, поэтому могут быть магнитоэлектрическими, электромагнитными, электро- и ферродинамическими, индукционными. В частности, магнитоэлектрический логометр является измерительным механизмом в омметрах и мегаомметрах [3].

Рис. 10

На рис. 10а приведена принципиальная схема устройства электродинамического фазометра. Внутри неподвижной катушки 3 расположены две взаимно неподвижные подвижные катушки 1 и 2, закрепленные на одной оси. Неподвижная катушка 3 включена в цепь нагрузки Z_н. Последовательно с подвижной катушкой 1 включена такая индуктивность L, чтобы ток отставал от напряжения на угол /2. Последовательно с другой подвижной катушкой 2 включен такой резистор R, чтобы ток в ней совпадал по фазе с напряжением . Магнитный поток  неподвижной катушки направлен по ее оси, а во времени совпадает с током нагрузки (рис. 10а, б). При сдвиге плоскостей рамок подвижных катушек относительно друг друга на угол , а плоскости рамки подвижной катушки 2 относительно оси магнитного потока  неподвижной катушки на угол , получаем вращающие моменты от взаимодействия магнитных полей (токов) подвижных катушек с магнитным полем (током) неподвижной катушки.

(18)

Вращающие моменты М_вр1 и М_вр2 направлены встречно, а их величина зависит от углов  и , т.к. угол  = const . Моменты от взаимодействия катушек 1 и 2 друг с другом не учитываются, поскольку они «гасятся» в силу их жесткой механической связи через общую ось.

При заданном угле  равенство моментов М_вр1 = М_{вр2 наступит при некотором угле . Приравняв правые части выражений (18), получим:}

(19)

Обеспечив конструктивным решением K₁ = K₂,  = /2 и I₁ = I₂, получим, что cos = cos, а, следовательно,  = , то есть пространственный угол  подвижной части прибора равен углу сдвига фаз во времени.

5. Приборы ферродинамической системы

Ферродинамические приборы являются разновидностью электродинамических приборов. В этих приборах обмотка неподвижной катушки расположена на магнитопроводе, выполненном из магнитомягкого материала, а подвижная катушка поворачивается около неподвижного стального сердечника, помещенного в соосную расточку магнитопровода (аналогично конструкции магнитоэлектрического измерительного механизма).

На рис. 11 показан один из механизмов этой системы. Две половинки неподвижной катушки 2 расположены на магнитопроводе 1 из листовой стали. Подвижная катушка 4 укреплена на одной оси со стрелкой. В воздушном зазоре между магнитопроводом 1 и неподвижным ферромагнитным цилиндром 3 возникает радиальное однородное поле с магнитной индукцией, пропорциональной току в неподвижной катушке. Взаимодействие этого поля (тока) с током (магнитным полем) подвижной катушки создает такой же вращающий момент, как и электродинамический измерительный механизм.

З

Рис. 11

а счет малого магнитного сопротивления в воздушном зазоре возрастает магнитный поток, а, следовательно, увеличивается вращающий момент, что позволяет увеличить массу подвижной части без увеличения погрешности от трения и получить механически прочную подвижную часть.

Применение ферромагнитных магнитопроводов несколько снижает точность измерений за счет потерь на гистерезис и вихревые токи, но зато уменьшает погрешности от внешних магнитных полей.

Ферромагнитные измерительные механизмы применяются в амперметрах, вольтметрах, ваттметрах, фазометрах. Амперметры и вольтметры ферродинамической системы применяются в качестве самопишущих приборов, переносных и щитовых приборов, а также приборов, работающих в условиях интенсивных механических воздействий (удары, тряска, вибрация). Наибольшее распространение получили ваттметры ферродинамической системы.