Aparate de masurat pentru curent alternativ de joasa frecventa

APARATE DE MASURAT PENTRU CURENT ALTERNATIV DE JOASA FRECVENTA

A.    APARATE FEROMAGNETICE

Aparatele feromagnetice mai sunt cunoscute si sub denumirea de aparate electromagnetice sau aparate cu fier mobil.

1.     PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE

Aparatele feromagnetice functioneaza pe baza actiunii campului magnetic al unei bobine fixe parcurse de curentul de masurat, asupra unor placute din material ferromagnetic, care sunt atrase sau respinse in interiorul bobine.

2.     DESCRIEREA APARATULUI

Dupa cum s-a mentionat in principiul de functionare, pot exista doua variante constructive: cu atractie si respingere.

• Aparatul feromagnetic cu atractie : are dispozitivul pentru producerea cuplului activ compus dintr-o bobina fixa (notat cu nr 1), plata , in interiorul careia, la trecerea curentului prin bobina, este atrasa o piesa (notat cu nr 2) din material ferromagnetic, asezata excentric pe axul(notat cu nr 3 ) al echipajului mobil. Cuplul rezistent este produs de un singur arc spiral (notat cu nr 6) care este un capat fixat pe axul echipajului mobil ,iar pe celalalt, la corectorul de zero(notat cu nr 7). O data cu echipajul mobil se deplaseaza si acul indicator (notat cu nr 4) care,impreuna cu scara gradate, formeaza dispozitivul de citire. Amortizorul (notat cu nr 8) este pneumatic cu paleta.

Dispozitive feromagnetice

1-bobina fixa

2-piesa feromagnetica

3-axul echipajului mobil

4-ac indicator

5-contragreutati

6-arc spiral

7-corector de zero

8-amortizor pneumatic

• Aparatul ferromagnetic cu respingere : are dispozitivul pentru producerea cuplului activ compus dintr-o bobina fixa (notat cu nr 1) de forma cilindrica, si din doua placute din material ferromagnetic dintre care o placuta (notata cu nr 2) este fixxata pe bobina, iar cealalta (notata cu nr 3)este fixate pe axul (notat cu nr 4) al echipajului mobil. La trecerea curentului prin bobina, cele doua placute se magnetizeaza si se resping intre ele, dand nastere cuplului active care pune in miscare echipajul mobil. Cuplul rezistent este produs de acul spiral (notat cu nr 7), care are un capat montat la corectorul de zero. Acul indicator (notat cu nr 5), fixat pe axul echipajului mobil, impreuna cu scara gradate formeaza dispozitivul de citire. Amortizorul (notat cu nr 6) este cu paleta.

1-bobina fixa

2-placuta feromagnetica fixata pe bobina

3-placuta feromagnetica fixata pe ax

4-axul echipajului mobil

5-ac indicator

6- amortizor pneumatic

7- arc spiral

3.     FUNCTIONAREA

La trecerea curentului electric prin bobina, piesele din material ferromagnetic se magnetizeaza si sunt atrase sau respinse in interiorul bobinei.

• Cuplul active, care ia nastere si care pune in miscare echipajul mobil, este proportional cu patratul intensitatii curentului ce trece prin bobina :

M=KI

• Cuplul rezistent creat de arcul spiral creste proportional cu unghiul de deviatie, α(M=D.α).
• La un moment dat, cuplul rezistent devine egal cu cuplul active, obtinandu-se starea de echilibru (M= M). Inlocuind in ecuatia de echilibru expresiile celor doua cupluri, rezulta :

KI= D.α

α=

Caracteristica statica de functionare a aparatelor feromagnetice este obtinuta din relatia :

α=KI

4.     PROPRIETATI

Din ecuatia caracteristicii statice de functionare ne dam seama ca nu au scara uniforma. Daca, K, ar fi independent de, α, s-ar obtine o scara patratica. In practica insa, prin solutii constructive convenabile se poate face ca factorul, K, sa scada cand, α, creste, compensand in acest mod neliniaritatea scarii. Se realizeaza o scara aproape uniforma, cu exceptia primelor repere

Sensibilitatea este mica, putandu-se masura intensitatii ale curentului incepand de la zeci de miliamperi.

Precizia aparatelor feromagnetice este mica. De obicei ele sunt de clasa 1,5-2,5. Folosirea aliajelor magnetice speciale, de exemplu permaloy, permite obtinerea unor clase de precizie superioare.

Consumul prupriu de putere este mare ( 0,5- 7,5 VA).

Aparatele feromagnetice functioneaza atat in curentul continuu,cat si in curent alternativ. In curent alternativ, o data cu schimbarea sensului curentului schimbandu-se atat directia fluxului magnetic, cat si polaritatea magnetizarii pieselor feromagnetice, cuplul activ actioneaza tot timpul in acelasi sens.

Indicatiile sunt influentate de fenomenul de histerezis si de curentii turbionari. In curent continuu, datorita fenomenului de histerezis, aparatele dau indicatii diferite pentru aceleasi valori crescatoare si descrescatoare ale intensitatii curentului. In curent alternativ, datorita curentilor turbionari ce se induc in piesele feromagnetice, care au o actiune demagnetizanta, indicatiile sunt mai mici decat in curent continuu cu 1-2 % . Intrucat erorile cresc cu frecventa, aceste aparate nu se folosesc decat pana la cateva sute de herti.

Aparatele feromagnetice sunt influentate de campurile magnetice exterioare, deoarece campul magnetic propriu este relativ redus. Pentru a inlatura acest dezavantaj, aparatele se ecraneaza sau se construiesc aparate astatice. Un aparat feromagnetic astatic este format din doua bobine conectate in serie, ale caror campuri magnetice sunt egale, dar de sens contrar. Campurile exterioare intaresc campul unei bobine si slabesc campul celeilalte, obtinandu-se un efect total nul.

CONCLUZIE. Aparatele feromagnetice au perfomante relativ slabe. In schimb sunt robuste, simple si au cost redus. De aceea sunt cele mai raspandite aparate pentru masurari industriale.

5.     UTILIZARI

Aparatele feromagnetice se utilizeaza ca ampermetre si voltmetre de curent alternative, de tablou sau portative.

Ampermetrele feromagnetice nu se folosesc de obicei cu sunturi datorita posibilitatii de a confectiona bobine pentru curenti mari.

Se pot realiza astfel aparate care pot masura direct pana la sute de amperi. De obicei insa se realizeaza ampermetre de 1A sau 5A, iar actiunea pentru masurarea curentilor de intensitati mai mari se folosesc transormatoare de curent.

In cazul folosirii ca voltmetre, se realizeaza aparate feromagnetice cu un curent nominal de 70 - 30 mA, ceea ce inseamna o rezistenta aditionala de 30 - 700 ohmi/ volt . Caderea de tensiune la bornele aparatelor feromagnetice este de circa 1V.Pentru extinderea domeniului de masurare pana la cateva sute de volti, se folosesc rezistente aditionale. Pentru masurarea tensiunilor mai mari, se folosesc transformatoarele de tensiune.

B.     APARATE ELECTRODINAMICE

1.     PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE

Functionarea aparatelor electrodinamice se bazeaza pe actiunea fortelor electrodinamice ce se exercita intre bobine fixe si mobile parcurse de curenti. Din aceasta interactiune ia nastere cuplul activ care tinde sa roteasca bobina mobila.

2.     DESCRIEREA APARATULUI

Dispozitivul pentru producerea cuplului activ este realizat din doua bobine fixe (notat cu nr 1), legate in serie sau in paralel, printre care trece axul (notat cu nr 3) al echipajului mobil pe care este fixata bobina mobila (notata cu nr 2). Cuplul rezistent este creat de doua arcuri spirale (notate cu nr 8), care servesc si la aducerea curentului la bobina mobila. Unul dintre arcuri are un capat fixat la corectorul de zero (notat cu nr 5). Pe ax este montat si acul indicator (notat cu nr 4), care impreuna cu scara gradata formeaza dispozitivul de citire. Amortizorul este pneumatic, cu paleta sau cu piston (notat cu nr 6 si 7).

Dispozitiv electrodinamic

3.     FUNCTIONAREA

Cuplul activ la aparatele electrodinamice, ele avand doua circuite (bobina fixa si bobina mobil) pot fi parcurse de doi curenti, I prin bobinele fixe si I prin bobina mobila. Din interactiunea campurilor create de cei doi curenti, apar fortele electrodinamice care actioneaza asupra bobinei mobile. Cuplul activ depinde de produsul celor doi curenti.

In curent continuu, cuplul activ va fi :

M=KII

In curent alternativ, cuplul activ depinde de produsul valorilor instantanee ale intensitatilor celor doi curenti :

α=KIIcosφ

Unde φ este defazajul dintre cei doi curenti.

Din relatia de de echilibru M= M, rezulta caracteristica statica de functionare a aparatelor electrodinamice.

In curent continuu:

α= KII

In curent alternativ:

α=KIIcosφ

Aparatele electrodinamice se pot folosi ca ampermetre, voltmetre si wattmetre.

4.     PROPRIETATI

Aparatele electrodinamice, cand sunt folosite ca wattmetre, au scara uniforma. Ca ampermetre si voltmetre au scara neuniforma dar prin solutii constructive convenabile se poate realiza o uniformizare a scarii gradate.

Sensibilitatea aparatelor electrodinamie este buna, putandu-se masura intensitati ale curentului incepand cu ordinul miliamperilor.

Precizia este foarte buna, ele fiind cele mai precise aparate de curent alternativ (incepand cu clasa 0,1) . Din acest motiv sunt folosite ca ampermetre si voltmetre etalon si de laborator pentru curent alternativ.

Consumul propriu de putere este foarte mare (2-10 W).

Aparatele electrodinamice functioneaza atat in curent continuu cat si in curent alternativ. In curent alternativ, curentul isi schimba sensul in ambele bobine simultan, astfel incat cuplul activ are mereu acelasi sens.

Indicatiile sunt influentate de frecventa curentului, ceea ce face ca aceste aparate sa fie utilizate doar pana la circa 1 500 Hz.

Aparatele electrodinamice sunt puternic influentate de campurile magnetice exterioare, deoarece campul lor propriu, inchizandu-se prin aer, este slab. Din acest motiv aparatele se ecraneaza sau se construiesc astatice.

Deoarece curentul este adus la bobina mobila prin arcuriile spirale, aparatele electrodinamice sunt sensibile la suprasarcini.

Datorita constructiei complicate, au cost ridicat.

5.     PREVENIREA DEFECTIUNILOR SI REMEDIERII

Aparatele electrodinamice sunt sensibile la suprasarcini.De aceea este necesar sa aleaga cu atentie aparatele si domeniile lor de functionare, corespunzator tensiunilor si intensitatilor curentilor care intervin in timpul masurarilor.

La montarea unui wattmetru in circuit, bobina de curent trebuie montata in serie, iar bobina de tensiune trebuie montata in paralel.

Se reaminteste ca in cazul in care apar defectiuni la aparatele de masurat, se recomanda repararea acestora in laboratoarele specializate, si ca in urma reparatiilor aparatele trebuie supuse verificarilor metrologice.

Tipuri de dispozitive de masurat electrice

S=BNA/D Unde:

S - sensibilitatea aparatului magnetoelectric

A- aria unei spire

N- numarul de spire a bobinei

B-inductia magnetica a campului

D-constanta elastica a arcului