Instrumente electrodinamice

Instrumente electrodinamice

Functionarea instrumentelor electrodinamice se bazeaza pe interactiunea curentilor care parcurg bobinele fixe si bobinele mobile ale acestora. Caracteristic acestor instrumente este lipsa fierului din constructia lor.

a) Constructie si functionare

Este format din doua bobine fixe coaxiale b₁ si o bobina mobila b₂ fara cadru, situata in interiorul acestora, fixata pe axul instrumentului (fig. 2.7). Pe ax se mai gasesc doua resorturi spirale pentru crearea cuplului rezistent si pentru aducerea curentului la bobina mobila, acul indicator si paleta amortizorului pneumatic. Bobinele fixe pot fi conectate in serie sau paralel.

Daca bobinele fixe sunt parcurse de un curent continuu I₁ si bobina mobila de un curent continuu I₂, fortele electrodinamice tind sa roteasca bobina mobila spre pozitia in care fluxul propriu ar coincide cu cel al bobinei fixe.

Tinand cont de energia localizata in campul magnetic:

, (2.26) unde L₁, L₂ sunt inductivitatile proprii ale bobinelor fixe si mobile; M - inductivitatea mutuala, se poate deduce M_a. Daca .

Pentru:

M_a=M_r=Da. (2.27)

Rezulta : . depinde de spectrul campului magnetic creat de bobina fixa in spatiul in care se afla bobina mobila. Din acest punct de vedere instrumentele electrodinamice se impart in doua categorii: cu camp uniform (axial) si cu camp radial.

a) Instrumentul cu camp uniform axial are bobinele fixe alungite axial si apropiate astfel incat campul magnetic in interiorul lor este practic uniform. In acest caz inductivitatea mutuala se exprima prin:

,

unde M_m este valoarea maxima a inductivitatii mutuale M₁₂, g a - unghiul    dintre axele bobinelor fixa si mobila.

Tinand cont de relatiile precedente, rezulta:

. (2.28)

Curba de variatie a factorului functie de unghiul g a este sinusoidala, asa cum se prezinta in fig. (2.8), curba 1.

b) Instrumentul cu camp radial este constituit din doua bobine fixe plate si departate convenabil astfel incat campul magnetic sa fie distribuit radial pe circumferinta pe care se deplaseaza laturile bobinei mobile.

Pentru aceasta trebuie indeplinite conditiile: d/D=0,62; l/D=0,37. Astfel printr-o alegere convenabila a pozitiei initiale (g = 45⁰), se obtine, pentru intreaga deplasare utila a bobinei (90^o), , fig.2.8 curba 2, astfel incat relatia    (2.27) devine:

.    (2.29)

In curent alternativ daca i₁, i₂ sunt curentii care parcurg bobinele,

asupra bobinei mobile b₂ actioneaza un cuplu activ instantaneu: . Cum f>>f₀, rezulta ca deviatia instrumentului va fi determinata de valoarea medie a cuplului activ:

=.

Cand curentii i₁, i₂ sunt sinusoidali de forma:

i₁=sinwt;   

unde prin j se intelege unghiul dintre I₁ si I₂.

Din M_a=M_r rezulta ecuatia de functionare in curent alternativ:

, care pentru cele doua tipuri constructive se exprima astfel:

- pentru instrumente cu camp uniform:

, (2.30)

- pentru instrumente cu camp radial:

. (2.31)

Observatii:

relatiile sunt valabile si cand numai unul dintre curenti este nesinusoidal;

daca ambii curenti sunt nesinusoidali, atunci intervine in expresia

deviatiei si suma produselor dintre armonicele de acelasi ordin prin cosinusul unghiului de defazaj dintre ele; prezenta armonicilor de ordin diferit nu afecteaza deviatia instrumentului.

Proprietati, utilizari

Datorita lipsei pieselor feromagnetice, erorile constructive sunt neglijabile, in schimb, factorii exteriori (campuri magnetice, variatii de temperatura si frecventa) pot cauza erori de indicatie daca nu se iau masuri de reducere a acestora.

Influenta campurilor magnetice perturbatoare se reduce prin ecranare sau constructie astatica. Instrumentul astatic este de fapt constituit din doua instrumente avand bobinele mobile situate pe un ax comun. Atat bobinele fixe cat si cele mobile se conecteaza astfel incat sa realizeze campuri de sensuri contrare si cupluri de acelasi sens; astfel cuplurile determinate de interactiunile dintre curenti se aduna, pe cand cele produse de campul perturbator exterior se anuleaza.

Variatiile temperaturii, si, respectiv, frecventei, pot introduce erori datorita modificarii rezistentei (Cu), si, respectiv, reactantei bobinelor. Aceste erori pot fi reduse la valori neglijabile prin scheme de compensare adecvate.

Proprietati Datorita lipsei elementelor feromagnetice si posibilitatii de compensare a erorilor suplimentare, principala calitate a acestor instrumente este precizia ridicata, putandu-se folosi ca aparate etalon. Dezavantajele lor sunt: consum propriu ridicat (datorita inchiderii fluxului magnetic prin aer); capacitate de suprasarcina redusa (datorita trecerii curentului prin resorturi); cuplu activ de valoare redusa.

Utilizari ampermetre, voltmetre, wattmetre de precizie (clasa 0.5; 0.2).