Ustrój elektrodynamiczny

Ustrój elektrodynamiczny – element pomiarowy mierników elektrodynamicznych.

Symbol ustroju elektrodynamicznego umieszczany na skali miernika

Zasada działania

Zasada działania ustroju elektrodynamicznego polega na wzajemnym oddziaływaniu dwóch cewek, w których płyną prądy. Pierwsza z nich (ruchoma), umieszczona jest wewnątrz drugiej (nieruchoma). Przepływ prądu przez cewki powoduje ruch cewki ruchomej oraz odchylenie się przymocowanej do niej wskazówki.

W zależności od przeznaczenia miernika cewki mogą być połączone szeregowo, równoległe lub przez każdą z nich może płynąć prąd z innego obwodu.

Dla prądów stałych $I_{1}$ i $I_{2}$ płynących przez cewki moment napędowy wynosi:

$M_{n}=k_{n}I_{1}I_{2}{\frac {\Delta M_{12}}{\Delta \alpha }},$

gdzie $k_{n}$ jest stałą, zależną od konstrukcji miernika, a ${\frac {\Delta M_{12}}{\Delta \alpha }}$ jest zmianą indukcyjności wzajemnej pomiędzy cewkami $1$ i $2$ w funkcji kąta $\alpha .$

Natomiast dla prądów przemiennych $i_{1}(t)$ i $i_{2}(t)$ o przebiegach:

$i_{1}(t)={\sqrt {2}}I_{1}\sin \omega t,$

$i_{2}(t)={\sqrt {2}}I_{2}\sin(\omega t+\varphi ),$

średni moment obrotowy wynosi:

$M_{n}=k_{n}I_{1}I_{2}\cos \varphi {\frac {\Delta M_{12}}{\Delta \alpha }},$

gdzie $I_{1}$ i $I_{2}$ to wartości skuteczne powyższych prądów, a jest $\varphi$ kątem przesunięcia fazowego pomiędzy prądami.

Natomiast ustalone wychylenie $\alpha$ wskazówki mirnika jest proporcjonalne do średniego momentu obrotowego:

$\alpha ={\frac {k_{n}}{k_{z}}}I_{1}I_{2}\cos \varphi {\frac {\Delta M_{12}}{\Delta \alpha }}.$

Wychylenie miernika o ustroju elektrodynamicznym będzie się równało $0,$ w wypadku kiedy kąt $\varphi =\pm {\frac {\pi }{2}}$ oraz kiedy częstotliwości prądów $I_{1}$ i $I_{2}$ będą różne.

Zastosowanie ustroju elektrodynamicznego

Mierniki tego typu są mało trwałe oraz drogie. Ustrój ten najczęściej stosowany jest w watomierzach oraz waromierzach, a także amperomierzach i woltomierzach wartości skutecznej prądu przemiennego o małej częstotliwości.

Moc pobierana przez mierniki o ustroju elektrodynamicznym jest stosunkowo duża, wynosi 1-10 VA.

Ustrój ferrodynamiczny

Watomierz o ustroju ferrodynamicznym

Budowa oraz zasada działania ustroju ferrodynamicznego są podobne ustroju elektrodynamicznego. Różnicą jest wprowadzenie do obwodu magnetycznego ferromagnetyku. Powoduje to, że pole magnetyczne oddziaływające na cewkę ruchomą jest o wiele większe niż w przypadku ustroju elektrodynamicznego.

Zaletami takiego rozwiązania jest znacznie większy moment napędowy, większa czułość oraz mniejszy pobór mocy. Natomiast wadami takiego ustroju są: histereza magnetyczna, nieliniowość indukcji w funkcji amperozwojów oraz wpływ prądów wirowych w ferromagnetyku.

Mierniki o ustroju ferrodynamicznym stosowane są przede wszystkim w elektroenergetyce.

Bibliografia

• Elektryczne przyrządy analogowe. W: Józef Parchański: Miernictwo elektryczne i elektroniczne. Wyd. dziewiąte. Warszawa: Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, 2007, s. 101–103. ISBN 978-83-02-07042-6. (pol.).