Электромагнитная система
Приборы электромагнитной системы предназначаются для измерения силы тока и напряжения в цепи переменного и постоянного тока. Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля катушки 1, по которой протекает измеряемый ток и подвижного железного сердечника (рис. 2).
Рисунок 2
Железный сердечник особой формы с отверстиями закреплен эксцентрично на оси и может входит в щель катушки, поворачиваясь вокруг оси.
Под действием
магнитного поля катушки сердечник
втягивается в катушку по мере увеличения
в ней силы тока. Противодействующий
момент создается спиральной пружиной.
Приборы электромагнитной системы
снабжаются воздушный успокоителем,
представляющим собой камеру, в которой
перемещается алюминиевый поршенек
(демпфер). При повороте сердечника
поршенек встречает сопротивление
воздуха, вследствие чего колебания
подвижной части быстро затухают.
где К1 – коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции прибора.
Противодействующий момент М2, создаваемый пружиной, пропорционален углу поворота подвижной части прибора:
где К2 – коэффициент пропорциональности, зависящий от упругих свойств пружины.
Равновесие подвижной части прибора определяется равенством моментов, действующих на нее в противоположных направлениях, т.е. М1 = М2 откуда
где К =
.
Выражение показывает, что шкала
электромагнитного прибора неравномерная,
квадратичная; с изменением направления
тока меняется как направление магнитного
поля, так и полярность намагничивания
сердечника.
1) возможность измерения как постоянного, так и переменного тока;
2) простота конструкций;
3) механическая прочность;
4) выносливость в отношении перегрузок.
К недостаткам этой системы относятся: неравномерность шкалы, меньшая точность, чем в магнитоэлектрических приборах, зависимость показаний от внешних магнитных полей.
Электродинамические
измерительные приборы предназначены
для измерения тока, напряжения и мощности
в цепях постоянного и переменного токов.
Принцип действия приборов электродинамической
систем основан на взаимодействии
катушек, по которым протекает измеряемый
ток. Таким образом, приборы электродинамической
системы отличаются от приборов
магнитоэлектрической системы тем, что
магнитное поле создается не постоянным
магнитом, а катушкой, питаемой измеряемым
током, На рис.
Рисунок 3
Внутри неподвижно закрепленной катушки может вращаться на оси подвижная катушка, с которой жестко связана стрелка, перемещающаяся над шкалой. Противодействующий момент создается спиральными пружинами. Измеряемый ток проходит через обе катушки. В результате взаимодействия магнитного поля неподвижной катушки и тока в подвижной катушке создается вращающий момент М1, под влиянием которого подвижная катушка будет стремиться повернуться так, чтобы плоскость ее витков стала параллельной плоскости витков неподвижной катушки, а их магнитные поля совпадали бы по направлению. Этому противодействуют пружинки, вследствие чего подвижная катушка устанавливается в положение, когда вращающий момент становится равным противодействующему
Катушки в
электродинамических приборах, в
зависимости от назначения, соединяются
между собой последовательно или
параллельно. Если катушки прибора
соединить параллельно, то он может быть
использован как амперметр. Если катушки
соединить последовательно и присоединить
к ним добавочное сопротивление, то
прибор может быть использован как
вольтметр.
В первом приближении вращающий момент М1, действующий на подвижную катушку, пропорционален как току I1 в неподвижной катушке, так и току I2 в подвижной катушке:
где К1 – коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции прибора.
Пружина,
закручивающиеся при вращении подвижной
катушки, создают противодействующий
момент М
где К2 – коэффициент пропорциональности, зависящий от упругих свойств пружины. При равентстве моментов М1 и М2 подвижная катушка остановится. Тогда
где
. Если катушки соединены последовательно,
то
Эти выражения показывают, что шкала электродинамического прибора неравномерная. Однако подбором конструкции катушек можно улучшить шкалу, т.е. приблизить к равномерной.
При перемене направления тока в обеих катушках напряжение вращающего момента не меняется. Отсюда следует, что приборы этой системы пригодны для измерений, как на постоянном, так и на переменном токе. Торможение в этих приборах также, как и в электромагнитных, достигается с помощью воздушного успокоителя.
В электроизмерительной
практике, для измерения потребляемой
в цепи мощности широко применяется
электродинамический ваттметр. Он состоит
из двух катушек: неподвижной, с небольшим
числом витков толстой проволоки,
включаемой последовательно с тем
участком цепи, в котором требуется
измерить расходуемую мощность, и
подвижной, содержащей большое число
витков тонкой приволоки и помещенной
на оси внутри неподвижной катушки. Подвижная катушка включается в цепь
подобно вольтметру, т.е. параллельно
потребителю, и для увеличения ее
сопротивления R2 последовательно. с ней вводится добавочное
сопротивление r.
Пусть ток в первой катушке I1,
во второй – I2.
По закону Ома напряжение на зажимах.
нагрузки равно:
откуда
Поставив значение I2 в выражение (1) для, , получим
Таким образом, отклонение подвижной части пропорционально мощности и поэтому шкалу прибора можно проградуировать в ваттах.
Из этого также следует, что ваттметр этой системы имеет равномерную шкалу.
Достоинствами приборов электродинамической системы являются:
1) возможность измерения, как на постоянном, так и на переменном токе;
2) достаточная
точность.
К недостаткам приборов этой системы относятся: неравномерность шкалы у амперметров и вольтметров; чувствительность к внешним магнитным полям; большая чувствительность к перегрузкам. Электродинамические амперметры и вольтметры применяются главным образом в качестве контрольных приборов для измерений в цепях переменного тока.
Электротехника
Электротехника
ОглавлениеПРЕДИСЛОВИЕВВЕДЕНИЕ ГЛАВА I. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1. ОДНОФАЗНЫЕ ЦЕПИ § 1.2. ПРИНЦИП ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ СИНУСОИДАЛЬНОЙ ЭДС § 1.3. ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЗНАЧЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ § 1.4. СРЕДНЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 1.5. МЕТОД ВЕКТОРНЫХ ДИАГРАММ § 1.6. СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 1.8. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ИНДУКТИВНОСТЬЮ § 1.9. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНО-ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ § 1.10. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ЕМКОСТЬЮ § 1.11. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНО-ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКОЙ § 1.12. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ R, L И С. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ § 1.13. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ § 1.14. РЕЗОНАНС ТОКОВ § 1.15. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ § 1.16. ПРОВОДИМОСТЬ И РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ § 1.17. СИМВОЛИЧЕСКИЙ МЕТОД 2. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ § 1.19. ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 1. 20. СОЕДИНЕНИЕ ЗВЕЗДОЙ§ 1.21. СОЕДИНЕНИЕ ТРЕУГОЛЬНИКОМ § 1.22. МОЩНОСТЬ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ ГЛАВА II. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ § 2.3. ПОГРЕШНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ § 2.4. ОСНОВНЫЕ ДЕТАЛИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ § 2.5. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.7. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.8. ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.9. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ВАТТМЕТРЫ § 2.10. ОДНОФАЗНЫЙ ФАЗОМЕТР § 2.11. ОДНОФАЗНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ § 2.12. ОММЕТРЫ § 2.13. ЛОГОМЕТРЫ § 2.14. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.15. ДЕТЕКТОРНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.16. ШКОЛЬНЫЕ ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.17. ПОНЯТИЕ О ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ § 2.18. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 2.19. ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГИИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 2.20. СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ § 2.21. ПОНЯТИЕ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ГЛАВА III. ТРАНСФОРМАТОРЫ§ 3.2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.3. ХОЛОСТОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.4. РАБОЧИЙ РЕЖИМ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.5. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.6. ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ § 3.7. КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ § 3.9. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ Глава IV. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ. ВЫПРЯМИТЕЛИ 4.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И ЭЛЕМЕНТОВ § 4.2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ § 4.3. ТИРИСТОРЫ § 4.4. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 4.5. ПРИМЕНЕНИЕ ТИРИСТОРОВ ДЛЯ ВЫПРЯМЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА § 4.6. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ § 4.7. ПОНЯТИЕ ОБ ИНВЕРТОРАХ § 4.8. ФЕРРОРЕЗОНАНС В НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ § 4.9. ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ § 4.10. ШКОЛЬНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ГЛАВА V. МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 5.1. КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 5.2. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5. 3. СОЗДАНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМОЙ§ 5.4. СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ. ТИПЫ ОБМОТОК СТАТОРА § 5.5. СКОЛЬЖЕНИЕ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 1.6. МАГНИТНЫЙ ПОТОК ЭДС И ТОКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.7. ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.8. АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОНТАКТНЫМИ КОЛЬЦАМИ § 5.9. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.10. ПУСК В ХОД АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.11. РЕВЕРСИРОВАНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.12. ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ § 5.13. ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.14. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.15. ЭДС СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.16. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ § 5.17. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.18. УПРОЩЕННАЯ ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.19. РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПАРАЛЛЕЛЬНО С СЕТЬЮ § 5.20. ОБРАТИМОСТЬ СИНХРОННЫХ МАШИН. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5. 21. ПУСК И ОСТАНОВКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ§ 5.22. ВЛИЯНИЕ ТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ НА РАБОТУ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ. СИНХРОННЫЙ КОМПЕНСАТОР § 5.23. РЕАКТИВНЫЕ СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ § 5.24. ПРИМЕНЕНИЕ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ГЛАВА VI. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6.2. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА. ТИПЫ ОБМОТОК ЯКОРЯ § 6.3. ЭДС И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6.4. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ § 6.5. КОММУТАЦИЯ § 6.6. СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6.7. ОБРАТИМОСТЬ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА. ДВИГАТЕЛИ § 6.8. ДВИГАТЕЛЬ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО И НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.9. ДВИГАТЕЛЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.10. ДВИГАТЕЛЬ СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.11. КОЛЛЕКТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ГЛАВА VII. ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ § 7.2. РЕЛЕ § 7.3. ДАТЧИКИ § 7.4. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ § 7.5. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ § 7.6. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ § 7.7. ТЕЛЕМЕХАНИКА § 7. 8. КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯГЛАВА VIII. ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕДАЧА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ § 8.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ § 8.2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ § 8.3. ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ § 8.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ ГЛАВА IX. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ ГЛАВА X. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ § 10.1. ОПАСНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ ДЛЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА § 10.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА § 10.3. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ § 10.4. ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ЗАЗЕМЛЕНИЕ НА НЕЙТРАЛЬ (ЗАНУЛЕНИЕ) § 10.5. ЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА И КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК § 10.6. ОКАЗАНИЕ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ ПОРАЖЕННОМУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ § 10.7. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ В УЧЕБНЫХ ЛАБОРАТОРИЯХ ЛИТЕРАТУРА |
Проектирование и анализ систем решает электромагнитные проблемы
Автор: Aimee Kalnoskas
Cadence Design Systems, Inc. вышла на быстрорастущий рынок системного анализа и проектирования с объявлением о Cadence Clarity 3D Solver, который обеспечивает высокую точность с до 10 раз более высокой производительностью моделирования и неограниченная производительность по сравнению с устаревшей технологией полевого решателя. Используя современную распределенную многопроцессорную технологию, Clarity 3D Solver эффективно решает электромагнитные (ЭМ) проблемы, возникающие при проектировании сложных трехмерных структур на микросхемах, корпусах, печатных платах, разъемах и кабелях, предоставляя настоящий трехмерный анализ любому инженеру с настольным компьютером. ресурсы высокопроизводительных вычислений (HPC) или облачных вычислений.
Clarity 3D Solver легко считывает проектные данные со всех стандартных платформ реализации микросхем, корпусов интегральных схем и печатных плат, а также предоставляет уникальные преимущества интеграции для проектных групп, использующих платформы реализации Cadence Allegro и Virtuoso. Печатные платы и многослойные интегральные схемы должны быть точно смоделированы в 3D для оптимизации структуры и соответствия высокоскоростным сигналам. Высокоскоростная передача сигналов, например, в интерфейсах сериализатора/десериализатора 112G (SerDes), зависит от высокоточной конструкции межсоединений. Любое незначительное изменение импеданса может негативно сказаться на частоте битовых ошибок, поэтому оптимизация влечет за собой обширные исследования, включающие десятки сложных извлечений и симуляций. Чтобы справиться с этой рабочей нагрузкой, устаревшие полевые решатели должны работать на массивных, дорогих высокопроизводительных серверах.
Кроме того, ограничения скорости и емкости устаревшей технологии полевого решателя требуют от пользователей тщательного упрощения и/или разделения структуры на более мелкие сегменты, чтобы соответствовать локальным вычислительным ограничениям. Этот псевдо-трехмерный подход создает риск того, что итоговая модель может содержать неточности из-за искусственных эффектов от поверхностных границ модели.
Технология Clarity 3D Solver позволяет решать самые сложные электромагнитные задачи, возникающие при проектировании систем связи 5G, автомобильных приложений/ADAS, высокопроизводительных вычислений и приложений IoT. Ведущая в отрасли распределенная многопроцессорная технология Cadence позволяет Clarity 3D Solver обеспечивать практически неограниченную производительность и 10-кратное ускорение, необходимое для эффективного и действенного решения этих более крупных и сложных структур. Clarity 3D Solver создает высокоточные модели S-параметров для использования в анализе целостности сигнала (SI), целостности питания (PI) и электромагнитной совместимости (EMC), обеспечивая результаты моделирования, соответствующие лабораторным измерениям.
Clarity 3D Solver оптимизирован для распределения задания между несколькими недорогими компьютерами, сохраняя при этом такую же эффективность при работе на более мощном и дорогом сервере с терабайтами памяти. Уникальный подход к распределенному адаптивному созданию сетки и значительно меньшие требования к памяти, чем у устаревших 3D-решателей полей, позволяют Clarity 3D Solver широко использовать экономичные облачные и локальные распределенные вычисления.
