Indukční měřicí přístroje
Princip indukčního měřicího ústrojí spočívá v tom, že do otočné části, kterou bývá hliníkový kotouč, se indukují proudy střídavým magnetickým tokem několika elektromagnetů. Vzájemným působením těchto proudů a magnetického pole vzniká pohybový moment. Otočné ústrojí (kotouč) nemá žádné přívody proudu a proudy se do něho dostanou pouze indukcí střídavých magnetických toků pevných cívek. Podmínkou funkce je tedy napájení střídavým proudem, takže tuto soustavu není možné použít k měření v obvodech stejnosměrného proudu.

pro větší náhled kliknout!

Hliníkový kotouč prochází vzduchovými mezerami dvou elektromagnetů E1 a E2. Pro pochopení vysvětlení vzniku pohybového momentu nám postačí, pokud si uvědomíme vztah pro výpočet velikosti síly působící v magnetickém poli na vodič protékaný proudem (F = BI).

Střídavý magnetický tok Φ1 elektromagnetu E1 indukuje v kotouči napětí, které jím protlačí vířivé proudy iv1, které probíhají po drahách rozložených v ploše kotouče. Část proudových vláken proudu iv1 probíhá pod pólem druhého elektromagnetu v místě, kde kotoučem prochází tok Φ2 tohoto elektromagnetu. Vzájemným působením proudu iv1 a magnetického toku Φ2 vzniká síla F1 a moment mp1. Podobně tok Φ2 indukuje v kotouči proud iv2, který spolu s tokem Φ1 dává sílu F2 a moment mp2. Velikosti pohybových momentů jsou úměrné velikosti magnetických toků obou elektromagnetů. Oba pohybové momenty působí proti sobě, pro výsledný pohybový moment platí:

Mp = mp1 + mp2.

Komplikovaným matematickým postupem bychom zjistili, že za předpokladu souměrnosti a shodnosti provedení obou elektromagnetů pro výsledný pohybový moment platí:

kde:

   ▪ k' - konstanta zahrnující vliv konstrukčního uspořádání ústrojí a odpor kotouče, velikost konstanty k' a tedy i pohybového momentu je přímo úměrná vodivosti kotouče

   ▪ ω - úhlová frekvence obou toků (ω = 2πf)

   ▪ Φ1m, Φ2m - amplitudy magnetických toků obou elektromagnetů

   ▪ Ψ - fázový posun mezi oběma toky.

Největší moment vznikne při fázovém posunu toků Ψ = 90°. Budou-li oba toky ve fázi (Ψ = O - např. při napájení obou cívek z téže fáze), nevznikne žádný pohybový moment a kotouč stojí. Jsou-li oba magnetické toky sinusové, lze vztah pro moment zjednodušit na:,

Mp = kωImax1I2maxsin Ψ,

kde:

  I1max a I2max jsou amplitudy proudů obou cívek elektromagnetů.

Zhotovíme-li cívku jednoho elektromagnetu (např. E2) jako napěťovou (mnoho závitů tenkého drátu), bude pro proud tohoto elektromagnetu I2 platit (předpokládáme-li, že odpor cívky je zanedbatelný proti její induktivní reaktanci), že bude fázově opožděn za napětím o 90°. Proud proudové cívky (E1), který prochází spotřebičem, je zpožděn oproti napětí U o úhel φ a proti proudu I2 o úhel

Dosazením do rovnice pro pohybový moment za I2

a za Ψ dostaneme konečný výraz pro pohybový moment indukčního ústrojí:

Vidíme, že pohybový moment je úměrný činnému výkonu střídavého proudu (kp je pohybová konstanta indukčního přístroje).

Indukčními přístroji lze měřit činný a jalový výkon, v současné době se ale indukční přístroje používají výhradně jako měřiče elektrické práce - měří časový integrál výkonu střídavého proudu (elektroměry). Pro měření práce je indukční ústrojí výhodné zejména proto, že jeho moment nezávisí na poloze kotouče a že se kotouč může otáčet trvale bez omezení, což u jiných měřicích ústrojí není možné, protože pohyb ručky je omezen maximální úhlovou výchylkou.

Fázorový diagram

Tlumení indukčního měřicího ústrojí je magnetické, vyvozené polem permanentního magnetu působícího na kotouč.

Jak jsme si uvedli dříve, pro funkci indukčního ústrojí jsou nutné nejméně dva časově posunuté magnetické toky, ale u jednofázových přístrojů je také možné provést úpravu.

pro větší náhled kliknout!
Úprava u jednofázových přístrojů.

Ústrojí má jeden elektromagnet s cívkou napájenou střídavým proudem. Jeden pól elektromagnetu je rozdělen na dvě části, z nichž jedna je ovinuta měděným závitem nakrátko. Střídavý magnetický tok Φ2, tekoucí touto částí, v závitu indukuje střídavé napětí, které jím protlačí proud IK, který podle Lenzova zákona působí proti změnám toku Φ2, tj. zpožďuje tyto změny a způsobí tak fázové posunutí toku Φ2 oproti toku Φ1 ve druhé části pólu.

Na kotouč pak působí pohybový moment, jehož velikost je opět úměrná součinu obou toků a sinu jejich fázového posunu.

Vlastnosti:
▪ používají se výhradně jako měřiče elektrické práce (spotřeby el. energie),
▪ jsou určeny pouze pro síťový kmitočet 50Hz,
▪ vlastní spotřeba je velká (okolo 15 až 20VA),
▪ dovolené chyby běžných elektroměrů pro domácnosti jsou ±3%, pro měření velkých odběrů ±0,2%,
▪ mají velkou přetížitelnost danou tím, že do otočné části se proud nepřivádí, ale dostává se indukcí, proudové obvody snesou trvalé přetížení 100%, krátkodobě až desetinásobek jmenovitého proudu,
▪ teplotní závislost indukčního ústrojí není u elektroměrů na závadu, protože pracují na základě rovnováhy mezi pohybovým a brzdicím momentem a oba tyto momenty jsou stejně závislé na odporu kotouče, takže teplotní závislost se neprojeví,
▪ vliv cizích magnetických polí je zanedbatelný, protože přístroje pracují se silným vlastním magnetickým polem.