Магнитоэлектрические механизмы

где: W - удельный проти­водействующий момент, постоянный для данного устройства.

При протекании по обмотке рамки постоянного тока I возникает вращающий момент, который отклоняет подвижную часть механизма относительно неподвижной. Вращающий момент можно рассчитать по формуле:

M_ВР  = B*S*N*I = y₀ I,               

Где: В – магнитная индукцияв воздушном зазоре;

       S – активная площадь рамки,которая находится в магнитном потоке постоянного магнита;

       N – количество витков измерительной рамки;

     y₀=B*S*N-потокосцепление обмотки рамки.

Установившееся отклонение подвижной части определя­ется равенством:                            

М_ВР = -Мпр      (3.1.)

Подставив в формулу (1) выражение, М_ВР и Мпр        получим:

Iy₀ = Wa,

 откуда угол поворота подвижной части измерительного механизма определится по формуле:

 a = y₀ I / W = С* I            (3.2.)

где: С = y₀ /W — чувствительность механизма к току.

Таким образом, угол отклонения подвижной части измерительного механизма прямо пропорционален току, проходящему через обмотку рамки магнито­электрического прибора. Следовательно, магнито­электрические приборы имеют равномерную шкалу.

В приборах магнитоэлектрической системы успокоение (демпфирование) стрелки происходит благодаря тому, что при перемещении алюминиевой рамки в магнитном поле постоянного магнита в ней индуктируются вихревые токи. В результате взаимодействия этих токов с магнитным полем возникает момент, действующий на рамку в направлении, противоположном ее перемещению, что и приводит к быстрому успокоению колебаний рамки.

Измерительные приборы магнитоэлектрической системы находят применение также при измерениях в цепях переменного тока. При этом в цепь подвижной катушки включают преобразователи переменного тока в постоянный или пульсирующий ток. Наибольшее распространение получили выпрямительнаясистема.

Вольтметры и амперметры выпрямительной и термоэлектрической системы применяются для измерений в цепях переменного тока как промышленного тока, так и тока повышенных частот.

Достоинства приборов магнитоэлектрической системы – точность показаний, малая чувствительность к посторонним магнитным полям, незначительное потребление мощности, равномерность шкалы.

 К недостаткам следует отнести необходимость применения специальных преобразователей при измерениях в цепях переменного тока и чувствительность к перегрузкам (тонкие токопроводящие пружинки 5 и 5′ из фосфористой бронзы при перегрузках нагреваются и изменяют свои упругие свойства).

В зависимости от класса точности и конструкции прибора применяются различные конструкции магнитной цепи. От магнитной цепи требуется постоянство индукции во вре­мени, при изменении температуры, при наличии внешнего магнитного поля и т.п.

Рис, 3.2.2. Конст­рукции магнитных цепей

Магнитоэлектрические механизмы, применяемые в ам­перметрах и вольтметрах, обладают сравнительно большим моментом инерции подвижной части и могут применяться только на постоянном токе. При пропускании по обмотке рамки переменного тока:

i= I_m sin wt

где i– мгновенное значение силы переменного тока;

  I_m - амплитуда переменного тока в данный момент.

Тогда, мгновенное значение вращающего момента:

 M(t) =  y₀i   = y₀ I_m sin wt,

а его сред­нее значение за период равно:   (3.3.)

Так как среднее за период значение вращающего момента равно нулю поворота подвижной части не произойдет.

Достоинствами магнитоэлектрического механизма по сравнению с механизмами других измерительных систем, являются большая чув­ствительность, малое собственное потребление мощности, малое влияние внешних магнитных полей благодаря силь­ному собственному магнитному полю, прямая пропорцио­нальность между током в обмотке рамки и углом отклоне­ния т.е. равномерная шкала.

Недостатками магнитоэлектрических механизмов явля­ются сложность конструкции, высокая стоимость, а также чувствительность к перегрузкам.Последнее обстоятельство связано с тем, что измеряемый ток подводится к рамке че­рез весьма тонкие проволоки—токоподводы.

Благодаря отмеченным достоинствам магнитоэлектриче­ские приборы с внешним и внутренним магнитами являют­ся наиболее точными на постоянном токе и характеризуют­ся классами точности вплоть до 0,1. Температурные погреш­ности компенсируются с помощью специальных схем.

Магнитоэлектрические приборы находят широкое приме­нение в качестве амперметров и вольтметров постоянного тока с пределами измерений от "наноампер до килоампер и от долей милливольта до киловольт; в гальванометрах по­стоянного, переменного тока и в осциллографических галь­ванометрах. В сочетании с различного рода пре­образователями переменного тока в постоянный они исполь­зуются для измерений в цепях переменного тока.

Широкое применение находят также логометрические магнитоэлектрические механизмы. В магнитоэлектрических логометрических механизмах (Рис.3.4.) в поле постоянного магнита 1 находится подвижная часть из двух жестко ук­репленных на оси рамок 2.

Пружины, создающие противо­действующий момент, здесь не нужны. Токи I₁ и I₂ подво­дятся к рамкам с помощью «безмоментных» токоподводов. Противодействующие моменты, обусловленные ими, малы, и их можно не учитывать. При этом на рамки действуют моменты, направленные в противоположные стороны (один можно считать вращающим, а другой — противодействую­щим). Форма сердечника 3 и полюсных наконечников 4, выполненных из магнитомягкого материала, выбирается так, чтобы индукция в воздушном зазоре была неравномер­ной и направленной нерадиально. Индукция в местах расположения активных сторон рамок соответственно равна:

B₁ = f₁ (a) и B₂ = f₂ (a).

Рис. 3.2.3. Магнитоэлектри­ческий логометрический ме­ханизм

Тогда моменты, действующие на подвижную часть, можно выразить следующим образом:

М₁ =I₁ F₁(a);      -М₂ =I₂ F₂(a);     (5)

Подвижная часть занимает поло­жение установившегося отклонения при условии

или

или                       

a = F (I ₁ / I ₂)               (6)

Таким образом, логометр магнитоэлектрической систе­мы дает возможность измерить отношение токов, протека­ющих в обмотках рамок.