3.3 Электромагнитные приборы

Принцип действия электромагнитных механизмов основан на взаимодействии магнитного поля контура с током с одним или несколькими ферромагнитными сердечниками.

Контур с током обычно выполняют в виде плоской или круглой неподвижной катушки, намотанной медным проводом, а подвижный сердечник изготавливают из магнитомягких материалов (электротехническая сталь, пермаллой).

Ток , протекающий по катушкам 1, создаёт магнитное поле.

В приборах с плоской катушкой это поле втягивает в узкую щель сердечник в виде стальной пластины 2, жёстко укреплённой на оси 3. При этом создаётся вращающий момент. Противодействующий момент создаётся пружинкой 4. В приборах с круглой катушкой вращающий момент создаётся в результате взаимодействия подвижной 2 и неподвижной 7 пластин, расположенных внутри катушки 1. При прохождении тока по обмотке катушки обе пластинки намагничиваются и взаимодействуют друг с другом.

Рисунок 29. - ???

Вследствие этого подвижная пластинка 2 вместе с осью 3 и стрелкой 6 поворачивается на некоторый угол , закручивая противодействующую пружинку 4.

Для быстрого успокоения движения подвижной части применяют воздушные успокоители 5.

В электромагнитных механизмах электромагнитная энергия контура с током преобразуется в механическую энергию, под действием которой перемещается подвижная часть прибора. При протекании через катушку с индуктивностью 1 постоянного тока энергия магнитного поля:

,

откуда вращающий момент

,

т.к. при перемещении ферромагнитного сердечника изменяется индуктивность катушки.

.

В данном выражении постоянная и переменная составляющие.

Подвижная часть из-за своей инерционности не успевает следовать за изменение переменного тока и реагирует на его среднее значение.

При переменном токе:

,

,

где - действующее значение переменного тока.

Рисунок 30. - ????

При искажённой форме тока

,

вращающий момент

,

где - квадрат искажённого по форме действующего тока, - постоянная и гармоническая составляющие тока.

Если противодействующий момент создаётся упругими элементами, то угол поворота подвижной части

. (13)

Из выражения (13) следует, что зависимость угла отклонения подвижной части от тока нелинейная, и что поворот подвижной части одинаков как при постоянном токе, так и при переменном токе, имеющем действующее значение, равное значению постоянному тока.

Линейную зависимость угла отклонения от тока получают для значительной части рабочего диапазона отклонения , изготовляя сердечник специальной формы, при которой является требуемой функцией .

В электромагнитных логометрах имеются две катушки и два сердечника. Сердечники укреплены на одной оси.

Ток , протекающий через одну катушку, создаёт момент , ток - момент , направленный против .

Подвижная часть поворачивается до тех пор, пока

,

где - индуктивности первой и второй катушек. Следовательно:

.

Электромагнитные приборы проще по конструкции и дешевле других, надёжны в работе и из-за отсутствия токоподводов к подвижной части способны выдерживать большие перегрузки.

Эти механизмы могут работать как в цепях постоянного, так и переменного тока (примерно до 10 кГц).

Малая точность и низкая чувствительность этих механизмов отрицательно сказывается на точности и чувствительности этих приборов.

Рисунок 31. - ???

На работу электромагнитных приборов сильное влияние оказывают внешние магнитные поля. Применяют:

- магнитное экранирование в виде ферромагнитной оболочки с высокой магнитной проницаемостью: корпус прибора, экраны в виде цилиндров.

- астатическое изготовление измерительных механизмов.

Две катушки включены между собой последовательно, а направление обмоток и токов выбрано таким, что их магнитные потоки и .

Равны по величине, но противоположны по направлениям. Под действием внешнего магнитного поля ослабляется, увеличивается, а их сумма остаётся постоянной.

Основное назначение электромагнитных амперметров и вольтметров – измерения в цепях переменного тока промышленной частоты. Наибольшее распространение получили щитовые приборы класса точности 1,0; 1,5; 2,5.

Схема электромагнитного частотомера на основе логометрического измерительного механизма, где при измерении частоты токи и изменяются неодинаково, т.к. характер сопротивления цепей этих токов различен. отношение этих токов, а следовательно и показания прибора зависят от частоты. частотомеры этого типа выпускают на узкий диапазон измерительных частот: 45-55; 450-550 Гц; класс точности 1,5; 2,5.

Рисунок 32. - ???