Прилади електромагнітної системи

Прилади електромагнітної системи випускають з плоскою і круглою котушками. Прилад з плоскою котушкою (рис. 3.6) працює на взаємодії магнітного поля котушки 1, по якій проходить струм, із стальним осердям 2 (листком). Осердя, втягуючись у плоску вузьку щілину котушки, обертає вісь, на якій закріплено протидіючу пружину, стрілку з балансуючими тягарцями та алюмінієвий сектор 4. При русі сектора 4 у полі постійного магніту 3 створюється гальмівний момент, що забезпечує заспокоєння рухомої частини приладу (магніто-індукційний заспокоювач). Заспокоювач буває і повітряним (рис. 3.6).

Електромагнітний вимірювальний механізм з круглою котушкою зображено на рис. 3.7. Вимірюваний струм проходить по пустотілій циліндричній котушці 4. Усередині котушки є дві пластини з магнітом'якої сталі або пермалою. Нерухома пластина 1 прикріплена до каркаса механізму, а рухома 2 — закріплена на осі. Коли по котушці 4 проходить струм, обидва осердя намагнічуються і, відштовхуючись однойменними полюсами, створюють обертальний момент. Спіральна пружина, закручуючись, створює протидіючий момент. Заспокоювач у цьому механізмі — магнітоіндукційний. Він складається з алюмінієвого сегмента 5 і багатополюсного постійного магніту 6.

Для підсилення магнітного поля струму, котушку 1 приладу намотують на феромагнітний сердечник 2 (рис. 3.8) з роздвоєними по­люсними наконечниками 3. Рухомий фігурний листок 4, виготовлений з пермалою, утримується на розтяжках (замість осі і протидіючої спіральної пружини) і розміщений між щічками роздвоєних полюсних наконечників. При проходженні по котушці струму створюється магнітне поле, яке замикається по сердечнику з роздвоєними полюсними наконечниками. Фігурний листок втягується в простір роздвоєних полюсних наконечників, при цьому, разом з фігурним листком, навколо розтяжок обертається стрілка 5 з балансуючими тягарцями 6. Протидіючий і заспокоюючий момент створюється пружністю розтяжок. У цих приладах зменшується вплив зовнішніх магнітних полів (бо сильне власне поле) і збільшується обертальний момент.

Обертальний момент електромагнітного механізму дорівнює зміні енергії магнітного поля при переміщенні осердя.

Оскільки енергія магнітного поля котушки то

Отже, обертальний момент пропорційний квадрату сили струму і зміні індуктивності котушки при повертанні осердя.

Оскільки де k — питомий протидіючий момент, то при М_об = М_лр

Отже, шкала приладу квадратична, нерівномірна.

Добором форми осердя і положенням його в котушці можна домогтися, щоб множник при малих струмах збільшував обертальний момент, а при великих струмах зменшував його. Тоді матимемо шкалу, близьку до рівномірної на значній його частині.

При зміні напряму струму в котушці змінюються полярності намагніченості осердя, тому обертальний момент діє в той самий бік. З цієї причини прилади електромагнітної системи застосовують для постійного і змінного струмів (табл. 3.2). У колі змінного струму ними вимірюють діюче значення. В амперметрах котушка має небагато витків (опір дуже малий) з ізольованого проводу, поперечний переріз якого розраховано на вимірюваний струм, а у вольтметрах котушка має багато витків з тонкого ізольованого проводу.

Прилади без осердя мають порівняно слабке власне магнітне поле, тому зовнішні поля на них дуже впливають, збільшуючи похибку вимірювання. Щоб послабити вплив стороннього магнітного поля, котушку покривають феромагнітним екраном (рис. 3.7) або застосовують дві котушки 1 і 2 (рис. 3.9) з двома осердями, закріпленими на спільній, осі, створюючи узгоджені обертальні моменти М_об1 + М_об2 = М_об.

Магнітні потоки котушок Ф₁ і Ф₂ напрямлені в протилежні боки. Стороннє магнітне поле Ф_стор послаблює потік Ф₁, зменшуючи обертальний момент М_об, і одночасно посилює потік Ф₂, збільшуючи обертальний момент М_об2. У результаті загальний обертальний момент М_об залишається незмінним і залежить тільки від струму кола, який послідовно проходить по обох котушках. Такі прилади називають астатичними.

Власне споживання потужності електромагнітних приладів відносно велике — 2—8 Вт для амперметрів і 2—5 Вт для вольтметрів з додатковим опором. Клас точності їх, звичайно, не перевищує 2,5—1,5, тому їх застосовують як технічні щитові прилади. Якщо осердя виготовлено з пермалою (сплав нікелю і заліза), клас точності доводять до 0,5 і навіть 0,2 при частоті до 1500 Гц. Це вже лабораторні прилади.

Позитивні якості приладів електромагнітної системи такі: простота і надійність конструкції, мала вартість (на 30—40 % дешевші магнітоелектричних), висока стійкість до перевантажень (у кілька разів перевищує номінальне значення), можливість вимірювати безпосередньо великі струми — до 100 і навіть 200 А, мала залежність показів від зміни температури і т. ін. До недоліків відносять: низьку чутливість і точність вимірювання, нерівномірність шкали, велике власне спожи­вання потужності та ін.