4.2. Електромагнітна система

У мовне позначення -

У вимірювальних механізмах електромагнітної системи обертовий момент зумовлений дією магнітного поля вимірюваль­ного струму у нерухомій котушці приладу на рухомий феро­магнітний якір (осердя). Механічні сили у такому пристрої нама­гаються перемістити якір так, щоб енергія магнітного поля прист­рою стала якомога більшою. На теперішній час широко застосо­вується два типи механізмів цієї системи: механізми з круглою Котушкою і механізми з плоскою котушкою.

У приладах з круглою котушкою обертовий момент ство­рюється у результаті взаємодії двох стальних пластинок: одна з них (якір) закріплена на осі рухомої частини 1 (рис. 4.5), а інша нерухома 2 — поміщена всередині котушки. При проходженні струму І по обмотці котушки 4 обидві пластинки намагнічуються. Оскільки намагнічування відбувається одним і тим же струмом, то одноіменні полюси у пластинок завжди будуть розміщенні один напроти одного, і тому пластинки взаємно відштовхуються, створюючи при цьому обертовий момент. Протидіючий момент створюється спіральною пружиною 3. Заспокоювачі у приладах з круглою котушкою переважно повітряні, крильчаті, але бувають і магніто — індукційні.

В механізмі з плоскою котушкою (рис. 4.6) якір 1 (ексцентрична плоска стальна пластинка) втягується у котушку 4 через яку про­тікає вимірювальний струм І. Протидіючий момент створюється спіральною пружинкою 3. Заспокоювач у цьому механізмі — повітряний, поршневий 5. Для захисту від зовнішніх магнітних полів механізм з усіх сторін закритий феромагнітним екраном.

Напрям переміщення стальної пластинки у полі котушки не залежить від напрямку струму в обмотці, тому прилади електро­магнітної системи застосовуються як для постійного, так і для змінного струму. Напрям втягування сердечника не залежить від напряму струму, оскільки при зміні напрямку струму змінюються місцем і магнітні полюси сердечника і сердечник буде постійно втягуватися у котушку при проходженні струму.

Обертовий момент електромагнітного вимірювального механізму.

де W_м – енергія магнітного поля котушки.

де L – індуктивність котушки.

Звідси

Прирівнюючи обертовий момент до протидіючого (рівняння — рівноваги), який створюється пружиною, отримаємо:

Звідси отримуємо рівняння шкали електромагнітного приладу

З формули (4.12) бачимо, що шкала електромагнітного приладу – нелінійна (при умові dL/dα = const шкала повинна бути квадратична).

А це не дуже бажано через зниження точності показів приладу у першій половині шкали. Покращення форми шкали досягають підбором форми і розмірів стальних сердечників, щоб множник dL/dα приймав відносно великі значення при малих кутах

відхилення рухомої частини і суттєво зменшувався у кінці шкали.

Практично у всіх приладів електромагнітної системи поділки на початку шкали такі дрібні, що їх часто не градуюють, що складає 20—25% всієї шкали. Це зменшує чутливість приладів. Переваги: простота конструкції, властивість витримувати великі переванта­ження, що пояснюється відсутністю струмопровідної частини у рухомій частині приладу, здатність до застосування для вимірю­вань у колах змінного і постійного струмів без додаткових перетворювачів. Основні недоліки — мала точність і чутливість. При змінному струмі на покази приладів можуть впливати втрати енергії через гістерезис стальних пластинок і вихрові струми. У сучасних приладах із спеціальними феромагнітичними сердеч­никами різниця показів незначна: тому на одній і тій же шкалі можна відраховувати значення як постійного так і змінного стру­мів. Споживання енергії приладом електромагнітним є (0,31; З—6 Вт) значно більше, ніж приладами магнітоелектричної системи. При роботі на змінному струмі збільшення меж вимі­рювання вольтметрів цієї системи досягають підбором відповідного додаткового опору.

Вплив зовнішніх магнітних полів на покази електромагнітних приладів досить значний, через слабкість власного магнітного поля. Тому кожух приладів екранують. Зовнішнє магнітне поле напруженістю 400 А/м викликає зміну показів на 1—2%.

Майже повністю не залежать від впливу зовнішніх магнітних полів астатичні електромагнітні прилади. У цих приладах на загальній осі є дві пластини з пермалоя, що знаходяться під дією двох окремих котушок. Котушки намотані так, що напрямки їх полів у просторі взаємно протилежні. Зовнішнє магнітне поле буде підсилювати поле однієї із котушок і ослаблювати поле іншої, не завдаючи впливу на покази приладів.

Клас точності електромагнітних приладів не вище 1,5, голов­ним чином через гістерезис (остаточне, залишкове намагнічування). У переносних електромагнітних приладів в яких якір і сердечник виготовлені з пермалоя (феромагнетика з малою коерцитивною силою) клас точності буває 0,5 і навіть 0,2 для постійного і змінного струмів (при частоті менше 1500 Гц).

Основна перевага приладів — це стійкість до великих пере­вантажень, простота і дешевість. Електромагнітними приладами вимірюють переважно змінні напруги і струми (невисоких частот). Вплив температури на покази електромагнітних амперметрів Дуже незначний, оскільки вони працюють без шунтів і весь вимі­рювальний струм завжди проходить через обмотку приладу. Вплив температури на покази електромагнітних вольтметрів значно більший, ніж на покази вольтметрів магнітоелектричної системи. Зміна показів досягає 0,5—1% на кожні 10 °С зміни температури. Прилади електромагнітної системи внаслідок простоти і надійності конструкції широко застосовуються у технічних щитових приладах для вимірювання змінного струму, напруги, частоти (частотоміри), зсуву фаз (фазометри). Для амперметрів використовуються при частотах до 8000 Гц, для вольтметрів до 400 Гц.