2. Магнітоелектричні електромеханічні прилади

Принцип роботи цих приладів базується на взаємодії рамки зі струмом та постійного магнітного поля. З курсу фізики відомо, що на електричний заряд у магнітному полі діє т.з. сила Лоренца

, (4.3)

де q – величина заряду; – вектор швидкості руху заряду; –вектор індукції магнітного поля; b- кут між векторами та .

Взаємне розташування векторів та показано на рис. 4.5 (нагадаєм, що напрям дії сили визначається за правилом лівої руки).

На провідник зі струмом довжиною l діє сила (при b= 90о) , (4.4) де І – сила струму, -час переміщення заряду на відстань l. Конструкційно рамка зі струмом виконується та розташовується у магнітному полі таким чином, що b= 900 в межах всього робочого кута повороту, як це показано на рис.4.6, а.

Рис. 4.5

а	б
Рис. 4.6

Тому на рамку в полі діє обертовий момент (рис.4.6б)

, (4.5)

де W – кількість витків рамки, - довжина сторони рамки.

Слід відзначити, що оскільки рамка розташована у зазорі магнітної системи з рівномірним радіальним полем, М_об не залежить від кута повороту a рухомої частини. Тому і потрібен протидіючий момент, який створюється плоскою пружиною (без пружини рамка зі струмом безперервно обертатиметься). Отже пружина виконує в системі функцію міри обертового моменту (і кута повороту, оскільки вони пов’язані співвідношенням (4.1)).

Рис. 4.7

Рамка повертається у просторі на кут , при якому виконується умова рівноваги діючих на рухомий механізм моментів (рис. 4.7) Моб = Мпр.

З цієї умови, враховуючи (4.1) та (4.5), отримаємо рівняння вимірювання

. (4.6)

Магнітоелектричні прилади мають високу чутливість , точність та лінійну шкалу, високу економічність.

До певних недоліків таких приладів можна віднести складність виготовлення, низьку температурну стабільність можливість пошкодження при великих струмах (рамка може згоріти), можливість вимірювання тільки постійних струмів.

Прилади магнітоелектричної системи використовують:

– в багатограничних амперметрах та вольтметрах;

– в гальванометрах (магнітоелектричних приладах з негра-дуйованою шкалою та відсутнім пристроєм заспокоєння), які використовують як нуль-індикатор при вимірюванні надмалих струмів (~ 10^-5 – 10^-12 А), зарядів та напруг;

– світлочутливих осцилографах і т.і.

3. Аналіз динамічних властивостей магнітоелектричних приладів

Вихідним рівнянням для аналізу динамічних властивостей магнітоелектричних приладів є відоме з курсу теоретичної механіки диференціальне рівняння

, (4.7)

де – момент інерції, - кутове прискорення. В правій частині (4.7) позначена сума всіх діючих в системі механічних моментів. З урахуванням (4.1, 4.2) маємо

, (4.8)

Позначимо: , , . Тоді (4.4) прийме компактний вигляд

+2 + ² = ² _р. (4.9)

Якщо розв’язати це диференціальне рівняння, можна отримати функцію . В залежності від b отримаємо різні режими руху рухомої частини – коливальний, критичний чи аперіодичний. Графіки для різних b представлені на рис.4.8. Аперіодичний режим дозволяє уникнути значних коливань стрілки приладу навколо значення , в той час, коли коливальний режим дозволяє щонайшвидше досягти значення , тобто забезпечити високу швидкодію. В багатьох випадках компромісним варіантом є вибір , що відповідає близькому до критичного режиму роботи.

Рис. 4.8