Міністерство освіти і науки України

Сумський НАУ

Самостійна робота

На тему: «Електромагнітні прилади»

Виконав студент

Групи ЕТЕС-1901-ст

Дудченко Артем Вячеславович

м.Суми,2020

План

Вступ

1.Електромагнітний вимірювальний перетворюва

2.Будова механізму

3.Електромагнітні амперметри та вольтметри

4.Переваги та недоліки

Список використаної літератури

Вступ

Електромагнітний прилад, вимірювальний прилад, принцип дії якого заснований на взаємодії магнітного поля, пропорційного вимірюваній величині, з сердечником, виконаним з феромагнітного матеріалу. Основні елементи Е. п.: вимірювальна схема, що перетворює вимірювану величину в постійний або змінний струм, і виміре, механізм електромагнітної системи.

Електричний струм в котушці електромагнітної системи створює електромагнітне поле, що втягує сердечник в котушку, що приводить до виникнення на осі моменту, що обертає, пропорційного квадрату сили струму, що протікає по котушці. В результаті дії на вісь пружини створюється момент, протидіючий моменту, що обертає, і пропорційний куту повороту осі. При взаємодії моментів вісь і пов'язана з нею стрілка повертаються на кут пропорційний квадрату вимірюваної величини. При рівності моментів стрільця зупиняється. Випускаються електромагнітні амперметри і вольтметри для вимірів головним чином в ланцюгах змінного струму частотою 50 гц. В електромагнітному амперметрі котушка вимірювального механізму включається послідовно в ланцюг вимірюваного струму, у вольтметрі паралельно. Електромагнітні виміре, механізми застосовують також в логометрах . 

Найбільш поширені щитові прилади класів точності 1,5 і 2,5, хоча існують прилади класів 0,5 і навіть 0,1 з робочою частотою до 800 гц.

Будова механізму

Будова механізму із плоскою котушкою:

- неферомагнітний каркас із котушкою з товстого дроту; -

феромагнітний сердечник (пластина);

- вісь із опорами.

Будова механізму із круглою котушкою:

2 - рухомий сердечник; - стрілка;

6 - нерухомий сердечник.

Рис. 1

а) б) в)

Будова механізмів приладів електромагнітної системи:

а) із плоскою котушкою;

б) із круглою котушкою;

в) із замкнутим магнітопроводом

Будова механізму із замкнутим магнітопроводом:

- котушка;

- рухомий сердечник з магнітом'якої сталі або пермалоя;

- нерухомий магнітопровід; - полюсні наконечники.

Електромагнітний вимірювальний перетворювач

Принцип дії електромагнітного вимірювального механізму оснований на взаємодії магнітного поля, яке створюється струмом в нерухомій котушці з рухомим феромагнітним осердям.

Одна із найбільш розповсюджених конструкцій електромагнітного механізму подана на рис. 2, де 1 – котушка; 2 – осердя, закріплене на осі 3 вимірювального механізму; 4 – спіральна пружина; 5 – повітряний заспокоювач.

Рисунок 2

Під дією магнітного поля осердя втягується всередину котушки. Рухома частина механізму повертається до тих пір, поки обертальний момент не зрівноважиться протидійним моментом. Як відомо, енергія магнітного поля котушки, по якій протікає постійний струм І,

W_м = LI²/2, (1)

де L – індуктивність котушки, яка залежить від положення осердя, а отже, і від кута повороту рухомої частини. Обертальний момент:

(2)

При рівності обертального та протидійного моментів рухома частина зупиняється, займаючи положення, яке визначається кутом повороту:

(3)

Якщо в котушці протікає змінний струм (не обов’язково синусоїдної форми), то рухома частина реагує на середнє значення обертального моменту

(4)

і займає положення

(5)

Але  – квадрат діючого значення періодичного струму. Тоді можна записати:

(6)

де І – діюче значення змінного струму.

Величина І² завжди додатна, тому кут повороту рухомої частини не залежить від напряму струму в котушці. Звідси виходить, що електромагнітні прилади можуть застосовуватись для вимірювань як у колах постійного, так і в колах змінного струму.

Виходить, що при dL/d = const шкала електромагнітного приладу має квадратичний характер – стиснута на початку та розтягнута в кінці. Зміною залежності L() шляхом вибору відповідної форми осердя шкалу значною мірою можна наблизити до рівномірної.

Струм в електромагнітному механізмі підводиться безпосередньо до нерухомої котушки (не через пружини). Провід обмотки котушки можна взяти великого перерізу, тому такий механізм здатний витримувати великі перевантаження.

Електромагнітні амперметри та вольтметри

В амперметрах електромагнітної системи весь вимірюваний струм (за винятком випадків вмикання їх через вимірювальні трансформатори струму) проходить по обмотці нерухомої котушки. Залежно від граничного значення вимірюваного струму вибирається переріз проводу та число витків обмотки котушки. В амперметрах на номінальні струми від 100 А та більше котушка має один виток з товстої мідної шини. Максимальне номінальне значення струму електромагнітних амперметрів прямого вмикання – 200 А, мінімальне – 5 мА. Найбільш поширені амперметри з верхньою межею вимірювання 5 А, оскільки для розширення меж вимірювання амперметрів використовуються вимірювальні трансформатори струму, у багатьох із яких номінальне значення вторинного струму дорівнює 5 А.

У переносних багатомежевих амперметрах котушка виконується секційною, а секції вмикаються у послідовно-паралельні комбінації. Перемикання секцій виконується за допомогою перемикачів.

Температурна похибка в амперметрах невелика і обумовлена тільки зміною пружності спіральних пружин або розтяжок.

Внаслідок наявності в осерді рухомої частини втрат на гістерезис та вихрові струми, які залежать від частоти, в цих амперметрах виникає додаткова частотна похибка, але вона теж невелика.

Для розширення меж вимірювання електромагнітних амперметрів, особливо для вимірювання великих струмів, шунти не застосовуються. Це пояснюється тим, що опір обмотки механізму невеликий, опір шунта приблизно в n разів менший (n – коефіцієнт шунтування) за опір обмотки, тому шунти виходять великих розмірів.

Для одержання різних меж вимірювання електромагнітних вольтметрів поcлідовно з котушкою механізму вмикаються додаткові опори з дуже малою залишковою реактивністю, виконані з манганіну (рис. 2.12). У багатомежевих вольтметрах додаткові резистори є секційними. Для одержання малої температурної похибки відношення значення додаткового опору до значення опору котушки механізму повинно бути досить велике.

Рисунок 3

У електромагнітах із замкнутим магнітопроводом котушка механізму намотується манганіновим проводом, тому додатковий резистор відсутній, і покази таких вольтметрів практично не залежать від температури.

Зміна частоти вхідної напруги на покази електромагнітних вольтметрів впливає більше, ніж на покази амперметрів, оскільки у вольтметрів більший реактивний опір порівняно із активним. З підвищенням частоти реактивний опір збільшується, викликаючи зменшення струму через котушку вимірювального механізму і, таким чином, зменшення його показів. Для компенсації частотної похибки паралельно додатковому резистору (або його частині) приєднується ємність C (рис. 3).

Розширення меж вимірювання електромагнітних вольтметрів до високих напруг здійснюється за допомогою вимірювальних трансформаторів напруги.

До переваг приладів електромагнітної системи відносяться: можливість їх застосування в колах як постійного, так і змінного струму, простота конструкції, надійність, здатність до перевантажень, низька вартість.

Недоліками є: велике власне споживання, мала точність, мала чутливість, сильний вплив зовнішніх магнітних полів. Для захисту від впливу магнітних полів механізми поміщають в феромагнітний екран або виконують їх астатичними.

Частотний діапазон електромагнітних амперметрів (до 10 кГц) ширший, ніж у вольтметрів (до 400 Гц). Електромагнітні прилади дуже широко використовуються як щитові (класів 1,5 та 2,5), але є й лабораторні (класів 0,5 та 1,0).

Переваги та недоліки

Точність електромагнітного приладу значно обмежується належні­стю феромагнітного осердя через явище залишкового намагнічення. Для зменшення впливу гістерезису (тобто підвищення класу точності при­ладу) осердя виготовляють зі спеціальних феромагнітних сплавів (на­приклад, пермалоїв) з невеликою коерцитивною силою.

Такі прилади мають високий клас точності, до 0,2.

Основними перевагами приладів електромагнітної системи можна вважати:

а) простоту, надійність, дешевизну;

б) спроможність використання в колах постійного та змінного струму;

в) високу перевантажувальну здатність.

До недоліків приладів електромагнітної системи відносять:

а) невисоку точність;

б) невисоку чутливість;

в) велике власне споживання електроенергії (0,5 . 15 Вт);

г) обмежений частотний діапазон вимірювальних величин;

д) нерівномірність шкали;

е) чутливість до впливу зовнішніх магнітних полів.

Список використаної літератури:

1. http://4exam.info/book_142_glava_21_4.2_Priladi_elektromagn%D1%96tno%D1%97_sistemi.html

2. https://helpiks.org/7-22227.html

3. https://studfile.net/preview/3906425/page:6/

4. http://ua.textreferat.com/referat-1177-2.html

5. http://bukvar.su/fizika/62370-Elektrodinamicheskie-i-elektromagnitnye-izmeritel-nye-pribory.html

6. https://www.bestreferat.ru/referat-202507.html