книги из ГПНТБ / Бесконтактные электрические аппараты [сборник статей]

Стабилизаторы тока [Л. 2]

Допустим, в уравновешенном состоянии экрана ток в об­ мотке возбуждения равен значению Д. При нарушении рав­

новесия, например, в результате возрастания [Д сила F3 увеличивается и отталкивает экран вверх на такое расстоя­ ние, при котором под влиянием возросшего индуктивного сопротивления обмотки возбуждения величина тока /1 умень­

шается, и силы F,, и Р снова уравновешиваются. При этом индуктивное сопротивление обмотки возбуждения возраста­ ет, по ток Д сохраняет свою прежнюю величину. Следует отметить, что стабилизация тока возбуждения Д, приводит к стабилизации тока экрана Д. Поэтому нагрузку можно под­ ключить в цепь обмотки возбуждения, так как и в цепь эк­ рана, изготовленного в виде к. з. обмотки.

Регулировкой воздушного зазора 6 можно в небольших пределах расширить значение стабилизируемых токов Д и Д. Определим значения стабилизируемых токов Д п Д.

Среднее значение электродинамической силы /Д можно определить из выражения

/ ’д

Учитывая, что

10

экран;

g — удельная магнитная проводимость рабочего за­

зора.

Поскольку стабилизация токов /| и /2 наступает при усло­ вии F3=P , то из (18) и (19) находим:

2Р(г22+*222) V

Исследование индуктивности рассеяния экрана показывает, что если размеры последнего по сравнению с размера­

дается тогда, когда экран находится вблизи обмотки воз­ буждения и якоря.

Анализ выражении для токов 1\ и /2 показывает, что при заданных весе экрана Р и напряжении сети Ui значение то­ ков можно регулировать либо изменением зазора якоря 6, либо изменением удельной магнитной проводимости рабоче­ го зазора g. С целью регулирования удельной магнитной проводимости g достаточно изготовить магннтопровод из

11

наружного вращающегося 11-образного сердечника п внут­ реннего Т-образного сердечника (рис. 2а). При повороте П-образиого сердечника вокруг Т-образного будет изменять­ ся проводимость g и, следовательно, получатся разные зна­ чения для стабилизируемых токов 1\ и / 2.

Если зазор якоря й —0, то х22^ г 2 и для первичного тока получится

димости g зависит лишь от изменения рассеяния подвижно­ го экрана. Удельная проводимость g вблизи обмотки воз­ буждения п якоря имеет другие значения, что объясняется неоднородностью полей на этих участках. Между этими участками проводимость g имеет стабильное значение. По­ этому, целесообразно этот участок принимать за рабочую зо­ ну, в котором будет перемещаться экран.

При изменении сопротивления нагрузки автоматически изменяется положение экрана. Поэтому рабочий ход экрана (пли длина рабочей зоны) будет определяться не только пределом изменения напряжения сети U\, но и пределом из­ менения сопротивления нагрузки.

Анализ выражений (24) и (25), а также результаты эк­ спериментальных исследований стабилизатора тока показа­

12

ли, что наибольшая точность стабилизации тока наблюдает­ ся в подвижной обмотке. Однако, выполнение обмотки воз­ буждения в качестве подвижной, т. е. подвешенной, связано с появлением дополнительных погрешностей, например, погрешность от механических сил токоподводов к подвиж­ ной обмотке.

Вышенаписаниые выражения не учитывают магнитное сопротивление стали. При изменении напряжения на зажи­ мах обмотки возбуждения изменяется магнитное состояние магнитопровода. Если при этом рабочая точка находится вне линейного участка кривой намагничивания, то качество

ты и и сопротивления г2 (или г\). Эти свойства позволяют рассматриваемое устройство использовать как измеритель тока, напряжения, частоты и сопротивления. При этом экран целесообразно изготовить в виде алюминиевой рамки, на которой закрепляется указатель шкалы прибора.

В отличие от известных электроизмерительных меха­ низмов, которые имеют токоподводы к подвижной рамке и механические пружины для создания противодействующей силы, в рассматриваемом измерителе в последних нет необ­ ходимости. Здесь ток в рамке индуктируется переменным по­ током, а в качестве противодействующей силы используется сила веса рамки. Как известно, специальные приспособления для подвода тока и создания противодействующей силы (пружины, подвески, растяжки и т. д.) сложны в изготовле­ нии, чувствительны к механическим и термическим пере­ грузкам, вносят дополнительную погрешность и, таким об­ разом, снижают точность и срок службы прибора в целом.

13

Поэтому, отсутствие этих приспособлений в измерителе с экраном несомненно является преимуществом последнего по сравнению с известными измерителями с подвижными рам­ ками. Из (29) видно, что регулирование зазора б (или маг­

нитной проводимости зазора G,-,) позволяет получать семей­

ционной подвески является многопредельным прибором. Большое практическое значение имеет выбор материала

и веса экрана. Эти параметры существенно влияют на высо­ ту свободного подвеса экрана h. На рис. 26 показаны зави­ симости высоты свободного подвеса экрана h от его веса для двух случаев: медных п алюминиевых экранов. Эти зависи­ мости были сняты при одном п том же значении напряже­ ния питания. Из графиков следует, что наибольшая высота подвеса для медных и алюминиевых экранов имеет место при различных весах. Высота свободного подвеса для алюминие­ вого экрана значительно больше, чем для медного. Это объ­ ясняется разницей в удельных весах алюминия н меди.

Устройство, показанное на рис. 1а, можно использовать в качестве индуктивного датчика перемещений п усилий. При перемещении экрана вниз под воздействием внешней силы ток обмотки возбуждения возрастает, следовательно, возра­ стает ток нагрузки, которая включена последовательно с обмоткой возбуждения. Задаваясь различными положения­ ми якоря, можно получить семейство выходных характери­ стик.

В отличие от известных одинарных индуктивных дат­ чиков с подвижными сердечниками в индуктивном датчике на индукционной подвеске колебания напряжения и частоты сети не вызывают изменения характеристики /4 —f(X). Кро­ ме того, в этом датчике отсутствуют реактивные силы, кото­ рые имеют место в индуктивных датчиках и являются одним из главных источников погрешности.

14

Если обмотку возбуждения охватить вторичной обмоткой, то можно получить трансформаторный датчик на индукци­ онной подвеске. При небольшом сопротивлении нагрузки, ток последнего можно определить как

w3

где W3 — число витков вторичной обмотки.

Дифференциальные индуктивные и трансформаторные датчики на принципе индукционной подвески могут быть по­ строены как на одном, так и на двух магнитопроводах.

На рис. За показана конструктивная схема дифферен­ циально-трансформаторного датчика с пятистержневым магнитопроводом. Секции обмотки возбуждения расположены на нижних концах крайних стержней, которые находятся слева и справа от среднего. Они соединены последователь­ но-встречно и питаются переменным напряжением. На этих же стержнях примерно на середине магнитопровода под дей­ ствием двух противоположных сил свободно подвешено по одному экрану. Вторичная обмотка состоит из двух секций, которые также соединяются последовательно-встречно. Если отсутствует внешнее усилие, то экраны находятся на одном

действующая на другой экран. Этот экран будет поднимать­ ся вверх на такое расстояние, на какое был опущен вниз

15

экран, воспринимающий воздействие внешнего усилия. Та­ ким образом, при наличии внешнего усилия экраны будут перемещаться в противоположные стороны на одинаковые расстояния, т. е. индуктивность одной из секций обмотки возбуждения уменьшается, а другой — возрастает. Поэто­ му ток возбуждения при перемещении второго экрана вверх уменьшается до первоначального значения, а напряжение питания перераспределяется между секциями возбуждения. Этот разбаланс приводит к появлению результирующего напряжения па выходе датчика, которое пропорционально внешнему усилию.

При выполнении магнитопровода пятпстержневым экра­ ны имеют по две активные части, на которые действуют сим­ метрично распределенные электродинамические силы. Если выполнить магнитопровод трехстержневым, то экраны бу­ дут иметь по одной активной части и, следовательно, возни­ кает перекос экранов и трение между подвижной п непо­ движной частями датчика.

На рис. 36 показана схема другого конструктивного ва­ рианта датчика. Секции обмотки возбуждения и выходной обмотки расположены на нижнем и верхнем концах среднего стержня магнитопровода. На этом же стержне свободно подвешен экран. С целью свободного подвеса экрана число

витков верхней секции обмотки возбуждения ш |н выбрано значительно меньшим, по сравнению с числом витков ниж­

ней секции w1П. Поэтому, электродинамическая сила F3ll. действующая на экран снизу, не только компенсирует вес экрана Р, но и электродинамическую силу Еэ, , действую­ щую на экран сверху.

Чтобы в начальном положении экрана выходное напря­

рис. За, б, в качестве дифференциальных индуктивных дат­ чиков выходные обмотки отсутствуют, а первичные обмотки соединяются по мостовой схеме.

16

Плотномер (Л. 6)

Прибор для измерения плотности жидкостей (рис. б) состоит в основном из дифференциального трансформатор­ ного датчика па индукционной подвеске. Магнитопровод датчика 1 является одновременно сосудом, который через штуцер 2 заполняется исследуемой жидкостью, сливаемой после окончания измерений через штуцер Я.

Экран выполняется в виде полого алюминиевого коль­ ца 4. В установившемся положении вес экрана Р уравнове­

шивается электродинамической силой F3 н выталкивающей силой жидкости G. При этом напряжение на выходе датчи­ ка равно нулю. Размеры полости алюминиевого кольца 4 вы­ бираются таким образом, чтобы для жидкостей с плотностью, соответствующей пределу измерения, выталкивающая сила G полностью компенсировала вес экрана Р.

При снижении плотности жидкости выталкивающая сила уменьшается и экран опускается вниз до тех пор, пока не выполняется условие

P — F3 -\-G или A G = P— G— F3 ,

т. е. электродинамическая сила /;э компенсирует лишь часть

веса экрана, обусловленную уменьшением плотности жид­ кости, а, следовательно, п выталкивающей силы G, что важ­ но с матрологнческой.точки зрения, т. к. позволяет повысить чувствительность и точность прибора.

р

18

топровода выполняется полым. Измеряемое давление Р х, прикладываемое через штуцер 8, передается жидкостью воз­ духу, либо другому газу, заключенному в колоколе. Внут­ ренняя полость стержня сообщается с полостью наружного магннтопровода-стакана через отверстие 7. В качестве за­ полнителя датчика используется трансформаторное масло, либо другая жидкость. Заполнение датчика маслом осуще­

нии источника питания колокол при этом находится в верх­ ней части датчика, а выходное напряжение равно нулю. При увеличении давления объем газа в колоколе уменьша­

установившемсяположении вес колокола Р уравновешива­

т. е. электромагнитная сила уравновешивает лишь часть ве­ са колокола, обусловленную уменьшением выталкивающей силы. Это позволяет повысить чувствительность и точность прибора. В положении колокола на выходе датчика имеет­ ся напряжение, пропорциональное приложенному давлению.

В датчике расхода жидкостей (рис. 8) магнитопровод состоит из наружного стакана 1, внутреннего полого стерж­ ня 2 и крышки 3, которая навинчивается на стержень. Здесь алюминиевое кольцо 6 выполняет и роль поршня. Часть жидкости, протекающей внутри полого стержня 2, ответвля­ ется в полость стакана 1, проходя через отверстия 7 и 8, и оказывает на поршень 6 давление, пропорциональное величине расхода жидкости. При отсутствии расхода жид­ кости поршень 6 располагается в нижней части стержня,