Тема 4: Магнітоелектричні механізми та пристрої

Магнітоелектричний механізм (рис. з) складається з постійного магніту 2, магнітопроводу 1, полюсних наконечників 4 та циліндричного осердя 5. В робочому зазорі між осердям та полюсними наконечниками утворюється рівномірне радіальне магнітне поле з індукцією В. Рухома котушка 6, виконана з тонкого ізольованого дроту, поміщена в робочому зазорі і укріплена на осях. Кінці обмотки електричноз'єднані з спіральними пружинами 3, по яких вимірювальний струм І протікає в котушку.

Рисунок 3

При наявності струму на активну довжину L витка обмотки діє сила F, рівна, згідно закону Ампера F:

F = В І ω L,

де ω – число витків обмотки.

Під дією пари таких сил, на обидві активні сторони котушки, утворюється обертальний момент

М_об = 2F*b/2 = Bl ω I = Bs ω I = Ф ω I = ψ ₀ I ,

де b і s – ширина та площа котушки (s = b*l) ;

Ф – магнітний потік ;

Ψ ₀ – постійна приладу, рівна потоку зчеплення котушки.

З останнього виразу видно, що обертальний момент прямо пропорційний струму. З урахуванням виразу М_об ⁼ М_пр кут повороту указника α також пропорційний струму І.

α = s_i *I, де s_i = ψ ₀ / k – чутливість вимірювального механізму за струмом–величина постійна.

Магнітоелектричні прилади, в яких використовується магнітоелектричні вимірювальні механізми, використовують для вимірювання постійних струмів (амперметри), напруги (вольтметри), опорів (омметром) та інші.

Магнітоелектричні амперметри та вольтметри мають високу точність, рівномірну шкалу, мале споживання енергії.

До недоліків цих приладів відносять: непридатність до роботи в колах змінного струму, чутливість до перевантаження і залежність показань від навколишньої температури.

Магнітоелектричні прилади мають високу чутливість і тому широко використовуються як нулеві індикатори при вимірюваннях в мостових і компенсаційних колах постійного струму. їх використовують також в якості лабораторних та щитових приладів на електростанціях та інших енергетичних підприємствах.

Магнітоелектричні прилади, разом з різними перетворювачами змінного струму в постійний, призначені для вимірювання в колах змінного струму. До таких відносять випрямляючі та термоелектричні прилади.

Тема 5 : Електромагнітні механізми та пристрої

Електромагнітний механізм (рис.4) складається з нерухомої котушки 1 і укріпленої на осі 4 рухомої пластини 2 із магнітом'якого матеріалу.

Рисунок 4

Коли через котушку проходить струм І, утворюється магнітне поле, яке намагнічує феромагнітну пластину і вона втягує в себе котушки. Створюваний при цьому момент пропорційний квадрату струму М_об = сI². Протидіючий момент М _пр = k*а, утворюється спіральною пружиною 3. З урахуванням М _об = М _пр, а = c_i * І² , де с і c_i – постійні коефіцієнти.

Електромагнітні пристрої, побудовані на базі електромагнітних вимірювальних механізмів, використовуються для вимірювання в колах постійного та змінного струму як амперметри, вольтметри та фазометри. Вони є одними з самих поширених щитових приладів для вимірювання в колах змінного струму (прості за конструкцією; не мають струмопровідних частин, порівняльна добре переносять перевантаження). Недоліками цих приладів є: невисока точність, велике власне споживання енергії (до 10 Вт), обмежений діапазон частоти, чутливість до зовнішніх магнітних полів. Щитові амперметри випускають точністю 1,0; 1,5; 2,5 класів на струми прямого включення до 300 А та до 15 кА з трансформаторами струму. Щитові вольтметри тих же класів точності випускають при напрузі до 600 В з прямим включенням та до 750 кВ з трансформаторами напруги. Крім механізму з плоскою котушкою існують механізми з круглою котушкою та з магнітопроводом.