6.5.2. Магнітоелектричні системи.

Магнітоелектричні системи засновані на використанні сил взаємодії магнітного поля постійного магніту і струму в рухливій котушці чи рамці. Системи можуть виконуватися з обертальним (мал. 6.8,а, б) і з поступальним (мал. 6.8,а) рухом рамки.

Сила, що діє на кожну зі сторін рамки в обох випадках, визначається за законом

. (6.32)

Рис. 6.8. Принцип пристрою магнітоелектричних систем реле з обертальним (а, б) і поступальним (в) рухом рамки.

1 - постійний магніт; 2 - рамка з обмоткою; 3 - магнитопровод,

4 - рухливий контакт; 5 - нерухомі контакти; 6 - поворотні пружини.

Загальна сила, що діє на рамку при поступальному її русі,

. (6.33)

Обертаючий момент

, (6.34)

де В_ - індукція, створювана постійним магнітом у повітряному зазорі; I_р - струм у котушці (рамці); w - число витків котушки; l_p - робоча довжина котушки (та частина, що знаходиться в магнітному полі); r - радіус котушки; K₁ і k₂ - коефіцієнти, обумовлені постійними параметрами системи.

Особливостями магнітоелектричних систем є спрямованість дії (при зміні напрямку струму в котушці міняється напрямок сили і моменту) і висока чутливість (магнітоелектричні системи реле можуть бути побудовані на потужність 10^-8 – 10^-10 Вт).

Недоліком є те, що магнітоелектричні системи придатні тільки для постійного струму.

6.5.3. Електродинамічні системи.

Переміщення якоря (рамки) 2 тут здійснюється за рахунок сил взаємодії струму в одному контурі I_р (мал. 6.9) з магнітним полем, створюваним струмами в інших контурах I₁ (3). Системи за принципом роботи аналогічні магнітоелектричним. Вони можуть виконуватися з обертальним чи поступальним рухом рамки (якоря). На відміну від магнітоелектричних електродинамічні системи придатні для роботи, як на постійному, так і на змінному струмі.

Рис. 6.9. Принцип пристрою електродинамічних систем:

а - система з обертальним рухом рамки; б - система з поступальним рухом; в - система без сталі.

Вони можуть виконуватися зі сталлю 1 і без сталі, що дозволяє застосовувати їх при підвищеній частоті. Конструктивні форми електродинамічних систем дуже різноманітні.

Сила, що діє на кожну зі сторін рамки, визначиться тут тим же законом (6.32):

,

де В_1 -індукція в повітряному зазорі, створювана струмом I₁, рівна

, (6.35)

тут R_ - опір магнітного ланцюга.

Якщо знехтувати магнітним опором сталі, то

. (6.36)

Таким чином,

. (6.37)

Сила, що діє на рамку при поступальному її русі,

, (6.38)

a обертаючий момент

, (6.39)

де k₁ і k₂ - коефіцієнти, обумовлені постійними параметрами системи.

При змінному струмі

, ,

середній обертаючий момент

, (6.40)

де  - кут зрушення між струмами I₁ і I_p.

6.5.4. Індукційні системи.

Якщо в змінне магнітне поле, створюване електромагнітною системою 1 (мал. 6.10), помістити струмопровідний контур 2 (диск, барабан), то в контурі буде наведенаі ЕРС трансформації Е и в контурі з'явиться струм I_тр.

Рис. 6.10. Принцип роботи індукційної системи

Взаємодія цього струму з потоком, що його збудив, приведе до появи сили (розташованої в площині диска й обумовленої за правилом лівої руки), перпендикулярної потоку і струму і, що приводить у рух контур (диск). На цьому принципі і засновані індукційні механізми, тобто рушійна сила (момент) в індукційному механізмі виходить у результаті взаємодії змінного струму, індукованого в якомусь провіднику, з змінним потоком, що індукував цей струм.

Якщо потік міняється синусоидально:

, (6.41)

те і миттєва сила

, (6.42)

де с - коефіцієнт пропорційності, що залежить від довжини l провідника зі струмом, площі потоку й обраної системи одиниць, а  - кут зрушення між струмом I і потоком Ф.

Тому що струм і потік міняються в часі, то і напрямок і значення сили будуть мінятися в часі. Нас цікавить середнє значення сили за один період, під дією якої система, що володіє значним моментом інерції, прийде в рух:

. (6.43)

Рис 6.11. Струми трансформації (а) і струми різання (б)

Якщо індуктивність провідника (диска) мала, то струм у провіднику дуже мало зсунутий стосовно ЕРС, а отже, кут  близький до 90°. Середня сила при цьому дуже мала і прагне до нуля. Тому в електродинамічних системах створюють кілька змінних потоків зсунутих в часі і просторі відносно один одного. Виходить що поле як би біжить на зразок поля в короткозамкнутих асинхронних двигунах. При цьому кут  істотно відрізняється від 90⁰ і рушійна сила Р_cр виходить потрібного значення.

Як тільки почнеться рух рухливої системи (диска), у ній індукується новий струм I_рез, названий струмом різання, обумовлений рухом провідника в магнітному полі. Схема струмів трансформації I_тр і струмів різання I_рез під полюсом показана на мал. 6.11. Струми різання, взаємодіючи з магнітним полем, будуть створювати гальмове зусилля, обумовлене за правилом правої руки. Значення гальмового зусилля

, (6.44)

де Вт, - амплітудне значення індукції; l - розмір полюса в напрямку, перпендикулярному руху рухливої системи (тобто довжина лінії струму під полюсом); R - опір струму в рухливій системі; v - швидкість руху рухливої системи, її можна вважати практично постійною.

Таким чином, в індукційній системі рух рухливої частини відбувається під дією різниці двох сил - сили рушійної і сили гальмуючої.

За принципом роботи індукційні системи придатні тільки для змінного струму.