Прибор электромагнитной системы

Работа приборов электромагнитной системы основана на взаимо­дейст­вии магнитного поля, созданного неподвижной катушкой, по обмотке которой протекает измеряемый ток, с одним или несколькими ферромагнит­ными сердечниками, эксцентрично укрепленными на оси. Наибольшее рас­пространение получили измерительные механизмы с плоской катушкой, с круглой ка­тушкой и с замкнутым магнитопроводом.

Измерительный механизм с плоской катушкой (рисунок 3) состоит из катушки 1 с обмоткой из медного про­вода, имеющей воздушный зазор, и сер­дечника 2. Сер­дечник из ферромагнитного материала с высокой маг­нитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой укрепляется на оси с опорами 3 или на растяжках. Про­тиводействующий момент создается спиральной пружи­ной или растяжками. Успокоение магнитоиндукционное или жидкост­ное.

 

Рисунок 3 – Электромагнитный механизм с плоской катушкой

 

В механизмах с круглой катушкой неподвижный сер­дечник и подвиж­ный, укрепленный на оси, располага­ются внутри катушки. При протекании тока в обмотке катушки оба сердечника намагничиваются одноименно и от­талкиваются друг от друга. Поэтому подвижный сер­дечник вместе с осью и другими деталями, укрепленными на ней, поворачивается на некото­рый угол.

Механизмы с замкнутым магнитопроводом (рисунок 4) являются более совершенными.

Катушка 1 расположена на неподвижном магнитопроводе 3 с двумя парами полюсных наконечников 4 и 5, магнитопровод и полюсные наконеч­ники выполнены из магнитомягкого материала. Подвижный сердечник 2 из магнитомягкой стали или пермаллоя, укрепленный на растяжках, может пе­ремещаться в зазоре между полюс­ными наконечниками. Успокоение жидко­стное.

Рисунок 4 – Электромагнитный измерительный механизм с замкнутым магни­топроводом

 

Достоинства электромагнитных механизмов – пригодность для работы на постоянном и переменном токе, устойчивость к токовым перегрузкам (т.к. в них нет токонесущих подвижных частей), простота конструкции, деше­визна.

Недостатки приборов электромагнитной системы – неравномерная шкала, влияние внешних магнитных полей на механизмы без магнитопровода и большое собственное потребление мощности.

 

Приборы электродинамической и ферродинамической сис­темы

Работа измерительных механизмов электродинамиче­ской системы (ри­сунок 5 и 6) основана на взаимодей­ствии магнитных полей двух катушек с токами – не­подвижной 1 и подвижной 2. Подвижная катушка, укрепленная на оси или растяжках, может поворачи­ваться внутри неподвижной. При проте­кании в обмотках катушек токов i₁ и i₂ возникают электромагнитные силы, стремящиеся так повернуть подвижную часть, чтобы магнитные потоки под­вижной и неподвижной катушек совпали.

 

Рисунок 5 – Схема устройства измерительного механизма электродинамиче­ской системы

 

Рисунок 6 – Электродинамический измерительный механизм

Неподвижная катушка 1 обычно выполняется из двух одинаковых час­тей, разделенных воздушным зазо­ром. Благодаря этому обеспечиваются тре­буемая конфи­гурация магнитного поля и удобство расположения оси. Не­под­вижная и подвижная катушки механизма (обычно бескаркасные) имеют круг­лую или прямоугольную фор­му и изготавливаются из медного или алю­ми­ниевого провода. Подвижная катушка укрепляется на опорах или растяж­ках. Для подвода тока к подвижной катушке используются спиральные пру­жины или растяжки. При­меняются стрелочные или световые указатели.

Наличие двух катушек в электродинамическом измерительном меха­низме дает возможность включать каждую из них в отдельную электриче­скую цепь. Это позволяет использовать электродинамические измерительные механизмы не только для измерения тока и напряжения, но и также для изме­рения величин, пропорциональных их произведению, например, мощность.

При использовании электродинамического измерительного механизма для измерения тока до 0,5 А подвижную и неподвижную катушки включают последовательно. В этом случае отклонение подвижной части механизма пропорционально квадрату тока. Соответствующим подбором конструкций подвижной и неподвижной катушек удается получить приблизительно рав­номерную шкалу за исключением начальной части, которая считается нера­бочей.

В электродинамических амперметрах на токи больше 0,5 А неподвиж­ную катушку делают секционированной и для получения второго предела измерения переключают секции с последовательного соединения на парал­лельное.

При использовании электродинамического измерительного механизма для измерения напряжения подвижную и неподвижную катушки соединяют последовательно с добавочными сопротивлениями из манганина для получе­ния пределов измерения.

Когда электродинамический механизм используется в качестве ваттметра, подвижную катушку 2 включают параллельно нагрузке, а непод­вижную катушку – последовательно с нагрузкой. Шкала электродинамиче­ского ваттметра практически равномерна. Измерение мощности можно про­извести в цепях постоянного и переменного тока.

Собственное магнитное поле электродинамических механизмов, сило­вые линии которого замыкаются по воздуху, невелико. На электродинамиче­ские механизмы влияют внешние магнитные поля. Для защиты от них приме­няется экранирование.

Основными достоинствами электродинамических ме­ханизмов явля­ются одинаковые показания на постоянном и переменном токе (при последо­вательном соединении катушек), что позволяет с большой точностью градуи­ро­вать их на постоянном токе, а также стабильность показаний во времени.

Недостатками электродинамических механизмов являются невысокая чувствительность, большое собственное потребление мощности, чувстви­тельность к перегрузкам.

Механизмы ферродинамической системы отличаются от рассмотрен­ных электродинамических механизмов тем, что неподвижная катушка имеет магнитопровод из магнитомягкого листового материала.

На рисунке 7 изображены две конструкции ферродинамических меха­низмов – однокатушечная и двухкатушечная. Благодаря наличию магнито­провода магнитный поток и, следовательно, вращающий момент существенно возрастают, поэтому магнитодвижущая сила катушки может быть снижена и, следовательно, уменьшено собственное потребление мощности механизма.

Собственное магнитное поле в ферродинамических ме­ханизмах силь­ное, поэтому внешние магнитные поля на них влияют слабо. Конструкции механизмов, изображен­ные на рисунке 7, особенно хорошо защищены, так как магнитопровод одновременно является экраном. Успокоители применя­ются магнитоиндукционные и жид­костные.

Наличие магнитопровода обусловливает появление погрешности от гистерезиса и вихревых токов, поэтому ферродинамические приборы об­ладают большей основ­ной погрешностью, чем электродинамические.

Неподвижная катушка 1 (рисунок 6) в ферродинамическом механизме располагается на магнитопроводе, а подвижная катушка 2, укрепленная на оси, перемеща­ется в воздушном зазоре с равномерным и радиальным магнит­ным полем.

 

а б

 

Рисунок 7 – Конструкции ферродинамических механизмов

а – однокатушечный, б – двухкатушечный

 

Достоинствами ферродинамических приборов явля­ются меньшая, чем у электродинамических, восприимчи­вость к внешним магнитным полям, меньшее собственное потребление мощности, больший вращающий момент. Однако точность и частотный диапазон у них ниже, чем у электродинамиче­ских.

Указанные свойства ферродинамических приборов оп­ределяют об­ласть их применения – в качестве щитовых и переносных приборов перемен­ного тока, а также в ка­честве самопишущих приборов.