Электродинамические ИМ

Принцип действия электродинамического измерительного механизма основан на взаимодействии магнитных полей двух катушек с током: - неподвижной и подвижной.

На рисунках 5.9 и 5.10 показан электродинамический измерительный механизм его структурная схема.

Этот механизм имеет две неподвижные катушки 1 (см. рис. 6), соединенные последовательно и разделенные воздушным зазором, а также подвижную катушку 2, соединенную со стрелкой посредством оси 3.

Ток к подвижной катушке подводится через пружинки (как и в магнитоэлектрическом механизме), создающие противодействующий момент.

Успокоение создается воздушным или магнитоиндукционным успокоителем 4. При протекании токов, в обмотках катушек измерительного механизма возникает момент, поворачивающий подвижную часть. Электромагнитная энергия двух катушек с токами будет равна:

где L₁ и L₂ – индуктивности неподвижной и подвижной катушек;

M_1,2 – взаимоиндуктивность неподвижной и подвижной катушек;

i₁ и i₂ – токи в катушках.

В этих механизмах индуктивность L₁ и L₂ не зависит от угла поворота подвижной части, поэтому вращающий момент, равный как отношение производной от электромагнитной энергии W_эм по углу отклонения a будет равен:

При протекании через катушки постоянных токов вращающий момент будет равен:

При протекании через катушки переменных токов синусоидальной формы и , средней вращающий момент будет равен:

где I₁ и I₂ – действующее значение токов;

y - угол сдвига фаз между токами I₁ и I₂

Из равенства между вращающим и противодействующим найдем угол отклонения подвижной части.

Для постоянного тока угол a будет равен:

Для переменного тока:

Достоинства электродинамических измерительных механизмов:

- работа в цепях постоянного и переменного тока с частотой до 10Гц;

- значительная точность измерений;

- стабильность показаний.

Недостатки:

- воздействие внешних магнитных полей;

- низкая чувствительность по сравнению с магнитоэлектрическими механизмами

- большая собственная потребляемая мощность

- малая прегрузочная способность

- относительно сложная конструкция

- дорога в изготовлении

11 Ферродинамические ИМ

Механизмы ферродинамической системы отличаются от электродинамических тем, что неподвижная катушка имеет магнитопровод из магнитного листого материала. На рисунке 5.11 и 5.12 показана схема ферродинамического измерительного механизма его структурная схема.

Благодоря наличию магнитопровода 2, магнитное поле, и следовательно вращающий момент существенно возростает. Поэтому магнитодвижущая сила катушки возростает и, поэтому сильно уменьшается собственное потребление мощности механизма.

Подвижная катушка выполняется бескаркасной во избежания появления в каркасе индуцированных токов.

Собственное магнитное поле в ферродинамическом механизме очень сильное, поэтому внешние магнитные поля оказывают слабое воздействие, тем более, что магнитопровод является своеобразным экраном.

Успокоители могут быть магнитоиндукционными или жидкостными. Наличие сердечников вызывает дополнительную погрешность; обусловленную гистерезисом.

Несмотря на то, что в ферродинамическом механизме сердечник набирается из пластин электродинамической стали или пермалоя, которые для уменьшения погрешности изолируются, данный механизм менее точен, чем электродинамический.

Формулы погрешности для электродинамических механизмов справедливы для ферродинамических механизмов. Но т.к. в воздушном зазоре, где перемещается подвижная катушка, магнитное поле равномерное и радиальное, то отношение

Тогда формула вращающего момента для электродинамического механизма для данной системы,будет иметь вид:

;

где С – коэффициент, определяемый конструкцией прибора и выбором системы единиц;

В₁ – индукция магнитного поля создаваемая током I₁;

q - угол между I₂ и В_1.

Ток I₁заменим на индукцию В₁ в этой формуле, так как они прямо пропорциональны. Угол сдвига между током I₁ и индукцией В₁очень мал, поэтому формула момента вращения примет вид:

;