МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Общие сведения.

Магнитоэлектрические приборы состоят из магнитоэлектрического измерительного механизма с отсчетным устройством и измерительной цепи. Эти приборы применяют для измерения постоянных токов и напряжений (амперметры и вольтметры), сопротивлений (омметры), количества электричества (баллистические гальванометры и кулонметры). Магнитоэлектрические приборы применяют также для измерения или индикации малых токов и напряжений (гальванометры). Кроме того, магнитоэлектрические приборы используют для регистрации электрических величин (самопишущие приборы и осциллографические гальванометры).

Измерительный механизм.

Вращающий момент в измерительном механизме магнитоэлектрического прибора возникает в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля катушки с током. Применяют магнитоэлектрические механизмы с подвижной катушкой и с подвижным магнитом. Наиболее распространен механизм с подвижной катушкой.

На рис. 5-8 показано устройство магнитоэлектрического измерительного механизма с подвижной катушкой, где 1 — постоянный магнит, 2 — магнитопровод, 3 — полюсные наконечники, 4 — неподвижный сердечник, 5 — спиральная пружинка, 6 — подвижная катушка, 7 — магнитный шунт, 8 — указатель. Ток к подвижной катушке подводится через две спиральные пружинки. При протекании тока через подвижную катушку возникает вращающий момент, мгновенное значение которого определяется выражением (5-8).

Энергия электромагнитного поля, сцепляющегося с подвижной катушкой, где — потокосцепление подвижной катушки; В — индукция в воздушном зазоре между сердечником и полюсными наконечниками; — площадь катушки; — число витков обмотки катушки; а — угол поворота катушки.

Рис. 5-8. Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма

Рис. 5-9. Устройство логометрического магнитоэлектрического измерительного механизма

Мгновенный вращающий момент

Если ток синусоидальный то вращающий момент При этом в соответствии с формулой (5-13) работа механизма зависит от соотношения частоты тока со и частоты собственных колебаний подвижной части механизма . У измерительных механизмов магнитоэлектрических амперметров, вольтметров, омметров период собственных (свободных) колебаний подвижной части примерно одна секунда Следовательно, отклонение подвижной части измерительного механизма при частоте тока более 10 Гц практически равно нулю. В диапазоне частот до 10 Гц подвижная часть колеблется с частотой входного тока, причем максимальное отклонение зависит от частоты. Поэтому приборы с такими измерительными механизмами применяют в цепях постоянного тока.

При протекании через катушку постоянного тока вращающий момент

Если противодействующий момент создается упругими элементами, то, использовав соотношения (5-10), (5-11) и (5-14), получим

где — чувствительность измерительного механизма к току.

Из выражения (5-15) следует, что при постоянной индукции В в зазоре угол отклонения подвижной катушки пропорционален току в катушке, а знак угла отклонения меняется при изменении направления тока.

Магнитный шунт 7 в виде пластины из ферромагнитного материала (см. рис. 5-8) используют для регулировки индукции в воздушном зазоре механизма путем перемещения шунта. При этом происходит перераспределение магнитных потоков через воздушный зазор и шунт. Это необходимо, например, для изменения чувствительности механизма.

В магнитоэлектрических логометрических измерительных механизмах подвижная часть выполняется в виде двух жестко скрепленных между собой катушек 1 и 2, по обмоткам которых протекают токи (рис. 5-9). Ток к катушкам подводится с помощью металлических лент, практически не имеющих противодействующего момента. Моменты создаваемые взаимодействием магнитного поля постоянного магнита и токов катушек, направлены навстречу друг другу. Так как хотя бы один из моментов должен зависеть от угла поворота подвижной части, то для этого, например, зазор выполняют неравномерным.

В этом случае при равенстве моментов откуда получаем

В магнитоэлектрических механизмах осуществляется магнитоиндукционное успокоение за счет взаимодействия токов, наводимых в дюралюминиевом каркасе подвижной катушки при ее перемещении, и поля постоянного магнита и за счет взаимодействия токов, наводимых в цепи катушки, и поля магнита.

Магнитоэлектрические измерительные механизмы имеют некоторые особенности, которые придают магнитоэлектрическим приборам определенные положительные свойства. Магнитоэлектрические измерительные механизмы имеют высокую чувствительность и малое собственное потребление энергии, имеют линейную и стабильную номинальную статическую характеристику преобразования что объясняется стабильностью свойств применяемых материалов. У этих механизмов отсутствует влияние электрических полей и мало влияние магнитных полей из-за достаточно сильного поля в воздушном зазоре Однако эти механизмы имеют малую перегрузочную способность по току, относительно сложны и дороги. Недостаток их также в том, что обычные механизмы реагируют только на постоянный ток.