Приборы электромагнитной системы

ПРИБОРОВ

Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на механизме втягивания подвижного ферромагнитного сердечника внутрь неподвижной катушки под действием ее магнитного поля, создаваемого в катушке проходящим через нее измеряемым током.

Наиболее широко распространены электромагнитные приборы с плоской катушкой (рис. 1).

Прибор состоит из прямоугольной неподвижной катушки 4, через которую проходит измеряемый ток. Катушка имеет узкую щель, в которую может входить сердечник, выполненный в виде тонкого лепестка 3 из магнитомягкой стали и закрепленной эксцентрично на оси 7 прибора. К этой же оси прикреплены указательная стрелка 2, спиральная пружина 5 и балансировочные грузы 6 и (или) может крепиться поршень воздушного успокоителя. Концы оси прибора удерживаются в подшипниках. Ток I, проходя через витки катушки, создает магнитный поток, который, намагничивая стальной сердечник, втягивает его в катушку, причем тем сильнее, чем больше магнитная индукция поля катушки. При втягивании стального сердечника ось прибора отклоняется и стрелка отклоняется на некоторый угол α.

Электрическая сила, действующая на стальной сердечник и вызывающая его перемещение, может быть выражена через соответствующее этому перемещению изменение энергии магнитного поля:

.

При повороте подвижной части прибора на угол при плече r за счет приложенной силы переменная . Тогда вращающий момент

.

Так как энергия магнитного поля катушки электромагнитного прибора , то при повороте подвижной часта прибора и, естественно, ферромагнитного сердечника изменяется индуктивность L, а значит, и энергия магнитного поля. Поэтому вращающий момент электромагнитного прибора

.

Противодействующий момент, уравновешивающий вращающий момент, пропорционален углу перемещения подвижной части электромагнитного прибора α, т. е. М_ПР = Кα. При установившемся состоянии подвижной части прибора, когда вращающий момент равен противодействующему, имеем M_ВР=M_ПР, или

,

откуда получаем зависимость, описывающую угол перемещения подвижной части электромагнитного прибора:

. (2)

Из выражения (2) видно, что угол перемещения подвижной части прибора, пропорционален квадрату измеряемого тока и изменению индуктивности прибора при повороте его подвижной части, т.е. .

При изменении направления тока в катушке электромагнитного прибора меняются одновременно на противоположные магнитные полюсы ферромагнитного сердечника, вследствие чего направление вращающего момента подвижной части прибора не меняется. Поэтому приборы электромагнитной системы пригодны для измерений в цепях как постоянного, так и переменного токов.

Основные достоинства приборов электромагнитной системы - простота и надежность устройства, высокая перегрузочная способность (сечение провода для катушки может быть взято с запасом), дешевизна и возможность использования для измерений в цепях постоянного и переменного токов.

К недостаткам приборов этой системы можно отнести невысокий класс точности измерений, который обычно не выше 1,0 из-за влияния гистерезиса; относительно большое собственное потребление мощности (в катушках амперметров - до 1 Вт. а в вольтметрах с потреблением мощности в добавочных сопротивлениях - до 6 Вт); неравномерность шкалы (особенно сильно она сжата в начале); низкая чувствительность, из-за чего эти приборы непригодны для измерения малых токов и напряжений; зависимость показаний от внешних магнитных полей, так как собственное поле катушки расположено в воздушной среде и поэтому его индукция незначительна; ограниченность диапазона частот (не выше 8000 Гц).

Необходимо отметить, что приборы электромагнитной системы из-за дешевизны, простоты устройства и большой перегрузочной способности широко используются в промышленных электротехнических устройствах низкой частоты в виде амперметров и вольтметров.

Дата добавления: 2013-12-13