Кафедра электроэнергетики и электротехники

ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА

Отчет по ИИТ:

«Магнитоэлектрический измерительный механизм».

г. Владивосток

Устройство и принцип действия. Магнитоэлектрический измерительный механизм (рис. 1,а) выполнен в виде постоянного магнита 1, снабженного полюсными наконечниками 2, между которыми укреплен стальной сердечник 3. В кольцеобразном воздушном зазоре, образованном полюсными наконечниками и сердечником, помещена подвижная катушка 5, намотанная на алюминиевый каркас 6 (рис. 1,б). Катушка выполнена из очень тонкого провода и укреплена на оси, связанной со стрелкой спиральными пружинами 4 или растяжками. Через эти же пружины или растяжки осуществляется подвод тока к катушке.

Рис. 1. Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма

Магнитоэлектрические измерительные механизмы.В магнито­электрических измерительных механизмах вращающий момент со­здается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля 'проводника с током, выполняемого обычно в виде катушки — рамки.

Обратимся к рассмотрению принципа действия магнитоэлектри­ческих измерительных механизмов.

Рис.2 Подвижная катушка в радиальном магнитном поле.

На рис. 2 показана подвижная рамка измерительного меха­низма, находящаяся в равномерном радиальном магнитном поле. При протекании по обмотке рамки тока возникают силы F , стре­мящиеся повернуть рамку так, чтобы ее плоскость стала перпенди­кулярной к направлению О₁ — 0₂ . При равенстве вращающего и противодействующего моментов подвижная часть останавли­вается.

Для получения зависимости между углом отклонения и током в рамке обратимся к уравнению (3.1), которое применительно к на­шему случаю представляется так:

(3.5) где Ф — поток, сцепляющийся с обмоткой рамки; I — ток в обмотке рамки.

Величина Ф может быть подсчитана как произведение индукции В в воздушном зазоре, числа витков W обмотки рамки и суммы площадей двух боковых поверхностей, опи­санных активными сторонами подвиж­ной катушки при ее повороте на угол от нейтрального положения (оси О₁ — O₂ ).

В соответствии с рис. 3.1 активными сторонами обмотки рамки будут являть­ся стороны, расположенные в плоско­сти, перпендикулярной рисунку. Сто­роны рамки, находящиеся в плоскости рисунка, при своем движении скользят вдоль силовых линий, не пересекая их, и поэтому не будут участ­вовать в создании вращающего момента. Следовательно,

Ф = B 2 r*l*w*a ,

где r— радиус рамки относительно оси вращения; / — длина рамки; а — угол отклонения рамки от нейтрального положения. Обозначив площадь катушки через s, можем написать

Ф = B*S*w*a .

Подставляя это выражение в формулу (3.5) и дифференцируя его, получим

(3.6)

Так как противодействующий момент создается упругими эле­ментами, то можно воспользоваться формулой (3.2) и для режима установившегося отклонения написать

откуда

(3.7)

Как видно из выражения (3.7), при перемене направления тока в обмотке рамки меняется на обратное и направление отклонения подвижной части.

Для получения отклонения указателя в нужную сторону необ­ходимо при включении прибора соблюдать указанную на приборе полярность.

Из выражения (3.7) и определения понятия чувствительности следует, что для магнитоэлектрических измерительных механизмов и, следовательно, для магнитоэлектрических приборов чувствитель­ность

(3.8)

Из уравнения (3.8) видно, что чувствительность магнитоэлектри­ческого прибора не зависит от угла отклонения и постоянна по всей шкале; отсюда следует, что магнитоэлектрические приборы имеют равномерную шкалу. Это позволяет выпускать их комбинирован­ными и многопредельными.

Магнитоэлектрические приборы относятся к числу наиболее точных. Они изготовляются вплоть до класса точности 0,1. Высокая точность этих приборов объясняется рядом причин. Наличие равно­мерной шкалы уменьшает погрешности градуировки и отсчета. Благодаря сильному собственному магнитному полю влияние по­сторонних полей на показания приборов весьма незначительно. Внешние электрические поля на работу приборов практически не влияют. Температурные погрешности могут быть скомпенсированы с помощью специальных схем.

Большим достоинством магнитоэлектрических приборов яв­ляется высокая чувствительность. В этом отношении магнитоэлек­трические приборы не имеют себе равных. Известны магнитоэлек­трические микроамперметры с током полного отклонения 0,1 мкА (например, типа М95, класса точности 1,0).

Благодаря этим достоинствам магнитоэлектрические приборы применяют с различными преобразователями переменного тока в постоянный для измерений в цепях переменного тока.

К недостаткам магнитоэлектрических приборов следует отнести несколько более сложную и дорогую конструкцию, чем, например, конструкция электромагнитных приборов, невысокую перегрузоч­ную способность (при перегрузке обычно перегорают токоподводящие пружинки или растяжки для создания противодействующего момента) и, самое главное, отмеченную выше возможность приме­нения в качестве амперметров и вольтметров лишь для измерений в цепях постоянного тока (при отсутствии преобразователей).

Магнитоэлектрические измерительные механизмы с механи­ческим противодействующим моментом используются главным образом в амперметрах, вольтметрах и гальванометрах, а также в не­которых типах омметров.

Рассмотрим особенности устройства измерительных механизмов магнитоэлектрических логометров.

Как было указано выше, в логометрах противодействующий момент создается не механическим путем, а электрическим. Для этого в магнитоэлектрическом логометре (рис. 3.2) подвижная часть выполняется в виде двух жестко скрепленных между собой рамок 1 и 2, по обмоткам кото­рых протекают токи I₁ и I₂ . Пружинки для создания механического противодействующего момента не ставятся, а ток к обмоткам подво­дится с помощью безмоментных токопрово­дов, выполняемых в виде тонких неупругих металлических ленточек.

Рис.3 Устройства измерительного механизма магнитоэлектрического логомера

Направления токов в обмотках выбира­ются так, чтобы моменты М₁ и М₂ , создавае­мые рамками, действовали навстречу друг другу. Один из моментов вращающий, а вто­рой — противодействующий. Хотя бы один из моментов должен зависеть от угла поворота. Значит, один (или несколько) из параметров, определяющих значение момента, должен являться функцией угла а. Технически наиболее просто сделать зависящей от угла поворота индукцию Л. Для этого магнитное поле в зазоре должно быть неравномерным, что дости­гается неравномерностью зазора (с этой целью сердечник на рис. 3.2 сделан эллипсоидальным).

В общем виде выражения для моментов М ₁ и М₂ могут быть записаны так:

где и — функции, выражающие закон изменения индукции для рамок 1и2 при перемещении их в зазоре. При установившемся равновесии моменты М ₁ и М₂ равны, т. е.

откуда

Выражение для угла поворота можно представить так:

(3.9)

Из выражения (3.9) видно, что отклонение подвижной части логометра зависит от отношения токов в его обмотках.

Измерительные механизмы магнитоэлектрических логометров применяют прежде всего в омметрах.

Применение прибора. Приборы магнитоэлектрической системы применяют для измерения тока и напряжения в электрических цепях постоянного тока. В частности, на э.п.с. и тепловозах их используют в качестве амперметров и вольтметров. В амперметрах и вольтметрах катушка прибора имеет различное сопротивление и включается по различным схемам (см. § 101).

Для уменьшения проходящего по катушке тока и компенсации влияния температуры на показания прибора в вольтметрах последовательно с катушкой включают добавочный резистор, который обычно встраивается в корпус прибора. Сопротивление этого резистора значительно больше сопротивления катушки, и он выполнен из материала, электрическое сопротивление которого весьма мало зависит от температуры (константан, манганин и пр.). В амперметрах параллельно катушке прибора часто включают образцовый резистор, называемый шунтом.

Сопротивление шунта значительно меньше сопротивления катушки прибора, вследствие чего измеряемый ток в основном проходит по шунту. Шунты и добавочные резисторы служат для расширения пределов измерения приборов.

Из принципа действия магнитоэлектрического прибора следует, что направление отклонения его стрелки зависит от направления тока I, проходящего по катушке. Следовательно, при включении этих приборов в цепь постоянного тока должна быть соблюдена правильная полярность, при которой стрелка отклоняется в требуемую сторону. Для переменного тока магнитоэлектрические приборы непригодны, так как при питании катушки переменным током среднее значение создаваемого ею вращающего момента равно нулю и стрелка прибора будет стоять на нуле, испытывая чуть заметные колебания.

Достоинством приборов магнитоэлектрической системы являются равномерность шкалы, высокая точность и независимость показаний от посторонних магнитных полей. К недостаткам их относятся непригодность для измерения переменного тока, необходимость соблюдения полярности при включении и чувствительность к перегрузкам (при перегрузке тонкая проволока катушки и спиральные пружины, подводящие к ней ток, могут сгореть).

Отличительные особенности. Равномерная шкала, хорошее успокоение, высокие точность ичувствительность, малое потребление мощности; они чувствительны к перегрузкам, к механическимсотрясениям и ударам и малочувствительны к влияниям внешних магнитных полей и окружающей температуры.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: