Приборы электромагнитной системы

Работа приборов электромагнитной системы основана на использовании силы взаимодействия магнитного поля, создаваемого катушкой, по которой проходит измеряемый ток, и намагниченного им сердечника.

Существует несколько конструктивных форм выполнения приборов электромагнитной системы. Наибольшее распространение имеют три типа: приборы с плоской катушкой, приборы с круглой катушкой и приборы с магнитопроводом.

Рассмотрим устройство и принцип работы на примере прибора с плоской катушкой (рис. 56).

Рисунок 56. Устройство электроизмерительного прибора электромагнитной системы с плоской катушкой

Измеряемый ток проходит по неподвижной катушке 1 и создает магнитное поле. Катушка имеет узкое окно, против которого на подвижной оси эксцентрично закреплен сердечник (пластинка) 2 из магнито-мягкой стали, имеющей форму сектора или эллипса.

Магнитным полем катушки сердечник намагничивается и втягивается электромагнитной силой внутрь катушки, вызывая поворот стрелки прибора, укрепленной на одной оси с сердечником. Стрелка перемещается по шкале прибора, и по величине ее отклонения можно судить о величине измеряемого тока. Противодействующий момент создается спиральными пружинками 3 или растяжками. Успокоение колебаний подвижной части осуществляется воздушным демпфером 4. Он состоит из цилиндра и поршня, шток которого связан с подвижной осью. Сопротивление воздуха перемещению поршня в цилиндре обеспечивает быстрое установление стрелки на определенном делении шкалы.

При токе I в катушке подвижная часть прибора перемещается на угол , положение сердечника 2 внутри катушки изменяется, вследствие чего изменяется индуктивность и энергия магнитного поля катушки:

W_{M = LI} ²                        (5.5)

Изменение энергии магнитного поля, вызванное перемещением подвижной части механизма, определяющее вращающий момент

 

.                     (5.6)

 

При установившемся отклонении подвижной части прибора вращающий момент равен противодействующему моменту:

 

.

Или:

          (5.7)

 

где:        С - удельный момент закручивания пружинки.

Из уравнения (5.7) найден угол перемещения подвижной части прибора:

α=      (5.8)

 

Выражение (5.8) показывает, что угол отклонения  пропорционален квадрату измеряемого тока и производной индуктивности катушки по . Поэтому шкала этих приборов неравномерная, а именно в начальной части шкалы деления сильно сжаты.

Электромагнитные приборы могут применяться как на постоянном токе, так и на переменном токе, т.к. с изменением направления тока в катушке меняется как направление магнитного потока, так и полярность сердечника, при этом направление вращающего момента остается неизменным.

Достоинствами приборов электромагнитной системы являются:

1. простота и надежность конструкции;

2. способность выдерживать большие перегрузки;

3. возможность использования в цепях постоянного и переменного тока.

Недостатками приборов электромагнитной системы являются:

1. неравномерность шкалы;

2. малая чувствительность;

3. малая точность, класс точности не выше 1,0;

4. влияние внешних магнитных полей;

5. большое потребление мощности.

Приборы электромагнитной системы благодаря простоте конструкции и высокой надежности получили самое широкое распространение, главным образом, в качестве технических приборов для измерения переменных напряжений и токов.