Ustrój elektromagnetyczny.pdf

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

___________________________________________________________

Laboratorium Miernictwa Elektrycznego

Ustrój elektromagnetyczny

Instrukcja do wiczenia

Nr 18

_______________________________________________

Białystok 1998

wicz. Nr 18 Ustrój elektromagnetyczny

1. Wprowadzenie

strój elektromagnetyczny (EM) jest podstawowym przetwornikiem

elektromechanicznym stosowanym do budowy przyrz dów pomiarowych

pr du zmiennego, takich jak amperomierze, woltomierze, cz

sto

cio-

mierze wibracyjne, fazomierze.

Jego podstawowym elementem konstrukcyjnym jest nieruchoma cewka powietrzna,

za organem ruchomym w najprostszym przypadku - niewielkich rozmiarów

blaszka ze stali magnetycznie mi kkiej. Szkic jednej ze spotykanych konstrukcji

ustroju EM przedstawiony jest na rysunku 1.

1 - cewka, 2 - rdze

nieruchomy, 3 - rdze

ruchomy,

Rys.1. Schemat budowy ustroju elektromagnetycznego

wicz. Nr 18 Ustrój elektromagnetyczny

Wewn trz płaskiej cewki cylindrycznej znajduje si para ruchomych i druga

para nieruchomych blaszek ferromagnetycznych, nazywanych z pewn przesad

rdzeniami ruchomymi i nieruchomymi ustroju (rys.1). Gdy przez cewk przepływa

pr d, jego pole magnetyczne magnesuje zarówno rdzenie ruchome jak i nieruchome,

przymocowane trwale do cewki. Bez wzgl du na kierunek pr du obie pary rdzeni s

magnesowane „jednoimiennie” i zawsze odpychaj si . Kierunek obrotu organu

ruchomego a wraz z nim wskazówki nie zale y wi c od kierunku pr du w cewce, z

czego wynika, e ustrój EM działa poprawnie zarówno przy pr dzie zmiennym jak i

stałym. Rysunek 2 ilustruje zasad

oddziaływania na siebie rdzeni nieruchomych i

ruchomych.

Rys.2. Ilustracja wzajemnego oddziaływania rdzeni przy ró

nie skierowanych

liniach pola magnetycznego cewki

Strumie magnetyczny pochodz cy od pr du cewki ustawia dipole

magnetyczne w tym samym kierunku w obu rdzeniach, co powoduje ich odpychanie

bez wzgl

du na zwrot linii sił pola magnetycznego.

wicz. Nr 18 Ustrój elektromagnetyczny

Moment nap dowy

Bez dowodu podamy wyra enie na moment nap

dowy M N wywołany

przepływem przez cewk

du stałego,

I dL

(1)

gdzie:

I - nat enie pr

du w cewce

L - indukcyjno

własna cewki

a - k

t obrotu organu ruchomego ustroju

Tak

sam

posta

ma to wyra enie w przypadku, gdy przez cewk

płynie

d sinusoidalny o warto

ci skutecznej I sk ,

I dL

(2)

Moment zwrotny wytwarzany jest, tak jak w wielu innych ustrojach przez

dwie spr yny spiralne lub nitki spr yste i wyra a si

prost

zale no

= a

(3)

gdzie:

k z - stała zwracania, okre

lona przez wymiary ta

my, z której

zostały nawini

te spr yny oraz moduł Younga materiału

a - k

t obrotu organu ruchomego ustroju

Przypomnimy w tym miejscu, e rola momentu zwrotnego polega na

równowa eniu momentu nap

dowego w taki sposób, aby funkcja przetwarzania

ustroju była

le monotoniczna, to znaczy aby ka dej warto

ci pr

du odpowiadała

jedna i tylko jedna warto

ta obrotu organu ruchomego.

W stanie ustalonym oba momenty decyduj

ce o istnieniu przyrz

pomiarowego musz

sobie równe, przyrównajmy wi

c do siebie zale no

ci (1)

i (3)

wicz. Nr 18 Ustrój elektromagnetyczny

k z

(4)

sk d łatwo otrzymamy wyra

enie b

d ce funkcj przetwarzania ustroju elektro-

magnetycznego,

(5)

Przyrównuj c analogicznie zale

ci (2) i (3), dostaniemy funkcj

przetwarzania w przypadku przepływu przez cewk

pr du zmiennego,

(6)

Funkcja przetwarzania, zarówno (5) jak i (6) jest nieco zawiła. Gdyby

pochodna indukcyjno

ci własnej wzgl

dem k ta obrotu miała warto

stał , to

= const, wtedy k t odchylenia byłby kwadratow funkcj pr du, co

oznaczałoby nieliniow podziałk

mierników zbudowanych w oparciu o ustrój

elektromagnetyczny. Indukcyjno

własna cewki zmienia si

jednak wraz z k tem

, albowiem wraz z przemieszczaniem si

rdzeni ruchomych (rys. 1), indukcyjno

własna wzrasta. Rozmieszczenie materiału magnetycznego wewn trz cewki staje si

bowiem bardziej równomierne, co powoduje silniejsze skupianie si

linii sił pola

indukcyjno ci własnej w funkcji k ta obrotu

została umiej tnie wykorzystana przez konstruktorów do linearyzacji funkcji

przetwarzania ustroju EM i uzyskiwania przynajmniej cz

ciowo równomiernej

podziałki. Przez odpowiednie kształtowanie rdzeni oraz cewki, udaje si uzyska

liniow podziałk laboratoryjnych mierników elektromagnetycznych pocz wszy od

ok. 10% ich zakresu pomiarowego. W tym celu indukcyjno

własna cewki rosn

musi szybciej na pocz tku, wolniej za dla wi kszych warto ci k ta obrotu organu

ruchomego. Uzyskanie liniowej podziałki w całym zakresie pomiarowym jest

niemo liwe, wymagałoby to bowiem, aby dla k ta obrotu równego zeru

indukcyjno

ta osi gała warto

„-¥.”

Wykazuje si

e k t

zale

y od kwadratu amperozwojów cewki. Istotnie,

jak wiadomo, indukcyjno

własna cewki zale

y mi

dzy innymi od kwadratu liczby

zwojów z, mo

na wi

c j przedstawi

nast

puj co,

znaczy dL/d

magnetycznego wokół niej. Zmienno

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: