Ustrój elektromagnetyczny, Elektronika, Artykuły, Technika Pomiarow

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA
WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY
___________________________________________________________
Laboratorium Miernictwa Elektrycznego
Ustrój elektromagnetyczny
Instrukcja do
wiczenia
Nr 18
_______________________________________________
Białystok 1998
wicz. Nr 18 Ustrój elektromagnetyczny
2
1. Wprowadzenie
U
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.
2
1
3
3
2
~
1 - cewka, 2 - rdze
nieruchomy, 3 - rdze
ruchomy,
Rys.1. Schemat budowy ustroju elektromagnetycznego
2
wicz. Nr 18 Ustrój elektromagnetyczny
3
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.
S
N
S
N
N
S
N
S
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
si
bez wzgl
du na zwrot linii sił pola magnetycznego.
3
wicz. Nr 18 Ustrój elektromagnetyczny
4
Moment nap
dowy
Bez dowodu podamy wyra
enie na moment nap
dowy M
N
wywołany
przepływem przez cewk
pr
du stałego,
I dL
d
2
M
N
=
2
a
(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
pr
d sinusoidalny o warto
ci skutecznej I
sk
,
I dL
d
2
M
=
sk
(2)
N
2
a
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
ci
,
M
Z
= a
k
z
(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
ci
le monotoniczna, to znaczy aby ka
dej warto
ci pr
du odpowiadała
jedna i tylko jedna warto
k
ta obrotu organu ruchomego.
W stanie ustalonym oba momenty decyduj
ce o istnieniu przyrz
du
pomiarowego musz
by
sobie równe, przyrównajmy wi
c do siebie zale
no
ci (1)
i (3)
4
wicz. Nr 18 Ustrój elektromagnetyczny
5
I
2
dL
d
=
k
z
a
(4)
2
a
sk
d łatwo otrzymamy wyra
enie b
d
ce funkcj
przetwarzania ustroju elektro-
magnetycznego,
I
2
dL
d
a
=
(5)
2
k
a
z
Przyrównuj
c analogicznie zale
no
ci (2) i (3), dostaniemy funkcj
przetwarzania w przypadku przepływu przez cewk
pr
du zmiennego,
I
2
dL
d
a
=
sk
(6)
2
k
a
z
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
a
mierników zbudowanych w oparciu o ustrój
elektromagnetyczny. Indukcyjno
własna cewki zmienia si
jednak wraz z k
tem
a
, 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
a
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,
5
znaczy dL/d
magnetycznego wokół niej. Zmienno
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • emaginacja.xlx.pl

    •