Aparate de tip magnetoelectric

Aparate de tip magnetoelectric

Aparatele de tip magnetoelectric functioneaza prin interactiunea dintre campul magnetic al unui magnet permanent, care constituie partea fixa si un curent care strabate bobina mobila, Fig. 1a).

Circuitul magnetic al aparatului, constituit din magnetul permanent 1, piesele polare 2 si miezul cilindric 3, are rolul de a asigura in intrefierul 4 un camp magnetic cu orientare radiala. In intrefier se poate roti bobina 5, parcursa de curentul i, pe al carei ax este fixat acul indicator 6. Pozitia de repaus a bobinei mobile 5 (pentru i = 0) este data de resortul spiral 7.

Daca l este lungimea laturilor bobinei avand N spire, i curentul ce strabate bobina si B inductia magnetica, Fig. 1b), asupra celor doua laturi ale bobinei aflate in intrefierul 4 din actioneaza forta electromagnetica:

Asupra bobinei actioneaza cuplul electromagnetic (activ):

S-a notat cu fluxul magnetic asociat inductiei B prin bobina a carei arie este lb.

Tendintei cuplului M_a de a roti bobina i se opune cuplul resortului spiral, care are expresia:

unde k este constanta elastica a resortului, iar a unghiul de rotatie al bobinei fata de pozitia sa de repaus, pentru i = 0.

O noua pozitie de repaus a bobinei, pentru i 0, respectiv a acului indicator, corespunde egalitatii dintre cuplul activ si cel antagonist:

relatie care conduce la egalitatile succesive:

Marimea C_i este constanta aparatului. Daca a se exprima in diviziuni (ale scalei gradate), aceasta constanta are in mod uzual valoarea C_i = 10^-3 10^-5A/div, ceea ce inseamna ca pentru a_max diviziuni, valoare maxima corespunzatoare a curentului prin bobina este   I_max = 1 100 mA.

Sensul cuplului activ depinde de sensul curentului prin bobina, ceea ce inseamna ca un aparat cu reperul zero la mijlocul scalei gradate poate masura indiferent de sensul curentului, in schimb un altul, cu reperul zero la extremitatea stanga a scalei trebuie conectat pentru o functionare corecta astfel incat curentul sa strabata aparatul de la borna plus (+) la borna minus (-).

Un aparat cu zero la mijlocul scalei poate urmari variatii relativ lente ale curentului, cu o frecventa de maxim cativa Hz. Ca urmare a inertiei mecanice a ansamblului in miscare de rotatie, pe masura ce frecventa creste variatia curentului nu mai poate fi urmarita in mod fidel de catre bobina mobila, respectiv de catre acul indicator. Prin urmare, un aparat de tip magnetoelectric fara alte dispozitive auxiliare este destinat in mod uzual evaluarii intensitatii curentilor continui sau cu variatie lenta in timp. Un astfel de tip de aparat se regaseste in structura galvanometrelor, ampermetrelor, voltmetrelor, fluxmetrelor si a multor alte aparate analogice destinate masurarii unor marimi neelectrice.

Galvanometrul (folosit uneori si ca indicator de nul) este un aparat de tip magnetoelectric cu o sensibilitate foarte ridicata, respectiv capabil sa masoare curenti foarte mici. Aparatul are o constructie speciala, conductorul bobinei este foarte subtire, iar bobina este uneori suspendata cu ajutorul a doua fire foarte subtiri. Constanta aparatului se afla in domeniul 10^-5 10^-11A/div.

Ampermetrul magnetoelectric consta dintr-un aparat indicator de tip magnetoelectric si un sunt, Fig. 2, al carui rol este acela de extindere a limitei maxime de masura a curentului de la valoarea maxima admisibila I_A a aparatului, la valoarea maxima dorita I. Daca n_A = I/I_A si R_A este rezistenta electrica a aparatului indicator, atunci suntul trebuie sa aiba rezistenta R_S = R_A / (n_A - 1). Se construiesc astfel ampermetre magnetoelectrice avand ca limita de masura a curentului o valoare in domeniul 0,1 A 30 kA.

Voltmetrul magnetoelectric consta dintr-un aparat indicator de tip magnetoelectric si o rezistenta aditionala, Fig. 3, avand ca rol extinderea limitei superioare de masura a tensiunii de la valoarea maxim admisibila U_A = R_AI_A a aparatului indicator, la valoarea maxima dorita U. Daca n_V = U/U_A , atunci rezistenta aditionala trebuie sa aiba valoarea R_ad = R_A (n_V - 1). Se construiesc voltmetre magnetoelectrice avand limita de masura in domeniul 0,1 V 100 V.

Exista si aparatele magnetoelectrice universale, care pot fi utilizate pentru masurari de curenti si tensiuni (atat ampermetre cat si voltmetre), atat in curent continuu cat si in curent alternativ. Acestea constau dintr-un dispozitiv indicator de tip magnetoelectric, Fig. 4, in diagonala unei punti Graetz cu diode redresoare si o serie de rezistoare, cu rol de sunturi si de rezistente aditionale. Astfel de aparate au de regula mai multe domenii de masura, atat pentru intensitatea curentului, cat si pentru tensiune. In curent continuu sunt parcurse de curentul de masurat I doar diodele D1 si D4. In curent alternativ de forma , intensitatea instantanee a curentului prin aparatul indicator are forma din figura 4a). Valoarea medie a acestui curent I_med este marimea proportionala cu deviatia a a acului indicator. Aceasta valoare medie este proportionala si cu valoarea efectiva I a curentului alternativ i, de unde rezulta ca aparatul poate fi etalonat atat pentru masuratori in curent continuu, cat si in curent alternativ.

Logometrele magnetoelectrice sunt aparate a caror deviatie depinde de raportul a doi curenti. Cele doua bobine ale aparatului, Fig. 5, ale caror plane sunt perpendiculare, sunt parcurse de curentii I₁, I₂ si se afla intr-un camp magnetic de inductie B.

Cuplurile electromagnetice asupra celor doua bobine:

,

au sensuri contrare. Pozitia de repaus a ansamblului celor doua bobine presupune egalitatea M_a1=M_a2, de unde rezulta:

,

respectiv proprietatea ca deviatia ansamblului celor doua bobine, respectiv a acului indicator fixat pe axul celor doua bobine, fata de pozitia pentru curenti nuli, , este functie de raportul celor doi curenti.

Simbolurile utilizate in schemele electrice pentru aparatele de tip magnetoelectric sunt cele din figura 6.