Взаимоиндуктивные трансформаторные преобразователи

При наличии двух обмоток на магнитной цепи при измене­нии магнитного сопротивления Rм будет изменяться взаимная индуктивность М между обмотками катушек, равная

(4.22)

Преобразователи, преобразующие значение измеряемой ве­личины в значение взаимной индуктивности, называются взаи­моиндуктивными или трансформаторными.

На рис. 4.50 представлены разновидности трансформаторных преобразователей.

Рис. 4.50. Разновидности трансформаторных преобразователей.

На рис. 4.50 а) представлен транс­форматорный преобразователь с подвижным сердечником. Обмотка w₁ питается переменным током. Если э.д.с. F, т.е. ток I₁, поддерживать постоянным, то величина потока Ф и индуктированная во вторичной обмотке э.д.с. будут функция­ми длины воздушного зазора, связанной с величиной силы Р.

В преобразователе рис. 4.50 б) под воздействием измеряемой величины перемещается коротко замкнутый виток, с которым сцепляется определенная часть потока. Поток, сцепляющийся с витком, индуктирует в нем токи, зависящие от положения витка в зазоре, создает активные потери, т. е. вносит дополни­тельное реактивное магнитное сопротивление. При этом поток сцепления обмоток 1 и 2 изменяется и изменяет э.д.с. во вто­ричной обмотке.

Преобразователь (рис. 4.50 в) предназначен для измерения больших линейных перемещений и состоит из магнитопровода 3 с рабочей частью в виде двух параллельных полос, об­мотки возбуждения 1 и подвижной обмотки 2.

При перемещении обмотки 2 от положения 4 до положе­ния 5 индуктированная в обмотке 2 э.д.с. возрастает.

Преобразователи типа (рис. 4.50 г) можно применять для изме­рения больших угловых перемещений. Обмотка 2 в таком пре­образователе выполнена в виде рамки, имеющей возможность поворачиваться в кольцевом зазоре магнитной цепи 4, При крайних положениях рамки ( a₁, и a₂) индуктированная в ней э.д.с. Е₂ имеет максимальное значение. По мере поворо­та рамки в горизонтальное положение э.д.с. Е₂ линейно уменьшается до нуля. Для расширения линейного участка ха­рактеристики E=f(d) трансформаторные преобразователи с подвижным сердечником и подвижным короткозамкнутым витком выполняют в виде дифференциальных (рис. 4.51).

Расчет индуктивных и взаимно индуктивных преобразова­телей складывается из определения полного магнитного со­противления R_Ì т.е. расчета его магнитной цепи и последую­щего вычисления электрических параметров (L, М) преобра­зователя.

Выбор м.д.с. катушки определяется рядом факторов, так как от м.д.с. зависят, по крайней мере, 4 величины, учет которых необходим при проектировании преобразователя:

Рис. 4.51. Дифференциальные трансформаторные преобразователи.

а) значение полной мощности преобразователя, которую в первом приближении можно принять равной его реактивной мощности

(4.23)

где Р_ПР - полная мощность преобразователя; F - м. д. с.; w - круговая частота; Ф - магнитный поток.

Если мощность указателя задана, то мощность преобра­зователя должна быть в десятки - сотни раз больше мощности указателя;

б) габариты преобразователя, так как ток в проволоке и число витков катушки определяют габариты катушки;

в) температура нагрева катушки, так как эта температу­ра определяется удельной потерей активной мощности Р’ в пре­образователе, равной

где Р - активная мощность преобразователя; S - поверхность охлаждения катушки.

Так как относительное изменение сопротивления ка­тушки, обусловленное рабочим перемещением якоря, не пре­восходит практически 10…20%, то изменение сопротивления постоянному току вследствие нагрева должно быть минималь­ным, поэтому величину Р рекомендуется ограничивать значе­нием 50…100 Вт/м²;

г) электромеханическая сила F_Э притяжения якоря к сер­дечнику, которая равна

(4.23)

где g_d - магнитная проводимость воздушного зазора, рав­ная

отсюда

Необходимо, чтобы электромеханическая сила была много меньше усилия, вызывающего измеряемое перемещение. В противном случае работа преобразователя будет неустойчи­вой.

В зависимости от конкретных технических условий значе­ние м.д.с. определяется по одной из перечисленных величин.

Выбранное значение м.д.с. может быть обеспечено либо малым током при большом числе витков, либо большим током: при малом числе витков;

д) при определении числа витков катушки заданными ве­личинами являются м.д.с. и площадь сечения окна катушки. Ни полная мощность, ни относительная чувствительность преобразователя от числа витков не зависят

где Z - полное сопротивление.

Решение вопроса о выборе числа витков катушки опреде­ляется необходимостью правильного сочетания сопротивле­ний указателя и цепи, элементом которой является преобра­зователь.