Cơ cấu chỉ thị điện từ và logomet điện từ

1
CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ
ĐIỆN TỪ VÀ LOGOMET
ĐIỆN TỪ
2
1. Phương trình cân bằng mômen phần động cơ
cấu cơ điện
2. Cơ cấu chỉ thị điện từ và logomet điện từ
NỘI DUNG CHÍNH
3
1.Phương trình cân bằng mômen phần
động cơ cấu cơ điện
1.1 Khái niệm chung
Cơ cấu chỉ thị là thiết bị biến đổi tín hiệu đo thành
dạng tiện lợi cho người đo quan sát
- Cơ cấu chỉ thị cơ điện:
+ Góc quay của kim chỉ thị
+ Các đường cong , tự ghi
- Cơ cấu chỉ thị số:
+ Các con số hiển thị bằng LED…
+ Màn hình máy tính
4
Cơ cấu chỉ thị cơ điện làm nhiệm vụ biến đổi năng
lượng điện từ thành năng lượng cơ học là dịch
chuyển phần quay.
Đại lượng vào thường là dòng điện
Đại lượng ra là góc quay
Phương trình mô tả: α = f(x), x là đại lượng vào.
CC CT Cơ Điện
Góc quay α Dòng điện I
5

Cơ cấu chỉ thị cơ điện bao gồm có:
- phần tĩnh
- phần quay
Dựa theo phương pháp biến đổi năng lượng từ
điện sang cơ, CCCTCĐ chia thành:
- cơ cấu chỉ thị kiểu từ điện
- cơ cấu chỉ thị kiểu điện từ
- cơ cấu chỉ thị kiểu điện động
- cơ cấu chỉ thị kiểu cảm ứng
6
* Các chi tiết cơ khí chung của chỉ thị cơ điện
a.Trục và trụ
Định vị phần động, đảm bảo cho phần động quay
trên một trục cố định.
b. Bộ phận phản kháng: Lò xo phản kháng, dây
căng, dây treo
Lò xo ph n khángả
Dây c ngă
Dây treo
Hình 2.1a M t s c c u ph n khángộ ố ơ ấ ả
Tạo ra mômen cản và
dẫn dòng điện vào
khung dây.
Dây căng và dây treo
được sử dụng khi cần
giảm mômen cản để
tăng độ nhạy của cơ
cấu chỉ thị.
7
c. Kim chỉ thị góc quay

α
Kim chỉ thị góc quay α được gắn với trục quay.
Độ di chuyển của kim trên thang chia độ tỉ lệ với
góc quay α.
Ngoài ra có thể chỉ thị góc quay bằng ánh sáng.
d. Thang chia độ
Thang chia độ là mặt
khắc độ thang đo, để
xác định giá trị đo
8
e.Bộ phận cản dịu
Làm nhiệm vụ dập tắt dao động của phần động,
giúp nhanh chóng xác lập vị trí góc quay.
Thông thường sử dụng hai loại cản dịu :
- cản dịu kiểu không khí
- cản dịu kiểu cảm ứng
a) Cản dịu kiểu không khí b) Cản dịu kiểu cảm ứng
Một số cơ cấu cản dịu thường gặp
9
10
1.2. Các mômen tác động lên phần động cơ cấu
a. Mô men quay
Khi cho dòng điện vào một cơ cấu chỉ thị cơ điện,
trong sẽ tích lũy một năng lượng điện từ: dW
e
Do tác động của từ trường (do nam châm vĩnh cửu
hoặc do dòng điện đưa vào sinh ra) lên phần động
của cơ cấu đo sẽ sinh ra mômen quay M
q
tỷ lệ với

độ lớn của dòng điện I đưa vào cơ cấu, thực hiện
một công cơ học:
dA = M
q
d
α
dA: lượng vi phân của công cơ học
M
q
: mô men quay
d
α
: lượng vi phân của góc quay

11
Theo định luật bảo toàn năng lượng:
dWe = dA
e
q
dW
M
d
α
=
12
b. mômen phản
Được tạo ra bởi các bộ phận phản kháng. Mômen
này tỷ lệ với góc quay α : M
p
= Dα

D là hệ số phụ thuộc vào kích thước, vật liệu chế
tạo bộ phận phản kháng
c. Mô men ma sát
Với các dụng cụ dùng trục quay ta xét đến mô men
ma sát: M
ms
= K. G
n
K: hệ số tỷ lệ
G: trọng lượng phần động
n = (1.3 ÷ 1.5)
13
d. Mô men cản dịu
Do phần động có quán tính và lò xo bị kéo nên kim
sẽ dao động rồi mới đứng yên.
phải có bộ phận ổn định dao động kim:
bộ phận cản dịu.
Mô men cản dịu được chế tạo sao cho có trị số tỷ lệ
với tốc độ quay của phần động:
p: phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo
của bộ phận cản dịu. Phần động ở vị
trí cân bằng :
0
d
dt
α
=
mô men cản dịu không làm ảnh hưởng đến kết quả đo.
.
cd

d
M p
dt
α
=
14
1.3 PT cân bằng phần động của cơ cấu đo
Theo định luật cơ học đối với một chuyển động quay.
Đạo hàm bậc nhất của mômen động lượng theo thời
gian bằng tổng các mô men quay tác động lên vật
quay ấy:
∑∑
=
α
⇒=






α
ii
M
dt
d
JM
dt
d
J

dt
d
2
2
J : mô men quán tính phần động
ΣM
i
: Tổng các mô men tác động lên phần động của
cơ cấu bao gồm:
15
qmsp
MMM
dt
d
p
dt
d
J =++
α
±
α
⇒
2
2
cdmspq
MMMM
dt
d
J ±−−=
α

2
2
Phương trình mô men chuyển động của cơ cấu.
α(t)
cơ cấu dao động, không dao động và thời gian đo.
16
Kim chỉ thị
Khung dây
Trục quay
Cơ cấu cản dịu
Lá thép di động
Lò xo phản kháng
Cơ cấu chỉ thị điện từ
2. Cơ cấu đo điện từ
a. Cấu tạo
•
Phần tĩnh của cơ cấu là 1
cuộn dây phẳng.
•
Bên trong có khe hở
không khí là khe hở làm
việc.
•
Phần động là 1 lá thép di
động được gắn trên trục
quay có thê quay tự do
trong khe làm việc của
cuộn dây.
•
Cơ cấu cản dịu được gắn

vào trục quay. Kim chỉ thị
cũng được gắn trên trục
quay.
•
Momen cản được tạo bởi 2
lò xo phản kháng ngược
chiều nhau.
17
b. Nguyên lý làm việc
Khi có dòng điện chạy vào khung dây, trong lòng
cuộn dây sinh ra một từ trường.
- Cuộn dây dẹt: từ trường này hút lá thép vào
trong lòng cuộn dây tĩnh
- Cuộn dây tròn: từ trường sẽ từ hoá hai lá thép
khi đó hai lá thép có cùng cực tính nên đẩy nhau.
Cả Hai trường hợp trên sẽ làm cho phần động
quay đi một góc α.
Năng lượng điện từ trường tích luỹ ở cuộn dây W
e
e
q
dW
M
d
α
=
18
- Khi cho dòng điện 1 chiều chạy vào khung dây:
2
1

2
e
W LI=
I : cường độ dòng điện trong
khung dây
2
2
e
q
dW
d LI
M
d d
α α
 
= =
 ÷
 
2
1
2
q
dL
M I
d
α
=
L :điện cảm của cuộn dây phụ thuộc α
19
- Khi cho dòng điện xoay chiều vào cuộn dây

Giả sử i = I
max
sinωt. Lúc đó M
q
theo t sẽ là:
( )
2 2
max
1
sin
2
q
dL
M t I t
d
ω
α
=
Mô men quay trung bình:
2 2 2
max
0 0
1 1 1 1
( ) sin ( )
2 2
T T
qtb q
dL dL
M M t dt I t dt I
T d T d

ω
α α
= = =
∫ ∫
Với I là trị hiệu dụng của dòng hình sin.
Tại vị trí cân bằng M
q
= M
p
⇒ M
q
= Dα
Vậy cơ cấu chỉ thị điện từ có thể đo
được cả dòng một chiều và dòng xoay
chiều.
α
=α
d
dL
I
D
2
2
1
20
c. Đặc điểm
- Ưu điểm:
+ Có cuộn dây ở phần tĩnh nên có thể quấn bằng
dây kích thước lớn nên khă năng quá tải tốt.
+ Dễ chế tạo, giá thành hạ.

+ Có thể đo được cả đại lượng 1 chiều và xoay
chiều
- Nhược điểm:
+ Góc quay tỷ lệ với bình phương của dòng điện
và thang đo chia không đều(hình dáng lá thép
được chế tạo sao cho dL/dα giảm theo góc quay
α để thang chia độ có thể tương đối đều)
+ Độ chính xác thấp do có tổn hao trong lõi thép
d.ứng dụng
•
- chế tạo các loại ampemet, vônmet trong mạch
xoay chiều tần số công nghiệp ở các dụng cụ để
bảng cấp chính xác 1.0 và 1.5 và các dụng cụ
nhiều thang đo ở phòng thí nghiệm cấp chính
xác 0.5 và 1.0. Trong mạch với tần số cao và hơi
cao cần phải tính toán các mạch bù tần số để
giảm sai số do tần số, thường là ít dùng.
22
Cấu tạo của cơ cấu
logomet điện từ.
e. Logomet điện từ
2
1
1 1
1
2
q
dL
M I
d

α
=
2
2
2 2
1
2
q
dL
M I
d
α
=
1 2
2 2
1 2
1 2
1 1
2 2
q q
M M
dL dL
I I
d d
α α
=
⇔ =
2
2
1

I
F
I
α
 
 
 ÷
=
 
 ÷
 
 

•
Từ đó ta thấy :
•
- Góc lệch α tỉ lệ với bình phương của dòng
điện. Tỉ số này sẽ không thay đổi khi nguồn điện
áp cung cấp cho 2 cuộn dây thay đổi, loại trừ
được sai số do sự biến động của nguồn cung
cấp khi cần đo các đại lượng thụ động.
•
Logomet điện từ được sử dụng đo các đại lượng
như điện trở, điện cảm, điện dung, đo tần số,
góc pha,…
24