سیم پیچ دائم مغناطیسی یا دستگاه PMMC
تعریف
دستگاههایی که از یک مغناطیس دائمی برای تولید یک میدان مغناطیسی ثابت استفاده میکنند و در آن یک سیم پیچ حرکت میکند، به عنوان دستگاههای سیم پیچ حرکتی مغناطیس دائمی (PMMC) شناخته میشوند. این دستگاهها بر اساس اصلی کار میکنند که گشتاور روی یک سیم پیچ حرکتی در میدان مغناطیسی یک مغناطیس دائمی وارد میشود. دستگاههای PMMC نتایج دقیقی برای اندازهگیری جریان مستقیم (DC) ارائه میدهند.
ساختار دستگاه PMMC
سیم پیچ حرکتی و مغناطیس دائمی قطعات اصلی یک دستگاه PMMC هستند. در ادامه توضیحات دقیقی از قطعات یک دستگاه PMMC آورده شده است.
سیم پیچ حرکتی
سیم پیچ بخش حملکننده جریان دستگاه است که در میدان مغناطیسی ثابت یک مغناطیس دائمی آزادانه حرکت میکند. هنگامی که جریان از طریق سیم پیچ عبور میکند، باعث انحراف سیم پیچ میشود و این امر میتواند مقدار جریان یا ولتاژ را مشخص کند. سیم پیچ روی یک فرم مستطیلی از آلومینیوم نصب شده است. این فرم میدان مغناطیسی شعاعی و یکنواخت را در فاصله بین قطبهای مغناطیسی افزایش میدهد. سیم پیچ با سیم مسی پوششدار ابریشمی بین قطبهای یک مغناطیس پیچش داده شده است.
سیستم مغناطیسی
در یک دستگاه PMMC، از یک مغناطیس دائمی برای ایجاد میدان مغناطیسی ثابت استفاده میشود. مواد آلکوماکس و آلنیکو برای ساخت مغناطیس دائمی به دلیل نیروی کوئرز بالا (نیروی کوئرز بر خصوصیات مغناطیسی مغناطیس تأثیر میگذارد) استفاده میشوند. علاوه بر این، این مغناطیسها دارای شدت میدان بالا هستند.
کنترل
در یک دستگاه PMMC، گشتاور کنترلی توسط فنرهایی تأمین میشود. این فنرهای از برنز فسفری ساخته شده و بین دو محور الماسی قرار دارند. فنرهای همچنین به عنوان مسیر برای جریان ورودی و خروجی به سیم پیچ حرکتی عمل میکنند. گشتاور کنترلی اصلی نتیجه تعليقه ریبونی است.
دمپینگ
گشتاور دمپینگ برای نگه داشتن حرکت سیم پیچ در حالت استراحت استفاده میشود. این گشتاور دمپینگ از حرکت هسته آلومینیومی که بین قطبهای مغناطیس دائمی حرکت میکند، القاء میشود.
نیشکه و مقیاس
نیشکه به سیم پیچ حرکتی متصل است. این نیشکه انحراف سیم پیچ را نشان میدهد و مقدار این انحراف روی مقیاس نمایش داده میشود. نیشکه از مواد سبک وزن ساخته شده است که اجازه میدهد با حرکت سیم پیچ به راحتی انحراف یابد. گاهی اوقات خطای پارالکس در دستگاه رخ میدهد که میتواند با تراز کردن صحیح لبه نیشکه به راحتی کاهش یابد.
معادله گشتاور برای دستگاه PMMC
گشتاور انحرافی از حرکت سیم پیچ القاء میشود. این گشتاور توسط معادله زیر بیان میشود.
N - تعداد دوران سیم پیچ
B - چگالی جریان مغناطیسی در فاصله هوایی
L, d - طول عمودی و افقی ضلع
I - جریان عبوری از سیم پیچ
فنر گشتاور بازگشتی به سیم پیچ حرکتی را تأمین میکند که توسط معادله زیر بیان میشود
که در آن K = ثابت فنر است.
برای انحراف نهایی،
با جایگزینی مقادیر معادلات (1) و (3) داریم،
معادله فوق نشان میدهد که گشتاور انحرافی به طور مستقیم متناسب با جریان عبوری از سیم پیچ است.
خطاهای در دستگاههای PMMC
در دستگاههای PMMC، خطاهایی به دلیل تاثیرات سن و دما رخ میدهند. اجزای اصلی دستگاه که به این خطاهای میافزایند شامل مغناطیس، فنر و سیم پیچ حرکتی هستند. در ادامه جزئیات مختلف نوع خطاهای آورده شده است:
1. مغناطیس
حرارت و ارتعاش عمر مغناطیس دائمی را کوتاه میکند و همچنین مغناطیسیسم آن را کاهش میدهد که خاصیت جذب یا دفع است. یک مغناطیس ضعیف منجر به کاهش انحراف سیم پیچ میشود.
2. فنرها
یک فنر ضعیف انحراف سیم پیچ حرکتی در مغناطیس دائمی را افزایش میدهد. بنابراین، حتی برای مقدار جریان کوچک، سیم پیچ انحراف بزرگی نشان میدهد. فنر به دلیل تاثیرات دما ضعیف میشود؛ یک درجه افزایش در دما عمر فنر را 0.004 درصد کاهش میدهد.
3. سیم پیچ حرکتی
هنگامی که محدوده سیم پیچ فراتر از حد مشخص با استفاده از شانت افزایش یابد، خطاهایی رخ میدهند. این خطاهای به دلیل تغییر مقاومت سیم پیچ نسبت به مقاومت شانت است. چون سیم پیچ از سیم مسی با مقاومت شانت بالا ساخته شده و سیم شانت از مانگانین با مقاومت کم ساخته شده است، این عدم تطابق خطاهای ایجاد میکند.
برای کاهش این خطاهای، یک مقاومت غرق در سری با سیم پیچ حرکتی اتصال میشود. مقاومت غرق یک مقاومت با ضریب دمای کم است که تاثیر دما را بر سیم پیچ حرکتی کاهش میدهد.
مزایای دستگاههای PMMC
مزایای زیر برای دستگاههای PMMC وجود دارد:
معایب دستگاههای PMMC
معایب زیر برای دستگاههای PMMC وجود دارد:
