Công cụ cuộn di chuyển nam châm vĩnh cửu hoặc PMMC

Định nghĩa

Các thiết bị sử dụng nam châm vĩnh cửu để tạo ra một trường từ tĩnh, trong đó cuộn dây di chuyển được gọi là các thiết bị Cuộn Dây Di Chuyển Nam Châm Vĩnh Cửu (PMMC). Chúng hoạt động theo nguyên tắc rằng lực mô-men tác động lên cuộn dây di chuyển nằm trong trường từ của nam châm vĩnh cửu. Các thiết bị PMMC cung cấp kết quả chính xác cho việc đo dòng điện một chiều (DC).

Cấu tạo của Thiết bị PMMC

Cuộn dây di chuyển và nam châm vĩnh cửu là các thành phần chính của thiết bị PMMC. Dưới đây là giải thích chi tiết về các bộ phận của thiết bị PMMC.

Cuộn Dây Di Chuyển

Cuộn dây là thành phần dẫn điện của thiết bị, di chuyển tự do trong trường từ tĩnh của nam châm vĩnh cửu. Khi dòng điện đi qua cuộn dây, nó gây ra sự lệch hướng của cuộn dây, giúp xác định độ lớn của dòng điện hoặc điện áp. Cuộn dây được gắn trên một khung hình chữ nhật làm bằng nhôm. Khung này tăng cường trường từ đồng tâm và đồng đều trong khe hở giữa các cực từ. Cuộn dây được quấn bằng dây đồng bọc lụa giữa các cực của nam châm.

Hệ Thống Nam Châm

Trong thiết bị PMMC, nam châm vĩnh cửu được sử dụng để tạo ra trường từ tĩnh. Vật liệu Alcomax và Alnico được sử dụng để làm nam châm vĩnh cửu do chúng có lực ép cao (lực ép ảnh hưởng đến tính chất từ hóa của nam châm). Ngoài ra, những nam châm này có cường độ từ trường cao.

Kiểm Soát

Trong thiết bị PMMC, lực mô-men kiểm soát được cung cấp bởi các lò xo. Các lò xo này được làm bằng đồng phốt pho và được đặt giữa hai ổ bi ngọc. Các lò xo cũng đóng vai trò là đường dẫn cho dòng điện đi vào và ra khỏi cuộn dây di chuyển. Lực mô-men kiểm soát chủ yếu là do hệ thống treo băng.

Làm Giảm

Lực mô-men giảm được sử dụng để giữ cho cuộn dây ở trạng thái nghỉ. Lực mô-men giảm này được gây ra bởi sự di chuyển của lõi nhôm khi nó di chuyển giữa các cực của nam châm vĩnh cửu.

Con Trỏ & Thước Đo

Con trỏ được kết nối với cuộn dây di chuyển. Nó chỉ thị sự lệch hướng của cuộn dây, và độ lớn của sự lệch hướng này được hiển thị trên thước đo. Con trỏ được làm bằng vật liệu nhẹ, cho phép nó dễ dàng lệch hướng theo sự di chuyển của cuộn dây. Đôi khi, lỗi parallax xảy ra trong thiết bị, điều này có thể được giảm thiểu dễ dàng bằng cách căn chỉnh đúng con trỏ.

Phương Trình Mô-men Cho Thiết Bị PMMC

Lực mô-men lệch hướng được gây ra bởi sự di chuyển của cuộn dây. Nó được biểu diễn bởi phương trình sau.

• N - Số vòng của cuộn dây

• B - mật độ từ thông trong khe hở không khí

• L, d - chiều dọc và chiều ngang của cạnh

• I - dòng điện qua cuộn dây

Lò xo cung cấp lực mô-men phục hồi cho cuộn dây di chuyển, được biểu diễn như sau 

Trong đó K = Hằng số lò xo.

Đối với sự lệch hướng cuối cùng, 

Bằng cách thay thế giá trị của phương trình (1) và (3) ta được,

Phương trình trên cho thấy lực mô-men lệch hướng tỷ lệ thuận với dòng điện chảy qua cuộn dây.

Lỗi trong Thiết Bị PMMC

Trong thiết bị PMMC, lỗi xuất hiện do tác động của quá trình lão hóa và nhiệt độ. Các thành phần chính của thiết bị góp phần vào các lỗi này là nam châm, lò xo và cuộn dây di chuyển. Dưới đây là chi tiết về các loại lỗi khác nhau:

1. Nam Châm

Nhiệt và rung động làm giảm tuổi thọ của nam châm vĩnh cửu và cũng làm giảm từ tính, đó là tính chất hút hoặc đẩy. Một nam châm yếu dẫn đến sự lệch hướng của cuộn dây giảm đi.

2. Lò Xo

Một lò xo yếu làm tăng sự lệch hướng của cuộn dây di chuyển trong nam châm vĩnh cửu. Do đó, ngay cả với một giá trị dòng điện nhỏ, cuộn dây cũng cho thấy sự lệch hướng lớn. Lò xo yếu đi do tác động của nhiệt độ; một độ tăng nhiệt làm giảm tuổi thọ của lò xo bằng 0,004 phần trăm.

3. Cuộn Dây Di Chuyển

Khi phạm vi của cuộn dây được mở rộng vượt quá giới hạn quy định bằng cách sử dụng shunt, lỗi xảy ra. Điều này là do sự thay đổi trong điện trở của cuộn dây so với điện trở của shunt. Vì cuộn dây được làm bằng dây đồng có điện trở shunt cao và dây shunt được làm bằng Manganin có điện trở thấp, sự không khớp này gây ra lỗi.

Để giảm thiểu lỗi này, một điện trở swamping được kết nối song song với cuộn dây di chuyển. Điện trở swamping là một điện trở có hệ số nhiệt thấp, giúp giảm tác động của nhiệt độ lên cuộn dây di chuyển.

Ưu Điểm của Thiết Bị PMMC

Dưới đây là các ưu điểm của thiết bị PMMC:

• Thước đo của thiết bị PMMC được hiệu chuẩn chính xác.

• Tiêu thụ điện năng của các thiết bị này rất thấp.

• Thiết bị PMMC có độ chính xác cao do tỷ lệ mô-men so với trọng lượng cao.

• Một thiết bị duy nhất có thể đo nhiều phạm vi điện áp và dòng điện khác nhau bằng cách sử dụng các nhân và shunt.

• Thiết bị PMMC sử dụng nam châm che chắn, có lợi cho các ứng dụng hàng không vũ trụ.

Nhược Điểm của Thiết Bị PMMC

Dưới đây là các nhược điểm của thiết bị PMMC:

• Thiết bị PMMC chỉ phù hợp cho dòng điện một chiều. Dòng điện xoay chiều thay đổi theo thời gian, và sự thay đổi nhanh chóng của dòng điện làm thay đổi lực mô-men của cuộn dây. Tuy nhiên, con trỏ không thể theo kịp sự đảo chiều và lệch hướng nhanh chóng của lực mô-men, vì vậy không thể sử dụng cho AC.

• Chi phí của thiết bị PMMC cao hơn đáng kể so với các thiết bị cuộn dây di chuyển khác.

• Chính cuộn dây di chuyển cung cấp sự làm giảm điện từ. Sự làm giảm điện từ này chống lại sự di chuyển của cuộn dây do sự tương tác giữa dòng điện cảm ứng và trường từ.