电流作用下线圈发生偏转的结构和工作原理

1.结构

电动系测量机构和磁电系以及电磁系测量机构不同，它不是利用通电线圈和磁铁（或铁片）之间的电磁力，而是利用两个通电线圈之间的电动力来产生转动力矩的，其结构如图4-1所示。它有两个线圈，即固定线圈和可动线圈，固定线圈1分为两个部分，平行排列，这样使固定线圈两部分之间的磁场比较均匀；可动线圈2与转轴固定连接，一起放置在固定线圈的两部分之间。游丝用来产生反作用力矩同时作为可动线圈电流的引入引出元件，空气阻尼器是用来产生阻尼力矩的。

2.工作原理

电动系测量机构的工作原理如图4-2所示。

图4-1　电动系测量机构的结构示意图

1—固定线圈；2—可动线圈；3—指针；4—游丝；5—空气阻尼器叶片；6—空气阻尼器外盒

图4-2　电动系测量机构的工作原理

（1）两线圈通入直流时。当固定线圈和可动线圈分别通入直流电流I1I2时，可动线圈将受到力矩的作用而发生偏转，这是因为通电的可动线圈正处在固定线圈产生的磁场之中。根据固定线圈电流I1的方向，便可决定它的磁场B1的方向。根据可动线圈电流I2的方向，用左手定则便可定出可动线圈受力F的方向，由力F所形成的转动力矩是由可动线圈的电流I2和固定线圈的磁场（其磁感应强度为B1）相互作用产生的。当电流I2不变时，磁感应强度B1愈大，转矩就愈大；而当B1不变时，电流I2愈大，转矩也愈大。也就是说，转动力矩M和B1I2的乘积成正比，即

考虑到线圈磁场中没有铁磁性物质，在固定线圈匝数一定的情况下，B1应和产生它的电流I1成正比，即

因此转动力矩为(www.xing528.com)

式中，k是一个与线圈的结构、尺寸和偏转角α有关的系数。这是由于固定线圈内的磁场并不完全均匀的缘故，当α角变化（即可动线圈位置改变）时，磁感应强度就要发生变化，磁感应强度发生变化就会引起转动力矩的变化。同时，从图4-2还可以看出，即使磁场是均匀的，形成转矩的力F′（F在线圈平面垂直方向上的分力）也将随α角的变化而变化。因此，电动系测量机构的转动力矩不仅与电流I1及I2的乘积有关，还与偏转角α有关。

反作用力矩由游丝产生的，设游丝的反作用系数为D，则当可动部分偏转α角时，产生的反作用力矩为Mα＝Dα。根据力矩平衡的条件，有

式（4-4）说明，当两线圈通入直流时，α角可以衡量I1I2乘积的大小。根据图4-2可以看出，如果同时改变电流I1和I2的方向，力F的方向仍然保持不变，因而转动力矩的方向也不会发生改变，由此可见电动系测量机构也可以用来测定交流。

（2）两线圈通入交流时。设固定线圈通过的电流为i1＝I1msinωt，可动线圈通过的电流为i2＝I2msin（ωt－φ），则测量机构的瞬时转动力矩为

考虑到仪表可动部分的惯性，偏转角α将决定于瞬时转矩在一个周期内的平均值，即平均转矩的大小。上式第二项在一个周期内的平均值为零，因此，平均力矩MP为

式中　I1、I2——通过固定线圈和可动线圈交流电流的有效值；

φ——这两个电流的相位差。

根据平衡条件

式（4-4）说明，当电动系测量机构用于交流电路时，其可动部分的偏转角不仅和交流电流的有效值I1I2的乘积有关，还与两个电流相位差的余弦cosφ的大小有关，这是与该机构用于直流电路时不同的地方，应值得注意。