Эдс в контуре. Правило Ленца.

Если какой-то замкнутый контур (виток провода) будет перемещаться в магнитном поле или будет пронизываться переменным магнитным полем, то в этом контуре (витке) будет тоже индуктироваться ЭДС, величина которой будет определяться скоростью изменения магнитного потока:

, а направление ее определяться по правилу Ленца, которое читается так:

Направление индуктируемой в контуре ЭДС, всегда будет таково, что вызванный этой ЭДС поток будет препятствовать причине возникновения ЭДС.

Потокосцепление.

Если катушку, имеющую W-число витков, будет пронизывать магнитное поле, магнитный поток которого изменяется с течением времени, то в этой катушке будет индуктироваться ЭДС, величина которой будет в W раз больше, чем ЭДС, индуктируемая в одном витке, т.е.

,

где , тогда ЭДС, индуктируемая в катушке будет равна:

Величина, определяемая произведе­нием числа витков в катушке на сцепленный с ними магнитный поток, называется потокосцеплением.

ψ – пси.

Т.к. , тогда: .

Таким образом:

Величина ЭДС индуктируемой в катушке, определяется скоростью изменения потокосцепления.

Вихревые токи.

Вихревые токи – это токи, возникающие в стальных сердечниках (магнитопроводах), которые пронизываются магнитным полем.

Эти токи в большинстве случаев считаются нежелательными, т.к. они создают дополнительный нагрев сердечника, вызывают расход энергии на их существование и, кроме того, оказывают размагничивающее действие.

Для уменьшения вихревых токов магнитопроводы электрических машин и всевозможных электротехнических аппаратов изготовляют не из сплошного металла, а набирают из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг то друга лаком или тонкой бумагой.

Полезное действие вихревых токов используется в металлургии для плавки металла и в индукционных счетчиках электроэнергии.

Индуктивность и ЭДС самоиндукции.

Если по катушке, имеющей W-число витков, пропускать ток, изменяющийся во времени, то этот ток будет создавать магнитное поле, магнитный поток которого будет изменяться с течением времени. Это поле будет пронизывать витки этой катушки и индуктировать в ней ЭДС.

Явление возникновения ЭДС в проводнике, по которому проходит переменный ток, называется явлением самоиндукции, а ЭДС называется ЭДС самоиндукции.

Величина, определяемая отношением потокосцеплением катушки к величине тока, проходящего по катушке, называется индуктивностью.

Учитывая, что магнитный поток поля, создаваемого катушкой с током:

,

а потокосцепление катушки равно: ,то

,

тогда индуктивность катушки будет представлена выражением:

, (Гн)

Таким образом,

Индуктивность любой катушки пропорциональна квадрату числа витков, зависит от геометрических размеров катушки (S и l), а также зависит от среды, в которой находится эта катушка.

Величина ЭДС самоиндукции, индуктируемой в катушке, определяется скоростью изменения потокосцепления:

, т.к. , следовательно

Если ток в катушке изменяется во времени, то:

–– это скорость изменения тока.

Тогда: (В)

Таким образом,

Величина ЭДС самоиндукции определяется индуктивностью катушки и скоростью изменения тока в ней.

Пример:

Определить индуктивность катушки, имеющей 1000 витков, с током 20 А и величину ЭДС самоиндукции, индуктируемую в ней, если магнитный поток поля 0,1 Вб, а скорость изменения тока в ней -10 А/с.

Дано:

W = 1000 вит. = 1000·0,1 = 100 Вб

I = 20 A

Ф = 0,1 Вб

.

L; e_L – ?

Назначение устройство и принцип действия трансформатора.

Трансформатор – это электромагнитный аппарат, служащий для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

По устройству простейший однофазный трансформатор состоит из магнитопровода, набранного из отдельных листов электротехнической стали, на котором размещаются две катушки. Они представляют собой обмотки трансформатора.

Одна из обмоток, которая подключена в сеть, называется первичной, а другая, к которой подключается потребитель (нагрузка) – вторичной обмоткой.

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Если первичную обмотку подключить в сеть переменного тока, то в ней возникнет ток, который создаст переменное магнитное поле. Магнитный поток этого поля, замыкаясь по магнитопроводу будет пронизывать витки первичной и вторичной обмоток и индуктировать в них ЭДС

где f – частота переменного тока;

Ф_м – максимальное значение магнитного потока;

W₁ и W₂ – число витков, соответственно, первичной и вторичной обмоток.

Таким образом, передача энергии от первичной обмотке к вторичной осуществляется переменным магнитным потоком.

Величина, показывающая во сколько раз напряжение на первичной обмотке больше напряжения на вторичной, называется коэффициентом трансформации трансформатора.

При холостом ходе трансформатора, т.е. работе без нагрузки с разомкнутой вторичной обмоткой, происходит следующее:

тогда:

т.е.

Трансформатор может служить, как для повышения напряжения, так и для его понижения. В первом случае он называется повышающим, а во втором – понижающим.

В повышающем трансформаторе:

W₁  W₂, а коэффициент трансформации:

В понижающем трансформаторе:

W₁ > W₂, а коэффициент трансформации:

Назначение, устройство и принцип действия генератора постоянного тока.

Генератор – это электрическая машина, служащая для преобразования механической энергии в электрическую.

Устройство генератора постоянного тока представляет собой две основные части: неподвижную часть – статор и подвижную часть – ротор.

Статор – состоит из станины 1, которая представляет собой пустотелое цилиндрическое тело, к внутренней поверхности которого прикреплены полюса 2. На полюсах располагается обмотка возбуждения. Полюса размещаются внутри станины так, чтобы «северный» и «южный» полюса чередовались.

Якорь состоит из сердечника 3, обмотки якоря 4, коллектора 5 и вала 6. Сердечник якоря набирается из отдельных листов электротехнической стали и напрессовывается в поперечном направлении на стальной вал якоря. На внешней цилиндрической поверхности якоря сделаны продольные пазы, в которые укладываются изолированные медные провода, представляющие собой обмотку якоря.

Коллектор – цилиндр, набранный из продольных медных пластин, изолированных одна от другой и от корпуса. Коллектор предназначен для преобразования переменной ЭДС в постоянную.

Принцип действия генератора постоянного тока основан на явлении электромагнитной индукции.

Если обмотку возбуждения генератора подключить к какому-то источнику питания, то в ней возникнет ток, который будет создавать магнитное поле, пронизывающее якорь.

Если якорь вращать с какой-то постоянной частотой, то исходя из явлений электромагнитной индукции, в каждом проводнике (витке) обмотки, а, следовательно, и в обмотке якоря в целом будет индуктироваться ЭДС.

Величина индуктируемой в обмотке якоря ЭДС пропорциональна частоте вращения якоря, величине магнитного потока и зависит от конструктивных особенностей машины:

(В),

где n – частота вращения якоря;

Ф – магнитный поток обмотки возбуждения;

K_E – конструктивный коэффициент, учитывающий конструктивные особенности данной машины.

где N – число активных проводов обмотки якоря;

p – число пар полюсов;

a – число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

Назначение, устройство и принцип действия двигателя постоянного тока.

Двигатель постоянного тока – это электрическая машина, служащая для преобразования электрической энергии в механическую.

По устройству двигатель постоянного тока абсолютно ничем не отличается от устройства генератора постоянного тока. Одна и та же машина постоянного тока может работать и как генератор, и как двигатель. В этом заключается так называемый принцип обратимости машин постоянного тока.

Принцип действия двигателя постоянного тока основан на взаимодействии проводника, по которому проходит ток, с магнитным полем.

Если обмотку якоря и обмотку возбуждения подключить к какому-то источнику питания, то в обмотке возбуждения и в обмотке якоря возникнут токи. Ток возбуждения, проходя по обмотке возбуждения, создает магнитное поле, которое будет пронизывать якорь, по обмотке которого тоже уже проходит ток.

В результате взаимодействия тока якоря с магнитным полем обмотки возбуждения, возникнет вращающий момент, под действием которого, якорь начнет вращаться.

Величина вращающего момента в двигателе постоянного тока пропорциональна току якоря, магнитному потоку и зависит от конструктивных особенностей самой машины.

(Н∙м),

где I_я – ток в обмотке якоря;

Ф – магнитный поток обмотки возбуждения;

К_м – конструктивный коэффициент двигателя.

Потери мощности и КПД электрических машин и аппаратов.

Процессы преобразования механической энергии в электрическую и наоборот, происходящие в машинах постоянного тока, сопровождаются потерями электрической энергии. Эти потери подразделяются на:

1. электрические, возникающие в проводах обмоток, а также в щеточном контакте:

они составляют 50 % от суммарных потерь в машине или трансформаторе, и % от Р_ном.;

2. магнитные, возникающие в стальных участках магнитопровода при перемагничивании и состоят из потерь на гистерезис (перемагничивание) и потерь на вихревые токи:

ΔР составляют менее 1…3 % от Р_ном.;

3. механические, возникающие между вращающимися и неподвижными частями машин:

они составляют % от Р_ном..

Суммарные потери мощности в машинах постоянного тока будут определяться по формуле:

Суммарные потери мощности в трансформаторах:

Коэффициент полезного действия:

– для генератора:

– для двигателя: