Проводник с током в магнитном поле.

Если поместить в магнитное поле проводник с током, то между электронами, проходящими по проводнику, и магнитным полем возникнут электромагнитные силы, которые, складываясь, образуют результирующую силу, стремящуюся вытолкнуть проводник из магнитного поля.

Направление действия силы определяют по правилу левой руки: ладонь левой руки надо расположить так, чтобы силовые линии входили в нее, четыре вытянутых пальца совместить с направлением тока, тогда отогнутый большой палец укажет направление действия силы (рис.16).

Виток с током в магнитном поле.

Если поместить в магнитное поле не проводник, а виток (или катушку) и расположить его вертикально, то, применяя правило левой руки к верхней и нижней сторонам витка, получим, что электромагнитные силы, действующие на них, будут направлены в разные стороны. Возникает вращающий момент, который вызовет поворот витка. Виток будет поворачиваться, пока не займет горизонтальное положение (рис.17).

Электромагнитная индукция.

1. Если проводник движется в постоянном магнитном поле (пересекает силовые линии), то в нем наводится э.д.с. е=Вlvsinα– закон электромагнитной индукции Фарадея.

Направление индуцированной э.д.с. определяется по правилу правой руки: правую руку расположить так, чтобы силовые линии поля входили в ладонь, большой отогнутый палец показывал направление движения проводника, то вытянутые пальцы укажут направление э.д.с.

2. Если каким-либо образом изменять магнитный поток, пронизывающий неподвижный виток (рис.19), то индуцированная э.д.с. e=-ΔΦ/Δt

Направление э.д.с. в неподвижном замкнутом контуре определяется по правилу Максвелла: если замкнутый контур пронизывается уменьшающимся магнитным потоком, то э.д.с. индукции направлена в ту сторону, в которую приходится вращать рукоятку буравчика, ввинчиваемого поступательно по направлению магнитных линий, если магнитный поток увеличивается, то направление э.д.с. обратное.

Индукционные токи возникают не только в изолированных проводниках и обмотках, но и в сплошных металлических массах, которые подвергаются действию изменяющихся магнитных полей. Эти токи называются вихревыми и вызывают дополнительные потери на нагревание.

Для ослабления вихревых токов сердечники электрических машин собирают из отдельных изолированных пластин.

Самоиндукция.

Если по витку протекает ток, изменяющийся по величине или направлению, то в нем наводится э.д.с., которая называется э.д.с. самоиндукции.

Направление э.д.с. самоиндукции определяется по правилу Ленца: э.д.с. самоиндукции всегда имеет такое направление, при котором она препятствует изменению вызвавшего ее тока.

При постоянном токе этот процесс наблюдается в момент замыкания и размыкания цепи.

В момент замыкания магнитный поток, создаваемый протекающим по цепи током увеличивается, а появляющаяся э.д.с. препятствует увеличению тока, в момент размыкания ток уменьшается, а э.д.с. самоиндукции препятствует уменьшению тока. Т.о. при замыкании и размыкании цепей ток нарастает и падает постепенно.

Если замкнутый проводник состоит из одного витка, то магнитный поток, пронизывающий контур этого проводника при постоянной магнитной проницаемости пропорционален току, протекающему по проводнику.

Обозначим коэффициент пропорциональности L, получим Ф=LI,

L=Ф/I (Гн),где L индуктивность данного проводника.

Если имеется обмотка из w витков, то L= wФ/I=Ψ/I,

Ψ(пси)-потокосцепление.

Если в цепи, обладающей индуктивностью L, ток за время Δt изменяется на величину ΔI, то в такой цепи наводится э.д.с. самоиндукции

e= LΔI/Δt.

Э.д.с. самоиндукции пропорциональна скорости изменения тока.

Взаимоиндукция.

Взаимоиндукцией называется явление индуцирования э.д.с. в проводнике или катушке при изменении магнитного потока создаваемого другим проводником или катушкой. Индуцируемая таким образом э.д.с. называется э.д.с взаимоиндукции. З.д.с взаимоиндукции, как и самоиндукции, пропорциональна скорости изменения ток, создающего этого поля, кроме того зависит от числа витков обеих катушек и их взаимного расположения (рис.20).

Направление определяется по правилу Ленца.

Трансформаторы силовые

Трансформатор статический электромагнитный аппарат переменного тока преобразует электрическую энергию с одними значениями тока и напряжения в электрическую энергию иными значениями этих величин.

Трансформаторы бывают общего и специального назначения, одно и многофазные, стержневые и броневые, двух и многообмоточные, сухие и масляные, с естественным и принудительным охлаждением.

Однофазный двух обмоточный трансформатор стержневого типа (Рис.21) имеет обмотку высшего напряжения (ВН) с большим числом витков изолированного медного или алюминиевого провода меньшего сечения, состоящую из двух одинаковых частей, и такую же обмотку низшего напряжения (НН) с меньшим числом витков аналогичного провода большего сечения.

Различие сечений проводов, которые могут быть круглыми или прямоугольными, обусловлено неодинаковыми значениями токов, протекающих в обмотках трансформатора, питающего нагрузку Z.

Обе части обмоток соединяются между собой последовательно или параллельно и располагаются на гильзах или каркасах из электрокартона, которые укрепляются на стержнях замкнутого ферромагнитного сердечника. Выводы обмоток ВН – А,Х, НН – а,х.

Сердечник трансформатора собирается из тонких, изолированных друг от друга листов слабоуглеродистой электротехнической стали.

Для трансформаторов малой мощности применяют квадратное или прямоугольное сечение, а для трансформаторов средней и большой мощности крестообразное или многоступенчатое сечение, позволяющее уменьшить расход провода.

Помимо магнитопровода и обмоток в конструкцию трансформатора входят металлический кожух, панель с зажимами и крепежные детали. Для предохранения изоляции от недопустимого перегрева предусматривается охлаждение их окружающим воздухом или трансформаторным маслом.

При подведении синусоидального напряжения к обмотке ВН с числом витков w₁ в ней возникает переменный ток I₁, обусловливающий намагничивающую силу I₁w₁, которая возбуждает магнитный поток Ф, который наводит в первичной обмотке э.д.с. самоиндукции

e=- w₁ΔΦ/Δt,

этот же поток наводит в обмотке НН с числом витков w₂ э.д.с. взаимоиндукции

e=-w₂ΔΦ/Δt.

Отношение Е₁/Е₂=w_1/w₂=к –коэффициент трансформации.

Включение нагрузки Z сопровождается появлением тока I₂ во вторичной обмотке с намагничивающей силой I₂w₂, которая в соответствии с правилом Ленца противодействует намагничивающей силе первичной обмотки и вызывает появление магнитного потока Ф2, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке.

Таким образом, трансформатор обладает свойством саморегулирования.

Переменный ток

Получение переменного тока.

Простейшим генератором переменного тока может служить виток, вращающийся в равномерном магнитном поле (Рис.22).

По закону электромагнитной индукции Фарадея э.д.с. индуцируемая в витке e=B2lvsinα, где

2l - длина двух рабочих сторон витка;

α – угол между направлением магнитных силовых линий и направлением движения витка в рассматриваемый момент времени.

Полученная зависимость э.д.с. от угла α или времени t графически изображается синусоидой. Э.д.с., токи и напряжения называется синусоидальными.

Основные параметры переменного тока(Рис.22).

Период (Т) – промежуток времени в течении которого ток, напряжение или э.д.с. совершает полный цикл изменений, т.е. примет все возможные для него значения.

Частота – величина обратная периоду, определяет число периодов в секунду. f=1/t [Гц]

Амплитуда – наибольшее значение тока, напряжения или э.д.с.

Em; Im; Um

Ток, напряжение или э.д.с., действующие в цепи переменного тока в каждый момент времени, называются мгновенными значениями e; u; i

Под действующим значением переменного тока понимают силу такого постоянного тока, который проходя по проводнику в течении некоторого времени выделит в нем такое же количество тепла, что и данный переменный ток. E; I; U

При синусоидальном токе I=Im/√2=0,71Im; Im=I√2=1,41I