Тема 2.2. Электромагнитная индукция

Обладают большой магнитной проницаемостью, т.е. хорошо проводят магнитный поток.

Способны намагничиваться, т.е. приобретать собственное магнитное поле и сохранять его длительное время.

3. Их магнитная проницаемость не остаётся постоянной, а изменяется с изменением напряжённости внешнего магнитного поля, в котором находится ферромагнетик.

2. Магнитные цепи.

Магнитная цепь – совокупность участков, изготовленных из ферромагнитных материалов, и предназначенных для проведения магнитного потока.

Магнитными цепями являются магнитопроводы различных электротехнических устройств: трансформаторов, электрических машин, электрических аппаратов, электроизмерительных приборов и т.д. магнитные цепи бывают неразветвлёнными и разветвлёнными. Примером разветвлённой магнитной цепи является магнитная цепь электрической машины.

а) неразветвлённая магнитная цепь; б) разветвлённая магнитная цепь электрической машины.

Магнитные цепи могут быть так же однородными и неоднородными

Однородная магнитная цепь изготавливается из одного и того же ферромагнетика и имеет одну и туже площадь поперечного сечения по всей своей длине.

3. Электромагниты и их практическое применение.

Конструкции электромагнитов разнообразны и определяются их назначением. Все они имеют намагничивающую обмотку 3, стальной магнитопровод, состоящий из двух частей – неподвижной 1 и подвижной 2. Магнитопровод намагничивается в магнитном поле обмотки с током и его подвижная часть (якорь) притягивается к неподвижной части или втягивается внутрь её. Сила F (притяжения или втягивания якоря) тем больше, чем больше ток в катушке электромагнита.

Электромагниты используются в электромагнитных тормозах электроприводов, в некоторых электроизмерительных приборах, в электромагнитных аппаратах (контакторах, таймтакторах, реле), а также в подъёмных кранах для подъёма грузов, содержащих ферромагнитные материалы.

Лекция 8.

Вопросы:

1. Явление электромагнитной индукции.

2. Явление самоиндукции.

3. Явление взаимной индукцию.

4. Вихревые токи.

1. Явление электромагнитной индукции.

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что при каждом изменении потокосцепления контура в нём индуктируется (наводится) ЭДС. Эту ЭДС называют ЭДС электромагнитной индукции.

Математическое выражение закона электромагнитной индукции в формулировке Максвелла:

(2.4),

где: ЭДС электромагнитной индукции; - скорость изменения потокосцепления контура; w – число витков контура; - скорость изменения магнитного потока, сцеплённого с контуром.

ЭДС электромагнитной индукции наводится так же и в проводе, пересекающим линии магнитной индукции. При этом безразлично, будет ли проводник двигаться в магнитном поле или магнитное поле будет перемещаться относительно проводника.

Если направление линейной скорости перемещения проводника будет перпендикулярно направлению вектора магнитной индукции, то наводимая в проводнике ЭДС определяется по формуле:

( 2.5),

где: e - ЭДС, наводимая в проводнике; l - длина проводника; v - линейная скорость движения проводника.

Направление ЭДС в проводнике определяется по правилу правой руки: вектор магнитной индукции входит в ладонь, отогнутый под прямым углом большой палец направлен в сторону прямолинейного движения проводника, четыре вытянутые пальца указывают направление ЭДС.

2. Явление самоиндукции.

Явление самоиндукции представляет собой частный случай явления электромагнитной индукции. Оно состоит в том, что если ток, протекающий в контуре будет изменяться, то в нём будет индуктироваться (наводится) ЭДС. Эту ЭДС называют ЭДС самоиндукции.

Действительно, протекающий в контуре изменяющийся ток, возбуждает изменяющийся магнитный поток, который сцепляется с витками контура. А это, как сказано выше, и является условием наведения в контуре ЭДС электромагнитной индукции. Если индуктивность контура L = const, то

2.6,

где: - ЭДС самоиндукции, наведённая в контуре; ψ_L – потокосцепление контура с магнитным поток, возбуждённым током этого контура (собственное потокосцепление контура) ψ_L=Li; - скорость изменения собственного потокосцепления; i – ток в контуре; скорость изменения тока.

Правило Ленца: ток, возникающий в контуре под действием ЭДС самоиндукции, препятствует изменению скорости тока i, вызвавшего появление этой ЭДС. Установленное Ленцем правило получило название электромагнитной инерции.

В формуле 2.6 правило Ленца отображено знаком минус (-).

3. Явление взаимной индукции.

Магнитосвязанные контуры – контуры, сцеплённые с одним и тем же магнитным потоком.

Явление взаимоиндукции то же представляет собой частный случай явления электромагнитной индукции. Оно состоит в том, что если ток, протекающий в одном из магнитосвязанных контуров, будет изменяться, то в другом магнитосвзанном контуре будет наводиться ЭДС. Эту ЭДС называют ЭДС взаимной индукции.

Протекающий в одном из магнитосвязанных контуров ток i₁ возбуждает магнитный поток, часть которого сцепляется с обоими магнитосвязанными контурами. Обозначим ψ₁₂ потокосцепление контура, в котором тока нет, с частью магнитного потока, возбуждённого током i₁ и сцеплённого с обоими контурами.

При этом ψ₁₂=М i_1, где М – коэффициент взаимной индукции двух магнитосвязанных контуров. Чем больше М, тем больше будет ψ₁₂ при одном и том же токе i_1.

Единица коэффициента взаимной индуктивности в SI – генри (Г, H).

Если ток i₁ будет изменяться, то будет изменяться и потокосцепление ψ₁₂, а это приведёт к наведению в обоих контурах ЭДС. При этом, ЭДС, наведённая в контуре с током i₁, будет ЭДС самоиндукции, а ЭДС, наведённая в другом контуре, будет ЭДС взаимоиндукции е_М2.

В соответствие с формулой 2.4 е_М2=; если М=const, то

(2.7).

На использовании явления взаимоиндукции основан принцип работы трансформатора.

4 Вихревые токи.

Переменный ток, протекающий по катушке, намотанной на стальной сердечник, возбуждает переменный магнитный поток, большая часть которого Ф замыкается по сердечнику и наводит в плоскостях, перпендикулярных потоку Ф, ЭДС электромагнитной индукции (рис.а). Под действием наведённых ЭДС в этих плоскостях возникают переменные токи, которые называют вихревыми. На возникновение вихревых токов затрачивается энергия источника, к которому присоединена катушка. Эта энергия идёт на нагрев сердечника, т.е. тратится непроизводительно. Для уменьшения вихревых токов сердечники электротехнических устройств, работающие в цепях переменного тока делают на литыми, а набираю из тонких, изолированных друг от друга листов стали. Такие сердечники (магнитопроводы) называют шихтованными (рис.б).

Лекция 9.