Электрические двигатели

В однородное магнитное поле перпендикулярно его направлению поместим прямолинейный проводник (см. рисунок) и подведем к нему постоянное напряжение . Т.к. в проводнике возникает ток , то на него действует электромагнитная сила . Направление этой силы определяется по правилу левой руки. Под действием силы проводник будет скользить пко медным шинам А и Б, пересекать силовые линии магнитного поля. В результате в проводнике возникает ЭДС индукции , где - скорость движения проводника. Пользуясь правилом правой руки, можно установить, что индуцируемая ЭДС направлена навстречу току, а следовательно, и приложенному напряжению . Поэтому ток в цепи , где - сопротивление движущегося проводника. Из данной формулы следует или .

Умножив обе части последнего уравнения на ток I, получим , где - мощность источника питания; - механическая мощность, развиваемая проводником; - мощность, теряемая на нагревание проводника. Т.о. при движении проводника с током в магнитном поле под действие его сил происходит преобразование электрической энергии в тепловую и механическую. На этом явлении основана работа электродвигателей.

Рассмотрим устройство простейшего двигателя постоянного тока. На якоре двигателя укладывается обмотка якоря, которая состоит из проводников. Ток в обмотку якоря поступает через щетки и коллектор. Для создания магнитного поля на полюсных наконечниках размещается обмотка возбуждения. Она соединяется последовательно, параллельно или смешанно с обмоткой якоря. После включения рубильника ток в обмотке якоря взаимодействует с магнитным полем, которое создается током обмотки возбуждения. В результате возникают силы F и якорь приходи во вращение. В момент пуска встречная ЭДС в обмотке якоря и ток значительно больше номинального. Для уменьшения тока последовательно с обмоткой якоря включают пусковой реостат. После того как якорь придет в движение и в обмотке возникнет встречная ЭДС, пусковой реостат выводят. Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую и приводят в движение различные машины, станки и т.д.

Понятие о потокосцеплении

Потокосцеплением называют алгебраическую сумму магнитных потоков, пронизывающих отдельные витки:

Если магнитные потоки, пронизывающие витки, одинаковы, т.е. , то есть потокосцепление будет равно . ЭДС катушки .

Понятие об индуктивности

Замкнутый контур в цепи всегда пронизывается магнитным потоком, созданным протекающим по этой цепи током. Причем, величина магнитного потока пропорциональна току. Алгебраическая сумма магнитных потоков, пронизывающих витки

катушки, которые обусловлены током в этой цепи, называют потокосцеплением самоиндукции .

Отношение потокосцепления с самоиндукцией к току в этой катушке является постоянной величиной и называется индуктивностью .

Индуктивность кольцевой и цилиндрической катушки

Т.к. магнитных поток пронизывает все витки катушки, то потокосцепление самоиндукции:

Тогда индуктивность катушки будет равна:

.

ЭДС самоиндукции

Изменение тока в катушке вызывает изменение потока сцепления самоиндукции, а следовательно возникает ЭДС.

Явление, при котором ЭДС возникает в контуре или в катушке в результате изменения тока в этом контуре или катушке, называется самоиндукцией.

ЭДС самоиндукции обозначается .

Т.о. ЭДС самоиндукции пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения тока в ней.

Если (ток нарастает), то - отрицательна, т.е. направлена навстречу току (противо ЭДС), если же (ток убывает), то - положительна, т.е. направлена согласно с током.

Время нарастания и уменьшения тока характеризуется постоянным временем.

- «тау»

При включении катушки в электрическую цепь вокруг катушки создается магнитное поле, в котором запасается часть энергии, израсходованной источниками.

Величина этой энергии определяется как:

Явление взаимоиндукции

Если две катушки с током расположены близко друг от друга, то часть магнитного потока первой катушки пронизывает витки второй и наоборот. Такие контуры и катушки называют индуктивно- или магнитосвязанными.

Магнитный поток , а следовательно и потокосцепление пропорциональны току в катушке I₁, т. е.

М – взаимная индуктивность двух катушек, равная отношению потокосцепления одной катушки к току другой.

ЭДС, возникающая при этом в другой катушке будет равна:

,

где K – коэффициент связи двух катушек, зависящий от взаимного их расположения (чем ближе катушка, тем больше K и наоборот).

Однофазный переменный ток

Переменным называют такой электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и по направлению.

Основным достоинством переменного тока является возможность его трансформации, а также то, то электрические машины и аппараты переменного тока значительно проще и дешевле, чем постоянного тока.

Время, в течении которого ток делает полный цикл своих изменений называется периодом.

Величина, обратная периоду и численно равная числу периодов за секунду, называется частотой .

Значение переменного тока в любой момент времени называется мгновенным значением.

Наибольшее из мгновенных значений называется максимальным, или амплитудным .