Петля гистерезиса.

Достигнув магнитной насыщаемости материала (1) начнет уменьшаться магнитное поле, материал будет терять свою намагниченность, но медленнее чем уменьшается внешнее магнитное поле и когда Фвнеш = 0 точка (2) в материале остаточный магнетизм, что бы полностью его размагнитить его нужно изменить направление внешнего магнитного поля(3), если продолжать уменьшать внешнее магнитное поле в обратном направлении материал начнет перемагничиватся т.е. Фсобст достигнет насыщения и т.д. Явление запаздывания изменения собственного магнитного поля материалов (намагничиваемости) от изменения внешнего поля называется гистерезисом, а характеризует этот процесс петля гистерезиса.

В зависимости от ширины петли все ферромагнетики делятся на 2 группы:

1. Магнитомягкие - имеют узкую петлю т.е малый остаточный магнетизм и легко перемагничиваются, поэтому из них делают сердечники электрических машин (трансформаторов, якорей)

2. Магнитотвердые - имеют широкую петлю, большой остаточный магнетизм, поэтому из них делают постоянные магниты.

Площадь петли пропорциональна энергии, которую надо затратить на перемагничивание материала.

Магнитная цепь (магнитопровод)

Магнитная цепь- это путь, по которому замыкается магнитный поток.

Закон Ома для магнитной цепи: Ф=I*W/Rмаг

Магнитный поток пропорционален силе тока его создаваемому I, числу витков катушки (W) и обратно пропорционален магнитному сопротивлению Rмаг.

Это значит, что магнитное поле т.е поток (Ф) можно усилить тремя способами:

1. Увеличить силу тока

2. Смотать проводник в катушку или увеличить количество витков(W)

3. вставить в катушку стальной сердечник, катушка сердечника называется – электромагнитом

Проводник с током в магнитном поле. Преобразование электрической энергии в механическую.

Если в магнитное поле поместить проводник с током, то на него будет действовать выталкивающая сила, величина которой зависит от тока, индукции поля, длины проводника.

F=B*I*l

Направление выталкивающей силы определяется по правилу левой руки: силовые линии входят в ладонь, 4 пальца располагаются по направлению тока, отогнутый большой палец указывает направление выталкивающей силы.

Появление силы можно объяснить другим способом:

Вокруг проводника с током образуется собственное магнитное поле (по правилу буравчика), с одной стороны оно усиливает внешнее поле , а с другой ослабляет и проводник выталкивается из зоны сгущения в зону разряжения.

Если из проводника сделать виток, то на него будет действовать пара сил, которая образует вращающий момент, и виток начнет поворачиваться. Витки соответствующим образом образуют обмотку якоря электродвигателя постоянного тока.

Электромагнитная индукция.

Если во внешнем магнитном поле перемещать проводник так, чтобы он пересекал силовые линии, то в этом проводнике индуктируется ЭДС, такое явление называют- электромагнитной индукцией.

Это происходит потому, что магнитное поле действует на свободные электроны, заставляя их смещаться к одному из концов проводника и там накапливается отрицательный заряд, на другом конце из за их недостатка получится положительный заряд, т.е появится напряжение. Если замкнуть цепь, то пойдет ток.

Величина ЭДС зависит:

• от силы магнитного поля (В)

• от скорости перемещения проводника(V)

• от длины проводника (l)

Направление ЭДС определяется по правилу правой руки: силовые линии входят в ладонь, отогнутый большой палец по направлению движения, 4 пальца укажут направление ЭДС.

В электрических машинах это явление реализуется разными способами:

1. Перемещать проводник в магнитном поле (в генераторе постоянного тока)

2. При неподвижном проводнике, перемещать магнитное поле (в 3-х фазных генераторах переменного тока)

3. Неподвижный проводник поместить в переменное магнитное поле (в трансформаторах)

Самоиндукция (Е_L)

Если по проводнику идет переменный ток, то вокруг него создается переменное магнитное поле, которое будет действовать на свой же проводник и в нем появляется ЭДС самоиндукции, которая будет оказывать тормозящие действие на изменение тока в цепи, т.е в момент когда ток растет, ЭДС самоиндукции направлена против тока и не дает ему расти, а в момент когда ток убывает ЭДС самоиндукции направлена в ту же сторону и не дает ему убывать, поддерживает. Особенно сильно это эффект проявляется если проводник смотать в катушку, увеличить частоту переменного тока или резко изменять постоянный ток.

Следствие 1:

1. Из-за ЭДС самоиндукции переменному току в электрических цепях оказывается дополнительное индуктивное сопротивление (Х_L) Ом (X_L=2π*f*L)

2. В момент размыкания контактов независимо от рода тока, ток резко уменьшается, что создает большую ЭДС самоиндукции и вследствие этого, скачок напряжения в сети, что может повредить другие потребители и образует перенапряжение в самом контакте с пробоем воздушного промежутка и образование электрической дуги.

Взаимоиндукция.

Если в переменное магнитное поле 1-ого проводника поместить другой проводник в нем будет наводится ЭДС взаимоиндукции и появится напряжение, называемое наведенным, величина которого сильно зависит от длины проводника, поэтому этот эффект используют в трансформаторах, где поле одной катушки с числом витков W₁, действует на вторую катушку, с числом витков W₂.

W₁/W₂=U₁/U₂=I₂/I₁ (1)

На первичную обмотку (первую катушку) подается переменное напряжение U1 и проходит ток I1, который создает переменный магнитный поток Ф1, который воздействует на вторичную обмотку W2, в ней появляется напряжение U2, и при подключении потребителя появляется ток I2. соотношение напряжений примерно равно соотношению витков (см. формулу 1). У повышающего трансформатора витков на вторичной обмотке больше, при этом U2>U1, а т.к. входная и выходная мощность примерна одинаковая, то ток I2 во столько же раз меньше.

Pвх=U1*I1≈Pвых=U2*I2

Отношение числа витков большего к меньшему называется коэффициентом трансформации.

Вихревые токи.

При вращении якоря в электрических машинах наведенное напряжение появляется не только в обмотке, но и в самом сердечнике.

Если сердечник массивный, то в нем от этого наведенного напряжения возникают большие короткозамкнутые – вихревые токи, которые будут сильно нагревать его. Аналогичная ситуация возникает если массивную неподвижную деталь поместить в переменное магнитное поле. Чтобы эти вихревые токи ограничить и уменьшить нагрев сердечника его изготавливают шихтованным т.е. набирают из отдельных пластин толщиной до 1мм, разделенных диэлектрическим лаком. При этом пластины изготавливают из электротехнической стали (фехраль, нихром) с большим электрическим сопротивлением.

Польза вихревых токов: учувствуют в работе асинхронных двигателей, используется в сварке и расплавке деталей.

III Раздел

Электрические машины постоянного тока.

(ЭМПТ)

Делятся на двигатели и генераторы, которые имеют одинаковую конструкцию и являются взаимозаменяемыми, т.е. ЭМПТ работая в режиме двигателя преобразуют электрическую энергию в механическую, а если источник электроэнергии отключить, но сохранить вращение (например при движении под уклон) она перейдет в генераторный режим, вырабатывая электроэнергию.

Составные части машин постоянного тока.

1. Остов (корпус, станина)- служит для крепления главных и дополнительных полюсов, боковых щитов, несущих подшипники якоря и является частью магнитопровода, т.е. по нему проходит и замыкается магнитный поток.

2. Главные полюса - служат для создания основного магнитного потока возбуждения, а дополнительные полюса для уменьшения реакции якоря и искрения под щетками