25. Розрахунок нерозгалуженого однорідного магнітного кола
У нерозгалуженому магнітному колі (рис. 9.1, а) магнітний потік у всіх ділянках той самий.
Пряма задача
За заданим магнітним потоком і відомою площею S поперечного перерізу осердя знаходять магнітну індукцію
Визначають напруженість магнітного поля Н в осерді. Залежність В (Н) —-> характеристика намагнічування — для сталі нелінійна, а магнітна проникність |І, — величина не стала.Звичайнонапруженість магнітного поля визначають за кривою намагнічування заданого сорту сталі (див. рис. 8.25, б і додаток 4).
Знаходять намагнічуючу силу за законом повного струму:
де / — довжина магніто проводу по середній лінії без урахування заокруглень, причому умовно вважають, що ця середня лінія в усіх точках збігається з лінією магнітної індукції.
Обернена задача
За заданою намагнічуючою силою треба знайти магнітний потік у магніто проводі.
За кривою намагнічування заданого сорту сталі знаходятьмагнітну індукцію В.
Визначають магнітний потік:
Магнітний опір - характеристика магнітному ланцюгу, М. с. R m дорівнює відношенню магніторушійної сили F , що діє в магнітному ланцюзі, до створеного в ланцюзі магнітному потоку Ф. М. с. однорідної ділянки магнітному ланцюгу може бути обчислено за формулою R m = l / mm 0 S , де l і S — довжина і поперечний перетин ділянки магнітного ланцюга, m — відносна магнітна проникність матеріалу ланцюга, m 0 — магнітна постійна.
26. Явище електромагнітної індукції - виникнення електричного струму в провідному контурі, який або нерухомий у змінному магнітному полі, або переміщується в постійному магнітному полі так, що кількість ліній магнітної індукції, що перетинають контур, змінюється.
Фарадей встановив кількісний закон електромагнітної індукції, описавши його рівнянням:
де
— електрорушійна сила (ЕРС), яка виникає в котушці, що перебуває у змінному магнтіному полі, у вольтах
N — кількість витків у котушці
Φ — магнітний потік у веберах.
27. Ерс індукції у рухомому провіднику
Між кінцями провідника, який рівномірно рухається в однорідному магнітному полі, з'являється різниця потенціалів. Якщо такий провідник увімкнути в електричне коло, частина якого знаходиться за межами поля, то в ньому виникне електричний струм. Напрямок цього струму в провіднику можна визначити, якщо відомі знаки зарядів на кінцях провідника і якщо вважати його джерелом струму. Проте цей шлях не завжди раціональний, особливо при розв'язуванні задач практичного характеру. Тому на практиці напрямок струму, який з‘являється в колі внаслідок електромагнітної індукції, визначають за правилом правої руки. Якщо праву руку розмістити в полі так, щоб лінії магнітної індукції входили в долоню, відставлений великий палець відповідав би напрямку руху провідника, то витягнуті пальці руки вкажуть напрям індукційного струму в провіднику.
28. Правило правої руки —правило, що дозволяє визначити напрям силових ліній магнітного поля навколо провідника зі струмом.
Якщо обхопити правою рукою провідник таким чином, щоб великий палець вказував напрям струму в ньому, то решта пальців вказуватиме напрям вектора магнітної індукції.
29. Принцип дії трансформатору. Відповідно до закону електромагнітної індукції напруга, що виникає на кінцях витка, пропорційна швидкості зміни магнітного потоку, який пронизує цей виток. Якщо прикласти змінну напругу U1 до кінців первинної обмотки, то по обмотці буде протікати змінний струм, що створює магнітний потік. В вторинній викає змінна ЕРС (Е2), яка пропорційна числу витків і швидкості зміни магнітного потоку. Переміний магнітний потік створить індуковану в первинній обмотці ЕРС (Е1), що трохи менше прикладеної напруги і протилежна йому по напрямку. Це забезпечує протікання струму, що намагнічує.
Вихрові струми, струми Фуко (на честь Леона Фуко) — вихрові індукційні струми, які виникають у масивних провідниках при зміні магнітного потоку, який їх пронизує.
Він відкрив явище нагрівання металічних тіл, які обертаються у магнітному полі, вихровими струмами.
Струми Фуко виникають під дією змінного електромагнітного поля і за своєю фізичною природою нічим не відрізняються від індукційних струмів, що виникають у лінійних проводах.
30. Синусоїдально змінюючі величини зображують або графічно як функції часу t чи кута wt, або обертовими векторами на площині. В останньому випадку довжина вектора в обраному масштабі являє собою амплітудне чи діюче значення цієї величини, кут між цим вектором і позитивним напрямком осі абсцис у початковий момент часу дорівнює початковій фазі Y, а кутова частота обертання вектора дорівнює кутовій частоті w.
31. Характеристика синусоїдальних величин:Амплітуда Іm –найбільша абсолютна величина, яку має електричний струм, що періодично змінюється.
Період Т – найменший проміжок часу, на протязі якого миттєві значення струму повторюються. T = 2p / w
Частота f - величина обернена до періоду електричного струму f= 1/T f = p n/60
де р—число пар полюсів генератора;
n - частота обертання якоря генератора, об/хв.
Кутова частота w - швидкість зміни фази струму w = 2×p×f
Фаза – аргумент синусоїдального струму , що визначають з точки переходу через нуль до додатного значення
Початкова фаза струму (ЕРС, напруги) Yi, Ye, Yu, -це значення фази в момент часу t=0.
Різниця початкових фаз двох синусоїдальних величин однієї і тієї ж частоти називають зсувом фаз.
Зсув фаз між напругою і струмом визначається обрахуванням початкової фази струму з початкової фази напруги j = Yu - Yi]
Діюче значення змінного струму (ЕРС, напруги)-це середньоквадратичне значення змінного струму (ЕРС, напруги) за період Т:
32. Векторная диаграмма — графическое изображение меняющихся по закону синуса (косинуса) величин и соотношений между ними при помощи направленных отрезков — векторов. Векторные диаграммы широко применяются в электротехнике, акустике, оптике, теории колебаний итд.
Гармоническое (то есть синусоидальное) колебание может быть представлено графически в виде проекции на некоторую ось (обычно берут ось координат Оx) вектора, вращающегося с постоянной угловой скоростью ω. Длина вектора соответствует амплитуде, угол поворота относительно оси (Ox) - фазе.
Сумма (или разность) двух и более колебаний на векторной диаграмме представлена при этом (геометрической) суммой (или разностью) векторов этих колебаний. Мгновенное значение искомой величины определяется при этом проекцией вектора суммы на ось Оx, амплитуда - длиной этого вектора, а фаза - углом его поворота относительно Ox.
33. Під час замикання в колі змінна електрорушійна сила (ЕРС) створює змінний струм. Значення такого струму і напруги в колі змінюються з часом за гармонічним законом. Ці періодичні зміни викликають періодичні коливання швидкості впорядкованого руху заряджених частинок. Існує декілька способів отримання змінного струму, але якщо частота не перевищує 1000 Гц, то зазвичай його отримають методом обертання рамки в магнітному полі.На провідниках з активним опором виділяється теплова потужність. Для того, щоб її розрахувати, потрібно визначити діюче значення струму і напруги.
Діюче
значення змінного струму дорівнює
такому значенню постійного струму, яке
виділяє в провіднику таку саму кількість
теплоти, що і змінний струм.
Воно
дорівнює: Iд
= Imax /
.
34. Струм у колі:Вираз для миттєвого струму знайдемо за законом Ома;
де Іт = UJR — амплітуда струму.
Активний опір в колі змінного струму.
Якщо опір постійному струмові кола дорівнює якомусь певному значенні, то під час протікання по цьому колу змінного струму опір зросте і дорівнюватиме деякій іншій величині. Дослід показує, що із збільшенням частоти змінного струму опір теж зростає.
Опір провідника (резистора) змінному струмові називається активним опором.
Активний опір Ra – це опір, в якому енергія, що надходить від генератора, перетворюється у внутрішню енергію провідника:
Активна потужність, середнє за період значення миттєвої потужності змінного струму. А. м. Р залежить від значень напруги V і сили струму I , що діють, і від косинуса j, де j — кут зрушення фаз між V і I. В електричному ланцюгу однофазного змінного струму (синусоїдального) P = VI cos j (для трифазного струму ). А. м. може бути також виражена над силу струму, напругу і активну складову опору ланцюгу r або її провідність g по формулі P = I 2 r =V 2 g В будь-якому електричному ланцюзі як синусоїдального, так і несинусоїдального струму А. м. всього ланцюга дорівнює сумі А. м. окремих частин ланцюга. З повною потужністю S А. м. зв'язана співвідношенням P = S cos j . Одиниця виміру А. м. — ват ( Вт ).
35. Індуктивний опір в колі змінного струму.Припустимо, що змінну напругу прикладено до затискачів котушки. Якщо замість змінної напруги прикласти до цієї котушки постійну напругу, то, зважаючи на зовсім незначний активний опір, сила струму в колі досягне дуже великого значення. У разі змінної напруги сила струму в котушці буде меншою. Це пояснюється тим, що в цьому випадку (при змінній напрузі) в котушці виникає змінна ЕРС самоіндукції, яка геометрично додається до прикладеної напруги і в результаті впливає на силу струму.
Індуктивний опір XL – умовна назва ефекту, який чинить котушка в колі змінного струму:
Опір індуктивний - величина, що характеризує опір, що надається змінному струму індуктивністю ланцюга (її ділянки); вимірюється в омах . В разі синусоїдального струму С. і. x L виражається у вигляді твору w L, де w — кутова частота струму,L — індуктивність ланцюга. С. і. дорівнює відношенню амплітуди напруги на затисках ланцюга, що має індуктивний характер (що володіє малим опором активним і чималою індуктивністю: такий ланцюг можна вважати еквівалентним індуктивності котушці ) , до амплітуди струму в ній. При постійному струмі в котушці (w = 0) С. і. дорівнює нулю. Коли через котушку протікає змінний струм, електрична енергія передається від джерела струму магнітному полю котушки і потім назад, причому середня за період потужність дорівнює нулю, тому С. і. називається реактивним.
Реактивна потужність - фізична величина, що характеризує швидкість зміни електромагнітної енергії, нагромадженої в магнітному полі котушки індуктивності і в електричному полі конденсатора. Реактивна потужність визначає т. з. реактивну енергію, що споживається електроустановкою. Р. п. Q = UІsin ф, де U — напруга, І — сила струму, φ — кут зсуву фаз між напругою і струмом. Пов'язана з повною потужністю S і активною потужністю Р співвідношенням:
Мгновенной мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.
Миттєва потужність дорівнює добуткові миттєвих значень напруги і стрими:
36. ЗМІННИЙ СТРУМ.Змінними вважають струми, які змінюються як за значенням, так і за напрямком. Найпоширенішими і найважливішими в техніці є синусоїдальні змінні струми, сила яких і напруга змінюються за законами синуса або косинуса. Такими, наприклад, є промислові струми, високочастотні струми, які використовують у радіозв'язку тощо.
Струм у колі:
Вираз для миттєвого струму знайдемо за законом Ома;
де Іт = UJR — амплітуда струму.
З рівнянь напруги і струму видно, що початкові фази обох кривих однакові, тобто напруга і струм у колі з опором R збігаються за фазою.
Миттєва потужність:
При змінних значеннях напруги і струму швидкість перетворення електричної енергії в приймачі, тобто його-потужність, теж змінюється Миптєва потужність дорівнює добуткові миттєвих значень напруги і струму:
Ємнісний опір:
Величина амплітуди струму.
Величину 1/(соС) позначають Хс і називають реактивним опором ємності, або ємнісним опор о м. Ємнісний опір — величина, . обернена добутку ємності й кутової частоти. Діючий струм в колі з ємністю дорівнює відношенню діючої напруги до ємнісного опору
37. КОЛО З РЕАЛЬНОЮ КОТУШКОЮ ІНДУКТИВНОСТІ:Реальна котушка відрізняється від ідеальної тим, Ідо змінний струм у ній супроводиться не тільки зміною енергії в магнітному полі, а й перетворенням електричної енергії на інший вид Зокрема, в проводі котушки електрична енергія перетворюється на тепло згідно У реальній котушці мають місце обидва процеси, тобто її активна і реактивна потужності відрізняються від нуля. Тому в схемі заміщення реальну котушку слід подати активним і реактивним .елементами.Поділ реальної котушки на два елементи штучний, оскільки конструктивно обидва елементи неподільні. Проте такою ж схемою заміщення можна подати реальне коло з двох конструктивних не суміщених елементів, один з яких характеризується тільки активною потужністю Р (Q = 0), а інший — реактивною (індуктивною) потужністю Q (Р = 0).з законом Ленца Джоуля (про втрати енергії в котушці з феромагнітним осердям.
Схема заміщення котушки з послідовним з'єднанням елементів.
У схемі з послідовним з'єднанням елементів реальна котушка характеризується активним опором R й індуктивністю.Активний опір визначається потужністю втрат, а індуктивність — конструкцією котушки.
Швидкість необоротного процесу перетворення енергії оцінюється середньою потужністю за період, або активною потужністю Р, швидкість обмінного процесі характеризується реактивною потужністю Q.
Повна потужність має ту саму розмірність, що Р і Q, проте одиницю повної потужності називають вольт-ампер(В-А).
Активна потужність Р менша або дорівнює повній потужності кола. Відношення активної потужності кола до неголовної потужності називають коефіцієнтом потужності.
38. КОЛО З РЕАЛЬНИМ КОНДЕНСАТОРОМ.При змінній напрузі на реальному конденсаторі крім струму зміщення є невеликі струми провідності крізь товщу діелектрика (об'ємний струм) і вздовж поверхні (поверхневий струм). Струми провідності й поляризацію діелектрика супроводять втрати-енергії. ",Отже, в реальному конденсаторі поряд із зміною енергії електричного поля (це характеризує реактивна потужність Q) через недосконалість діелектрика відбувається необоротний процес перетворення електричної енергії на тепло, швидкість якого виражається активною потужністю Р. Тому в .схемі заміщення реальний конденсатор слід подати активним і реактивним елементами.Поділ реального конденсатора на два елементи —.це розрахунковий прийом, оскільки конструктивно їх виділити не можна. Проте таку "саму схему заміщення має реальне коло з двох елементів, один з яких характеризується тільки активною потужністю реактивною (ємнісною) потужністю Q (Р = 0).
Схема заміщення конденсатора з паралельним з'єднанням елементів:
Потужність.
Вираз миттєвої потужності реального конденсатора збігається з виразом миттєвої потужності котушки.
Миттєве значення потужності електричного струму дорівнює
,
повна потужність
,
активна потужність
,
реактивна потужність
де
U — напруга,
а 
-
зсув фаз між напругою і струмом.