Le mot « induction » en russe désigne les processus d’excitation, d’orientation et de création de quelque chose. En génie électrique, ce terme est utilisé depuis plus de deux siècles.

Après avoir pris connaissance des publications en 1821 décrivant les expériences du scientifique danois Oersted sur les déviations de l'aiguille magnétique à proximité d'un conducteur avec courant électrique, Michael Faraday s'est fixé pour tâche : convertir le magnétisme en électricité.

Après 10 ans de recherche, il formule la loi fondamentale induction électromagnétique, expliquant que Une force électromotrice est induite à l’intérieur de toute boucle fermée. Sa valeur est déterminée par le taux de variation du flux magnétique pénétrant dans le circuit considéré, mais pris avec un signe moins.

Transmission d'ondes électromagnétiques à distance

La première hypothèse qui est venue à l’esprit du scientifique n’a pas été couronnée de succès pratique.

Il a placé côte à côte deux conducteurs fermés. Près de l'un, j'ai installé une aiguille magnétique comme indicateur du courant qui passe, et l'autre fil recevait une impulsion d'une puissante source galvanique de l'époque : une colonne voltaïque.

Le chercheur a supposé qu'avec une impulsion de courant dans le premier circuit, le champ magnétique changeant induirait un courant dans le deuxième conducteur, ce qui dévierait l'aiguille magnétique. Mais le résultat s'est avéré négatif - l'indicateur n'a pas fonctionné. Ou plutôt, il manquait de sensibilité.

Le cerveau du scientifique a prévu la création et la transmission d’ondes électromagnétiques à distance, qui sont désormais utilisées dans la radiodiffusion, la télévision, le contrôle sans fil, les technologies Wi-Fi et des appareils similaires. Il a simplement été déçu par la base d'éléments imparfaite des appareils de mesure de l'époque.

Production d'électricité

Après mauvaise expérience Michael Faraday a modifié les conditions expérimentales.

Pour l'expérience, Faraday a utilisé deux bobines à circuits fermés. Il a fourni du courant électrique depuis une source au premier circuit et a observé l'apparition de champs électromagnétiques dans le second. Le courant traversant les spires de l'enroulement n°1 créait un courant autour de la bobine flux magnétique, pénétrant dans l'enroulement n°2 et y générant une force électromotrice.

Pendant l'expérience Faraday :

• allumé l'alimentation en tension du circuit avec une impulsion alors que les bobines étaient à l'arrêt ;
• lorsque le courant était appliqué, il introduisait la bobine supérieure dans la bobine inférieure ;
• fixer l'enroulement n°1 en permanence et y insérer l'enroulement n°2 ;
• modifié la vitesse de déplacement des bobines les unes par rapport aux autres.

Dans tous ces cas, il a observé la manifestation FEM induite dans la deuxième bobine. Et seulement en passant CC Il n’y avait pas d’induction de force électromotrice à travers l’enroulement n°1 et les bobines fixes.

Le scientifique a déterminé que la FEM induite dans la deuxième bobine dépend de la vitesse à laquelle le flux magnétique change. Elle est proportionnelle à sa taille.

Le même schéma se manifeste pleinement lors du passage d'une spire fermée. Sous l'influence des champs électromagnétiques, un courant électrique se forme dans le fil.

Le flux magnétique dans le cas considéré évolue dans le circuit Sk créé par un circuit fermé.

Ainsi, le développement créé par Faraday a permis de placer un cadre conducteur de courant rotatif dans un champ magnétique.

Il était alors fabriqué à partir de grande quantité tours, fixés dans des roulements de rotation. Des bagues collectrices et des balais glissant le long d'elles étaient installés aux extrémités de l'enroulement et une charge était connectée via les bornes du boîtier. Le résultat est un générateur de courant alternatif moderne.

C'est plus conception simple a été créé lorsque le bobinage a été fixé sur un boîtier fixe et que le système magnétique a commencé à tourner. Dans ce cas, la méthode de génération de courants due au courant n'a en aucun cas été perturbée.

Principe de fonctionnement des moteurs électriques

La loi de l'induction électromagnétique, fondée par Michael Faraday, a permis de créer divers modèles moteurs électriques. Ils ont un dispositif similaire aux générateurs : un rotor et un stator mobiles, qui interagissent les uns avec les autres en raison des champs électromagnétiques en rotation.

Transformation de l'électricité

Michael Faraday a déterminé l'apparition d'une force électromotrice induite et d'un courant induit dans un enroulement voisin lorsque le champ magnétique dans une bobine adjacente change.

Le courant à l'intérieur de l'enroulement voisin est induit lorsque le circuit de commutation est commuté dans la bobine 1 et est toujours présent pendant le fonctionnement du générateur sur l'enroulement 3.

Le fonctionnement de tous les appareils transformateurs modernes est basé sur cette propriété, appelée induction mutuelle.

Pour améliorer le passage du flux magnétique, leurs enroulements isolés sont placés sur un noyau commun présentant une résistance magnétique minimale. Il est fabriqué à partir de qualités d'acier spéciales et formé de fines feuilles empilées sous forme de sections. une certaine forme, s’appelle un circuit magnétique.

Les transformateurs transmettent l'énergie CA par induction mutuelle champ électromagnétique d'un enroulement à l'autre afin qu'il y ait en même temps un changement, une transformation de la valeur de tension à ses bornes d'entrée et de sortie.

Le rapport du nombre de tours dans les enroulements détermine rapport de transformation, et l'épaisseur du fil, la conception et le volume du matériau du noyau - la quantité de puissance transmise, le courant de fonctionnement.

Fonctionnement des inducteurs

La manifestation de l'induction électromagnétique est observée dans la bobine lors d'un changement de l'amplitude du courant qui y circule. Ce processus est appelé auto-induction.

Lorsque vous allumez l'interrupteur dans le schéma ci-dessous courant induit modifie la nature de l'augmentation linéaire du courant de fonctionnement dans le circuit, comme lors de l'arrêt.

Lorsqu'une tension alternative, plutôt qu'une tension constante, est appliquée à un conducteur enroulé dans une bobine, une valeur de courant réduite par la réactance inductive le traverse. L'énergie d'auto-induction déphase le courant par rapport à la tension appliquée.

Ce phénomène est utilisé dans les selfs, conçues pour réduire les courants importants qui se produisent dans certaines conditions de fonctionnement des équipements. De tels dispositifs sont notamment utilisés.

Une caractéristique de conception du circuit magnétique au niveau de l'inducteur est la découpe des plaques, qui est créée pour augmenter encore la résistance magnétique au flux magnétique en raison de la formation d'un entrefer.

Les selfs avec une position divisée et réglable du circuit magnétique sont utilisées dans de nombreux appareils radio et électriques. Très souvent, on les retrouve dans la conception des transformateurs de soudage. Ils réduisent la taille arc électrique passé à travers l’électrode à la valeur optimale.

Fours à induction

Le phénomène d'induction électromagnétique se manifeste non seulement dans les fils et les enroulements, mais également à l'intérieur de tout objet métallique massif. Les courants qui y sont induits sont généralement appelés courants de Foucault. Lorsque les transformateurs et les selfs fonctionnent, ils provoquent un échauffement du noyau magnétique et de l'ensemble de la structure.

Pour éviter ce phénomène, les noyaux sont constitués de fines tôles métalliques et isolés entre eux par une couche de vernis qui empêche le passage des courants induits.

Dans les structures de chauffage courants de Foucault ne limitez pas, mais créez les conditions les plus favorables à leur passage. largement utilisé dans fabrication industrielle pour créer des températures élevées.

Appareils de mesure électriques

Une large classe d'appareils à induction continue de fonctionner dans le secteur de l'énergie. Compteurs électriques à disque rotatif en aluminium, de conception similaire aux relais de puissance, systèmes sédatifs Les instruments de mesure à pointeur fonctionnent sur la base du principe de l'induction électromagnétique.

Générateurs magnétiques à gaz

Si, au lieu d'un cadre fermé, un gaz, un liquide ou un plasma conducteur est déplacé dans le champ d'un aimant, alors les charges électriques sous l'influence des lignes de force magnétiques commenceront à dévier dans des directions strictement définies, formant un courant électrique. . Son champ magnétique sur les plaques de contact des électrodes montées induit une force électromotrice. Sous son action, un courant électrique est créé dans le circuit connecté au générateur MHD.

C'est ainsi que se manifeste la loi de l'induction électromagnétique dans les générateurs MHD.

Il n’y a pas de pièces rotatives complexes comme un rotor. Cela simplifie la conception, vous permet d'augmenter considérablement la température de l'environnement de travail et, en même temps, l'efficacité de la production d'électricité. Les générateurs MHD fonctionnent comme des sources de secours ou de secours capables de générer des flux importants d'électricité sur de courtes périodes de temps.

Ainsi, la loi de l'induction électromagnétique, étayée autrefois par Michael Faraday, reste d'actualité aujourd'hui.

Le magnétisme est une force invisible qui attire ou repousse le fer et l'acier. Les objets qui créent cette force sont appelés aimants, et la zone autour d'eux où la force agit est appelée champ magnétique . En passant dans un fil, un courant électrique (lire l'article « ») crée un champ magnétique. Ce phénomène est appelé électromagnétisme. Avec lui, vous pouvez créer aimants puissants- des électro-aimants et utilisent le courant pour mettre des objets en mouvement. Les pôles nord des aimants, comme les pôles sud, se repoussent. Le pôle nord d’un aimant est attiré par le pôle sud d’un autre. L'aiguille de la boussole est un aimant. Elle montre le nord pôle magnétique.

Magnétisme

Le mot « magnétisme » vient du nom d’un lieu en Turquie. Dans la région de Magnésie, il y a plus de 2000 ans, les anciens Grecs ont découvert le minorate, qui attire. Ce minéral était une variété minerai de fer et a été nommé magnétite. Un morceau de magnétite suspendu à une corde tourne en essayant de prendre une position nord-sud. Morceaux d'aimant étendus - minerai de fer magnétique- étaient autrefois utilisées comme aiguilles de boussole. Habituellement, un aimant est corps en métal, comme le fer ou l'acier, qui possède des propriétés magnétiques et se comporte comme la magnétite. Un aimant a deux pôles : le sud et le nord.

Les métaux pouvant être magnétisés sont appelés ferromagnétiques. Les ferromagnétiques « mous », comme le fer, perdent facilement leurs propriétés magnétiques. L'acier est un ferromagnétique « dur » ; il conserve longtemps le magnétisme. Ce magnétisme est appelé induit. Une aiguille en acier se magnétise si vous la passez plusieurs fois sur un aimant. DANS substances magnétiques contenu groupes spéciaux molécules - domaines, c'est-à-dire petits aimants. Un métal est magnétisé si tous ses domaines pointent dans la même direction. Cependant, lorsqu'ils sont chauffés ou soumis à un impact, la direction des domaines change de manière aléatoire. Lorsqu'un ferromagnétique est dans un état non magnétisé, ses domaines sont orientés de manière aléatoire. Lorsqu'ils sont magnétisés, les domaines sont disposés de manière à ce que leurs pôles identiques soient orientés dans la même direction.

Un champ magnétique est la zone autour d'un aimant dans laquelle forces magnétiques(plus de détails dans l'article « »). Leur ampleur et leur direction peuvent être indiquées à l'aide de lignes d'induction magnétique. La Terre possède également un champ magnétique. En raison de la rotation de la Terre sur son axe, le métal en fusion contenu dans le noyau externe s'écoule lentement et crée le champ magnétique terrestre. De nombreux oiseaux, dont les sternes, s'orientent lors de leurs vols le long des lignes de champ magnétique.

Électromagnétisme

Un courant électrique traversant un fil crée un champ magnétique. Ce phénomène est appelé électromagnétisme. Un fil enroulé autour d’un noyau de fer se comporte comme une barre magnétique lors du passage du courant. Le fil dans ce cas s'appelle solénoïde. La direction des lignes de champ magnétique dépend de la direction du courant dans le fil. Si le courant circule dans le sens des aiguilles d’une montre, nous regardons depuis le pôle sud. Si, vu de l’extrémité, le courant circule dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, alors c’est le pôle nord. Vous pouvez en savoir plus dans l'article :. Le solénoïde est utilisé dans les électro-aimants. Son champ magnétique peut être activé et désactivé en contrôlant le courant. Les solénoïdes sont également utilisés dans les microphones et les haut-parleurs.

Électro-aimants

Un électro-aimant est un aimant qui peut être allumé et éteint à l'aide d'un courant électrique. Pour créer un électro-aimant, vous devez enrouler un fil – un solénoïde – autour d’un noyau de fer. Le fer est un ferromagnétique doux, c'est-à-dire il perd ses propriétés magnétiques lorsque le courant disparaît. Le fonctionnement des interrupteurs à relais et des sonneries électriques est basé sur l'électromagnétisme. Des électroaimants sont utilisés dans le projet train à grande vitesse– ils sont installés sur les rails et les fonds des voitures. Leurs poteaux se repoussent et le train pend au-dessus des rails. diminue et la vitesse du train augmente.

Moteurs électriques

Grâce à l'électromagnétisme, un moteur électrique convertit l'énergie électrique en mouvement. Un simple moteur électrique possède un circuit en fil plat – un rotor – placé entre deux aimants. Lorsque le courant traverse le rotor, les forces du champ électromagnétique du rotor et les champs magnétiques des aimants font tourner le rotor. Lorsque le rotor prend une position verticale, le collecteur change le sens du courant, ce qui entraîne une inversion du sens du champ magnétique, et donc de la force agissant sur le rotor. Le rotor tourne. Quand le rotor fait tour complet, le cycle reprend. Les moteurs électriques sont les plus utilisés différentes voitures, des machines à laver et sèche-cheveux aux petites voitures et trains. Les petits moteurs électriques sont utilisés en microchirurgie et technologie spatiale. C'est ainsi qu'est conçu un puissant moteur électrique - un micromoteur Toshiba d'un diamètre de 0,8 mm (à gauche). Un électro-aimant crée un champ magnétique constant. Un rotor tourne dans un champ magnétique.

Production d'électricité

Le physicien anglais Michael Faraday (1791 - 1867) a découvert que lorsqu'un conducteur se déplace dans un champ magnétique, un courant apparaît dans le conducteur. Faraday a découvert l'apparition du courant en faisant tourner un disque près d'un aimant. Un tel appareil est appelé générateur de disque. Un générateur, ou dynamo, est un appareil qui convertit l'énergie en électricité. Le principe de son fonctionnement est à l'opposé du principe de fonctionnement d'un moteur électrique.

Dans les centrales électriques, l’énergie du mouvement est fournie par la vapeur qui fait tourner les turbines. Les turbines font tourner la tige du générateur, avec des boucles de fil tournant entre deux aimants. Il en résulte un courant qui change de direction après chaque demi-tour. Ce courant est appelé variables.

Traduction d'un article dehttp://www.coilgun.eclipse.co.uk/ par romain.

Bases de l'électromagnétisme

Dans cette section, nous examinerons les principes électromagnétiques généraux largement utilisés en ingénierie. Ceci est une très brève introduction à un sujet aussi complexe. Tu dois te trouver bon livre sur le magnétisme et l'électromagnétisme si vous souhaitez mieux comprendre cette section. Vous pouvez également trouver la plupart de ces concepts expliqués en détail dans Fizzics Fizzle (http://library.thinkquest.org/16600/advanced/electricityandmagneism.shtml).

Électromagnétique champsEtforce

Avant d'envisager un cas particulier - pistolet à bobine -ah, nous devons nous familiariser brièvement avec les bases des champs et des forces électromagnétiques. Chaque fois qu’il y a une charge en mouvement, un champ magnétique correspondant lui est associé. Cela peut survenir en raison du courant dans un conducteur, de la rotation d'un électron sur son orbite, du flux de plasma, etc. Pour faciliter la compréhension de l’électromagnétisme, nous utilisons le concept de champ électromagnétique et de pôles magnétiques. Différentiel équations vectorielles, qui décrivent ce domaine, ont été développés James Clark Maxwell.

1. Systèmes de mesure

Juste pour rendre la vie plus difficile, trois systèmes de mesure sont couramment utilisés. Ils sont appelés Sommerfield, Kennely et Gaussian . Étant donné que chaque système comporte des éléments (noms) différents pour bon nombre des mêmes choses, cela peut prêter à confusion. j'utiliserai Sommerfield Le système présenté ci-dessous :

Tableau 1. Sommerfield Système de mesure

2. LoiBiographie- Savara

Grâce à la loi de Bio-Savart, vous pouvez déterminer le champ magnétique créé par un courant élémentaire .

Figure 2.1

Où H composante de champ à distance r , créé par le courant je , circulant dans une section élémentaire d'un conducteur de longueur je . toi vecteur unitaire dirigé radialement à partir de je .

On peut déterminer le champ magnétique créé par la combinaison de plusieurs courants élémentaires grâce à cette loi. Considérons un conducteur infiniment long à travers lequel circule le courant je . On peut utiliser la loi de Biot-Savart pour obtenir la solution de base du champ à n'importe quelle distance du conducteur. Je ne donnerai pas cette solution ici ; n'importe quel livre sur l'électromagnétisme le montrera en détail. Solution de base :

Figure 2.2

Le champ par rapport au conducteur parcouru par le courant est cyclique et concentrique.

(Direction lignes magnétiques(vecteurs H, B) est déterminé par la règle du vrille (tire-bouchon). Si mouvement vers l'avant La vrille correspond au sens du courant dans le conducteur, puis le sens de rotation de la poignée indiquera le sens des vecteurs.)

Un autre cas qui a une solution analytique est le champ axial d'une bobine avec courant. Bien que nous puissions obtenir une solution analytique pour le champ axial, cela ne peut pas être fait pour le champ dans son ensemble. Pour trouver un terrain dans certains point arbitraire nous devons résoudre des équations intégrales complexes, ce qui est mieux réalisé en utilisant des méthodes numériques.

3. La loi d'Ampère

Il s'agit d'une méthode alternative pour déterminer le champ magnétique, utilisant un groupe de conducteurs conducteurs de courant. La loi peut s'écrire ainsi :

où N numéro du conducteur porteur de courant moi et je vecteur linéaire. L'intégration doit former une ligne fermée autour du conducteur porteur de courant. Considérant un conducteur infini transportant un courant, nous pouvons à nouveau appliquer la loi d'Ampère, comme indiqué ci-dessous :

Figure 3.1

Nous savons que le champ est cyclique et concentrique autour du conducteur parcouru par le courant, doncHpeut être intégré le long d'un anneau (autour d'un conducteur porteur de courant) à distance r, ce qui nous donne :

L'intégration est très simple et montre comment la loi d'Ampère peut être appliquée pour obtenir solution rapide dans certains cas (configurations). La connaissance de la structure du champ est nécessaire avant de pouvoir appliquer cette loi.

(Champ (tension) au centre d'un champ circulaire (bobine avec courant))

4. Champ solénoïde

Lorsqu'une charge se déplace dans une bobine, elle crée un champ magnétique dont la direction peut être déterminée à l'aide de la règle main droite(prenez votre main droite, pliez vos doigts dans le sens du courant, pliez pouce, la direction indiquée par votre pouce pointe vers le nord magnétique de votre bobine). La convention pour le flux magnétique dit que le flux magnétique commence à partir de pôle Nord et se termine au sud. ( La convention pour la direction du flux a le flux émergent d'un pôle nord et terminer sur un pôle sud ). Les lignes de champ et de flux magnétique sont des tours fermés autour de la bobine. N'oubliez pas que ces lignes n'existent pas réellement, elles relient simplement des points. valeur égale. Cela rappelle légèrement les contours d'une carte, où les lignes montrent des points d'égale hauteur. La hauteur du sol change continuellement entre ces contours. De plus, le champ et le flux magnétique sont continus (le changement n'est pas nécessairement fluide - un changement discret de perméabilité provoque un changement brusque de la valeur du champ, un peu comme des roches sur une carte).

Figure 4.1

Si le solénoïde est long et fin, le champ à l’intérieur du solénoïde peut être considéré comme presque uniforme.

5. Matériaux ferromagnétiques

Le matériau ferromagnétique le plus connu est peut-être le fer, mais il existe d'autres éléments comme le cobalt et le nickel, ainsi que de nombreux alliages comme l'acier au silicium. Chaque matériau possède une propriété particulière qui le rend adapté à son application. Donc qu'entend-on par matériau ferromagnétique ? C'est simple, un matériau ferromagnétique est attiré par un aimant. Même si cela est vrai, cette définition n’est guère utile et elle ne nous dit pas pourquoi l’attraction se produit. La théorie détaillée du magnétisme des matériaux est très sujet complexe, qui inclut la mécanique quantique, nous nous en tiendrons donc à une description conceptuelle simple. Comme vous le savez, le flux de charges crée un champ magnétique, donc lorsque nous détectons le mouvement d’une charge, nous devons nous attendre à un champ magnétique associé. Dans les matériaux ferromagnétiques, les orbites des électrons sont réparties dans un ordre tel qu’un petit champ magnétique est créé. Cela signifie alors que le matériau est constitué de nombreuses petites bobines conductrices de courant qui possèdent leurs propres champs magnétiques. Généralement, les virages orientés dans une direction sont regroupés en petits groupes appelés domaines. Les domaines pointent dans n’importe quelle direction dans le matériau, il n’y a donc pas de champ magnétique net dans le matériau (le champ résultant est nul). Cependant, si nous appliquons un champ externe à un matériau ferromagnétique à partir d’une bobine ou d’un aimant permanent, les bobines avec des courants tourneront dans la direction de ce champ.(Cependant, si nous appliquons un champ externe au matériau ferromagnétique à partir d'une bobine ou d'un aimant permanent, les boucles de courant tentent de s'aligner sur ce champ - les domiens les plus alignés avec le champ "croissent" aux dépens des domaines les moins bien alignés. ). Lorsque cela se produit, le résultat sera une magnétisation et une attraction entre le matériau et l’aimant/bobine.

6. MagnétiqueinductionEtperméabilité

La production d’un champ magnétique est associée à une densité de flux magnétique, également appelée induction magnétique. InductionB relié au champ par la perméabilité du milieu à travers lequel le champ se propage.

où 0 est la perméabilité sous vide et r perméabilité relative. Induction mesuré en tesla (T).

(L'intensité du champ magnétique dépend de l'environnement dans lequel il se produit. En comparant le champ magnétique dans un fil situé dans un environnement donné et dans le vide, il a été établi que, en fonction des propriétés de l'environnement (matériau), le champ est plus fort que dans le vide (matériaux ou milieux paramagnétiques), ou à l'inverse, plus faible (matériaux et milieux diamagnétiques). Propriétés magnétiques les environnements sont caractérisés par une perméabilité magnétique absolue μa.

La perméabilité magnétique absolue du vide est appelée constante magnétique μ 0. Perméabilité magnétique absolue diverses substances(milieu) est comparé à la constante magnétique (perméabilité magnétique du vide). Le rapport entre la perméabilité magnétique absolue de toute substance et la constante magnétique est appelé perméabilité magnétique (ou perméabilité magnétique relative), donc

La perméabilité magnétique relative est un nombre abstrait. Pour les substances diamagnétiques μ r < 1, например для меди μ r= 0,999995. Pour les substances paramagnétiques μ r> 1, par exemple pour l'air μ r= 1,0000031. Pour les calculs techniques, la perméabilité magnétique relative des substances diamagnétiques et paramagnétiques est supposée égale à 1.

En matériaux ferromagnétiques qui jouent exclusivement rôle important en génie électrique, la perméabilité magnétique a des valeurs différentes en fonction des propriétés du matériau, de l'ampleur du champ magnétique, de la température et atteint des valeurs des dizaines de milliers.)

7. Magnétisation

La magnétisation d'un matériau est une mesure de sa « force » magnétique. La magnétisation peut être inhérente au matériau, comme un aimant permanent, ou elle peut être provoquée par source externe champ magnétique, par exemple un solénoïde. L'induction magnétique dans un matériau peut être exprimée comme la somme des vecteurs de magnétisationM et champ magnétiqueH .

(Les électrons des atomes, se déplaçant sur des orbites fermées ou des contours élémentaires autour du noyau d'un atome, forment courants élémentaires ou dipôles magnétiques . Un dipôle magnétique peut être caractérisé par un vecteur – moment magnétique dipôle ou courant électrique élémentaire m , dont la valeur est égale au produit du courant élémentaire je et site élémentaire S , Fig. 8d.0.1, limité par un cluster élémentaire.

Riz. 8d.0.1

Vecteurm dirigé perpendiculairement au site S ; , sa direction est déterminée par la règle de la vrille. Quantité de vecteur, égal à la somme géométrique des moments magnétiques de tous les courants moléculaires élémentaires dans le corps considéré (volume de matière), est moment magnétique du corps

Quantité vectorielle déterminée par le rapport du moment magnétique M ’ au volumeV , appelé moyenne magnétisation du corps ou moyenne intensité de magnétisation

Si le ferromagnétique n'est pas dans un champ magnétique externe, alors les moments magnétiques des domaines individuels sont dirigés de manière très différente, de sorte que le moment magnétique total du corps s'avère nul, c'est-à-dire un ferromagnétique n'est pas magnétisé. L'introduction d'un ferromagnétique dans un champ magnétique externe provoque : 1-la rotation des domaines magnétiques dans la direction du champ externe - le processus d'orientation ; 2-augmentation de la taille des domaines dont les directions des moments sont proches de la direction du champ et diminution des domaines avec des moments magnétiques de direction opposée - le processus de déplacement des limites des domaines. En conséquence, le ferromagnétique devient magnétisé. Si, avec une augmentation du champ magnétique externe, toutes les zones spontanément magnétisées sont orientées dans la direction champ externe et la croissance des domaines s'arrête, alors un état d'aimantation extrême du ferromagnétique se produira, appelé saturation magnétique.

À l'intensité de champ H, l'induction magnétique dans un milieu non ferromagnétique (μ r= 1) serait égal B 0 =μ 0 H. Dans un environnement ferromagnétique, cette induction est complétée par l'induction d'un champ magnétique supplémentaire Bd= μ 0 M.Induction magnétique résultante dans un matériau ferromagnétique B= B 0 + Bd=μ 0 ( H+ M).)

8. Force magnétomotrice (MF)

Elle est analogue à la force électromotrice (EMF) et est utilisée dans les circuits magnétiques pour déterminer la densité de flux magnétique dans différentes directions du circuit. MDS mesuré en ampères-tours ou simplement en ampères. Un circuit magnétique équivaut à une résistance et est appelé réluctance magnétique, définie comme

Où jelongueur du trajet de la chaîne, perméabilité etUNzone transversale.

Jetons un coup d'œil à un circuit magnétique simple :

Riz . 8.1

Le tore a un rayon moyen r et surface transversale UN . MMF est généré par une bobine avec N tours dans lesquels le courant circule je . Le calcul de la résistance magnétique est compliqué par les non-linéarités de la perméabilité du matériau.

Si la réluctance magnétique est déterminée, nous pouvons alors calculer le flux magnétique présent dans le circuit.

9. Champs démagnétisants

Si un morceau de matériau ferromagnétique, en forme de barre, est magnétisé, des pôles apparaîtront à ses extrémités. Ces pôles génèrent un champ interne qui tente de démagnétiser le matériau ; il agit dans la direction opposée au champ qui crée la magnétisation. En conséquence, le champ interne sera beaucoup plus petit que le champ externe. La forme du matériau a un impact important sur le champ démagnétisant, une tige longue et fine (rapport longueur/diamètre élevé) a un petit champ démagnétisant par rapport, par exemple, à une forme large - comme une sphère. Dans le développement futur pistolet à bobine cela signifie qu'un projectile avec un petit rapport longueur/diamètre nécessite un champ externe plus fort pour atteindre un certain état de magnétisation. Jetez un oeil sur le tableau ci-dessous. Il montre le champ interne résultant le long de l'axe de deux projectiles - l'un de 20 mm de long et 10 mm de diamètre et l'autre de 10 mm de long et 20 mm de diamètre. Pour le même champ externe, nous constatons une grande différence dans champs internes, le projectile le plus court a une pointe d'environ 40 % de celle du projectile long. C'est un très bon résultat, montrant la différence entre les différentes formes de projectiles.

Riz . 9.1

Il convient de noter que les poteaux ne se forment que là où il existe une perméabilité continue du matériau. Sur un chemin magnétique fermé, comme un tore, aucun pôle n'apparaît et il n'y a pas de champ démagnétisant.

10. Force agissant sur une particule chargée

Alors, comment calculer la force agissant sur un conducteur porteur de courant ? Commençons par considérer la force agissant sur une charge se déplaçant dans un champ magnétique. ( J'adopterai l'approche générale en 3 dimensions).

Cette force est déterminée par l'intersection des vecteurs vitessevet induction magnétiqueB, et il est proportionnel au montant des frais. Considérez la charge q = -1,6x 10 -19 K, se déplaçant à une vitesse de 500 m/s dans un champ magnétique d'induction 0,1 T l comme indiqué ci-dessous.

Riz . 10.1. Effet de la force sur une charge en mouvement

La force subie par la charge peut être simplement calculée comme indiqué ci-dessous :

Vecteur de vitesse 500je m/s et induction 0,1 k T, on a donc :

Évidemment, si rien ne résiste à cette force, la particule vadévier (il devra décrire un cercle dans le plan x - y pour le cas ci-dessus). Il existe de nombreux cas particuliers intéressants qui peuvent être obtenus auprès de frais gratuits et les champs magnétiques - vous ne lisez que l'un d'entre eux.

11. Force agissant sur un conducteur porteur de courant

Relions maintenant ce que nous avons appris à la force agissant sur un conducteur porteur de courant. Manger deux façons différentes d’obtenir le rapport.

On peut décrire le courant conventionnel comme un indicateur du changement de charge

Nous pouvons maintenant différencier l’équation de force donnée ci-dessus pour obtenir

Combinons-les équations, on obtient

d je – vecteur montrant la direction du courant conditionnel. L'expression peut être utilisée pour analyser une organisation physique telle qu'un moteur à courant continu. Si le conducteur est droit, alors cela peut être simplifié en

La direction de la force crée toujours un angle droit par rapport au flux magnétique et à la direction du courant. Quand utiliser le formulaire simplifié, la direction de la force est déterminée par la règle de la main droite.

12. Tension induite, loi de Faraday, loi de Lenz

La dernière chose à considérer est la tension induite. Ce simplement une analyse approfondie de l’effet de la force sur une particule chargée. Si nous prenons un conducteur (quelque chose avec une charge mobile) et lui donnons un peu de vitesse V , par rapport au champ magnétique, une force va agir sur les charges libres, ce qui les pousse dans l'une des extrémités du conducteur. Dans une barre métallique, il y aura une séparation des charges où les électrons seront collectés à une extrémité de la barre. Dessin ci-dessous montre l’idée générale.

Riz. 12.1 Tension induite lors d'un mouvement transversal d'une barre conductrice

Le résultat de tout mouvement relatif entre le conducteur et l’induction du champ magnétique sera une tension induite générée par le mouvement des charges. Cependant, si le conducteur se déplace parallèlement au flux magnétique (le long de l'axe Z dans la figure ci-dessus), aucune tension ne sera induite.

On peut considérer une autre situation où une surface plane ouverte est filetée courant magnétique. Si on y met une boucle fermée C , alors tout changement dans le flux magnétique associé à C va créer des tensions autour C.

Riz . 12.2 Flux magnétique couplé par une boucle

Maintenant, si nous imaginons le conducteur comme une bobine fermée en place C , alors le changement du flux magnétique induira une tension dans ce conducteur, qui déplacera le courant dans un cercle dans ce tour. La direction du courant peut être déterminée en appliquant la loi de Lenz qui, en termes simples, montre que le résultat d'une action va dans le sens opposé à l'action elle-même. Dans ce cas, la tension induite entraînera un courant qui empêchera le flux magnétique de changer - si le flux magnétique diminue, alors le courant tentera de maintenir le flux magnétique constant (dans le sens inverse des aiguilles d'une montre), si le flux magnétique augmente, alors le le courant empêchera cette augmentation (dans le sens des aiguilles d'une montre) ) (direction déterminée par la règle de la vrille) . La loi de Faraday établit la relation entre la tension induite, la modification du flux magnétique et le temps :

Le moins prend en compte la loi de Lenz.

13. Inductance

Inductance peut être décrit comme le rapport entre le flux magnétique associé et le courant que ce flux magnétique crée. Par exemple, considérons un tour de fil avec une section transversale UN , dans lequel il coule JE.

Riz. 13.1

L'inductance elle-même peut être définie comme

S'il y a plus d'un tour, alors l'expression devient

Où N – nombre de tours.

Il est important de comprendre que l’inductance n’est constante que si la bobine est entourée d’air. Lorsqu’un matériau ferromagnétique apparaît dans un circuit magnétique, un comportement non linéaire du système apparaît, ce qui produit une inductance variable.

14. Conversionélectromécanique énergie

Les principes de conversion électromécanique de l'énergie s'appliquent à toutes les machines électriques et pistolet à bobine aucune exception. Avant examen pistolet à bobine Imaginons un simple « moteur » électrique linéaire composé d'un champ statorique et d'un induit placé dans ce champ. Ce montré sur la fig. 14.1. Notez que dans cette analyse simplifiée, la source de tension et le courant d’induit ne sont pas associés à une inductance. Cela signifie que seule la tension induite dans le système est une conséquence du mouvement de l'armature par rapport à l'induction magnétique.

Riz. 14.1. Moteur linéaire primitif

Lorsqu'une tension est appliquée aux extrémités de l'armature, le courant sera déterminé en fonction de sa résistance. Ce courant subira une force ( Je x B ), provoquant une accélération de l'ancre. Maintenant, en utilisant la section discutée précédemment ( 12 Tension induite, loi de Faraday, loi de Lenz ), nous avons montré le fait qu'une tension est induite dans un conducteur se déplaçant dans un champ magnétique. Cette tension induite agit à l'opposé de la tension appliquée (selon la loi de Lenz). Riz. 14.2 montre un circuit équivalent dans lequel l'énergie électrique est convertie en énergie thermique P.T. , et l'énergie mécanique P.M.

Riz . 14.2. Circuit équivalent moteur

Nous devons maintenant réfléchir à la façon dont énergie mécanique l'ancre fait référence à énergie électrique, lui a été transmis. Puisque l'armature est située perpendiculairement au champ d'induction magnétique, la force est déterminée par l'expression simplifiée 1 1.4

puisque l’énergie mécanique instantanée est un produit de la force et de la vitesse, nous avons

Où v – vitesse de l'ancre. Si l'on applique la loi de Kirchhoff à un circuit fermé, on obtient les expressions suivantes pour le courant JE.

Désormais, la tension induite peut être exprimée en fonction de la vitesse de l'induit.

En remplaçant exp. 14,4 en 1 4,3 nous obtenons

et en remplaçant l'expression 14.5 par 14.2, nous obtenons

Intéressons-nous maintenant à l'énergie thermique libérée dans l'armature. Il est déterminé par vyr. 14.7

Enfin, nous pouvons exprimer l’énergie fournie à l’armature comme

Notez également que l'énergie mécanique (équation 14.2) est l'équivalent du courant je , multiplié par la tension induite (calcul 14.4).

Nous pouvons tracer ces courbes pour voir comment l'énergie fournie à l'armature se combine avec une plage de vitesses.(Nous pouvons tracer ces courbes pour montrer comment le la puissance fournie à l'induit est répartie sur une plage de vitesses).Pour que cette analyse ait une certaine influence sur pistolet à bobine , nous donnerons à nos variables des valeurs qui correspondent à l'accélérateur pistolet à bobine . Commençons par la densité de courant dans le fil, à partir de laquelle nous déterminerons les valeurs des paramètres restants. La densité de courant maximale lors des tests était de 90 UN /mm 2, donc si l'on choisit la longueur et le diamètre du fil comme

l = 10 m

D = 1,5x10 -3m

alors la résistance du fil et le courant seront

R = 0,1

je = 160 A

Maintenant nous avons les valeurs de résistance et de courant, nous pouvons déterminer la tension

V=16V

Tous ces paramètres sont nécessaires pour construire les caractéristiques statiques du moteur.

Riz. 14.3 Courbes de performances pour le modèle de moteur sans friction

Nous pouvons rendre ce modèle un peu plus réaliste en ajoutant une force de friction de, disons, 2N, de sorte que la réduction de l'énergie mécanique soit proportionnelle à la vitesse de l'induit. La valeur de ce frottement est délibérément augmentée afin que son effet soit plus évident. Le nouvel ensemble de courbes est présenté à la figure 14.4.

Riz . 14.4. Courbes de performances à friction constante

La présence de frottement modifie légèrement les courbes d'énergie, de sorte que vitesse maximale les ancrages sont légèrement plus petits que dans le cas zéro friction. La différence la plus notable est la modification de la courbe de rendement, qui atteint désormais un pic puis diminue fortement lorsque l'induit atteint " non - charge ". Cette forme de courbe d'efficacité est typique d'un moteur à courant continu à aimant permanent.

Il convient également de considérer comment la force, et donc l’accélération, dépend de la vitesse. Si nous remplaçons l'équation 14.5 dans l'équation 14.1, nous obtenons une expression pour F en termes de vitesse v.

Après avoir construit cette dépendance, nous obtenons le graphique suivant

Riz. 14.5. Dépendance de la force agissant sur l'ancre sur la vitesse

Il est clair que l'ancre démarre avec une force d'accélération maximale, qui commence à diminuer dès que l'ancre commence à bouger. Bien que ces caractéristiques donnent des valeurs instantanées des paramètres réels pour une certaine vitesse, elles devraient être utiles afin de voir comment le moteur se comporte dans le temps, c'est-à-dire dynamiquement.

La réponse dynamique d'un moteur peut être déterminée en résolvant une équation différentielle décrivant son comportement. Riz. La figure 14.6 montre un diagramme de l'effet des forces sur une ancre, à partir duquel la force résultante décrite par l'équation différentielle peut être déterminée.

Riz. 14.6 Schéma de l'influence des forces sur une ancre

F m et F d – respectivement les forces magnétiques et antagonistes. Puisque la tension est une constante, nous pouvons utiliser l’équation 14.1 et la force résultante. F une , agissant sur l'ancre, sera

Si nous écrivons l'accélération et la vitesse comme dérivées du déplacement x par rapport au temps et réorganiser l'expression, nous obtenons différentieléquation du mouvement ancres

Il s’agit d’une équation différentielle inhomogène du second ordre avec coefficients constants et cela peut être résolu en définissant une fonction supplémentaire et une intégrale partielle. Méthode de solution en ligne directe (tous les programmes universitaires de mathématiques considèrent équations différentielles), je vais donc juste donner le résultat. Une remarque : cette solution particulière utilise conditions initiales:

Vyr. 14.14

Nous devons attribuer une valeur à la force de frottement, à l’induction magnétique et à la masse d’induit. Choisissons la friction. J'utiliserai la valeur 2H pour illustrer comment elle modifie les caractéristiques dynamiques du moteur. Déterminer la valeur de l'induction qui produira la même force d'accélération dans le modèle que dans la bobine d'essai pour une densité de courant donnée nécessite de considérer la composante radiale de la distribution de la densité de flux magnétique créée par le projectile magnétisé.pistolet à bobine(cette composante radiale crée la force axiale). Pour ce faire, il faut intégrer l'expression obtenue en multipliant la densité de courantDétermination de l'intégrale de volume de la densité de flux magnétique radial à l'aideFEMME

Le projectile devient magnétisé lorsqu'on lui définitB- Hcourbe etHcvaleurs dansFEMMEboîte de dialogue des propriétés du matériau. ValeursétaientchoisiPourstrictconformitéAvecmagnétiséfer. FEMMEdonne une valeur de 6,74x10 -7 Tm 3 pour l'intégrale volumique de la densité de flux magnétiqueBobine B, donc en utilisantF= /4 on obtientModèle B = 3.0 x10 -2 Tl. Cette valeur de densité de flux magnétique peut sembler très petite si l'on considère la densité de flux magnétique à l'intérieur du projectile, qui se situe autour de 1,2.TCependant, il faut comprendre que le flux magnétique se déploie dans un volume beaucoup plus important autour du projectile, seule une partie du flux magnétique étant représentée dans la composante radiale. Vous comprenez maintenant que, selon notre modèle,pistolet à bobine- Ce "à l'intérieurdehors"(à l'envers) et"dosàdevant", autrement dit, danspistolet à bobinele cuivre immobile entoure la partie aimantée qui se déplace. Cela ne crée aucun problème. L'essence du système est donc la force linéaire connectée agissant sur le stator et l'induit, ce qui nous permet de fixer la pièce en cuivre et de permettre au champ du stator de créer un mouvement. Le générateur de champ statorique est notre projectile, attribuons-lui une masse de 12g.

Nous pouvons maintenant tracer le déplacement et la vitesse en fonction du temps, comme le montre la Fig. 14.8

Riz. 14.8. Comportement dynamique d'un moteur linéaire

Nous pouvons également combiner les expressions de vitesse et de déplacement pour obtenir une fonction vitesse/déplacement, comme le montre la Fig. 14.9.

Riz. 14.9. Caractéristiques de la dépendance de la vitesse au mouvement

Il est important de noter ici qu’un accélérateur relativement long est nécessaire pour que l’induit commence à atteindre sa vitesse maximale. CeasignificationPourconstructionmaximum efficacepratiqueaccélérateur.

Si nous zoomons sur les courbes, nous pouvons déterminer quelle vitesse sera atteinte sur une distance égal à la longueur matière active dans la bobine du pistolet accélérateur (78 mm).

Riz. 14.10. Augmentation de la courbe vitesse/déplacement

Ce sont des spécifications remarquablement proches de celles d'un véritable accélérateur à trois étages fabriqué. Cependant, ce n'est qu'une coïncidence car il existe plusieurs différences significatives entre ce modèle et le modèle réel.pistolet à bobine. Par exemple, danspistolet à bobinela force est fonction de la vitesse et des coordonnées du mouvement, et dans le modèle présenté, la force est uniquement fonction de la vitesse.

Riz. 14.11 – dépendance du rendement total du moteur en tant qu'accélérateur de projectile.

Riz. 14.11. Rendement global en fonction du déplacement hors pertes par frottement

Riz. 14.11. Rendement global en fonction du déplacement en tenant compte des pertes par frottement constantes

Le rendement total montre une caractéristique fondamentale de ce type de machine électrique - l'énergie acquise par l'induit lorsqu'il accélère d'abord et pour «Non- chargerLa vitesse de rotation représente exactement la moitié de l’énergie totale fournie à la machine. En d’autres termes, l’efficacité maximale possible d’un accélérateur idéal (sans friction) sera de 50 %. S'il y a friction, l'efficacité cumulée indiquera le point d'efficacité maximum qui se produit en raison du fonctionnement de la machine contre la friction.

Enfin, regardons l'impactBsur les caractéristiques dynamiques de vitesse-déplacement, comme le montrent les Fig. 14.10 et 14.11.

Riz. 14.11. InfluenceBsur le gradient vitesse-déplacement

Riz. 14.12. Région de petit mouvement où l'augmentation de l'induction produit une plus grande vitesse

Cet ensemble de courbes montre une caractéristique intéressante de ce modèle, dans lequel une inductance à grand champ dans la phase initiale donne une grande vitesse en un point particulier, mais dès que la vitesse augmente, les courbes correspondant à l'inductance inférieure dépassent cette courbe. Ceci explique ce qui suit : Vous avez décidé qu'une induction plus forte produirait une accélération initiale plus grande, cependant, conformément au fait qu'une tension induite plus élevée sera induite, l'accélération diminuera plus brusquement, permettant à la courbe de l'induction inférieure de rattraper cette courbe.

Alors, qu’avons-nous appris de ce modèle ? Je pense chose importante pour comprendre cela, c'est qu'en partant d'un point mort, le rendement d'un tel moteur est très faible, surtout si le moteur est court. L'efficacité instantanée augmente à mesure que le projectile prend de la vitesse en raison de la tension induite réduisant le courant. Cela augmente l'efficacité car l'énergie perdue dans la résistance (évidemment perte de chaleur) diminue et l'énergie mécanique augmente (voir Fig. 14.3, 14.4), cependant, comme l'accélération diminue également, nous obtenons un déplacement progressivement plus grand, donc la meilleure courbe d'efficacité sera utilisée.(En bref, un moteur linéaire soumis à une « fonction de forçage » de tension échelonnée sera une machine assez inefficace à moins qu'il ne soit très long.)

Ce modèle de moteur primitif est utile dans la mesure où il montre un cas typique de mauvais rendement.pistolet à bobine, à savoir niveau bas tension induite par la conduite. Le modèle est simplifié et ne prend pas en compte les éléments non linéaires et inductifs d'un circuit pratique, donc pour enrichir le modèle, nous devons inclure ces éléments dans notre schéma électrique modèles. Dans la section suivante, vous apprendrez les équations différentielles de base pour lespistolet à bobine. Dans l'analyse, nous essaierons d'obtenir une équation qui pourrait être résolue analytiquement (à l'aide de plusieurs simplifications). Si cela échoue, j'utiliserai l'algorithme d'intégration numérique Runge Kutta.

Équation bilan thermique la thermistance a la forme

I2 R =ξ (Qп – Qс ) ·S,

où ξ est le coefficient de transfert thermique, en fonction de la vitesse du milieu ; Qп et Qс - respectivement, la température de la thermistance ; (convertisseur) et environnement ;

S est la surface de la thermistance.

Si la thermistance a la forme d'un cylindre et est située transversalement à l'écoulement de telle sorte que l'angle entre l'axe du cylindre et le vecteur vitesse d'écoulement soit de 90°, alors les coefficients de transfert de chaleur pour les gaz et les liquides sont déterminés par les formules

où V et υ sont respectivement la vitesse et la conductivité thermique du milieu, d est le diamètre de la thermistance ;

c et n sont des coefficients dépendant du nombre de Reynolds Re = Vd/υ ;

P r = υ d - Nombre de Prandtl, en fonction de la viscosité cinématique et

conductivité thermique du milieu.

Un tel convertisseur (thermistance) est généralement inclus dans un circuit de mesure en pont. En utilisant les expressions ci-dessus, la vitesse V peut être mesurée.

5.2. Utilisation des lois de l'électromagnétisme dans la technique de mesure

L'électroscope, un appareil pour détecter charges électriques. Un électroscope est constitué d'une tige métallique à laquelle

un mince morceau de papier en aluminium ou en papier est suspendu. La tige est renforcée par un bouchon en ébonite ou en ambre à l'intérieur d'un bocal en verre, qui protège la feuille des mouvements de l'air.

Un électromètre est un électroscope doté d'un corps métallique. Si vous connectez le corps de cet appareil au sol, puis touchez sa tige avec un corps chargé, une partie de la charge sera transférée à la tige et les feuilles de l'électromètre divergeront selon un certain angle. Un tel appareil mesure la différence de potentiel entre un conducteur et la terre.

Un oscilloscope est un appareil conçu pour observer, enregistrer et mesurer les paramètres du signal étudié, généralement une tension en fonction du temps. Les oscilloscopes à faisceau lumineux utilisent la déviation électromécanique faisceau lumineux sous l'influence de la tension d'essai.

Les oscilloscopes à rayons cathodiques (CRO) sont construits sur la base de tubes cathodiques. La déviation du faisceau d'électrons s'effectue directement par un signal électrique.

L'unité principale de l'ELO est un tube cathodique (CRT), qui est une fiole sous vide en verre (Fig. 10), à l'intérieur de laquelle se trouve une cathode à oxyde 1 avec un élément chauffant 2, un modulateur 3, des anodes 4 et un système des plaques déflectrices 5 et 6. Une partie du CRT, comprenant une cathode, un modulateur et des anodes, est appelée canon à électrons.

Riz. 10 tubes cathodiques

Si une tension est appliquée aux plaques de déflexion, le faisceau d'électrons sera dévié comme le montre la Fig. 11.

La tension d'essai Uy est généralement appliquée aux plaques à déflexion verticale et la tension de dépliage (en dans ce cas périodique variable linéairement avec la période Tr).

Riz. 11. Réception d'une image sur un écran CRT

Appareils du système magnétoélectrique (ampèremètres, voltmètres et ohmmètres) conviennent pour une utilisation dans les circuits à courant continu et lors de l'utilisation de détecteurs, également pour le courant alternatif. Principe de fonctionnement du mécanisme de mesure magnétoélectrique Le système utilise l'effet de l'interaction entre le champ d'un aimant permanent et une bobine (cadre) à travers laquelle circule le courant. Sur la fig. La figure 12 montre une conception typique (bobine mobile).

Riz. 12. Conception typique de bobine mobile Aimant permanent 1, circuit magnétique avec pièces polaires 2 et

Le noyau fixe 3 constitue le système magnétique du mécanisme. Un champ magnétique radial puissant et uniforme est créé dans l'espace entre les pièces polaires et le noyau, dans lequel se trouve une bobine rectangulaire mobile (cadre) 4, enroulée avec un fil de cuivre ou d'aluminium sur un cadre. La bobine est fixée entre les arbres d'essieu 5 et 6. Les ressorts hélicoïdaux 7 et 8 sont conçus pour créer un couple antagoniste et, en même temps, pour fournir le courant mesuré.

Le cadre est relié rigidement à la flèche 9. Pour équilibrer la partie mobile, il y a des masselottes mobiles sur les antennes 10.

Équation de conversion :

α = je(BnS / W),

où B est l'induction magnétique dans l'entrefer ;

α - angle de rotation de la partie mobile ; S – zone du cadre ;

n – nombre de tours de bobine ;

W – moment antagoniste spécifique. 51

Dispositifs de systèmes électromagnétiques, électrodynamiques, ferrodynamiques et électrostatiques Largement utilisé comme ampèremètres électromécaniques standards, voltmètres, wattmètres et fréquencemètres.

Le principe de fonctionnement des dispositifs électrodynamiques repose sur l'interaction des champs magnétiques de deux bobines traversées par le courant.

La structure d'un tel mécanisme de mesure est représentée sur la Fig. 13.

Riz. 13. Convertisseur électromécanique du système électrodynamique

A l'intérieur de la bobine fixe 1, une bobine mobile 2 peut tourner, à laquelle le courant est fourni par l'intermédiaire de ressorts.

La rotation de la bobine est effectuée par un couple provoqué par l'interaction des champs magnétiques des bobines 1 et 2. Le couple antagoniste est créé par des ressorts spéciaux (non représentés sur la Fig. 13).

L'équation de transformation de ce mécanisme est :

α = W 1 ∂ ∂ M α je 1 je 2 ,

où W est le moment antagoniste spécifique ;

α - angle de rotation de la partie mobile ; M est l'inductance mutuelle des bobines.

Ce mécanisme peut être utilisé pour mesurer des constantes

et courants, tensions et puissances alternatifs.

Les mécanismes de mesure ferrodynamiques sont essentiellement

sont un type de dispositifs électrodynamiques dont ils ne diffèrent que par leur conception, puisque la bobine possède un noyau magnétique doux (noyau magnétique), entre les bandes duquel est placée une bobine mobile. La présence du noyau augmente considérablement le champ magnétique de la bobine fixe, et donc la sensibilité.

Dans les appareils électrostatiques Le principe d'interaction entre conducteurs chargés électriquement est mis en œuvre.

L'une des conceptions courantes d'un mécanisme de mesure détaillé est illustrée à la Fig. 14.

Figure 14. Convertisseur système électrostatique Plaque mobile en aluminium 1, fixée avec la flèche

sur l'axe 3, peut se déplacer en interagissant avec deux plaques fixes 2 connectées électriquement. Les bornes d'entrée (non représentées), auxquelles la tension mesurée est fournie, sont connectées aux plaques mobiles et fixes.

Sous l'influence des forces électrostatiques, la plaque mobile est tirée dans l'espace entre les plaques fixes. Mouvement

s'arrête lorsque le moment antagoniste de la plaque tordue devient égal au couple.

L'équation de transformation d'un tel mécanisme a la forme

α = 2 1 W ∂ d C α U 2 ,

où U est la tension mesurée ;

W – moment antagoniste spécifique ; C est la capacité entre les plaques.

Des convertisseurs similaires sont utilisés pour développer voltmètres de courants continus et alternatifs.

Principe de fonctionnement des appareils système électromagnétique est basé sur l'interaction d'un champ magnétique créé par un courant dans une bobine stationnaire avec un noyau ferromagnétique en mouvement. L'une des conceptions les plus courantes est illustrée à la Fig. 15.

Riz. 15. Convertisseur de système électromagnétique :

I – bobine, 2 – noyau, 3 – ressort en spirale créant un moment antagoniste, 4 – amortisseur d'air

Sous l'influence d'un champ magnétique, le noyau est tiré vers l'intérieur

Radiodiffusion

Un champ magnétique alternatif excité par un courant changeant crée un champ électrique dans l'espace environnant, qui à son tour excite un champ magnétique, etc. Se générant mutuellement, ces champs forment un seul champ électromagnétique alternatif - onde électromagnétique. Né à l'endroit où se trouve un fil conducteur de courant, le champ électromagnétique se propage dans l'espace à la vitesse de la lumière -300 000 km/s.

Magnétothérapie

Dans le spectre des fréquences, différentes places sont occupées par les ondes radio, la lumière, rayonnement X et d'autres rayonnement électromagnétique. Ils sont généralement caractérisés par des champs électriques et magnétiques couplés en continu.

Synchrophasotrons

Actuellement, un champ magnétique est compris comme formulaire spécial matière constituée de particules chargées. En physique moderne, des faisceaux de particules chargées sont utilisés pour pénétrer profondément dans les atomes afin de les étudier. La force avec laquelle un champ magnétique agit sur une particule chargée en mouvement est appelée force de Lorentz.

Débitmètres - compteurs

La méthode est basée sur l'application de la loi de Faraday pour un conducteur dans un champ magnétique : une force électromotrice est induite dans un écoulement de fluide électriquement conducteur se déplaçant dans un champ magnétique, proportionnel à la vitesse flux, converti par la partie électronique en un signal électrique analogique/numérique.

Générateur CC

En mode générateur, l'induit de la machine tourne sous l'influence d'un couple externe. Entre les pôles du stator, il existe un flux magnétique constant qui pénètre dans l'induit. Les conducteurs de l'enroulement d'induit se déplacent dans un champ magnétique et, par conséquent, une CEM y est induite, dont la direction peut être déterminée par la règle de la « main droite ». Dans ce cas, sur un pinceau il y a potentiel positif concernant le second. Si vous connectez une charge aux bornes du générateur, le courant la traversera.

Transformateurs

Les transformateurs sont largement utilisés pour transmettre l'énergie électrique à longues distances, sa répartition entre récepteurs, ainsi que dans divers dispositifs de redressement, d'amplification, de signalisation et autres.

La conversion de l'énergie dans un transformateur s'effectue par un champ magnétique alternatif. Un transformateur est un noyau constitué de fines plaques d'acier isolées les unes des autres, sur lequel sont placés deux enroulements (bobines) et parfois plus de fil isolé. L'enroulement auquel est connectée la source d'énergie électrique alternative est appelé enroulement primaire, les enroulements restants sont appelés secondaires.

Si l'enroulement secondaire d'un transformateur a trois fois plus de tours que l'enroulement primaire, alors le champ magnétique créé dans le noyau par l'enroulement primaire, traversant les spires de l'enroulement secondaire, y créera trois fois la tension.

En utilisant un transformateur à rapport de spires inversé, vous pouvez tout aussi bien obtenir une tension réduite.