Rusça'da "tümevarım" kelimesi, bir şeyin uyarılması, yönlendirilmesi, yaratılması süreçleri anlamına gelir. Elektrik mühendisliğinde bu terim iki yüzyıldan fazla bir süredir kullanılmaktadır.

Michael Faraday, 1821'de Danimarkalı bilim adamı Oersted'in manyetik iğnenin elektrik akımı olan bir iletken yakınındaki sapmaları üzerine yaptığı deneyleri anlatan yayınlarla tanıştıktan sonra kendine şu görevi verdi: Manyetizmayı elektriğe dönüştürün.

10 yıllık araştırmadan sonra temel yasayı formüle etti elektromanyetik indüksiyon, bunu açıklayan Herhangi bir kapalı döngünün içinde bir elektromotor kuvvet indüklenir. Değeri, söz konusu devreye giren manyetik akının değişim hızına göre belirlenir, ancak eksi işaretiyle alınır.

Elektromanyetik dalgaların uzak mesafelere iletilmesi

Bilim insanının aklına gelen ilk tahmin, pratik başarı ile taçlandırılmadı.

İki kapalı iletkeni yan yana yerleştirdi. Birinin yanına, geçen akımın göstergesi olarak manyetik bir iğne yerleştirdim ve diğer tel o zamanın güçlü bir galvanik kaynağından bir dürtü aldı: bir voltaik sütun.

Araştırmacı, birinci devredeki bir akım darbesiyle, içindeki değişen manyetik alanın ikinci iletkende manyetik iğneyi saptıracak bir akım indükleyeceğini varsaydı. Ancak sonucun olumsuz olduğu ortaya çıktı - gösterge işe yaramadı. Daha doğrusu duyarlılıktan yoksundu.

Bilim insanının beyni, artık radyo yayıncılığı, televizyon, kablosuz kontrol, Wi-Fi teknolojileri ve benzeri cihazlarda kullanılan elektromanyetik dalgaların uzaktan yaratılmasını ve iletilmesini öngördü. O zamanın ölçüm cihazlarının kusurlu eleman tabanı onu hayal kırıklığına uğrattı.

Elektrik üretimi

Sonrasında kötü deneyim Michael Faraday deney koşullarını değiştirdi.

Faraday deney için kapalı devreli iki bobin kullandı. Bir kaynaktan birinci devreye elektrik akımı sağladı ve ikinci devrede EMF'nin görünümünü gözlemledi. 1 numaralı sargının sarımlarından geçen akım, bobin çevresinde bir akım oluşturmuştur. manyetik akı 2 numaralı sargıya nüfuz eder ve içinde bir elektromotor kuvvet üretir.

Faraday deneyi sırasında:

• bobinler sabitken devreye voltaj beslemesini bir darbe ile açtık;
• akım uygulandığında üst bobini alt bobine soktu;
• 1 numaralı sargıyı kalıcı olarak sabitledi ve 2 numaralı sargıyı buna yerleştirdi;
• bobinlerin birbirine göre hareket hızını değiştirdi.

Bütün bu vakalarda tezahürü gözlemledi indüklenen emk ikinci bobinde. Ve sadece geçerken DC 1 numaralı sargı ve sabit bobinler aracılığıyla elektromotor kuvvet indüksiyonu yoktu.

Bilim adamı bunu belirledi ikinci bobinde indüklenen EMF, manyetik akının değişme hızına bağlıdır. Boyutuyla orantılıdır.

Aynı model, kapalı bir dönüş geçtiğinde tamamen ortaya çıkar. EMF'nin etkisi altında telde bir elektrik akımı oluşur.

Söz konusu durumdaki manyetik akı, kapalı bir devre tarafından oluşturulan Sk devresinde değişir.

Bu sayede Faraday'ın yarattığı gelişme, dönen, akım ileten bir çerçevenin manyetik alana yerleştirilmesini mümkün kıldı.

Daha sonra yapıldı büyük miktar dönüş yataklarına sabitlenmiş dönüşler. Sargının uçlarına kayma halkaları ve bunlar boyunca kayan fırçalar yerleştirildi ve mahfaza üzerindeki terminaller aracılığıyla bir yük bağlandı. Sonuç, modern bir alternatif akım jeneratörüdür.

Daha fazlası basit tasarım sargı sabit bir mahfazaya sabitlendiğinde ve manyetik sistem dönmeye başladığında oluşturuldu. Bu durumda akımdan dolayı akım üretme yöntemi hiçbir şekilde bozulmamıştır.

Elektrik motorlarının çalışma prensibi

Michael Faraday tarafından kurulan elektromanyetik indüksiyon yasası, yaratılmasını mümkün kıldı. çeşitli tasarımlar elektrik motorları. Jeneratörlere benzer bir cihaza sahiptirler: dönen elektromanyetik alanlar nedeniyle birbirleriyle etkileşime giren hareketli bir rotor ve stator.

Elektrik Dönüşümü

Michael Faraday, bitişik bir bobindeki manyetik alan değiştiğinde yakındaki bir sargıda indüklenen bir elektromotor kuvvetin ve indüklenen akımın oluşumunu belirledi.

Yakındaki sargının içindeki akım, bobin 1'deki anahtar devresi anahtarlandığında indüklenir ve jeneratörün sargı 3 üzerindeki çalışması sırasında her zaman mevcuttur.

Tüm modern transformatör cihazlarının çalışması, karşılıklı indüksiyon adı verilen bu özelliğe dayanmaktadır.

Manyetik akının geçişini iyileştirmek için yalıtımlı sargıları, minimum manyetik dirence sahip ortak bir çekirdeğe yerleştirilir. Özel kalite çeliklerden yapılmış olup, ince levhaların kesitler halinde istiflenmesiyle oluşturulmuştur. belli bir şekil, manyetik devre denir.

Transformatörler AC enerjisini karşılıklı indüksiyon yoluyla iletir elektromanyetik alan bir sargıdan diğerine, böylece aynı zamanda giriş ve çıkış terminallerindeki gerilimde bir değişiklik, dönüşüm olur.

Sargılardaki dönüş sayısının oranı belirler dönüşüm oranı ve telin kalınlığı, çekirdek malzemenin tasarımı ve hacmi - iletilen güç miktarı, çalışma akımı.

İndüktörlerin çalışması

İçinde akan akımın büyüklüğündeki bir değişiklik sırasında bobinde elektromanyetik indüksiyonun tezahürü gözlenir. Bu sürece kendi kendine indüksiyon denir.

Aşağıdaki şemada anahtarı açtığınızda indüklenen akım kapatma sırasında olduğu gibi devredeki çalışma akımındaki doğrusal artışın doğasını değiştirir.

Bobine sarılı bir iletkene sabit yerine alternatif bir voltaj uygulandığında, içinden endüktif reaktans tarafından azaltılmış bir akım değeri akar. Kendi kendine indüksiyon enerji fazı, akımı uygulanan voltaja göre kaydırır.

Bu fenomen, ekipmanın belirli çalışma koşulları altında meydana gelen büyük akımları azaltmak için tasarlanmış bobinlerde kullanılır. Özellikle bu tür cihazlar kullanılmaktadır.

İndüktördeki manyetik devrenin tasarım özelliği, hava boşluğunun oluşması nedeniyle manyetik akıya karşı manyetik direnci daha da artırmak için oluşturulan plakaların kesilmesidir.

Manyetik devrenin bölünmüş ve ayarlanabilir konumuna sahip bobinler birçok radyo mühendisliği ve elektrikli cihazda kullanılmaktadır. Çoğu zaman kaynak transformatörlerinin tasarımlarında bulunabilirler. Boyutu küçültüyorlar elektrik arkı elektrottan geçerek optimum değere ulaşır.

İndüksiyon fırınları

Elektromanyetik indüksiyon olgusu yalnızca tellerde ve sargılarda değil aynı zamanda büyük metal nesnelerin içinde de kendini gösterir. İçlerinde indüklenen akımlara genellikle girdap akımları denir. Transformatörler ve bobinler çalıştığında manyetik çekirdeğin ve tüm yapının ısınmasına neden olurlar.

Bu olayı önlemek için, çekirdekler ince metal levhalardan yapılmış ve indüklenen akımların geçişini önleyen bir vernik tabakası ile kendi aralarında yalıtılmıştır.

Isıtma yapılarında girdap akımları sınırlamayın, ancak geçişleri için en uygun koşulları yaratın. yaygın olarak kullanılan endüstriyel üretim yüksek sıcaklıklar yaratmak.

Elektrikli ölçüm cihazları

Enerji sektöründe geniş bir sınıf endüksiyon cihazları çalışmaya devam etmektedir. Tasarım olarak güç rölelerine benzer, döner alüminyum diskli elektrik sayaçları, sakinleştirici sistemlerİşaretçi ölçüm cihazları elektromanyetik indüksiyon prensibine göre çalışır.

Gaz manyetik jeneratörler

Kapalı bir çerçeve yerine iletken bir gaz, sıvı veya plazma mıknatıs alanında hareket ettirilirse, manyetik kuvvet hatlarının etkisi altındaki elektrik yükleri kesin olarak tanımlanmış yönlerde sapmaya başlayacak ve bir elektrik akımı oluşturacaktır. . Monte edilmiş elektrot temas plakaları üzerindeki manyetik alanı, bir elektromotor kuvvete neden olur. Etkisi altında, MHD jeneratörüne bağlı devrede bir elektrik akımı yaratılır.

MHD jeneratörlerinde elektromanyetik indüksiyon yasası bu şekilde kendini gösterir.

Rotor gibi karmaşık dönen parçalar yoktur. Bu, tasarımı basitleştirir, çalışma ortamının sıcaklığını ve aynı zamanda enerji üretiminin verimliliğini önemli ölçüde artırmanıza olanak tanır. MHD jeneratörleri, kısa sürede önemli miktarda elektrik akışı üretebilen yedek veya acil durum kaynakları olarak çalışır.

Böylece, bir zamanlar Michael Faraday tarafından kanıtlanan elektromanyetik indüksiyon yasası bugün de geçerliliğini korumaya devam ediyor.

Manyetizma demir ve çeliği çeken veya iten görünmez bir kuvvettir. Bu kuvveti oluşturan cisimlere mıknatıs, bunların çevresinde kuvvetin etki ettiği alana ise mıknatıs denir. manyetik alan . Bir telden geçen elektrik akımı (““ makalesini okuyun) manyetik bir alan yaratır. Bu fenomene denir elektromanyetizma. Bununla birlikte oluşturabilirsiniz güçlü mıknatıslar- Elektromıknatıslar kullanır ve nesneleri harekete geçirmek için akımı kullanır. Mıknatısların kuzey kutupları da güney kutupları gibi birbirini iter. Bir mıknatısın kuzey kutbu diğerinin güney kutbuna çekilir. Pusula iğnesi bir mıknatıstır. Kuzeyi işaret ediyor manyetik kutup.

Manyetizma

"Manyetizma" kelimesi Türkiye'deki bir yerin adından gelmektedir. Magnesia bölgesinde, 2000 yıldan fazla bir süre önce antik Yunanlılar, ilgi çeken minörleri keşfettiler. Bu mineral çeşitliydi demir cevheri ve adı verildi manyetit. Bir ipe asılan manyetit parçası dönerek kuzey-güney pozisyonunu almaya çalışıyor. Uzatılmış mıknatıs parçaları - manyetik demir cevheri- bir zamanlar pusula iğnesi olarak kullanılıyordu. Genellikle bir mıknatıs metal gövde Manyetik özelliklere sahip olan ve manyetit gibi davranan demir veya çelik gibi. Mıknatısın iki kutbu vardır; güney ve kuzey.

Mıknatıslanabilen metallere denir ferromıknatıslar. Demir gibi “yumuşak” ferromıknatıslar manyetik özelliklerini kolaylıkla kaybederler. Çelik “sert” bir ferromıknatıstır; manyetizmayı uzun süre korur. Bu manyetizma denir uyarılmış. Çelik bir iğne, bir mıknatısın üzerinden birkaç kez geçirilirse mıknatıslanır. İÇİNDE manyetik maddeler içerdiği özel gruplar moleküller - alanlar, yani küçük mıknatıslar. Tüm alanlar aynı yöne bakıyorsa bir metal mıknatıslanır. Ancak ısıtıldığında veya darbeye maruz kaldığında alanların yönü rastgele değişir. Bir ferromıknatıs mıknatıslanmamış bir durumda olduğunda, içindeki alanlar rastgele yönlendirilir. Mıknatıslandığında alanlar aynı kutupları aynı yöne bakacak şekilde düzenlenir.

Manyetik alan, bir mıknatısın etrafındaki alandır; manyetik kuvvetler(““ makalesinde daha fazla ayrıntı). Büyüklükleri ve yönleri manyetik indüksiyon çizgileri kullanılarak gösterilebilir. Dünyanın da bir manyetik alanı vardır. Dünyanın kendi ekseni etrafında dönmesi nedeniyle dış çekirdekte bulunan erimiş metal yavaşça akarak Dünya'nın manyetik alanını oluşturur. Sumrular da dahil olmak üzere pek çok kuş, uçuşları sırasında manyetik alan çizgileri boyunca yön değiştirir.

Elektromanyetizma

Bir telden geçen elektrik akımı manyetik bir alan oluşturur. Bu fenomene denir elektromanyetizma. Demir çekirdeğin etrafına sarılan tel, akım geçtiğinde manyetik çubuk gibi davranır. Bu durumda tel denir solenoid. Manyetik alan çizgilerinin yönü teldeki akımın yönüne bağlıdır. Akım saat yönünde akıyorsa güney kutbundan bakıyoruz. Uçtan bakıldığında akım saat yönünün tersine akıyorsa burası kuzey kutbudur. Makalede daha fazlasını okuyabilirsiniz:. Solenoid elektromıknatıslarda kullanılır. Manyetik alanı akımı kontrol ederek açılıp kapatılabilir. Solenoidler ayrıca mikrofonlarda ve hoparlörlerde de kullanılır.

Elektromıknatıslar

Elektromıknatıs, elektrik akımı kullanılarak açılıp kapatılabilen bir mıknatıstır. Bir elektromıknatıs oluşturmak için, bir demir çekirdeğin etrafına bir tel (bir solenoid) sarmanız gerekir. Demir yumuşak bir ferromıknatıstır, yani. akım kaybolduğunda manyetik özelliklerini kaybeder. Röle anahtarlarının ve elektrikli zillerin çalışması elektromanyetizmaya dayanmaktadır. Projede elektromıknatıslar kullanılıyor yüksek hızlı tren– arabaların raylarına ve tabanlarına monte edilirler. Direkleri birbirini itiyor ve tren rayların üzerinde asılı kalıyor. azalır ve trenin hızı artar.

Elektrik motorları

Bir elektrik motoru elektromanyetizmayı kullanarak elektriği harekete dönüştürür. Basit bir elektrik motorunda iki mıknatıs arasına yerleştirilmiş düz bir tel devresi (bir rotor) bulunur. Akım rotordan geçtiğinde, rotorun elektromanyetik alanının kuvvetleri ve mıknatısların manyetik alanları rotorun dönmesine neden olur. Rotor dikey pozisyon aldığında kolektör akımın yönünü değiştirir, bu da manyetik alanın yönünün tersine dönmesine ve dolayısıyla rotora etki eden kuvvete yol açar. Rotor dönüyor. Rotor yaptığında tam dönüş, döngü devam eder. En çok elektrik motorları kullanılıyor farklı arabalarçamaşır makineleri ve saç kurutma makinelerinden oyuncak arabalara ve trenlere kadar. Mikrocerrahide küçük elektrik motorları kullanılır ve uzay teknolojisi. Güçlü bir elektrik motoru bu şekilde çalışır - 0,8 mm çapında bir Toshiba mikromotor (solda). Bir elektromıknatıs sabit bir manyetik alan yaratır. Bir rotor manyetik alan içerisinde döner.

Elektrik üretimi

İngiliz fizikçi Michael Faraday (1791 - 1867), bir iletken manyetik alanda hareket ettiğinde iletkende bir akımın ortaya çıktığını keşfetti. Faraday, bir mıknatısın yanındaki diski döndürerek akımın ortaya çıktığını keşfetti. Böyle bir cihaza disk oluşturucu denir. Jeneratör veya dinamo, enerjiyi elektriğe dönüştüren bir cihazdır. Çalışma prensibi, bir elektrik motorunun çalışma prensibinin tam tersidir.

Enerji santrallerinde hareket enerjisi, türbinleri döndüren buharla sağlanır. Türbinler, iki mıknatıs arasında dönen tel halkalarla jeneratör çubuğunu döndürür. Sonuç olarak, her yarım dönüşten sonra yön değiştiren bir akım ortaya çıkar. Bu akıma denir değişkenler.

Bir makalenin çevirisihttp://www.coilgun.eclipse.co.uk/ ile Roma.

Elektromanyetizmanın Temelleri

Bu bölümde mühendislikte yaygın olarak kullanılan genel elektromanyetik prensiplere bakacağız. Bu kadar karmaşık bir konuya çok kısa bir giriş. Kendini bulmalısın iyi kitap Bu bölümü daha iyi anlamak istiyorsanız manyetizma ve elektromanyetizma hakkında. Bu kavramların çoğunun ayrıntılı olarak açıklandığını Fizzics Fizzle'da da bulabilirsiniz (http://library.thinkquest.org/16600/advanced/electricityandmagnetism.shtml).

Elektromanyetik alanlarVekuvvet

Özel bir durumu ele almadan önce - bobin tabancası -ah, elektromanyetik alanların ve kuvvetlerin temellerini kısaca tanımamız gerekiyor. Hareket eden bir yük olduğunda, buna karşılık gelen bir manyetik alan da vardır. Bir iletkendeki akım, bir elektronun yörüngesindeki dönüşü, plazma akışı vb. nedeniyle ortaya çıkabilir. Elektromanyetizmanın anlaşılmasını kolaylaştırmak için elektromanyetik alan ve manyetik kutup kavramını kullanıyoruz. Diferansiyel vektör denklemleri Bu alanı tanımlayan geliştirilmiştir. James Clark Maxwell.

1. Ölçüm sistemleri

Hayatı zorlaştırmak adına yaygın olarak kullanılan üç ölçüm sistemi vardır. Onlar denir Somerfield, Kennely ve Gaussian . Her sistemin birçok aynı şey için farklı öğeleri (adları) olduğundan, kafa karıştırıcı olabilir. kullanacağım Somerfield Aşağıda gösterilen sistem:

Tablo 1. Somerfield Ölçüm sistemi

2. KanunBiyografi- Savara

Bio-Savart yasasını kullanarak temel bir akımın yarattığı manyetik alanı belirleyebilirsiniz. .

Şekil 2.1

Nerede H mesafedeki alan bileşeni R , mevcut tarafından oluşturuldu Ben uzunluğundaki bir iletkenin temel bölümünde akan ben . sen radyal olarak yönlendirilmiş birim vektör ben .

Bu yasayı kullanarak birkaç temel akımın birleşimiyle oluşturulan manyetik alanı belirleyebiliriz. İçinden akımın aktığı sonsuz uzunlukta bir iletken düşünün Ben . İletkenden herhangi bir mesafedeki alanın temel çözümünü elde etmek için Biot-Savart yasasını kullanabiliriz. Bu çözümü burada vermeyeceğim; elektromanyetizma ile ilgili herhangi bir kitap bunu ayrıntılı olarak gösterecektir. Temel çözüm:

Şekil 2.2

Akım taşıyan iletkene göre alan döngüsel ve eşmerkezlidir.

(Yön manyetik çizgiler(vektörler H, B) gimlet (tirbuşon) kuralıyla belirlenir. Eğer ileri hareket Burgu iletkendeki akımın yönüne karşılık gelir, bu durumda sapın dönme yönü vektörlerin yönünü gösterecektir.)

Analitik çözümü olan başka bir durum, bir bobinin akımla eksenel alanıdır. Eksenel alan için analitik bir çözüm elde edebiliriz ancak bu, alanın tamamı için yapılamaz. Bazılarında bir alan bulmak için keyfi nokta karmaşık integral denklemleri çözmemiz gerekiyor ve bunu en iyi şekilde dijital yöntemler kullanarak yapabiliriz.

3. Ampere yasası

Bu, akımı ileten bir grup iletken kullanılarak manyetik alanın belirlenmesine yönelik alternatif bir yöntemdir. Kanun şu şekilde yazılabilir:

nerede N akım taşıyan iletken numarası ben ve ben doğrusal vektör. Entegrasyon, akım taşıyan iletkenin etrafında kapalı bir hat oluşturmalıdır. Akım taşıyan sonsuz bir iletken göz önüne alındığında, Ampere yasasını aşağıda gösterildiği gibi tekrar uygulayabiliriz:

Şekil 3.1

Alanın, akım taşıyan iletken etrafında döngüsel ve eşmerkezli olduğunu biliyoruz.Hbelli bir mesafede bir halka boyunca (akım taşıyan bir iletkenin etrafına) entegre edilebilir r , bu bize şunu verir:

Entegrasyon çok basittir ve Ampere yasasının nasıl uygulanabileceğini gösterir. hızlı çözüm bazı durumlarda (yapılandırmalar). Bu kanunun uygulanabilmesi için saha yapısının bilinmesi gerekmektedir.

(Dairesel bir alanın ortasındaki alan (gerilim) (akımlı bobin))

4. Selenoid alanı

Bir yük bir bobin içinde hareket ettiğinde, yönü kural kullanılarak belirlenebilen bir manyetik alan oluşturur. sağ el(sağ elinizi alın, parmaklarınızı akıntı yönünde bükün, bükün baş parmak baş parmağınızın gösterdiği yön, bobininizin manyetik kuzeyini gösterir). Manyetik akı konvansiyonu, manyetik akının kuzey kutbu ve güneyde biter. ( Akının yönüne ilişkin kural akıya sahiptir Ortaya çıkan Kuzey kutbundan ve sonlandırma güney kutbunda ). Alan ve manyetik akı çizgileri bobin etrafında kapalı dönüşlerle çevrilidir. Bu çizgilerin aslında var olmadığını, yalnızca noktaları birleştirdiğini unutmayın. eşit değer. Bu, çizgilerin eşit yükseklikte noktalar gösterdiği haritadaki konturları biraz anımsatıyor. Bu konturlar arasında zeminin yüksekliği sürekli olarak değişmektedir. Ayrıca alan ve manyetik akı süreklidir (değişimin mutlaka düzgün olması gerekmez; geçirgenlikteki ayrık bir değişiklik, alanın değerinde ani bir değişikliğe neden olur, haritadaki kayalara benzer).

Şekil 4.1

Eğer solenoid uzun ve ince ise, solenoidin içindeki alanın hemen hemen tek biçimli olduğu düşünülebilir.

5. Ferromanyetik malzemeler

Belki de en iyi bilinen ferromanyetik malzeme demirdir, ancak kobalt ve nikel gibi başka elementlerin yanı sıra silikon çelik gibi çok sayıda alaşım da vardır. Her malzemenin, onu uygulamaya uygun kılan özel bir özelliği vardır. Bu yüzden ferromanyetik malzeme ile neyi kastediyoruz? Bu çok basit, ferromanyetik malzeme bir mıknatıs tarafından çekiliyor. Bu doğru olsa da pek kullanışlı bir tanım değildir ve bize çekimin neden oluştuğunu söylemez. Malzemelerin manyetizmasının ayrıntılı teorisi çok karmaşık konu Kuantum mekaniğini de içerdiği için basit bir kavramsal açıklamaya sadık kalacağız. Bildiğiniz gibi yüklerin akışı bir manyetik alan yaratır, dolayısıyla bir yükün hareketini tespit ettiğimizde bununla ilişkili bir manyetik alan beklemeliyiz. Ferromanyetik malzemelerde elektron yörüngeleri küçük bir manyetik alan oluşturacak şekilde dağıtılır. Bu, malzemenin kendi manyetik alanlarına sahip çok sayıda küçük akım taşıyan bobinden oluştuğu anlamına gelir. Tipik olarak, bir yönde yönlendirilen dönüşler, alanlar adı verilen küçük gruplar halinde gruplandırılır. Alanlar malzemede herhangi bir yöne işaret eder, dolayısıyla malzemede net manyetik alan yoktur (sonuçta ortaya çıkan alan sıfırdır). Ancak ferromanyetik bir malzemeye bir bobinden veya kalıcı mıknatıstan harici bir alan uygularsak, akım taşıyan bobinler bu alanın yönünde dönecektir.(Ancak ferromanyetik malzemeye bir bobin veya kalıcı mıknatıstan harici bir alan uygularsak, akım döngüleri bu alanla hizalanmaya çalışır; alanla en fazla hizalanan domian'lar, daha az hizalanmış alanların pahasına "büyür". ). Bu gerçekleştiğinde sonuç, malzeme ile mıknatıs/bobin arasında mıknatıslanma ve çekim olacaktır.

6. ManyetiktümevarımVegeçirgenlik

Bir manyetik alanın üretimi, manyetik indüksiyon olarak da bilinen, ilişkili bir manyetik akı yoğunluğuna sahiptir. İndüksiyonB Alanın yayıldığı ortamın geçirgenliği yoluyla alana bağlanır.

burada 0 vakumdaki geçirgenliktir ve R göreceli geçirgenlik. İndüksiyon Tesla (T) cinsinden ölçülür.

(Manyetik alanın yoğunluğu, oluştuğu ortama bağlıdır. Belirli bir ortamda ve vakumda bulunan bir teldeki manyetik alan karşılaştırılarak, ortamın (malzeme) özelliklerine bağlı olarak, alan, boşluktakinden daha güçlüdür (paramanyetik malzemeler veya ortamlar) veya tam tersi, daha zayıftır (diyamanyetik malzemeler ve ortamlar). Manyetik özellikler ortamlar mutlak manyetik geçirgenlik μ a ile karakterize edilir.

Vakumun mutlak manyetik geçirgenliğine manyetik sabit μ 0 denir. Mutlak manyetik geçirgenlik çeşitli maddeler(orta) manyetik sabit (vakumun manyetik geçirgenliği) ile karşılaştırılır. Herhangi bir maddenin mutlak manyetik geçirgenliğinin manyetik sabite oranına manyetik geçirgenlik (veya göreceli manyetik geçirgenlik) denir.

Göreceli manyetik geçirgenlik soyut bir sayıdır. Diyamanyetik maddeler için μ R < 1, например для меди μ R= 0,999995. Paramanyetik maddeler için μ R> 1, örneğin hava için μ R= 1,0000031 Teknik hesaplamalar için diyamanyetik ve paramanyetik maddelerin bağıl manyetik geçirgenliğinin 1'e eşit olduğu varsayılır.

Yalnızca ferromanyetik malzemelerde önemli rol elektrik mühendisliğinde manyetik geçirgenlik, malzemenin özelliklerine, manyetik alanın büyüklüğüne, sıcaklığa ve ulaştığı değerlere bağlı olarak farklı değerlere sahiptir. on binlerce.)

7. Mıknatıslanma

Bir malzemenin mıknatıslanması onun manyetik 'gücünün' bir ölçüsüdür. Mıknatıslanma, kalıcı bir mıknatıs gibi malzemenin doğasında olabilir veya buna şunlar neden olabilir: harici kaynak manyetik alan, örneğin bir solenoid. Bir malzemedeki manyetik indüksiyon, mıknatıslanma vektörlerinin toplamı olarak ifade edilebilir.M ve manyetik alanH .

(Atom çekirdeği etrafındaki kapalı yörüngelerde veya temel hatlarda hareket eden atomlardaki elektronlar, temel akımlar veya manyetik dipoller . Bir manyetik dipol bir vektör ile karakterize edilebilir: manyetik moment dipol veya temel elektrik akımı M , değeri temel akımın çarpımına eşit olan Ben ve ilköğretim sitesi S , Şekil 8d.0.1, temel bir kümeyle sınırlıdır.

Pirinç. 8d.0.1

VektörM siteye dik olarak yönlendirildi S ; yönü gimlet kuralıyla belirlenir. Vektör miktarı, söz konusu vücuttaki tüm temel moleküler akımların manyetik momentlerinin geometrik toplamına (maddenin hacmi) eşit olup, vücudun manyetik momenti

Manyetik momentin oranına göre belirlenen vektör miktarı M ’ hacmineV , ortalama denir vücut mıknatıslanması veya ortalama mıknatıslanma yoğunluğu

Ferromıknatıs harici bir manyetik alanda değilse, bireysel alanların manyetik momentleri çok farklı yönlere yönlendirilir, böylece vücudun toplam manyetik momenti sıfır olur, yani. ferromıknatıs mıknatıslanmaz. Bir ferromıknatısın harici bir manyetik alana sokulması aşağıdakilere neden olur: 1-manyetik alanların dış alan yönünde dönmesi - yönlendirme süreci; 2-moment yönleri alanın yönüne yakın olan alanların boyutunda artış ve zıt yönlü manyetik momentlere sahip alanlarda azalma - alan sınırlarının yer değiştirmesi süreci. Sonuç olarak ferromıknatıs mıknatıslanır. Dış manyetik alanın artmasıyla birlikte, kendiliğinden mıknatıslanan tüm alanlar şu yönde yönlendirilirse: dış alan ve alanların büyümesi durursa, ferromıknatısın aşırı mıknatıslanma durumu meydana gelecektir. manyetik doygunluk.

H alan gücünde, ferromanyetik olmayan bir ortamda manyetik indüksiyon (μ R= 1) eşit olur B 0 =μ 0 H. Ferromanyetik bir ortamda bu indüksiyon, ilave bir manyetik alanın indüksiyonu ile desteklenir. BD= μ 0 MFerromanyetik bir malzemede ortaya çıkan manyetik indüksiyon B= B 0 + BD=μ 0 ( H+ M).)

8. Manyetomotor kuvvet (MF)

Elektromotor kuvvetine (EMF) benzer ve manyetik devrelerde devrenin farklı yönlerindeki manyetik akı yoğunluğunu belirlemek için kullanılır. MDS'ler amper-dönüş veya basitçe amper cinsinden ölçülür. Manyetik devre dirence eşdeğerdir ve manyetik isteksizlik olarak adlandırılır.

Nerede benzincir yolu uzunluğu, geçirgenlik veAkesit alanı.

Basit bir manyetik devreye bir göz atalım:

Pirinç . 8.1

Torusun ortalama bir yarıçapı vardır R ve kesit alanı A . MMF, bir bobin tarafından üretilir. N akımın aktığı dönüşler Ben . Manyetik direncin hesaplanması, malzemenin geçirgenliğindeki doğrusal olmama nedeniyle karmaşıklaşır.

Manyetik isteksizlik belirlenirse devrede mevcut olan manyetik akı hesaplanabilir.

9. Manyetikliği gideren alanlar

Çubuk şeklinde bir ferromanyetik malzeme parçası mıknatıslanırsa uçlarında kutuplar görünecektir. Bu kutuplar, malzemeyi manyetiklikten arındırmaya çalışan bir iç alan oluşturur; bu alan, mıknatıslanmayı yaratan alanın tersi yönde hareket eder. Sonuç olarak, iç alan dış alandan çok daha küçük olacaktır. Malzemenin şeklinin manyetiklik giderme alanı üzerinde büyük bir etkisi vardır; uzun ince bir çubuğun (büyük uzunluk/çap oranı), örneğin küre gibi geniş bir şekle kıyasla küçük bir manyetiklik giderme alanı vardır. Gelecekteki gelişimde bobin tabancası bu, küçük uzunluk/çap oranına sahip bir merminin, belirli bir mıknatıslanma durumuna ulaşmak için daha güçlü bir dış alana ihtiyaç duyduğu anlamına gelir. Bir göz at aşağıdaki grafikte. Biri 20 mm uzunluğunda ve 10 mm çapında ve diğeri 10 mm uzunluğunda ve 20 mm çapında olan iki merminin ekseni boyunca ortaya çıkan iç alanı gösterir. Aynı dış alan için büyük bir fark görüyoruz. iç alanlar Daha kısa mermi, uzun merminin zirvesinin yaklaşık %40'ı kadar bir zirveye sahiptir. Bu, farklı mermi şekilleri arasındaki farkı gösteren çok iyi bir sonuçtur.

Pirinç . 9.1

Kutupların yalnızca malzemenin sürekli geçirgenliğinin olduğu yerde oluştuğuna dikkat edilmelidir. Simit gibi kapalı bir manyetik yolda hiçbir kutup ortaya çıkmaz ve manyetikliği gideren bir alan yoktur.

10. Yüklü bir parçacığa etki eden kuvvet

Peki akım taşıyan bir iletkene etki eden kuvveti nasıl hesaplarız? Manyetik alanda hareket eden bir yüke etki eden kuvvete bakarak başlayalım. ( Genel yaklaşımı 3 boyutta benimseyeceğim).

Bu kuvvet hız vektörlerinin kesişimiyle belirlenir.vve manyetik indüksiyonB, ve ücret miktarıyla orantılıdır. Ücreti göz önünde bulundurun q = -1,6x 10 -19 K, 0,1 indüksiyon manyetik alanında 500 m/s hızla hareket ediyor T aşağıda gösterildiği gibi.

Pirinç . 10.1. Kuvvetin hareketli yük üzerindeki etkisi

Yükün maruz kaldığı kuvvet aşağıda gösterildiği gibi basit bir şekilde hesaplanabilir:

Hız vektörü 500Ben m/s ve indüksiyon 0,1 k T, yani elimizde:

Açıkçası, eğer hiçbir şey bu kuvvete direnmezse parçacıksapma (düzlemde bir daire tanımlaması gerekecek) x - y yukarıdaki durum için). Buradan edinilebilecek birçok ilginç özel durum var. ücretsiz masraflar ve manyetik alanlar - bunlardan yalnızca birini okursunuz.

11. Akım taşıyan bir iletkene etki eden kuvvet

Şimdi öğrendiklerimizi akım taşıyan bir iletkene etki eden kuvvetle ilişkilendirelim. Yemek yemek oranı elde etmenin iki farklı yolu.

Konvansiyonel akımı yük değişiminin göstergesi olarak tanımlayabiliriz.

Artık yukarıda verilen kuvvet denkleminin türevini alabiliriz.

Bunları birleştirelim denklemler, şunu elde ederiz

D ben – koşullu akımın yönünü gösteren vektör. İfade, DC motor gibi fiziksel bir organizasyonu analiz etmek için kullanılabilir. Eğer iletken düzse bu basitleştirilebilir

Kuvvetin yönü her zaman manyetik akıya ve akımın yönüne dik bir açı oluşturur. Basitleştirilmiş form ne zaman kullanılmalı? kuvvetin yönü sağ el kuralı ile belirlenir.

12. İndüklenen gerilim, Faraday yasası, Lenz yasası

Dikkate almamız gereken son şey indüklenen voltajdır. Bu kuvvetin yüklü bir parçacık üzerindeki etkisinin genişletilmiş bir analizi. Bir iletken (hareketli şarjı olan bir şey) alıp ona biraz hız verirsek V Manyetik alana göre, serbest yüklere bir kuvvet etki edecek ve onları iletkenin uçlarından birine doğru itecektir. Metal bir çubukta, elektronların çubuğun bir ucunda toplanacağı bir yük ayrımı olacaktır. Çizim aşağıda genel fikir gösterilmektedir.

Pirinç. 12.1 İletken bir çubuğun enine hareketi sırasında indüklenen voltaj

İletken ile manyetik alanın indüksiyonu arasındaki herhangi bir bağıl hareketin sonucu, yüklerin hareketi tarafından üretilen bir indüklenen voltaj olacaktır. Ancak iletken manyetik akıya paralel (eksen boyunca) hareket ederse Z yukarıdaki şekilde), bu durumda hiçbir voltaj indüklenmez.

Açık bir düzlemsel yüzeyin vidalandığı başka bir durumu düşünebiliriz. manyetik akım. Oraya kapalı bir döngü koyarsak C , o zaman bununla ilişkili manyetik akıdaki herhangi bir değişiklik C etrafında gerginlik yaratacak C.

Pirinç . 12.2 Bir döngü ile bağlanmış manyetik akı

Şimdi iletkeni yerinde kapalı bir bobin olarak hayal edersek C o zaman manyetik akıdaki değişiklik bu iletkende bir voltajı indükleyecek ve bu da akımı bu dönüşte bir daire içinde hareket ettirecektir. Akımın yönü, basitçe ifade etmek gerekirse, bir eylemin sonucunun, eylemin zıt yönünde olduğunu gösteren Lenz yasası uygulanarak belirlenebilir. Bu durumda, indüklenen voltaj, manyetik akının değişmesini önleyecek bir akımı yönlendirecektir - eğer manyetik akı azalırsa, o zaman akım, manyetik akıyı sabit tutmaya çalışacaktır (saat yönünün tersine), eğer manyetik akı artarsa, o zaman akım, manyetik akıyı sabit tutmaya çalışacaktır (saat yönünün tersine), o zaman akım bu artışı engelleyecektir (saat yönünde)) (yön, gimlet kuralıyla belirlenir) . Faraday yasası indüklenen voltaj, manyetik akıdaki değişim ve zaman arasındaki ilişkiyi kurar:

Eksi Lenz yasasını dikkate alır.

13. İndüktans

İndüktans ilişkili manyetik akının, bu manyetik akının oluşturduğu akıma oranı olarak tanımlanabilir. Örneğin, kesit alanı olan bir telin dönüşünü düşünün. A , içinde aktığı BEN.

Pirinç. 13.1

Endüktansın kendisi şu şekilde tanımlanabilir:

Birden fazla dönüş varsa ifade şöyle olur:

Nerede N - dönüş sayısı.

Endüktansın yalnızca bobin havayla çevrelendiğinde sabit olduğunu anlamak önemlidir. Ferromanyetik malzeme manyetik devrenin bir parçası olarak ortaya çıktığında, sistemin değişken endüktans üreten doğrusal olmayan davranışı ortaya çıkar.

14. Dönüşümelektromekanik enerji

Elektromekanik enerji dönüşümünün prensipleri tüm elektrikli makineler ve bobin tabancası istisna yok. Değerlendirmeden önce bobin tabancası Bir stator alanı ve bu alana yerleştirilmiş bir armatürden oluşan basit bir doğrusal elektrik 'motoru' hayal edelim. BuŞekil 2'de gösterilmiştir. 14.1. Bu basitleştirilmiş analizde, gerilim kaynağı ve armatür akımının kendileriyle ilişkili bir endüktansa sahip olmadığını unutmayın. Bu, yalnızca sistemdeki indüklenen voltajın, manyetik indüksiyona göre armatürün hareketinin bir sonucu olduğu anlamına gelir.

Pirinç. 14.1. İlkel doğrusal motor

Armatür uçlarına gerilim uygulandığında direncine göre akım belirlenecektir. Bu akım bir kuvvete maruz kalacak ( ben x B ), çapanın hızlanmasına neden olur. Şimdi, daha önce tartışılan bölümü kullanarak ( 12 İndüklenen gerilim, Faraday yasası, Lenz yasası ), manyetik alanda hareket eden bir iletkende voltajın indüklendiğini gösterdik. Bu indüklenen voltaj, uygulanan voltajın tersi yönde etki eder (Lenz yasasına göre). Pirinç. 14.2, elektrik enerjisinin termal enerjiye dönüştürüldüğü eşdeğer bir devreyi gösterir PT ve mekanik enerjiÖĞLEDEN SONRA .

Pirinç . 14.2. Motor eşdeğer devresi

Şimdi nasıl olduğunu düşünmemiz gerekiyor mekanik enerjiçapa şunu ifade eder elektrik enerjisi, ona iletilir. Armatür manyetik indüksiyon alanına dik açılarda bulunduğundan kuvvet, basitleştirilmiş ifade 1 ile belirlenir. 1.4

Anlık mekanik enerji kuvvet ve hızın bir ürünü olduğundan,

Nerede v –çapa hızı. Kirchhoff yasasını kapalı bir devreye uygularsak akım için aşağıdaki ifadeleri elde ederiz: BEN.

Artık indüklenen voltaj, armatür hızının bir fonksiyonu olarak ifade edilebilir.

Deneyimin değiştirilmesi 1 4,3'te 14,4 elde ederiz

ve 14.5 ifadesini 14.2 ile değiştirerek şunu elde ederiz:

Şimdi armatürde açığa çıkan termal enerjiye bakalım. Vyr tarafından belirlenir. 14.7

Son olarak armatüre sağlanan enerjiyi şu şekilde ifade edebiliriz:

Ayrıca mekanik enerjinin (Denk. 14.2) akıma eşdeğer olduğuna dikkat edin. BEN indüklenen voltajla çarpılır (hesaplama 14.4).

Armatürlere sağlanan enerjinin çeşitli hızlarla nasıl birleştiğini görmek için bu eğrileri çizebiliriz.(Göstermek için bu eğrileri çizebiliriz nasıl armatüre sağlanan güç çeşitli hızlara dağıtılır).Bu analizin bir miktar etkisi olması için bobin tabancası değişkenlerimize hızlandırıcıya karşılık gelen değerleri vereceğiz bobin tabancası . Kalan parametrelerin değerlerini belirleyeceğimiz teldeki akım yoğunluğuyla başlayalım. Test sırasında maksimum akım yoğunluğu 90 A /mm 2, yani telin uzunluğunu ve çapını şu şekilde seçersek:

ben = 10 m

D = 1,5x10 -3m

o zaman tel direnci ve akım olacak

R = 0,1

ben = 160A

Artık direnç ve akım değerlerine sahibiz, voltajı belirleyebiliriz

V=16V

Tüm bu parametreler motorun statik özelliklerini oluşturmak için gereklidir.

Pirinç. 14.3 Sürtünmesiz motor modeli için performans eğrileri

Mekanik enerjideki azalmanın armatürün hızıyla orantılı olması için örneğin 2N'lik bir sürtünme kuvveti ekleyerek bu modeli biraz daha gerçekçi hale getirebiliriz. Bu sürtünmenin değeri, etkisinin daha belirgin olması için bilinçli olarak daha yüksek alınmıştır. Yeni eğri seti Şekil 14.4'te gösterilmektedir.

Pirinç . 14.4. Sabit sürtünme performans eğrileri

Sürtünmenin varlığı enerji eğrilerini hafifçe değiştirir, böylece maksimum hız ankrajlar sıfır sürtünmeli duruma göre biraz daha küçüktür. En göze çarpan fark, verimlilik eğrisindeki değişikliktir; bu, şu anda bir zirveye sahiptir ve armatür ulaştığında keskin bir şekilde düşer " hayır - yük " hız. Bu verimlilik eğrisi şekli, sabit mıknatıslı bir DC motor için tipiktir.

Ayrıca kuvvetin ve dolayısıyla ivmenin hıza nasıl bağlı olduğu da dikkate alınmaya değerdir. Denklem 14.5'i Denklem 14.1'e koyarsak, için bir ifade elde ederiz. F hız açısından v.

Bu bağımlılığı oluşturduktan sonra aşağıdaki grafiği elde ederiz

Pirinç. 14.5. Ankraj üzerine etkiyen kuvvetin hıza bağlılığı

Çapanın maksimum hızlanma kuvvetiyle başladığı ve çapa hareket etmeye başlar başlamaz bu kuvvetin azalmaya başladığı açıktır. Her ne kadar bu özellikler belirli bir hız için gerçek parametrelerin anlık değerlerini verse de, motorun zaman içinde nasıl davrandığını görmek için faydalı olmalıdırlar; dinamik olarak.

Bir motorun dinamik tepkisi, onun davranışını tanımlayan bir diferansiyel denklemin çözülmesiyle belirlenebilir. Pirinç. Şekil 14.6, diferansiyel denklemle açıklanan sonuçta ortaya çıkan kuvvetin belirlenebildiği, bir ankraj üzerindeki kuvvetlerin etkilerinin bir diyagramını gösterir.

Pirinç. 14.6 Kuvvetlerin ankraj üzerindeki etkisinin diyagramı

F m ve F d – sırasıyla manyetik ve karşıt kuvvetler. Gerilim sabit olduğundan Denklem 14.1'i ve ortaya çıkan kuvveti kullanabiliriz. Fa çapa üzerinde hareket ederek,

İvme ve hızı yer değiştirmenin türevleri olarak yazarsak X zamana göre ve ifadeyi yeniden düzenlersek, şunu elde ederiz: diferansiyel hareket denklemi çapalar

Bu ikinci dereceden homojen olmayan bir diferansiyel denklemdir. sabit katsayılar ve ek bir fonksiyon ve kısmi integral tanımlanarak çözülebilir. Doğrudan hat çözüm yöntemi (tüm matematik üniversitesi programları dikkate alır) diferansiyel denklemler), bu yüzden sadece sonucu vereceğim. Bir not - bu özel çözüm şunu kullanır: başlangıç ​​koşulları:

Vyr. 14.14

Sürtünme kuvvetine, manyetik indüksiyona ve armatür kütlesine bir değer atamamız gerekiyor. Sürtünmeyi seçelim. Motorun dinamik özelliklerini nasıl değiştirdiğini göstermek için 2H değerini kullanacağım. Belirli bir akım yoğunluğu için test bobininde olduğu gibi modelde de aynı hızlanma kuvvetini üretecek endüksiyon değerinin belirlenmesi, mıknatıslanmış mermi tarafından oluşturulan manyetik akı yoğunluk dağılımının radyal bileşenini dikkate almamızı gerektirir.bobin tabancası(bu radyal bileşen eksenel kuvveti oluşturur). Bunun için akım yoğunluğunun çarpılmasıyla elde edilen ifadenin integralinin alınması gerekir.Radyal manyetik akı yoğunluğunun hacim integralinin kullanılarak belirlenmesiFEMM

Mermi, onu tanımladığımızda mıknatıslanırB- Heğri veHciçindeki değerlerFEMMmalzeme özellikleri iletişim kutusu. Değerlervardıseçilmişİçinsıkıuyumlulukİlemıknatıslanmışütü. FEMM6,74 değerini verirX10 -7 Tm 3 manyetik akı yoğunluğunun hacim integrali içinB bobini, yani kullanarakF= /4 elde ederizB modeli = 3.0 X10 -2 Tl. Bu manyetik akı yoğunluğu değeri, merminin içindeki 1,2 civarındaki manyetik akı yoğunluğu dikkate alındığında çok küçük görünebilir.TBununla birlikte, manyetik akının mermi etrafında çok daha büyük bir hacimde ortaya çıktığını ve manyetik akının yalnızca bir kısmının radyal bileşende gösterildiğini anlamalıyız. Artık modelimize göre şunu anlıyorsunuz:bobin tabancası- Bu "içeridışarı"(tersine çevrilmiş) ve "geriileön"başka bir deyişle,bobin tabancasısabit bakır, hareket eden mıknatıslanmış kısmı çevreler. Bu herhangi bir sorun yaratmaz. Yani sistemin özü, statora ve armatüre etki eden bağlantılı doğrusal kuvvettir, böylece bakır kısmı sabitleyebilir ve stator alanının hareket yaratmasına izin verebiliriz. Stator alan jeneratörü bizim mermimizdir, ona 12g'lik bir kütle atayalım.

Artık yer değiştirme ve hızı, Şekil 2'de gösterildiği gibi zamanın fonksiyonu olarak çizebiliriz. 14.8

Pirinç. 14.8. Doğrusal bir motorun dinamik davranışı

Şekil 2.1'de gösterildiği gibi hıza karşı yer değiştirme fonksiyonunu elde etmek için hız ve yer değiştirme ifadelerini de birleştirebiliriz. 14.9.

Pirinç. 14.9. Hızın harekete bağımlılığının özellikleri

Burada armatürün maksimum hızına ulaşması için nispeten uzun bir hızlandırıcının gerekli olduğunu belirtmek önemlidir. Busahip olmakAnlamİçinyapımaksimum etkilipratikhızlandırıcı.

Eğrileri yakınlaştırırsak belli bir mesafede hangi hıza ulaşılacağını belirleyebiliriz uzunluğa eşit hızlandırıcı tabanca bobinindeki aktif malzeme (78 mm).

Pirinç. 14.10. Artan hız ve yer değiştirme eğrisi

Bunlar, gerçek anlamda üretilmiş üç aşamalı hızlandırıcının özelliklerine son derece yakın özelliklerdir, ancak bu yalnızca bir tesadüftür çünkü bu model ile gerçek model arasında birkaç önemli fark vardır.bobin tabancası. Örneğin,bobin tabancasıkuvvet, hızın ve hareket koordinatlarının bir fonksiyonudur ve sunulan modelde kuvvet yalnızca hızın bir fonksiyonudur.

Pirinç. 14.11 - Mermi hızlandırıcısı olarak motorun toplam verimliliğine bağımlılık.

Pirinç. 14.11. Sürtünme kayıpları hariç yer değiştirmenin bir fonksiyonu olarak genel verimlilik

Pirinç. 14.11. Sabit sürtünme kayıplarını dikkate alarak yer değiştirmenin bir fonksiyonu olarak genel verimlilik

Toplam verimlilik, bu tür elektrik makinelerinin temel bir özelliğini gösterir - armatürün ilk hızlandığında ve 'e doğru hızlandığında elde ettiği enerji.HAYIR- yük' hızı, makineye sağlanan toplam enerjinin tam yarısı kadardır. Başka bir deyişle ideal (sürtünmesiz) bir hızlandırıcının mümkün olan maksimum verimliliği %50 olacaktır. Sürtünme varsa kümülatif verim, makinenin sürtünmeye karşı çalışması nedeniyle oluşan maksimum verim noktasını gösterecektir.

Son olarak etkiye bakalımBŞekil 14.10 ve 14.11'de gösterildiği gibi hız değişiminin dinamik özellikleri üzerine.

Pirinç. 14.11. EtkilemekBhız-yer değiştirme gradyanı üzerinde

Pirinç. 14.12. Artan indüksiyonun daha yüksek hız ürettiği küçük hareket bölgesi

Bu eğri seti, bu modelin ilginç bir özelliğini göstermektedir; başlangıç ​​aşamasındaki büyük alan endüktansı, belirli bir noktada büyük bir hız verir, ancak hız arttıkça, düşük endüktansa karşılık gelen eğriler bu eğriyi geçer. Bu şunu açıklar: Daha güçlü bir indüksiyonun daha büyük bir başlangıç ​​ivmesi üreteceğine karar verdiniz, ancak daha büyük bir indüklenen voltajın indükleneceği gerçeğine göre ivme daha keskin bir şekilde azalacak ve daha düşük indüksiyon eğrisinin şu şekilde olmasına izin verecektir: bu eğriyi yakalayın.

Peki bu modelden ne öğrendik? Bence önemli şey Bunu anlamak için, ölü bir merkezden başlayarak, böyle bir motorun veriminin, özellikle de motor kısa ise, çok düşük olduğu anlaşılmalıdır. Akımı azaltan indüklenen voltaj nedeniyle mermi hız kazandıkça anlık verimlilik artar. Bu verimliliği artırır çünkü dirençte kaybedilen enerji (tabii ki ısı kaybı) azalır ve mekanik enerji artar (bkz. Şekil 14.3, 14.4), ancak ivme de azaldığı için giderek daha büyük yer değiştirme elde ederiz, dolayısıyla en iyi verim eğrisi kullanılacaktır.(Kısacası bir lineer motor adım gerilimine maruz kaldığında "zorlama fonksiyonu" sağlanmadığı sürece oldukça verimsiz bir makine olacaktır. çok uzun.)

İlkel bir motorun bu modeli, tipik bir düşük verim durumunu göstermesi açısından faydalıdır.bobin tabancasıyani düşük seviye sürüş kaynaklı voltaj. Model basitleştirilmiştir ve pratik bir devrenin doğrusal olmayan ve endüktif elemanlarını hesaba katmaz; dolayısıyla modeli zenginleştirmek için bu elemanları devremize dahil etmemiz gerekir. elektrik şeması modeller. Bir sonraki bölümde tek aşamalı diferansiyel denklemlerin temellerini öğreneceksiniz.bobin tabancası. Analizde analitik olarak çözülebilecek bir denklem elde etmeye çalışacağız (birkaç basitleştirmenin yardımıyla). Bu başarısız olursa Runge Kutta sayısal entegrasyon algoritmasını kullanacağım.

Denklem ısı dengesi termistörün formu vardır

I2 R =ξ (Qп – Qс ) ·S,

burada ξ ortamın hızına bağlı olarak ısı transfer katsayısıdır; Qп ve Qс - sırasıyla termistörün sıcaklığı; (dönüştürücü) ve çevre;

S, termistörün yüzey alanıdır.

Termistör silindir şeklindeyse ve silindir ekseni ile akış hızı vektörü arasındaki açı 90° olacak şekilde akışın karşısına yerleştirilmişse, gazlar ve sıvılar için ısı transfer katsayıları formüllerle belirlenir.

burada V ve υ sırasıyla ortamın hızı ve termal iletkenliğidir; d, termistörün çapıdır;

c ve n, Reynolds sayısına bağlı katsayılardır Re = Vd/υ;

P r = υ d - Kinematik viskoziteye bağlı olarak Prandtl sayısı ve

ortamın termal iletkenliği.

Böyle bir dönüştürücü (termistör) genellikle bir köprü ölçüm devresine dahil edilir. Yukarıdaki ifadeleri kullanarak V hızı ölçülebilir.

5.2. Elektromanyetizma yasalarının ölçüm teknolojisinde kullanımı

Elektroskop, tespit etmeye yarayan bir cihazdır. elektrik ücretleri. Elektroskop, kendisine bağlı metal bir çubuktan oluşur.

ince bir alüminyum veya kağıt parçası asılır. Çubuk, yaprağı hava hareketinden koruyan bir cam kavanozun içindeki ebonit veya amber tıpa ile güçlendirilmiştir.

Elektrometre, metal gövdeli bir elektroskoptur. Bu cihazın gövdesini yere bağlarsanız ve ardından yüklü bir gövdeyle çubuğuna dokunursanız, yükün bir kısmı çubuğa aktarılacak ve elektrometrenin yaprakları belirli bir açıyla ayrılacaktır. Böyle bir cihaz, bir iletken ile toprak arasındaki potansiyel farkını ölçer.

Osiloskop, incelenen sinyalin parametrelerini, genellikle zamana bağlı voltajı gözlemlemek, kaydetmek ve ölçmek için tasarlanmış bir cihazdır. Işık ışınlı osiloskoplar elektromekanik sapmayı kullanır ışık huzmesi Test voltajının etkisi altında.

Katot ışınlı osiloskoplar (CRO), katot ışın tüpleri temel alınarak üretilmiştir. Elektron ışınının saptırılması doğrudan bir elektrik sinyali ile gerçekleştirilir.

ELO'nun ana ünitesi, içinde bir ısıtıcı 2, bir modülatör 3, anotlar 4 ve bir sistem bulunan bir oksit katot 1'in bulunduğu, camdan boşaltılmış bir şişe (Şekil 10) olan bir katot ışın tüpüdür (CRT). saptırma plakaları 5 ve 6. Bir katot, modülatör ve anotlar içeren CRT'nin bir kısmına elektron tabancası denir.

Pirinç. 10 Katot ışın tüpü

Saptırma plakalarına voltaj uygulanırsa elektron ışını Şekil 2'de gösterildiği gibi sapacaktır. 11.

Test voltajı Uy genellikle dikey olarak sapan plakalara uygulanır ve açılma voltajı ( bu durumda Tr periyoduyla doğrusal olarak değişen periyodik).

Pirinç. 11. CRT ekranında görüntü alma

Manyetoelektrik sistem cihazları (ampermetreler, voltmetreler ve ohmmetreler) doğru akım devrelerinde ve dedektörlerin kullanımında ayrıca alternatif akım amaçları için kullanıma uygundur. Ölçme mekanizmasının çalışma prensibi manyetoelektrik Sistem, kalıcı bir mıknatısın alanı ile içinden akımın aktığı bir bobin (çerçeve) arasındaki etkileşimin etkisini kullanır. Şek. Şekil 12 tipik bir tasarımı göstermektedir (hareketli bobin).

Pirinç. 12. Tipik hareketli bobin tasarımı Kalıcı mıknatıs 1, kutup parçalarına sahip manyetik devre 2 ve

sabit çekirdek 3 mekanizmanın manyetik sistemini oluşturur. Kutup parçaları ile bir çerçeve üzerine bakır veya alüminyum tel ile sarılmış hareketli dikdörtgen bir bobinin (çerçeve) 4 bulunduğu çekirdek arasındaki boşlukta güçlü, düzgün bir radyal manyetik alan oluşturulur. Bobin, aks milleri 5 ve 6 arasına sabitlenmiştir. Spiral yaylar 7 ve 8, karşı yönde bir tork oluşturacak ve aynı zamanda ölçülen akımı sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.

Çerçeve oka (9) sağlam bir şekilde bağlanmıştır. Hareketli parçayı dengelemek için anten (10) üzerinde hareketli ağırlıklar bulunmaktadır.

Dönüşüm denklemi:

α = I(BnS / W),

burada B boşluktaki manyetik indüksiyondur;

α - hareketli parçanın dönme açısı; S – çerçeve alanı;

n – bobin dönüş sayısı;

W – spesifik karşı koyma momenti. 51

Elektromanyetik, elektrodinamik, ferrodinamik ve elektrostatik sistem cihazları Yaygın olarak standart elektromekanik ampermetreler, voltmetreler, wattmetreler ve frekans ölçerler olarak kullanılır.

Elektrodinamik cihazların çalışma prensibi, içinden akımın geçtiği iki bobinin manyetik alanlarının etkileşimine dayanmaktadır.

Böyle bir ölçüm mekanizmasının yapısı Şekil 2'de gösterilmektedir. 13.

Pirinç. 13. Elektrodinamik sistemin elektromekanik dönüştürücüsü

Sabit bobinin (1) içinde, yaylar aracılığıyla akımın sağlandığı hareketli bir bobin (2) dönebilir.

Bobinin dönüşü, bobinler 1 ve 2'nin manyetik alanlarının etkileşiminden kaynaklanan bir tork tarafından gerçekleştirilir. Karşıt tork, özel yaylar tarafından oluşturulur (Şekil 13'te gösterilmemiştir).

Bu mekanizmanın dönüşüm denklemi:

α = W 1 ∂ ∂ M α ben 1 ben 2 ,

burada W spesifik karşı koyma momentidir;

α - hareketli parçanın dönme açısı; M, bobinlerin karşılıklı endüktansıdır.

Bu mekanizma sabitleri ölçmek için kullanılabilir

ve alternatif akımlar, gerilimler ve güç.

Ferrodinamik ölçüm mekanizmaları esasen

Bobin, şeritler arasına hareketli bir bobinin yerleştirildiği yumuşak bir manyetik çekirdeğe (manyetik çekirdek) sahip olduğundan, yalnızca tasarım açısından farklılık gösterdikleri bir tür elektrodinamik cihazdır. Çekirdeğin varlığı, sabit bobinin manyetik alanını ve dolayısıyla hassasiyeti önemli ölçüde artırır.

Elektrostatik cihazlarda Elektrik yüklü iletkenler arasındaki etkileşim ilkesi uygulanır.

Ayrıntılı bir ölçüm mekanizmasının ortak tasarımlarından biri Şekil 2'de gösterilmektedir. 14.

Şekil 14. Dönüştürücü elektrostatik sistem Okla birlikte sabitlenmiş hareketli alüminyum plaka 1

eksen (3) üzerinde, elektrikle bağlı iki sabit plaka (2) ile etkileşime girerek hareket edebilir. Ölçülen voltajın beslendiği giriş terminalleri (gösterilmemiştir), hareketli ve sabit plakalara bağlanır.

Elektrostatik kuvvetlerin etkisi altında hareketli plaka, sabit plakalar arasındaki boşluğa çekilir. Hareket

bükülmüş plakanın karşı momenti torka eşit olduğunda durur.

Böyle bir mekanizmanın dönüşüm denklemi şu şekildedir:

α = 2 1 W ∂ d C α U 2 ,

burada U ölçülen voltajdır;

W – spesifik karşı koyma momenti; C plakalar arasındaki kapasitanstır.

Benzer dönüştürücüler geliştirmek için kullanılır doğru ve alternatif akım voltmetreleri.

Cihazların çalışma prensibi elektromanyetik sistem sabit bir bobindeki bir akımın yarattığı manyetik alanın hareketli bir ferromanyetik çekirdek ile etkileşimine dayanmaktadır. En yaygın tasarımlardan biri Şekil 2'de gösterilmektedir. 15.

Pirinç. 15. Elektromanyetik sistem dönüştürücü:

I – bobin, 2 – çekirdek, 3 – karşıt moment oluşturan spiral yay, 4 – hava damperi

Manyetik alanın etkisi altında çekirdek içe doğru çekilir

Yayıncılık

Değişen bir akım tarafından uyarılan alternatif bir manyetik alan, çevredeki alanda bir elektrik alanı yaratır ve bu da bir manyetik alanı vb. harekete geçirir. Karşılıklı olarak birbirini üreten bu alanlar, tek bir alternatif elektromanyetik alan oluşturur. elektromanyetik dalga. Akım taşıyan telin bulunduğu yerde ortaya çıkan elektromanyetik alan, uzayda -300.000 km/s ışık hızıyla yayılır.

Manyetoterapi

Frekans spektrumunda farklı yerler radyo dalgaları, ışık, x-ışını radyasyonu ve diğerleri elektromanyetik radyasyon. Genellikle sürekli bağlı elektrik ve manyetik alanlarla karakterize edilirler.

Senkrofazotronlar

Şu anda, bir manyetik alan şu şekilde anlaşılmaktadır: özel şekil yüklü parçacıklardan oluşan madde. Modern fizikte, yüklü parçacıkların ışınları, atomları incelemek amacıyla atomların derinliklerine nüfuz etmek için kullanılır. Manyetik alanın hareketli yüklü bir parçacığa etki ettiği kuvvete Lorentz kuvveti denir.

Akış ölçerler - sayaçlar

Yöntem, Faraday yasasının manyetik alandaki bir iletken için uygulanmasına dayanmaktadır: manyetik alanda hareket eden elektriksel olarak iletken bir sıvının akışında bir emk indüklenir, hıza orantılı elektronik parça tarafından elektriksel analog/dijital sinyale dönüştürülen akış.

DC jeneratör

Jeneratör modunda makinenin armatürü harici bir torkun etkisi altında döner. Stator kutupları arasında armatürden geçen sabit bir manyetik akı vardır. Armatür sargısının iletkenleri manyetik bir alanda hareket eder ve bu nedenle içlerinde yönü "sağ el" kuralıyla belirlenebilen bir EMF indüklenir. Bu durumda, bir fırçanın üzerinde pozitif potansiyel ikincisi ile ilgili. Jeneratör terminallerine bir yük bağlarsanız üzerinden akım akacaktır.

Transformatörler

Transformatörler elektrik enerjisinin iletilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. uzun mesafeler alıcılar arasında ve ayrıca çeşitli doğrultucu, yükseltici, sinyalizasyon ve diğer cihazlarda dağıtımı.

Bir transformatördeki enerji dönüşümü, alternatif bir manyetik alan tarafından gerçekleştirilir. Transformatör, üzerine iki ve bazen daha fazla yalıtılmış tel sargısının (bobin) yerleştirildiği, birbirinden yalıtılmış ince çelik plakalardan yapılmış bir çekirdektir. Alternatif akım elektrik enerjisi kaynağının bağlandığı sargıya primer sargı, geri kalan sargılara sekonder denir.

Bir transformatörün sekonder sargısı, birincil sargıdan üç kat daha fazla sarıma sahipse, o zaman birincil sargının çekirdekte oluşturduğu, ikincil sargının dönüşlerini geçen manyetik alan, içindeki voltajın üç katını yaratacaktır.

Ters dönüş oranına sahip bir transformatör kullanarak, aynı kolaylıkla azaltılmış bir voltaj elde edebilirsiniz.