Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Вихревые токиВозникновение вихревых токов. Изменяющийся магнитный поток способен индуктировать э. д. с. не только в проводах или витках катушек, но и в массивных стальных сердечниках, кожухах и других металлических деталях электротехнических установок. Эти э. д. с. являются причиной появлений индуктированных токов, которые действуют в массивных металлических деталях, замыкаясь накоротко в их толще. Такие токи получили название вихревых. Например, при изменении магнитного потока, созданного катушкой 1 (рис. 59, а), в ее стальном сердечнике 2 индуктируются вихревые токи, замыкающиеся в плоскости, перпендикулярной силовым линиям магнитного поля. Вихревые токи возникают также в сердечниках 3 якорей и роторов электрических машин при вращении их в магнитном поле (рис. 59, б). Природа вихревых токов такая же, как и токов, индуктированных в обычных проводах или катушках. Благодаря очень малому сопротивлению массивных проводников вихревые токи даже при небольшой индуктированной э. д. с. достигают очень больших значений, вызывая чрезмерное нагревание этих проводников. Способы уменьшения вредного действия вихревых токов. В электрических машинах и аппаратах вихревые токи обычно нежелательны, так как они вызывают нагрев металлических сердечников, создают потери энергии (так называемые потери от вихревых токов), снижают к. п. д. электрических машин и аппаратов и оказывают согласно правилу Ленца размагничивающее действие. Для уменьшения вредного действия вихревых токов применяют два основных способа. 1. Сердечники электрических машин и аппаратов выполняют из отдельных листов электротехнической стали 1 толщиной 0,35—1,0 мм, изолированныходин от другого слоем изоляции 2 (лаковой пленкой, окалиной, образующейся при отжиге листов, и пр.). Благодаря этому преграждается путь распространению вихревых токов (рис. 60) и уменьшается поперечное сечение каждого отдельного проводника, через которое протекают эти токи, что приводит к уменьшению силы тока. 2. В состав электротехнической стали, из которой изготовляют сердечники электрических машин и аппаратов, вводят 1—5% кремния, что обеспечивает повышение ее электрического сопротивления. Благодаря этому достигается снижение силы вихревых токов, протекающих по сердечникам электрических машин и аппаратов. Потери мощности от вихревых токов пропорциональны квадрату индукции В магнитного поля и квадрату частоты f его изменения. При увеличении индукции и частоты изменения магнитного поля, а также при увеличении частоты вращения роторов и якорей электрических машин эти потери резко возрастают. Использование вихревых токов. В ряде случаев вихревые токи используют для полезных целей. Например, при помощи вихревых токов расплавляют металлы (рис. 61, а). Для этой цели тигель с металлом помещают в изменяющееся магнитное поле, которое индуктирует вихревые токи, расплавляющие металл. Таким же образом вихревые токи нагревают металлические детали при сварке, наплавке и пайке (рис. 61, б), а также осуществляют поверхностный нагрев, необходимый для закалки металлических изделий (рис. 62). Ввиду того, что в этих случаях требуется увеличить тепло, выделяемое вихревыми токами, т. е. получить большие вихревые токи, для индуктирования их используют магнитные поля, изменяющиеся с большой скоростью. Такие поля могут быть созданы при помощи специальных индукторов, выполненных в виде одного или нескольких витков, по которым проходят переменные быстроизменяющиеся токи — так называемые токи высокой частоты. 8. САМОИНДУКЦИЯ И ВЗАИМОИНДУКЦИЯ Э. д. с. самоиндукции. Э. д. с. eL, индуктированная в проводнике или катушке в результате изменения магнитного потока, созданного током, проходящим по этому же проводнику или катушке, носит название э. д. с. самоиндукции (рис. 63). Эта э. д. с. возникает при всяком изменении тока, например, при замыкании и размыкании электрических цепей, при изменении нагрузки электродвигателей и пр. Чем быстрее изменяется ток в проводнике или катушке, тем больше скорость изменения пронизывающего их магнитного потока и тем большая э. д. с. самоиндукции в них индуктируется. Например, э. д. с. самоиндукции eL возникает в проводнике. АБ (см. рис. 57) при изменении протекающего по нему тока i1. Следовательно, изменяющееся магнитное поле индуктирует э. д. с. в том же самом проводнике, в котором изменяется ток, создающий это поле. Направление э. д. с. самоиндукции определяется по правилу Ленца. Э.д.с. самоиндукции имеет всегда такое направление, при котором она препятствует изменению вызвавшего ее тока. Следовательно, при возрастании тока в проводнике (катушке) индуктированная в них э. д. с. самоиндукции будет направлена против тока, т. е. будет препятствовать его возрастанию (рис. 64, а), и, наоборот, при уменьшении тока в проводнике (катушке) возникает э. д. с. самоиндукции, совпадающая по направлению с током, т. е. препятствующая его убыванию (рис. 64, б). Если же ток в катушке не изменяется, то э. д. с. самоиндукции не возникает. Из рассмотренного выше правила для определения направления э. д. с. самоиндукции вытекает, что эта э. д. с. оказывает тормозящее действие на изменение тока в электрических цепях. В этом отношении ее действие аналогично действию силы инерции, которая препятствует изменению положения тела. В электрической цепи (рис. 65, а), состоящей из резистора с сопротивлением r и катушки К, ток i создается совместным действием напряжения U источника и э. д. с. самоиндукции eL, индуктируемой в катушке. При подключении рассматриваемой цепи к источнику э. д. с. самоиндукции eL (см. сплошную стрелку) сдерживает нарастание силы тока. Поэтому ток i достигает установившегося значения I = U/r (согласно закону Ома) не мгновенно, а в течение определенного промежутка времени (рис. 65, б). За это время в электрической цепи происходит переходный процесс, при котором изменяются eL и i. Точно так же при выключении электрической цепи ток i не уменьшается мгновенно до нуля, а из-за действия э. д. с. еL (см. штриховую стрелку) постепенно уменьшается. Индуктивность. Способность различных проводников (катушек) индуктировать э. д. с. самоиндукции оценивается индуктивностью L. Она показывает, какая э. д. с. самоиндукции возникает в данном проводнике (катушке) при изменении тока на 1 А в течение 1 с. Индуктивность измеряется в генри (Гн) 1 Гн = 1 Ом·с. На практике индуктипность часто измеряют в тысячных долях генри — миллигенри (мГн) и в миллионных долях генри — микрогенри (мкГн). Индуктивность катушки зависит от числа витков катушки ω и магнитного сопротивления rм ее магнитопровода, т. е. от его магнитной проницаемости μа и геометрических размеров l и s. Если в катушку вставить стальной сердечник, ее индуктивность резко возрастает засчет усиления магнитного поля катушки. В этом случае ток силой 1 А создает значительно больший магнитный поток, чем в катушке без сердечника. Используя понятие индуктивности L, можно получить для э. д. с. самоиндукции следующую формулу: eL = - L Δi/Δt, (53) где Δi — изменение тока в проводнике (катушке) за промежуток времени Δt. Следовательно, э. д. с. самоиндукции пропорциональна скорости изменения тока. Коммутационные перенапряжения. Особенно сильно проявляет себя э. д. с. самоиндукции при размыкании цепей, содержащих катушки с большим числом витков и со стальными сердечниками (напрнмер, обмотки генераторов, электродвигателей, трансформаторов и пр.), т. е. цепей, обладающих большой индуктивностью. В этом случае возникающая э. д. с. самоиндукции еL может во много раз превысить напряжение U источника и, суммируясь с ним, послужить причиной возникновения перенапряжений в электрических цепях (рис. 66, а), называемых коммутационными (возникающими при коммутации - переключениях электрических цепей). Они являются опасными для обмоток электрических двигателей, генераторов и трансформаторов, так как могут вызвать пробой их изоляции. Большая э.д.с. самоиндукции способствует также возникновению электрической искры или дуги в электрических аппаратах, осуществляющих коммутацию электрических цепей. Например, в момент размыкания контактов рубильника (рис. 66, б) образующаяся э.д.с. самоиндукции сильно увеличивает разность потенциалов между разомкнутыми контактами рубильника и пробивает воздушный промежуток. Возникающая при этом электрическая дуга поддерживается в течение некоторого времени э. д. с. самоиндукции, которая таким образом затягивает процесс отключения тока в цепи. Это явление весьма нежелательно, так как дуга оплавляет контакты отключающих аппаратов, что приводит к быстрому выходу их из строя. Поэтому во всех аппаратах, служащих для размыкания электрических цепей, предусматриваются специальные дугогасительные устройства, обеспечивающие ускорение гашения дуги. Взаимоиндукция. Взаимоиндукцией называется явление индуктирования э.д.с. в проводнике или катушке при изменении магнитного потока, создаваемого другим проводником (катушкой). Индуктируемая таким образом э. д. с. ем носит название э. д. с. взаимоиндукции. Примерами являются индуктирование э. д. с. ем в проводнике ВГ (см. рис. 57) при изменении тока i1 в проводнике А Б, атакже индуктирование э. д. с. е2 в катушке 2 (см. рис. 58, а) при изменении тока в катушке 1. Если два замкнутых контура или две катушки 1 и 2 (рис. 67) сцеплены с общим магнитным потоком Ф12, то такие контуры и катушки называют индуктивно или магнитно связанными. Для оценки степени их связи введено понятие взаимоиндуктивности М. Взаимоиндуктивность так же, как и индуктивность L, измеряется в генри (Гн). Если известна взаимоиндуктивность М, то э. д. с. взаимоиндукции ем, индуктированная в каком-либо контуре или катушке, при изменении тока i в другом контуре или катушке может быть получена из общей формулы для индуктированной э. д. с. При этом будем иметь ем = - М Δi/ Δt. (54) Следовательно, э.д.с. взаимоиндукции так же, как и э. д. с. самоиндукции, пропорциональна скорости Δi/Δt изменения тока, создающего магнитное поле. Кроме того, она зависит от числа витков обеих катушек ω1 и ω2 и от магнитного сопротивления связывающего их магнитопровода (т. е. от его длины l, поперечного сечения s и магнитной проницаемости). Направление э. д. с. взаимоиндукции определяется по правилу Ленца: она всегда направлена так, что стремится препятствовать изменению создающего ее тока. Взаимоиндукция дает возможность связывать между собой посредством магнитного поля различные электрические цепи. Явление взаимоиндукции широко используют в трансформаторах, радиотехнических устройствах и устройствах автоматики. Однако в некоторых случаях возникновение э. д. с. взаимоиндукции является нежелательным. Например, э. д. с. взаимоиндукции, индуктированные в линиях связи (телефонных и телеграфных проводах), проложенных вдоль высоковольтных линий электропередач или вдоль контактной сети электрифицированных железных дорог переменного тока, создают помехи при передаче телефонных или телеграфных сигналов. Поэтому линии связи стремятся располагать перпендикулярно проводам линий электропередачи или выполнять их в виде кабельных линий, защищенных металлическими экранами.
Вопросы для самоподготовки
|