Файл: Лебедев, Н. Н. Электротехника и электрооборудование учеб. пособие [для монтаж. и строит. спец. техникумов].pdf

«руслу», сосредоточивая его в магнитопроводе. На рис. 3.9 приведены схемы простейших магнитных цепей: с замкнутым магнитопроводом, с магнитопроводом, имеющим один или два воздушных промежутка — «воздушных зазора», с замкнутым разветвленным магнитопроводом.

Магнитные цепи с замкнутым сердечником характерны в электро­ машиностроении для трансформаторов, а схемы с воздушными зазо­

приближенно среднюю магнитную силовую линию (показана на рис. 3.10 пунк­

Ss = 6040 = 2400 мм2 = 2 ,4 .1 о - « м2.

Площадь поперечного сечения по воздушному зазору принимается равной сечениям Si и S2:

SB03n= ‘51 = S2 = l , 8-Ю -з м2.

Определяется магнитный поток в воздушном зазоре по формуле (3.1). По

Предполагается, что этот поток будет постоянным по всей длине магнито­ провода. Учитывая, что сечение магнитопровода на участках lt и 1г то же, что

49

я 5 ВОЗд, а магнитный поток — постоянен, величины магнитной индукции на

Далее определяется напряженность магнитного поля на участках магнито­ провода: Значение ее в воздушном зазоре определяют по формуле (3.10):

Зная напряженности магнитного поля по участкам магнитопровода и длины их, можно по формуле (3.5) — закон полного тока —• определить намагничиваю­

Следует обратить внимание на большое значение напряженности магнитно­ го поля в воздушном зазоре и на величину падения магнитного напряжения в нем — Нъозд о. На воздушный зазор толщиной 0,5 мм приходится более поло­ вины намагничивающей силы (480 А из 820,5 А).

§ 3.7. Электромагнитная индукция. Принцип действия электрического генератора постоянного тока

Закон электромагнитной индукции

Наравне с механическим воздействием магнитного поля на провод­ ник с током имеет важнейшее значение в электротехнике э л е к т р о ­ м а г н и т н а я и н д у к ц и я — наведение, индуктирование маг­ нитным полем в проводниках электродвижущей силы. Напомним сущ­ ность этого, известного из курса физики явления.

В равномерное магнитное поле между полюсами электромагнита помещен прямолинейный проводник, расположенный перпендикулярно к магнитным силовым линиям (рис. 3.11). Проводнику сообщают дви­ жение вверх (в направлении, показанном на рисунке стрелкой) так, чтобы он пересекал магнитные силовые линии поля. В проводнике воз­

Надо поместить правую руку в магнитном поле так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а отогнутый большой палец показы­

50

вал направление движения проводника (в данном случае вверх); тогда вытянутые четыре пальца покажут направление наведенной (индук­ тированной) электродвижущей силы. Если концы проводника, движу­ щегося в магнитном поле, соединить между собой каким-либо другим проводником, то в образованной таким образом замкнутой электриче­ ской цепи будет протекать электрический ток в направлении наведен­ ной э. д. с. (показанном на рисунке стрелкой).

Пользуясь правилом правой руки, можно убедиться, что при дви­ жении проводника, изображенного на рис. 3.11, не вверх, а вниз наве­ денная э. д. с. и ток получат обратное, противоположное направление.

Величина наведенной электродвижущей силы Е пропорциональна интенсив­ ности магнитного поля, ины­ ми словами, его магнитной индукции, длине участка проводника, находящегося в магнитном поле, и скорости передвижения проводника. Отсюда вытекает следующая формула:

Эта формула относится к тому случаю, когда проводник пересе­ кает магнитные силовые линии поля, двигаясь перпендикулярно (т. е. под углом 90°) к ним. Для всякого другого направления движения

где a — угол между направлением движения проводника и направле­ нием пересекаемых им линий магнитного поля. При а, равном 90°, формула (3.12) превращается в формулу (3.11), так как sin 90° равен 1; величина наводимой э. д. с. при этом принимает наибольшее значение. При угле а, равном нулю, иными словами, когда проводник скользит вдоль силовых линий, не пересекая их, наводимая э. д. с. равна нулю (sin 0° = 0). При промежуточных значениях угла а величина наводи­ мой э, д. с. имеет значения, пропорциональные значениям sin а (на­ пример, sin 30° равен 0,5; sin 45°— 0,7; sin 60°—0,865).

Одновременно с наведением в проводнике э. д. с. возникает меха­ ническое усилие, тормозящее движение проводника. В этом легко убедиться, применяя правило левой руки к схеме рис. 3.11; при на­ правлении тока, указанном на рисунке, на проводник будет действо­

51

вать сила, направленная противоположно направлению движения проводника. Для преодоления этой тормозящей силы требуется за­ трата некоторой механической энергии, которая и преобразуется в энергию наведенного электрического тока —электрическую энергию.

Описанное явление формулируется известным из курса физики з а-

проводниках, пересекающих силовые линии поля. Что представляет собой наведение э. д. с. в неподвижных проводниках при изменении магнитного потока, т.е. в п е р е м е н н о м м а г н и т н о м п о л е ?

Из курса физики известны опыты Фарадея, английского ученого, открывшего в тридцатых годах прошлого века явление электромагнит­ ной индукции. В этих опытах установлено, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего какой-либо расположенный в магнитном поле замкнутый контур из проводника, в контуре наводится электродвижущая сила и возникает электрический ток. Направление наведенной э. д. с. и электрического тока в контуре соответствует за­ кону Ленца, а именно: индуктированный ток всегда направлен так, что создаваемый им магнитный поток тормозит изменение основного магнитного потока.

Величина наводимой э. д. с. прямо пропорциональна скорости из­ менения магнитного потока поля. Это положение может быть выражено следующим соотношением, носящим название закона электромагнит­ ной индукции:

At — отрезок времени, в течение которого происходит изменение магнитного потока, с.

Знак «минус» перед второй частью формулы показывает, что направ­ ление наведенной э. д. с. соответствует закону Ленца (т. е. индуктиро­ ванный ток будет тормозить изменение магнитного потока поля).

В том случае, когда вместо контура из проводника (т. е. одного витка) помещают в магнитное поле катушку из провода, имеющую w витков, наведенная в катушке э. д. с. будет в w раз больше, чем при од­ ном витке. Отсюда для катушки из провода формула (3,13) принимает следующий

где w — число витков катушки.

52