Меню

Исчезновение тока в цепи

Ток течет от плюса к минусу: «Почему ток в цепи идёт «от плюса к минусу», если носители заряда — электроны — заряжены отрицательно и должны идти «от минуса к плюсу»?» – Яндекс.Кью – Как течет ток от п

Электрический ток – одно из основных благ цивилизации, без которого жизнь современного человечества была бы невозможна. Применяемый во всех областях современного мира (от простого электрочайника, встречающегося на кухни почти любой домохозяйки до мощной дуговой электроплавильной печи) он делает жизнь людей более удобной и простой. В то же самое время очень мало из тех, кто пользуется многочисленными электроприборами, задумывается над природой данного явления. В частности, не все понимают, что оно собой представляет, на протекании каких процессов основывается, какое направление течения заряженных частиц в проводниках и электрических цепях.


Движение зарядов в проводнике

Для того чтобы разобраться в том, как течет ток, необходимо понять его физическую сущность, основанную на атомарно-молекулярной теории строения материи, узнать, какие условия необходимы для его возникновения и существования, какие виды токов бывают, и какими характеристиками они обладают.

Физическая сущность течения тока в цепи

Наличие тока в цепи обусловлено направленным перемещением заряженных частиц. В твердых телах течение тока создается движением отрицательно заряженных электронов, в газах и жидкостях – положительными ионами. В таких широко распространенных веществах, как полупроводники, электрический ток возникает при движении частиц – электронов и «дырок» (положительно заряженных частиц, представляющих собой атомы с недостающим количеством электронов на внешних уровнях).

Основными условиями возникновения и существования электрического тока являются:

  • Наличие носителей зарядов – перемещающиеся по проводнику, газу или электролиту частицы;
  • Создаваемое определенным источником питания электрическое поле – без данного силового поля движение свободных носителей зарядов будет хаотичным, не имеющим определенного направления;
  • Замкнутая цепь – направленное движение зарядов возможно только в замкнутых цепях. Так, например, состоящий из источника питания ключа (переключатель) и лампочки накаливания ток будет протекать только тогда, когда ключ, располагающийся в разрыве проводника между одним из полюсов питания и лампой, находится во включенном состоянии, позволяя носителям заряда перемещаться по замкнутой цепи от отрицательного полюса батареи к положительному.

Ответы@Mail.Ru: в каком направлении протекает ток в цепи

направление тока — условность, принятая для рисования схем и не более того. Принято рисовать от + к -. Если проводник — метал (провод, например) — реальные носители — электроны — летят в обратную сторону — к плюсу. Если носитель жидкость с ионами или ионизированный газ — ионы летят в обе стороны…

Давненько принято считать движение тока от плюса к минусу, хотя реальное движение носителей заряда бывает обратным, в большинстве случаев.

от плюса к минусу

принято от + к -..но электрончики бегут наоборот… все схемы читаются от + к -..

Принято считать, что во ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ направление тока от положителного полюса к отрицательному. А во внутренней, соответственно, наоборот.

В замкнутой электрической цепи ток идет от точки с большим потенциалом в точку с меньшим потенциалом и никакие + или — тут ни при чем.

Двести лет тому назад Фарадей поставил опыт, где демонстрируется получение тока в гальванометре при движении магнита в катушке индуктивности. Сегодня, осмысляя этот опыт, приходится делать вывод: современная теория тока проводимости в металлических проводниках ошибочна потому, что основой этой теории является движение свободных электронов при неподвижных ионах. Опыт же Фарадея демонстрирует движение, как отрицательных, так и положительных зарядов. А так как в проводнике, кроме подвижных электронов и неподвижных ионов, других зарядов нет, то следует сделать вывод: Фарадей двести лет тому назад получил, в качестве тока проводимости, электронно-позитронный ток, распространяющийся в эфире вокруг проводников.

Электрический ток и поток электронов

Единица измерения силы тока

Разобравшись в том, что в большинстве случаев носителями электрических зарядов являются электроны, необходимо понять, почему они движутся. Для этого необходимо заглянуть в микромир частиц – атомов и понять их строение, физические процессы, происходящие с ними.

Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него множества электронов, количество которых зависит от суммарного заряда ядра. Электроны передвигаются по определенным траекториям – орбиталям (уровням). При этом те из них, которые располагаются ближе всего к ядру, удерживаются им очень сильно и не участвуют в химических реакциях и физических процессах. Те частицы, которые находятся на внешних уровнях, являются активными и определяющими способность того или иного атома к химическому взаимодействию и образованию свободных зарядов. Их называют валентными.


Ядро и электроны

Активность и способность атомов к отщеплению свободных электронов зависят от количества частиц на внешних уровнях. Так, у одних веществ многочисленные электроны удалены от ядра, поэтому срываются со своих орбиталей и начинают устремляться к другим атомам, в результате чего наблюдается перемещение свободных зарядов. При подаче электрических потенциалов (напряжения) движение электронов становится направленным, появляется электрический ток. Поэтому твердые тела (например, металлы) с большим количеством свободных электронов являются проводниками.

У диалектиков частицы, способные переносить электрический заряд, отсутствуют – у них мало электронов на внешних уровнях, поэтому они не могут срываться, переходя сначала в хаотичное, потом и в направленное движение.

Промежуточное положение между диэлектриками и проводниками занимают полупроводники, электропроводность которых зависит от внешних факторов (температуры, освещенности и т.д.).

Электрический ток в параллельной цепи

Закон Ома для неоднородного участка

В электрических схемах предусмотрены параллельные и последовательные соединения элементов. При параллельном соединении, например, резисторов, напряжение одинаково для каждого из них, а сила тока, протекающего через каждый элемент, пропорциональна его сопротивлению. Чтобы определить величину тока через каждый компонент при параллельной комбинации их соединения, используют закон Ома.


Параллельная электрическая цепь

Защита от токов короткого замыкания

Что можно сказать в заключение. Если вы планируете сделать ремонт электропроводки своими руками или модернизировать существующую, почитайте эту статью . Крайне внимательно отнеситесь к выбору аппаратов защиты вашей сети. Важный совет: когда устанавливаете или будете устанавливать новый автомат, УЗО или диффавтомат, внимательно прочитайте бумагу, которая идет в комплекте. В ней содержится такой пункт, как срок эксплуатации и срок поверки. В течении срока эксплуатации производитель дает гарантию, что устройство будет выполнять свои основные функции. Срок поверки указывает на период, в течение которого могут измениться параметры срабатывания защиты, то есть через указанный промежуток времени желательно (а я бы даже сказал обязательно) либо сделать поверку автомата, либо заменить (благо, не так дорого он стóит). Кстати, пробки с плавкими предохранителями в поверке не нуждаются. Не забывайте делать регулярный осмотр электропроводки и как минимум раз в год протягивать винтовые соединения на автоматах и шинах нулевых и заземляющих проводов. Не забывайте про заземление — оно поможет вовремя выявить устройства с поврежденной изоляцией.

Источники напряжения обычно называют источниками питания. Для увеличения тока или напряжения, а может и того и другого источники питания (элементы, батареи) могут соединяться вместе. Существует три типа соединения элементов питания: 1. Последовательное соединение элементов. 2. Параллельное соединение элементов. 3. Последовательно-параллельное (смешанное) соединение элементов.

Читайте также:  Метод контурных токов как правильно решать

Вид цепи и напряжение

В зависимости от направления протекания тока и особенностей напряжения, различают два вида электрических цепей:

  • Цепи постоянного тока;
  • Цепи переменного тока.

Cила тока: формула

Напряжение цепей постоянного тока является работой, совершаемой электрическим полем в ходе перемещения пробного плюсового заряда из точки A в точку Б. Напряжение в цепи постоянного тока определяется как разность потенциалов на его концах. В таких цепях принято считать, что ток идет от плюса к минусу (от плюсового полюса к минусовому).

На заметку. В реальности ток течет не от плюса к минусу, а, наоборот, от минуса к плюсу. Сформировавшееся ошибочное представление о направлении течения именно от плюса не стали изменять и оставили для удобства понимания физической сущности данного явления.

Для цепей переменного тока характерны такие виды и значения напряжения, как:

  • мгновенное;
  • амплитудное;
  • среднее значение;
  • среднеквадратическое;
  • средневыпрямленное.

Напряжение в таких цепях – это достаточно сложная функция времени. Грубо говоря, ток в них течет от фазного провода, проходит через нагрузку и частично уходит в нулевой (течет от фазы к нулю)

Базовые понятия о электричестве

Прежде чем приступить к работам, связанным с электричеством, необходимо немного «подковаться» теоретически в этом вопросе.Если говорить просто, то обычно под электричеством подразумевается это движение электронов под действием электромагнитного поля.

Главное — понять, что электричество — энергия мельчайших заряженных частиц, которые движутся внутри проводников в определенном направлении(рис. 1.1).

Движение электронов в проводнике

Постоянный ток практически не меняет своего направления и величины во времени. Допустим, в обычной батарейке постоянный ток. Тогда заряд будет перетекать от минуса к плюсу, не меняясь, пока не иссякнет.

Переменный ток — это ток, который с определенной периодичностью меняет направление движения и величину. Представьте ток как поток воды, текущий по трубе. Через какой-то промежуток времени (например, 5 с) вода будет устремляться то в одну сторону, то в другую.

С током это происходит намного быстрее — 50 раз в секунду (частота 50 Гц). В течение одного периода колебания величина тока повышается до максимума, затем проходит через ноль, а потом происходит обратный процесс, но уже с другим знаком.

На вопрос, почему так происходит и зачем нужен такой ток, можно ответить, что получение и передача переменного тока намного проще, чем постоянного.

Получение и передача переменного тока тесно связаны с таким устройством, как трансформатор (рис. 1.2).

Трансформатор на подстанции понижает напряжение от высоковольтной линии для передачи в бытовую сеть

Генератор, который вырабатывает переменный ток, по устройству гораздо проще, чем генератор постоянного тока. Кроме того, для передачи энергии на дальнее расстояние переменный ток подходит лучше всего. С его помощью при этом теряется меньше энергии.

При помощи трансформатора (специального устройства в виде катушек) переменный ток преобразуется с низкого напряжения на высокое и наоборот, как это представлено на иллюстрации (рис. 1.3).

Виды токов: постоянные и переменные

В зависимости от изменения направления протекания заряженных частиц, различают следующие виды токов:

  • Постоянный – формируется движением заряженных частиц в одном направлении. Его основные характеристики (сила тока, напряжение) имеют постоянные значения и не изменяются во времени;
  • Переменный – направление перемещения зарядов при таком виде движения заряженных частиц периодически меняется. Количество изменений направления движения за единицу времени, равную одной секунде, называется частотой тока и измеряется в Герцах. Так, например, значение данной характеристики в обычной бытовой электрической цепи равно 50 Гц. Это означает, что в течение 1 секунды движущиеся по цепи электроны меняют свое направление 50 раз, вызывая тем самым такое же количество изменений напряжения в фазном проводе от 220 до 0 В.


Основные характеристики переменного тока

Как течет ток от плюса к минусу

Тема: в какую сторону идёт ток в проводах, электрических цепях, схемах.

Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц. В твердых телах это движение электронов (отрицательно заряженных частиц) в жидких и газообразных телах это движение ионов (положительно заряженных частиц). Более того ток бывает постоянным и переменным, и у них совсем разное движение электрических зарядов. Чтобы хорошо понять и усвоить тему движение тока в проводниках пожалуй сначала нужно более подробно разобраться с основами электрофизики. Именно с этого я и начну.
Итак, как вообще происходит движение электрического тока? Известно, что вещества состоят из атомов. Это элементарные частицы вещества. Строение атома напоминает нашу солнечную систему, где в центре расположено ядро атома. Оно состоит из плотно прижатых друг к другу протонов (положительных электрических частиц) и нейтронов (электрически нейтральных частиц). Вокруг этого ядра с огромной скоростью по своим орбитам вращаются электроны (более мелкие частицы, имеющие отрицательный заряд). У разных веществ количество электронов и орбит, по которым они вращаются, может быть различным. Атомы твердых веществ имеют так называемую кристаллическую решетку. Это структура вещества, по которой в определенной порядке располагаются атомы относительно друг друга.

А где же тут может возникнуть электрический ток? Оказывается, что у некоторых веществ (проводников тока) электроны, что наиболее удалены от своего ядра, могут отрываться от атома и переходить на соседний атом. Это движение электронов называется свободным. Просто электроны перемещаются внутри вещества от одного атома к другому. Но вот если к этому веществу (электрическому проводнику) подключить внешнее электромагнитное поле, тем самым создав электрическую цепь, то все свободные электроны начнут двигаться в одном направлении. Именно это и есть движение электрического тока внутри проводника.

Двунаправленное перемещение зарядов

Наряду с упорядоченным движением носителей зарядов (электронов), в проводниках наблюдается также незначительный обратный процесс – условное перемещение положительных зарядов, потерявших отрицательные частицы атомов. Вместе с основным током данное явление получило название двунаправленное перемещение зарядов. Особенно оно ярко проявляется при протекании электричества через электролиты (явление электролиза).


Двунаправленное перемещение зарядов в аккумуляторной батарее

Значение перемещения электронов в электрической схеме

Понимание того, как идет в цепи ток, необходимо при составлении такого графического изображения расположения электронных деталей, как схема. Важно понимать, откуда течет ток, для того чтобы правильно располагать на схеме, затем соединять различные радиоэлектронные элементы. Если для таких радиодеталей, как конденсатор, резистор, полярность подключения не имеет значения, то полупроводниковый транзистор,

диод необходимо размещать на схеме и затем запитывать, учитывая направление движения тока, иначе они и собираемое с их использованием устройство, электронный блок не будут правильно функционировать.

Таким образом, знание физической сущности направления течения заряженных частиц в проводнике, электролите, полупроводнике позволит любому человеку не только расширить свой кругозор, но и применять его на практике при монтаже электропроводки, пайке различных электронных блоков и схем. Также подобная информация поможет разобраться в том, почему произошла поломка того или иного электроприбора, как ее устранить и предотвратить в будущем.

Читайте также:  Разработка урока физики в 8 классе работа электрического тока

Источник

Обслуживание РЗиА и вторичных цепей — Неисправности в цепях оперативного тока

Содержание материала

  • Обслуживание РЗиА и вторичных цепей
  • Обязанности оперативного персонала при обслуживании устройств РЗиА
  • Трансформаторы тока и вторичные токовые цепи
  • Трансформаторы напряжения и вторичные цепи напряжения
  • Источники и цепи постоянного оперативного тока
  • Способы питания оперативных цепей переменным током
  • Неисправности в цепях оперативного тока
  • Сигнальная аппаратура
  • Цепи сигнализации
  • Сигнализация замыкания на землю в сетях 3—35 кВ
  • Обслуживание цепей и устройств сигнализации
  • Газовая защита трансформаторов и автотрансформаторов
  • Обслуживание газовой защиты
  • Дифференциальная защита шин
  • Релейная защита шиносоединительных и обходных выключателей
  • АПВ
  • АВР
  • Операции с релейной защитой и АПВ при производстве переключений
  • Фиксирующие приборы и автоматические осциллографы
  • Графические условные обозначения в схемах

В большинстве случаев неисправности в цепях оперативного тока возникают во время производства работ в этих цепях или вблизи них. Реже появляются неисправности вследствие постепенного ухудшения изоляции или нарушения контакта в цепи, а также вследствие замыкания цепей посторонними предметами.
Рассмотрим некоторые виды неисправностей.

Рис. 12. Схема питания оперативных цепей релейной защиты без выдержки времени с использованием энергии разрядки конденсатора
Обрыв цепи оперативного тока может произойти, например, из-за перегорания плавкой вставки предохранителя или отключения автомата, из-за обрыва в обмотке реле (чаще наблюдаются случаи обрыва в обмотках промежуточных реле), из-за нарушения контакта в одном из зажимов цепи вследствие ненадежного завинчивания винта зажима или срыва его резьбы. Причиной обрыва
может также оказаться неисправность вспомогательного контакта выключателя, неправильно оставленное в разомкнутом состоянии отключающее устройство релейной защиты или автоматики или оставленный в отсоединенном положении соединительный провод после окончания работы в оперативных цепях.
Короткое замыкание может возникнуть при ошибочном соединении цепей обоих полюсов постоянного тока («плюса» и «минуса») каким-либо металлическим предметом или при появлении металлического замыкания на землю на обоих полюсах. Возможен и такой случай, когда к. з. в оперативной цепи появляется только в момент действия какой-либо аппаратуры. Например, при ранее происшедшем пробое изоляции между выводами обмотки реле РКВ (см. рис. 9) к. з. в цепи оперативного постоянного тока появится только в момент замыкания контактов 1—2 ключа управления (при повороте ключа управления КУ в положение «Включено»), Из-за возникновения к. з. произойдет отключение автомата 1А оперативного тока.
Замыкание на землю может возникнуть при повреждении изоляции одного из элементов оперативных цепей по отношению к заземленной конструкции или оболочке кабеля. Подобное повреждение приводит к снижению сопротивления изоляции полюсов оперативного постоянного тока по отношению к земле, значение которого зависит от переходного сопротивления в месте повреждения изоляции и от сопротивления между местом повреждения и полюсами оперативного тока. Поясним последнее на следующем примере, используя рис. 9. Предположим, что в точке а (между замыкающим контактом РКВ и размыкающим контактом 3—4 реле РБМ) произошло металлическое замыкание на землю (т. е. переходное сопротивление в месте повреждения равно нулю). В этом случае снижение сопротивления изоляции между шинкой — ШУ и «землей» будет определяться сопротивлением обмотки контактора КП, а снижение сопротивления изоляции между шинкой +ШУ и «землей» будет определяться суммарным сопротивлением обмотки реле РПО и резистора R1. Если затем замкнуть контакты 1—2 ключа КУ, то после срабатывания реле РКВ и замыкания его контактов сопротивление между шинкой + ШУ и «землей» снизится до нуля.
Для наблюдения за состоянием изоляции цепи постоянного тока и для сигнализации снижения сопротивления этой изоляции до критического уровня применяют различные устройства.

Действия оперативного персонала при неисправностях оперативных цепей.

При появлении неисчезающего сигнала о замыкании на землю в цепи оперативного тока дежурный должен, пользуясь устройством контроля сопротивления изоляции оперативных цепей, установленным на объекте, и руководствуясь местной инструкцией, выяснить, на каком полюсе и участке цепи постоянного тока появилось замыкание на землю. Затем при осмотре поврежденного участка необходимо выяснить причину и место замыкания на землю, а с помощью коммутационных устройств, автоматов и предохранителей попытаться отделить от схемы поврежденный элемент или участок цепи. О возникшей неисправности надлежит срочно известить местную службу РЗАИ.
Следует иметь в виду, что появление сигнала «обрыв цепи управления» опасно, так как сигнал может появиться из-за обрыва цепи обмотки электромагнита отключения выключателя присоединения. При последующем к. з. на этом присоединении произойдет отказ отключения выключателя присоединения. Если на объекте включено устройство резервирования при отказе выключателей (УРОВ), то в этом случае от УРОВ отключится система шин, на которую включено присоединение с отказавшим выключателем.
Еще более опасно положение, когда отключаются автоматы (сгорают предохранители), через которые осуществляется питание оперативных цепей релейной защиты присоединения. В этом случае при к. з. на этом присоединении произойдет отказ релейной защиты и, как следствие, либо обесточение объекта, либо возникновение системной аварии из-за неотключаемого к. з.
Поэтому оперативному персоналу следует быть особенно внимательным к сигнализации обрыва цепей управления и исчезновения оперативного постоянного тока, необходимо принять срочные меры в соответствии с инструкцией вплоть до вывода из работы присоединения, на котором оборваны цепи управления или отсутствует напряжение оперативного тока, особенно если известно, что устройства релейной защиты на противоположных концах соседних присоединений не сработают из-за недостаточной чувствительности при к. з. на данном присоединении (не обеспечивается так называемое дальнее резервирование).
При наличии блоков питания оперативных цепей во время осмотра оборудования дежурному надлежит проверять показания вольтметров, измеряющих значение выпрямленного напряжения. Уменьшение напряжения ниже допустимого, указанного в местной инструкции, может явиться следствием повреждения блока питания, о чем надлежит срочно сообщить вышестоящему оперативному лицу и действовать по его указанию, сообщить службе РЗАИ и сделать запись в журнале дефектов и оперативном журнале.
При срабатывании максимальной токовой защиты с дешунтированием (контактами реле типа РТ-85, РТ-86 или РТ-95) электромагнита отключения желательно, чтобы оперативный персонал, не снимая крышки реле, осмотрел состояние переключающего контакта реле. Если при этом у персонала возникнет подозрение о повреждении переключающего контакта, необходимо об этом срочно сообщить персоналу местной службы РЗАИ.

Вопросы для самопроверки
Чем опасно размыкание вторичной цепи трансформатора тока, через первичную цепь которого проходит ток?
3. Каково назначение и устройство испытательного блока и его вторичных цепях?
Каково назначение и устройство испытательного блока и его частей?
Где устанавливают постоянное заземление вторичных цепей ТТ и каково назначение этого заземления?
Перечислить операции с релейной защитой при работах во вторичных цепях ТТ отключенного выключателя.
Какие устройства РЗА могут подействовать неправильно или отказать в действии при исчезновении напряжения от ТН на этих устройствах?
Как должно быть выполнено постоянное защитное заземление вторичных обмоток ТН?
Какие способы перевода питания цепей напряжения устройства РЗА отдельных присоединений с одного ТН на другой применяют иа подстанциях с двумя системами шин? В чем заключается основной недостаток перевода питания цепей напряжения устройств РЗА с помощью переключателей и рубильников?
Как осуществляется автоматическое переключение цепей напряжения устройств РЗА с одного ТН на другой при переводе присоединения с одной системы шин на другую?
Как должен действовать оперативный персонал при аварийной необходимости отключения ТН?
Какова последовательность действий оперативного персонала при отключении автоматов (сгорании предохранителей) во вторичных цепях ТН?
Каковы преимущества и недостатки постоянного оперативного тока? Каким образом выполняют защиту цепи постоянного оперативного тока от к. з.?
Как выполняется релейная блокировка от многократных включений выключателя на к. з. в цепи (используйте рис. 9)?
Каковы источники питания устройства РЗА переменным оперативным током; их достоинства и недостатки?
Перечислить достоинства и недостатки способов питания оперативных цепей переменным током.
Как действует при к. з. максимальная токовая защита, приведенная на рис. 10? Что может произойти при повреждении переключающего контакта реле РТ-85 этой защиты?
Какие неисправности могут возникнуть в оперативных цепях?
Что должен делать дежурный при появлении неисчезающего сигнала о замыкании на землю в цепи оперативного постоянного тока или при сигнале, обрыва оперативных цепей?
Что должен проверять дежурный при наличии блоков питания оперативных цепей и как должен действовать при уменьшении напряжения ниже допустимого (по показаниям вольтметра)?
Каковы правила обслуживания оперативным персоналом аккумуляторной батареи?

Читайте также:  Ток холостого хода трансформаторов таблица

Источник



Пример 1. Исчезновение тока при размыкании цепи

Пусть цепь состоит из постоянной индуктивности L, сопротивления R, амперметра А, источника ЭДС и специального ключа К (рис. 3.5, а). Первоначально, ключ К находится в нижнем положении (рис. 3.5, б), и в цепи течет ток (сопротивление источника ЭДС считаем пренебрежимо малым).

В момент быстро повернем ключ К по часовой стрелке из нижнего положения в верхнее (рис. 3.5, а). При этом произойдет следующее: на очень короткое время ключ закоротил источник и тут же выключил его из цепи, не нарушая ее замкнутости.

Ток через индуктивность L начнет убывать, а это значит, что возникнет ЭДС самоиндукции , противодействующая, по Ленцу, убыванию тока. В каждый момент ток в цепи будет определяться законом Ома , или

Разделив переменные, получим

Интегрирование этого уравнения по (от до ) и (от 0 до )

дает , или

где – постоянная, имеющая размерность времени,

Ее называют постоянной времени (временем релаксации). Эта величина характеризует скорость убывания тока: из (3.20) следует, что есть время, в течение которого сила тока уменьшается в е раз. Чем больше значение , тем медленнее спадает ток. На рис. 3.6 показан график зависимости – убывания силы тока со временем (кривая 1).

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Исчезновение тока при размыкании цепи

Пусть цепь состоит из катушки с индуктивностью L, резистора сопротивлением R, источника ЭДС и ключа К (рис.2.2). Когда ключ К находится в позиции 1, в цепи течет ток I = ξ /R (r

Концы первичной обмотки трансформатора присоединяются к источнику переменного напряжения с ЭДС ξ1. Возникающий переменный ток создаёт в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Ф, который пронизывает витки вторичной обмотки. Изменение этого потока вызывает во вторичной обмотке появление ЭДС взаимной индукции, а в первичной ЭДС самоиндукции.

По закону Ома для первичной обмотки

. (2.23)

Пренебрегая падением напряжения на сопротивлении R1, приближённо имеем

. (2.24)

ЭДС взаимной индукции во вторичной обмотке

. (2.25)

Из сопоставления выражений (2.24) и (2.25), получим

, (2.26)

где знак минус показывает, что ЭДС в первичной и вторичной обмотках противоположны по фазе.

Отношение , называется коэффициентом трансформации. Если κ >1, то трансформатор называется повышающим, если κ

(2.33)

2.6. Примеры решения задач по законам электромагнитной индукции

Пример 1. В однородном магнитном поле (В = 0,2Тл) равномерно с частотой ν = 600 мин -1 вращается рамка, содержащая N = 1200 витков, плотно прилегающих друг к другу. Площадь рамки S = 100 см 2 . Ось вращения лежит в плоскости рамки и перпендикулярна линиям магнитной индукции. Определите максимальную ЭДС, индуцируемую в рамке.

Решение

Согласно закону электромагнитной индукции

где Ф = NBScos α – полный магнитный поток, пронизывающий рамку.

a

При вращении рамки угол , образованный нормалью n к плоскости рамки и линиями индукции В, изменятся по закону

Подставив в закон электромагнит- ной индукции выражение магнит- ного потока и продифференцировав по времени, найдем мгновенное значение ЭДС индукции:

Максимальное значение ЭДС определится при условии, что sin 2πνt =1. таким образом,

.

Убедимся в том, что правая часть этого равенства дает единицу ЭДС (В):

.

Пример 2. Соленоид содержит N =1200 витков прово- да, плотно прилегающих друг к другу. При силе тока I = 4 A магнитный поток Ф = 6 мкВб. Определить индуктивность L соленоида и энергию магнитного поля соленоида.

Решение

Индуктивность L связана с потокосцеплением Ψ = LI.

Потокосцепление, в свою очередь, может быть определено через поток Ф и число витков N:

На основании этих формул индуктивность соленоида

.

Энергия магнитного поля соленоида

Подставим в формулы для L и W значения физических величин и произведем вычисления:

.

Пример 3.Определить индукцию В и напряжённость Н магнитного поля на оси тороида без сердечника, по обмотке которого, содержащей N = 200 витков, идёт ток I =5 А. Внеш- ний диаметр d1 тороида равен 30 см, внутренний d2 = 20 см.

Решение

Для определения напряжённости магнитного поля внутри тороида вычислим циркуляцию вектора вдоль линий магнитной индукции поля: .

Из условия симметрии следует, что линии магнитной индукции тороида представляют собой окружности и что во всех точках этой линии напряжённости одинаковы. Поэтому в выражении циркуляции напряжённость Н можно вынести за знак интеграла, а интегрирование проводить в пределах от нуля до 2πr, где r-радиус окружности, совпадающей с линией индукции, вдоль которой вычисляется циркуляция, т.е.

. (1)

С другой стороны, в соответствии с законом полного тока циркуляция вектора напряжённости магнитного поля равна сумме токов, охватываемых контуром, вдоль которого вычисляется циркуляция:

. (2)

Приравняв правые части равенств (1) и (2) получим

. (3)

Линия, проходящая вдоль тороида, охватывает число токов, равное числу витков тороида. Сила тока во всех витках одинакова. Поэтому формула (3) примет вид 2πrН = Nl, откуда

. (4)

Для средней линии тороида r = (R1+ R2)/2= (d1+ d2)/4. Подставив выражение в формулу (4), найдём

. (5)

Магнитная индукция В в вакууме связана с напряжённостью поля соотношением В=μН. Следовательно,

. (6)

Подставив значения величин в выражения (5) и (6), получим: Н =1,37 кА/м, В =1,6 мТл.

Пример 4. Чугунное кольцо имеет воздушный зазор длиной l = 5мм. Длина l средней линии кольца равна 1 м. Сколько витков N содержит обмотка на кольце, если при силе тока I = 4А индукция В магнитного поля в воздушном зазоре равна 0,5 Тл. Рассеянием магнитного потока в воздушном зазоре можно пренебречь. Явление гистерезиса не учитывать.

Решение

Пренебрегая рассеянием магнитного потока, мы можем принять, что индукция поля в воздушном зазоре равна индукции поля в чугуне. На основании закона полного тока запишем: IN = Hl + Hl. По графику (см. приложение6) находим что при B = 0,5 Тл, напряжённость Н магнитного поля в чугуне равна 1,2 кА/м. Так как для воздуха μ = 1, то напряжённость поля в воздушном зазоре 0,4 МА/м. Искомое число витков N = (Hl+Hl) / I = 800.

Источник