9. Преобразование электрической энергии в механическую (принцип действия простейшего электродвигателя)

Обратный процесс — преобразование электрической энергии в механическую можно показать на том же проводнике АБ, изме­нив несколько электрическую цепь, в которую он входит (рис.9.1).

(рис.9.1).

Вместо приемника электрической энергии в цепь вклю­чен источник э.д.с. Ео, под действием которого в проводнике АБ воз­никает ток I. В результате взаимодействия магнитного поля и тока на проводник АБ действует электромагнитная сила F_M и он движет­ся со скоростью v. В проводнике АБ, движущемся в магнитном по­ле, индуктируется э.д.с. Е, направленная противоположно току (противо-э.д.с). По второму закону Кирхгофа

U_AB — E=Ir,

отсю­да ток

I = (U_AB — Е) /г.

В данном случае, электромагнитная сила F_M движущая.

Составим баланс мощностей для данной электриче­ской цепи.

Проводник А Б является электроприемником и его мощность

Р = U_АБ I, но U_AB = E + Ir, поэтому P = EI - I²r.

С учетом выраже­ния Е = Blv, P = Blv I + I²r = Fм_*v + I²r

Первое слагаемое в этой сумме Fм_*v выража­ет механическую мощность движущегося проводника, а второе — мощность тепловых потерь в проводнике АБ (по закону Джоуля-Ленца)

Т.о. электрическая мощность внешнего источника энергии подключенного к проводнику АБ преобразуется в механическую мощность, а проводник с током движущийся в магнитном поле под действием электромагнитной силы можно рассматривать как простейший электродвигатель.

10. Магнитоэлектрический измерительный механизм.

Магнитоэлектрический измерительный механизм (рис.10.1.) состоит из неподвижного постоянного магнита 1 и подвижной катушки 4 уложенной на рамке закрепленной на двух полуосях, на которых крепятся противодействующие пружины 3, указательная стрелка и успокоитель. В магнитоэлектрическом меха­низме вращающий момент создается взаимодействием поля по­стоянного магнита и измеряемого тока катушки. В за­зоре, где расположена рамка, создается однородное магнитное поле между полю­сами магнита и цилиндрическим ферромагнитным сердечником

2, находящимся внутри рамки. Вращающий мо­мент прибора создается взаимодействием тока в катушке 4 и магнитного поля постоянного магнита 1.

На каждый из проводников катушки с числом витков w и током I действует сила

F = BIl,

здесь l - активная длина проводника,

приблизительно равная длине катушки, В — индукция в зазоре. Сила действует по касательной к рамке и создает вращающий момент под действием которого рамка поворачивается и поворачивает указательную стрелку.

рис.10.1 Противодействующие пружины создают противодействующий момент. Стрелка остановится когда наступит равновесие между вращающим и противодействующим моментом.

Так как индукция в зазоре распределена равномерно, то вращающий момент пропорциона­лен силе тока в катушке и прибор имеет равномерную шкалу.

Подвижную катуш­ку рассчитывают на токи 150-300 мА. Ток в катушку подводится через противодействующие пружины 3. При больших нагрузках увеличивается нагрев спиральных пружин, теряются их упругие свойства, и прибор приходит в негодность.

Магнитоэлектрический прибор может быть отградуирован как вольтметр или амперметр. Приме­няются приборы такой системы в цепях постоянного тока, но мо­гут применяться и в цепях переменного тока с выпрямителями (диодами). Они обладают высокой точностью и чувствительно­стью, малым собственным потреблением мощности, их показания практически не зависят от внешних магнитных полей, так как собственное магнитное поле в зазоре сильное. Однако они чувст­вительны к электрическим перегрузкам из-за нагрева пружин.