26. Р амка с током в магнитном поле. Измерительный механизм магнитоэлектрической системы.

П оместим рамку радиусом r с током в магнитное поле. На рамку будет действовать две силы Ампера (пара сил), под действием которых рамка провернётся так, что её магнитное поле будет направлено вдоль внешнего магнитного поля, т.е. южный полюс рамки притягивается к северному полюсу внешнего магнитного поля, а северный полюс к южному полюсу внешнего поля. Общее магнитное поле возрастёт т.к. поля складываются.

Момент пары (вращающий момент) сил равен сумме моментов двух сил Ампера. или .

S - площадь контура

Р_м=IS - магнитный момент рамки с током. Магнитный момент – векторная величина. Направление вектора Р_М определяется по правилу буравчика и совпадает с направлением вектора магнитной индукции.

.

В электроизмерительных приборах форма полюсов такая, что , тогда М~I соединим ось рамки с пружиной К, при пропускании тока через рамку в ней возникает вращающий момент. Рамка начнёт поворачиваться, но в пружине К возникает сила упругости и противодействующий момент М_пр~β.

β - угол закручивания пружины. Рамка со стрелкой будет поворачиваться до тех пор, пока М=М_пр. При увеличении силы тока М>М_пр и рамка опять начнёт поворачиваться, угол увеличивается, увеличивается М_пр. Стрелка остановится на новом месте при М₂=М_пр2 т.к. М~I, а М_пр~β, то β~I т.е. по углу отклонения стрелки можно судить о силе тока в рамке. Причём при одинаковом изменении силы тока, одинаково изменится угол β т.е. шкала равномерная. Так устроены амперметры и вольтметры магнитоэлектрической системы для измерения в цепях постоянного тока. Если магниты сделать электрическими, то такими приборами можно измерять и переменный ток, т.к. направление тока будет меняться и в рамке и в магнитах одновременно, то направление поворота рамки не будет изменяться. Это приборы электромагнитной системы (есть и другие системы).

Вопросы:

1. Какая сила действует на проводник с током в магнитном поле?

2. Как вычислить силу Ампера?

3. Чему равен момент силы?

4. Чему равен вращающий момент, действующий на рамку с током в магнитном поле?

5. Ч ему равен магнитный момент рамки с током?

6. При каком условии рамка остановится?

7. Как называются электроизмерительные приборы с постоянными магнитами?

8. Электроизмерительные приборы какой системы вы ещё знаете?

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ 17

1. Вращающий момент рамки с током диаметром 30 см равен 100 Н·м. Определить силу Ампера, действующую на активную часть рамки.

2. Вращающий момент рамки с током равен 200 Н·м активная часть рамки имеет длину 20 см, её расстояние до оси 8 см, а ток, протекающий по рамке 5А. Определить индукцию магнитного поля.

3. Магнитный момент рамки с током равен 12 А·см². Сила тока, протекающая по рамке 6 А. Определить площадь рамки.

27. Электрические машины постоянного тока. Двигатели постоянного тока. Генераторы постоянного тока.

И так, рамка с током в магнитном поле устанавливается перпендикулярно линиям магнитной индукции. Если в этот момент переключить полярность питающей батареи, то изменится направление силы тока и силы Ампера, и рамка продолжит своё вращение в ту же сторону. Переключатель полярности напряжения состоит из пластин (по числу рамок) в данном случае две и называется коллектор. К коллектору через скользящие контакты (щётки) подводится постоянный ток. Рамка с током называется якорем, он находится на роторе (подвижная часть электрической машины). Полюса магнитов называются индуктором или обмоткой возбуждения. Он находится на статоре (неподвижная часть). При включении тока

I_яп – ток якоря пусковой

R_я – сопротивление якоря

Якорь начинает вращаться и в нём возникает Э.Д.С. индукции, направленная против напряжения источника тока, поэтому, т.е. пусковой ток больше, чем рабочий, а значит и сила Ампера пусковая больше, чем рабочая.

Выразим напряжение внешней цепи.

умножим обе части уравнения на I_я

мощность, отбираемая от источника электрической энергии

тепловая мощность, теряемая в якоре

, но , поэтому - механическая мощность

уравнение баланса мощностей.

Полная мощность = механическая + мощность тепловых потерь.

В двигателе электрическая мощность преобразуется в механическую и тепловую. Для уменьшения тепловых потерь железо ротора и статора изготавливается из тонких листов электротехнической стали, изолированных электротехническим лаком. Обмотка возбуждения может подключаться от отдельного источника питания (двигатель с независимым возбуждением), последовательно с якорем, (сериесный двигатель), параллельно якорю (шунтовый двигатель), а также двигатель может иметь две обмотки возбуждения: одна параллельная, другая последовательная. Первый электродвигатель был изобретён в 1834г Б.С. Якоби.