книги / Электромонтер по обслуживанию буровых установок

Если сопротивление внешней цепи равно нулю, следовательно, и мощность Р, отдаваемая во внешнюю цепь, равна нулю. При очень большом внешнем сопротивлении (когда внешняя цепь разомкнута, сопротивление ее составляет бесконечно большую величину) сила тока в цепи равна нулю. Мощность, отдаваемая во внешнюю цепь, и в этом случае равна нулю. Таким образом, с увеличением сопротивления внешней цепи мощность сначала возрастает от нуля до какой-то наибольшей величины, а затем убывает до нуля.

Сопротивление внешней цепи г, при котором источник энер­ гии отдает приемнику наибольшую мощность, равно внутрен­ нему сопротивлению источника, т. е. г=го.

Коэффициент полезного действия или отдача

Мощность, отдаваемая источником энергии во внешнюю цепь, является полезной Р 2, а мощность, получаемая им извне,— потребляемой Pi.

Приемник электричесткой энергии, потребляя энергию из сети источника электрической энергии, преобразует ее в энер­ гию другого вида — механическую, тепловую и т. д.

В соответствии с законом сохранения энергии полезная мощ­ ность источника или приемника электрической энергии Р% меньше мощности Ри потребляемой им, так как в процессе ра­ боты источника или приемника неизбежно происходит потеря энергии.

Для оценки энергетических показателей преобразователя энергии (источника или приемника электрической энергии) слу­ жит коэффицинт полезного действия (к. п. д. или отдача), рав­ ный отношению полезной мощности источника или приемника Р2 к мощности, потребляемой им, Рь т. е.

Т) = /У ?! = Р2/(Р2 + ДР)>

где Ар — мощность, расходуемая на преодоление потерь в ис­ точнике или приемнике энергии.

Закон Джоуля—Ленца

Русский ученый Ленц и английский физик Джоуль одно­ временно и независимо друг от друга установили, что при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое проводником, прямо пропорционально квадрату силы тона, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику. Эта зависимость называется законом Джоуля —Ленца.

ружностям, центром которых является ось проводника. На­ правление магнитных линий определяется по правилу бурав­ чика, которое формулируется так: если поступательное движе­ ние буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление магнитных линий совпадает с направлением вращательного движения рукоятки буравчика.

Магнитное поле возникает не только вокруг прямолиней­ ного проводника, по которому проходит ток, но и вокруг про­ водника, согнутого в кольцо. В этом случае у кольцевого про­ водника можно различить, как у постоянного магнита, два по­ люса — северный и южный.

Материалы, магнитное поле которых ослабляет результи­ рующее магнитное поле, называются диамагнитными, а мате­ риалы, весьма слабо усиливающие магнитное поле,— парамаг­ нитными. Исключение составляет особая группа парамагнит­

сплавы). Такие материалы называются ферромагнитными. Они используются в электрических машинах и аппаратах для уси­ ления магнитных полей и придания им нужной формы.

Магнитная индукция

Опыт показывает, что на проводник с током, находящийся в магнитном поле (рис. 13), воздействует механическая сила, стремящаяся сместить его.

Сила (в Н), с которой магнитное поле действует на провод­

Формула (18) верна лишь при перпендикулярном располо­ жении проводника с током к магнитным линиям равномерного магнитного поля. Если проводник находится в магнитном поле под каким-либо углом а по отношению к магнитным линиям, то сила

F = BIl sin а.

Направление силы, действующей на проводник с током, по­ мещенный в магнитное поле, определяют посредством правила левой руки: если'левую руку расположить в магнитном поле так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, и направить вытянутые четыре пальца по направлению тока, то отогнутый большой палец укажет направление силы, действующей на про­

водник (рис. 14).

На явлении взаимодействия магнитного поля и проводника

стоком основано устройство различных электрических машин

иприборов.

I — средняя длина магнитной линии, м (рис. 15); Н — напря­ женность магнитного поля, А/м.

Магнитный поток

Магнитное поле характеризуется также величиной, назы­ ваемой магнитным потоком.

Магнитный поток можно представить общим числом маг­ нитных линий, проходящих через рассматриваемую площадь. В частности, под магнитным потоком Ф, проходящим через площадь S, перпендикулярную к магнитным линиям, понимают произведение величины магнитной индукции В на величину площади, которая пронизывается этим магнитным потоком.

Ф = BS.

Величина магнитного потока выражается в веберах.

Намагничивание стали. Магнитная проницаемость

Для усиления магнитного поля и придания ему определен­ ной формы в различных электрических машинах и аппаратах широко применяют ферромагнитные материалы: железо, ко­ бальт, никель и их сплавы — сталь и др.

Если ферромагнитный материал поместить в катушку и про­ пустить по ее виткам электрический ток, то под воздействием магнитного поля, созданного током, материал намагничивается. Это значит, что в материале образуется собственное магнит­ ное поле, полученное в результате сложения магнитных полей (магнитных моментов) отдельных атомов. Изменение силы тока в катушке приводит к изменению напряженности ее магнитного поля Н, что вызывает изменение магнитной индукции В в сердеч­ нике этой катушки.

На рис. 16 показаны графики изменения магнитной индукции в зависимости от напряженности намагничивающего магнитного поля. Такие графики называются кривыми намагничивания. Для различных материалов и их ма­ рок кривые намагничивания раз­ личны.

При небольших значениях на­ пряженности поля Н магнитная индукция в материале быстро увеличивается, намагничивание происходит примерно пропорци­ онально изменению напряжен-

Рис. 17. Перемагничивание стали:

а — схема; б — петля гистерезиса

Для изменения тока, протекающего по катушке, в цепь включен реостат Р, а для измерения тока — амперметр Л. Если изменить реостатом силу тока в катушке, то изменятся напря­

поля # i наступит его магнитное насыщение (точка Л, рис. 17,6). Магнитная индукция достигнет значения В {.

По мере уменьшения тока сталь будет размагничиваться, так как при снижении напряженности магнитного поля маг­ нитная индукция уменьшается. Однако магнитная индукция бу­ дет уменьшаться не по кривой начального намагничивания СМ, а по другой кривой Л£, расположенной выше ОЛ. Когда сила тока, уменьшаясь, станет равной нулю, намагничивающее поле катушки также будет равно нулю; магнитная же индукция в сердечнике еще не достигнет нуля, а сохранит некоторое зна­ чение, определимое отрезком ОБ. Этот отрезок характеризует величину остаточной магнитной индукции В0ст.

Сохранение намагниченности материалом при отсутствии внешнего магнитного поля называется остаточным магнетиз­

мом.

Чтобы полностью размагнитить стальной сердечник, необ­ ходимо создать магнитное поле противоположного напряжения. Для этого по обмотке тороида пропускают ток в противопо­ ложном направлении (поставив переключатель в положение 2—2). С увеличением тока, протекающего в противоположном направлении, напряженность поля будет возрастать и вновь наступит магнитное насыщение сердечника (точка Г). Умень­ шение тока в катушке будет размагничивать сердечник и при Н = 0 остаточная индукция (остаточный магнетизм) станет рав­ ной отрезку ОД.

При повторном изменении направления тока (для этого пе­ реключатель следует перевести в положение 1—1) и его увели­

чении сердечник снова размагнитится. Напряженность поля бу­ дет равна отрезку ОЕ.

В случае дальнейшего увеличения тока, а следовательно, и напряженности поля магнитная индукция вновь достигнет зна­ чения, соответствующего точке А на первоначальной кривой намагничивания.

Повторение процесса перемагничивания стали происходит по замкнутой кривой АБСГДЕ, которая называется цикличе­ ской кривой намагничивания или петлей гистерезиса, а отре­

ала связано с потерями электрической энергии, которая пре­ вращается в тепло, вызывающее нагревание магнитных мате­ риалов. Количество энергии, расходуемой на перемагничивание стали (на гистерезис), пропорционально площади петли гисте­ резиса. Для уменьшения потерь на перемагничивание в маши­ нах и аппаратах с переменным намагничиванием выгодно при­ менять магнитные материалы с малой площадью петли гисте­ резиса.

В зависимости от свойств магнитные материалы делятся на магнитно-мягкие и магнитно-жесткие. К магнитно-мягким от­ носятся материалы с малой коэрцитивной силой, высокой маг­ нитной проницаемостью и незначительными потерями при перемагничивании.

Основные характеристики некоторых магнитно-мягких ма­ териалов приведены в табл. 4.

К магнитно-жестким материалам относятся ферромагнит­ ные сплавы, обладающие большой коэрцитивной силой и оста­ точной индукцией.

Они используются для изготовления постоянных магнитов, которые применяют в электроизмерительных приборах, микро­ фонах и во многих других устройствах. В настоящее время для изготовления постоянных магнитов преимущественно приме­

и создает в ней э. д. с. самоиндукции. При всяком изменении собственного магнитного поля катушки ее витки пересекаются собственными магнитными линиями и в ней возникает э. д. с. самоиндукции.

Если по катушке с числом витком W протекает изменяю­ щийся ток I, то он создает магнитный поток Ф, пересекающий ее витки.

Произведение магнитного потока на число витков называ­ ется потокосцеплением и обозначается буквой Ф

где L — коэффициент пропорциональности, называемый индук­ тивностью.

Из формулы (22) следует, что индуктивность определяется отношением потокосцепления к силе тока в катушке и харак­ теризует способность катушки возбуждать э. д. с. самоин­ дукции,

Индуктивность измерения в генри (Гн); 1 Гн=1 Ом-с. Если известны конструктивные параметры катушки, то ее

индуктивность можно определить следующим образом:

L УУаЗ

(23)

где S — площадь сечения каркаса, м2; / — длина катушки, м. Различные проволочные катушки (обмотки) обладают раз­

ной индуктивностью. Катушка со стальным сердечником имеет значительно большую индуктивность, чем катушка без сердеч­ ника. Это объясняется тем, что при внесении стального сердеч­ ника в катушку, по которой протекает ток, сердечник намаг­ ничивается, в результате чего увеличивается магнитный поток, пересекающий витки катушки, и возрастает потокосцепление.

Величина, возникающая в катушке э. д. с. самоиндукции, прямо пропорциональна ее индуктивности и зависит от скоро­ сти изменения магнитного потока.

Если в цепи, обладающей индуктивностью L (Гн), ток из­ меняется за малое время At (с) на малую величину Д/ (А), то в такой цепи возникает э. д. с. самоиндукции ес. измеряе­ мая в В.

Знак минус в этой формуле указывает на то, что э. д. с. са­ моиндукции противодействует изменению тока в ней.