Φ.Ε. 11 Από τον Ηλεκτρισμό στο Μαγνητισμό – Ένας Ηλεκτρικός (ιδιο-)Κινητήρας/...
αρχή λειτουργίας γεννητριών και κινητήρων συνεχούς ρεύματος
1.
2. Ποια υλικά απαιτούνται για τη λειτουργία της
γεννήτριας Σ.Ρ
Για την λειτουργία των γεννητριών απαιτούνται τρία
υλικά:
Ηλεκτρικοί αγωγοί, για τη δίοδο του ρεύματος
Μονωτικά υλικά, για την παρεμπόδιση διαρροής του
ηλεκτρικού ρεύματος.
Σίδηρος, για την οδήγηση του μαγνητικού πεδίου
3. ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΣΥΝΕΧΟΥΣ
ΡΕΥΜΑΤΟΣ
Για να λειτουργήσει μία γεννήτρια Σ.Ρ θα πρέπει να υπάρχει ένας
κινούμενος αγωγός μέσα σε μαγνητικό πεδίο. Έτσι δημιουργείται
μια ηλεκτρεγερτική δύναμη από επαγωγή (Η.Ε.Δ) στα άκρα του
αγωγού.
Ε: η Η.Ε.Δ από επαγωγή (V)
Β: Ένταση μαγνητικού πεδίου (Τ)
U: Ταχύτητα αγωγού (m/s)
L: μήκος αγωγού (m)
φ: Γωνία που σχηματίζει ο αγωγός με τις δυναμικές γραμμές του
μαγνητικού πεδίου
Η ταχύτητα (U) εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής (n) του
αγωγού και από την ακτίνα (r) του αγωγού
. . .E BU l
2. . .U r n
4. ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΣΥΝΕΧΟΥΣ
ΡΕΥΜΑΤΟΣ
Όταν ένας αγωγός διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα, ενώ
βρίσκεται μέσα σε μαγνητικό πεδίο, αναπτύσσεται σε αυτόν
από το μαγνητικό πεδίο δύναμη που τον κινεί προς ορισμένη
κατεύθυνση. Η δύναμη αυτή ονομάζεται δύναμη Laplace και
έχει μέτρο:
F = Β .I.l.ημφ
F: Δύναμη Laplace (N)
Β: Ένταση μαγνητικού πεδίου (Τ)
Ι: ένταση ρεύματος (Α)
L: μήκος αγωγού (m)
φ: Γωνία που σχηματίζει ο αγωγός με τις δυναμικές
γραμμές του μαγνητικού πεδίου
5. ΠΡΟΟΡΙΣΜΟΣ ΣΤΑΤΗ ΚΑΙ ΔΡΟΜΕΑ
Ο στάτης είναι το συγκρότημα των ακίνητων
τμημάτων της μηχανής και έχει ως κύριο
προορισμό του να δημιουργεί καθορισμένη
μαγνητική ροή.
Ο δρομέας είναι το κινούμενο μέρος της μηχανής
που προορισμός του είναι να κινεί τη μηχανή
6. ΜΕΡΗ ΣΤΑΤΗ
Το ζύγωμα
τους μαγνητικούς πόλους τα πέδιλα των πόλων
τα τυλίγματα Των πόλων
τα καλύμματα (καπάκια)
τους ψηκτροφορείς
τα σιδερένια δακτυλίδια
τους βραχίονες
Τις ψηκτροθήκες
τις ψήκτρες
τα ελατήρια πίεσης των ψηκτρών
7. ΜΕΡΗ ΔΡΟΜΕΑ
ο άξονας,
ο πυρήνας του επαγωγικού τύμπανου,
το τύλιγμα του επαγωγικού τύμπανου,
ο συλλέκτης,
ο ανεμιστήρας,
η πλήμνη.
8. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1ο
Η Η.Ε.Δ που αναπτύσσεται σε αγωγό κινούμενο εντός
ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου είναι 20V. Να υπολογιστούν:
α. Η νέα Η.Ε.Δ εάν η μαγνητική επαγωγή του πεδίου αυξηθεί κατά 5%.
β. Η νέα Η.Ε.Δ εάν η ταχύτητα του αγωγού μειωθεί κατά 10%
Δεδομένα Ζητούμενα
Ε=20V α. E1 αν Β1=Β+
β. E2 αν u2=u-
5
100
B
10
100
u
9. Λύση
α. Η Η.Ε.Δ υπολογίζεται από τον τύπο:
(1)
Όταν αυξηθεί η ένταση του μαγνητικού πεδίου Β κατά 5%, η νέα θα
γίνει:
Οπότε η νέα Η.Ε.Δ θα γίνει:
(2)
Διαιρούμε τις σχέσεις (1) και (2) κατά μέλη, οπότε:
E Bul
1 1 1
5
0.05 1,05
100
B B B B B B B B
1 1 1 1,05E B ul E Bul
1
1 1 1
1 20 1
21
1,05 1,05 1,05
E Bul E
V
E Bul E E
10. β. Ομοίως με το α υποερώτημα, η νέα γραμμική ταχύτητα
θα γίνει:
Οπότε η νέα Η.Ε.Δ θα είναι της μορφής:
(3)
Διαιρούμε τις σχέσεις (1) και (3) κατά μέλη, οπότε:
2 2 2
20
0,2 0,8
100
u u u u u u u u
2 2 2 .0,8E Bu l E B ul
2
2 2 2
1 20 1
16
.0,8 0,8 0,8
E Bul E
V
E B ul E E
11. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2ο
Αγωγός μήκους 40cm κινείται με ταχύτητα 25m/s κάθετα προς
τις μαγνητικές γραμμές ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου, με
μαγνητική επαγωγή 0,8Τ. Ο αγωγός αποτελεί τμήμα κλειστού
κυκλώματος, του οποίου η ολική αντίσταση είναι 0,4Ω. Να
υπολογιστεί η δύναμη που ασκείται στον αγωγό και να
προσδιοριστεί η φορά της ως προς την κίνηση του αγωγού.
Δεδομένα Ζητούμενα
l= 40cm=0,4m F
u= 25m/s
φ=90ο
Β=0,8Τ
12. Λύση
Υπολογίζω την Η.Ε.Δ που αναπτύσσεται στο κλειστό κύκλωμα:
Από το νόμο του Ohm έχω:
Οπότε η δύναμη που αναπτύσσεται στον αγωγό έχει μέτρο:
Και φορά αντίθετη της γραμμικής ταχύτητας του αγωγού
0
0,8.25.0,4. 90 0,8.25.0,4.1 8E Bul E E E V
8
20
0,4
E
I I I A
R
. . . 0,8.20.0,4.1 6,4F B I l F F