Kirim karya bagus Anda di basis pengetahuan sederhana. Gunakan formulir di bawah ini
Mahasiswa, mahasiswa pascasarjana, ilmuwan muda yang menggunakan basis pengetahuan dalam studi dan pekerjaan mereka akan sangat berterima kasih kepada Anda.
Diposting pada http://www.allbest.ru/
PENGANTAR
Bukan kebetulan bahwa langkah pertama dan terpenting dalam penemuan sisi baru interaksi elektromagnetik ini dibuat oleh pendiri gagasan tentang medan elektromagnetik - salah satu ilmuwan terbesar di dunia - Michael Faraday (1791-1867) . Faraday benar-benar yakin akan kesatuan fenomena listrik dan magnet. Tak lama setelah penemuan Oersted, ia menulis dalam buku hariannya (1821): "Ubah magnetisme menjadi listrik." Sejak itu, Faraday, tanpa henti, memikirkan masalah ini. Mereka mengatakan bahwa dia terus-menerus membawa magnet di saku rompinya, yang seharusnya mengingatkannya akan tugas yang ada. Sepuluh tahun kemudian, pada tahun 1831, sebagai hasil kerja keras dan keyakinan akan kesuksesan, masalah itu terpecahkan. Dia membuat penemuan yang mendasari desain semua generator pembangkit listrik di dunia, mengubah energi mekanik menjadi energi arus listrik. Sumber lain: sel galvanik, termo dan fotosel memberikan bagian energi yang dihasilkan dapat diabaikan.
Arus listrik, Faraday beralasan, mampu memagnetisasi benda-benda besi. Untuk melakukan ini, cukup letakkan batang besi di dalam koil. Bisakah magnet, pada gilirannya, menyebabkan munculnya arus listrik atau mengubah besarnya? Untuk waktu yang lama tidak ada yang bisa ditemukan.
SEJARAH PENEMUAN FENOMENA INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
Ucapan Penandatangan Nobili dan Antinori dari majalah "Antologia"
« Mr Faraday baru-baru ini menemukan kelas baru fenomena elektrodinamika. Dia menyerahkan memoar tentang ini ke Royal Society of London, tetapi memoar ini belum diterbitkan. Kami tahu tentang diahanya sebuah catatan yang dikomunikasikan oleh Tuan Apegawai Akademi Ilmu Pengetahuan di Paris26 Desember 1831, berdasarkan surat yang diterimanya dari Bapak Faraday sendiri.
Pesan ini mendorong Chevalier Antinori dan saya sendiri untuk segera mengulangi eksperimen dasar dan mempelajarinya dari berbagai sudut pandang. Kami menyanjung diri sendiri dengan harapan bahwa hasil yang kami capai memiliki beberapa arti, dan oleh karena itu kami segera mempublikasikannya tanpasebelumnyabahan, kecuali untuk catatan yang berfungsi sebagai titik awal dalam penelitian kami.»
"Memoar Pak Faraday," seperti yang tertulis di catatan itu, "dibagi menjadi empat bagian.
Pada bagian pertama, berjudul "Eksitasi Listrik Galvanik", kita menemukan fakta utama berikut: Arus galvanik yang melewati kawat logam menghasilkan arus lain pada kawat yang mendekat; arus kedua berlawanan arah dengan yang pertama dan hanya berlangsung satu saat. Jika arus rangsang dihilangkan, arus muncul di kawat di bawah pengaruhnya, berlawanan dengan arus yang muncul di dalamnya dalam kasus pertama, mis. searah dengan arus eksitasi.
Bagian kedua dari memoar menceritakan tentang arus listrik yang disebabkan oleh magnet. Dengan mendekati kumparan magnet, Pak Faraday menghasilkan arus listrik; ketika kumparan dilepas, arus dari arah yang berlawanan muncul. Arus ini memiliki efek yang kuat pada galvanometer, melewati, meskipun lemah, melalui air garam dan solusi lainnya. Dari sini dapat disimpulkan bahwa ilmuwan ini, dengan menggunakan magnet, membangkitkan arus listrik yang ditemukan oleh Mr. Ampère.
Bagian ketiga dari memoar mengacu pada keadaan listrik dasar, yang oleh Mr. Faraday disebut sebagai keadaan elektromonik.
Bagian keempat berbicara tentang eksperimen yang aneh sekaligus aneh, yang dilakukan oleh Tuan Arago; seperti diketahui, percobaan ini terdiri dari fakta bahwa jarum magnet berputar di bawah pengaruh piringan logam yang berputar. Dia menemukan bahwa ketika piringan logam berputar di bawah pengaruh magnet, arus listrik dapat muncul dalam jumlah yang cukup untuk membuat mesin listrik baru keluar dari piringan.
TEORI MODERN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
Arus listrik menciptakan medan magnet di sekitarnya. Apakah medan magnet dapat menimbulkan medan listrik? Faraday secara eksperimental menemukan bahwa ketika fluks magnet yang menembus rangkaian tertutup berubah, arus listrik muncul di dalamnya. Fenomena ini disebut induksi elektromagnetik. Arus yang terjadi selama fenomena induksi elektromagnetik disebut induktif. Sebenarnya, ketika rangkaian bergerak dalam medan magnet, bukan arus tertentu yang dihasilkan, tetapi EMF tertentu. Sebuah studi yang lebih rinci tentang induksi elektromagnetik menunjukkan bahwa EMF induksi yang terjadi di sirkuit tertutup sama dengan laju perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh sirkuit ini, diambil dengan tanda yang berlawanan.
Gaya gerak listrik dalam rangkaian adalah hasil dari aksi gaya eksternal, yaitu. kekuatan asal non-listrik. Ketika sebuah konduktor bergerak dalam medan magnet, peran gaya eksternal dimainkan oleh gaya Lorentz, di mana muatan dipisahkan, akibatnya perbedaan potensial muncul di ujung konduktor. EMF induksi dalam konduktor mencirikan pekerjaan memindahkan muatan positif unit di sepanjang konduktor.
Fenomena induksi elektromagnetik mendasari pengoperasian generator listrik. Jika bingkai kawat diputar secara seragam dalam medan magnet yang seragam, maka arus induksi muncul, mengubah arahnya secara berkala. Bahkan kerangka tunggal yang berputar dalam medan magnet seragam adalah generator arus bolak-balik.
STUDI EKSPERIMENTAL FENOMENA INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
Pertimbangkan eksperimen klasik Faraday, yang dengannya fenomena induksi elektromagnetik ditemukan:
Ketika magnet permanen bergerak, garis gayanya melintasi lilitan kumparan, dan timbul arus induksi, sehingga jarum galvanometer menyimpang. Pembacaan perangkat tergantung pada kecepatan pergerakan magnet dan jumlah putaran koil.
Dalam percobaan ini, kami melewatkan arus melalui kumparan pertama, yang menciptakan fluks magnet, dan ketika kumparan kedua bergerak di dalam kumparan pertama, garis-garis magnet berpotongan, sehingga terjadi arus induksi.
Saat melakukan percobaan No. 2, tercatat bahwa pada saat sakelar dihidupkan, panah perangkat menyimpang dan menunjukkan nilai EMF, kemudian panah kembali ke posisi semula. Saat sakelar dimatikan, panah kembali menyimpang, tetapi ke arah lain dan menunjukkan nilai EMF, kemudian kembali ke posisi semula. Pada saat sakelar dihidupkan, arus meningkat, tetapi beberapa jenis gaya muncul yang mencegah peningkatan arus. Gaya ini menginduksi dirinya sendiri, sehingga disebut ggl induksi diri. Pada saat shutdown, hal yang sama terjadi, hanya arah EMF yang berubah, sehingga panah perangkat menyimpang ke arah yang berlawanan.
Pengalaman ini menunjukkan bahwa EMF induksi elektromagnetik terjadi ketika besar dan arah arus berubah. Ini membuktikan bahwa EMF induksi, yang menciptakan dirinya sendiri, adalah laju perubahan arus.
Dalam satu bulan, Faraday secara eksperimental menemukan semua fitur penting dari fenomena induksi elektromagnetik. Tinggal memberikan hukum bentuk kuantitatif yang ketat dan sepenuhnya mengungkapkan sifat fisik dari fenomena tersebut. Faraday sendiri sudah memahami hal umum yang menentukan munculnya arus induksi dalam eksperimen yang tampak berbeda secara lahiriah.
Dalam rangkaian konduktor tertutup, arus muncul ketika jumlah garis induksi magnetik yang menembus permukaan yang dibatasi oleh rangkaian ini berubah. Fenomena ini disebut induksi elektromagnetik.
Dan semakin cepat jumlah garis induksi magnet berubah, semakin besar arus yang dihasilkan. Dalam hal ini, alasan perubahan jumlah garis induksi magnet sama sekali tidak berbeda.
Ini mungkin merupakan perubahan jumlah garis induksi magnet yang menembus konduktor tetap karena perubahan kekuatan arus dalam kumparan yang berdekatan, dan perubahan jumlah garis karena pergerakan sirkuit dalam medan magnet yang tidak homogen. , kepadatan garis yang bervariasi dalam ruang.
ATURAN LENTZ
Arus induktif yang muncul dalam penghantar segera mulai berinteraksi dengan arus atau magnet yang membangkitkannya. Jika magnet (atau kumparan berarus) didekatkan ke konduktor tertutup, maka arus induksi yang muncul dengan medan magnetnya pasti akan menolak magnet (kumparan). Usaha harus dilakukan untuk mendekatkan magnet dan kumparan. Ketika magnet dilepas, terjadi tarik-menarik. Aturan ini diikuti dengan ketat. Bayangkan jika keadaannya berbeda: Anda mendorong magnet ke arah kumparan, dan magnet itu akan masuk dengan sendirinya. Ini akan melanggar hukum kekekalan energi. Lagi pula, energi mekanik magnet akan meningkat dan pada saat yang sama akan timbul arus, yang dengan sendirinya memerlukan pengeluaran energi, karena arus juga dapat melakukan kerja. Arus listrik yang diinduksi dalam jangkar generator, berinteraksi dengan medan magnet stator, memperlambat rotasi jangkar. Hanya karena itu, untuk memutar angker, perlu untuk melakukan pekerjaan, semakin besar, semakin besar kekuatan saat ini. Karena pekerjaan ini, arus induktif muncul. Sangat menarik untuk dicatat bahwa jika medan magnet planet kita sangat besar dan sangat tidak homogen, maka gerakan cepat dari benda-benda penghantar di permukaannya dan di atmosfer tidak mungkin terjadi karena interaksi intens dari arus yang diinduksi dalam tubuh dengan ini. bidang. Benda akan bergerak seperti dalam media kental padat dan pada saat yang sama akan sangat panas. Baik pesawat maupun roket tidak bisa terbang. Seseorang tidak dapat dengan cepat menggerakkan tangan atau kakinya, karena tubuh manusia adalah konduktor yang baik.
Jika kumparan di mana arus diinduksi adalah stasioner relatif terhadap kumparan yang berdekatan dengan arus bolak-balik, seperti, misalnya, dalam transformator, maka dalam hal ini arah arus induksi ditentukan oleh hukum kekekalan energi. Arus ini selalu diarahkan sedemikian rupa sehingga medan magnet yang ditimbulkannya cenderung mengurangi variasi arus pada primer.
Tolak-menolak atau tarik-menarik magnet oleh sebuah kumparan tergantung pada arah arus induksi di dalamnya. Oleh karena itu, hukum kekekalan energi memungkinkan kita untuk merumuskan aturan yang menentukan arah arus induksi. Apa perbedaan antara dua percobaan: pendekatan magnet ke koil dan pelepasannya? Dalam kasus pertama, fluks magnet (atau jumlah garis induksi magnetik yang menembus belitan koil) meningkat (Gbr. a), dan dalam kasus kedua berkurang (Gbr. b). Selain itu, dalam kasus pertama, garis-garis induksi B "dari medan magnet yang diciptakan oleh arus induksi yang muncul dalam kumparan keluar dari ujung atas kumparan, karena kumparan menolak magnet, dan dalam kasus kedua , sebaliknya, mereka memasuki ujung ini. Garis-garis induksi magnetik pada gambar ditunjukkan dengan goresan .
Sekarang kita sampai pada poin utama: dengan peningkatan fluks magnet melalui belitan koil, arus induksi memiliki arah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang diciptakannya mencegah pertumbuhan fluks magnet melalui belitan koil. Bagaimanapun, vektor induksi medan ini diarahkan terhadap vektor induksi medan, yang perubahannya menghasilkan arus listrik. Jika fluks magnet melalui koil melemah, maka arus induktif menciptakan medan magnet dengan induksi, yang meningkatkan fluks magnet melalui belitan koil.
Ini adalah inti dari aturan umum untuk menentukan arah arus induktif, yang berlaku dalam semua kasus. Aturan ini ditetapkan oleh fisikawan Rusia E.X. Lenz (1804-1865).
Menurut aturan Lenz, arus induktif yang terjadi dalam rangkaian tertutup memiliki arah sedemikian rupa sehingga fluks magnet yang diciptakan olehnya melalui permukaan yang dibatasi oleh rangkaian cenderung mencegah perubahan fluks yang menghasilkan arus ini. Atau, arus induksi memiliki arah sedemikian rupa sehingga mencegah penyebab yang menyebabkannya.
Dalam kasus superkonduktor, kompensasi untuk perubahan fluks magnet eksternal akan lengkap. Fluks induksi magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh sirkuit superkonduktor tidak berubah sama sekali terhadap waktu dalam kondisi apa pun.
HUKUM INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
induksi elektromagnetik faraday lenz
Eksperimen Faraday menunjukkan bahwa kekuatan arus induksi Saya i dalam rangkaian penghantar sebanding dengan laju perubahan jumlah garis induksi magnetik yang menembus permukaan yang dibatasi oleh rangkaian ini. Lebih tepatnya, pernyataan ini dapat dirumuskan dengan menggunakan konsep fluks magnet.
Fluks magnet secara jelas diartikan sebagai jumlah garis induksi magnet yang menembus permukaan dengan luas S. Oleh karena itu, laju perubahan bilangan ini tidak lain adalah laju perubahan fluks magnet. Jika dalam waktu singkat t fluks magnet berubah menjadi D F, maka laju perubahan fluks magnet sama dengan.
Oleh karena itu, pernyataan yang mengikuti langsung dari pengalaman dapat dirumuskan sebagai berikut:
kekuatan arus induksi sebanding dengan laju perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh kontur:
Ingatlah bahwa arus listrik muncul dalam rangkaian ketika gaya eksternal bekerja pada muatan bebas. Kerja gaya-gaya ini ketika menggerakkan satu muatan positif sepanjang rangkaian tertutup disebut gaya gerak listrik. Akibatnya, ketika fluks magnet berubah melalui permukaan yang dibatasi oleh kontur, gaya eksternal muncul di dalamnya, tindakan yang ditandai oleh EMF, yang disebut EMF induksi. Mari kita tunjukkan dengan huruf E saya .
Hukum induksi elektromagnetik diformulasikan secara khusus untuk EMF, dan bukan untuk kekuatan arus. Dengan formulasi ini, hukum mengungkapkan esensi dari fenomena, yang tidak bergantung pada sifat konduktor di mana arus induksi terjadi.
Menurut hukum induksi elektromagnetik (EMI), EMF induksi dalam loop tertutup sama dengan nilai absolut dengan laju perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh loop:
Bagaimana cara memperhitungkan arah arus induksi (atau tanda EMF induksi) dalam hukum induksi elektromagnetik sesuai dengan aturan Lenz?
Gambar tersebut menunjukkan loop tertutup. Kami akan mempertimbangkan positif arah melewati kontur berlawanan arah jarum jam. Garis normal kontur membentuk sekrup kanan dengan arah bypass. Tanda EMF, yaitu, kerja spesifik, tergantung pada arah gaya eksternal sehubungan dengan arah melewati sirkuit.
Jika arah ini bertepatan, maka E i > 0 dan, karenanya, Saya i > 0. Jika tidak, EMF dan kekuatan arus negatif.
Biarkan induksi magnet dari medan magnet luar diarahkan sepanjang garis normal ke kontur dan meningkat seiring waktu. Kemudian F> 0 dan > 0. Menurut aturan Lenz, arus induksi menciptakan fluks magnet F" < 0. Линии индукции B Medan magnet arus induksi ditunjukkan pada gambar dengan tanda hubung. Oleh karena itu, arus induksi Saya i diarahkan searah jarum jam (melawan arah bypass positif) dan ggl induksi negatif. Oleh karena itu, dalam hukum induksi elektromagnetik, harus ada tanda minus:
Dalam Sistem Satuan Internasional, hukum induksi elektromagnetik digunakan untuk menetapkan satuan fluks magnet. Satuan ini disebut weber (Wb).
Sejak EMF induksi E i dinyatakan dalam volt, dan waktu dalam detik, maka dari hukum Weber EMP dapat ditentukan sebagai berikut:
fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh loop tertutup adalah 1 Wb, jika, dengan penurunan seragam dalam fluks ini menjadi nol dalam 1 s, ggl induksi sama dengan 1 V muncul di sirkuit: 1 Wb \u003d 1 V 1 s .
APLIKASI PRAKTIS FENOMENA INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
Penyiaran
Medan magnet bolak-balik, tereksitasi oleh arus yang berubah, menciptakan medan listrik di ruang sekitarnya, yang pada gilirannya membangkitkan medan magnet, dan seterusnya. Saling menghasilkan satu sama lain, medan ini membentuk medan elektromagnetik variabel tunggal - gelombang elektromagnetik. Setelah muncul di tempat di mana ada kawat berarus, medan elektromagnetik menyebar di ruang angkasa dengan kecepatan cahaya -300.000 km/s.
Magnetoterapi
Dalam spektrum frekuensi tempat yang berbeda ditempati oleh gelombang radio, cahaya, sinar-x dan radiasi elektromagnetik lainnya. Mereka biasanya dicirikan oleh medan listrik dan magnet yang terus menerus saling berhubungan.
Synchrophasotrons
Saat ini, medan magnet dipahami sebagai bentuk khusus materi yang terdiri dari partikel bermuatan. Dalam fisika modern, berkas partikel bermuatan digunakan untuk menembus jauh ke dalam atom untuk mempelajarinya. Gaya yang ditimbulkan oleh medan magnet pada partikel bermuatan yang bergerak disebut gaya Lorentz.
Pengukur aliran - meter
Metode ini didasarkan pada penerapan hukum Faraday untuk konduktor dalam medan magnet: dalam aliran cairan konduktif listrik yang bergerak dalam medan magnet, EMF diinduksi sebanding dengan kecepatan aliran, yang diubah oleh bagian elektronik menjadi sinyal analog/digital listrik.
generator DC
Dalam mode generator, angker mesin berputar di bawah pengaruh momen eksternal. Di antara kutub stator ada fluks magnet konstan yang menembus jangkar. Konduktor belitan jangkar bergerak dalam medan magnet dan, oleh karena itu, EMF diinduksi di dalamnya, arahnya dapat ditentukan oleh aturan "tangan kanan". Dalam hal ini, potensi positif muncul pada satu sikat relatif terhadap sikat kedua. Jika beban dihubungkan ke terminal generator, maka arus akan mengalir di dalamnya.
Fenomena EMR banyak digunakan dalam transformator. Mari kita pertimbangkan perangkat ini secara lebih rinci.
TRANSFORMER
Transformator (dari lat. transformo - transform) - perangkat elektromagnetik statis yang memiliki dua atau lebih belitan yang digabungkan secara induktif dan dirancang untuk mengubah satu atau lebih sistem AC menjadi satu atau lebih sistem AC lainnya dengan induksi elektromagnetik.
Penemu transformator adalah ilmuwan Rusia P.N. Yablochkov (1847 - 1894). Pada tahun 1876, Yablochkov menggunakan kumparan induksi dengan dua gulungan sebagai transformator untuk menyalakan lilin listrik yang ia temukan. Transformator Yablochkov memiliki inti terbuka. Transformator inti tertutup, mirip dengan yang digunakan saat ini, muncul jauh kemudian, pada tahun 1884. Dengan penemuan transformator, minat teknis muncul dalam arus bolak-balik, yang belum diterapkan sampai saat itu.
Transformator banyak digunakan dalam transmisi energi listrik jarak jauh, distribusinya di antara penerima, serta di berbagai perangkat penyearah, penguatan, pensinyalan, dan lainnya.
Transformasi energi dalam transformator dilakukan oleh medan magnet bolak-balik. Trafo adalah inti dari pelat baja tipis yang diisolasi satu sama lain, di mana dua, dan kadang-kadang lebih banyak gulungan (kumparan) dari kawat berinsulasi ditempatkan. Gulungan tempat sumber energi listrik AC terhubung disebut gulungan primer, gulungan yang tersisa disebut sekunder.
Jika belitan sekunder transformator dililitkan tiga kali lebih banyak daripada belitan primer, maka medan magnet yang dibuat di inti oleh belitan primer, yang melintasi belitan belitan sekunder, akan menciptakan tegangan tiga kali lebih banyak di dalamnya.
Menggunakan transformator dengan rasio putaran terbalik, Anda dapat dengan mudah dan sederhana mendapatkan tegangan yang dikurangi.
Padapersamaan transformator ideal
Trafo yang ideal adalah trafo yang tidak memiliki rugi-rugi energi untuk memanaskan belitan dan fluks bocor belitan. Dalam transformator ideal, semua garis gaya melewati semua belitan dari kedua belitan, dan karena medan magnet yang berubah menghasilkan EMF yang sama di setiap putaran, total EMF yang diinduksi dalam belitan sebanding dengan jumlah total belitannya. Transformator semacam itu mengubah semua energi yang masuk dari sirkuit primer menjadi medan magnet dan, kemudian, menjadi energi sirkuit sekunder. Dalam hal ini, energi yang masuk sama dengan energi yang dikonversi:
Dimana P1 adalah nilai sesaat dari daya yang disuplai ke transformator dari rangkaian primer,
P2 adalah nilai sesaat dari daya yang diubah oleh transformator, yang memasuki sirkuit sekunder.
Menggabungkan persamaan ini dengan rasio tegangan di ujung belitan, kita mendapatkan persamaan untuk transformator ideal:
Dengan demikian, kami memperoleh bahwa dengan peningkatan tegangan di ujung belitan sekunder U2, arus rangkaian sekunder I2 berkurang.
Untuk mengubah resistansi satu sirkuit menjadi resistansi lain, Anda perlu mengalikan nilainya dengan kuadrat rasio. Misalnya, resistansi Z2 dihubungkan ke ujung belitan sekunder, nilainya yang dikurangi ke sirkuit primer adalah:
Aturan ini juga berlaku untuk sirkuit sekunder:
Penunjukan pada diagram
Dalam diagram, transformator ditunjukkan sebagai berikut:
Garis tebal tengah sesuai dengan inti, 1 adalah gulungan primer (biasanya di sebelah kiri), 2,3 adalah gulungan sekunder. Jumlah setengah lingkaran dalam beberapa perkiraan kasar melambangkan jumlah belitan belitan (lebih banyak putaran - lebih banyak setengah lingkaran, tetapi tanpa proporsionalitas yang ketat).
APLIKASI TRANSFORMATOR
Transformator banyak digunakan dalam industri dan kehidupan sehari-hari untuk berbagai keperluan:
1. Untuk transmisi dan distribusi energi listrik.
Biasanya, di pembangkit listrik, generator arus bolak-balik menghasilkan energi listrik pada tegangan 6-24 kV, dan menguntungkan untuk mentransmisikan listrik jarak jauh pada tegangan yang jauh lebih tinggi (110, 220, 330, 400, 500, dan 750 kV) . Oleh karena itu, pada setiap pembangkit listrik dipasang trafo yang menaikkan tegangan.
Distribusi energi listrik antara perusahaan industri, pemukiman, di kota dan pedesaan, serta di dalam perusahaan industri, dilakukan melalui saluran udara dan kabel, pada tegangan 220, 110, 35, 20, 10 dan 6 kV. Oleh karena itu, trafo harus dipasang di semua simpul distribusi yang menurunkan tegangan menjadi 220, 380 dan 660 V
2. Untuk menyediakan rangkaian yang diinginkan untuk menghidupkan katup pada perangkat konverter dan untuk mencocokkan tegangan pada output dan input konverter. Transformator yang digunakan untuk tujuan ini disebut konverter.
3. Untuk berbagai keperluan teknologi: pengelasan (welding transformers), power supply instalasi elektrotermal (electric furnace transformers), dll.
4. Untuk menyalakan berbagai sirkuit peralatan radio, peralatan elektronik, perangkat komunikasi dan otomasi, peralatan rumah tangga, untuk memisahkan sirkuit listrik dari berbagai elemen perangkat ini, untuk mencocokkan tegangan, dll.
5. Memasukkan alat ukur listrik dan beberapa perangkat (relai, dll.) di sirkuit listrik tegangan tinggi atau di sirkuit yang dilalui arus besar, untuk memperluas batas pengukuran dan memastikan keamanan listrik. Transformator yang digunakan untuk tujuan ini disebut pengukuran.
KESIMPULAN
Fenomena induksi elektromagnetik dan kasus khususnya banyak digunakan dalam teknik elektro. Digunakan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik generator sinkron. Trafo digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan AC. Penggunaan transformator memungkinkan untuk mentransfer listrik secara ekonomis dari pembangkit listrik ke node konsumsi.
BIBLIOGRAFI:
1. Kursus Fisika, buku teks untuk universitas. T.I. Trofimova, 2007.
2. Dasar-dasar teori sirkuit, G.I. Atabekov, Lan, St. Petersburg, - M., - Krasnodar, 2006.
3. Mesin listrik, L.M. Piotrovsky, L., Energi, 1972.
4. Transformator daya. Buku referensi / Ed. SD Lizunova, A.K. Lokhanin. M.: Energoizdat 2004.
5. Desain transformator. A.V. Sapozhnikov. M.: Gosenergoizdat. 1959.
6. Perhitungan transformator. Buku teks untuk universitas. PM. Tikhomirov. Moskow: Energi, 1976.
7. Fisika - buku teks untuk sekolah teknik, penulis V.F. Dmitriev, edisi Moskow "Sekolah Tinggi" 2004.
Diselenggarakan di Allbest.ru
Dokumen serupa
Konsep umum, sejarah penemuan induksi elektromagnetik. Koefisien proporsionalitas dalam hukum induksi elektromagnetik. Mengubah fluks magnet pada contoh perangkat Lenz. Induktansi solenoida, perhitungan kerapatan energi medan magnet.
kuliah, ditambahkan 10/10/2011
Sejarah penemuan fenomena induksi elektromagnetik. Investigasi ketergantungan fluks magnet pada induksi magnetik. Aplikasi praktis dari fenomena induksi elektromagnetik: penyiaran, magnetoterapi, sinkrofasotron, generator listrik.
abstrak, ditambahkan 15/11/2009
Bekerja pada memindahkan konduktor dengan arus dalam medan magnet. Mempelajari fenomena induksi elektromagnetik. Metode untuk memperoleh arus induksi dalam medan magnet konstan dan bolak-balik. Sifat gaya gerak listrik dari induksi elektromagnetik. hukum Faraday.
presentasi, ditambahkan 24/09/2013
Induksi elektromagnetik adalah fenomena menghasilkan pusaran medan listrik oleh medan magnet bolak-balik. Sejarah penemuan fenomena ini oleh Michael Faraday. alternator induksi. Rumus untuk menentukan gaya gerak listrik induksi.
abstrak, ditambahkan 13/12/2011
Induksi elektromagnetik. Hukum Lenz, gaya gerak listrik. Metode untuk mengukur induksi magnetik dan tegangan magnetik. Arus eddy (arus Foucault). Rotasi bingkai dalam medan magnet. Induksi sendiri, arus saat menutup dan membuka rangkaian. Induksi bersama.
makalah, ditambahkan 25/11/2013
Mesin listrik sebagai yang di mana transformasi energi terjadi sebagai akibat dari fenomena induksi elektromagnetik, sejarah dan tahap utama pengembangan, pencapaian di bidang ini. Penciptaan motor listrik dengan kemungkinan aplikasi praktis.
abstrak, ditambahkan 21/06/2012
Karakteristik medan listrik pusaran. Penjelasan analitis dari fakta eksperimental. Hukum induksi elektromagnetik dan Ohm. Fenomena rotasi bidang polarisasi cahaya dalam medan magnet. Metode untuk mendapatkan arus induksi. Penerapan aturan Lenz.
presentasi, ditambahkan 19/05/2014
Masa kecil dan remaja Michael Faraday. Memulai di Royal Institution. Studi independen pertama M. Faraday. Hukum induksi elektromagnetik, elektrolisis. Penyakit Faraday, karya eksperimental baru-baru ini. Signifikansi penemuan M. Faraday.
abstrak, ditambahkan 07/06/2012
Sebuah sketsa singkat dari kehidupan, perkembangan pribadi dan kreatif fisikawan Inggris besar Michael Faraday. Penelitian Faraday di bidang elektromagnetisme dan penemuannya tentang fenomena induksi elektromagnetik, rumusan hukumnya. Percobaan dengan listrik.
abstrak, ditambahkan 23/04/2009
Masa sekolah Michael Faraday, penelitian independen pertamanya (eksperimen dalam peleburan baja yang mengandung nikel). Penciptaan model pertama motor listrik oleh fisikawan Inggris, penemuan induksi elektromagnetik dan hukum elektrolisis.
Penyiaran
Medan magnet bolak-balik, tereksitasi oleh arus yang berubah, menciptakan medan listrik di ruang sekitarnya, yang pada gilirannya membangkitkan medan magnet, dan seterusnya. Saling menghasilkan satu sama lain, medan ini membentuk medan elektromagnetik variabel tunggal - gelombang elektromagnetik. Setelah muncul di tempat di mana ada kawat berarus, medan elektromagnetik menyebar di ruang angkasa dengan kecepatan cahaya -300.000 km/s.
Magnetoterapi
Dalam spektrum frekuensi tempat yang berbeda ditempati oleh gelombang radio, cahaya, sinar-x dan radiasi elektromagnetik lainnya. Mereka biasanya dicirikan oleh medan listrik dan magnet yang terus menerus saling berhubungan.
Synchrophasotrons
Saat ini, medan magnet dipahami sebagai bentuk khusus materi yang terdiri dari partikel bermuatan. Dalam fisika modern, berkas partikel bermuatan digunakan untuk menembus jauh ke dalam atom untuk mempelajarinya. Gaya yang ditimbulkan oleh medan magnet pada partikel bermuatan yang bergerak disebut gaya Lorentz.
Pengukur aliran - meter
Metode ini didasarkan pada penerapan hukum Faraday untuk konduktor dalam medan magnet: dalam aliran cairan konduktif listrik yang bergerak dalam medan magnet, EMF diinduksi sebanding dengan kecepatan aliran, yang diubah oleh bagian elektronik menjadi sinyal analog/digital listrik.
generator DC
Dalam mode generator, angker mesin berputar di bawah pengaruh momen eksternal. Di antara kutub stator ada fluks magnet konstan yang menembus jangkar. Konduktor belitan jangkar bergerak dalam medan magnet dan, oleh karena itu, EMF diinduksi di dalamnya, arahnya dapat ditentukan oleh aturan "tangan kanan". Dalam hal ini, potensi positif muncul pada satu sikat relatif terhadap sikat kedua. Jika beban dihubungkan ke terminal generator, maka arus akan mengalir di dalamnya.
transformer
Transformator banyak digunakan dalam transmisi energi listrik jarak jauh, distribusinya di antara penerima, serta di berbagai perangkat penyearah, penguatan, pensinyalan, dan lainnya.
Transformasi energi dalam transformator dilakukan oleh medan magnet bolak-balik. Trafo adalah inti dari pelat baja tipis yang diisolasi satu sama lain, di mana dua, dan kadang-kadang lebih banyak gulungan (kumparan) dari kawat berinsulasi ditempatkan. Gulungan tempat sumber energi listrik AC terhubung disebut gulungan primer, gulungan yang tersisa disebut sekunder.
Jika belitan sekunder transformator dililitkan tiga kali lebih banyak daripada belitan primer, maka medan magnet yang dibuat di inti oleh belitan primer, yang melintasi belitan belitan sekunder, akan menciptakan tegangan tiga kali lebih banyak di dalamnya.
Menggunakan transformator dengan rasio putaran terbalik, Anda dapat dengan mudah dan sederhana mendapatkan tegangan yang dikurangi.
Aplikasi praktis induksi elektromagnetik
Fenomena induksi elektromagnetik digunakan terutama untuk mengubah energi mekanik menjadi energi arus listrik. Untuk tujuan ini, terapkan alternator(generator induksi).
| dosa |
| - |
| TETAPI |
| PADA |
| Dengan |
| T |
| F |
| Beras. 4.6 |
belitan eksitasi melalui peralatan kontak sikat, magnetisasi rotor, dan dalam hal ini elektromagnet dengan kutub utara dan selatan terbentuk.
Pada stator generator ada tiga belitan arus bolak-balik, yang diimbangi satu relatif ke yang lain dengan 120 0 dan saling berhubungan sesuai dengan rangkaian switching tertentu.
Ketika rotor tereksitasi berputar dengan bantuan turbin uap atau hidrolik, kutubnya lewat di bawah belitan stator, dan gaya gerak listrik yang berubah menurut hukum harmonik diinduksi di dalamnya. Selanjutnya, generator, menurut skema tertentu dari jaringan listrik, terhubung ke node konsumsi listrik.
Jika Anda mentransfer listrik dari generator stasiun ke konsumen melalui saluran listrik secara langsung (pada tegangan generator, yang relatif kecil), maka kerugian besar energi dan tegangan akan terjadi di jaringan (perhatikan rasio 
, 
). Oleh karena itu, untuk transportasi listrik yang ekonomis, perlu dilakukan pengurangan kuat arus. Namun, karena daya yang ditransmisikan tetap tidak berubah, tegangan harus
bertambah dengan faktor yang sama dengan arus yang berkurang.
Pada konsumen listrik, pada gilirannya, tegangan harus diturunkan ke tingkat yang diperlukan. Perangkat listrik yang tegangannya dinaikkan atau diturunkan beberapa kali disebut transformer. Kerja transformator juga didasarkan pada hukum induksi elektromagnetik.
| dosa |
| dosa |
| t |
| N |
| t |
| - |
| = |
| . |
| dosa |
| dosa |
| t |
| N |
| t |
| - |
| = |
Kemudian 
Pada transformator yang kuat, resistansi kumparan sangat kecil,
oleh karena itu, tegangan pada terminal belitan primer dan sekunder kira-kira sama dengan EMF:
di mana k- rasio transformasi. Pada k<1 (
) transformator adalah pemeliharaan, pada k>1 (
) transformator adalah penurunan.
Ketika terhubung ke belitan sekunder transformator beban, arus akan mengalir di dalamnya. Dengan peningkatan konsumsi listrik menurut undang-undang
konservasi energi, energi yang dikeluarkan oleh generator stasiun harus meningkat, yaitu
Ini berarti bahwa dengan meningkatkan tegangan dengan transformator
di k kali, dimungkinkan untuk mengurangi kekuatan arus dalam rangkaian dengan jumlah yang sama (dalam hal ini, kerugian Joule berkurang sebesar k 2 kali).
Topik 17. Dasar-dasar teori Maxwell untuk medan elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik
Pada tahun 60-an. abad ke-19 Ilmuwan Inggris J. Maxwell (1831-1879) merangkum hukum medan listrik dan magnet yang ditetapkan secara eksperimental dan menciptakan kesatuan yang lengkap. teori medan elektromagnetik. Ini memungkinkan Anda untuk memutuskan tugas utama elektrodinamika: temukan karakteristik medan elektromagnetik dari sistem muatan dan arus listrik tertentu.
Maxwell berhipotesis bahwa setiap medan magnet bolak-balik membangkitkan medan listrik pusaran di ruang sekitarnya, yang sirkulasinya merupakan penyebab ggl induksi elektromagnetik di sirkuit:
(5.1)
Persamaan (5.1) disebut persamaan kedua Maxwell. Arti persamaan ini adalah bahwa medan magnet yang berubah menghasilkan medan listrik pusaran, dan yang terakhir, pada gilirannya, menyebabkan perubahan medan magnet di dielektrik atau vakum di sekitarnya. Karena medan magnet diciptakan oleh arus listrik, maka menurut Maxwell, pusaran medan listrik harus dianggap sebagai arus tertentu,
yang mengalir baik dalam dielektrik maupun dalam ruang hampa. Maxwell menyebut arus ini arus bias.
Arus perpindahan, sebagai berikut dari teori Maxwell
dan eksperimen Eichenwald, menciptakan medan magnet yang sama dengan arus konduksi.
Dalam teorinya, Maxwell memperkenalkan konsep arus penuh sama dengan jumlah
arus konduksi dan perpindahan. Oleh karena itu, rapat arus total
Menurut Maxwell, arus total dalam rangkaian selalu tertutup, yaitu hanya arus konduksi yang putus di ujung-ujung penghantar, dan di dalam dielektrik (vakum) di antara ujung-ujung penghantar terdapat arus perpindahan yang menutup arus konduksi.
Memperkenalkan konsep arus total, Maxwell menggeneralisasi teorema sirkulasi vektor (atau ):
(5.6)
Persamaan (5.6) disebut Persamaan pertama Maxwell dalam bentuk integral. Ini adalah hukum umum dari arus total dan menyatakan posisi utama dari teori elektromagnetik: arus perpindahan menciptakan medan magnet yang sama dengan arus konduksi.
Teori makroskopik terpadu dari medan elektromagnetik yang dibuat oleh Maxwell memungkinkan, dari sudut pandang terpadu, tidak hanya untuk menjelaskan fenomena listrik dan magnet, tetapi untuk memprediksi yang baru, yang keberadaannya kemudian dikonfirmasi dalam praktik (misalnya, penemuan gelombang elektromagnetik).
Meringkas ketentuan yang dibahas di atas, kami menyajikan persamaan yang menjadi dasar teori elektromagnetik Maxwell.
1. Teorema tentang sirkulasi vektor medan magnet:
Persamaan ini menunjukkan bahwa medan magnet dapat dibuat baik dengan memindahkan muatan (arus listrik) atau dengan medan listrik bolak-balik.
2. Medan listrik dapat berupa potensial () dan pusaran (), sehingga kuat medan total 
. Karena sirkulasi vektor sama dengan nol, maka sirkulasi vektor kuat medan listrik total
Persamaan ini menunjukkan bahwa sumber medan listrik tidak hanya dapat berupa muatan listrik, tetapi juga medan magnet yang berubah terhadap waktu.
3. 
,
4. 
di mana kerapatan muatan volume di dalam permukaan tertutup; adalah konduktivitas spesifik zat.
Untuk bidang stasioner ( E = konstan , B = const) Persamaan Maxwell berbentuk
yaitu, sumber medan magnet dalam hal ini hanya
arus konduksi, dan sumber medan listrik hanyalah muatan listrik. Dalam kasus khusus ini, medan listrik dan magnet tidak tergantung satu sama lain, yang memungkinkan untuk dipelajari secara terpisah permanen medan listrik dan magnet.
Menggunakan diketahui dari analisis vektor Teorema Stokes dan Gauss, bisa dibayangkan sistem lengkap persamaan Maxwell dalam bentuk diferensial(mencirikan bidang pada setiap titik dalam ruang):
(5.7)
Jelas, persamaan Maxwell tidak simetris tentang medan listrik dan magnet. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa alam
Ada muatan listrik, tetapi tidak ada muatan magnet.
Persamaan Maxwell adalah persamaan paling umum untuk kelistrikan
dan medan magnet dalam media diam. Mereka memainkan peran yang sama dalam teori elektromagnetisme sebagai hukum Newton dalam mekanika.
gelombang elektromagnetik disebut medan elektromagnetik bolak-balik yang merambat di ruang angkasa dengan kecepatan terbatas.
Keberadaan gelombang elektromagnetik mengikuti persamaan Maxwell, yang dirumuskan pada tahun 1865 atas dasar generalisasi hukum empiris fenomena listrik dan magnet. Gelombang elektromagnetik terbentuk karena interkoneksi medan listrik dan magnet bolak-balik - perubahan dalam satu bidang menyebabkan perubahan di bidang lain, yaitu, semakin cepat perubahan induksi medan magnet dalam waktu, semakin besar kekuatan medan listrik, dan dan sebaliknya. Jadi, untuk pembentukan gelombang elektromagnetik yang intens, perlu untuk membangkitkan osilasi elektromagnetik dengan frekuensi yang cukup tinggi. Kecepatan fase gelombang elektromagnetik ditentukan
sifat listrik dan magnet medium:
Dalam ruang hampa ( 
) kecepatan rambat gelombang elektromagnetik bertepatan dengan kecepatan cahaya; dalam hal 
, Itu sebabnya kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dalam materi selalu lebih kecil daripada di ruang hampa.
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang geser –
osilasi dari vektor dan terjadi pada bidang yang saling tegak lurus, dan vektor , dan membentuk sistem tangan kanan. Ini juga mengikuti dari persamaan Maxwell bahwa dalam gelombang elektromagnetik vektor dan selalu berosilasi dalam fase yang sama, dan nilai sesaat E dan H pada titik mana pun terkait oleh relasi
Persamaan gelombang elektromagnetik bidang dalam bentuk vektor:
(6.66)
| kamu |
| z |
| x |
| Beras. 6.21 |
Untuk mengkarakterisasi perpindahan energi oleh gelombang apa pun dalam fisika, besaran vektor disebut kerapatan fluks energi. Secara numerik sama dengan jumlah energi yang ditransfer per satuan waktu melalui satuan luas yang tegak lurus dengan arah di mana
gelombang merambat. Arah vektor bertepatan dengan arah transfer energi. Nilai rapatan fluks energi dapat diperoleh dengan mengalikan rapat energi dengan kecepatan gelombang
Kerapatan energi medan elektromagnetik adalah jumlah rapatan energi medan listrik dan rapat energi medan magnet:
(6.67)
Mengalikan kerapatan energi gelombang elektromagnetik dengan kecepatan fasenya, kita memperoleh kerapatan fluks energi
(6.68)
Vektor-vektor tersebut saling tegak lurus dan membentuk sistem tangan kanan dengan arah rambat gelombang. Oleh karena itu arah
vektor 
bertepatan dengan arah transfer energi, dan modulus vektor ini ditentukan oleh hubungan (6,68). Oleh karena itu, vektor kerapatan fluks energi dari gelombang elektromagnetik dapat direpresentasikan sebagai produk vektor
(6.69)
Panggilan vektor Vektor Umov-Poynting.
Getaran dan gelombang
Topik 18. Getaran harmonik bebas
Gerakan yang memiliki tingkat pengulangan tertentu disebut fluktuasi.
Jika nilai-nilai besaran fisis yang berubah dalam proses gerakannya diulang secara berkala, maka gerakan seperti itu disebut berkala (pergerakan planet mengelilingi Matahari, pergerakan piston di silinder mesin pembakaran internal, dll.). Sistem osilasi, terlepas dari sifat fisiknya, disebut osilator. Contoh osilator adalah beban berosilasi yang tergantung pada pegas atau utas.
Ayunan penuhsatu siklus lengkap gerak osilasi disebut, setelah itu diulang dalam urutan yang sama.
Menurut metode eksitasi, getaran dibagi menjadi:
· Gratis(intrinsik) yang terjadi dalam sistem yang disajikan pada dirinya sendiri di dekat posisi kesetimbangan setelah beberapa dampak awal;
· dipaksa terjadi di bawah tindakan eksternal berkala;
· parametrik, terjadi ketika mengubah parameter apa pun dari sistem osilasi;
· osilasi diri terjadi dalam sistem yang secara independen mengatur aliran pengaruh eksternal.
Setiap gerakan osilasi ditandai amplitudo A - deviasi maksimum titik berosilasi dari posisi keseimbangan.
Getaran suatu titik yang terjadi dengan amplitudo konstan disebut tidak teredam, dan fluktuasi dengan amplitudo yang menurun secara bertahap – kabur.
Waktu yang diperlukan untuk melakukan getaran penuh disebut Titik(T).
Frekuensi getaran periodik adalah jumlah getaran lengkap per satuan waktu. Unit frekuensi osilasi - hertz(Hz). Hertz adalah frekuensi osilasi, yang periodenya sama dengan 1 dtk: 1 Hz = 1 dtk -1 .
berhubung dgn putaranatau frekuensi melingkar getaran periodik adalah jumlah getaran lengkap yang terjadi dalam satu waktu 2p dengan: 
.
\u003d rad / dtk.
Hukum induksi elektromagnetik mendasari teknik listrik modern, serta teknik radio, yang, pada gilirannya, membentuk inti dari industri modern, yang telah sepenuhnya mengubah seluruh peradaban kita. Aplikasi praktis induksi elektromagnetik dimulai hanya setengah abad setelah penemuannya. Saat itu, kemajuan teknologi masih tergolong lambat. Alasan mengapa teknik elektro memainkan peran penting dalam semua kehidupan modern kita adalah karena listrik adalah bentuk energi yang paling nyaman dan justru karena hukum induksi elektromagnetik. Yang terakhir memudahkan untuk memperoleh listrik dari energi mekanik (generator), untuk secara fleksibel mendistribusikan dan mengangkut energi (transformator) dan mengubahnya kembali menjadi energi mekanik (motor listrik) dan jenis energi lainnya, dan semua ini terjadi dengan efisiensi yang sangat tinggi. . Sekitar 50 tahun yang lalu, distribusi energi antara peralatan mesin di pabrik dilakukan melalui sistem poros dan penggerak sabuk yang kompleks - hutan transmisi adalah detail karakteristik "interior" industri pada waktu itu. Peralatan mesin modern dilengkapi dengan motor listrik kompak yang diumpankan melalui sistem kabel listrik tersembunyi.
Industri modern menggunakan sistem catu daya tunggal yang mencakup seluruh negara, dan terkadang beberapa negara tetangga.
Sistem catu daya dimulai dengan generator listrik. Pengoperasian generator didasarkan pada penggunaan langsung hukum induksi elektromagnetik. Secara skematis, generator paling sederhana adalah elektromagnet stasioner (stator), di mana kumparan (rotor) berputar. Arus bolak-balik yang tereksitasi dalam belitan rotor dihilangkan dengan bantuan kontak bergerak khusus - sikat. Karena sulit untuk melewatkan daya besar melalui kontak yang bergerak, rangkaian generator terbalik sering digunakan: elektromagnet yang berputar mengeksitasi arus dalam belitan stator stasioner. Dengan demikian, generator mengubah energi mekanik dari putaran rotor menjadi listrik. Yang terakhir ini digerakkan oleh energi panas (turbin uap atau gas) atau energi mekanik (turbin air).
Di ujung lain sistem catu daya terdapat berbagai aktuator yang menggunakan listrik, yang terpenting adalah motor listrik (electric motor). Yang paling umum, karena kesederhanaannya, adalah apa yang disebut motor asinkron, ditemukan secara independen pada tahun 1885-1887. Fisikawan Httalian Ferraris dan insinyur Kroasia terkenal Tesla (AS). Stator mesin semacam itu adalah elektromagnet kompleks yang menciptakan medan putar. Rotasi medan dicapai dengan menggunakan sistem belitan di mana arus digeser fase. Dalam kasus yang paling sederhana, cukup untuk mengambil superposisi dua bidang dalam arah tegak lurus, yang digeser dalam fase sebesar 90° (Gbr. VI.10).
Bidang seperti itu dapat ditulis sebagai ekspresi kompleks:
yang mewakili vektor dua dimensi dengan panjang konstan, berputar berlawanan arah jarum jam dengan frekuensi o. Meskipun rumus (53.1) mirip dengan representasi kompleks arus bolak-balik di 52, makna fisiknya berbeda. Dalam kasus arus bolak-balik, hanya bagian nyata dari ekspresi kompleks yang memiliki nilai nyata, tetapi di sini nilai kompleks mewakili vektor dua dimensi, dan fasenya tidak hanya fase osilasi komponen medan bolak-balik, tetapi juga mencirikan arah vektor medan (lihat Gambar VI.10).
Dalam teknologi, skema rotasi medan yang agak lebih kompleks biasanya digunakan dengan bantuan apa yang disebut arus tiga fase, yaitu tiga arus, yang fasenya digeser 120 ° relatif satu sama lain. Arus ini menciptakan medan magnet dalam tiga arah, diputar satu relatif terhadap yang lain dengan sudut 120 ° (Gbr. VI.11). Perhatikan bahwa arus tiga fase seperti itu secara otomatis diperoleh dalam generator dengan susunan belitan yang serupa. Arus tiga fase, yang banyak digunakan dalam teknologi, ditemukan
Beras. VI.10. Skema untuk mendapatkan medan magnet yang berputar.
Beras. VI.11. Skema motor asinkron. Untuk kesederhanaan, rotor ditampilkan sebagai satu putaran.
pada tahun 1888 oleh insinyur listrik Rusia yang luar biasa Dolivo-Dobrovolsky, yang membangun di Jerman atas dasar ini saluran listrik teknis pertama di dunia.
Gulungan rotor motor induksi terdiri dari belokan hubung singkat yang paling sederhana. Medan magnet bolak-balik menginduksi arus dalam kumparan, yang mengarah ke rotasi rotor ke arah yang sama dengan medan magnet. Sesuai dengan aturan Lenz, rotor cenderung "mengejar" dengan medan magnet yang berputar. Untuk motor yang dibebani, kecepatan rotor selalu lebih kecil dari medan, karena jika tidak, EMF induksi dan arus di rotor akan berubah menjadi nol. Karenanya namanya - motor asinkron.
Tugas 1. Temukan kecepatan putaran rotor motor induksi tergantung pada beban.
Persamaan untuk arus dalam satu putaran rotor memiliki bentuk
di mana - kecepatan sudut medan yang meluncur relatif terhadap rotor, mencirikan orientasi koil relatif terhadap medan, lokasi koil di rotor (Gbr. VI.12, a). Melewati jumlah kompleks (lihat 52), kami memperoleh solusinya (53.2)
Torsi yang bekerja pada kumparan dalam medan magnet yang sama adalah
Beras. VI.12. Pada masalah motor asinkron. a - putaran belitan rotor di bidang "geser"; b - karakteristik beban mesin.
Biasanya, belitan rotor berisi sejumlah besar belitan dengan jarak yang sama, sehingga penjumlahan lebih dari 9 dapat diganti dengan integrasi, sebagai hasilnya kita mendapatkan torsi total pada poros motor.
di mana adalah jumlah putaran rotor. Grafik ketergantungan ditunjukkan pada Gambar. VI.12, b. Torsi maksimum sesuai dengan frekuensi slip Perhatikan bahwa resistansi ohmik rotor hanya mempengaruhi frekuensi slip, tetapi tidak torsi maksimum motor. Frekuensi slip negatif (rotor “menyalip” medan) sesuai dengan mode generator. Untuk mempertahankan mode ini, perlu untuk mengeluarkan energi eksternal, yang diubah menjadi energi listrik di belitan stator.
Untuk torsi tertentu, frekuensi slip tidak jelas, tetapi hanya mode yang stabil
Elemen utama dari sistem untuk mengubah dan mengangkut listrik adalah transformator yang mengubah tegangan AC. Untuk transmisi listrik jarak jauh, adalah menguntungkan untuk menggunakan tegangan maksimum yang mungkin, hanya dibatasi oleh kerusakan isolasi. Saat ini, saluran transmisi beroperasi dengan tegangan sekitar Untuk daya yang ditransmisikan tertentu, arus dalam saluran berbanding terbalik dengan tegangan, dan rugi-rugi pada saluran turun sebagai kuadrat dari tegangan. Di sisi lain, tegangan yang jauh lebih rendah diperlukan untuk memberi daya pada konsumen listrik, terutama karena alasan kesederhanaan desain (isolasi), serta keamanan. Oleh karena itu perlu adanya transformasi tegangan.
Biasanya transformator terdiri dari dua belitan pada inti besi yang sama (Gbr. VI. 13). Inti besi diperlukan dalam transformator untuk mengurangi fluks nyasar dan oleh karena itu hubungan fluks yang lebih baik antara belitan. Karena besi juga merupakan konduktor, ia melewati variabel
Beras. V1.13. Skema transformator AC.
Beras. VI.14. Skema sabuk Rogowski. Garis putus-putus secara kondisional menunjukkan jalur integrasi.
medan magnet hanya sampai kedalaman yang dangkal (lihat 87). Oleh karena itu, inti-inti trafo harus dibuat laminasi, yaitu berupa kumpulan pelat-pelat tipis yang diisolasi secara elektris satu sama lain. Untuk frekuensi daya 50 Hz, ketebalan pelat yang biasa adalah 0,5 mm. Untuk transformator pada frekuensi tinggi (dalam teknik radio), Anda harus menggunakan pelat yang sangat tipis (mm) atau inti ferit.
Tugas 2. Berapa voltase pelat inti transformator yang harus diisolasi?
Jika jumlah pelat dalam inti dan tegangan per putaran belitan transformator, maka tegangan antara pelat yang berdekatan
Dalam kasus paling sederhana dari tidak adanya aliran yang tersebar, rasio EMF di kedua belitan sebanding dengan jumlah putarannya, karena EMF induksi per putaran ditentukan oleh fluks yang sama di inti. Selain itu, jika rugi-rugi pada trafo kecil, dan tahanan beban besar, maka jelaslah perbandingan tegangan pada belitan primer dan sekunder juga proporsional. Ini adalah prinsip pengoperasian transformator, yang membuatnya mudah untuk mengubah tegangan berkali-kali.
Tugas 3. Temukan rasio transformasi tegangan untuk beban sewenang-wenang.
Mengabaikan kerugian pada transformator dan kebocoran (trafo ideal), kami menulis persamaan untuk arus dalam belitan dalam bentuk (dalam satuan SI)
di mana adalah resistansi beban kompleks (lihat 52) dan ekspresi (51.2) digunakan untuk EMF induksi dari rangkaian kompleks. Dengan bantuan relasi (51.6); Anda dapat menemukan rasio transformasi tegangan tanpa menyelesaikan persamaan (53.6), tetapi hanya dengan membaginya satu dengan yang lain:
Rasio transformasi ternyata sama, oleh karena itu, hanya dengan rasio jumlah belokan pada beban apa pun. Tanda tergantung pada pilihan awal dan akhir belitan.
Untuk menemukan rasio transformasi saat ini, Anda perlu menyelesaikan sistem (53,7), sebagai hasilnya kita dapatkan
Dalam kasus umum, koefisien ternyata menjadi beberapa nilai kompleks, yaitu, pergeseran fasa muncul di antara arus dalam belitan. Yang menarik adalah kasus khusus dari beban kecil, yaitu rasio arus menjadi kebalikan dari rasio tegangan.
Mode trafo ini dapat digunakan untuk mengukur arus tinggi (current transformer). Ternyata transformasi arus sederhana yang sama juga dipertahankan untuk ketergantungan sewenang-wenang arus pada waktu dengan desain khusus transformator arus. Dalam hal ini, ini disebut kumparan Rogowski (Gbr. VI.14) dan merupakan solenoida tertutup fleksibel dengan bentuk sewenang-wenang dengan belitan seragam. Pengoperasian sabuk didasarkan pada hukum kekekalan sirkulasi medan magnet (lihat 33): di mana integrasi dilakukan sepanjang kontur di dalam sabuk (lihat Gambar VI.14), adalah total arus terukur tertutup oleh sabuk. Dengan asumsi bahwa dimensi transversal sabuk cukup kecil, kita dapat menulis ggl induksi yang diinduksi pada sabuk sebagai berikut:
di mana adalah penampang sabuk, a adalah kerapatan belitan, kedua nilai diasumsikan konstan di sepanjang sabuk; di dalam sabuk, jika kerapatan belitan sabuk dan penampangnya 50 konstan sepanjang (53,9).
Konversi sederhana tegangan listrik hanya dimungkinkan untuk arus bolak-balik. Ini menentukan peran yang menentukan dalam industri modern. Dalam kasus di mana arus searah diperlukan, kesulitan yang signifikan muncul. Misalnya, dalam saluran transmisi daya jarak jauh, penggunaan arus searah memberikan keuntungan yang signifikan: kehilangan panas berkurang, karena tidak ada efek kulit (lihat 87) dan tidak ada resonansi
(gelombang) transien ketika menghidupkan - mematikan saluran transmisi, yang panjangnya sesuai dengan urutan panjang gelombang arus bolak-balik (6000 km untuk frekuensi industri 50 Hz). Kesulitannya terletak pada penyearahan arus bolak-balik tegangan tinggi di salah satu ujung saluran transmisi dan membaliknya di ujung lainnya.
