Grundlæggende om elektromagnetisme for maskiningeniører

elektromagnetisme — forholdet mellem elektricitet og magnetisme — er det underliggende princip for driften af elektriske motorer såvel som generatorer og transformatorer. Og selvom de fleste af os ikke designer motorer (eller generatorer eller transformere) fra bunden, er det nyttigt at have en grundlæggende forståelse af de begreber og love, der driver deres drift.,

grundlaget for elektromagnetismen er lagt ud i Maxwells ligninger — et sæt af fire ligninger, der er udviklet af James Clerk Maxwell i begyndelsen af 1860’erne. I denne artikel vil vi se på Faraday ‘s lov af elektromagnetisk induktion, som danner grundlag af en af Maxwell’ s ligninger. Vi vil også se på Len. ‘ s Lov, som holder Faradays lov i skak.,

Faraday ‘s lov af elektromagnetisk induktion

Michael Faraday opdagede forholdet mellem magnetfelter og elektricitet (elektromagnetisme) i 1830’erne, og selv om Faraday gjort mange bidrag til studiet af elektricitet og magnetisme, en af de vigtigste er, Faraday’ s lov af elektromagnetisk induktion, hvori det hedder:

Enhver ændring til de magnetiske miljø af en spole af tråd, (dirigent), vil medføre en spænding (emf) til at blive induceret i spolen. Og hvis spolen (lederkredsløb) er lukket, vil strømmen strømme.,

årsagen til ændringen i magnetisk miljø gør ikke noget — det kunne være forårsaget af ændring af den magnetiske feltstyrke, ved at flytte magneten mod og væk fra spolen ved at flytte spole ind og ud af det magnetiske felt, eller ved at dreje spolen i forhold til det magnetiske felt. Så længe der er relativ bevægelse mellem magnetfeltet og spolen, induceres en spænding.,

Den matematiske udtryk for Faraday ‘ s lov af elektromagnetisk induktion viser, at den inducerede spænding er lig med antallet af vindinger i spolen ganges med den tid, baseret på ændring af den magnetiske flux.,

ε = emf-induceret (V)

N = antal vindinger spole

Φ = magnetisk flux (Wb, V·s)

t = tid (s)

Bemærk, at magnetiske flux (Φ) er et produkt af det magnetiske felt (B) og den del af spolen (A): φ = BA

Lenz ‘ s lov

De negative tegn (“-“) på højre side af ligningen ovenfor, kommer fra Lenz ‘ s lov, og angiver, at emf-induceret sker i den modsatte retning i forhold til den magnetiske flux.,

Lenz ‘s lov, der sikrer, at Faraday’ s lov, overholder princippet om, at energien skal bevares, hvori det hed:

Når emf (spænding) er genereret af en ændring i den magnetiske flux, polariteten af den inducerede emf genererer en strøm, hvis magnetfelt er i en retning, der er imod forandring, der har produceret det (den oprindelige magnetfelt).

med andre ord fungerer det inducerede magnetfelt altid for at holde den magnetiske Flu.konstant., Hvis den magnetiske Flu.faldt, ville magnetfeltet skabt af den inducerede strøm tilføje det. Og hvis den magnetiske Flu.steg, ville magnetfeltet skabt af den inducerede strøm trække fra det. I begge tilfælde forbliver den samlede magnetiske Flu.konstant.

ligeledes vil den inducerede emf modsætte sig den ændring, der skabte den. Med andre ord vil den inducerede emf (spænding) være i en retning modsat den spænding, der skabte den. I en motor betyder det, at den inducerede emf (almindeligvis benævnt back emf) modsætter forsyningsspændingen.,

Levering = 195 V

Tilbage emf = -45 V

Net spænding i kredsløb (V = IR) = 10 * 15 = 150 V

195 V + -45 V = 150 V

Tilbage emf er direkte relateret til motor hastighed: når motorens hastighed øges, så falder tilbage emf, og vice-versa. Dette er grunden til, for eksempel, en DC-motorens drejningsmoment og hastighedsegenskaber har et omvendt, lineært forhold.

da belastningen (drejningsmoment) på motoren øges, sænkes motoren., Jo langsommere motoren drejer, jo lavere er den bageste emf (modsat forsyningsspændingen), og jo mindre spænding motoren bruger bare for at overvinde denne tilbage emf. Derfor øges spændingen og strømmen over motoren. Denne ekstra strøm gør det muligt for motoren at producere det ekstra drejningsmoment, den har brug for for at genvinde sin hastighed med den øgede belastning.

kredsløbsdiagram og eksempel taget fra ne.South .ales, Department of Education and Training, 2007.