elektromagnetisme-de relatie tussen elektriciteit en magnetisme — is het onderliggende principe voor de werking van elektromotoren, evenals generatoren en transformatoren. En hoewel de meesten van ons geen motoren (of generatoren of transformatoren) vanaf nul ontwerpen, is het handig om een basiskennis te hebben van de concepten en wetten die hun werking bepalen.,het fundament van elektromagnetisme is gelegd in Maxwell ’s equations — een verzameling van vier vergelijkingen ontwikkeld door James Clerk Maxwell in de vroege jaren 1860. in dit artikel zullen we Faraday’ s wet van elektromagnetische inductie bekijken, die de basis vormt van een van Maxwell ‘ s vergelijkingen. We zullen ook kijken naar Lenz ’s wet, die Faraday’ s wet in toom houdt.,
Faraday ’s law of electromagnetic induction
Michael Faraday ontdekte het verband tussen magnetische velden en elektriciteit (elektromagnetisme) in de jaren 1830, en hoewel Faraday veel bijdragen leverde aan de studie van elektriciteit en magnetisme, is een van de belangrijkste Faraday’ s law of electromagnetic induction, waarin staat:
elke verandering in de magnetische omgeving van een draadspoel (een geleider) veroorzaakt een spanning (EMF) in de spoel. En als de spoel (geleider circuit) is gesloten, stroom zal stromen.,
de oorzaak van de verandering in de magnetische omgeving doet er niet toe — het kan worden veroorzaakt door het veranderen van de sterkte van het magnetische veld, door de magneet naar en van de spoel te bewegen, door de spoel in en uit het magnetische veld te bewegen, of door de spoel ten opzichte van het magnetische veld te roteren. Zolang er een relatieve beweging is tussen het magnetische veld en de spoel, wordt een spanning opgewekt.,
beeld door: IGCSE Physics
De wiskundige uitdrukking voor Faraday ‘ s law of electromagnetic induction toont aan dat de geïnduceerde spanning gelijk is aan het aantal windingen in de spoel vermenigvuldigd met de op tijd gebaseerde verandering van de magnetische flux.,
ε = geïnduceerde emf (V)
N = aantal windingen van de spoel
Φ = magnetische flux (Wb, V·s)
t = tijd (s)
Merk op dat de magnetische flux (Φ) is het product van het magnetisch veld (B) en de oppervlakte van de spoel (A): φ = BA
wet van Lenz
Het minteken (“-“) aan de rechterkant van de vergelijking hierboven komt uit de wet van Lenz en geeft aan dat de geïnduceerde emf treedt op in de tegenovergestelde richting van de magnetische flux.,
de wet van Lenz zorgt ervoor dat de wet van Faraday houdt zich aan het principe dat energie behouden dienen te worden, waaruit blijkt dat:
Wanneer emf (spanning) wordt gegenereerd door een verandering in de magnetische flux, de polariteit van de geïnduceerde emf genereert een stroom waarvan het magnetische veld in een richting die zich verzet tegen de wijziging die het geproduceerd (het oorspronkelijke magnetische veld).
met andere woorden, het geïnduceerde magnetische veld werkt altijd om de magnetische flux constant te houden., Als de magnetische flux zou afnemen, zou het magnetische veld gecreëerd door de geïnduceerde stroom eraan toevoegen. En als de magnetische flux zou toenemen, zou het magnetische veld gecreëerd door de geïnduceerde stroom ervan aftrekken. In beide gevallen blijft de totale magnetische flux constant.
evenzo zal de geïnduceerde emf zich verzetten tegen de verandering die het veroorzaakte. Met andere woorden, de geïnduceerde emf (spanning) zal in een richting tegenovergesteld zijn aan de spanning die het veroorzaakte. In een motor betekent dit dat de geïnduceerde emf (gewoonlijk aangeduid als back emf) tegen de voedingsspanning is.,
Supply = 195 V
Back emf = -45 V
netspanning in circuit (V = IR) = 10 * 15 = 150 V
195 v + -45 v = 150 v
back EMF is direct gerelateerd aan het motortoerental: als het motortoerental toeneemt, doet back emf dat ook, en vice versa. Daarom hebben bijvoorbeeld de koppel-en toerentalkenmerken van een gelijkstroommotor een omgekeerde, lineaire relatie.
naarmate de belasting (koppel) van de motor wordt verhoogd, vertraagt de motor., Hoe langzamer de motor draait, hoe lager de back emf (tegenover de voedingsspanning) en hoe minder spanning de motor gebruikt om deze back emf te overwinnen. Daarom nemen de spanning en stroom over de motor toe. Met deze extra stroom kan de motor het extra koppel produceren dat hij nodig heeft om zijn snelheid te herwinnen met de verhoogde belasting.
schema en voorbeeld uit New South Wales, Department of Education and Training, 2007.