Работу электромагнитных цепей обычно поясняют используя законы электро-магнитной индукции Ф-Максвелла и Ампера.

Закон э/м индукции в формулировке Фарадея записывается след-м образом.

где dP магнитное значение магнитного потока в пост токе эл. поля.

На концах катушки, число витков W, возникает ЭДС инд. Пропорциональное скорости изменения потока сцепления пронизывающего данную катушку

Если в однородном магн. поле равномерно вращается рамка, то в ней возникает переменная ЭДС. (Генератор)

Если по рамке, помещенной в магн. поле пропускать эл. ток то на нее будет действовать вращающий момент M=pmB и рамка начнет вращаться. Принцип работы эл. двигателей

Закон Ампера

Поясняет взаимное преобразование электроэнергии в механич. Он установил связь между магнитным полем и проводником с эл. током В этом случае со стороны магнитного поля действует сила на проводник, величина которой определяется выражением

Направление силы определяется по правилу левой руки .

Вывод. Для превращения электроэнергии в механическую необходимо наличие выполнения 2-х условий:

Наличие магнитного поля.

Проводника с током

С помощью закона ампера поясняется принцип действия электродвигателей.

5-2

Если нагрузка несимметрична и соединяется по схеме Y то токи в фазах не равны, следовательно, падения напряжений в фазах не одинаково что приводит к перекосу фазных напряжений, т.е. . Это сильно влияет на работу нагрузки и потребители могут выходить из строя, для того чтобы этого не случилось при несимметричной нагрузке обязательно используют 0-й или нейтральный провод, который соединяет нулевые точки потребителей и генераторов или трансформаторов.

По I закону Кирхгофа: ; если нет нулевого провода то напряжение меняется. Основное назначение 0-го провода – выравнивание фазного напряжения.

Векторная диаграмма для 4-х проводной 3-х фазной системы.

Явление самоиндукции и взаимоиндукции.

Если взять 2 катушки с числом витков W1 и W2 и поместить их в непосредственной близости друг от друга, то при подведении переменного тока в 1-й катушки возникает ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции а во второй – ЭДС взаимной индукции и и мгновенного значение, которое можно записать следующим образом.

где L индуктивность катушки

где М – коэффициент взаимоиндукции.

На этом принципе работает трансформатор.

Активные и пассивные элементы цепей переменного тока. Идеальные элементы R , L и C в цепи переменного тока. Векторные диаграммы для напряжений. Цепи переменного тока со смешанным соединением элементов R , L и C . Векторная диаграмма для последовательного соединения элементов. Активное, реактивное и полное сопротивление цепи. Треугольник сопротивлений и треугольник мощностей.

Активные элементы вносят энергию в электрическую цепь, а пассивные ее потребляют.

Пассивные элементы:

Резистивным сопротивлением называется идеализированный элемент электрической цепи, обладающий свойством необратимого рассеивания энергии. Напряжение и ток на резистивном сопротивлении связаны между собой: u = iR, i = Gu. Коэффициент R -сопротивление и G –проводимость. Индуктивным элементом называется идеализированный элемент электрической цепи, обладающий свойством накопления им энергии магнитного поля. Линейная индуктивность характеризуется зависимостью между потокосцеплением ψ(пси) и током i, ψ = Li. Напряжение и ток связаны u = dψ/dt = L(di/dt) L – индуктивность. Емкостным элементом называется идеализированный элемент электрической цепи, обладающий свойством накапливания энергии электрического поля. Линейная емкость характеризуется линейной зависимостью между зарядом и напряжением, q = Cu (С - емкость). Напряжение и ток емкости связаны i = dq/dt =C(du/dt).

Активные элементы электрических цепей элементы цепи, которые отдают энергию в цепь, т.е. источники энергии. Существуют независимые и зависимые источники. Независимые источники: источник напряжения и источник тока. Источник напряжения - идеализированный элемент электрической цепи, напряжение на зажимах которого не зависит от протекающего через него тока. Внутреннее сопротивление идеального источника напряжения равно нулю. Источник тока – это идеализированный элемент электрической цепи, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах.

В цепях переменного тока выделяют следующие виды сопротивлений.

Активное. Активным называют сопротивление резистора. Единицей измерения сопротивления является Ом. Сопротивление резистора не зависит от частоты.

Реактивное. В разделе реактивные выделяют три вида сопротивлений: индуктивное xL и емкостное хс и собственно реактивное. Для индуктивного сопротивления выше была получена формула X_L = ωL. Единицей измерения индуктивного сопротивления также является Ом. Величина xL линейно зависит от частоты.

Для емкостного сопротивления выше была получена формула X_C = 1 / ωC. Единицей измерения емкостного сопротивления является Ом. Величина хс зависит от частоты по обратно-пропорциональному закону. Просто реактивным сопротивлением цепи называют величину X = X_L - X_C.

Полное сопротивление. Полным сопротивлением цепи называют величину

.

Из этого соотношения следует, что сопротивления Z, R и X образуют треугольник: Z – гипотенуза, R и X – катеты. Для удобства в этом треугольнике рассматривают угол φ, который определяют уравнением

φ = arctg((X_L - X_C) / R),

и называют углом сдвига фаз.

Для варианта X_L > X_C угол φ > 0, U_L > U_C. Ток отстает от напряжения на угол φ. Цепь имеет активно-индуктивный характер. Векторная диаграмма напряжений имеет вид.

Для варианта X_L < X_C угол φ < 0, U_L < U_C. Ток опережает напряжение на угол φ. Цепь имеет активно-емкостный характер. Векторная диаграмма напряжений имеет вид.

Для варианта X_L = X_C угол φ = 0, U_L = U_C. Ток совпадает с напряжением. Цепь имеет активный характер. Полное сопротивление z=R наименьшее из всех возможных значений X_L и X_C. Векторная диаграмма напряжений имеет вид.

Этот режим называется резонанс напряжений (U_L = U_C). Напряжения на элементах U_L и U_C могут значительно превышать входное напряжение.

В случае смешанного соединения имеются участки с последовательным и параллельным соединением элементов.

Расчет схемы можно начать с определения общего сопротивления цепи формуле:

.

Далее определим ток, потребляемый из источника (входной ток):

.

Зная ток можно найти падения напряжений на участках цепи. На участке 1-2:   , а на участке 2-3:  .

По найденным напряжениям рассчитаем токи IR2 и IL:

и .