Основные законы электромеханики кратко
Обновлено: 05.07.2024
Электрические машины – это электромеханические преобразователи, в которых
осуществляется преобразование электрической энергии в механическою или
механическую в электрическую.
Законы электромеханики.
Первый закон:
Электромеханическое преобразование энергии не может осуществляется с КПД
равным 100%.
Второй закон:
Все электрические машины обратимы т.е. они могут работать как в двигательном так
и в генераторном режиме.
Третий закон:
Электромеханическое
преобразование
неподвижными относительно друг друга.
энергии
осуществляется
полями
Классификация электрических машин
Электрические
машины
Ёмкостные
Постоянного тока
Независимое
возбуждение
Индукционно ёмкостные
Индукционные
Переменного тока
Синхронные
Асинхронные
Параллельное
возбуждение
Явновыраженный
ротор
КЗР
Последовательное
возбуждение
Не явновыраженный
ротор
ФР
Смешанное
возбуждение
Трансформаторы
Специальные
Эл. машины
Основные законы лежащие в основе принципа
действия электрических машин
Если в проводнике протекает электрический ток, то в окружающем пространстве возникает
электромагнитное поле.
Основные законы электротехники
Предмет электротехники охватывает отрасль прикладных знаний, имеющую целью изучение способов применения электрической энергии в технике и промышленности. Электротехника, благодаря настойчивому труду ученых и инженеров, развивалась гигантскими шагами и быстро завоевала себе одно из самых почетных мест среди прикладных наук.
Основные законы электротехники
ЗАКОН ОМА (по имени немецкого физика Г. Ома (1787-1854)) – единица электрического сопротивления. Обозначение Ом. Ом – сопротивление проводника, между концами которого при силе тока 1 А возникает напряжение 1 В. Определяющее уравнение для электрического сопротивления R = U / I.
Закон Ома является основным законом электротехники, без которого нельзя обойтись при расчете электрических цепей. Взаимосвязь между падением напряжения на проводнике, его сопротивлением и силой тока легко запоминается в виде треугольника, в вершинах которого расположены символы U, I, R.
ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА (по имени английского физика Дж.П.Джоуля и русского физика Э.Х.Ленца) – закон, характеризующий тепловое действие электрического тока.
Согласно закону, количество теплоты Q (в джоулях), выделяющейся в проводнике при прохождении по нему постоянного электрического тока, зависит от силы тока I (в амперах), сопротивления проводника R (в омах) и времени его прохождения t (в секундах): Q = I 2 Rt.
Преобразование электрической энергии в тепловую широко используется в электрических печах и различных электронагревательных приборах. Тот же эффект в электрических машинах и аппаратах приводит к непроизвольным затратам энергии (потере энергии и снижении КПД). Тепло, вызывая нагрев этих устройств, ограничивает их нагрузку. При перегрузке повышение температуры может вызвать повреждение изоляции или сокращение срока службы установки.
ЗАКОН КИРХГОФА (по имени немецкого физика Г.Р.Кирхгофа (1824-1887)) – два основных закона электрических цепей. Первый закон устанавливает связь между суммой токов, направленных к узлу соединения (положительные), и суммой токов, направленных от узла (отрицательные).
Алгебраическая сумма сил токов In, сходящихся в любой точке разветвления проводников (узле), равна нулю, т.е. SUMM(In)= 0. Например, для узла A можно записать: I1 + I2 = I3 + I4 или I1 + I2 – I3 – I4 = 0.
Второй закон устанавливает связь между суммой электродвижущих сил и суммой падений напряжений на сопротивлениях замкнутого контура электрической цепи. Токи, совпадающие с произвольно выбранным направлением обхода контура, считаются положительными, а не совпадающие – отрицательными.
Алгебраическая сумма мгновенных значений ЭДС всех источников напряжения в любом контуре электрической цепи равна алгебраической сумме мгновенных значений падений напряжений на всех сопротивлениях того же контура SUMM(En)=SUMM(InRn). Переставив SUMM(InRn) в левую часть уравнения, получим SUMM(En) – SUMM(InRn) = 0. Алгебраическая сумма мгновенных значений напряжений на всех элементах замкнутого контура электрической цепи равна нулю.
ЗАКОН ПОЛНОГО ТОКА один из основных законов электромагнитного поля. Устанавливает взаимосвязь между магнитной силой и величиной тока, проходящего через поверхность. Под полным током понимается алгебраическая сумма токов, пронизывающих поверхность, ограниченную замкнутым контуром.
Намагничивающая сила вдоль контура равна полному току, проходящему сквозь поверхность, ограниченную этим контуром. В общем случае напряженность поля на различных участках магнитной линии может иметь разные значения, и тогда намагничивающая сила будет равна сумме намагничивающих сил каждой линии.
ЗАКОН ЛЕНЦА - основное правило, охватывающее все случаи электромагнитной индукции и позволяющее установить направление возникающей э.д.с. индукции.
Согласно закону Ленца это направление во всех случаях таково, что ток, созданный возникшей э.д.с., препятствует тем изменениям, которые вызвали появление э.д.с. индукции. Этот закон является качественной формулировкой закона сохранения энергии в применении к электромагнитной индукции.
ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ , закон Фарадея – закон, устанавливающий взаимосвязь между магнитными и электрическими явлениями. ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром. Величина ЭДС поля зависит от скорости изменения магнитного потока.
ЗАКОНЫ ФАРАДЕЯ (по имени английского физика М.Фарадея (1791-1867)) – основные законы электролиза.
Устанавливают взаимосвязь между количеством электричества, проходящего через электропроводящий раствор (электролит), и количеством вещества, выделяющегося на электродах.
При пропускании через электролит постоянного тока I в течение секунды q = It, m = kIt.
Второй закон ФАРАДЕЯ: электрохимические эквиваленты элементов прямо пропорциональны их химическим эквивалентам.
ПРАВИЛО БУРАВЧИКА — правило, позволяющее определить направление магнитного поля, зависящее от направления электрического тока. При совпадении поступательного движения буравчика с протекающим током направление вращения его рукоятки указывает направление магнитных линий. Или при совпадении направления вращения рукоятки буравчика с направлением тока в контуре поступательное движение буравчика указывает направление магнитных линий, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром.
ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ — правило, позволяющее определить направление электромагнитной силы. Если ладонь левой руки расположена так, что вектор магнитной индукции входит в нее (вытянутые четыре пальца совпадают с направлением тока), то отогнутый под прямым углом большой палец левой руки показывает направление электромагнитной силы.
Правило левой руки
ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ — правило, позволяющее определить направление наведенной эдс электромагнитной индукции. Ладонь правой руки располагают так, чтобы магнитные линии входили в нее. Отогнутый под прямым углом большой палец совмещают с направлением движения проводника. Вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированной эдс.
Электромеханика — это раздел электротехники, в котором рассматриваются принципы применения и эксплуатации электрических машин, а также принципы электромеханического преобразования.
Предметом электромеханики выступает управление режимами работы электрических машин, а также регулировка характеристик и параметров процесса преобразования электроэнергии в механическую и механической в электрическую, в том числе ее трансформация и генерирование.
Главной научной работой в области электромеханики считается работа, написанная в 1891 году ученым из Швейцарии Энгельбертом Арнольдом, которая посвящена теории и проектированию обмоток электромашин. Благодаря таким учеными, как Блондель, Парк, Крон и Копылов была разработана теория установившихся режимов работы электрических машин. Блондель, в 1895 году стал автором метода двух реакций, который использовался для анализа работы синхронных машин, а в 1929 году Парк, применив данный метод, смог вывести дифференциальное уравнение синхронной машины. В период с 1938 по 1942 год Крон смог создать обобщенную теорию электрических машин и разработать методы матричного и тензорного анализа электрических машин и цепей. Копыловым, в 1963 году, была предложена математическая модель электромеханического преобразователя для несинусоидального магнитного поля в воздушном зазоре, которая может быть использована для симметричных и несимметричных машин с любым количеством фаз обмоток статора и ротора. Законы и положения электромеханики широко используются в таких областях, как тепловая физика, электродинамика и механика.
К основным законам, которые используются в электромеханике относятся:
- Закон электромагнитных сил.
- Закон электромагнитной индукции Фарадея.
- Закон полного тока для магнитной цепи.
Закон полного тока для магнитной цепи или первое уравнение Максвелла выглядит следующим образом:
Рисунок 1. Первое уравнение Максвелла. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где: Н — вектор напряжения магнитного поля; dl – простое перемещение вдоль некоторого пути в магнитном поле; i – полный ток, который охватывается контуром интегрирования.
Закон электромагнитной индукции Фарадея выглядит следующим образом:
$E = –(dФ / dt) = B * l * v$
где: Е — электродвижущая сила; Ф — магнитный поток; В — магнитная индукция в рассматриваемой точке; l – активная длина проводника, находящаяся в границах магнитного поля с индукцией В и расположенного в плоскости, которая перпендикулярна к направлению магнитных силовых линий; v – скорость проводника в плоскости, которая нормальная по отношению к индукции В и перпендикулярная к активной длине проводника.
Готовые работы на аналогичную тему
Закон электромагнитных сила или закон Ампера выглядит следующим образом:
Основные уравнения и вопросы электромеханики
К основным уравнениям электромеханики относятся уравнения электромагнитного момента, равновесия напряжения в электрической машине, а также основное уравнение электрической машины.
Основное уравнения электрической машины — это уравнение, которое связывает между собой длину ротора и его диаметр с мощностью двигателя, а также с числом оборотов за 60 секунд.
Основное уравнение электрических машин имеет следующий математический вид:
Рисунок 2. Основное уравнение электрических машин. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: D – диаметр ротора; l – длина ротора; n1 – синхронная скорость вращения ротора за одну минуту и равная скорости вращения первой гармоники обмотки статора; Р — мощность электрической машины; cosф — коэффициент мощности; k1 – коэффициент, который учитывает воздействие распределения обмотки в пазах и воздействие укорочения шага обмотки (обмоточный коэффициент); Bm – амплитуда составляющей магнитной индукции в зазоре электрической машины; А — линейная нагрузка.
Уравнение электромагнитного момента выглядит по-разному для асинхронной и синхронной машины. Для синхронной машины оно выглядит следующим образом:
Рисунок 3. Уравнение электромагнитного момента для синхронной машины. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
А для асинхронной имеет следующий вид:
Рисунок 4. Уравнение электромагнитного момента для асинхронной машины. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где: ms – количество фаз в обмотке статора; р — количество пар полюсов; Us – действующее значение напряжения статора; ws – частота электрического тока статора; R’r – активное сопротивление, которое приведено в статору; Rs - активное сопротивление фазной обмотки статора; Lk – индуктивное сопротивление короткого замыкания; Е — электродвижущая сила; xd – продольное синхронное индуктивное сопротивление обмотки статора; xq – поперечное синхронное индуктивное сопротивление обмотки статора.
Уравнение равновесия напряжений обмотки электромашины представляет собой уравнение, которое составлено согласно второму закону Кирхгофа для асинхронной машины, в состав которой входит короткозамкнутый ротор, оно имеет следующий вид:
Рисунок 5. Уравнение равновесия напряжений обмотки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где: Us – фазное напряжение статора машины; Is – фазный ток статора; Ir – фазный ток ротора; Rr- активное сопротивление обмоток ротора; Rs – активное сопротивление обмоток статора; Es и Еr – электродвижущие силы,которые индуктированы в обмотках статора и ротора.
К основным вопросам, которые рассматриваются электромеханикой, относятся:
2015-07-16 Теория Один комментарий
Здравствуйте. Как я и обещал в статье Электричество. Основные понятия , в этой части мы продолжим знакомство с основами электротехники, на этот раз рассмотрим основные электротехнические законы.
Начнем наверное с основного закона в электротехнике — закона Ома, открытого в 1826 году немецким физиком Георгом Омом. Я думаю многие о нем слышали и знают, но я все таки напомню:
Сила тока участка электрической цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку и обратно пропорциональна его сопротивлению.
В виде формулы это выглядит так:
I – сила тока, идущего через участок цепи (измеряется в амперах);
U – напряжение на участке цепи (измеряется в вольтах);
R – сопротивление участка цепи (измеряется в Омах);
Для лучшего запоминания закона Ома очень удобно пользоваться вот таким треугольником:
Для нахождения нужного значения, закрываем его пальцем и два оставшихся подскажут, как его найти. Если значения расположены на одном уровне, то значит их необходимо перемножить. Если значения расположены на разном уровне, то тогда необходимо разделить верхний параметр на нижний.
Закон Джоуля — Ленца
Закон Джоуля — Ленца — это физический закон теплового действия электрического тока. Открыт в 1840 году независимо Джеймсом Джоулем и Эмилием Ленцом.
Закон Джоуля — Ленца гласит:
Количество теплоты, выделяемой в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени протекания.
В виде математической формулы это выражение имеет вид:
Q — количество теплоты, выделяемое током (Дж);
I — сила тока, проходящего по проводнику (А);
R — это сопротивление, оказываемое проводником (Ом);
t — время, затрачиваемое на прохождение тока ©;
Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме выглядит так:
Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину электрического поля
w — мощность выделения тепла в единице объёма;
— плотность электрического тока;
— напряжённость электрического поля;
σ — проводимость среды;
Законы Кирхгофа
Законы Кирхгофа устанавливают соотношения между токами и напряжениями в электрических цепях. Законы Кирхгофа имеют особое значение в электротехнике из-за своей универсальности, так как пригодны для решения любых электротехнических задач.
Первый закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в любом узле любой цепи равна нулю .
Или другими словами сумма всех токов, втекающих в узел, равна сумме всех токов, вытекающих из узла.
Рассмотрим первый закон Кирхгофа на примере:
Здесь I2 и I4 — приходящие токи, а I1 и I3 — вытекающие токи
Тогда по правилу Кирхгофа можно записать:
I1 + I2 — I3 +I4 = 0 или I2 + I4 = I1+ I3
Второй закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений по любому замкнутому контуру цепи равна алгебраической сумме ЭДС, действующих вдоль этого же контура.
Иными словами, при полном обходе контура потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Частным случаем второго правила для цепи, состоящей из одного контура, является закон Ома для этой цепи.
При составлении уравнения напряжений для контура нужно выбрать положительное направление обхода контура. При этом падение напряжения на ветви считают положительным, если направление обхода данной ветви совпадает с ранее выбранным направлением тока ветви, и отрицательным — в противном случае.
Правила Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных цепей при любом характере изменения во времени токов и напряжений.
Читайте также: