Катушка постоянного и переменного напряжения. Большая энциклопедия нефти и газа
Цели
После проведения данного эксперимента. Вы сможете продемонстрировать и сформулировать эффект индуктивности в цепи постоянного тока.
Необходимые принадлежности
* Цифровой мультиметр
* Источник постоянного напряжения (от 9 до 15 В)
* Силовой трансформатор
* Неоновая лампа (NE-2) с проволочными выводами
ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
Индуктивность - это свойство электронного компонента противодействовать изменениям тока, протекающего через данный компонент.
Индуктивностью обладают компоненты, которые называются катушками индуктивности, соленоидами или дросселями. Если ток, протекающий в катушке индуктивности, изменяется, свойство индуктивности противодействует такому изменению тока. Если ток увеличивается, катушка индуктивности препятствует росту тока. Если ток уменьшается, катушка индуктивности снова пытается сохранить ток без изменения. Эффект индуктивности заметен в первую очередь в тех схемах, где используется переменный ток. Противодействие переменному току, оказываемое катушкой индуктивности, называется индуктивным сопротивлением. Подобно сопротивлению резистора индуктивное сопротивление оказывает фиксированное противодействие, которое контролирует уровень тока в схеме.
В схемах постоянного тока, в которых ток обычно имеет фиксированное значение, определяемое сопротивлениями и напряжениями, катушки индуктивности обычно имеют лишь незначительный эффект или вообще не имеют никакого эффекта. Тем не менее, они оказывают влияние на постоянный ток, и важно ясно представлять себе это явление.
Катушки индуктивности в схемах постоянного тока
Первичным назначением катушки индуктивности в схеме постоянного тока является оказание противодействия в форме сопротивления. Катушки индуктивности обычно представляют собой проволочные спирали, которые создают сопротивление. Хотя резистивное сопротивление катушки индуктивности обычно низко, катушка создает противодействие. В дополнение мощность рассеивается сопротивлением катушки индуктивности.
Эффекты индуктивности проявляются, когда изменяется ток в цепи постоянного тока. Хотя ток обычно имеет фиксированную величину в работающей схеме постоянного тока, не забывайте также, что необходимо еще включать и выключать
схему. Когда ток первоначально подается в схему или удаляется их схемы, имеет место его значительное изменение. Такое изменение тока заставляет катушку индуктивности противодействовать этому изменению. В результате появляется наведенное (индуктированное) напряжение, которое, как и в схеме переменного тока, противодействует изменению тока.
Наиболее значительный эффект достигается в том случае, когда ток через катушку индуктивности внезапно подавляется. Магнитное поле вокруг катушки индуктивности исчезает, индуцируя очень высокое напряжение в катушке. Это напряжение может даже приводить к повреждениям компонентов в некоторых случаях. В других применениях, наоборот, используется преимущество этого эффекта с целью формирования очень высокого напряжения для питания тех или иных специальных компонентов или цепей. Примерами могут служить трансформаторы строчной развертки в телевизионных приемниках и катушки зажигания в системах зажигания автомобилей.
Краткое содержание
В данном эксперименте Вы будете знакомиться с эффектами катушки индуктивности в схеме постоянного тока.
ПРОЦЕДУРА
1. Для данного эксперимента Вы будет использовать первичную обмотку трансформатора. Эта обмотка идентифицируется двумя черными выводами. Все другие выводы игнорируйте.
Измерьте сопротивление катушки индуктивности. -апишите полученное значение.
Сопротивление постоянному току = _____ Ом
2. Предскажите, какой величины ток может быть в катушке индуктивности, если к ней приложить напряжение 15В от источника питания. Ток = ____ мА
3. Подключите источник питания 15 В к катушке индуктивности и измерьте постоянный ток, протекающий через катушку. Обратитесь к рисунку 13-1. -апишите величину протекающего тока.
Измеренный ток = _____ мА
Рис. 13-1. Первичная обмотка, используемая в качестве катушки индуктивности.
4. Какой эффект оказывает источник на катушку индуктивности, и какой эффект оказывает катушка индуктивности на ток в цепи?
5. Рассмотрите неоновую лампу. Это маленькая стеклянная лампочка с тонкими проволочными выводами. Подключите неоновую лампу параллельно с катушкой индуктивности, как показано на рисунке 13-2. Неоновая лампа загорится только в том случае, если напряжение на ее выводах превышает приблизительно 70-90В.
6. Приложите напряжение 15В от источника питания к катушке индуктивности, как показано
на рисунке 13-2. -аметьте состояние неоновой лампы. Включена или выключена неоновая лампа?
Состояние лампы ________________
Рис. 13-2.
7. Отсоедините один вывод катушки индуктивности от источника питания и снова заметьте состояние неоновой лампы.
Состояние лампы ________________
8. Повторите шаги 6 и 7 несколько раз, чтобы наверняка увидеть, что происходит.
9. Объясните эффект, который Вы наблюдаете в шагах 7 и 8.
ОБЗОРНЫЕ ВОПРОСЫ
I. Катушка индуктивности противодействует изменениям;
а) напряжения,
в) сопротивления,
г) индуктивности.
2. Другое название для катушки индуктивности:
а) трансформатор,
б) магнит,
в) соленоид,
г) дроссель.
3. Все катушки (соленоиды) имеют сопротивление:
а) высказывание истинно,
б) высказывание ложно.
4. Противодействие постоянному току, оказываемое катушкой индуктивности, называется:
а) индуктивностью,
б) сопротивлением,
в) реактивным сопротивлением,
г) полным сопротивлением.
а) включается,
По закону Ома, в замкнутой цепи постоянного тока
напряжение на зажимах источника меньше ЭДС
U = IR; U = E - Ir
Резистор в цепи переменного тока
Р
ассмотрим
схему, состоящую из источника переменного
тока, резистора и идеальных проводов.
Предположим, что напряжение на резисторе
изменяется по гармоническому закону
U = U 0 cos ω t .
Найдем силу тока, протекающего через резистор.
По закону Ома для участка цепи
I=U/R ==> I = I 0 cos ω t
Амплитуда силы тока I 0 = U 0 / R
Ток и напряжение изменяются по одинаковому гармоническому закону (косинуса), то есть совпадают по фазе. Это означает, что, например, в тот момент времени, когда в цепи максимальна сила тока, напряжение на резисторе также максимально.
Конденсатор в цепи переменного тока
Включим конденсатор в цепь постоянного тока. Некоторый заряд перетечет от источника тока на обкладки конденсатора.В цепи возникает кратковременный импульс зарядного тока. Конденсатор заряжается до напряжения источника, после чего ток прекращается. Через конденсатор постоянный ток течь не может!
Р
ассмотрим
процессы, происходящие при включении
конденсатора в цепь переменного тока
зарядный ток
Через диэлектрик, разделяющий обкладки конденсатора, электрический ток протекать, как и прежде, не может. Но в результате периодически повторяющихся процессов зарядки и разрядки конденсатора в цепи появится переменный ток.
Если напряжение в цепи изменяется по гармоническому закону,
U = U 0 cos ωt
то заряд на обкладках конденсатора изменяется
также по гармоническому закону
q=Cu = CU 0 cos ω t
и силу тока в цепи можно найти как производную заряда
i = q /
i= -CU 0 ω sin ω t = CU 0 ω cos(ω t+π/2),
i= I 0 ω cos(ω t+π/2)
Амплитуда силы тока I 0 = CU 0 ω
Из полученной формулы видно, что в любой момент времени
фаза тока больше фазы напряжения на π /2.
В цепи переменного напряжение на конденсаторе тока отстает по фазе от тока на π /2, или на четверть периода.
Емкостное сопротивление
Величину
называют емкостным сопротивлением.
Связь между амплитудными значениями силы тока и напряжения формально совпадает с законом Ома для участка цепи
Такое же соотношение выполняется для действующих значений силы тока и напряжения .
Емкостное сопротивление конденсатора зависит от частоты переменного напряжения. С увеличением частоты колебаний напряжения емкостное сопротивление уменьшается, поэтому амплитуда силы тока увеличивается прямо пропорционально частоте I 0 = CU 0 ω.
При уменьшении частоты амплитуда силы тока уменьшается и при ω=0 обращается в 0. Отметим, что нулевая частота колебаний означает, что в цепи протекает постоянный ток .
Катушка индуктивности в цепи переменного тока
Мы предполагаем, что катушка индуктивности обладает пренебрежимо малым активным сопротивлением R. Такой элемент включать в цепь постоянного тока нельзя, потому что произойдет короткое замыкание.
В цепи переменного тока мгновенному нарастанию силы тока препятствует ЭДС самоиндукции. При этом для сверхпроводника e i +u=0.
Используя закон Фарадея для самоиндукции e i = -Li / ,
можно показать, что, если сила тока в цепи изменяется по гармоническому закону
Cтраница 1
Катушки переменного тока, у которых температура сердечника значительно выше температуры внутренней поверхности катушки. Поэтому обмотка дополнительно подогревается сердечником. Потери в экранирующем витке учитываются, если он расположен на сердечнике внутри катушки. Такие конструкция электромагнитов редки.
Катушки переменного тока питаются от звукового генератора через усилитель типа ТУ-5. Это позволяет проводить испытания в диапазоне частот от 50 до 10000 герц.
Катушки переменного тока выпускаются на определенные значения напряжения и частоты.
Катушки переменного тока соленоидных приводов, реле, автоматических выключателей и других аппаратов могут быть пересчитаны на другое напряжение по тому же методу, что и катушки тормозных электромагнитов переменного тока.
Катушка переменного тока параллельного включения рассчитывается с учетом допустимого снижения напряжения сети.
Катушку переменного тока с параметрами Un 220 в, / 5 а, / 50 щ и потребляемой мощностью Рн 400 вт необходимо питать от сети постоянного тока напряжением U 200 в. Какое добавочное сопротивление / - р (реостат) следует включить последовательно в цепь, чтобы получить номинальное значение тока (5 а) в катушке. Чему равна индуктивность L катушки.
Катушку переменного тока с параметрами Utt 220 в, Ун 5 а, / 50 гц и потребляемой мощностью Рн 400 ет необходимо питать от сети постоянного тока напряжением U 200 в. Какое трбавочное сопротивление гр (реостат) следует включить последовательно в цепь, чтобы получить номинальное значение тока (5 а) в катушке. Чему равна индуктивность L катушки.
Для катушек переменного тока выбирают провода с более падежной изоляцией, так как в случае меж-дувнткового замыкания в короткозамкнутых витках наводится большой ток и они недопустимо перегреваются. Для катушек постоянного тока незначительное число короткозамкнутых витков обычно не является опасным, поэтому для них может применяться провод любой марки с изоляцией, соответствующей нагреву катушки.
Расчет катушки переменного тока мало отличается от расчета катушки постоянного тока, приведенного в гл.
Кроме катушек переменного тока ТРПШ имеет две катушки постоянного П 5ФШ тока - катушки подмагни - nj - 1-чивания (шп), расположен - - щ Г ные на шунтах и соединен - ные последовательно.
Для катушек АЭМП переменного тока исходным расчетным параметром является число витков w, которое должно строго выдерживаться при изготовлении. Сечение провода определяется тепловым расчетом. В АЭМП постоянного тока МДС катушки пропорциональна сечению обмоточного провода, которое является исходным параметром. Число витков кахушки выбирается из условия допустимого нагрева, а ее активное сопротивление должно строго выдерживаться при изготовлении. Катушка должна иметь минимальные размеры, удовлетворительную механическую и электрическую прочность, нагрево - и влагостойкость, не должна перегреваться сверх допустимых пределов при всех оговоренных режимах работы и быть технологичной в изготовлении. Для катушек АЭМП преимущественно применяются медные провода круглого сечения с эмалевой изоляцией. Каркасы катушек могут быть сборными, прессованными из пластмассы и штампованными из металла. Прессованные каркасы наиболее просты и технологичны при крупносерийном производстве и обладают высокими электроизоляционными свойствами.
