close

Enter

Log in using OpenID

0. εισαγωγη στις ηλεκτρικες μηχανες - Τι είναι και τι μπορεί να κάνει το

embedDownload
1
ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
0. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ
0.1 Μαγνητικό πεδίο
Μαγνητικό πεδίο ονοµάζεται κάθε τµήµα του χώρου στο οποίο λόγω της παρουσίας
µαγνητών ή αγωγών που διαρρέονται από ρεύµατα, αναπτύσσονται δυνάµεις σε κάθε
άλλο µαγνήτη ή αγωγό που διαρρέεται από ρεύµα όταν µπαίνει στον χώρο του
πεδίου.
Κατεύθυνση ή φορά του µαγνητικού πεδίου σε ένα σηµείο του είναι η κατεύθυνση
που θα έδειχνε ο βόρειος πόλος µιας µαγνητκής βελόνας αν τοποθετούνταν σ’αυτό το
σηµείο του πεδίου.
Οι µαγνητικές γραµµές του µαγνητικού πεδίου είναι πάντα κλειστές
Μαγνητική επαγωγή Β µαγνητικού πεδίου είναι είναι ένα µέγεθος που χαρακτηρίζει
την ικανότητα του µαγνητικού πεδίου να ασκεί δυνάµεις. Η Β έχει την κατεύθυνση
του µαγνητικού πεδίου και έχει διαστάσεις Vsec/m2. Η µονάδα αυτή της µαγνητικής
επαγωγής αντιστοιχεί µε 104 Gauss (µονάδα µέτρησης στο σύστηµα CGS.
Οµοιόµορφο ή οµογενές λέγεται το πεδίο που έχει το ίδιο Β σε όλα τα σηµεία του και
ανοµοιόµορφο αν το µέτρο ή και η φορά της Β µεταβάλλονται.
Μόνιµο µαγνητικό πεδίο λέγεται αυτό που δεν µεταβάλλεται στον χρόνο (πχ αυτό
που προέρχεται από συνεχή ρεύµατα). Σε αντίθετη περίπτωση λέγεται
µεταβαλλόµενο.
Μαγνητική ροή Φ µέσω επιφάνειας S ενός οµοιόµορφου µαγνητικού πεδίου µε
επαγωγή Β είναι το σύνολο των µαγνητικών γραµµών που διαπερνούν την προβολή
της επιφάνειας S σε επίπεδο κάθετο προς τις µαγνητικές γραµµές.
Σχήµα 0.1 Ροή µέσω επιφάνειας
Το µέγεθος της µαγνητικής ροής δίνεται από την σχέση
Φ = ΒScosθ [Vsec]
(0.1)
Όπου Φ η µαγνητική ροή σε Vsec [Weber ή Wb]
B η µαγνητική επαγωγή σε Vsec/m2
S το εµβαδό της επιφάνειας σε m2
θ η γωνία µεταξύ της S και του κάθετου επιπέδου στις µαγνητικές γραµµές
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ
2
ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Ενταση Η του µαγνητικού πεδίου σε ένα σηµείο του είναι η δύναµη που ασκείται
στην µονάδα βόρειου πόλου όταν τοποθετηθεί στο σηµείο αυτό. Το µέγεθός της
δίνεται από την σχέση
Η = F/Φ σε Α/m
(0.2)
Όπου Η η ένταση του µαγνητικού πεδίου σε Α/m
F η ασκούµενη δύναµη σε Ν
Φ η µαγνητική ροή σε Vsec
H ένταση Η του µαγνητικού πεδίου έχει κατεύθυνση ίδια µε εκείνη του µαγνητικού
πεδίου. Η σχέση µαγνητικής επαγωγής και έντασης µαγνητικού πεδίου είναι
Β = µrµοΗ
(0.3)
Όπου Β η µαγνητική επαγωγή ή πυκνότητα µαγνητικής ροής
µr η σχετική µαγνητική διαπερατότητα του υλικού (αριθµός)
µο η θεµελιώδης µαγνητική διαπερατότητα του κενού (1.256x10-6 Vsec/m2)
H η ένταση του µαγνητικού πεδίου σε Α/m
Για τον αέρα µr=1 ενώ για σιδηροµαγνητικά υλικά πολύ µεγάλη πχ 3000.
0.2 Αρχή λειτουργίας γεννήτριας
Αν ένας αγωγός κινείται σε µαγνητικό πεδίο έτσι που να κόβει µαγνητικές γραµµές,
τότε στον αγωγό αυτό αναπτύσσεται ηλεκτρεγερτική δύναµη (τάση) από επαγωγή.
(Faraday 1831).
Σχήµα 0.2 Αγωγός που κινείται σε µαγνητικό πεδίο
Στο Σχήµα 0.2 φαίνονται τα τρία στοιχεία που είναι απαραίτητο να συνυπάρχουν για
να αναπτυχθεί η ηλεκτρεγερτική δύναµη (µαγνητικό πεδίο, αγωγός, κίνηση). Το
µαγνητικό πεδίο είναι σταθερό και οµοιόµορφο. Ο αγωγός είναι τοποθετηµένος ώστε
να είναι κάθετος στις µαγνητικές γραµµές του πεδίου και η κατεύθυνση της κίνησης
του αγωγού είναι κάθετη στον αγωγό και σχηµατίζει γωνία α µε τις µαγνητικές
γραµµές.
Το µέγεθος της ηλεκτρεγερτικής δύναµης Ε που αναπτύσσεται στον αγωγό δίνεται
από την σχέση
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ
3
ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Ε = Βlυsinα
(0.4)
Όπου Β η πυκνότητα της µαγνητικής ροής (µαγνητική επαγωγή)
l το µήκος του τµήµατος του αγωγού που βρίσκεται µέσα στο πεδίο
υ η ταχύτητα του αγωγού
α η γωνία της κατεύθυνσης κίνησης του αγωγού µε την κατεύθυνση των
µαγνητικών γραµµών
0.3 H κατεύθυνση της επαγόµενης ηλεκτρεγερτικής δύναµης (ΗΕ∆)
Η κατεύθυνση της ΗΕ∆ που αναπτύσσεται µε επαγωγή στον αγωγό, προσδιορίζεται
εύκολα µε τον κανόνα του δεξιού χεριού (Σχήµα 0.3)
Σχήµα 0.3 Ο κανόνας του δεξιού χεριού
Σύµφωνα µε τον κανόνα αυτό τεντώνουµε τον αντίχειρα, τον δείκτη και τον µέσο του
δεξιού χεριού έτσι ώστε να σχηµατίζουν µεταξύ τους ορθές γωνίες. Τότε αν µε τον
δείκτη δείχνουµε την κατεύθυνση των µαγνητικών γραµµών (από τον βόρειο στο
νότιο πόλο) και µε τον αντίχειρα την κατεύθυνση κίνησης του αγωγού, ο µέσος θα
δείχνει την κατεύθυνση της ΗΕ∆ που επάγεται στον αγωγό και θα είναι επίσης και η
κατεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύµατος που θα κυκλοφορήσει στον αγωγό αν τον
συνδέσουµε µε ένα ηλεκτρικό φορτίο (πχ. ωµική αντίσταση).
Αν αλλάξει η πολικότητα του µαγνητικού πεδίου ή η κατεύθυνση κίνησης του
αγωγού, θα αλλάξει και η κατεύθυνση της ΗΕ∆. Αν όµως αλλάξουν ταυτόχρονα και
τα δύο η κατεύθυνση της ΗΕ∆ θα µείνει η ίδια.
0.4 Νόµος του Lenz
Η ηλεκτρεγερτική δύναµη που επάγεται σε αγωγό που κινείται σε µαγνητικό πεδίο
προκαλεί την ροή ρεύµατος σε κλειστό κύκλωµα τέτοια ώστε το µαγνητικό πεδίο που
δηµιουργεί γύρω του να αντιστέκεται στην κίνηση του αγωγού.
Σχήµα 0.4 Απεικόνιση του νόµου του Lenz
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ
ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
4
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Στο Σχήµα 0.4 φαίνεται ένα απλό παράδειγµα εφαρµογής του Νόµου του Lenz. Ο
αγωγός του σχήµατος κινείται µε την επίδραση δύναµης προς τα πάνω. Σ’αυτόν
αναπτύσσεται ΗΕ∆ από επαγωγή που κατευθύνεται από το πίσω µέρος της σελίδας
προς τα εµπρός. Αν στον αγωγό συνδεθεί ηλεκτρικό φορτίο πχ µιά ωµική αντίσταση,
θα περάσει από τον αγωγό ένα ρεύµα µε κατεύθυνση ίδια µε εκείνη της ΗΕ∆ που το
προκάλεσε. Το ρεύµα θα δηµιουργήσει γύρω από τον αγωγό µαγνητικό πεδίο του
οποίου οι µαγνητικές γραµµές είναι οµόκεντροι κύκλοι µε κατεύθυνση που βρίσκεται
από τον κανόνα του κοχλία. Παρατηρείται ότι οι µαγνητικές γραµµές που βρίσκονται
προς την πλευρά κίνησης του αγωγού είναι οµόρροπες µε τις µαγνητικές γραµµές του
πεδίου των µαγνητών ενώ αυτές που βρίσκονται στην άλλη πλευρά αντίρροπες.
Εφόσον οι µαγνητικές γραµµές της ίδιας κατεύθυνσης προκαλούν άπωση ενώ της
αντίθετης έλξη, αυτό σηµαίνει ότι το µαγνητικό πεδίο του αγωγού απωθεί το
µαγνητικό πεδίο των µονίµων µαγνητών στην πλευρά κίνησης και το έλκει στην
άλλη.
Ο νόµος του Lenz βρίσκει εφαρµογή σε όλες τις γεννήτριες στις οποίες η φόρτιση της
γεννήτριας προκαλεί αντίσταση στην περιστροφή του δροµέα µε αποτέλεσµα αύξηση
της µηχανικής ενέργειας που δίνεται στην γεννήτρια που θα καλύψει την
αποδιδόµενη ηλεκτρική ενέργεια στο φορτίο.
Η κατεύθυνση της ΗΕ∆ που αναπτύσσεται σε αγωγό κινούµενο σε µαγνητικό πεδίο
µπορεί να βρεθεί και µε τον Νόµο του Lenz.
Σχήµα 0.5 Κατεύθυνση επαγόµενης ΗΕ∆ µε τον Νόµο του Lenz
Στο Σχήµα 0.5 ο αγωγός Α κινείται κινείται προς τα πάνω. Η κατεύθυνση του
µαγνητικού πεδίου, που θα παραχθεί από το ρεύµα µέσω του αγωγού θα είναι
αριστερόστροφη διότι µόνο τότε θα υπάρχει άπωση στο πάνω µέρος, δηλαδή στην
πλευρά που κινείται ο αγωγός και έλξη στο κάτω µέρος, δηλαδή στην πλευρά που
αφήνει ο αγωγός. Εφόσον µεταξύ οµόρροπων µαγνητικών γραµµών ασκείται άπωση
και µεταξύ αντίρροπων έλξη, η κατεύθυνση του ρεύµατος µέσω τού αγωγού, άρα και
της επαγόµενης ΗΕ∆ θα είναι, σύµφωνα µε τον κανόνα του δεξιόστροφου κοχλία,
από το πίσω µέρος της σελίδας προς το εµπρός.
Στην περίπτωση του αγωγού Β που κινείται προς τα κάτω, το µαγνητικό πεδίο θα
είναι δεξιόστροφο και η κατεύθυνση του ρεύµατος και της ΗΕ∆ θα είναι από το
εµπρός µέρος της σελίδας προς το πίσω.
Από τα παραπάνω είναι φανερό ότι οι αναπτυσσόµενες ΗΕ∆ σε δύο αγωγούς που
κινούνται µέσα στο ίδιο µαγνητικό πεδίο µε αντίθετη κατεύθυνση είναι αντίθετες.
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ
5
ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
0.5 Η στοιχειώδης γεννήτρια εναλλασσόµενου ρεύµατος
Με βάση όσα διαπιστώθηκαν στην προηγούµενη παράγραφο, αν αντιδιαµετρικά
τοποθετηθούν δύο αγωγοί σε τύµπανο από σιδηροµαγνητικό υλικό που περιστρέφεται
µέσα σε µαγνητικό πεδίο, τότε σ’αυτούς θα αναπτύσσονται ΗΕ∆ αντίθετης φοράς
αφού κάθε στιγµή οι αγωγοί θα κινούνται αναγκαστικά αντίθετα.
(α)
(β)
Σχήµα 0.6 Η στοιχειώδης γεννήτρια εναλλασσόµενου ρεύµατος (α και β)
Ετσι στο Σχήµα 0.6 η ΗΕ∆ στον αγωγό αβ θα είναι αντίθετη εκείνης στον αγωγό γδ,
οπότε αν οι δύο αγωγοί ενωθούν ηλεκτρικά σε κάθε στιγµή θα υπάρχει διπλάσια
ΗΕ∆. Για να χρησιµοποιηθεί η αναπτυσσόµενη ΗΕ∆, τα δυό άκρα της σπείρας που
δηµιουργήθηκε συνδέονται σε δύο µεταλλικούς δακτυλίους που στερεώνονται στον
άξονα του τυµπάνου, είναι ηλεκτρικά µονωµένοι και περιστρέφονται µαζί του. Στους
δακτυλίους εφάπτονται δύο σταθερές ψήκτρες ψ1 και ψ2 από σκληρό άνθρακα. Οι
ψήκτρες συνδέονται µε τα άκρα Α και Β µιάς αντίστασης R που αποτελεί το φορτίο
της στοιχειώδους γεννήτριας που κατασκευάστηκε.
Η ΗΕ∆ που παράγεται στην σπείρα, µεταβάλλει κατεύθυνση, κάθε φορά που η
σπείρα περνά από την κάθετη θέση προς το µαγνητικό πεδίο. Το µέγεθος της ΗΕ∆
βρίσκεται τελικά ότι είναι
E = 2Blυsinα σε V
(0.5)
Σχήµα 0.7 Μεταβολή Β, E και Ι στην στοιχειώδη γεννήτρια.
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ
ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
6
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Για σταθερά l (µήκος αγωγού) και υ (ταχύτητα περιστροφής) η αναπτυσσόµενη ΗΕ∆
είναι ανάλογη της µεταβολής της µαγνητικής επαγωγής Β κάτω από τους πόλους και
εποµένως ανάλογο θα είναι και το παραγόµενο ρεύµα φορτίου. Τα µεγέθη αυτά
φαίνονται στο Σχήµα 0.7. Από τις καµπύλες φαίνεται ότι τόσο η παραγόµενη τάση
όσο και η ένταση είναι µεγέθη εναλλασσόµενα
0.6 Η στοιχειώδης γεννήτρια συνεχούς ρεύµατος
Η εναλλαγή της φορά του ρεύµατος στο εξωτερικό κύκλωµα αποφεύγεται αν
τροποποιηθεί το σύστηµα των δακτυλίων παροχέτευσης του ρεύµατος στο εξωτερικό
κύκλωµα. Ετσι αντικαθιστώνται οι δακτύλιοι της γεννήτριας εναλλασσοµένου
ρεύµατος µε έναν µόνο δακτύλιο χωρισµένο σε δύο ηµιδακτυλίους, µονωµένους και
µεταξύ τους και προς τον άξονα του τυµπάνου. Το σύστηµα αυτό των ηµιδακτυλίων
αποτελεί ένα στοιχειώδη συλλέκτη και ουσιαστικά η παρεµβολή του ανορθώνει το
πάντοτε εναλλασσόµενο αναπτυσσόµενο ρεύµα στην περιστρεφόµενη σπείρα.
(α)
(β)
Σχήµα 0.8 Η στοιχειώδης γεννήτρια συνεχούς ρεύµατος (α και β)
Το ρεύµα που αναπτύσσεται στο εξωτερικό κύκλωµα έχει την µορφή εκείνου του
Σχήµατος 0.9 και η έντασή του µεταβάλλεται συναρτήσει του χρόνου. Για να µειωθεί
η κυµάτωση χρησιµοποιούνται πρακτικά πολλές σπείρες, κάθε µιά από τις οποίες
καταλήγει και σε διαφορετικό τοµέα τού συλλέκτη. Ετσι είναι πρακτικά δυνατό να
υπάρξει συνεχές ρεύµα.
Σχήµα 0.9 Η µορφή του συνεχούς ρεύµατος της στοιχειώδους γεννήτριας συνεχούς
ρεύµατος.
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ
7
ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
0.7 Η αρχή λειτουργίας του κινητήρα
Στα προηγούµενα αναφέρθηκε ότι άν ένας αγωγός υπό την επίδραση δύναµης
κινείται σε µαγνητικό πεδίο έτσι ώστε να κόβει µαγνητικές γραµµές, τότε στον αγωγό
αυτό θα αναπτυχθεί ΗΕ∆ µε επαγωγή. Το φαινόµενο αυτό είναι αναστρέψιµο.
Αν ένας αγωγός τοποθετηθεί σε µαγνητικό πεδίο, έτσι ώστε να κόβει µαγνητικές
γραµµές, και διοχετεύσουµε µέσω αυτού ηλεκτρικό ρεύµα, τότε στον αγωγό αυτό
ασκείται δύναµη που τείνει να τον κινήσει. Η δύναµη αυτή είναι τόσο µεγαλύτερη
όσο µεγαλύτερη είναι η πυκνότητα του µαγνητικού πεδίου, η ένταση του ρεύµατος
και το κάθετο προς τις µαγνητικές γραµµές µήκος του αγωγού.
Ετσι η δύναµη που ασκείται δίνεται από την σχέση
F = BlΙsinα
(0.6)
Όπου F η ασκούµενη δύναµη σε Ν
Β η µαγνητική επαγωγή σε Wb/m2
I η ένταση του ρεύµατος σε Α
L το µήκος του αγωγού που βρίσκεται µέσα στο µαγνητικό πεδίο σε m
α η γωνία που σχηµατίζει ο αγωγός µε τις µαγνητικές γραµµές.
Από τα παραπάνω είναι φανερό ότι αν ο αγωγός είναι παράλληλος στις µαγνητικές
γραµµές δεν ασκείται δύναµη στον αγωγό ενώ η δύναµη µεγιστοποιείται αν ο αγωγός
είναι κάθετος στις µαγνητικές γραµµές.
Σχήµα 0.10 Ρευµατοφόρος αγωγός σε µαγνητικό πεδίο
Η κατεύθυνση της δύναµης F που ασκείται σε ρευµατοφόρο αγωγό τοποθετηµένου
µέσα σε µαγνητικό πεδίο, προσδιορίζεται από τον κανόνα του δεξιού χεριού όπως
φαίνεται στο Σχήµα 0.11
Για να εφαρµοσθεί ο κανόνας αυτός, όπως και στον κανόνα του δεξιού χεριού για τις
γεννήτριες, τεντώνουµε τον αντίχειρα, τον δείκτη και τον µέσο του αριστερού χεριού
ώστε να σχηµατίζουν µεταξύ τους ορθές γωνίες. Αν µε τον δείκτη δείχνουµε την
κατεύθυνση των µαγνητικών γραµµών (από τον βόρειο στο νότιο πόλο) και µε τον
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ
ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
8
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
µέσο την κατεύθυνση της ροής του ρεύµατος, ο αντίχειρας θα δείχνει την κατεύθυνση
της δύναµης που ασκείται στον αγωγό
Σχήµα 0.11 Ο κανόνας του αριστερού χεριού
Από την χρήση του κανόνα παρατηρούµε ότι η κατεύθυνση της δύναµης εξαρτάται
από την πολικότητα του µαγνητικού πεδίου µέσα στο οποίο βρίσκεται ο αγωγός και
από την φορά του ρεύµατος που διαρρέει τον αγωγό. Αν αλλάξει η πολικότητα του
µαγνητικού πεδίου ή η φορά του ρεύµατος, θα αλλάξει η κατεύθυνση της δύναµης
αλλά δεν θα αλλάξει αν αλλάξουν και τα δύο.
0.8 Η αντιηλεκτρεγερτική δύναµη (ΑΗΕ∆)
Είναι γνωστό ότι σε µιά γεννήτρια η δύναµη που κινεί τον αγωγό µέσα στο µαγνητικό
πεδίο, υπερνικά την αντίθετη δύναµη που αναπτύσσεται µετξύ του µαγνητικού πεδίου
των πόλων και του µαγνητικού πεδίου του ρεύµατος της γεννήτριας (δείτε
παράγραφο 0.4). Κάτι ανάλογο συµβαίνει και στην περίπτωση του κινητήρα, όπου η
τάση τροφοδότησης που προκαλεί το ρεύµα στον αγωγό υπερνικά µια αντίθετη ΗΕ∆
που αναπτύσσεται στον αγωγό επειδή αυτός κινείται σε µαγνητικό πεδίο.
Το φαινόµενο γίνεται φανερό µε την βοήθεια του Σχήµατος 0.12
Στον αγωγό του Σχήµατος 0.12 επιβάλλεται µιά τάση U λόγω της οποίας προκαλείται
ροή ρεύµατος µε ένταση Ι εφόσον ο αγωγός βρίσκεται σε κλειστό κύκλωµα που
τροφοδοτείται από ηλεκτρική πηγή.
Η κατεύθυνση της δύναµης F, που θα ασκηθεί στον αγωγό, προσδιορίζεται µε τον
κανόνα του αριστερού χεριού και στην περίπτωση που φαίνεται βρίσκεται ότι είναι
προς τα πάνω.
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ
ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
9
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Σχήµα 0.12 Η ανάπτυξη ΑΗΕ∆
Ο αγωγός κινείται υπό την επίδραση της δύναµης αυτής µέσα στο µαγνητικό πεδίο
των πόλων και κόβει µαγνητικές γραµµές. Σ’αυτόν αναπτύσσεται ΗΕ∆ η κατεύθυνση
της οποίας προσδιορίζεται µε τον κανόνα του δεξιού χεριού. Η ΗΕ∆ αντιστέκεται
στην επιβαλόµενη τάση και στο ρεύµα που προκάλεσαν την κίνηση του αγωγού. Για
τον λόγο αυτό ονοµάζεται αντιηλεκτρεγερτική δύναµη και συµβολίζεται µε Ea.
0.9 Σύγκριση γεννήτριας – κινητήρα
Φαινόµενο γεννήτριας ονοµάζεται η ανάπτυξη ΗΕ∆ σε αγωγό κινούµενο υπό την
επίδραση δυνάµεως F σε µαγνητικό πεδίο.
Φαινόµενο κινητήρα ονοµάζεται η εξάσκηση δύναµης F σε ρευµατοφόρο αγωγό που
βρίσκεται σε µαγνητικό πεδίο.
Στα προηγούµενα (παράγραφος 0.8) διαπιστώθηκε ότι, οποτεδήποτε υπάρχει
φαινόµενο κινητήρα, παρουσιάζεται ταυτόχρονα και φαινόµενο γεννήτριας (ΑΗΕ∆).
Αν εξετασθεί το Σχήµα 0.13 θα παρατηρηθεί ότι ισχύει και το αντίστροφο δηλαδή,
οποτεδήποτε υπάρχει φαινόµενο γεννήτριας παρουσιάζεται ταυτόχρονα και
φαινόµενο κινητήρα (αντίθετη δύναµη)
.
Σχήµα 0.13 Ανάπτυξη δύναµης σε ρευµατοφόρο αγωγό
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ
10
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
Ο αγωγός του σχήµατος κινείται µε την επίδραση δύναµης προς τα πάνω µέσα στο
µαγνητικό πεδίο. Αφού κόβει τις µαγνητικές γραµµές, αναπτύσσεται σ’αυτόν ΗΕ∆ Ε
µε κατεύθυνση που προσδιορίζεται από τον κανόνα του δεξιού χεριού. Αν υπάρχει
κλειστό κύκλωµα µέσω του αγωγού θα περάσει ρεύµα έντασης Ι. Τότε όµως υπάρχει
φαινόµενο κινητήρα διότι υπάρχει ρευµατοφόρος αγωγός µέσα σε µαγνητικό πεδίο µε
ανάπτυξη δύναµης στον αγωγό που θα βρεθεί από τον κανόνα του αριστερού χεριού
και θα είναι αντίθετη της φοράς κίνησης του αγωγού.
Ετσι σε µιά ηλεκτρική µηχανή τα φαινόµενα γεννήτριας και κινητήρα
παρουσιάζονται συγχρόνως. Αυτό σηµαίνει ότι µια µηχανή συνεχούς ρεύµατος
µπορεί να χρησιµοποιηθεί είτε σαν γεννήτρια ή σαν κινητήρας.
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
0
File Size
441 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content