Явление самоиндукции
Если в проводнике протекает изменяющийся по значению ток, то магнитное поле вокруг него также изменяется
и в проводнике индуктируется Э.Д.С.
Индуктированная Э.Д.С. возникает в том самом проводнике, в котором происходит изменение тока. Это явление называется самоиндукцией.
Эта Э.Д.С. возникает при всяком изменении тока, при замыкании и размыкании цепей, при изменении нагрузки двигателей.
Согласно закону Ленца, Э.Д.С. самоиндукции всегда имеет такое направление, при котором она препятствует изменению вызвавшего ее тока и стремится поддержать его величину на одном и том же уровне.
При замыкании цепи появляется ток и возникает магнитное поле, которое индуктирует в проводе Э.Д.С. самоиндукции, направленную навстречу току и препятствующую его возрастанию.
Рис. 4.12. Возникновение ЭДС самоиндукции
При размыкании цепи, исчезновении магнитного поля, его силовые линии пересекают проводник и возникает Э.Д.С. самоиндукции, которая совпадает по направлению с током, препятствуя его убыванию.
Благодаря тормозному действию Э.Д.С. самоиндукции, ток в электрических цепях при включении нарастает не мгновенно, а достигает своего установившегося значения в течение определенного времени.
При отключении цепи ток не уменьшается мгновенно, а спадает постепенно.
Явление самоиндукции в проводниках характеризуется индуктивностью "L". Индуктивность характеризует именно Э.Д.С. самоиндукции в зависимости от изменения тока.
Единица измерения - Генри.
1 Генри - это индуктивность проводника, в котором возникает Э.Д.С. самоиндукции в 1 В при изменении тока в 1 А в 1 сек.
1 Гн = 1 В · с / А
Особенно проявляет себя Э.Д.С. самоиндукции при размыкании цепей, содержащих катушки с большим числом витков и со стальными сердечниками. При этом может возникнуть Э.Д.С. самоиндукции больше Э.Д.С. источника тока. Поэтому для гашения электрической дуги при размыкании цепей, применяют контакторы с дугогасительным устройством.
Электрические машины
Принцип действия электрического двигателя
Если подключить проводники обмотки якоря к постороннему источнику Э.Д.С., то по каждому проводнику начнет протекать ток. Этот ток создает силы "F", действующие на каждый проводник с током. (Направление силы определяется правилом левой руки). Под северным полюсом будут действовать силы "F", направленные вправо, под южным - влево.
В результате совместного действия этих сил создается вращающий момент "М", который приводит якорь во вращение. Если соединить вал якоря с колесной парой, то двигатель будет приводить вагон в движение, то есть отдавать механическую энергию.
При работе якоря двигателя расходуется электрическая энергия. Это связано с тем, что при вращении якоря в магнитном поле в каждом проводнике наводится Э.Д.С., направление которой определяется по правилу правой руки. Под северным полюсом Э.Д.С. "E" направлена от нас, под южным к нам. Индуктированные Э.Д.С. направлены против тока, то есть они препятствуют прохождению тока по проводникам обмотки якоря. По этой причине их называют противо-Э.Д.С. Для того, чтобы ток продолжал проходить по проводникам обмотки якоря в прежнем направлении, необходимо приложить к этим проводникам внешнее напряжение, направленное навстречу Э.Д.С. и большее по величине.
Характерными условиями работы двигателя являются:
- совпадение по направлению электромагнитного момента "М" и частоты вращения
- возникновение в проводниках обмотки якоря Э.Д.С., направленной против тока и внешнего напряжения
Принцип действия электрического генератора
Якорь генератора вращается в магнитном поле, созданном главными полюсами. При вращении якоря с некоторой скоростью "п" в каждом проводнике индуцируется Э.Д.С. "E", направление которой определяется по правилу правой руки. Под северным полюсом Э.Д.С. направлена от нас, под южным полюсом - к нам. Если подключить к якорю нагрузку, то по замкнутой цепи пойдет ток, совпадающий по направлению с Э.Д.С.
При прохождении тока по проводникам обмотки якоря на каждый проводник будет действовать сила "F"(направление силы по правилу левой руки). Под северным полюсом сила "F" действует влево, под южным полюсом - вправо. Эти силы создают момент, направленный против вращения якоря, то есть являются тормозным моментом, стремящимся замедлить вращение якоря генератора.*/* Рисунок из книжки
Для предотвращения остановки якоря необходимо приложить к валу якоря внешний вращающий момент "Мвн", равный по величине и противоположный моменту "М".
То есть, необходимо вращать вал якоря генератора посторонним двигателем.
Основные условия работы генератора:
- совпадение по направлению тока и Э.Д.С. в проводниках обмотки якоря - машина отдает электрическую энергию
- возникновение электромагнитного тормозного момента "М", направленного против вращения якоря
Свойство генераторов создавать тормозной момент используется на подвижном составе для электрического реостатного торможения.
Диоды
Диод представляет собой пассивный нелинейный элемент с двумя выводами. Используется p-n переход, который обладает односторонней проводимостью.
Благодаря полупроводниковым свойствам диодов, они включены в схемы вагона для разделения цепей питания. Например, диоды включены в цепь 11, 12, 16, 18, 24 проводов.