Содержание
Практическое занятие № 13
Наименование занятия:Электромагнитная индукция.
Цель занятия: применение теоретических знаний для решения задач.
Подготовка: лекция № 14. Касьянов В.А. Физика-11 § 20-27.
В-1
Задание на занятие:
1. Короткозамкнутую катушку охватывает проволочный виток (см. рис.). Определите направление индукционного тока в катушке: а) при замыкании ключа; б) при размыкании ключа.
2. За какой промежуток времени магнитный поток изменяется на 0.004 Вб, если в контуре возбуждается ЭДС индукции 16В?
3. Соленоид содержит 100 витков проволоки. Найти ЭДС индукции, если в этом соленоиду за 5 мс магнитный поток равномерно изменяется от 3 мВб до 1.5 мВб.
4. В катушке, индуктивность которой равна 0.4 Гн, возникла ЭДС, равная 20 В. Рассчитайте изменение силы тока и энергию магнитного поля катушки, если это произошло за 0.2 с.
5. Трансформатор повышает напряжение от 36 В до 220 В. Сколько витков во вторичной обмотке трансформатора, если первичная обмотка содержит 720 витков?
6. Магнитное поле, пронизывающее квадратную рамку стороной 10 см, убывает со скоростью 60мТл/с. Какой ток течет в рамке, если ее сопротивление равно 2 Ом.
7. Почему иногда недалеко от места удара молнией плавятся предохранители и повреждаются чувствительные электроизмерительные приборы?
8. Два параллельных вертикальных проводника, расположенные на расстоянии 1 м друг от друга, замкнуты сопротивлением 1 Ом и помещены в однородное магнитное поле с индукцией 100 мТл, перпендикулярное плоскости проводников. По проводникам начинает вниз скользить без трения перемычка массой 100 г. Пренебрегая сопротивлением проводников и перемычки, определите максимальную скорость падения перемычки.
В-2
Задание на занятие:
1. Короткозамкнутую катушку охватывает проволочный виток (см. рис.). Определите направление индукционного тока в катушке: а) при замыкании ключа; б) при размыкании ключа
2. За 15 мс магнитный поток, пронизывающий контур, убывает с 8 до 3 мВб. Найти ЭДС индукции в контуре.
3. Найдите скорость изменения магнитного потока в соленоиду из 1500 витков при возбуждении в нем ЭДС индукции 300 В.
4. Определите энергию магнитного поля катушки, в котором при силе тока 7,5 А магнитный поток равен 2.3 мВб. Число витков в катушке равен 120. Как изменится энергия поля, если силы тока изменится вдвое?
5. В первичной обмотке трансформатора 200 витков, а во вторичной – 25 витков. Повышает или понижает напряжение этот трансформатор? Во сколько раз?
6. В магнитное поле индукцией 0.3 Тл помещен контур, выполненный в форме кругового витка радиусом 4.1 см. Виток сделан из медной проволоки, у которой площадь поперечного сечения равна 1 . Нормаль к плоскости витка совпадает с линиями индукции поля. Какой заряд пройдет через поперечное сечение витка при исчезновении поля.
7. Почему телефонные провода не следует подвешивать на одних и тех же столбах с проводами переменного тока для освещения?
8. Круговой контур радиусом 5 см помещен в однородное магнитное поле, индукция которого 0,5 Тл. Плоскость контура перпендикулярна направлению магнитного поля, сопротивление контура 0,2 Ом. Какой заряд пройдет по контуру при повороте на угол 60°.
1. Записать наименование и цель занятия.
2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.
3. Выполнить задания.
Контрольные вопросы:
1)Дайте определение электромагнитной индукции
2) Дайте определение индукционного тока. Какими способами его можно получить?
3)Сформулируйте правило Ленца
4) Дайте определение самоиндукции.
5) Дайте определение индуктивности. Формула.
6) Энергия магнитного поля.
7) Сформулируйте закон Фарадея
ПРИЛОЖЕНИЕ
Явление электромагнитной индукции — возникновение электрического тока в замкнутом проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле так, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется. Чем быстрее меняется число линий магнитной индукции, тем больше индукционный ток.
Магнитным потоком через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции В на площадь S и косинус угла между векторами В и нормалью проведенной к плоскости контура.
Закон ЭМИ. (Закон Фрадея) -ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой с противоположным знаком.
Опыт показывает, что индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Это утверждение называется правилом Ленца.
Возможные причины
Факторы, вызывающие выход статора из строя:
- скачок напряжения;
- попадание воды;
- перегрузка и вызванный ею перегрев;
- резкое выдергивание шнура из розетки.
Признаки, по которым можно понять, что неисправен статор:
- Появляется запах горелой изоляции.
- Перегревается корпус.
- Появляется дым.
- Вращение вала замедляется или прекращается.
- Самопроизвольно раскручивается вал, инструмент резко набирает максимальные обороты.
Провода обмотки покрыты защитным слоем изоляционного лака. При перегреве он подгорает и разрушается. Это и вызывает короткое замыкание витков. Лак при этом издает специфический запах. Замыкание всего одного из проводов полностью выводит из строя болгарку.
Правила, которые помогут избежать перегрева двигателя УШМ:
- Выключать устройство после работы на пониженных оборотах не сразу, а примерно через одну минуту.
- При работе под нагрузкой на пониженных оборотах делать частые перерывы.
Часто можно избежать замены неисправного статора, перемотав его обмотку. Перемотку испорченной катушки статора болгарки можно сделать своими руками, но рекомендуется все же поручить эту работу специалисту.
Проверка индикатором короткого замыкания
Обнаружить обрыв обмотки или короткое замыкание в ней можно с помощью индикатора коротко замкнутых витков (ИК). Другие названия – индикатор межвиткового замыкания или индикатор дефектов обмоток электрических машин.
Прибор состоит из:
- блока питания;
- корпуса с ЖК-дисплеем, гнездами для подключения принадлежностей;
- соединительных проводов;
- большого индукционного датчика;
- малого индукционного датчика.
Принцип работы индикатора основан на индуктировании импульсной электродвижущей силы в проверяемой обмотке. При наличии короткозамкнутых витков регистрируется импульс магнитного поля от тока короткого замыкания, протекающего по ним.
Порядок проведения проверки статора болгарки прибором ИДВИ:
- Осмотреть индикатор межвиткового замыкания. Убедиться в отсутствии внешних повреждений, целостности соединительных проводов и датчиков.
- Подключить блок питания.
- Нажать кнопку питания и убедиться в исправности прибора.
- Если индикатор дефектов обмотки долго находился на холоде, то его нужно выдержать при комнатной температуре не менее 2 часов.
- Отключить электропитание УШМ.
- Выбрать из двух датчиков большой или малый в зависимости от размера статора.
- Если в паспорте угловой шлифовально машины не указано номинальное напряжение, приходящееся на один виток обмотки, то его нужно определить по формуле: номинальное напряжение всей катушки делить на количество витков.
- Включить прибор.
- Установить на индикаторе ближайшую большую, чем полученная при расчете, амплитуду импульсного испытательного напряжения.
- Прижимая датчик к поверхности обмотки, последовательно проверить все пазы, выжидая по 3–4 с. При обнаружении короткого замыкания прибор издаст звуковой сигнал, а на дисплее появится соответствующая надпись.
- Если короткозамкнутые витки не обнаружены, то на приборе установить следующую (большую по значению) амплитуду и убедиться в наличии запаса прочности изоляции обмотки.
- Выключить прибор.
Индикатором дефектов обмотки можно проверить состояние изоляции между катушками статора и ротора, а также между обмоткой статора и корпусом болгарки. Если нет возможности купить готовый прибор, то можно сделать более простой индикатор короткозамкнутых витков самостоятельно.
Проверка мультиметром
Убедиться в исправности статора можно с помощью прибора – мультиметра. Это универсальное измерительное устройство. Им можно измерить несколько электрических величин: напряжение, силу тока, сопротивление. Прибор состоит из корпуса, на котором находятся дисплей, переключатель и гнезда, и двух шнуров со щупами (плюсовым и минусовым). Минусовой щуп всегда подключают к нижнему гнезду, а плюсовой – к среднему или верхнему, в зависимости от силы тока в проверяемом устройстве.
Чтобы проверить статор УШМ (болгарки) необходимо выставить на мультиметре значение сопротивления от 20 до 200 Ом и поочередно поднести щупы измерительного прибора к обмоткам. Если сопротивление везде имеет одинаковую величину, то катушка исправна. Если же прибор показывает в некоторых точках другое сопротивление, то в обмотке есть короткое замыкание или обрыв одного из витков. По такому же принципу проводят проверку статора омметром. Его отличие от мультиметра заключается лишь в том, что этот прибор может измерить только сопротивление.
Прибор для проверки якорей и статоров электрических машин
Еще одно устройство, с помощью которого можно поверить статор болгарки – прибор для поверки якорей и статоров электрических машин ПУНС 5. Устройство имеет световую и звуковую сигнализации, позволяет обнаружить межвитковое замыкание обмоток, обрыв, измерить сопротивление изоляции катушек.
Прибор работает в двух режимах – «якорь» и «статор». Смена режима происходит с помощью переключателя. Устройство оснащено удобным приспособлением для установки и фиксации проверяемого двигателя. Оно состоит из двух лапок, прикрепленных к валу. Лапки свободно двигаются вдоль вала, что позволяет изменить расстояние между ними и проверять двигатели разного размера. Проверку осуществляют с помощью двух щупов. На наличие обрыва или замыкания на обмотке статора указывают специальные светодиоды красного цвета и звуковой сигнал. Подробнее процедура проверки описана в инструкции к прибору.
Тщательно проверить статор угловой шлифовальной машины сравнительно несложно. Но сделать это можно, лишь используя специальные приборы. Поэтому, если визуальный осмотр подтвердил, что причина неисправности болгарки заключается в испорченном статоре, дальнейшую проверку и ремонт лучше производить в специализированной мастерской.
Если электродвигатель совсем не работает, необходимо проверить электрические части и наличие входного напряжения на них, прозвонить мультиметром цепи управления и оценить сопротивления обмоток. Большинство неисправностей электродвигателей случаются именно в этих электрических узлах. Иногда из-за кратковременных перегрузок может сработать защита по току, выбивая автомат в схеме управления (или просто перегорает ). Если схема управления в норме, то переходим к проверки силовой части — это различные , замыкающие контакты между вводным напряжением и входными клеммами ЭД.
Ремонт ЭД обычно заканчивается включением автомата или заменой предохранителя, реже заменой пускателя. Но иногда может сгореть важнейшая часть ЭД — внутренняя обмотка. В стандартном режиме работы обмотка ЭД нагревается, но она успевает отводить тепло на корпус электрической машины, но в условиях перегрузки температура может подняться существенно выше, и спровоцировать повреждение диэлектрической изоляции обмоток, а как следствие этого, привести к появлению межвидкового замыкания или обрыву обмотки.
В этом случае ремонт ЭД проходит стадию замены перегоревшей обмотки, что является процессом длительным и непростым. Кроме того при ремонте и проверке электродвигателей следует обратить внимание на механические части и узлы устройства. Ведь банальное высыхание смазки подшипников увеличивает сопротивление трения, нагрузку, нагревание и т.п.
Несколько очень простых и эффективных способов для проверки якорей, в том числе можно испытать и их статоры. Технология изготовления следующая: Находим на чердаке или покупаем в газете бесплатных объявлений старый электронасос «малыш», затем болгаркой отрезаем ему обе ноги в верху под углом 45 градусов.
Рассмотрены простые методы испытаний схем обмоток статоров и роторов в электрических двигателях 3-х фазного тока
Выбор электрических двигателей к производственным механизмам — Представлены характеристики различных типов электромоторов для наиболее распространенных механизмов, а также методика и расчет для обеспечения заданной производительности, надежности и экономичности.
Ремонт электрических двигателей Советы по выявлению и устранению неисправностей, организации и проведения ремонтов и испытаний электромоторов различных типов
Автоматическое измерение выходных параметров двигателей
Электродвигатели устройства для преобразования электрической энергии в механическую и наоборот, но это уже генераторы. Существует огромное разнообразие типов электромоторов, поэтому и схем управления электродвигателями существует великое множество. Рассмотрим некоторые из них
«Признавая свои ошибки, мы находим источник силы»
Решил сделать прибор для проверки якорей на короткозамкнутые витки и прочее. Пригодится если решили отремонтировать коллекторный двигатель и проверить правильно ли намотали. Очень полезная вещь и когда то в СССР выпускалась. Но теперь Днем с огнем не сыщешь.
Не будем вдаваться в сложные формулы, постараюсь объяснить на мигах, что сделал. Статью разобью на 2 части. «Часть первая. Магнитопровод». «Часть вторая. Электричество». Потом объясню из за чего 2 части.
Часть первая. Магнитопровод.
Во первых нам нужен магнитопровод, или же по другому — статор от двигателя пылесоса. Потом нам нужно вырезать в одной его стороне часть под углом 90 градусов, Куда будет ложиться сам якорь для проверки. Можно болгаркой, пилкой, ложкой — как кому удобнее.
Затем, нам нужно создать площадку для намотки катушки. Многие пишут, что нужно взять электрокартон, какой то еще -тон, но у меня его нет и в ближайшие 50 километров в окружности он не намечается, Купить негде. А значит нужна альтернатива. Помните, когда ремонтируют двигатели мотоциклов и автомобилей и нет прокладки — ее раньше вырезали из папки «Дело №». Вот и мы так и сделаем, но нужно иметь ввиду — папка грубая, нам сойдет и обложка тетради. Имелся у меня похожий магнитопровод и там был электрокартон, но немного уже чем нужно. Но нам ведь достаточно замерить толщину и приблизительно подобрать. Лишь бы была прослойка между проволокой и самим статором.
P.S. Прибор на статоре пылесоса, навеян мотивами темы на одном форуме. Оригинал . Спасибо автору за толчек в правильном направлении.
Меряем толщину:
Електрокартон от иного двигателя, но в который укладывались когда-то обмотки.
и обложка тетради
Теперь вырезаем:
И наматываем в один слой на магнитопровод, скрепив все дело скотчем:
Потом нам нужны щеки, чтобы провод упирался по сторонам и у нас получилась полноценная катушка. Вырезаем их из фанеры, предварительно рассчитав размеры.
И выбираем стамеской лишнее. Можно немного зачистить на наждаке.
Не забываем учесть угол статора и подгоняем тем же наждаком — небольшой угол на самих щечках
Желательно чтобы сами щечки, становились туго на магнитопроводе.
Если нет, берем тетрадь и отрезаем по размеру щечек кусочек листа и наматываем с проклеиванием. Пока стенка не станет более менее туго.
Вставляем щеки и проклеиваем клеем. У меня пошло чуть ли не пол пачки ПВАКа. Клеил и заливал его около десятка раз. На следующее утро все было готово.
Вот и все по части Магнитопровода.
Часть вторая. Электричество.
Начнем. Нам нужна проволока. Я нашел у себя, когдато смотанную с кинескопа от старого телевизора проволоку. сопротивление мне сразу показалось не достаточным — всего 13 Ом, диаметром 0,4 при длинне провода, как я потом высчитал 93м. 1 мм.квадратный медной проволоки выдерживает 3,2 -3,5 ампера. У нас, если половину выдержит, уже будет счастьем, нам этого должно хватить. Я так думал.
(По рассчетам (число витков = 50 / S * 220в) на этом сайте, высчитал нужное количество витков, получилось 660. Но мне не понравилось, что это применимо ко всем толщинам проводов! Как так?? Сайт вроде хороший, но в рассчетах я усомнился. иил я чтото не так понял.)
Но потом, меня начали одолевать смутные сомнения. Хоть я и не электрик но вс еже, как известно из закона Ома (здесь I=U\R) — если мы подадим 220 Вольт на проводник с сопротивлением проволоки 13 Ом, то по нем потечет ток где то 16 А. Проволока же наша выдерживает где то 1,25А. Короче, она просто пыхнет и выветрится через форточку. Думал думал и списав остальное на чудодейственную магнитную насыщенность сердечника и индуктивность (накопительность энергии) самой катушки, о которых я мало знаю, но решил мотать. В конце концов попытка не пытка. И любая, пусть даже провальная попытка — урок, для тех, кто хочет учиться.
Мотал я около 4-5 часов. Виток к витку, старательно. Все меньше веря в успех. Получилось около 800 витков.
Закончив, лег спать и оставил на утро.
Сегодня проверил. Поставил тестер и амепрметр в нужные режимы для взятия показаний.
20 Вольт — около 1 Ампера
50 Вольт — 2 Ампера
И рискнув, поняв, что был прав вчера — подал сто вольт:
100 Вольт — 4,5 Ампера.
Так про какие 220 речь? Она точно «выветрится», эта проволока.
Не забыли сколько должно было быть? Не более 1,25А, а здесь 4,5А только при 100 Вольтах. Эксперимент увенчался дымом из под изоленты, плавлением проволоки и полным провалом. Но лучше так, чем сидеть и смотреть в окно с пьяной харей, бухая беспробудно.
А теперь о Частях. Часть «Магнитопровод» — полностью пригодна к воплощению в жизнь. А вот что касается части «Электричество» — думаю здесь ошибка заключалась в том, что нужно повысить сопротивление — иными словами, взять столько проволоки, чтобы выдержала 220 Вольт.
Подходящий донор уже есть, какой то старый дроссель от телевизора сопротивлением 240 Ом, диаметром провода — 0,08 мм. Думаю выдержит. А может нет. Так что продолжение следует.