Энергияны электромеханикалық түрлендірудің физикалық негіздері Электромеханика электрлік және

Энергияны электромеханикалық түрлендірудің физикалық негіздері Электромеханика электрлік және механикалық жүйелердің өзара әрекеттесуін, яғни электр энергиясының механикалық энергияға және, механикалық энергияның электр энергиясына түрлену үрдістерін зерттейді. Мұндай түрлендірулерді жүзеге асыратын қондырғыларды электромеханикалық түрлендіргіштер деп атайды. Электромеханикалық түрлендіру үрдісі міндетті түрде магнит өрісінің қатысуымен өтеді. Басқаша айтқанда, энергияны электромеханикалық түрлендіруді өзара байланысқан электрлік, магниттік және механикалық құбылыстардың әрекеттесуі ретінде қарастыруға болады Электрлік қозғалтқыштарда энергиялардың түрлену бағыты Wэл Wмех Wмаг эл. энергия магнит. энергия мех. энергия Электрлік генераторларда энергиялардың түрлену бағыты W маг Wмех. энергия магнит. энергия Wэл магнит. энергия эл. энергия

Электрлік құбылыстарды сипаттау үшін қолданылатын шамалар мен заңдар 1. Ток: ; 2. Кернеу: ; 3. Электр қозғаушы күш: 4. Өткізгіштің электрлік кедергісі: ; 5. Қуат: Толық тізбек үшін Ом заңы: Кирхгофтың бірінші заңы: Кирхгофтың екінші заңы: Джоуль-Ленц заңы: Өткізгіште жылуға айналатын қуат: Тізбек бөлігі үшін Ом заңы ;

Магнит өрісінің қасиеттері және сипаттамалары Магнит өрісі - электромагниттік өрістің байқалуының бір түрі. Оның басты қасиеті – қозғалыстағы электрлік зарядталған бөлшектерге күштік әсер көрсетуінде. Магнит өрісін сипаттайтын негізгі шамалар – магниттік индукция (В), магниттелгендік (J), магниттік кернеулік (Н). Магниттік индукция (В) – магнит өрісінің токқа әсері бойынша анықталатын векторлық шама (күштік сипаттамасы) Магниттелгендік (J) – заттың көлем бірлігіндегі магниттік момент. Магниттік кернеулік (Н) – ортаның әсерінен магниттік индукция (В) қаншалықты әлсірейтінін немесе күшейетінін көрсететін шама. Мұндағы - - вакуумның магниттік өтімділігін сипаттайтын тұрақты; - заттың салыстырмалы магниттік өтімділігі; - заттың абсолюттік магниттік өтімділігі 3

Био-Савар заңы: Бұл заң магниттік индукцияның (МИ) мөлшері мен бағытын анықтайды. Ұзындығы dl тең, бойымен I тогы жүретін өткізгіштің магнит өрісінің С нүктедегі индукциясы МИ-дің векторы бағыты “бұрғы ” ережесі бойынша анықталады. Шексіз ұзын өткізгіштің магнит өрісінің r қашықтықтағы нүктедегі магнит индукциясы: Сақина тәріздес орамның ортасындағы магнит индукциясы: Ұзындығы l , орам саны w тең ораманың ішіндегі магнит индукциясы 4

Магнит ағыны Белгілі бір аудан арқылы өтіп жатқан магниттік индукцияның сызықтарының жалпы санын магнит ағыны дейді Егер B=const болса, онда Егер B мен S өзара перпендикуляр (α=0) болса, онда Ұзындығы l , орам саны w тең ораманың ішіндегі магнит ағыны: 5

Магниттеуші күш немесе магниттік қозғаушы күш (М. Қ. К. ) – ораманың орам саны (w) мен тогының (I) көбейтіндісі М. Қ. К. -тің оң бағытын “бұрғы” ережесі арқылы анықтайды Ағын ілінісуі - ораманың жеке орамымен іліскен магнит ағындарының қосындысы. Барлық орамдары w магнит ағынымен Ф ілініскен ораманың ағын ілінісуі: Ораманың өзіндік ағын ілінісуі сол ораманың тогымен анықталады: Бірінші ораманың тогы арқылы екінші орамада пайда болған ағын ілінісуін өзаралық ағын ілінісуі дейді: Вб 6

Индуктивтілік токтың магнит өрісімен байланысын сипаттайды. Ол электр тізбегінің ток жүрген кезде ағын ілінісу тудыратын қасиетін білдіреді ( ), электр машиналардың негізгі параметрлерінің бірі. Өзіндік индуктивтілік деп тізбек элементінің өзіндік ағын ілінісуінің Ψ сол элементтегі токқа I қатынасын айтады: Бірі біріне жақын орналасқан екі ораманың арасында магниттік байланыс болады. Бұл байланыс бір ораманың тогы тудырған магнит ағыны келесі ораманың орамдарымен ілінісуінен пайда болады. Бұл жағдайда өзаралық ағын ілінісу Пропорциональдық коэффициент М өзаралық индуктивтілік деп аталады Толық магниттік байланыс болған жағдайда: Шын жағдайда орамамен ілініспейтің шашыраңқы магнит ағыны болуына байланысты 7

Толық ток заңы: Магнит өрісінің кернеулігінің векторының тұйық контур бойынша сызықты интегралы сол контурдағы токтардың алгебралық қосындысына тең: Егер w>1, онда • • Электротехникалық болғандықтан Мұндағы 8

Магнит тізбегі үшін Ом заңы Магниттік кернеу Магниттік кедергі 9

Магнит тізбектері үшін Кирхгоф заңдары Бірінші заң: Түйінде түйіскен магнит ағындарының алгебралық қосындысы нөлге тең: Екінші заң: Кез келген тұйық контурдың бойындағы магниттік кернеулердің түсуі сол контурдағы магниттік қозғаушы күштердің алгебралық қосындысына тең: 10

Қозғалыстағы денелердің күштік және инерциялық сипаттамалары Сызықты қозғалысқа түскен дененің күштік сипаттамасы ретінде күш F (Н немесе кгс) қабылданған, инерциялық сипаттамасы ретінде масса т ( кг) қабылданған. Айналмалы қозғалысқа түскен дененің күштік сипаттамасы ретінде күштік момент М=Fһ (Нм немесе кгс·м) қабылданған. Мұндағы h- күш иіні. Айналмалы қозғалысқа түскен дененің инерциялық сипаттамасы ретінде инерция моменті ( ) қабылданған, мұндағы r - инерция радиусы, дененің массасының центрінен айналу осіне немесе айналу нүктесіне дейінгі қашықтық. Инерция моменті дененің пішініне, мөлшеріне және орналасу жағдайына байланысты. Дененің және денелер жүйесінің қозғалысының теңдеуі Дененің сызықты қозғалысы кезінде механикалық қозғалыс өлшемі ретінде қозғалыс мөлшері (m. V) қабылданған. Денеге күш F әсер еткенде қозғалыс мөлшері өзгереді: (Ньютонның екінші заңына бағынады) 11

Механикалық жүйе үшін Айналмалы қозғалысқа түскен денелер жүйесі үшін Егер болса, онда Сызықты қозғалысқа түскен дененің кинетикалық энергиясы Айнымалы қозғалысқа түскен дененің кинетикалық энергиясы

Энергияны электромеханикалық түрлендіру (электромеханика) электрлік, магниттік және механикалық шамалар арасындағы байланысты сипаттайтын заңдарға негізделеді: - электромагниттік күштер заңы (Ампер заңы); - электромагниттік индукция заңы Ампер заңы 1820 жылы Ампер магнит өрісінің тогы бар өткізгішке күштік әсерін (Ампер күшін) сипаттайтын заңды тұжырымдады. Магнит индукциясы тең, магнит өрісіне орналасқан және бойымен I тогы жүретін және ұзындығы өткізгішке әсер ететін Ампер күші: α- мен арасындағы бұрыш

Ампер күші “сол қол” ережесі бойынша анықталады машинасының сұлбасы 14

Бір тектес магнит өрісіне (В=const) тік бұрышты контур орналасса, онда оның бойымен ток жургенде “аб” және “вг” қабырғаларына электромагниттік күш әсер етіп, айналу моментін тудырады. 15

Электромагниттік индукция құбылысы Кез келген тұйық контурды қиып өтетін магнит ағыны өзгерген кезде, ол контурда электр қозғаушы күш (Э. Қ. К. ) пайда болады. Электромагниттік индукция заңы бойынша, контурда пайда болған Э. Қ. К. магнит ағынының өзгеру жылдамдығына тура пропорционал: Егер орамада w орам (контур) болса, онда Ленц ережесіне сәйкес “-” таңбасы мына үрдісті білдіреді: магнит ағыны өзгерген кезде пайда болатын Э. Қ. К. -тің бағыты осы өзгеріске кедергі жасауға бағытталған. 16

Электромагниттік индукция құбылысы Кез келген тұйық контурды қиып өтетін магнит ағыны өзгерген кезде, ол контурда электр қозғаушы күш (Э. Қ. К. ) пайда болады. Электромагниттік индукция заңы бойынша, контурда пайда болған Э. Қ. К. магнит ағынының өзгеру жылдамдығына тура пропорционал: Егер орамада w орам (контур) болса, онда Ленц ережесіне сәйкес “-” таңбасы мына үрдісті білдіреді: магнит ағыны өзгерген кезде пайда болатын Э. Қ. К. -тің бағыты осы өзгеріске кедергі жасауға бағытталған. 17

Құйынды токтар Электромагниттік индуция құбылысын қолданудың мысалы ретінде трансформатордың жұмысын, құйынды токтардың пайдалы болуы және қолдануын айтуға болады. Айнымалы тогы бар ораманың өзекшесінің әрбір қабатын тұйық контур десек, онда бұл контурда магнит ағының осіне перпендикуляр бағытталған Э. Қ. К. -і пайда болады. Бұл Э. Қ. К. -тер өз кезегінде магниттік остің айналасында тұйықталатын құйынды токтар тудырады. Олардың бағыттары Ленц ережесі бойынша анықталады. Джоуль-Ленц заңына сәйкес құйынды токтар әсерінен өзекшеде жылу бөлінеді. Бұл құбылыс практикада металлдарды қыздыру (балқыту) үшін қолданылады. Мұнда құйынды токтар әсері пайдалы. Электр машиналарының магнитөткізгіштерінде пайда болатын құйынды токтар оларды қыздырады, яғни энергияның шығынын тудырады. 18

19

Магнит өрісінде қозғалған өткізгіштегі Э. Қ. К. Магниттік индукция сызықтарын қиып өтетіндей қозғалысқа түскен өткізгіште Э. Қ. К-і пайда болады. Теріс және оң зарядталған бөлшектерге Лоренц күші әсер етуіне байланысты өткізгіштің бір ұшына оң зарядтар, екінші ұшына теріс зарядтар ығысады. Нәтижесінде өткізгіштің ұштары арасында потенциалдар айырымы ( ) пайда болады, жүктеме R арқылы ток жүреді. 20

Егер магнит индукциясының бағыты мен өткізгіштің қозғалу бағыты арасындағы бұрыш болса, v – өткізгіштің қозғалу жылдамдығы; l - өткізгіштің ұзындығы Егер болса, онда Э. Қ. К. -тің бағытын қолданылады анықтау үшін “оң қол” ережесі 21

22