Модуль 2. Магнитное действие тока. Построение трехфазной системы. Мощность трехфазной системы.

Комплексной целью модуля является изучение:

- магнитных полей, магнитного действия тока;

- распространение магнитных полей в веществе;

- понятий магнитная индукция и магнитный поток;

- принципов наведения ЭДС и получения переменного однофазного и многофазных токов;

- принципов построения трехфазных систем переменного тока;

- способов соединения трехфазных систем на звезду, на треугольник.

Лекция 4. Магнитное поле. Магнитное действие силы тока. Магниты.

Магнитным полем называется силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом. Магнитное поле, создаваемое током, пропорционально току – чем больше ток, тем сильнее поле. Магнитное поле создается в любой среде (воздух, керамика, медь и др.)

Некоторые исключительные материалы называют ферромагнитными, (кобальт, разные стали, чугун и сплавы.)

Магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции В значение которого определяет силу, действующую в данной точке поля на движущийся электрический заряд (силу Лоренца) и на тела, имеющие магнитный момент. Единица магнитной индукции в СИ называ­ется тесла (Тл).

Свойства магнитов притягивать железные предметы и отклонять стрелку компаса, всем хорошо знакомы. Простые опыты рис. 4.1., 4.2. показывают, что одноименные полюсы магнитов отталкиваются друг от друга, а разноименные притягиваются.

 

Рис. 4. 1

 

Рис. 4. 2

 

Сама наша Земля – это огромный магнит: около северного географического полюса лежит ее южный магнитный полюс, а около южного географического полюса лежит ее северный магнитный полюс.                                           

Магнитные свойства заключены не только в теле самого магнита с его полюсами, но и в окружающем его пространстве. В пространстве, окружающем магнит, существует магнитное поле. Магнитное поле – один из видов материи, одна из форм ее проявления. Магнитное поле может наблюдаться как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве.

В магнитном поле заключена энергия. В самом деле, под действием магнитного поля возникают силы, приводящие в движение тела. За счет энергии, запасенной в магнитном поле, совершается работа.

Магнитное поле в веществе

Известны два основных эффекта воздействия внешнего магнитного поля на вещество. Во-первых, при наличии внешнего магнитного поля каждый атом в целом получает дополнительное вращение, хотя внутреннее движение электронов в атоме при этом не изменяется. Это вращение приводит к воз­никновению индуцированного магнитного момента атома, направленного противоположно вектору маг­нитной индукции внешнего магнитного поля. Это явление называется диамагнетизмом. Диамагнетиз­мом обладает любое вещество. Но практически диа­магнетизм обнаруживается только в тех веществах, у которых атомы не обладают собственным магнит­ным моментом.

Во-вторых, если атомы вещества обладают отлич­ными от нуля магнитными моментами (спиновыми, орбитальными или тем и другим), то внешнее поле будет стремиться ориентировать эти магнитные мо­менты вдоль своего направления. В результате воз­никает параллельный полю магнитный момент, ко­торый называется парамагнитным, а такие вещества соответственно называются парамагнетиками.

Существенное влияние на магнитные свойства ве­щества могут оказать также внутренние взаимодей­ствия между микрочастицами – носителями магнит­ных моментов. В некоторых случаях благодаря этим взаимодействиям оказывается энергетически выгод­нее, чтобы в веществе существовала самопроизволь­ная, не зависящая от внешнего поля, упорядоченность в ориентации магнитных моментов частиц. Вещества, в которых атомные магнитные моменты самопроиз­вольно ориентированы параллельно друг другу, на­зываются ферромагнетиками.

Особенностями ферромагнетиков являются:

1) большое значение магнитной проницаемости;

2) сохранение намагниченности после прекращения действия магнитного поля;

3) магнитная проницаемость не является постоянной величи­ной.

Большая магнитная проницаемость ферромагне­тиков используется в различных электрических устройствах для усиления магнитных полей. Непосто­янство магнитной проницаемости существенно затрудняет расчеты. Вследствие этого при расчетах магнитных цепей с ферромагне­тиками используется графическое изображение зави­симости магнитной индукции от напряженности маг­нитного поля (рис. 4.3) для данного материала (кри­вая намагничивания). Магнитная индукция сначала круто возрастает с увеличением Н, затем скорость ее роста уменьшается, и, наконец, начиная с некоторого значения напряженности внешнего поля Н, дальней­шее ее увеличение не дает увеличения В, что соответ­ствует горизонтальному участку графика. Это явле­ние носит название магнитного насыщения.

Магнитная индукция в электрических устрой­ствах выбирается в зависимости от предъявляемых к ним требований. Если желательно, чтобы случайные колебания намагничивающего тока мало влияли на магнитный поток, то выбирается индукция, соответ­ствующая условиям насыщения. Если же нужно, что­бы индукция или поток изменялись пропорциональ­но намагничивающему току, то выбирается индукция, соответствующая нижней ненасыщенной части кри­вой намагничивания.

                                

Рис. 4. 3                                                                                   Рис. 4. 4

 

Весьма важной особенностью ферромагнетиков является так называемый гистерезис. Явление гис­терезиса заключается в том, что магнитная индукция В зависит не только от значения напряженности маг­нитного поля Н в данный момент времени, но и от того, какая напряженность была раньше.