Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Физические основы работы электромеханических и магнитных элементов



Работа электромеханических и магнитных элементов, измерительных схем, применяемых в автоматике, основана на электрических и магнитных явлениях. Все эти элементы включаются в электрическую цепь, поэтому для описания их работы прежде всего используются закон Ома и законы Кирхгофа.

Закон Ома.Ток в проводнике I равен отношению напряжения U на участке проводника к электрическому сопротивлению R этого участка:

Первый закон Кирхгофа.В узле электрической цепи алгебраическая сумма токов равна нулю:

Второй закон Кирхгофа.В контуре электрической цепи алгебраическая сумма электродвижущих сил Е равна алгебраической сумме падений напряжения на сопротивлениях, входящих в этот контур:

 

Элементы и измерительные схемы в автоматике могут быть использованы в цепях постоянного и переменного тока. Законы Ома и Кирхгофа справедливы для электрических цепей переменного тока. Однако при этом используется символический метод с записью величин, входящих в уравнения, в комплексной форме. Полное сопротивление участка цепи в комплексной форме

где R — активное сопротивление; XL — индуктивное сопротивление; ХC — емкостное сопротивление.

Индуктивное сопротивление пропорционально индуктивности L и частоте переменного тока f: . Емкостное сопротивление обратно пропорционально емкости С и частоте переменного тока f:

Многие элементы автоматики основаны на изменении активного, индуктивного или емкостного сопротивлений. Так, для автоматического измерения температуры используется эффект увеличения активного сопротивления металлического проводника с ростом температуры и уменьшения активного сопротивления полупроводниковых материалов. В индуктивных датчиках, магнитных усилителях и некоторых других элементах используется зависимость индуктивности от насыщения магнитопровода или от взаимного перемещения элементов магнитопровода, в емкостных датчиках — зависимость емкости конденсатора от расстояния между его пластинами или площади пластин.

В ряде элементов автоматики используются электромеханические явления, связанные с взаимными преобразованиями электрической и механической энергии. В основе этих явлений лежат следующие физические законы.

Закон электромагнитной индукции.В замкнутом контуре при изменении сцепленного с ним магнитного потока Ф индуцируется ЭДС е, равная скорости изменения потокосцепления, взятой с обратным знаком:

Для катушки с числом витков w ЭДС е будет в w раз больше.

Закон Ампера.На проводник длиной l с током I, помещенный в магнитное поле с индукцией В, действует электромагнитная сила . Если прямолинейный проводник образует с направлением магнитного поля угол α, то в эту формулу вводится сомножитель .

При перемещении такого проводника длиной l со скоростью v в поле с индукцией В значение ЭДС может быть определено на основании закона электромагнитной индукции: . Если проводник движется под углом а к направлению магнитного поля, то в формулу вводится сомножитель :

Магнитная индукция В создается под действием напряженности магнитного поля Н. Эти величины связаны между собой зависимостью , где — абсолютная магнитная проницаемость, характеризующая магнитные свойства среды. Для магнитных материалов величина очень велика, что позволяет получить большие значения индукции В при сравнительно малых напряженностях Н.

В свою очередь, величина Н определяется током, возбуждающим магнитное поле. Свойство тока возбуждать магнитное поле именуется магнитодвижущей силой (МДС). Зависимость напряженности H от тока I определяется законом полного тока.

Применительно к сердечнику из ферромагнитного материала с катушкой закон полного токаможет быть записан в таком виде: , где w — число витков катушки; l — длина сердечника. Произведение называют магнитодвижущей или намагничивающей силой, а иногда числом ампер-витков.

При расчетах магнитных цепей используется аналогия между записью уравнений для тока в электрической цепи и для магнитного потока в магнитной цепи. Ток в электрической цепи можно определить как отношение ЭДС к электрическому сопротивлению, магнитный поток Ф в магнитной цепи — как отношение МДС к магнитному сопротивлению, называемое законом Ома для магнитной цепи. Соответственно можно говорить и о законах Кирхгофа для магнитных цепей. При этом вместо тока I подставляют магнитный поток Ф, вместо ЭДС Е — МДС , вместо электрического сопротивления R — магнитное сопротивление, пропорциональное длине сердечника l и обратно пропорциональное абсолютной магнитной проницаемости и сечению сердечника s. Связь между магнитным потоком Ф и магнитной индукцией В определяется соотношением Ф= B s.

Приведенные физические законы являются основными. Наряду с ними в отдельных элементах автоматики используются и другие физические закономерности и явления. В магнитных усилителях это явление одновременного намагничивания сердечника постоянным и переменным магнитными полями. В термоэлектрических, датчиках — эффект образования термоЭДС в цепи, состоящей из разных металлов (или полупроводников), при разной температуре мест соединения. В фотоэлектрических датчиках — эффект зависимости фото ЭДС между двумя контактирующими полупроводниками от интенсивности освещения, а также вылет электронов из освещенных тел, называемый внешним фотоэффектом. В магнитоупругих датчиках используется зависимость магнитных свойств ферромагнитов от механических напряжений, а в пьезоэлектрических датчиках — эффект появления ЭДС на гранях некоторых кристаллов при их сжатии.




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.