Электродвигатель в сети постоянного тока с напряжением
Задача. Электродвигатель в сети постоянного тока с напряжением В потребляет ток силой А. Определите механическую мощность и КПД электродвигателя, если сопротивление его обмотки Ом.
Дано:
Найти:
Решение
Думаем: мощность электродвигатели или полная мощность, развиваемая электродвигателем можно найти через определение мощности тока:
- где
- — затраченная (механическая) мощность элетродвигателя
- — ток,
- — напряжение.
КПД источника тока можно найти как отношение полезной мощности к затраченной:
- где — КПД двигателя,
- — полезная мощность.
Затраченная мощность — мощность, потребляемая самим источником — то, что нами уже было найдено в (1), а с полезной мощностью (то, что потребляется во внешней цепи) надо ещё разобраться. У нас непонятно, кто является потребителем. Попробуем в обратную сторону, найдём полезную мощность из идеи того, что всё, что произведено источником и не потерялось на нём самом ушло в сеть, тогда:
- где
- — мощность потерь на электродвигателе
Саму мощность потерь можно найти через:
- где
- — сопротивление электродвигателя.
Решаем: подставим (1) и (4) в (3)
а получившееся выражение подставим в (2) и преобразуем:
Считаем:
Ответ: Вт, %.
№1059. Электромотор, имеющий сопротивление обмотки 2 Ом, подключен к генератору постоянного тока с ЭДС 240 В и внутренним сопротивлением 4 Ом. При работе электромотора через его обмотку течет ток 10 А. Определите КПД электромотора. Какую максимальную мощн
№1059. Электромотор, имеющий сопротивление обмотки 2 Ом, подключен к генератору постоянного тока с ЭДС 240 В и внутренним сопротивлением 4 Ом. При работе электромотора через его обмотку течет ток 10 А. Определите КПД электромотора. Какую максимальную мощность может развивать мотор и какой ток течет при этом по его цепи?
Ток, при котором мощность максимальна, найдем, приравняв нулю производную полезной мощности по току:
При этом полезная мощность равна:
Источник:
Решебник по физике за 9, 10, 11 класс (Г.Н.Степанова, 2000 год),
задача №1059
к главе «43. Работа и мощность тока».Ток какой силы протекает через обмотку электромотора
Эксперт раздела «Вопрос электрику», автор статей. Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования, опыт работы более 5 лет.
Любая электротехническая система не обходится без расчета силы тока в цепях, проводниках и приборах. Например, при монтаже электрической проводки в однофазной сети или в трехфазной сети для расчета толщины проводников и автоматических защитных выключателей необходимо знать силу тока, который будет протекать в данных линиях. Правильное измерение – залог безопасной и надежной эксплуатации любого электрического устройства.
Измерения силы тока проводят не только для расчета цепей, но и для диагностики электрического оборудования (например, измерения на трехфазном двигателе) и бытовых электроприборов (в нагревателе, лампочках, блоках питания, зарядных устройствах USB и пр.). Автомобильные электрики, для выявления неисправности в электрических системах автомобиля (например, в прикуривателе) проводят измерения силы тока на аккумуляторе или на генераторе автомобиля. В этой статье мы подробно расскажем, как правильно измерять ток в различных ситуациях.
Как измерить ток
Для того, чтобы уметь правильно измерить силу тока, не обязательно быть профессиональным электриком, но необходимо иметь некоторые познания в электротехнике.
Что же такое сила тока? Сила тока – физическая величина, которая равна отношению количества заряда, который проходит через определенную поверхность за некоторое время, к величине этого промежутка времени. Данная величина измеряется в Амперах и обозначается буквой «А». Хоть определение силы тока и звучит достаточно мудрено, но в этой физической величине нет ничего сложного.
Но как измерить амперы? Чтобы провести измерения силы тока необходимо иметь определенный инструмент или оборудование для этого. Обычно измерения в цепи постоянного напряжения проводят мультиметром или тестером, а в сетях переменного напряжения токоизмерительными клещами или амперметром.
Постоянный ток
Как уже было сказано выше, измерения силы тока в цепях постоянного напряжения удобнее всего проводить мультиметром. Для того, чтобы осуществить измерение необходимо взять мультиметр и настроить его для работы с силой тока.
Для этого переключатель режимов перемещается в положение DCA (измерение постоянного тока), а красный и черный штекеры щупов мультиметра подключаются к гнездам с обозначением «10А» и «COM», а другие концы подключаются в разрыв цепи (то есть красный подключается к положительной полярности, а черный к отрицательной).
На современных китайских мультиметрах есть два гнезда для измерения силы тока. Одно из них подписано mA. Оно защищено предохранителем и предназначено для измерения малых токов, зачастую не более 200 мА. А второе гнездо подписывается либо просто «А», либо «10А». Оно не защищено предохранителем и предназначено для измерения тока большой величины. При этом время измерения обычно ограничивается периодом в 10-20 секунд.
Измерения производят с максимального значения, постепенно уменьшая для получения на экране необходимой размерности значения. Важно понимать примерную мощность электрической сети, в которой проводятся измерения, и выбирать прибор в соответствии с этим. Если прибор не рассчитан на такую величину, то он может выйти из строя или произойдет короткое замыкание.
В быту измерения силы тока постоянного напряжения проводят, например, у светодиода на светодиодной ленте или на плате телевизора (или другой техники) при его ремонте, а также в других случаях.
Многие думают, что для измерений силы тока нужно покупать дорогой мультиметр. Но тут надо понимать, для каких целей и задач будет использоваться прибор. Если работу выполняет профессиональный электрик, то приобретается более точный и дорогой инструмент, а домашние измерения можно производить и китайским мультиметром.
Переменный ток
Измерение силы тока в цепи переменного тока сложнее, чем для постоянного. Для этого применяют такие приборы, как амперметр или токоизмерительные клещи. Использование токоизмерительных клещей – самый удобный и безопасный способ, но он подходит только при открытой прокладке проводки или кабеля. Такой способ позволяет измерить ток без разрыва цепи, что существенно безопаснее и быстрее.
Измерение производится путем помещения проводника под напряжением в разъёмный магнитопровод со вторичной обмоткой (конструкция почти аналогична трансформатору тока). Благодаря явлению электромагнитной индукции можно измерить вторичный ток в обмотке, а после этого прибор рассчитывает первичный в измеряемой цепи. При измерении токоизмерительными клещами проводник заводится в раствор клещей и на дисплее прибора отображается сила тока в цепи переменного напряжения.
Чтобы применять амперметр для измерений силы тока нужно обладать определенными навыками и знать, как следует включить в цепь амперметр чтобы измерить силу тока.
Амперметр, как и мультиметр включается в разрыв цепи. При этом важно понимать, что переменный ток наиболее опасен, поэтому требует серьезного отношения к электробезопасности. При включении амперметра в цепь, подачи напряжения и подключения нагрузки на дисплее или табло амперметра будет указана сила тока в цепи.
Примеры измерения тока
Для понимания принципов измерения силы тока в различных электроприборах и цепях ниже приведены варианты устройств и способы измерения силы тока.
Электродвигатель
Измерения силы тока в обмотках электродвигателя производят для проверки наличия коротких замыканий, неисправностей и для настройки правильного алгоритма управления электродвигателем. Так как ток в трехфазном асинхронном двигателе в каждой фазе одинаковый, то достаточно подключить один амперметр к одной фазе для проверки его потребления.
Для диагностики каждой из обмоток замеряют ток в каждой фазе, и если в каждой из фаз он отличается, то в какой-то из обмоток возможно межвитковое замыкание, а если в одной из фаз вообще нет тока — то либо обрыв на линии либо обрыв в обмотке. Если в одной из фаз ток есть но он меньше чем в двух других – возможен плохой контакт в брно или в коммутационных приборах.
У однофазного электромотора все проще: ток измеряется на единственной фазе. Но нужно иметь в виду, что максимальная сила тока амперметра ограничена и обычно составляет не более 5А, поэтому при для больших токов используют токовые клещи или другие схемы с трансформаторами тока и амперметром.
Сварочный аппарат
Для того, чтобы понимать какие электроды использовать и в каком режиме производить сварочные работы можно измерить силу тока на проводе выхода у сварочного аппарата под нагрузкой. Измерение производят аналогично другим приборам, включая в цепь на сварочном инверторе амперметр с трансформатором (бывают и старые модели амперметров с возможностью измерения до 200 А) или используя токоизмерительные клещи.
Батарейки и аккумуляторы
В быту часто бывает необходимо измерить ток электроприбора на батарейках (в качестве батареек могут быть кроны, пальчиковые батарейки и прочие аккумуляторы). Важно понимать, что просто подключить мультиметр или амперметр к источнику нельзя, потому что силу тока измеряют только под нагрузкой.
В качестве нагрузки можно остановится на лампе накаливания или на резисторе или включится в цепь самого прибора. Для замера нужно выбрать на мультиметре необходимый режим (для измерения постоянного тока), правильно подключить клеммы к прибору и на участке цепи. При этом на экране мы получим искомое значение для той нагрузки, которая подключена к аккумулятору.
Заключение
Как можно убедится, существует всего два способа измерения силы тока:
- С помощью амперметра или мультиметра — в этом способе важно чтобы прибор выдерживал и его предел измерения был рассчитан на измеряемую силу тока. Недостаток у этого способа состоит в том, что необходимо разрывать цепь. Тогда при измерениях на плате придется перерезать дорожку, а при измерении потребления приборов – разделывать их кабель и выделять одну из жил, или отключать от прибора один провод и включать в его цепь измерительный прибор.
- С помощью токоизмерительных клещей. Зачастую этот способ используются для измерения переменного тока, но современной промышленностью выпускают токоизмерительные клещи для постоянного тока, принцип действия которых основан на эффекте Холла (только такие клещи дороговаты — стоят от 50$). Удобен способ тем, что не нужно разрывать цепь – нужно лишь ОДНУ жилу вложить в клещи и на экране высветится сила тока в цепи (или стрелка подскочит, если прибор стрелочный).
Существуют и комбинированные способы, когда измерительный прибор не рассчитан на измеряемую величину – можно использовать трансформатор тока. Например, электросчетчики прямого включения не всегда могут измерять большие токи для учета электроэнергии. Тогда их подключают не напрямую, а через трансформатор тока.
Теперь вы знаете, как измерить силу тока в цепи постоянного и переменного тока. Надеемся, наша инструкция и примеры помогли вам разобраться в вопросе. Если что-либо осталось непонятным, задавайте вопросы в комментариях под статьей!
Материалы по теме:
- Закон Ома простыми словами
- Активная, реактивная и полная мощность
- Как выбрать мультиметр для дома и работы
- Перевод ампер в киловатты
Опубликовано 12.11.2019 Обновлено 12.11.2019 Пользователем Александр (администратор)
Что произойдет, если провести электрический ток через магнит?
Магнитное поле и электрический ток — две важнейшие составляющие мира электромагнетизма. Они тесно связаны друг с другом и обладают невероятной силой во многих аспектах нашей жизни. Итак, что произойдет, если провести электрический ток через магнит? Давайте разберемся!
Когда электрический ток протекает через магнит, это вызывает появление электромагнитной силы, которая действует на заряженные частицы в этом токе. Эта сила может вызывать движение заряженных частиц и приводить к различным интересным явлениям.
Одно из наиболее известных явлений, происходящих при прохождении тока через магнит, — это электромагнитная индукция. Когда ток меняется во времени, в магнитном поле возникает электрическое поле, которое может индуцировать электрический ток в окружающих проводниках. Это явление широко используется в различных устройствах, таких как генераторы и трансформаторы.
Взаимодействие электрического тока и магнитного поля
Одним из основных эффектов взаимодействия электрического тока и магнитного поля является сила Лоренца. Эта сила действует на заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле, и перпендикулярна их скорости и направлению магнитного поля. Сила Лоренца может вызывать отклонение траектории заряженных частиц или влиять на их движение в магнитном поле.
Еще одним эффектом взаимодействия тока и магнитного поля является электромагнитная индукция. Если изменяется магнитное поле, проходящее через проводник, то в проводнике появляется электрический ток. Этот явление было открыто Майклом Фарадеем и называется законом Фарадея. Принцип индукции используется в различных устройствах, таких как генераторы и трансформаторы.
Взаимодействие электрического тока и магнитного поля также проявляется в явлении электромагнитной волны. Когда электрический ток изменяется в проводнике, он создает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает переменное электрическое поле. Таким образом, образуется электромагнитная волна, которая может передаваться в пространстве и использоваться для передачи информации или энергии.
Чему стоит быть готовыми в 2024 году в категории вирусных инфекций?
Движение электрических зарядов в магнитном поле
Когда электрический ток проходит через магнит, возникают силы, которые действуют на движущиеся заряды. Это явление называется электромагнитной индукцией и основывается на законе Био-Савара и законе Лоренца.
Закон Био-Савара утверждает, что магнитное поле, создаваемое проводником с током, пропорционально току и обратно пропорционально расстоянию до проводника. Это означает, что магнитное поле будет сильнее при большем токе и ближе к проводнику.
Закон Лоренца определяет, что на движущийся заряд в магнитном поле действует сила, перпендикулярная его скорости и магнитному полю. Эта сила называется лоренцевой силой и может изменять траекторию движения зарядов.
Когда электрический ток проходит через магнитное поле, заряды начинают двигаться по криволинейным траекториям вдоль линий магнитного поля. Если проводник представляет собой петлю, то заряды будут двигаться по окружности вокруг оси проводника.
Движение электрических зарядов в магнитном поле находит применение в различных устройствах, таких как электромагниты, генераторы и электромоторы. Кроме того, это явление является основой работы электромагнитных датчиков, компасов и других устройств, использующих магнитное поле.
Применение Описание Электромагниты Используются для создания сильных магнитных полей и привлечения или отталкивания металлических предметов. Генераторы Преобразуют механическую энергию в электрическую, используя движение зарядов в магнитном поле. Электромоторы Преобразуют электрическую энергию в механическую, используя движение зарядов в магнитном поле. Электромагнитные датчики Используются для измерения магнитных полей и обнаружения металлических предметов. Компасы Ориентируются по магнитным полям Земли и позволяют определить направление. Появление силы Лоренца
Сила Лоренца определяется по формуле:
где F — сила Лоренца, q — заряд частицы, v — скорость частицы, B — магнитная индукция.
Что происходит с организмом, если не есть четыре дня? Узнайте последствия!
Сила Лоренца всегда перпендикулярна как скорости частицы, так и магнитному полю. Она направлена перпендикулярно плоскости, образованной скоростью и магнитным полем, согласно правилу правой руки.
Появление силы Лоренца имеет важное практическое применение в различных устройствах и технологиях. Например, электрические моторы и генераторы работают на основе явления силы Лоренца. Также сила Лоренца применяется в магнитооптических и электронно-лучевых приборах.
Осцилляции электромагнитного поля
Когда проводится электрический ток через магнит, происходят осцилляции электромагнитного поля. Осцилляции представляют собой последовательные изменения поля во времени и пространстве.
При прохождении тока через магнит создается магнитное поле вокруг проводящего провода. Это поле является векторным и имеет свою силу и направление. По мере изменения тока сила и направление магнитного поля также меняются.
Осцилляции электромагнитного поля проявляются в виде электромагнитных волн. Эти волны распространяются в пространстве со скоростью света и имеют свою частоту и длину волны. Частота и длина волны зависят от частоты и амплитуды тока.
Осцилляции электромагнитного поля имеют своеобразную структуру. Они состоят из электрического поля, которое изменяется во времени, и магнитного поля, которое изменяется во времени и перпендикулярно электрическому полю.
Осцилляции электромагнитного поля имеют множество применений. Они используются в радиоэлектронике, телекоммуникациях, радиовещании, радарах и других областях техники и науки.
Применение Описание Радиосвязь Осцилляции электромагнитного поля позволяют передавать информацию по воздуху на большие расстояния без проводов. Радары Осцилляции электромагнитного поля используются для обнаружения и отслеживания объектов в воздухе и на земле. Медицина Осцилляции электромагнитного поля применяются в диагностике и лечении различных заболеваний, например, в магнитно-резонансной томографии. Электромагнитная индукция
Когда проводим электрический ток через магнитное поле, возникает явление, называемое электромагнитной индукцией. При этом изменение магнитного поля приводит к индукции электрического тока в проводнике. Это явление, называемое также законом Фарадея, является основой работы электромагнитных генераторов, трансформаторов и других устройств.
Последствия прививки от коронавируса для заболевшего: что нужно знать
Процесс электромагнитной индукции обычно осуществляется с помощью провода, который помещается в магнитное поле и подвергается изменению. При изменении магнитного поля в проводнике возникает электрический ток, который можно измерить с помощью амперметра.
Электромагнитная индукция имеет широкое практическое применение. Она используется в электромагнитных генераторах, которые превращают механическую энергию в электрическую, в трансформаторах, которые позволяют изменять напряжение электрической сети, а также в электромагнитных индукционных печах и других устройствах.
Электромагнитная индукция является одной из основных причин, почему мы можем получать электрическую энергию в нашей ежедневной жизни. Она позволяет нам использовать магнитные поля для создания электрического тока и применять его в различных устройствах и технологиях.
Появление электромагнитной силы
Когда электрический ток проходит через магнит, возникает электромагнитная сила, которая влияет на окружающее пространство. Этот феномен был открыт в XIX веке физиком Андре Мари Ампером и получил название «закон Ампера».
Проведение электрического тока через магнит создает электромагнитное поле вокруг проводника. Это поле обладает свойствами магнитного поля и оказывает силу на другие магнитные предметы или проводники, находящиеся в его области действия.
Сила, с которой электромагнитное поле воздействует на другие предметы, зависит от силы тока и расстояния до проводника. Чем сильнее ток и чем ближе находится предмет к проводнику, тем больше будет действующая сила.
Электромагнитная сила может использоваться в различных устройствах и системах. Например, она является основой работы электромагнитных моторов, генераторов и трансформаторов. Также электромагнитные силы используются в медицине и научных исследованиях для создания магнитных полей определенной силы и направления.
Сколько дней осталось до даты, когда наступит 28 октября 2024 года?
Магнитное поле вокруг проводника
Когда электрический ток протекает через проводник, вокруг него образуется магнитное поле. Это явление было впервые открыто Гансом Оерстедом в 1820 году.
Магнитное поле вокруг проводника имеет определенную направленность и силу. Ближе к проводнику сила магнитного поля выше, а на больших расстояниях от проводника она уменьшается.
Чтобы визуализировать магнитное поле вокруг проводника, можно использовать магнитные линии. Магнитные линии представляют собой кривые, которые показывают направление и силу магнитного поля в каждой точке пространства. Чем ближе линии друг к другу, тем сильнее магнитное поле в этой области.
Возможно представление магнитного поля в виде таблицы. Таблица может содержать следующую информацию:
Расстояние от проводника Сила магнитного поля Близко к проводнику Высокая На среднем расстоянии Средняя Далеко от проводника Низкая Магнитное поле вокруг проводника обладает свойством взаимодействия с другими магнитными телами. Если привести магнитный компас близко к проводнику с электрическим током, то стрелка компаса отклонится из-за воздействия магнитного поля. Направление отклонения зависит от направления тока в проводнике.
Магнитное поле вокруг проводника имеет множество применений в нашей повседневной жизни и науке. Оно используется в электромагнитах, электромагнитных реле, электромагнитных датчиках, генераторах и многих других устройствах.
Биот-Саваровский закон
Согласно этому закону, магнитное поле, создаваемое бесконечно малым участком проводника с током, прямо пропорционально величине тока и обратно пропорционально расстоянию от участка проводника.
Математический вид закона выглядит следующим образом:
B = (μ0/4π) * (I * dl × r) / r^3
- B — вектор магнитной индукции;
- μ0 — магнитная постоянная (4π * 10^-7 Вб/Ам);
- I — сила тока, проходящего через проводник;
- dl — вектор наконечника элементарного участка проводника;
- r — радиус-вектор точки наблюдения.
На какой день недели придется 19 января 2024 года?
Биот-Саваровский закон позволяет вычислять магнитное поле в любой точке пространства от проводника с известным током. Он является основой для решения многих задач электродинамики и магнетизма.
Применение принципа проведения тока через магнит
Генераторы работают на основе прямого эффекта проведения тока через магнит. При проведении электрического тока через магнитное поле происходит индукция электрического напряжения. Это преобразование механической энергии в электрическую позволяет генераторам создавать электрическую энергию.
Электромоторы, в свою очередь, работают на основе обратного эффекта проведения тока через магнит. При пропускании электрического тока через обмотки электромотора, магнитное поле создается вокруг этих обмоток. Это создание магнитного поля приводит к вращению ротора электромотора. Таким образом, электрическая энергия преобразуется в механическую энергию, позволяя электромоторам выполнять работу.
Трансформаторы применяются для изменения напряжения в электрических цепях. Они работают на основе принципа проведения тока через магнит. При пропускании переменного тока через первичную обмотку трансформатора, создается переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле индуцирует переменное напряжение во вторичной обмотке трансформатора. Таким образом, трансформаторы позволяют эффективно изменять напряжение в электрических цепях для передачи электроэнергии на большие расстояния.
Кроме того, принцип проведения тока через магнит находит применение в различных электротехнических устройствах, таких как гальванометры, электромагниты, электромагнитные замки и другие. Все эти устройства основаны на взаимодействии электрического тока и магнитного поля.
Таким образом, принцип проведения тока через магнит играет важную роль в различных областях электротехники и является основой для работы многих устройств и технологий.