Вопрос 44. Поверхностный эффект. Явление взаимной индукции. Физический смысл ЭДС взаимной индукции, взаимная индуктивность.

Возьмём две катушки и расположим их близко одна около другой. По первой катушке пропустим переменный ток:

Часть магнитного потока ( ) пронизывает витки второй. Это поток взаимоиндукции. Этот поток наводит на концах второй катушки ЭДС, которая называется ЭДС взаимной индукции. От этой ЭДС потечёт ток взаимной индукции.

Явление возникновения ЭДС во второй катушке при изменении тока в первой называется явлением взаимной индукции. Обозначим:

— потокосцепление взаимной индукции;

— коэффициент взаимной индукции.

— основной закон ЭМИ

ЭДС взаимоиндукции во второй катушке пропорциональна скорости изменения тока в первой.

Вопрос 45. Трансформатор с линейными характеристиками. Устройство, принцип действия, баланс мощностей. Потери на вихревые токи и способы их уменьшения.

Трансформатор — статическое устройство, которое служит для преобразования тока, напряжения и сопротивления. Трансформатор не преобразует мощность.

Трансформатор состоит из ферромагнитного сердечника и двух или более обмоток. Обмотка, которая включается в сеть, называется первичной, а в которую включается нагрузка — вторичной.

Работа трансформатора основана на явлении взаимной индукции. Когда по первичной обмотке течёт ток, в сердечнике возникает основной магнитный поток. Этот поток пронизывает обмотки и наводит в первичной обмотке ЭДС самоиндукции и во вторичной — ЭДС взаимоиндукции .

— коэффициент трансформации

Если , , трансформатор понижающий по напряжению.

Если , , трансформатор повышающий по напряжению.

Запишем комплексную мощность первичной и вторичной обмоток:

— уравнение баланса мощностей для трансформатора

Вывод: если трансформатор повышает по напряжению, то он понижает по току.

Небольшая часть магнитного потока замыкается по воздуху. Это потоки рассеивания.

Магнитное поле, пересекающее сердечник наводит в сердечнике ЭДС, которая вызывает в сердечнике токи. Они называются вихревыми. От этих токов сердечник нагревается. Чтобы уменьшить эти токи, надо увеличить электрическое сопротивление сердечника. Для этого:

1. сердечник набирают из отдельных тонких пластин 0,1 – 0,5 мм, изолированных друг от друга лаком;

2. в материал сердечника вводят специальные добавки, которые увеличивают его сопротивление.

Вопрос 46. Согласное и встречное включение двух взаимосвязанных катушек. Вариометр.

Согласным называется такое включение, когда потоки само- и взаимоиндукции направлены в одну сторону, встречным — когда в разные стороны.

(согласное включение)

и — собственные магнитные потоки первой и второй катушек (потоки самоиндукции).

Направление потоков определяем по правилу охвата правой руки.

— магнитный поток первой катушки, который пронизывает витки второй (поток взаимной индукции).

— магнитный поток второй катушки, который пронизывает витки первой (поток взаимной индукции).

Получилось согласное включение.

От каждого из потоков в катушке возникает ЭДС само- и ЭДС взаимоиндукции:

На концах обеих катушек будет действовать сумма ЭДС, т. к. катушки соединены последовательно:

— индуктивность при согласном включении двух катушек

Чтобы получить встречное включение, надо поменять начало и конец одной из обмоток.

(встречное включение)

Получили встречное включение.

— индуктивность при встречном включении двух катушек

Согласное и встречное включение используют для расчёта коэффициента взаимной индукции M:

Используют согласное и встречное включение в устройствах для плавного изменения индуктивности (вариометр). Он состоит из двух катушек, одна подвижная, а другая — неподвижная. При вращении подвижной катушки направление магнитных потоков изменяется от согласного до встречного, поэтому индуктивность меняется в пределе .