Veličina inducirane EMS E srazmjerna je magnetskoj indukciji B, dužini vodiča koji siječe magnetske silnice l i brzini kretanja vodiča v, E = B·l·v [V].

Zadatak:
Kolika mora biti dužina vodiča generatora l, ako je inducirana ems E = 220V, magnetska indukcija između polova B = 1.5T i ako vodič siječe magnetske silnice okomito brzinom v = 12m/s?

Rješenje:

E = B·l·v
l= E/(B·v) = 12.22 [m]

Primjena elektromagnetske indukcije bila bi kod:

1. generatora, gdje se mehanička energija pretvara u električnu
2. transformatora, gdje se izmjenična struja jednog napona pretvara u izmjeničnu struju drugog napona

I jednačina transformatora kaže da su naponi svitaka transformatora srazmjerni sa brojevima zavoja svitaka, U1:U2 = N1:N2.
II jednačina transformatora kaže da su struje svitaka transformatora obrnuto srazmjerne sa naponima svitaka, U1:U2 = I2:I1.

Gubici kod transformatora javljaju se u željeznoj jezgri kao gubici zbog histereze i zbog vrtložnih struja, a u namotima su gubici zbog otpora vodiča.

Vrtložna struja "vrtloži" u dinamo limu transformatora, a nastaje elektromagnetskom indukcijom magnetskog toka Φ; u većini slučajeva je nepoželjna jer uzrokuje zagrijavanje jezgre. Foucaultove struje (Fukoove struje), prema francuskom naučniku Léonu Foucaultu, ili vrtložne struje su električne struje velike jakosti, koje se induciraju u unutrašnjosti metalnih vodiča podvrgnutih djelovanju promjenljivog magnetskog polja i teku u zatvorenim krivuljama, strujnim petljama nalik na vrtloge u fluidu. Njihov smjer određuje se prema Lenzovom pravilu. U električnim strojevima (električnim motorima, generatorima, transformatorima) one su nepoželjne jer zagrijavaju metalnu armaturu, što je dvostruko štetno: prouzrokuju gubitak energije i povišenje radne temperature stroja. Kako bi Foucaultove struje bile manje jakosti, metalni dijelovi električnih strojeva izrađuju se od tankih lamela (0,3 do 5,5 mm debljine) međusobno razdvojenih izolatorom (slojem laka ili tankog papira). Foucaultove struje mogu se korisno upotrijebiti kod indukcijskih peći gdje se koriste za direktno zagrijavanje provodnog materijala, elektrodinamičkih prigušivača, elektromagnetskih kočnica na vozilima, lebdenju vozova, u indukcijskim brojilima el. energije, za otkrivanje pukotina i nedostataka metalnih dijelova uređaja i konstrukcija i dr. Jedan od primjera je da se pomoću vrtložne struje topi gvožđe tako što se u keramičku posudu stavljaju komadi gvožđa, a kroz navoj oko lonca se propušta naizmjenična struja. Promjenljiva struja stvara promjenljivo elektromagnetno polje, što proizvodi vrtložne struje, koje zagrijavaju i tope materijal u posudi. Ovako istopljeno gvožđe može da se lije u kalupe. Po istom principu se topi i zlato koje se koristi u stomatologiji.
Skin efekat je pojava kod izmjenične struje kada u presjeku vodiča vrtložne struje koče protok "osnovne" struje i to najjače u sredini vodiča, a prema površini sve slabije. Tako je gustoća "osnovne" struje na površini vodiča najveća, dok je prema sredini sve manja.

Samoindukcija i međusobna indukcija

Kada primarni namotaj/svitak sa N1 zavoja priključimo na napon izvora U1, kroz primarni namot će poteći struja I1 koja će u željeznoj jezgri stvoriti magnetski promjenljiv tok/fluks Φ. Sinusna promjena magnetskog toka inducirat' će samoindukcijom i međusobnom indukcijom ems E1 i E2 u primarnom N1 i sekundarnom N2 namotu, kako prikazuje gornja slika.

Induktivitet svitka L [H] je ukupna vrijednost svojstva svitka koji ovisi o samoindukciji; jedinica za mjerenje je henri [H]. Henri [1H] je induktivitet svitka ako u njemu jednolika promjena struje od 1A u jednoj sekundi pobudi elektromotornu silu od 1V.
Inducirana ems E u svicima transformatora data je jednačinama:

E1 = 4,44·f·N1·Φ [V]
E2 = 4,44·f·N2·Φ [V]

Smjer izbacivanja vodiča iz magnetskog polja određujemo pomoću pravila lijeve ruke, pri čemu silnice udaraju u lijevi dlan, prsti pokazuju smjer struje, onda nam ispruženi palac pokazuje smjer izbacivanja vodiča.

Sila izbacivanja F [N] vodiča u magnetskom polju srazmjerna je magnetskoj indukciji B, jačini struje I i dužini vodiča l,  F = B·I·l [N].

Magnetsko polje na petlju djeluje kao zakretni moment M [Nm], a srazmjeran je sili izbacivanja vodiča u magnetskom polju F [N] i udaljenosti pravca u kojem sile djeluju d [m], prikazano na gornjoj desnoj slici.

Zadatak:
Koliki je zakretni moment rotora elektromotora ako je magnetska indukcija B = 0,8 T, dužina petlje l = 0,2 m, broj zavoja N = 1200, promjer d = 0,25 m i struja kroz rotor I = 8 A?

Rješenje:

F = B·I·l·N = 1536 [N]
M = F·d = 384 [Nm]

Osnove elektrotehnike [III dio]

Naizmjenična struja AC

Napajanje električnih uređaja može biti iz izvora jednosmjerne struje (DC) ili izvora naizmjenične struje (AC). U kolu jednosmjerne struje, elektroni teku kontinuirano u jednom smjeru od izvora energije kroz provodnik do opterećenja i natrag do izvora energije. Napon u jednosmjernoj struji ostaje konstantan. Izvori istosmjerne struje uključuju baterije i DC generatore.
Suprotno, generator naizmjenične struje pokreće elektrone prvo u jednom smjeru, a zatim u drugom. Zapravo, generator naizmjenične struje mijenja polaritet svojih terminala mnogo puta u sekundi, uzrokujući promjenu smjera struje sa svakim preokretom.