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:
- generatora, gdje se mehanička energija pretvara u električnu
- 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.
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.