Постоянный ток

->-

Напряженность магнитного поля пропорциональна числу ампер х число витков

Магнитное поле

Рабочий диапазон

Рис. 1.11. Электромегнит

4 Электромагниты находят широкое применение в электрооборудовании автомобилей, в частности в генераторах и электродвигателях. Преимуществом использования эпектромагнитов в этих устройствах явпяется возможность регулировать характеристики эпектромашин путем изменения тока в катушках. Примени-тепьно к электромашинам [моторам и генераторам) зпектро-магниты называют полюсами, а проволочные катушки -обмотками.

15 Электромагнитные реле и соленоиды

1 Реле применяют дня включения и выключения цепей, по которым течет большой ток, затрачивая при зюм для управления ток значительно меньшей сипы (см. рис. 1.12). Типичным примером является цель включения стартера, который потребляет ток в несколько сотен ампер. В данном спучае провода, соединяющие стартер с аккумулятором, допжны быть топстыми и короткими, чтобы максимапьно снизить в них потери. По этим причинам их невозможно протащить к какому-нибудь выключателю в салоне. Репе решает эту проблему, поскольку его можно расположить в непосредственной близости от аккумупятора, а управлять им можно из сапона с помощью тонкого гибкого провода любой дпины.

2 Хорошо известно, что магнитное попе притягивает любой жепезный предмет, оказавшийся поблизости. Это явление испопьзуется в зпектромагните, в котором жепезный сердечник притягивается магнитным полем, если через катушку возбуждения пустить ток. Движением железного сердечника ипи якоря можно замкнуть ипи разомкнуть электрические контакты, которые дальше можно использовать в различных целях, о которых мы поговорим ниже.

о о-

НаправпениеУ тока

Репе (ипи соленоид)

Нкорь

Катушка

Замок зажигания

Направление большого тока

Аккумулятор

Стартер

Рис. 1.12. Принципиепьнея схеме репе

3 Простейшее реле изображено на рис. 1.13. Якорь этого репе удерживается в верхнем положении с помошью плоской пружины. При подключении катушки к источнику напряжения через катушку начинает течь ток, создаюший магнитное поле. Якорь при этом притягивается к катушке, преодолевая сопротивление пружины, и замыкает контакты некоторой внешней электрической цепи. При отключении управляюшей катушки магнитное поле исчезает и якорь под действием пружины возвращается в исходное положение, размыкая контакты. Реле такого типа широко используются в электрооборудовании автомобилей.

4 Соленоид - это несколько иной тип исполнительного устройства. Его действие основано на том, что железный сердечник, помешенный в катушку, по которой проходит электрический ток, стремится занять в этой катушке среднее положение (см. рис. 1.14). Силы, с которой якорь соленоида втягивается в катушку, оказывается достаточно, чтобы, например, ввести в зацепление шестерню стартера с зубчатым венцом маховика, да еше и включить контакты, которые могут передать большой ток.

16 Напряженность магнитного поля

1 Известно, что магнитный поток в железном магнитопроводе зависит от ряда факторов, которыми может управлять конструктор:

а) число витков провода в катушке;

б) сила тока (в амперах);

в) конструкция магнитопровода.

2 Железный магнитопровод оказывает магнитному потоку значительно меньшее сопротивление, чем воздух, поэтому, если требуется создание магнитного попя большой напряженности, необходимо сконструировать жепезный магнитопровод большого поперечного сечения и катушку с максимально возможным числом ампер-витков (см. рис. 1.15).

Гибкая пластина, выполняющая роль uiapnnpa

Заклепка

Здесь магнитный поток перескакивает на якорь Стрепки показывают направление магнитного потока

I Регулировочный винт

Плоская пружина

Питание катушки

Управляющая катушка

Железный магнитопровод

Рис. 1.13. Электромагнитное реле

17 Электродвигатели и генераторы

1 В автомобилях работеют миллионы электродвигателей и генераторов, пожалуй больше, чем в любой иной области техники. Спасибо конструкторам за то, что эти машины все же редко выходят из строя и требуют минимум внимания, хотя работают в тяжелых условиях эксплуатации - в широко меняющемся диапазоне температур, в запыленной и влажной атмосфере, при переменной частоте вращения (генераторы) - от нескольких сотен до нескольких тысяч оборотов в минуту, причем с большими ускорениями.

(Рычаг включения ведущей шестерни не показан)

Возвратная пружина

Обмотка соленоида

Железный сердечник

От аккумулятора

Движение Контакты, сердечника передающие большой ток

Q К стартеру

Рис. 1.14. Схема стертерного соленоида

ОПлохая конструкция, потому что:

а) длинный магнитопровод

б) большой воздушный зазор

в) малое число ампер-витков

г) мапо сечение магнитопровода

Эта конструкция лучше, г\ потому что: L/

а) магнитопровод короче

б) воздушный зазор меньше

в) число ампер-витков больше

г) больше сечение магнитопровода

Слабое попе

Рис. 1.15. Конструктивные элементы магнитопровода

Напряженность поля выше

2 Электродвигатели конструктивно мало отличаются от генераторов (как правило, электромашины обратимы), и отличие состоит лишь в напревлении потока мощности. Так, если к электромашине постоянного тока подвести электрический ток, то она начнет вращеться и с ее вапа можно получить механическую мощность. Если ту же электромешину начать вращать принудительно, то с ее клемм можно снять электрическую мощность. Аналогичным образом ведет себя и электромашина переменного тока (хотя здесь могут быть свои особенности).

3 Большинство стрелочных электроприборов также представляют собой очень специализированную электромашину постоянного тока, работающую в ограниченном диапазоне угла вращения 90 ... 120°. При конструировании приборов и электромашин используются одни и те же соотношения.

4 Детально конструкция генераторов и электромоторов будет описана ниже в соответствующих главах этого руководства. Здесь мы отметим лишь два основополагающих физических принципа, зная которые легко понять, как работают электрические машины и приборы.

18 Правило генератора

1 Если проводник движется поперек магнитного поля, то в нем генерируется напряжение [см. рис. 1.1 В), Полученное напряжение зависит от:

а] длины проводника, находящегося в пределах магнитного поля;

б] скорости движения проводника в направлении, перпендикулярном силовым линиям магнитного поля;

в] напряженности магнитного поля.

Действующее напряжение определяется следующим соотношением:

где В = напряженность магнитного поля в веберах на

квадратный метр [эте единица называется Тесла); L = длина проводника в пределах магнитного поля в метрах;

V = скорость проводника в направлении, перпендикулярном силовым линиям магнитного поля в метрах в секунду.

Нет необходимости приводить пример расчета по приведенной выше формуле. Самое важное - зепомнить факторы, от которых зависит генерируемое напряжение.

2 Этот физический закон лежит в основе работы любого генератора. Все остальное - детали. В генераторе проводник согнут в форме рамки, которая вращается в магнитном поле.

Е = В L V, вольт

Вольтметр

Рис. 1.16. Индуцирование э.д.с. в проводнике, движущемся в магнитном поле