19 Правило электродвигателя

Сила F

1 Это обратная ситуаиия по отношению к генератору. Еспи через проводник, находящийся в магнитном поле, пропустить ток, то возникнет сила, перемещающая проводник в направлении, перпендикулярном направлению силовых пиний попя и направлению движения тока.

2 На рис. 1.17. показан проводник, по которому течет ток. Проводник находится в магнитном поле, силовые линии которого принято считать направленными от северного полюса магнита (N) к южному (S). Ток, текущий в проводнике, сам создает магнитное поле, которое взаимодействует с полем магнита и создает силу, которая заставляет проводник двигаться в направлении, показанном не рисунке. Значение возникающей силы зависит от:

а) напряженности магнитного поля В (в веберах на квадратный метр, или Теспа);

б) сипы тока в проводнике I (в амперах);

в) длины участка проводника, находящегося в магнитном попе L [в метрах].

Сила равна:

F = B\L, Ньютонов.

3 Еспи изогнуть провод в виде прямоугольной рамки (см. рис. 1.1В) и поместить его снова в магнитное попе, то направление

L в метрах

Магнитное поле В в Веберах на кв. метр (Тесла]

Ток I в Амперах Сипа, действуюшая на проводник F

Рис. 1.17. Сила, действуюшая на проводник с током

Направление магнитного поля

Рабочий ,4 радиус R

Подвод тока / Отвод тока

Направление вращения

Плечо R

Крутяший момент = FxR

В системе СИ крутяший момент измеряется в Ньютон-метрах [Н *м),ав технической системе - в килограмм-метрах [кгс *м).

Рис. 1.19. Крутяший момент

тока в боковых сторонах рамки будет противоположным и они будут двигаться в противоположных направлениях. Таким образом, рамка начнет вращаться и нам останется только установить ее на подшипники, чтобы получить простейший электродвигатель.

Эта основная идея электродвигателя будет полезна при чтении главы Стартеры , в которой она получит дальнейшее развитие.

4 Важным понятием в механике является крутяший момент. На рис. 1.19 показано приложение крутящего момента ключом к гайке. Крутящий момент является в данном случае мерой степени затяжки гайки. Его значение определяется произведением силы на плечо ее приложения (при условии, что сипа действует в направлении, перпендикулярном плечу].

5 Вернемся снова к схеме простейшего электродвигателя (рис. 1.18). Если радиус вращающейся рамки R умножить на две действующих силы F, мы получим крутяший момент электродвигателя:

М = 2 X F X R , Ньютон-метров.

20 Сопротивление

1 Сопротивление проводника зависит от трех факторов:

а) длины L (в метрах):

б) площади поперечного сечения А (в квадратных метрах);

в) удельного сопротивления г (в Ом-метрах).

R = rL/A.

21 Температурный коэффициент изменения

сопротивления

1 Сопротивление большинства металлов растет с увеличением температуры, а сопротивпение полупроводников, наоборот, падает.

Температурный коэффициент показывает изменение сопротивления с изменением температуры и измеряется в Омах на градус Цельсия.

Рис. 1.1В. Простейший электродвигатель

22 Конденсатор

1 Конденсатор состоит из двух пластин большой площади, изготовленных из проводника и разделенных тонким слоем изолятора. Обычно пластины (иногда их называют обкладками) представляют собой две тонких полосы алюминиевой фольги, разделенных слоем пропитанной специальным составом бумаги, и свернутых в рулон. К концам алюминиевых полос подсоединены выводы, а весь рулон помешен в пластмассовый или металлический контейнер.

2 Конденсатор обладает свойством запасать электрический заряд q, который возрастает с увеличением напряжения V на обкледках. Количественной мерой этого свойства служит емкость:

C = q/V.

Емкость С измеряется в фарадах. Практически чаше используются дробные единицы - микрофоарады (mF) и пикофарады (pF). В приведенной выше формуле q - это заряд, измеренный в Кулонах.

Микрофарада - это одна миллионная доля фарады, а пикофарада - это одна миллионная доля микрофарады.

Об использовании конденсаторов в электрических цепях подробнее будет сказано в главе В.

23 Индуктивность

1 Если через катушку провода пропустить электрический ток, то вокруг катушки возникнет магнитное поле. Если изменить силу тока в катушке, например, уменьшить, то исчезающее магнитное поле, взаимодействуя с витками катушки, индуцирует в них напряжение, которое препятствует исчезновению поля (закон Ленца).

Индуцированное напряжение пропорционально скорости изменения силы тока и некоторой постоянной величине, которая зависит от конструкции катушки, и называется индуктивностью L, т.е.

индуцированное напряжение = скорость изменения силы тока х L.

L измеряется в Генри.

Резкое прерывание тока в катушке может вызвать пик напряжения, способный повредить другие элементы электрической цепи.

Индуктивность работает подобно маховику, который препятствует любому изменению скорости.

24 Заряд - разряд конденсатора. РС-цепи

1 Если конденсатор емкостью С подключить через резистор с сопротивлением R к источнику тока [см. рис. 1.20), то напряжение на конденсаторе будет расти по закону, показанному на рисунке.

Время, за которое напряжение нарастает до 63% от напряжения источника V, называется постоянной времени ПСчдепи и равно RC секундам.

2 Аналогично, при разряде конденсатора С через сопротивление R напряжение на конденсаторе за RC секунд снизится на 63%, т.е. составит 37% от исходного (см. рис. 1.21).

Заряд и разряд конденсатора часто испопьзуется в электрических схемах автомобиля для получения различных задержек.

25 Диод типа р-п

1 Если в кристалл кремния добавить некоторые присадки, то он приобретает свойства р-проводимости ипи п-проводимости. Плоскость прилегания слоев с различной проводимостью называется р-п переходом.

Как р-, так и п-проводимость достигается добавлением в кристалл кремния различных присадок, одна из которых дает избыток электронов в материале, а другая - их недостаток ипи избыток дырок .

2 На границе кристаллов с разной проводимостью возникает эффект в виде разности потенциалов, как если бы к ним подсоединили полюса батареи [см. рис. 1.22).

Ток может течь через переход только в одном направлении и не может течь в обратном. Иными словами, р-п переход может выполнять роль выпрямителя. Основанный на этом эффекте элемент электрической цепи называется диодом (см. рис. 1.23).

Т = время с момента замыкания контактов

Напряжение на конденсаторе достигнет 63% от напряжения V через RC секунд RC - постоянная времени

Рис. 1.20. Заряд конденсатора емкостью С через резистор с сопротивлением R

Т = время с момента замыкания контактов

Конденсатор первоначально заряжен до напрйжения У Вольт Напряжение на конденсаторе падает до уровня 37% от первоначального за RC секунд RC - постоянная времени

Рис. 1.21. Разряд ПОцепи

Граница слоев или р-п переход

р-проврдимость п-проводимость

Анод

Катод

Направление свободного прохождения тока

Ток свободно проходит через р-п переход, если положительное напряжение приложено к слою с р-проводимостью

Рис. 1.22. Диод типа р-п

Ток нагрузки 1 Нагрузка

Управпяю-

Коллектор

База

Эмиттер

= Ток коллектора = Ток эмиттера = Ток базы

. Напряжение .питания

Напряжение ущийток смешения 1--

Сначала надо пропустить ток через переход база-эмиттер. Для кремниевых транзисторов для этого необходимо напряжение около 650 мВ. Ток через базу обычно составляет примерно 1/ 50 от тока коллектора.

Транзистор мажет выполнять роль выключателя - в этой роли он часто используется в автомобильном электронном оборудовании.

Еспи вместо включения и выключения изменять значение тока базы, то ток коллектора тоже будет меняться, но в 50 раз больше. В этом случае транзистор выполняет роль усилителя тока.

Рис. 1.24. Работа транзистора

6QV AOV 20V

cm - +

600 mV Приложенное

напряжение

Обратите внимание на разный масштаб шкал

Обратная полярность

Рис. 1.23. Диодный выпрямитель

26 Транзистор

1 Транзистор - это сэндвич, состоящий из материалов типа р-п-р или п-р-п, вроде двух диодов, соединенных одноименными полюсами.

Если пропустить ток между внутренним и одним из наружных слоев, то это позволит пропустить значительно больший ток между наружными слоями.

Этот эффект иллюстрирует рис. 1.24. Еспи подвести ток 1 к базе, то от коллектора к эмиттеру также потечет ток. Ток коллектора значительно превышает ток базы и может им управляться. Включение или выключение тока базы приводит к одновременному включению или выключению тока коллектора.

Таким образом, транзистор может выполнять роль выключателя.

2 Если изменять ток базы, например, по закону синуса, то ток коллектора тоже будет изменяться по закону синуса, но с амплитудой примерно в 50 раз большей.