法拉第电磁感应定律的实际应用

俄语中的“归纳”一词是指激发、引导、创造某物的过程。在电气工程中,这个术语已经使用了两个多世纪。

在阅读了 1821 年描述丹麦科学家奥斯特关于磁针在携带电流的导体附近偏转的实验的出版物后,迈克尔法拉第给自己设定了任务:将磁力转化为电能。

奥斯特的经历

经过 10 年的研究,他制定了电磁感应的基本定律,解释了在任何闭环中都会感应出电动势。它的值由穿过所考虑环路的磁通量的变化率决定,但取负号。

电磁波远距离传输

这位科学家想到的第一个猜测并没有取得实际成功。

法拉第批发

他并排放置了两根闭合的电线。在一根附近,我安装了一根磁针作为通过电流的指示器,在另一根导线中,我从当时强大的电流源:电压极发出脉冲。

研究人员假设,在第一个电路中有电流脉冲时,其中不断变化的磁场会在第二条导线中感应出电流,从而使磁针偏转。但结果是负面的 - 指标不起作用。相反,他缺乏敏感性。

科学家的大脑预见了远距离电磁波的产生和传输,现在用于无线电广播、电视、无线控制、Wi-Fi 技术和类似设备。他只是对当时测量设备不完善的元素基础感到沮丧。

电磁波通过感应远距离传输

电力生产

在一次糟糕的实验之后,迈克尔·法拉第改变了实验条件。

法拉第的线圈实验

在实验中,法拉第使用了两个闭环线圈。在第一个电路中,他从一个源提供电流,在第二个电路中,他观察到 EMF 的出现。通过线圈#1 匝数的电流在线圈周围产生磁通量,穿透线圈#2 并在其中形成电动势。

在法拉第的实验中:

  • 打开一个脉冲,为带有固定线圈的电路提供电压;
  • 通电时,将上线圈引入下线圈;
  • 永久固定1号线圈并引入2号线圈;
  • 改变了线圈相对于彼此的运动速度。

在所有这些情况下,他都观察到了第二个线圈中 EMF 感应的表现。并且只有直流电通过 1 号绕组和固定线圈,没有电动势。

科学家确定在第二个线圈中感应的 EMF 取决于磁通量变化的速率。它与其大小成正比。

相同的模式在通过闭环时得到充分体现 永磁体的磁力线。 在 EMF 的影响下,导线中会产生电流。

在所考虑的情况下,磁通量在由闭合电路创建的环路 Sk 中发生变化。

在永磁体磁场中移动的导线中的感应电流

因此,法拉第创造的发展使得将旋转导电框架置于磁场中成为可能。


电磁感应在发电机中的实现

然后由固定在旋转轴承中的大量匝组成,在线圈的末端安装滑环和在其上滑动的电刷,并通过外壳端子连接负载。结果是现代交流发电机。

其更简单的设计是在线圈固定在固定外壳上并且磁系统开始旋转时创建的。在这种情况下,产生电流的方法是由于 电磁感应 没有以任何方式违反。

电动机的工作原理

迈克尔·法拉第 (Michael Faraday) 开创的电磁感应定律允许进行各种电动机设计。它们具有与发电机类似的结构:可移动的转子和定子,由于旋转的电磁场而相互作用。

电流仅通过电动机的定子绕组。它感应出影响转子磁场的磁通量。结果,产生了使电机轴旋转的力。请参阅本主题 - 电动机的工作原理和装置

电动机中磁感应的实现

电力改造

迈克尔·法拉第 (Michael Faraday) 确定了当相邻线圈中的磁场发生变化时,附近线圈中会出现感应电动势和感应电流。


互感原理

当线圈 1 中的开关电路接通时,附近线圈中的电流会感应出来,并且在发电机运行期间始终存在于线圈 3 中。

所有现代变压器设备的运行都是基于这种特性,即所谓的互感。

变压器的工作原理为了改善磁通量的通过,它们将绝缘绕组放置在磁阻最小的公共铁芯上。它由特殊类型的钢制成,并通过一定形状的截面形式堆叠薄片而形成,称为磁芯。

变压器,由于互感作用,将交变电磁场的能量从一个线圈传递到另一个线圈,因此发生变化,其输入输出端的电压值发生变换。

绕组匝数比决定了转换系数、导线粗细、铁芯材料的结构和体积——传输功率的值、工作电流。

电感器的操作

当流过其中的电流值发生变化时,在线圈中观察到电磁感应现象。这个过程称为自感应。


自身线圈感应

上图中开关导通时,感应电流改变了电路中工作电流线性增加的特性,关断时也是如此。

当不是恒定的,而是将交流电压施加到缠绕在线圈中的导线上时,电流值被电感电阻降低后流过它。自感应能量使电流相对于施加的电压发生相移。

这种现象被用于设计用于减少在特定操作条件下出现的大电流的扼流圈。特别是,使用此类设备 在点亮荧光灯的电路中.


利用扼流圈自感现象的原理

扼流圈磁路设计的特点是板材的切口,由于气隙的形成,它的创建是为了进一步增加对磁通量的磁阻。

许多收音机和电子设备中都使用了分体式和可调磁路位置的扼流圈。它们经常出现在焊接变压器的构造中。它们将通过电极的电弧幅度降低到最佳值。

电磁炉

电磁感应现象不仅表现在电线和线圈中,而且在任何大块金属物体内部也会表现出来。其中感应的电流通常称为涡流。在变压器和扼流圈运行期间,它们会导致磁路和整个结构发热。

为防止这种现象,铁芯由薄金属片制成,并用一层清漆绝缘,以防止感应电流通过。

在加热结构中,涡流不会限制,而是为其通过创造最有利的条件。 电磁炉 在工业生产中广泛用于制造高温。

电工测量设备

一大类感应装置继续在电力中运行。带旋转铝盘的电表类似于功率继电器、阻尼刻度盘系统的结构,其工作原理是电磁感应。

气磁发电机

如果不是封闭的框架,而是导电气体、液体或等离子体在磁铁的磁场中移动,那么电荷在磁场线的作用下将开始沿严格定义的方向偏离,形成电流。它在安装的电极接触板上的磁场感应出电动势。在它的作用下,在与磁流变发生器相连的电路中产生电流。

因此,电磁感应定律在 MHD 发电机中体现出来。


磁性气体发生器的工作图

没有像转子这样复杂的旋转部件。这简化了设计,使您可以显着提高工作环境的温度,同时提高发电效率。 MHD 发电机作为备用或应急电源运行,能够在短时间内产生大量电力。

因此,迈克尔·法拉第 (Michael Faraday) 曾经证实的电磁感应定律在今天仍然适用。

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