3 Hovedvirkninger, som elektroteknologi afhænger af

Denne artikel sætter lys på de tre hovedvirkninger, som elektroteknik afhænger af. Virkningerne er: 1. Magnetisk effekt 2. Opvarmningseffekt af elektrisk strøm 3. Kemisk effekt.

Elektroteknik: Effekt # 1. Magnetisk effekt:

Vi ved af vores erfaring, at når en elektrisk strøm strømmer, bliver rummet umiddelbart omkring sin sti et magnetfelt. Figur 3.1 viser her et tværsnit af en cirkulær ledning ned, som en elektrisk strøm følger.

Den stiplede linje repræsenterer et cylindrisk magnetfelt, som omslutter lederen gennem dens længde. Intensiteten af ​​dette magnetfelt og dets omfang varierer med strømmen af ​​strømmen, som strømmer i ledningen.

Faktisk er jo stærkere den nuværende, jo bredere og mere intens er marken. Derfor er en vigtig egenskab ved en elektrisk strøm, at den kan producere et magnetfelt, og denne egenskab af elektricitet anvendes i praksis i motorer, transformatorer, relæer, telefoner osv. Faktisk på grund af dette magnetfelt og ved elektromagnetisk induktion, er potentiel forskel i en leder udviklet på grund af magnetfrekvensen.

e = Blv .................. (fx 3.1)

hvor e-em i volt.

B - Webers pr. Kvm.

I - Længde på lederen i meter.

v - Hastighed (bevægelse) i meter pr. sekund.

Elektromagnetisk induktion kan kun forekomme, indtil ændringen fortsætter. Det er, når denne ændring stopper, ophører induktionen også straks.

Faktisk er der to klare metoder, hvor betingelserne for induktion kan opfyldes:

(1) Ved relativ bevægelse mellem lederen og marken bevæger enten lederen sig i feltet, eller feltet svejser over lederen; og / eller

(2) Ved at ændre intensiteten af ​​magnetfeltet. Derfor, når en leder, for eksempel et stykke wire, er anbragt i et skiftende magnetfelt, induceres en elektromotorisk kraft, emf i den, og disse udvikler en potentiel forskel mellem dens ender som forklaret i formel 3.1.

Hvis en ledning er forbundet til et kredsløb, drev den inducerede emf en strøm rundt om kredsløbet, så længe magnetfeltet fortsætter med at ændre sig. Lederen, hvori emf er induceret, er nu energikilden til kredsløbet, hvori den er forbundet, således at strømmen strømmer fra negativ til positiv langs lederen, mens den flyder fra positiv til negativ omkring resten af ​​kredsløbet.

Styrken af ​​emf induceret i ledningen afhænger af den hastighed, hvormed den bevæges gennem magnetfeltet og intensiteten af ​​magnetfeltet. Dette forklares også af den grundlæggende formel 3.1.

Og det betyder, at kun en lille emf vil blive fremkaldt af en langsom bevægelse i et svagt felt, og på samme måde vil en stærkere emf blive induceret af en hurtig bevægelse i et svagt felt eller en langsom bevægelse på et mere intensivt felt. Og også en stadig stærkere emf ville blive induceret af en hurtig bevægelse i et intensivt felt. Faktisk er dette meget grundlæggende princip det grundlæggende princip i elektroteknik.

Lad os nu se på en meget enkel måde ved de to vigtige principper:

(a) Generatorprincippet og

(b) Motorprincip.

(a) Generatorprincip:

En generator består af kobberledere viklet på en armatur, der roteres inden for et magnetfelt, enten ved en damp- eller vanddrevet turbine, eller ved en forbrændingsmotor eller ved en elektrisk motor.

Når ankeret roterer kontinuerligt, vikles ledningerne til det hele tiden bevæger sig gennem magnetfeltet og en emf bliver kontinuerligt induceret. Derfor har hver leder, der bevæger sig gennem feltet, et emf induceret i det proportional med rotationshastigheden og intensiteten af ​​feltet.

Ledningerne i armaturet er forbundet i serie. Hvis mange ledere anvendes, er den potentielle forskel, der udvikles i ankeret, mange gange den potentielle forskel mellem en enkelt lederes ender. Derfor er hastighed, feltintensitet og antallet af ledere i serie i armaturet hovedfaktorer, som bestemmer spændingen, der leveres af en generator.

Nu, som armaturen roterer, passerer hver vikling skiftevis over en nordpol og en sydpæl. Anvendelse af Flemings højre håndregel som vist i figur 3.2 kan ses at retningen af ​​strømmen induceret i en vikling omdannes hver gang den passerer over en pol med modsat polaritet.

Hvis viklingerne var direkte forbundet til et kredsløb, ville en vekselstrøm strømme i det kredsløb, som vist i figur 3.3. En vekselstrømsgenerator kaldes en generator.

I denne figur kan vi se, at en generator naturligvis genererer en alternerende emf, og hver terminal er alternativt positiv og negativ. Frekvens afhænger af omdrejningshastighed; Med det viste simple poletfelt er frekvensen det samme som det antal omdrejninger, der er gennemført af ledersløbet pr. sekund.

Frekvensen af ​​den genererede spænding afhænger af den hastighed, hvormed ledere passerer poler med modsat polaritet. I figur 3.3 er der vist et topolet felt, men generatorens felt kan have flere poler.

Et generatorfelt kan have et lige antal poler; Generelt er fire og seks og otte poler almindelige. For enhver omdrejningshastighed overfører armaturledere poler med modsat polaritet oftere i forhold til antallet af poler.

I en topolet maskine passerer hver leder f.eks. En nord og en sydpol pr. Omdrejning, mens hver leder i en firepolet maskine passerer to nord og to sydpoler pr. Omdrejning.

For en given hastighed har vekselstrømmen genereret af en firepolet maskine derfor to gange frekvensen af ​​den genereret af en topolet maskine; en ottende pol maskine har to gange frekvensen af ​​en fire polet maskine, og så videre. Frekvensen bestemmes derfor af den hastighed, som generatoren kører på, og antallet af poler i marken. Dette skal altid huskes.

Direkte strømgenerator:

Når generatoren er forpligtet til at levere en likestrøm, skal en enhed bruges til at vende forbindelsen mellem viklingen og resten af ​​kredsløbet, hver gang retningen af ​​emk induceret i viklingen ændres. En sådan anordning kaldes en kommutator.

En kommutator er en tromle monteret på akslen af ​​armaturviklingene. Tromlens overflade er opdelt i metallsegmenter hver isoleret fra de andre. Faste kontakter, der kaldes børster, der er tilsluttet direkte til det eksterne kredsløb, bærer på kommutatorens cylindriske overflade, således at hver især kommer i kontakt med metalsegmenterne, når tromlen roterer.

Armaturviklingen er forbundet til kommutatorens segmenter på en sådan måde, at strømmen strømmer i samme retning omkring det eksterne kredsløb uanset polariteten af ​​den potentielle forskel, der induceres i armaturviklingen. I figur 3.4 ser vi en meget enkel kommutator.

I figur 3.4 (a) bevæger lederen A over nordpolen og lederen B bevæger sig over sydpolen; Derfor strømmer strømmen fra segmenter B til segment A af kommutatoren, dvs. fra den negative børste til den positive børste inden for ankeret. Når ankeret er drejet 180 ° som i figur 3.4 (b) bevæger leder A sig forbi sydpolen og lederen B bevæger sig forbi nordpolen.

Generator Field:

En generator kan arbejde med et konstant magnetfelt, således at enten permanente magneter eller feltviklinger (hvor en konstant energistrøm producerer et konstant magnetfelt) kunne anvendes.

De fleste generatorer bruger feltviklinger, men permanente magnetfelter anvendes til nogle små generatorer, der kun giver en lav effekt, f.eks. Dem, der anvendes i telefonkretser. Generatorer, der bruger et permanentmagnetfelt kaldes normalt magnetoer.

Roterende feltgenerator:

I nogle alternatorer og ac magneter vendes rollerne af de roterende og stationære dele, idet den magnetiserede magnet er i armaturen (eller rotoren, som den roterende del af en ac-maskin kaldes). Når rotoren køres rundt, fejler magnetfeltet forbi alle ledere i den stationære del af maskinens stator.

Effekten er nøjagtig den samme som om trådens spoler roteres i magnetfeltet som illustreret i figur 3.5.

b) Motorprincip:

Fra vores erfaring og teoretiske viden vidste vi, at den tætte forbindelse mellem elektrisk strøm, magnetfelt og bevægelse ikke er begrænset til generering af elektrisk strøm. Denne tætte forbindelse giver også anledning til motorprincippet, det princip, som alle elektriske motorer arbejder på, dvs. som gør det muligt at konvertere elektrisk energi kontinuerligt til bevægelse.

Faktisk er motorprincippet det modsatte af generatorprincippet. Hvis en leder er anbragt i et magnetfelt, som vist i fig. 3.6 og strømmen strømmer igennem det, vil lederen have tendens til at bevæge sig over magnetfeltet.

Hvis tråden er monteret på en armatur, der er fri til at rotere, har den kraft, der virker på lederen, en tendens til at rotere rotoren. Og da denne magnetiske handling fortsætter gentagne gange, fortsætter rotoren med at bevæge sig, og det kaldes motoraktion.

Imidlertid er en motor bygget på en måde, der næsten svarer til en generator, med ledere viklet på en anker og placeret inden for et magnetfelt. Strømmen strømmer gennem armaturviklingen og ankeret roterer. Når hver ledere passerer gennem magnetfeltet, holder strømmen inde i det, der bevarer kraften, der drejer ankeret, således at et kontinuerligt drejningsmoment (som kaldes en drejekraft) opretholdes.

Bevægelsesretningen af ​​en strømbærende leder i et magnetfelt kan ses af Flemings venstre håndregel som illustreret i figur 3.7. Ligesom generatorer kan levere enten vekselstrøm eller likestrøm, så motorer kan konstrueres til at fungere enten fra en vekselstrøm eller en direkte strømforsyning.

(c) Induktion ved ændring af feltintensitet:

Når en leder holdes stationær inden for et magnetfelt, som enten bliver stærkere eller svagere, induceres en emf i den pågældende leder. Hvis lederen er tilsluttet til et elektrisk kredsløb, strømmer strømmen.

Intensiteten af ​​en permanentmagnes felt er uforanderlig, således at ingen emf kan induceres i en leder, som er stationær i et sådant felt. Men intensiteten af ​​magnetfeltet, der frembringes af en spole, kan imidlertid forøges eller formindskes ved at ændre strømstyrken i strømmen.

En emf kan derfor induceres i en leder, som er anbragt i et elektromagnetisk felt ved at ændre strømstyrken i strømmen, som frembringer feltet. Emf'en er derfor induceret derfor kun, når den aktuelle styrke faktisk ændrer sig.

Gensidig induktion:

Hvis lederen, hvori emf er induceret, er forbundet til et kredsløb, der er elektrisk uafhængigt af det kredlede kredsløb, strømmer en strøm. Strømmen flyder fra negativ til positiv i resten af ​​kredsløbet. Processen hvorved strømmen kan laves til at strømme i et kredsløb ved at ændre strømstyrken i et andet kredsløb betegnes som fælles induktion.

Styrken af ​​emf induceret afhænger af den hastighed, hvormed strømmen der producerer feltet ændrer sig. Jo større forandringshastigheden er, desto større er den inducerede emf. Den største ændringshastighed i et likestrømskredsløb forekommer, når tilførslen til en spole tændes eller slukkes, fordi strømstrømmen ved disse øjeblikkninger ændrer sig næsten øjeblikkeligt fra intet til sit maksimum, eller fra maksimum til ingenting.

På alle disse øjeblikke induceres en målbar emf i en leder placeret tæt på spolen. Nu, hvis en spole er anbragt i et skiftende magnetfelt, og emf induceres separat i hver tur, er den samlede emf, der induceres i spolen, større end den, der induceres i en enkelt tur, da alle omdrejninger i spolen er i serie. Efter dette princip kan en spole med et stort antal drejninger anvendes til induktion af højspænding.

Induktionsspole:

Gensidig induktion er princippet for induktionsspolen, som er en indretning til frembringelse af impulser ved meget høj spænding fra en lavspændingsforsyning, som vist i figur 3.8. Induktionsspolen består af en primærspole, viklet på en blød jernkerne og forbundet til en lavspændingsforsyning via en omskifter.

Når tilførslen er forbundet til den primære vikling ved at lukke kontakten, aktiveres viklingen, og en meget høj spænding induceres øjeblikkeligt i sekundærviklingen. På samme måde, når kredsløbet til den primære vikling er brudt, induceres en meget høj spænding også øjeblikkeligt i sekundæret, men denne gang virker i modsat retning.

Den sekundære vikling af induktionsspolen kan derfor laves for at udvikle en impulsfølelse med meget stort potentiale. Faktisk ved dette meget enkle princip fremstilles tændingsgnisterne i motorkøretøjer ved hjælp af en induktionsspole, der arbejder fra bilbatteriet. Det primære kredsløb er lavet og brudt i tide med motorens omdrejning.

Gensidig induktion ved vekselstrøm:

Den aktuelle styrke af en vekselstrøm ændrer sig konstant fra øjeblik til øjeblik på grund af dets karakteristik. Det magnetfelt, der frembringes af en vekselstrøm, er derfor en kontinuerlig skiftende. Hvis en leder er placeret inden for feltet, vil en emf kontinuerligt blive induceret i den.

Hvis lederen er forbundet til et elektrisk kredsløb, strømmer strømmen kontinuerligt i det kredsløb. Den inducerede strøm er relateret til den påførte strøm på en meget præcis måde.

I løbet af det første kvartal af en cyklus øges styrken af ​​den påførte strøm fra nul til maksimum. Feltets intensitet stiger derfor fra nul til maksimum, og spidsens 'A' ende har nordpolaritet. En emf induceres derfor i lederen, som har tendens til at drive strøm fra venstre mod højre.

Frekvensen for ændring af feltintensitet (repræsenteret ved kurvens hældning) er størst i begyndelsen af ​​en cyklus og niveauer ud til nul ved det punkt, hvor maksimal strømstyrke er nået. Den inducerede emf, som afhænger af ændringshastigheden, er derfor maksimalt ved begyndelsen af ​​cyklussen og falder til nul ved udgangen af ​​cyklusens første kvartal.

I løbet af det andet kvartal af en cyklus reduceres styrken af ​​den påførte strøm fra maksimalt til nul. Som i første kvartal er polariteten af ​​spoleens ende A nordpå. En emf induceres derfor igen i lederen, men denne gang har tendens til at drive strøm fra højre til venstre.

I løbet af dette kvartal af en cyklus begynder feltintensiteten at ændre sig til nul, når feltet er mest intens og gradvist øges, når intensiteten falder. Emf i dirigenten stiger derfor fra nul i begyndelsen af ​​andet kvartal cyklus til et maksimum ved udgangen af ​​andet kvartal cyklus.

Den anden halvdel af cyklen følger et lignende mønster til første halvdel, men med alle retninger reverseret. I løbet af tredje kvartal stiger feltet til et maksimum, enden af ​​spolen har sydpolaritet. Den inducerede emf falder fra sin maksimale til nul og har tendens til at drive strøm fra højre til venstre.

I løbet af fjerde kvartal falder feltintensiteten fra maksimum med ende 'A' af spolen, der har sydpolaritet til nul, og den inducerede emf stiger fra nul til et maksimum, idet strømmen flyder fra venstre mod højre.

Emf induceret i lederen er derfor en vekslende emf af samme frekvens som den påførte strøm. Hvis den anvendte strøm har sinusbølgeform, så har den inducerede emf nøjagtig den samme bølgeform.

Toppen af ​​det inducerede emf forekommer nøjagtigt en fjerdedel af en cyklus efter toppene af den påførte strøm, dvs. ved at lægge 90 ° bag den påførte strøm. Evnen af ​​en vekselstrøm til at fremkalde en vekslende emf i et elektrisk uafhængigt kredsløb gennem et magnetfelt giver anledning til Transformatorens princip.

Det er vigtigt at bemærke, at sinusbølgen er den eneste bølgeform, der gengives nøjagtigt ved gensidig induktion. Hvis en vekselstrøm med en anden bølgeform blev påført spolen, ville gensidig induktion finde sted som en kontinuerlig proces, men bølgeformen af ​​den inducerede emf ville ikke ligne den for den påførte strøm.

Selvinduktion:

Enhver spole, hvori en strøm producerer et elektromagnetisk felt selv ligger inden for dette felt. Derfor, når strømmen af ​​strømmen, som strømmer i spolen, ændres og forårsager en ændring i feltintensitet, induceres en emf i selve spolen. En emf induceres kun i spolen, når den aktuelle styrke ændrer sig.

Faktisk modsætter den inducerede emf altid og forsinker ændringen af ​​den nuværende styrke, som fremkalder den. Hvis og når det nuværende øger det inducerede emf, har det tendens til at forhindre stigningen, modsætter det emfet, der er påført spolen, og er derfor en tilbage emf. Hvis strømmen falder, har den inducerede emf tendens; at opretholde strømmen af ​​strøm, udøves i samme retning som den anvendte emf

Når kredsløbet er brudt, inducerer det pludselige fald fra strøm til nul en stor emf, som har tendens til at holde strømmen flydende efter bruddet har fundet sted. Faktisk er det årsagen til gnisten vi ser, når strømmen øjeblikkeligt strømmer over alle huller.

Energi i en induktionskreds:

Magnetfeltet skabt af en spole er en energibutik, der leveres af det elektriske kredsløb; Når strømmen strømmer gennem spolen, øges intensiteten af ​​magnetfeltet også.

En del af den energi, der leveres af batteriet eller generatoren, bruges til at overvinde den inducerede tilbage emf, og denne energi passerer ind i magnetfeltet. Mens strømmen af ​​konstant styrke strømmer i spolen, opretholdes magnetfeltet, og det holder den tilførte energi.

Når strømmen strømmer i spolen reduceres, taber magnetfeltet intensitet, og det giver op energi. Denne energi returneres til kredsløbet, da den inducerede emf har tendens til at fortsætte strømmen. Effekten af ​​denne returnerede energi kan være at forårsage en gnist, hvis kredsløbet er brudt.

Gnister forårsaget af frigivelse af energi fra et induktivt kredsløb er en potentiel fare under jorden i en mine. Hvis en sådan gnistning opstår, når der er eksplosiv koncentration af branddampe eller kulstøv i atmosfæren, vil koncentrationen sandsynligvis blive antændt, og en eksplosion kan meget let forekomme.

Af denne grund skal ethvert stykke elektrisk udstyr, der anvendes under jorden, konstrueres på en sådan måde, at gnister forhindres i at antændes med brandfugt eller kulstøv. Det er to metoder til at overvinde faren for at gnistre, og disse er beskrevet i kapitler om Flameproof Equipment og Intrinsically Safe Circuit.

selvinduktion:

Processen med selvinduktion forekommer i hver spole, uanset om det er en magnetventil eller en mindre eller transformatorvikling, når strømmen af ​​strømmen strømmer ind i den ændrer sig. I hvert tilfælde forsinker den inducerede emf ændringen af ​​den nuværende styrke, der inducerer den. Effekten af ​​enhver spole på kredsløbet, som den er tilsluttet til, er snarere som effekten af ​​et flyhjul på et mekanisk system.

Denne egenskab, som en spole har af retarderende ændringer inden for dens kredsløb, kaldes dens induktans. Hvert kredsløb har en lille induktans, men for de fleste praktiske formål må der kun tages hensyn til induktansen af ​​spoler. Et kredsløb, der indeholder spoler, betegnes som et induktivt kredsløb.

Induktansen af ​​en spole afhænger primært af antallet af drejninger, den har. En spole med et stort antal omdrejninger skaber et stærkt magnetfelt, så en relativ stærk rygemf er induceret i hver tur. Da alle omdrejninger af spolen er i serie, er den samlede tilbage emf induceret i spolen betydelig.

En spole med kun få omgange på den anden side kan kun producere et svagt magnetfelt, og den samlede back emf er kun et par gange det samme med en enkelt drejning, så induktansen er meget lille. Induktans påvirkes også af andre faktorer såsom nærhed og størrelse af drejninger og egenskaberne af enhver kerne, som spolen kan have. Generelt er enhver spole, som er designet til at producere et stærkt magnetfelt, imidlertid en høj induktans.

(d) Vekselstrømskreds og selvudledning:

En vekselstrøm ændres kontinuerligt, således at i enhver spole, hvori en vekselstrøm strømmer, fremkaldes tilbage emf kontinuerligt. Den selvinduserede emf (som en gensidigt induceret emf) er en alternerende emf, og den ligger nøjagtigt 90 ° bag de inducerende strømkurver A & B i figur 3.9 (a).

I begyndelsen af ​​cyklusens første kvartal øges strømmen hurtigst i positiv retning, således at en maksimal emk i den negative retning induceres.

Da strømmen stiger til et maksimum, falder dens forandringshastighed, og den inducerede emf falder til nul. I løbet af andet kvartal af en cyklus, mens strømmen i den positive retning falder, virker back-emf også i den positive retning (modsætning af strømændringen, dvs. At holde strømmen flydende). Efterhånden som forandringshastigheden stiger, øges den inducerede emf og når et maksimum i det øjeblik, hvor strømmen faktisk er nul.

Den anden halvdel af cyklen svarer til den første halvdel, men med alle retninger reverseret. I tredje kvartal induceres aktuelle stigninger i negative retninger og tilbage emf i positiv retning. Da hastigheden for ændring af strømfaldet falder, falder den inducerede emf til nul.

I fjerde kvartal falder strøm i negativ retning til nul, og emf induceres i negativ retning. Efterhånden som hastigheden for den nuværende ændring stiger, stiger det inducerede emf til et maksimum.

Alternerende nuværende adfærd:

Når en vekslende spænding påføres et induktivt kredsløb, og en vekselstrøm strømmer, opererer to vekslende emner samtidig i det samme kredsløb, dvs. forsyningsemnet og den selvinduserede emf

På et hvilket som helst tidspunkt i tiden, hvor de to emf'er arbejder i modsatte retninger, er den resulterende emf, der har tendens til at drive strøm rundt kredsløbet, forskellen mellem de to emf'er på det pågældende tidspunkt. Igen, hvor som helst, når de to emf'er arbejder i samme retning, er den resulterende emf, der har tendens til at køre strøm rundt kredsløbet, summen af ​​de to emf'er på det tidspunkt.

Således, når to alternerende emf'er har sinusbølgeform, opererer sammen i et kredsløb, er den resulterende emf altid en vekslende emf, også af sinusbølgeform. Men kun undtagelse er, når de to alternerende emf'er er lige og præcist i antifase.

Derefter er der ingen emf overhovedet. Medmindre de to vekslende emf'er er nøjagtigt i fase eller i antifase, er den resulterende emf ude af fase med både forsyningsemnet og selvinduseret emf

I ethvert kredsløb ifølge Ohm's lov, strømmer den aktuelle strøm til enhver tid i forhold til spændingen, der rent faktisk har tendens til at drive strøm rundt om kredsløbet på det tidspunkt. Da den spænding, der rent faktisk har tendens til at drive strøm rundt om kredsløbet, er den resulterende emf, skal en vekselstrøm i et induktivt kredsløb være i fase med en resulterende vekslende emf

Det har vist sig, at den selvinduserede emf lagrer inducerende strøm med nøjagtigt 90 °, således at den resulterende emf leder den inducerede emf ved 90 °. Desuden kan den resulterende emf være i fase med forsyningsemnet kun, hvis den selvinducerede emf er nøjagtigt i fase eller i antifase.

Da den resulterende emf er 90 ° ud af fase med selvinduceret emf, følger det således, at den resulterende emf nødvendigvis er ude af fase med forsyningsemfekten. Vekselstrømmen, der strømmer i kredsløbet, er derfor også ude af fase med forsyningsemnet

I fig. 3.9 (b) ovenstående punkter er illustreret. Den resulterende emf (buet) tegnes i fase med strømmen (kurve A). Den selvinducerede emf (kurve B) vises vist 90 ° bag strømmen. Som det ses i diagrammet, forekommer toppe af den aktuelle cyklus efter toppe i forsynings-emf-cyklen.

I et hvilket som helst induktivt kredsløb lagrer vekselstrøm sig bag forsyningsspændingen. Forholdet mellem strøm og forsyningsspænding i kredsløbet kan illustreres ved at tegne kurverne på begge, ved hjælp af samme akse som i figur 3.10. Den mængde, hvormed de nuværende lag afhænger af mængden af ​​induktans og mængden af ​​modstand i kredsløbet.

I et hvilket som helst kredsløb øges induktansforøgelsen eller formindskelsen af ​​modstanden det nuværende lag. Omvendt mindskes induktans eller forøgelse af modstand, det nuværende lag reduceres. I den ekstreme teoretiske tilfælde af kredsløb indeholdende ren induktans, og ingen modstand overhovedet, ville strømmen ligge nøjagtigt en kvart cyklus, der er 90 ° bag forsyningsspændingen, som vist i figur 30.10 (b).

I et hvilket som helst praktisk kredsløb er der imidlertid altid en vis modstand (i det mindste ledernes modstand), således at strømmen altid ligger mindre end 90 ° som forklaret i figur 3.10 (c).

reaktans:

Når en vekselstrømsforsyning er forbundet til et induktivt kredsløb, er rms-værdien af ​​strømmen, som strømmer, begrænset uafhængigt af hvilken som helst modstand ved selve induktionsprocessen, der forekommer. Det er muligt i teorien at antage, at et kredsløb, der ikke har nogen modstand, men kun induktans, kan eksistere.

Hvis en DC potentiel forskel blev anvendt på et sådant kredsløb, ville der ikke være nogen grænse for styrken af ​​den strøm, der ville strømme. Fra det første elprincip ved vi det,

Strøm = Spænding / modstand,

men da modstand = 0 ohm,

Strøm = Spænding / 0 eller uendelig.

Hvis en vekselstrømsforsyning var tilsluttet, ville strømmen være begrænset af den selvinduserede emf. Strømmen ligger nøjagtigt 90 ° bag den påførte spænding, og den inducerede emf er nøjagtigt i antifase med den påførte spænding.

Den inducerede emf kan aldrig være større end den påførte spænding, ellers ville den inducerende strøm ikke kunne strømme. Størrelsen af ​​den inducerede emf ved hvert øjeblik i cyklen afhænger af hastigheden af ​​ændring af strøm i det øjeblik. Da den inducerede emf er begrænset, er strømforandringshastigheden begrænset, og således at maksimale og rms-værdier for strømmen også er begrænsede.

Nu nogensinde afhænger den aktuelle styrke af strømmen i kredsløbet af,

(a) kredsløbets induktans og vi ved, at større induktans, jo større emk induceres for en given hastighed for ændring af strøm, og

b) frekvens og vi ved også, at jo højere frekvensen er, desto større er ændringshastigheden inden for cyklen for en given rms-værdi.

Figur 3.11 illustrerer ovenstående udsagn. Egenskaben, som en spole (eller et induktanskredsløb som helhed) har til at begrænse styrken af ​​en vekselstrøm der strømmer ind i det kaldes dens reaktans.

Impedans:

Ethvert praktisk kredsløb, der indeholder en spole, har modstand såvel som reaktans, og værdien af ​​en vekselstrøm, der strømmer i kredsløbet, bestemmes af den kombinerede effekt af de to egenskaber. Denne kombinerede effekt betegnes som impedans.

En spole kan f.eks. Konstrueres således, at den har en høj induktans men en meget lav modstand. Hvis derpå sættes et DC-potentiale på sige 100 volt over det, vil en kraftig likestrøm strømme.

Hvis der på den anden side anvendes en vekslingsspænding på 100 volt rms, vil spændets reaktans begrænser vekselstrømmen til en meget lav værdi. Kredsløbet har derfor en høj impedans. Et kredsløb med en høj modstand og kun en lille mængde induktans vil også tillade kun en lille vekselstrøm at strømme og har ligeledes en høj impedans.

Selvom impedansen af ​​et kredsløb som reaktans alene varierer med frekvensen af ​​den vekslende forsyning, er impedansen for en given frekvens relateret til den nuværende og potentielle forskel på nøjagtig samme måde som modstand alene, dvs.

Da disse formler er nøjagtigt som dem, der er angivet i Ohms Law, måles impedans i ohm. Faktisk er disse de grundlæggende principper, som altid vil være afgørende for at løse eventuelle problemer med elektroteknik.

kapacitans:

En kondensator eller kondensator er en elektrisk komponent designet til at opretholde en specifik elektrisk ladning. Kondensatorer anvendes i elektriske kredsløb til mange formål. I miner og i brancher anvendes disse mest til strømfaktorkorrektion og egen sikkerhed.

Faktisk består en simpel kondensator af to metalplader holdt tæt sammen, men isoleret fra hinanden som vist i figur 3.12 (a). De isolerende materialer, som adskiller pladerne, er kendt som dielektriske.

Hvis der skulle tilsluttes et batteri på tværs af de to plader, som vist i figur 3.12 (b), ville pladen, der var tilsluttet til batteriets positive, acceptere en positiv ladning, mens pladen, der var forbundet med batteriets negative, ville acceptere en negativ ladning.

Når hver plade bliver opladet, skabes der en potentiel forskel mellem de to plader, som ikke kan reduceres på grund af isolationen mellem dem. Men når den er fuldt opladet, er den potentielle forskel mellem de to plader lig med den potentielle forskel på batteriets klemmer.

Kapacitansenhed:

Kapacitans kan måles, og basisenheden er farad. Et objekt har en kapacitans af en farad, hvis den kræver en strøm af en ampere i et sekund for at ændre dens potentiale med en volt.

Den grundlæggende kapacitansenhed er imidlertid alt for stor til praktiske målinger, da ingen nogensinde har konstrueret et objekt med en kapacitans på mere end en lille del af en farad. Faktisk er det blevet beregnet, at hvis en metalsfære blev lavet med en farad kapacitans, ville det være mange gange større end selve jorden.

De kapacitansenheder, der anvendes til praktiske formål, er mikrofarad, hvilket svarer til en milliondel af en farad; og Pico farad, (eller mikro mikrofarad), som svarer til en milliondel af en mikrofarad. Men vi ved, at når en leder modtager en afgift fra en forsyningskilde, viser strømmen af ​​strøm, at energi er blevet overført til at producere ladningen.

Så længe lederen bevarer den statiske ladning, kan den betragtes som stærk elektrisk energi. Energien spredes, når lederen tømmer. Egenskaben for at kunne acceptere og beholde en statisk ladning kaldes kapacitans.

Kapacitans af en kondensator:

Kapacitansen af ​​en kondensator er mange gange større end kapaciteten af ​​pladerne som isolerede objekter. Denne store stigning i kapacitans frembringes af den virkning, at de to ladede plader har på hinanden. Lad os nu se, hvad der sker, når kondensatoren begynder at oplade, en plade erhverver en negativ ladning, mens den anden køber en positiv ladning.

Den positivt ladede plade har tendens til at tiltrække en yderligere negativ ladning til den negative plades modstående overflade, og på samme måde tiltrækker den negativt ladede plade en yderligere positiv ladning til den positive plade. Effekten er strømmen fortsætter med at strømme som ladninger koncentrere eller kondensere (faktisk navnetkondensatoren kom på grund af kondensering af ladning) modsat hinanden på overfladerne af pladerne.

Koncentrationen af ​​ladninger modsat hinanden på denne måde kaldes elektrostatisk induktion. Dens virkning er at modsætte sig skabelsen af ​​en potentiel forskel mellem pladerne, fordi de afgifter, der er trukket på pladerne, har tendens til at neutralisere hinanden.

Når en kondensator er opladet, trækkes det meste af ladningen til pladerne på modsatte flader, hvor den er neutraliseret, og kun en meget lille del er tilgængelig for at skabe den potentielle forskel mellem pladerne.

Således skal en stor mængde ladning tilføres kondensatorens plader for at frembringe en lille potentialforskel mellem pladerne, dvs. kondensatorens kapacitans er stor.

En kondensator med en kapacitans på 10 mikrofarad er let konstrueret, hvis plader, når de adskilles, har en kapacitans, der er umådeligt lille. Faktisk afhænger den faktiske kapacitans af en kondensator af en række faktorer.

De vigtigste faktorer er:

(i) Samlet areal af plader:

Da de neutraliserede ladninger i kondensatorkoncentraterne på pladernes modstående flade, afhænger mængden af ​​ladning, som kan absorberes og neutraliseres, af overfladen af ​​overfladen, der er direkte modsat hinanden.

Jo større dette område, desto større er kondensatorens kapacitans. I praksis opbevares store pladearealer ved at rulle pladerne i en spole ved at opbygge plader af plader, skiftevis positive og negative.

(ii) Afstand mellem plader:

Kraften af ​​elektrostatisk induktion udøvet mellem pladerne øges, da de bringes tættere sammen. Jo tættere pladerne er, desto større er mængden af ​​ladning, der kan koncentreres på deres overflader og neutraliseres, og jo større er kondensatorens kapacitans.

Det dielektriske mellem pladerne skal være tykt og elektrisk stærkt nok til at modstå spændingen påtrykt over det, ellers vil hele grebet svigte meget, meget tidligere.

(iii) Dielektrisk egenskab:

En simpel kondensator, som den, der er illustreret i figur 3.12 (a), kan have luft som dens dielektriske. Nogle faste dielektriciteter, såsom glimmer, vokspapir eller isolerende olie giver en kondensator med tilsvarende dimensioner en større kapacitans. Årsagen til dette er, at ladningen på pladerne har tendens til at fremkalde ladninger på overfladen af ​​det dielektriske, som de er i kontakt med.

Overfladen af ​​det dielektriske materiale i kontakt med den positive plade opnår en negativ ladning og omvendt. Afgifterne på dielektriske overflader virker derfor som en yderligere neutraliserende kraft mod ladning på overfladerne af pladerne, således at kondensatoren skal absorbere endnu mere ladning for at etablere en given potentialforskel mellem pladerne.

e) kondensatorer i direkte strømforsyning:

Da der ikke er nogen elektrisk forbindelse mellem pladerne på en kondensator, kan en likestrømskreds ikke gennemføres gennem den. Hvis en kondensator er tilsluttet et batteri i serie med en lampe, er der ikke noget kredsløb færdigt, og lampen vil ikke fungere. Men hvis kondensatoren ikke oplades, når tilslutningerne er lavet, strømmer en strøm i lederne, indtil kondensatoren er opladet.

Hvis opladningsstrømmen var stærk nok, vil lampen blinke på et øjeblik. Selv om ingen strøm strømmer gennem kondensatorens dielektriske strøm, strømmer strømmen som en kredsløb gennem den i den korte periode, mens kondensatoren oplades. Strømmen af ​​strømmen er størst i det øjeblik, hvor batteriet først tilsluttes, men det falder hurtigt, da opladningen på kondensatoren opbygges.

Når den fulde potentialforskel mellem pladerne opnås, ophører strømmen af ​​strømmen. Strømmen viser, at batteriet har leveret elektrisk energi til kondensatoren. Denne energi er nu gemt i ladningen. Hvis batteriet er afbrudt, forbliver kondensatoren ladet og bevarer sin butik af elektrisk energi.

Hvis der nu foretages en forbindelse mellem de to plader, strømmer en strøm fra den positivt ladede plade til den negativt ladede plade, indtil kondensatoren er afladet, og de to plader har samme potentiale. Denne strømstrøm er igen størst, når forbindelsen først er lavet og hurtigt falder ned, da potentialforskellen falder.

Kondensator og AC Kredsløb:

Effekten af ​​kondensator på et vekselstrømskredsløb er helt forskellig fra dets effekt på et likestrømskredsløb. Se venligst på fig. 3.13. Polariteten af ​​vekselstrømsforsyningen bliver kontinuerligt vendt, så kondensatoren ikke kan opretholde en statisk ladning, som det gør i et likestrømskredsløb.

Når vekselstrømsforsyningen først tilsluttes, begynder den første cyklus ved at koge op en potentiel forskel på tværs af kondensatorens plader. Som når en likestrømskilde først tilsluttes, strømmer en strøm øjeblikkeligt og hurtigt ned, da spændingen mellem pladerne stiger. I slutningen af ​​en kvart cyklus har spændingen nået en top, og strømmen er stoppet.

During the second quarter of the cycle, the voltage of the supply is decreasing. When the voltage of the supply has fallen to a lower value than the potential difference between the plates of the condenser, the condenser begins to discharge.

As the condenser discharges, current begins to flow in the opposite direction to that of initial current. Since the voltage of the supply still opposes the discharging current, the discharge current is at first very small: It reaches a maximum value only when the supply voltage is at zero.

Then, when the second half begins, current continues flowing in the same direction and the condenser begins to charge with a reverse polarity. At the end of the third quarter cycle, voltage again reaches a peak and current ceases to flow. During the fourth quarter of the cycle, the condenser begins to discharge again, the discharge current flowing in the same direction as the first charging current.

When an alternating supply is connected to a condenser, an alternating current actually flows in the conductors connecting the source of supply to the plates of the condenser. Although no current actually flows through the dielectric between the plates, the circuit behaves as though it were complete, and, for practical purposes, a condenser may be regarded as allowing an alternating current to flow through it.

Now again from Fig. 3.13 we can show that an alternating current circuit cycle would occur when the voltage is at zero, and vice versa. The current cycle therefore leads the voltage cycle by 90°.

However as we know that any practical circuit necessarily contains some resistance as well as capacitance, the current never actually leads the voltage by a full 90°. The actual amount by which the current cycle leads the voltage cycle depends upon how much resistance and how much capacitance the circuit contains. The vector diagram in Fig. 3.13 explains the above statements vectorially.

Capacitance Reaction and Impedances:

When an alternating voltage is applied across a condenser, the strength of the alternating current which flows is determined by the capacitances of the condenser. For any given voltage a condenser of a large capacitance absorbs a large amount of charge, so that a heavy current flows.

But a condenser of small capacitance absorbs a small amount of charge, so that only a small current flows. The property which a condenser has of limiting alternating current is called capacitive reactance.

The capacitance and resistance of a circuit together offer an impedance to the passage of alternating current. As with inductive impedance, for any given frequency, capacitive impedance is related to alternating voltage and current in exactly the same way as pure resistance. Impedance is therefore also measured is ohms.

The impedance of a capacitive circuit varies with frequency of the alternating supply. The higher the frequency of the supply, the lower is the impedance of circuit. When the frequency of the supply is increased, the rate at which the condenser must be charged during each half cycle is also increased so that a heavier current must flow.

Unless otherwise stated, the impedance of capacitive circuit is always measured at 50 c/s, USA (and the countries influenced by USA system) has their frequency as 60 cycles per second.

Comparison of Capacitance & Inductance:

The effect of a condenser on an alternating current circuit is in many ways the reverse of the effect of a coil.

The effect of capacitance and inductance are compared as below:

Capacitance of Circuit Conductor:

Every electrical circuit has a certain amount of capacitance irrespective of whether a condenser is connected into it. It is not usually possible to calculate what the capacitance of a circuit will be, and the capacitance of many circuits is too small to be measured, but the capacitance of a power circuit may be large enough to present a danger if its effects are not guarded against.

Therefore it is always advisable to discharge the power circuits to earth ever after they are switched off, before working on the line.

The cable conductors, switchgear connections, and motor windings of, for example, a coalface circuit contains a considerable amount of metal connected together. This mass of metal has, of itself, a certain capacity for retaining a charge of electricity.

It is, however, surrounded by the earth screen of the cable and the metal casings of the motor and switchgear. The casing and the conductors together act as a condenser, so that the capacitance of the metal parts of the circuit is greatly increased.

Now when the supply is switched off from the motor after it has been working, the metal parts of the circuit could retain a charge of electricity for a time even though the current is not flowing. The electrical energy contained in the charge would be very little compared with the energy carried by the system when working, but it could be sufficient to give anyone touching a conductor in the circuit a severe shock.

Further, the accidental discharge of the conductor when exposed could cause a spark which might ignite any fire damp present in the atmosphere. It is, therefore, possible to receive a severe shock or produce an incendive spark from a conductor even though the conductor is isolated from the source of supply.

In order to eliminate the danger of shock or sparking from a charged conductor, isolator switches are usually provided with an 'earth' position which enables all the conductors isolated by the switch to be connected directly to earth, so that they can be discharged.

It is therefore must, and important when working on any high or medium voltage electrical equipment, to ensure that any conductor to be exposed have been both isolated and discharged before any cover is removed. Conductors should be connected directly to earth for at least one minute in order to ensure that these are fully discharged.

Electrical Engineering: Effect # 2. Heating Effect of Electric Current:

Whenever an electric current flows it meets with resistances. If the current is flowing in a good conductor, such as copper, the resistance is very slight, but some other materials which conduct electricity offer much more resistance. Whenever an electromotive force drives a current round an electric circuit, energy is expended in overcoming the resistance in the circuit.

The electrical energy expended is given out in the form of heat. The amount of heat produced at any point in an electric circuit depends upon the resistance of the material of which the circuit is made at that point, and upon the strength of the current flowing.

Some heat is produced at every point of every circuit in which current is flowing, but throughout most of the circuit, eg the cables, the amount of heat produced is normally very small and is readily dispersed.

Some parts of a circuit have higher resistance than the rest and, in these parts, more heat is- produced. For that reason, electric motors, generators, transformers and other equipment, have to be cooled while in operation.

Similarly, a bad connection in a circuit eg a poorly made plug, offers a higher resistance, and excessive heat may be produced at that point. The heating could be sufficient to damage the equipment and possibly start a fire.

However, the heating of an electric current is used in electric light bulbs and electric fires. In an electric light bulb current passing through a fine wire produces sufficient heat to raise the temperature wire very high so that it glows brilliantly. This useful aspect of electricity is explained and illustrated in the chapter dealing with Electric Lighting.

Electrical Engineering: Effect # 3. Chemical Effect:

Some liquids also conduct electricity, but when they do so, some chemical reactions occurs. Fig. 3.14 illustrates how such liquids conduct electricity.

A potential difference is applied across the liquid by connecting a source of energy to two solid conductors (called electrodes) immersed in the liquid. The positive electrode is called the anode and the negative electrode is called the cathode. The liquid is called the electrolyte, and the process by which a liquid conducts electricity is called electrolysis.

Most conducting liquids consist of a solution of solid (eg washing soda, or copper sulphate) or liquid (eg sulphuric acid) in water. When the substance dissolves it splits chemically into two electrically charged parts, called ions.

One ion consists of positively charged particles whilst the other consists of negatively charged particles. In its normal state, the solution is electrically neutral, because the negatively and positively charged ions completely neutralize one another.

When a potential difference exists between the electrodes, the positively charged ions (cations) are attracted towards the cathode and the negatively charged ions (anions) are attracted towards the anode. In this way, a two way flow of ions is set up in the liquid. This movement of ions constitutes the passage of current through the liquid.

When the ions reach the electrodes they lose their electric charge and are released, either as a gas, or as a coating on the electrode. Some ions, however, are incapable of existing independently as substances, and they therefore combine chemically with the material of the electrode.

Et eksempel på brugen af ​​den kemiske virkning af en elektrisk strøm er kobberelektroplatering. En kobberanod nedsænkes i en opløsning af kobbersulfat. Enhver metalobjekt nedsænket i denne opløsning, da katoden bliver belagt med kobber, når en strøm strømmer gennem opløsningen. Kobbersulfatet opdeles kemisk i en kobberion (positiv) og en negativ sulfion (sulfatdelen af ​​kobbersulfatet).

Kobberet tiltrækkes og deponeres på katoderne, sulfonerne tiltrækkes til anoden, hvor det kombineres med kobberet og genskaber kobbersulfat. Den overordnede effekt er, at kobber overføres fra anoden til katoden, idet elektrolytten rent faktisk forbliver uændret.

Den elektriske strøms kemiske virkning forekommer hyppigt i kollier, hvor elektrolyse forårsager korrosion af elektrisk apparat, fx armorering af kabler.

Syreholdigt minevand fra elektrolytten og i tilfælde af svag strømsvigt, der lækker til jorden fra apparatet, sker der kemisk virkning mellem udstyret og vandets metal. Det bemærkes også, at elektrolyseprocessen kan reverseres.

En kemisk virkning mellem en elektrolyt og to elektroder kan producere en elektrisk strøm. Generering af elektricitet ved kemisk handling er batteriets princip, som også er blevet forklaret og illustreret i kapitlet om batterier.

Gasser:

Gasser og dampe, som væsker, udfører også elektricitet ved en tovejs strøm af ioner. Neon er et eksempel på at udføre gas, dampe, der fører elektricitet indbefatter kviksølvdamp og natriumdamp. Gassen eller dampen er sædvanligvis indeholdt i en indkapsling, såsom et glasrør, hvorfra luften først er udtømt.

To elektroder, en anode og en katode er forseglet i kabinettet. Når en tilstrækkelig potentiel forskel påføres over elektroderne, ioniseres gassen, og de positive og negative ioner tiltrækkes henholdsvis til katoden og anoden, således at gassen begynder at udføre.

Den tovejs strøm af ioner forårsager, at nogle gasser og dampe udsender en strålende glød, mens de ledes. For hver gas eller damp er der dog en vis mindste spænding, som skal påføres over elektroderne, inden ioniseringen begynder.

Under denne spænding produceres der ingen ioner, og gassen overhovedet ikke opfører sig. Den minimale spænding, som en gas eller damp vil udføre, kaldes dens slående spænding. Gasser og dampe anvendes til visse typer belysning og til en form for ensretter. Nogle anvendelser af gasser i industrien er vist i kapitlet om elektrisk belysning.