Практическое применение явления электромагнитной индукции

• 1 слайд

  Практическое применение электромагнитной индукции
  Работа выполнена ученицей 11 А класса
  под руководством преподавателя математики и физики высшей категории
  Синельниковой М. В.
  

• 2 слайд

  Открытие электромагнитной индукции.
  29 августа 1831 г.
  
  Майкл Фарадей
  В основе опытов Фарадея лежала идея, что если вокруг проводника с током возникает магнитное поле, то должно существовать и обратное явление – возникновение электрического тока в замкнутом проводнике под действием магнитного поля.
  

• 3 слайд

  1. Индукционные генераторы
  Генератор тока— это электрическая машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую. Они могут генерировать как постоянный, так и переменный ток.
  Индукционный генератор переменного тока – устройство для получения переменного электрического тока
  

• 4 слайд

  Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции.
  
  Статор неподвижная часть генератора, (состоит из сердечника и обмоток).
  Ротор - подвижная часть генератора (электромагнит)
  Вал вращает ротор, Магнитное поле , пронизывающее обмотки статора меняется, в них возникает индукционный ток.
  Для подачи тока в обмотки ротора используют контактные кольца и щетки.
  

• 5 слайд

  Более компактные генераторы переменного тока установлены в автомобилях. Там генератор выполняет функцию подзарядки аккумуляторных батарей. На кораблях и самолетах тоже есть подобные конструкции, а значит, трансатлантическое путешествие на отдых Америку не обходится без генератора переменного тока.
  

• 6 слайд

  
  
  
  Морские и воздушные генераторы адаптированы к водной и воздушной (на большой высоте) среде и имеют трехкратную обмотку. Это нужно для сохранения компактных размеров без потери количества вырабатываемой энергии. Все элементы заземлены, перелет к месту отдыха будет безопасным. Генератор переменного тока может преобразовать энергию в постоянный ток при помощи диодного моста. В такой конструкции дополнительно используется регулятор напряжения.
  
  
  

• 7 слайд

  
  Применение:
  
  На практике же используются электромагниты, которые представляют собой катушки индуктивности или обмотки из медного провода в электроизоляционном лаке. При прохождении электрического тока по обмоткам, они начинают обладать электромагнитными свойствами.
  

• 8 слайд

  Для их возбуждения необходим дополнительный источник тока- в автомобилях это аккумуляторная батарея. В бытовых электростанциях возбуждение при заводке происходит в результате самовозбуждения или от дополнительного маломощного генератора постоянного тока, который приводится в движение валом генератора.По принципу работы генераторы могут быть синхронными или асинхронными.
  

• 9 слайд

  Индукционные плавильные печи
  -Применяются в металлургии
  
  
  
  
  

• 10 слайд

  Выплавка стали в индукционных печах
  -В индукционной бессердечниковой печи металл расплавляют в тигле, расположенном внутри индуктора, который представляет собой спираль с несколькими витками из токопроводящего материала.
  -Важной особенностью индукционных печей является интенсив­ная циркуляция жидкого металла, вызываемая взаимодействием электромагнитных полей, возбуждаемых с одной стороны токами проходящими по индуктору и, с другой, вихревыми токами в металле
  

• 11 слайд

  
  Через индуктор пропускают переменный ток; создаваемый при этом внутри индуктора переменный магнитный поток,наводит в металле вихревые токи, которые обеспечивают его нагрев и плавление.
  

• 12 слайд

  Трансформаторы
  
  Трансформаторы широко применяются при передаче электрической энергии на большие расстояния, распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других устройствах.
  Преобразование энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем.
  

• 13 слайд

  Трансформатор представляет собой сердечник из тонких стальных изолированных одна от другой пластин, на котором помещаются две, а иногда и больше обмоток (катушек) из изолированного провода. Обмотка, к которой присоединяется источник электрической энергии переменного тока, называется первичной обмоткой, остальные обмотки - вторичными.
  

• 14 слайд

  Индукционные насосы
  Эти насосы применяют для перемещения жидких металлов в промышленных установках и в ядерных реакторах. Для приведения в движение металла используется бегущее или вращающееся магнитное поле, созданное трехфазной обмоткой переменного тока. В зависимости от формы канала, по которому перемещается жидкий металл, в магнитном поле электромагнитные насосы подразделяют на винтовые и линейные.
  

• 15 слайд

  Такие насосы имеют неоспоримые преимущества перед обычными механическими, так как они обеспечивают полную герметичность, удобство при встраивании в технологическую схему, простоту обслуживания при эксплуатации, легкую возможность регулирования параметров напора и расхода.По принципу действия эти насосы полностью аналогичны традиционным электрическим машинам за исключением конструкции и наличия магнитогидродинамических эффектов.Поскольку электрические машины, как электромеханические преобразователи, обладают принципом обратимости, аналогичные схемы могут использоваться и как генераторы электрической энергии. МГД–генераторы, в свою очередь, могут работать на жидком металле или низкотемпературной плазме.
  

• 16 слайд

  Индукционные индукторы для поверхностной закалки металлических изделий:
  Многие изделия должны иметь высокую поверхностную твердость, высокую прочность поверхностного слоя и вязкую сердцевину. Такое сочетание свойств на поверхности и внутри изделия достигается поверхностной закалкой.
  
  
  

• 17 слайд

  Для поверхностной закалки стального изделия необходимо нагреть выше точки Аc3 только поверхностный слой заданной толщины. Этот нагрев должен совершаться быстро и интенсивно, чтобы сердцевина вследствие теплопроводности также не прогрелась до закалочных температур. Разновидности поверхностной закалки различаются способами нагрева.
  

• 18 слайд

  В промышленности используют два основных способа поверхностного нагрева: токами высокой частоты (ТВЧ) и пламенем горелки.
  
  Высокочастотная закалка имеет неоспоримые преимущества перед всеми другими методами поверхностной закалки. Она распространена наиболее широко.
  
  

• 19 слайд

  Преимущества индукционного нагрева:1) Благодаря явлению поверхностного эффекта максимальная мощность, выделяется в поверхностном слое нагреваемого изделия. Поэтому индукционный нагрев при закалке обеспечивает быстрый нагрев поверхностного слоя изделия. Это позволяет получить высокую твердость поверхности детали при относительно вязкой середине. Процесс поверхностной индукционной закалки быстрее и экономичнее других методов поверхностного упрочнения изделия.
  2) Индукционный нагрев в большинстве случаев позволяет повысить производительность и улучшить условия труда. Индукционные плавильные печи Индукционную печь или устройство можно рассматривать как своего рода трансформатор, в котором первичная обмотка (индуктор) подключена к источнику переменного тока, а вторичной обмоткой служит само нагреваемое тело
  
  

• 20 слайд

  
  3) Передача электрической энергии непосредственно в нагреваемое тело позволяет осуществить прямой нагрев проводниковых материалов. При этом повышается скорость нагрева по сравнению с установками косвенного действия, в которых изделие нагревается только с поверхности.
  4) Передача электрической энергии непосредственно в нагреваемое тело не требует контактных устройств. Это удобно в условиях автоматизированного поточного производства, при использовании вакуумных и защитных средств.
  
  
  
  
  

• 21 слайд

  Индуктивные датчики перемещений
  Принцип действия индуктивных датчиков основан на изменении индуктивности L (коэффициента самоиндукции) или взаимоиндуктивности обмотки с сердечником вследствие изменения магнитного сопротивления магнитной цепи датчика, в которую входит сердечник.
  Индуктивные датчики относятся к классу параметрических. Измеряемое механическое перемещение на входе датчика вызывает изменение параметров магнитной и электрической цепей его, что в свою очередь вызывает изменение выходной величины - электрического тока.
  

• 22 слайд

  .
  
  С помощью индуктивных датчиков можно
  -контролировать механические перемещения, механические силы, температуру, свойства магнитных материалов;
  -определять наличие дефектов или нежелательность примесей в телах материалов;
  -контролировать диаметр стальной проволоки, толщину немагнитных покрытий на стали, движение жидкости и газов в резервуарах и др.
  
  

• 23 слайд

  Индуктивные датчики имеют р я д д о с т о и н с т в:
  
  простота и прочность конструкций, надежность в работе (отсутствие скользящих контактов);
  возможность подключения к источникам промышленной частоты;
  относительно большая величина мощности на выходе преобразователя (до нескольких десятков ватт), что дает возможность подключать контрольный прибор непосредственно к преобразователю;
  значительная чувствительность и большой коэффициент усиления.
  
  
  

• 24 слайд

  К н е д о с т а т к а м индуктивных датчиков следует отнести влияние колебания частоты питающего напряжения на точность работы и возможность работы лишь на переменном токе.
  Индуктивные датчики используются на относительно низких частотах (до 3000–5000 Гц), так как на высоких частотах резко растут потери в стали на перемагничивание и вихревые токи.
  В отличие от индуктивных датчиков индукционные относятся к разряду генераторных преобразователей, так как при воздействии входной величины они способны генерировать электрическую энергию
  

• 25 слайд

  Принцип действия индуктивного датчика
  простейший (одинарный) индуктивный датчик на одном сердечнике.
  Обычно на практике такие датчики применяются в тех случаях, когда необходимо ступенчатое релейное управление, например, в качестве бесконтактных датчик положения, концевых выключателей, вспомогательных механизмов прокатных станков, тележек (при прохождении стальной оси тележки над магнитопроводом срабатывает реле), датчиков положения кабин лифтов и др.
  

• 26 слайд

  Пьезоэлектрические датчики
  Сущность его заключается в том, что на гранях некоторых кристаллов при их сжатии или растяжении появляются заряды, подобные поляризационным. В качестве материалов для датчиков применяются кварц, титанат бария, сегнетова соль, турмалин и др.
  Пьезоэлектрические датчики относятся к датчикам генераторного типа.
  Различают прямой и обратный пьезоэлектрический эффект.
  ротивлением. Усилитель и датчик соединены экранированным кабелем.
  

• 27 слайд

  Пьезоэлектрические датчики обладают следующими д о с т о и н с т в а м и:
  малыми габаритами,
  простотой конструкции,
  надежностью в работе,
  возможностью измерения быстропеременных нагрузок.
  

• 28 слайд

  Индуктивные дефектоскопы
  
  Индукционными дефектоскопами контролируется наличие дефектов типа царапин, строчечных неметаллич. включений, вкатанной окалины и т. п.
  
  
  

• 29 слайд

  Индуктивный дефектоскоп применяется для контроля качества изделий из ферромагнитных материалов при помощи индукц. магн. дефектоскопов, главной особенностью к-рых является наличие в качестве входного преобразователя пассивных индукц. катушек. Действие дефектоскопов основанно на определении градиента магн. поля дефекта при сканировании наружной поверхности контролируемого участка предварительно намагнич. объекта.
  
  

• 30 слайд

  Счётчики электроэнергии
  
  Существующие электросчетчики делятся на:
  индукционные;
  электронные.
  

• 31 слайд

  
  Индукционные устройства являются механическими. Их конструкция включает в себя катушку напряжения, катушку тока и металлический диск. Благодаря излучаемому обеими катушками магнитному полю, диск вращается, приводя в движение колесики с цифрами. Цифры показывают, сколько электроэнергии было потрачено.
  Индукционные устройства обладают как преимуществами, так и недостатками. К преимуществам можно отнести долгий срок службы и невысокую цену, а к недостаткам – допущение погрешности в показаниях не менее 2%.
  Несмотря на это механические приборы достаточно популярны, т.к. существуют на рынке уже очень давно.
  

• 32 слайд

  Принцип работы электронного счетчика в корне отличается от вышеописанной модели. В нем отсутствует механика, а ток идет напрямую к полупроводникам и микросхемам. Они то и учитывают потраченную энергию. Устройство оснащено электронным табло, на которое выводится вся информация о нем.
  Достоинства электронного счетчика:
  компактный размер;
  способность учитывать расход энергии по нескольким тарифам;
  более точный учет;
  наличие электронного табло;
  легко снимать показания.
  Недостатков у данного устройства немного, но они есть – это более высокая стоимость и относительно небольшой срок службы.
  

• 33 слайд

  Существующие электросчетчики различаются по:
  1.Типу сети, к которой подключаются:
  
  Счетчик электроэнергии однофазный. Такие счетчики подсоединяют к двухпроводной однофазной сети. Важным параметром является не только количество проводов, но и общая нагрузка на сеть. Однофазный прибор можно применять тогда, когда потребление энергии не превышает 10 кВ. На выходе он выдает 220 В. Счетчики такого типа чаще всего используют в жилых домах и квартирах. К трехфазной сети его можно подключить лишь тогда, когда на каждую фазу приходится по одному прибору;
  

• 34 слайд

  Счетчик электроэнергии трехфазный. Его подключают к трехфазной сети. Такие приборы используют в тех местах, где постоянно потребляется большое количество энергии, например на заводах или в общих щитовых многоквартирных домов. В частном доме есть смысл установить трехфазный счетчик в том случае, если постоянно работает оборудование с высоким энергопотреблением, например аппарат для сварки. Трехфазная сеть выдает 380 В и оберегает помещение от скачков электроэнергии.
  

• 35 слайд

  2. По тарифности:
  однотарифный счетчик электроэнергии. Позволяют вести подсчет по единственному тарифу. Применяются в основном в быту;
  двухтарифный счетчик электроэнергии дает возможность подсчитывать потраченную энергию согласно двум тарифам, например дневному и ночному, и применяется на предприятиях и организациях;
  многотарифный счетчик электроэнергии подсчитывает израсходованную энергию по нескольким тарифам и позволяет значительно уменьшить расходы на данную статью.
  

• 36 слайд

  
  
  
  Электродинамический микрофон
  
  В громкоговорителе сила Ампера вызывает колебания катушки и связанной с ней диафрагмы.
  В микрофоне колебания диафрагмы передаются подвижной катушке, и в ней возникает индукционный ток.
  Микрофоны широко применяются в радиовещании, телевидении, системах усиления звука и звукозаписи, для телефонной связи.
  
  
  
  
  
  
  

• 37 слайд

  Действие одного из самых распространенных микрофонов — электродинамического — основано на явлении электромагнитной индукции. Этот микрофон устроен следующим образом. Диафрагма 2 из тонкой полистирольной пленки или алюминиевой фольги жестко связана со звуковой катушкой 1 из тонкой проволоки (рис. 2.12). Катушка помещается в кольцевом зазоре сильного постоянного магнита 3. Линии магнитной индукции перпендикулярны к виткам катушки.
  
  

• 38 слайд

  Любой микрофон состоит из двух систем: акустикомеханической и механоэлектрической.Электродинамические микрофоны просты по конструкции, имеют небольшие габариты и надежны в эксплуатации. Искажения преобразуемых колебаний в интервале частот от 50 до 10 000 Гц невелики.
  Звуковая волна вызывает колебания диафрагмы и связанной с ней катушки. При движении витков катушки в магнитном поле в них возникает переменная ЭДС индукции. В результате на зажимах катушки появляется переменное напряжение, вызывающее колебания электрического тока в цепи микрофона. Эти колебания после усиления могут быть поданы на громкоговоритель, записаны на магнитной ленте и т. д.