3 hovedvirkninger som elektroteknikk avhenger av

Denne artikkelen kaster lys over de tre hovedeffekter som elektroteknikk avhenger av. Virkningene er: 1. Magnetisk effekt 2. Oppvarmingseffekt av elektrisk strøm 3. Kjemisk effekt.

Elektroteknikk: Effekt # 1. Magnetisk effekt:

Vi vet fra vår erfaring at når en elektrisk strøm flyter, blir plassen umiddelbart rundt sin bane et magnetfelt. Fig. 3.1 viser et tverrsnitt av en sirkulær ledning ned som en elektrisk strøm følger.

Den stiplede linjen representerer et sylindrisk magnetfelt som omslutter lederen gjennom dens lengde. Intensiteten av dette magnetfeltet og dens omfang varierer med styrken av strømmen som strømmer i ledningen.

Faktisk jo sterkere dagens, jo bredere og mer intens er feltet. Derfor er en viktig egenskap for en elektrisk strøm at den kan produsere et magnetfelt, og denne egenskapen til elektrisitet brukes i praksis i motorer, transformatorer, reléer, telefoner etc. Faktisk på grunn av dette magnetfeltet og ved elektromagnetisk induksjon, potensiell forskjell i en leder er utviklet på grunn av frekvensen av endring av magnetfelt.

e = Blv .................. (lik 3.1)

hvor e-em i volt.

B - Webers per kvadratmeter.

I - Lengde på lederen i meter.

v - Hastighet (flytting) i meter per sekund.

Elektromagnetisk induksjon kan bare skje til endringen fortsetter. Det er da denne endringen stopper, opphører induksjonen også umiddelbart.

Faktisk er det to klare metoder der betingelsene for induksjon kan oppfylles:

(1) Ved relativ bevegelse mellom lederen og feltet, vil enten lederen bevege seg i feltet, eller feltet sveiper over lederen; og / eller

(2) Ved å endre intensiteten av magnetfeltet. Derfor, når en leder, for eksempel et stykke ledning, er plassert i et forandrende magnetfelt, blir en elektromotorisk kraft, emf indusert i den, og disse utvikler en potensiell forskjell mellom dens ender, som forklart i formel 3.1.

Hvis en ledning er koblet til en krets, driver den induserte emf en strøm rundt kretsen så lenge magnetfeltet fortsetter å endres. Lederen der emf er indusert er nå energikilden for kretsen som den er koblet til, slik at strømmen strømmer fra negativ til positiv langs lederen mens den strømmer fra positiv til negativ rundt resten av kretsen.

Styrken av emf som induseres i ledningen, avhenger av den hastigheten som den beveges seg gjennom magnetfeltet og intensiteten av magnetfeltet. Dette forklares også av grunnleggende formel 3.1.

Og dette betyr at bare en liten emf ville bli indusert av en langsom bevegelse i et svakt felt, og på samme måte ville en sterkere emf bli indusert av en rask bevegelse i et svakt felt, eller en langsom bevegelse i et mer intensivt felt. Og også en fortsatt sterkere emf ville bli indusert av en rask bevegelse i et intensivt felt. Faktisk er dette grunnleggende prinsippet det grunnleggende prinsippet om elektroteknikk.

La oss nå se på en veldig enkel måte ved de to viktige prinsippene:

(a) Generatorprinsipp og

(b) Motorprinsipp.

(a) Generatorprinsipp:

En generator består av kobberledere viklet på en armatur som roteres i et magnetfelt, enten med en damp- eller vanndrevet turbin, eller ved en forbrenningsmotor eller ved en elektrisk motor.

Når armaturen roterer kontinuerlig, vikles ledningene til den beveger seg kontinuerlig gjennom magnetfeltet og en emf blir kontinuerlig indusert. Derfor har hver leder som beveger seg gjennom feltet, en emf indusert i den proporsjonal med rotasjonshastigheten og intensiteten av feltet.

Ledere i armaturen er koblet i serie. Hvis mange ledere brukes, er potensialforskjellen utviklet i armaturen mange ganger den potensielle forskjellen mellom endene av en enkelt leder. Derfor er hastighet, feltintensitet og antall ledere i serie i armaturet hovedfaktorer som bestemmer spenningen som leveres av en generator.

Nå, som armaturen roterer, går hver vikling vekselvis over en nordpol og en sydpinne. Ved å bruke Flemings høyre håndregel som vist i figur 3.2, kan det ses at retningen av strømmen som er indusert i en vikling, reverseres hver gang den passerer over en pol av motsatt polaritet.

Hvis viklingene var koblet direkte til en krets, ville en vekselstrøm strømme i den kretsen, som vist i figur 3.3. En vekselstrømgenerator kalles en generator.

I denne figuren kan vi se at en generator naturlig genererer en alternerende emf og hver terminal er vekselvis positiv og negativ. Frekvensen avhenger av rotasjonshastigheten; med det enkle topolfeltet som vises, er frekvensen det samme som det antall omdreininger som er fullført av ledersløyfen per sekund.

Frekvensen av spenningen som genereres, avhenger av hvilken frekvens ledere passerer poler med motsatt polaritet. I figur 3.3 vises et topolfelt, men generatorens felt kan ha flere poler.

Et generatorfelt kan ha et jevnt antall poler; Generelt er fire og seks og åtte poler vanlige. For enhver rotasjonshastighet sender armaturledere polene av motsatt polaritet oftere i forhold til antall poler.

I en topolig maskin for eksempel passerer hver leder en nord og en sørpole per revolusjon, mens i en firepolig maskin passerer hver leder to nord og to sydpoler per revolusjon.

For en gitt hastighet har vekselstrømmen generert av en firepolet maskin derfor to ganger frekvensen av den som genereres av en topolet maskin; en åttende pol maskin har to ganger frekvensen av en fire polet maskin, og så videre. Frekvensen bestemmes derfor av hastigheten som generatoren drives på, og antall poler i feltet. Dette må alltid bli husket.

Direkte strømgenerator:

Når generatoren er pålagt å tilveiebringe en likestrøm, må en enhet brukes til å reversere forbindelsen mellom viklingen og resten av kretsen hver gang retningen til emkene som er indusert i viklingen, endres. En slik enhet kalles en kommutator.

En kommutator er en tromme montert på akselen til armaturviklingene. Overflaten av trommelen er delt inn i metallsegmenter hver isolert fra de andre. Faste kontakter kalt børster, koblet direkte inn i den eksterne kretsen, bærer på den sylindriske overflaten av kommutatoren, slik at hver kontakt med metallsegmentene igjen, når trommelen roterer.

Armaturviklingen er koblet til kommutatorens segmenter på en slik måte at strømmen strømmer i samme retning rundt den eksterne kretsen, uansett polariteten til den potensielle forskjellen som induseres i armaturviklingen. På figur 3.4 ser vi en veldig enkel kommutator.

I figur 3.4 (a) beveger leder A over nordpolen og leder B beveger seg over sørpolen; Derfor strømmer strømmen fra segment B til segment A av kommutatoren, dvs. fra den negative børsten til den positive børsten i armaturen. Når armaturen har vendt 180 ° som i figur 3.4 (b) beveger leder A seg forbi sydpolen og lederen B beveger seg forbi nordpolen.

Generatorfelt:

En generator kan fungere med et konstant magnetfelt, slik at enten permanente magneter eller feltviklinger (der en konstant strømningsstrøm produserer et konstant magnetfelt) kunne brukes.

De fleste generatorer bruker feltviklinger, men permanente magnetfelter brukes til noen små generatorer som bare gir en lav effekt, f.eks. De som brukes i telefonkretser. Generatorer som bruker et permanentmagnetfelt kalles vanligvis magnetoer.

Roterende feltgenerator:

I noen alternatorer og ac-magneter reverseres rollene til de roterende og stasjonære delene, den energimagnet som befinner seg i armaturen (eller rotoren, som den roterende delen av en AC-maskin kalles). Når rotoren kjøres rundt, svinger magnetfeltet forbi alle ledere i den stasjonære delen av maskinstatoren.

Effekten er nøyaktig den samme som om trådspolene ble rotert i magnetfeltet som illustrert i figur 3.5.

(b) Motorprinsipp:

Fra vår erfaring og teoretiske kunnskap visste vi at den tette forbindelsen mellom elektrisk strøm, magnetfelt og bevegelse ikke er begrenset til generering av elektrisk strøm. Denne tette forbindelsen gir også opphav til motorprinsippet, prinsippet som alle elektriske motorer jobber, dvs. som gjør det mulig å konvertere elektrisk energi kontinuerlig til bevegelse.

Faktisk er motorprinsippet det motsatte av generatorprinsippet. Hvis en leder er plassert i et magnetfelt, som vist på fig. 3.6 og strøm strømmer gjennom det, vil lederen ha en tendens til å bevege seg over magnetfeltet.

Hvis ledningen er montert på en armatur som er fri til å rotere, har kraften som virker på lederen en tendens til å rotere rotoren. Og siden denne magnetiske handlingen fortsetter gjentatte ganger, fortsetter rotoren å bevege seg, og dette kalles motoraktivitet.

Imidlertid er en motor bygget på en måte som nesten likner en generator, med ledere viklet på en armatur og plassert innenfor et magnetfelt. Strømmen strømmer gjennom armaturviklingen og armaturen roterer. Når hver leder passerer gjennom magnetfeltet holder strømmen som strømmer inn i det, kraften som vender ankeret, slik at et kontinuerlig dreiemoment (som kan kalles vendekraft) opprettholdes.

Bevegelsesretningen for en strømbærende leder i et magnetfelt kan bli vist av Flemings venstre håndregel som illustrert i figur 3.7. Akkurat som generatorer kan levere enten vekselstrøm eller likestrøm, slik at motorer kan utformes for å fungere enten fra en vekselstrøm eller likestrømstilførsel.

(c) Induksjon ved endring av feltintensitet:

Når en dirigent holdes stasjonær i et magnetfelt som enten blir sterkere eller svakere, blir en emf indusert i den lederen. Hvis lederen er koblet til en elektrisk krets strømmer strømmen.

Intensiteten til feltet til en permanent magnet er uforanderlig, slik at ingen emf kan bli indusert i en leder som er stasjonær i et slikt felt. Men intensiteten til magnetfeltet som produseres av en spole kan imidlertid økes eller reduseres ved å endre strømstyrken som strømmer den.

En emf kan derfor induseres i en leder som er plassert i et elektromagnetisk felt ved å endre styrken av strømmen som strømmer i spolen som produserer feltet. Emf er derfor indusert derfor bare når den nåværende styrken faktisk endrer seg.

Gjensidig innføring:

Hvis lederen i hvilken emf er indusert, er koblet til en krets som er elektrisk uavhengig av den spirale kretsen, strømmer en strøm. Strømmen flyter fra negativ til positiv i resten av kretsen. Prosessen hvorved strømmen kan gjøres til å strømme i en krets ved å endre strømstyrken i en annen krets kalles gjensidig induksjon.

Styrken av emf indusert avhenger av hvilken hastighet som den nåværende som produserer feltet endrer seg. Jo større hastigheten på endringen er, desto større er den induserte emf. Den største endringshastigheten som er mulig i en likestrømskrets oppstår når tilførslen til en spole er slått på eller av, for i disse øyeblikk endres strømmen nesten umiddelbart fra ingenting til sitt maksimum, eller fra maksimalt til ingenting.

På alle disse øyeblikkene induseres en målbar emf i en leder plassert nær spolen. Nå dersom en spole er plassert i et skiftende magnetfelt og emf induseres separat i hver tur, er den totale emf som er fremkalt i spolen, større enn den som induceres i en enkelt sving, siden alle svingene i spolen er i serie. Etter dette prinsippet kan en spole med et stort antall svinger brukes til induksjon av høyspenning.

Induksjonsspole:

Gensidig induksjon er prinsippet for induksjonsspolen, som er en anordning for å produsere impulser ved meget høy spenning fra lavspenningsforsyning, som vist i figur 3.8. Induksjonsspolen består av en primærspole, viklet på en myk jernkjerne og koblet til lavspenningsforsyning via en bryter.

Når tilførselen er koblet til primærviklingen ved å lukke bryteren, blir viklingen aktivert og en meget høy spenning fremkalles øyeblikkelig i sekundærviklingen. På samme måte når kretsen til primærviklingen er ødelagt, induceres også en meget høy spenning i sekundæret, men denne gangen virker i motsatt retning.

Sekundærviklingen av induksjonsspolen kan derfor gjøres for å utvikle en suksess av impuls ved meget høyt potensial. Faktisk, med dette meget enkle prinsippet, blir tenningsgnistene i bilmotorer produsert av en induksjonsspole som arbeider fra bilbatteriet. Den primære kretsen er laget og ødelagt, i tide med motorenes revolusjon.

Gjensidig innføring ved vekselstrøm:

Den faktiske styrken til en vekselstrøm går kontinuerlig fra øyeblikk til øyeblikk på grunn av dens karakteristikk. Magnetfeltet produsert av en vekselstrøm er derfor en kontinuerlig endring. Hvis en leder er plassert innenfor feltet, vil en emf kontinuerlig bli indusert i den.

Hvis lederen er koblet til en elektrisk krets, strømmer strømmen kontinuerlig i den kretsen. Den induserte strømmen er relatert til den påførte strømmen på en svært presis måte.

I løpet av første kvartal av en syklus øker styrken til den påførte strømmen fra null til maksimum. Feltets intensitet øker derfor fra null til maksimum, og ende 'A' av spolen har nordpolaritet. En emf blir derfor indusert i lederen som har en tendens til å kjøre strøm fra venstre til høyre.

Frekvensen for endring av feltintensitet (representert ved kurvens helling) er størst i begynnelsen av en syklus og nivåer ut til null ved det punkt der maksimal strømstyrke er nådd. Den induserte emf som avhenger av endringshastigheten, er derfor maksimalt ved begynnelsen av syklusen og faller til null ved slutten av første kvartal av syklusen.

I løpet av andre kvartal av en syklus, reduseres styrken på den påførte strømmen fra maksimalt til null. Som i første kvartal er polariteten til spolens ende A nord. En emf blir derfor igjen indusert i lederen, men denne gangen har den tendens til å kjøre strøm fra høyre til venstre.

I løpet av dette kvartalet av en syklus begynner frekvensen av feltintensitet til null når feltet er mest intens og øker gradvis etter hvert som intensiteten avtar. Emf i dirigenten stiger derfor fra null i begynnelsen av andre kvartal, til maksimalt ved slutten av andre kvartals syklus.

Den andre halvdelen av syklusen følger et lignende mønster til første halvdel, men med alle retninger reversert. I løpet av tredje kvartal stiger feltet til et maksimum, enden av spolen har sørpolaritet. Den induserte emf faller fra sin maksimale til null, og har en tendens til å kjøre strøm fra høyre til venstre.

I løpet av fjerde kvartal faller feltintensiteten fra maksimum med enden 'A' av spolen som har sørpolaritet til null, og den induserte emf stiger fra null til maksimal, med strømmen flyter fra venstre til høyre.

Emf indusert i lederen er derfor en vekslende emf av samme frekvens som den påførte strøm. Hvis den påførte strøm har sinusbølgeform, har den induserte emf nøyaktig den samme bølgeformen.

Toppen av den induserte emf forekommer nøyaktig en fjerdedel av en syklus etter toppene av den påførte strøm, dvs. lagring 90 ° bak den påførte strøm. Evnen til en vekselstrøm til å indusere en alternerende emf i en elektrisk uavhengig krets gjennom et magnetfelt gir opphav til transformatorprinsippet.

Det er viktig å merke seg at sinusbølgen er den eneste bølgeformen som gjengis nøyaktig ved gjensidig induksjon. Hvis en vekselstrøm som hadde en annen bølgeform ble påført spolen, ville gjensidig induksjon finne sted som en kontinuerlig prosess, men bølgeformen av den induserte emf ville ikke ligne den tilførte strøm.

Self-Induksjon:

En hvilken som helst spiral, der en strøm produserer et elektromagnetisk felt selv ligger innenfor dette feltet. Derfor, når strømmen av strømmen som strømmer i spolen endres og gir en endring i feltintensitet, blir en emf indusert i selve spolen. En emf blir bare fremkalt i spolen når den nåværende styrken endrer seg.

Faktisk motvirker den induserte emf alltid og forsinker endringen av nåværende styrke som fremkaller den. Hvis og når nåværende øker, har den induserte emf en tendens til å forhindre økningen, motsetter den emf som er påført spolen, og er derfor en ryggemf. Hvis strømmen minker, har den induserte emf tendens; å opprettholde strømmen av strøm, utøves i samme retning som den påførte emf

Når kretsen er ødelagt, induserer den plutselige reduksjonen av strøm til null en stor emf som har en tendens til å holde strømmen flyter etter at pause har skjedd. Faktisk er dette grunnen til gnisten vi ser når strømmen flyter øyeblikkelig over alle hull.

Energi i en induksjonskrets:

Magnetfeltet opprettet av en spole er en butikk av energi som tilføres av den elektriske kretsen; når strømmen flyter gjennom spolen øker, øker intensiteten av magnetfeltet også.

En del av energien som følger med batteriet eller generatoren brukes til å overvinne den induserte tilbake emf, og denne energien går inn i magnetfeltet. Mens strømmen av konstant styrke strømmer i spolen, opprettholdes magnetfeltet og det holder energien tilført den.

Når strømmen som strømmer i spolen blir redusert, mister magnetfeltet intensitet og det gir opp energi. Denne energien returneres til kretsen som den induserte emf har en tendens til å opprettholde strømmen. Effekten av denne returnerte energien kan være å forårsake en gnist hvis kretsen er ødelagt.

Gnist forårsaket av frigjøring av energi fra en induktiv krets er en potensiell fare under jorden i en gruve. Hvis en slik gnistning oppstår når eksplosiv konsentrasjon av branndamp eller kullstøv er tilstede i atmosfæren, vil konsentrasjonen antakelig antennes, og det kan lett oppstå en eksplosjon.

Derfor må hvert elektrisk utstyr som brukes under jorden, utformes på en slik måte at gnister hindres fra å antennes brannfukte eller kullstøv. Dette er to metoder for å overvinne faren fra gnistdannelse, og disse er beskrevet i kapitler som omhandler Flameproof Equipment og Intrinsically Safe Circuit.

induktans:

Prosessen med selvinduksjon skjer i hver spole, enten det er en magnetventil, eller en mindre eller transformatorvikling, når strømmen av strømmen som strømmer i det endres. I hvert tilfelle forsinker den induserte emf endringen av nåværende styrke som induserer den. Effekten av en spole på kretsen som den er tilkoblet, er snarere som effekten av et flyhjul på et mekanisk system.

Denne egenskapen som en spole har til å senke endringer innenfor sin krets kalles dens induktans. Hver krets har en liten induktans, men for de fleste praktiske formål må bare induktansen av spoler vurderes. En krets som inneholder spiraler betegnes som en induktiv krets.

Induktansen til en spole avhenger hovedsakelig av antall svinger den har. En spole med et stort antall svinger skaper et sterkt magnetfelt, slik at en relativt sterk ryggemf blir indusert i hver tur. Siden alle svingene i spolen er i serie, er den totale tilbake emf som er fremkalt i spolen betydelig.

En spole med bare noen få svinger på den annen side kan produsere bare et svakt magnetfelt, og den totale ryggemf er bare noen få ganger det samme med en sving, slik at dens induktans er svært liten. Induktans påvirkes også av andre faktorer som nærhet og størrelse på sving, og egenskapene til en hvilken som helst kjerne som spolen kan ha. Generelt er imidlertid en spole som er konstruert for å produsere et sterkt magnetfelt en høy induktans.

(d) Vekselstrømkrets og selvinduktans:

En vekselstrøm skifter kontinuerlig, slik at i en hvilken som helst spole der en vekselstrøm strømmer, blir tilbake emf kontinuerlig indusert. Den selvinduserte emf (som en gjensidig indusert emf) er en alternerende emf og den lagrer nøyaktig 90 ° bak de inducerende strømkurver A & B i figur 3.9 (a).

Ved begynnelsen av syklusens første kvartal øker strømmen raskest i positiv retning, slik at en maksimal emf i den negative retningen induseres.

Som dagens stiger til et maksimum, reduseres endringshastigheten, og den induserte emf faller til null. I andre kvartal av en syklus, mens strømmen i positiv retning faller, virker den bakre emf også i positiv retning (motsetning av forandring av strøm, dvs. å holde strømmen i gang). Etter hvert som forandringshastigheten øker, øker den induserte emf og når et maksimum i øyeblikket når dagens er faktisk null.

Den andre halvdelen av syklusen er lik den første halvdelen, men med alle retninger reversert. I tredje kvartal induseres nåværende økninger i negative retninger og tilbake emf i positiv retning. Etter hvert som hastigheten på endring av gjeldende avtar faller den induserte emf til null.

I fjerde kvartal faller strøm i negativ retning til null, og emf er indusert i negativ retning. Etter hvert som frekvensen av gjeldende forandring øker, øker den induserte emf til et maksimum.

Vekselstrøm Gjeldende oppførsel:

Når en vekslingsspenning påføres en induktiv krets, og en vekselstrøm strømmer, opererer to alternerende emner samtidig i samme krets, det vil si forsyningsemnet og den selvinduserte emf

På et hvilket som helst tidspunkt når de to emfene opererer i motsatte retninger, er den resulterende emf som har til hensikt å kjøre strøm rundt kretsen, forskjellen mellom de to emfene på det tidspunktet. Igjen, når som helst når de to emfene opererer i samme retning, er den resulterende emf som strekker seg til å kjøre strømmen rundt kretsen summen av de to emfene på det tidspunktet.

Således når to alternerende emf har sinusbølgeform opererer sammen i en krets, er den resulterende emf alltid en vekslende emf, også av sinusbølgeform. Imidlertid er bare unntak når de to alternerende emfene er like og nøyaktig i antifase.

Da er det ikke noe som resulterer i emf i det hele tatt. Med mindre de to vekslende emfene er nøyaktig i fase eller i antifase, er den resulterende emf ute av fase med både forsyningsemnet og selvindusert emf

I en hvilken som helst krets i henhold til Ohms lov, strømmer den aktuelle strømmen til enhver tid i forhold til spenningen som faktisk har tendens til å kjøre strøm rundt kretsen på det tidspunktet. Siden, når selvinduktans oppstår, spenningen som faktisk har tendens til å kjøre strøm rundt kretsen, er den resulterende emf, må en vekselstrøm i en induktiv krets være i fase med en resulterende vekslende emf

Det har blitt vist at den selvinduserte emf lagrer induksjonsstrømmen med nøyaktig 90 °, slik at den resulterende emf fører den induserte emf med 90 °. Også, den resulterende emf kan være i fase med forsyningsemnet bare hvis den selvinducerte emf er nøyaktig i fase eller i antifase.

Siden den resulterende emf er 90 ° ute av fase med selvinducerte emf, følger det at den resulterende emf er nødvendigvis ute av fase med forsyningsemnet. Vekselstrømmen som strømmer i kretsen er derfor også ute av fase med forsyningsemnet

På fig. 3.9 (b) ovennevnte punkter er illustrert. Den resulterende emf (buet) trekkes i fase med strømmen (kurve A). Den selvinducerte emf (kurve B) er vist lagre 90 ° bak strømmen. Som det fremgår av diagrammet, oppstår toppene i den nåværende syklusen etter toppene i forsynings-emf-syklusen.

I hvilken som helst induktiv krets ligger vekselstrømmen bak vekselstrømmen til forsyningen. Forholdet mellom strøm og forsyningsspenning i kretsen kan illustreres ved å tegne kurvene til begge, ved hjelp av samme akse som i figur 3.10. Mengden som gjeldende lag avhenger av mengden av induktans og mengden av motstand i kretsen.

I en hvilken som helst krets øker induktansøkningen eller reduksjon av motstand dagens strøm. Omvendt minker induktansen eller økningen av motstand, det nåværende lagret. I den ekstreme teoretiske tilfelle av krets som inneholder ren induktans, og ingen motstand i det hele tatt, ville strømmen forsvinne nøyaktig en fjerdedel av syklusen som er 90 ° bak forsyningsspenningen, som vist i figur 30.10 (b).

I en hvilken som helst praktisk krets er det imidlertid alltid noe motstand (minst motstanden til lederne) slik at strømmen alltid ligger mindre enn 90 ° som forklart i figur 3.10 (c).

reaktans:

Når en vekselstrømtilførsel er koblet til en induktiv krets, er rms-verdien av strømmen som strømmer, uavhengig av hvilken som helst motstand, begrenset av selve induksjonsprosessen som oppstår. Det er i teorien mulig å anta at en krets som ikke har motstand, men bare induktans, kan eksistere.

Hvis en DC-potensialforskjell ble anvendt på en slik krets, ville det ikke være noen grense for styrken til likestrømmen som ville strømme. Fra det første prinsippet om elektrisitet, vet vi at,

Strøm = Spenning / Motstand,

men siden motstand = 0 ohm,

Strøm = Spenning / 0 eller uendelig.

Hvis en vekselstrømstilførsel var tilkoblet, ville strømmen være begrenset av den selvinduserte emf Strømmen ligger nøyaktig 90 ° bak den påførte spenningen, og den induserte emf er nøyaktig i antifase med påført spenning.

Den induserte emf kan aldri være større enn den påførte spenningen, ellers ville induksjonsstrømmen ikke kunne strømme. Størrelsen på den induserte emf i hvert øyeblikk i syklusen avhenger av hastigheten for endring av strøm i det øyeblikket. Siden den induserte emf er begrenset, er frekvensen av strømendring begrenset, og at maksimale og rms-verdier for strømmen også er begrensede.

Nå er den faktiske styrken av strømmen som strømmer i kretsen avhengig av,

(a) induktansen av kretsen; og vi vet at, større induktansen, desto større emk induserte for en gitt hastighet for endring av nåværende, og

(b) frekvens; og vi vet også at jo høyere frekvensen jo større er endringsgraden som kreves i syklusen for en gitt rms-verdi.

Fig. 3.11 illustrerer de ovennevnte uttalelsene. Egenskapen som en spiral (eller en induktanskrets som helhet) har til å begrense styrken til en vekselstrøm som strømmer i den kalles dens reaktans.

impedans:

En hvilken som helst praktisk krets som inneholder en spole har motstand så vel som reaktans, og verdien av en vekselstrøm som strømmer i kretsen, bestemmes av den kombinerte effekten av de to egenskapene. Denne kombinerte effekten kalles impedans.

En spole, for eksempel, kan konstrueres slik at den har en høy induktans, men en meget lav motstand. Hvis da et DC-potensial på si 100 volt blir påført over det, vil en stor likestrøm strømme.

Hvis derimot en vekslingsspenning på 100 volt rms påføres, vil reaksjonen av spolen begrense vekselstrømmen til en meget lav verdi. Kretsen har derfor høy impedans. En krets som inneholder en høy motstand og bare en liten mengde induktans vil også tillate at bare en liten vekselstrøm strømmer, og har også høy impedans.

Selv om impedansen til en krets som reaktans alene varierer med frekvensen til vekslende forsyning, er impedansen for en gitt frekvens relatert til nåværende og potensiell forskjell på nøyaktig samme måte som motstand alene, dvs.

Siden disse formlene er akkurat som de som er angitt av Ohms Law, er impedansen målt i ohm. Faktisk er disse grunnprinsippene som alltid vil være avgjørende for å løse eventuelle problemstillinger for elektroteknikk.

kapasitans:

En kondensator eller kondensator er en elektrisk komponent designet for å beholde en bestemt elektrisk ladning. Kondensatorer brukes i elektriske kretser til mange formål. I gruver og i næringer er disse oftest brukt til effektfaktorkorreksjon og egen sikkerhet.

Faktisk består en enkel kondensator av to metallplater holdt tett sammen, men isolert fra hverandre som vist i figur 3.12 (a). Isolasjonsmaterialene som separerer platene er kjent som dielektriske.

Hvis det skulle kobles et batteri over de to platene, som vist på figur 3.12 (b), ville platen som var koblet til batteriets positive, akseptere en positiv ladning, mens platen som var koblet til batteri negativet ville akseptere en negativ ladning.

Når hver plate blir ladet, opprettes en potensiell forskjell mellom de to platene som ikke kan reduseres på grunn av isolasjonen mellom dem. Men når den er fulladet, er den potensielle forskjellen mellom de to platene lik den potensielle forskjellen på batteriets klemmer.

Kapasitansenhet:

Kapasitans kan måles, og grunnenheten er farad. Et objekt har en kapasitans av en farad hvis den krever en strøm av en ampere i ett sekund for å endre potensialet med en volt.

Den grunnleggende kapasitansenheten er imidlertid altfor stor til praktiske målinger, siden ingen noen gang har konstruert et objekt som har en kapasitans på mer enn en liten brøkdel av en farad. Faktisk er det blitt beregnet at hvis en metallbølge ble laget med en kapasitans av en farad, ville den være mange ganger større enn selve jorden.

Kapasitansenhetene som brukes til praktiske formål er mikrofarad, som er lik en milliondel av en farad; og Pico farad, (eller mikro mikrofarad), som er lik en milliondel av en mikrofarad. Vi vet imidlertid at når en dirigent mottar en belastning fra en forsyningskilde, viser strømmen av strøm at energi har blitt overført til å produsere ladningen.

Så lenge lederen beholder den statiske ladningen, kan den betraktes som sterk elektrisk energi. Energien forsvinner når lederen tømmes. Egenskapen om å kunne akseptere og beholde en statisk ladning kalles kapasitans.

Kapasitans av en kondensator:

Kapasitansen til en kondensator er mange ganger større enn kapasitansen av platene som isolerte gjenstander. Denne store kapasitansøkningen er forårsaket av den effekten at de to ladede platene har på hverandre. La oss nå se hva som skjer når kondensatoren begynner å lade opp, en plate kjøper en negativ ladning, mens den andre får en positiv ladning.

Den positivt ladede platen har en tendens til å tiltrekke seg en ytterligere negativ ladning til den motstående overflate av den negative platen, og på samme måte tiltrekker den negativt ladede platen en ytterligere positiv ladning til den positive platen. Effekten er strømmen fortsetter å strømme ettersom kostnadene konsentrerer eller kondenserer (faktisk kom navnetkondensatoren på grunn av kondensering av ladning) motsatt hverandre på platens overflater.

Konsentrasjonen av ladninger motsatt hverandre på denne måten kalles elektrostatisk induksjon. Dens effekt er å motvirke opprettelsen av en potensiell forskjell mellom platene, fordi belastningene trukket på platene har en tendens til å nøytralisere hverandre.

Når en kondensator er ladet opp, blir det meste av ladningen som følger med platene, trukket på motsatt side hvor den er nøytralisert, og bare en svært liten del er tilgjengelig for å skape den potensielle forskjellen mellom platene.

Dermed må en stor mengde ladning tilføres kondensatorens plater for å gi en liten potensialforskjell mellom platene, dvs. kondensatorens kapasitans er stor.

En kondensator med en kapasitans på 10 mikrofarad er lett konstruert, hvis plater når de er skilt, har en kapasitans som er umåtelig liten. Faktisk er den faktiske kapasitansen til en kondensator avhengig av en rekke faktorer.

De viktigste faktorene er:

(i) Totalt areal av plater:

Siden de nøytraliserte ladningene i kondensatorkonsentrater på platens motstående flater, er mengden ladning som kan absorberes og nøytralisert, avhengig av overflaten av overflaten som er rett overfor hverandre.

Jo større dette området, jo større er kondensatoren til kondensatoren. I praksis er store platene innkvartert ved å rulle platene inn i en spole, ved å bygge opp planker, alternativt positive og negative.

(ii) Avstand mellom plater:

Kraften til elektrostatisk induksjon som utøves mellom platene øker ettersom de bringes nærmere. Jo nærmere platene, jo større er mengden ladning som kan konsentreres på overflatene og nøytraliseres, og jo større er kondensatorenes kapasitans.

Den dielektriske mellom platene må være tykk og elektrisk sterk nok til å tåle spenningen som er påsatt over den, ellers vil hele greien svikte mye, mye tidligere.

(iii) Dielektriske egenskaper:

En enkel kondensator, som den som er illustrert i figur 3.12 (a), kan ha luft som dens dielektriske. Noen faste dielektriske materialer, som glimmer, vokspapir eller isolasjonsolje gir en kondensator med tilsvarende dimensjoner en større kapasitans. Årsaken til dette er at ladningen på platene har en tendens til å indusere ladninger på overflaten av dielektrisen som de er i kontakt med.

Overflaten på dielektrisk i kontakt med den positive platen oppnår en negativ ladning og omvendt. Ladningene på overflatene til dielektrikum virker derfor som en ekstra nøytraliserende kraft mot ladning på platens overflater, slik at kondensatoren må absorbere enda mer ladning for å etablere en gitt potensialforskjell mellom platene.

(e) kondensatorer i direkte strømkrets:

Siden det ikke er elektrisk tilkobling mellom kondensatorplater, kan ikke en likestrømskrets fullføres gjennom den. Hvis en kondensator er koblet over et batteri i serie med en lampe, er ingen krets fullført, og lampen vil ikke fungere. Hvis kondensatoren ikke er ladet når tilkoblingene er laget, vil en strøm strømme inn i ledningene til kondensatoren er ladet.

Hvis ladestrømmen var sterk nok, vil lampen blinke på et øyeblikk. Selv om ingen strøm strømmer gjennom kondensatorens dielektriske strøm, strømmer den korte perioden mens kondensatoren lades, som om en krets ble fullført gjennom den. Strømmen til strømmen er størst i det øyeblikket batteriet først kobles til, men det faller raskt ned da ladningen på kondensatoren bygger opp.

Når full potensialforskjell mellom platene oppnås, opphører strømmen av strøm. Strømmen viser at batteriet har levert elektrisk energi til kondensatoren. Denne energien er nå lagret i ladningen. Hvis batteriet er frakoblet, forblir kondensatoren ladet og beholder sin butikk for elektrisk energi.

Hvis det nå er en forbindelse mellom de to platene, strømmer en strøm fra den positivt ladede platen til den negativt ladede platen inntil kondensatoren slippes ut, og de to platene har samme potensial. Denne strømmen av strøm er igjen størst når forbindelsen er først laget og raskt faller av ettersom potensiell forskjell reduseres.

Kondensator og kretskrets:

Effekten av kondensatoren på en vekselstrømskrets er ganske forskjellig fra dens effekt på en likestrømskrets. Vennligst se på figur 3.13. Polariteten til vekselstrømtilførselen blir kontinuerlig reversert, slik at kondensatoren ikke kan beholde en statisk ladning, som det gjør i en likestrømskrets.

Når vekselstrømtilførselen først er tilkoblet, begynner den første syklusen ved å koke opp en potensiell forskjell over kondensatorens plater. Som når en likestrømskilde først kobles til, strømmer en strøm øyeblikkelig og faller raskt av når spenningen mellom platene stiger. På slutten av et kvart i en syklus har spenningen nådd en topp, og strømmen har stoppet å strømme.

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 bruk av den kjemiske effekten av en elektrisk strøm er kobber-elektroplettering. En kobberanode er nedsenket i en løsning av kobbersulfat. Ethvert metallobjekt nedsenket i denne løsningen da katoden blir belagt med kobber når en strøm strømmer gjennom løsningen. Kobbersulfatet deles kjemisk i en kobberion (positiv) og en negativ sulfon (sulfatdelen av kobbersulfatet).

Kobberet er tiltrukket av og deponert på katoder, sulfonene er tiltrukket av anoden hvor det kombinerer med kobber, gjenskaper kopparsulfat. Den overordnede effekten er at kobber overføres fra anoden til katoden, elektrolytten, som faktisk forblir uendret.

Den kjemiske effekten av en elektrisk strøm oppdages ofte i kollier, hvor elektrolyse forårsaker korrosjon av elektrisk apparat, f.eks. Armring av kabler.

Syr-minevann fra elektrolytten, og i tilfelle av svak strømstrøm som lekker til jorden fra apparatet, skjer kjemisk handling mellom vann og metall av utstyret. Det er også bemerket at prosessen med elektrolyse kan reverseres.

En kjemisk virkning mellom en elektrolytt og to elektroder kan produsere en elektrisk strøm. Strømgenerering ved kjemisk handling er prinsippet om batteriet, som også er blitt forklart og illustrert i kapittelet om batterier.

Gassføring:

Gasser og damper, som væsker, utfører også elektrisitet ved en toveis strøm av ioner. Neon er et eksempel på å utføre gass, damper som fører strøm inkluderer kvikksølvdamp og natriumdamp. Gass eller damp er vanligvis inneholdt i en innkapsling, for eksempel et glassrør, hvorfra luften først har blitt oppbrukt.

To elektroder, en anode og en katode er forseglet i innkapslingen. Når en tilstrekkelig potensiell forskjell påføres over elektrodene, blir gassen ionisert, og de positive og negative ionene tiltrekkes henholdsvis til katoden og anoden, slik at gassen begynner å utføre.

Den toveis strømmen av ioner fører til at noen gasser og damper gir en strålende glød mens de utfører. For hver gass eller damp er det imidlertid en viss minimumspenning som må påføres over elektrodene før ionisering begynner.

Under denne spenningen produseres ingen ioner og gassen utfører ikke i det hele tatt. Den minimale spenningen som en gass eller damp vil utføre, kalles sin slitspenning. Gasser og damper blir brukt i visse typer belysning og for en form av likeretter. Enkelte bruksområder for å drive gasser i industrien er vist i kapitlet om elektrisk belysning.