מבוא למכונות חשמל `6 : הרצאה מס
עריכה :אינג' אייל לוי הרצאה מס' : 6מבוא למכונות חשמל מגנטיות מונח זה קשור לתכונה הטבעית של חומר למשו אליו גופי מתכתיי. מה מקור המילה מגנטיות? מושג זה מקורו במילה היוונית מגנסיה ,זוהי עיר הממוקמת באסיה הקטנה במקו בו מצאו היווני הקדמוני מחצב טבעי שמוש מתכות. נהוג לחלק את החומרי שקיימי בטבע ל 2סוגי: א .חומרי פרומגנטיי. ב .חומרי לא פרומגנטיי. א.חומרי פרומגנטיי אילו חומרי שקיימי בטבע ,ה אינ מגנטי טבעיי ,אול חומרי אילו מסוגלי לקבל מגנוט. לדוגמא :ברזל ,פלדה ,ניקל. ב.חומרי לא פרומגנטיי אילו חומרי שאינ מסוגלי לקבל מגנוט. לדוגמא :ע ,פלסטיק. סוגי מגנטי קיימי 2סוגי מגנטי: .1טבעי .2מלאכותי עריכה :אינג' אייל לוי .1המגנט הטבעי לכל מגנט קיימי זוג קטבי :צפו! ודרו או . S, N : .1.1שדה מגנטי ] . B[T זהו גודל פיזיקלי שמתאר את פעולת כח בתחו של המגנט. השדה נמצא במרחב שעוט" את המגנט . השדה נמדד ביחידות טסלה. 1.2שדה של מגנט טבעי קוטביות השדה במגנט היא מצפו! לדרו . N → S : עריכה :אינג' אייל לוי 1.3שט מגנטי ]φ[ wb כמות קווי הכוח של השדה בשטח מוגדר. השט" המגנטי דומה לזר חשמלי ונמדד ביחידות וובר. תכונות מגנטי .1כוח המשיכה הגדול ביותר נמצא בקטבי של במגנט. .2נית! לחלק מגנט למגנטי נוספי. .3תכונה פרומגנטית – חומר טבעי שהופ להיות מגנט בהשפעה של מגנט כלשהוא. .4כוח המשיכה קט! ככל שמרחיקי שני מגנטי זה מזה. מסקנה :כאשר קיי שדה מגנטי קיי כוח מכאני עריכה :אינג' אייל לוי .2המגנט המלאכותי שדה מגנטי סביב מולי נושא זר מולי נושא זר מייצר סביבו שדה מגנטי. לשדה המגנטי יש גודל וכיוו!. כיוו! השדה המגנטי נקבע על פי כלל יד ימי". אגודל מראה כיוו! הזר במולי. אצבעות מצביעות על כיוו! השדה. סימני מוסכמי: שדה נכנס לתו הד" שדה יוצא מהד" עריכה :אינג' אייל לוי שדות מגנטיי: שדה מגנטי בליבת סליל סליל מולי המלופ" על ליבה פרומגנטית. φ I תפקיד הליבה לרכז את השט" המגנטי. א נזרי זר במולי יתפתח שדה מגנטי בתו הליבה לפי כלל יד ימי! באופ! הבא: כ" יד מלופפת על הליבה ואצבעות מורות על כיוו! הזר. אגודל מראה את כיוו! השט" בליבה. מדוע חשוב לדעת את כיוו" השדה? עריכה :אינג' אייל לוי דוגמא :1ניסוי לורנ $#כוח הפועל בי" 2מוליכי נושאי זר ניסוי זה מוכיח : א .לכל שדה מגנטי יש כיוו!. ב .נית! לייצר שדה מגנטי מלאכותי ע"י זר חשמלי במולי. ג .בי! 2מוליכי נושאי זר מתפתח כוח הדדי של משיכה או דחייה ,תלוי בכיווני הזרמי במוליכי. מהל הניסוי: לוקחי שני מוליכי נפרדי זה מזה ומזרימי דר כל אחד מה זר חשמלי. התוצאה: א הזרמי I 1 , I 2באותו כיוו" – המוליכי מושכי אחד את השני. א הזרמי I 1 , I 2בכיווני מנוגדי – המוליכי דוחי אחד את השני. עריכה :אינג' אייל לוי כלל יד שמאל כלל זה משמש לקביעת כיוו! הכוח שפועל בשדה מגנטי. אצבעות – מורות כיוו! זר במולי. כ" יד – מקבלת את השדה המגטי. אגודל – מראה כיוו! הכוח. הסבר ניסוי לורנ:# לפי חוק יד ימי" כל מולי מייצר שדה מגנטי משלו . ע"פ חוק יד שמאל יופיעו כוחות משיכה בי" המוליכי. מסקנה :נוכחות של שדה מגנטי בשילוב של זר במולי גורמי להופעת כוח מכאני במערכת. עריכה :אינג' אייל לוי דוגמא :2מולי נושא זר בתו שדה מגנטי א נכניס מולי נושא זר לתו שדה מגנטי קבוע יפעל עליו כוח בהתא לחוק יד שמאל. בדוגמא הבאה קיי שדה מגנטי לתו הד" וזר חשמלי בתו המולי ימינה ועל כ! יפעל כוח שידח" את המולי כלפי מעלה. תרגילי: מצא כיוו! כוח הפועל על מולי נושא זר בתו שדה מגנטי .היעזר בחוק יד שמאל. )(7 )(6 )(5 עריכה :אינג' אייל לוי פתרונות .1לתו הד" .2שמאלה .3למעלה .4אי! כוח .5לתו הד" .6שמאלה .7למעלה עריכה :אינג' אייל לוי כריכה בשדה מגנטי זוהי מסגרת מוליכה נושאת זר הנמצאת בהשפעת שדה מגנטי. זהו הבסיס ליצירת מכונה הנקראת מנוע חשמלי. תהלי יצירת מומנט סיבוב : .1דרוש שדה מגנטי חיצוני . .2מסגרת מוליכה. .3דרוש לספק זר במסגרת – מקור מתח. .4מוצאי כיוו! כוח בכל צלע של המסגרת. דוגמא: ניתוח כוחות על פני המסגרת צלע עליונה: I F B הכוח יפעל החוצה. עריכה :אינג' אייל לוי צלע תחתונה: I F B הכוח יפעל פנימה. מסקנה :המסגרת תסתובב נגד כיוו! השעו!. כיוו" הזר במסגרת קובע את כיוו" הסיבוב ולכ" הפיכת קוטביות החיבור תהפו את כיוו" הסיבוב. עריכה :אינג' אייל לוי עקרו! פעולה מנוע לזר ישר סקיצות הבאות מתארות את שלושת הגורמי הפיזיקליי ההכרחיי בפעולת המכונה : .1שדה מגנטי ] . [B .2זר חשמלי ] . [ I .3מומנט/כח ] . [ F איור 1 באיור זה מוצגי שלושת הגורמי המופיעי בעת ובעונה אחת תו כדי עבודת המכונה. שדה מגנטי Bמיוצר בסטטור. זר חשמלי זור במוליכי הרוטור. כוחות מיכניי שווי והפוכי נוצרי על מוליכי הרוטור מ 2צידיו. עריכה :אינג' אייל לוי תהלי יצירת מומנט סיבוב במכונה: איור 2 יש לייצר תחילה שדה מגנטי )שט" ( : עריכה :אינג' אייל לוי איור 3 לאחר מכ! יש לחבר מנוע לרשת ) זר חשמלי ( : איור 4 נוצר כוח Fעל מוליכי הרוטור ) :לפי חוק יד ימי! שמאל אחד כלפי מעלה והשני למטה ( הכוחות מסייעי ליצירת סיבוב הרוטור במגמה אחידה. עריכה :אינג' אייל לוי איור 5 כוח הפועל בסיבוב זהו מומנט : עריכה :אינג' אייל לוי מכונות חשמל לזר חילופי! כא"מ מושרה ] e[v זהו מתח שמתפתח על פני מולי שנע בתו שדה מגנטי. חוק פאראדי א מפעילי כוח על מולי בתו שדה מגנטי ,יופיע על פני המולי מתח מושרה. המדע! הראשו! שגילה את תופעת הזר המושרה היה פאראדי. כאשר נפסיק את פעולת הכוח ,המתח המושרה יתאפס א" הוא. גילוי חדשני זה הוכיח שנוכחות כוח בשדה מגנטי היא דו כיוונית כלומר: א .א קיי שדה מגנטי Bוזר חשמלי Iאזי יפעל כוח Fעל פני המולי. ב .א קיי שדה מגנטי Bועל פני המולי פועל כוח Fאזי יהא מתח במולי!!!!! כלל יד שמאל מס' 2 משמש למציאת קוטביות זר מושרה במולי הנע בשדה מגנטי. א .כ" היד מקבלת את השדה. ב .אצבעות בכיוו! תנועת המולי. ג .האגודל מורה את כיוו! הזר במולי. דוגמאות: .1 מזיזי את המולי שמאלה והזר המושרה יוצא מהד" החוצה. עריכה :אינג' אייל לוי .2 דוחפי את המולי לתו הד" והזר המושרה יהא שמאלה. עריכה :אינג' אייל לוי ניסוי פאראדי הקשר בי" שינוי שט מגנטי וכא"מ מושרה אופ! הניסוי: ניקח מסגרת מלבנית בעלת 3צלעות והצלע הרביעית היא מוט החופשי לנוע ימינה שמאלה. את המסגרת נכניס לשדה מגנטי Bבכיוו! המסומ!. במקביל למוט נחבר וולטמטר. התוצאה: א נחליק את המוט ימינה ,השט" דר המוט יגדל וכ ג המתח המושרה על פני המוט. א נחליק את המוט שמאלה ,השט" דר המוט יקט! וכ ג המתח המושרה על פני המוט. מסקנה :שינוי שט גור להופעת מתח על פני מולי הנמצא בשדה . הגדלת שט" דר מסגרת על ידי תנועת המוט ימינה: עריכה :אינג' אייל לוי השפעת שינוי שט על סליל לפי חוק פאראדי א סליל "מרגיש" שינויי שט" מתפתח עליו מתח מושרה לפי: ∆φ ∆t ×e=N כאשר N :מס' כריכות א נדאג לשנות את השט" דר הליבה ,יופיע על הסליל מתח מושרה. שיטה זו נחוצה לבניית שנאי הספק. שימושי מעשיי לחוק פאראדי כל מכונות החשמל לזר חילופי! :מנועי ,שנאי ,גנרטורי ,פועלות על עקרו! פאראדי. עריכה :אינג' אייל לוי .1שנאי TRANSFORMER מכונה חשמלית לזר חילופי! הממירה אנרגיה חשמלית אחת בצד ראשוני לאנרגיה חשמלית אחרת בצד משני. סכימה חשמלית: עריכה :אינג' אייל לוי סימו" חשמלי: מבנה עריכה :אינג' אייל לוי השנאי בנוי מ 3חלקי עיקריי: א .סליל ראשוני ב .סליל משני ג .ליבה פרומגנטית עקרו! פעולה לסליל ראשוני מספקי מתח חילופי! ראשוני וכתוצאה מכ מתפתח שט" משתנה בליבת השנאי. הסליל המשני מרגיש את שינויי השט" ולכ! מתפתח עליו מתח משני לפי פאראדי. U2 שנאי חיסרו! השנאי – אינו פועל בזר ישר ,מכיוו! שאי! שינויי שט" בליבה. שנאי תלת פאזי $מבט פנימי: U1 עריכה :אינג' אייל לוי שנאי חד פאזי: עריכה :אינג' אייל לוי יחס השנאה בשנאי עריכה :אינג' אייל לוי מכיוו! שהשנאי הוא מכונה בעלת נצילות גבוהה ,נית! להניח בקירוב שהספק הכניסה הראשוני שווה להספק היציאה המשני: P1 = P2 נציב ערכי של זר ומתח: I1 × U 1 = I 2 × U 2 נקבל יחס : I 2 U 1 N1 = = I1 U 2 N 2 =K יחס זה הוא פרמטר קבוע וחסר יחידות . דוגמא: נתו! שנאי . 220 / 110V א .חשב יחס השנאה ב .מה יהא הזר בסליל ראשוני א הזר במשני 10אמפר? פתרו!: א. U 1 220 = =2 U 2 110 ב .הזר הראשוני: I 2 10 = = 5A K 2 =K = I1 מסקנה :במתח גבוה הזר יהא נמו ובמתח נמו הזר יהא גבוה מסיבה זו חברת החשמל משתמשת בשנאי שיגדילו את המתח ביציאה מתחנת הכוח ועל ידי כ עריכה :אינג' אייל לוי יקט! הזר בקווי ההולכה ואז בנקודת החלוקה לצרכני משתמשי שוב בשנאי שמקטי! שוב את המתח ואז נית! לספק זר גבוה לצרכני. שימוש בשנאי ברשת הארצית .1יכולת העברת הספקי למרחקי – מתח גבוה /זר נמו. .2בידוד ואמצעי הגנה בפני חישמול – שנאי מבדל. .3מסנ! רעשי והפרעות ברשת. .4ויסות מתח לפי הצור. הפסדי הספק בשנאי מבחיני בי! 2סוגי הפסדי: א .בריק – ללא עומס. ב .בעומס. הפסדי ריק כאשר נחבר את הראשוני למתח רשת והמשני יישאר פתוח נקבל זר ראשוני שמשמש לצור מגנוט הליבה ועל כ! הפסדי אילו נקראי הפסדי ברזל . ∆PFE הפסדי נחושת אילו הפסדי שנגרמי בסלילי השנאי כאשר השנאי עובד תחת עומס במשני. הפסדי אילו נקראי נחושת מכיוו! שסלילי השנאי עשויי נחושת . ∆PCU עריכה :אינג' אייל לוי תרגילי .1נתו! שנאי בהספק . 230 / 115V , 1000W מה יהיה הזר בסלילי השנאי: א .בעומס מלא ב .במחצית עומס .2נתו! שנאי . 110 / 50V בצד משני מחברי נגד עומס . 5Ω חשב זרמי בסלילי השנאי. .3נתו! שנאי , 400 / 230Vכמה כריכות יש בסליל ראשוני א בסליל משני קיימי 250כריכות? עריכה :אינג' אייל לוי .1מנוע השראה –INDUCTIVE MOTOR הש מנוע השראה מקורו בכ שהשדה המגנטי המסתובב בסטטור משרה כא"מ ברוטור. מכונה לזר חילופי! הממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכאנית סיבובית. n מנוע U עריכה :אינג' אייל לוי מבנה המנוע מורכב מ 2חלקי עיקריי: א .סטטור – – STATORזהו החלק הסטטי במכונה שאותו מחברי לרשת. כא! מיוצר השט" של המכונה לצור פעולתה. ב .רוטור – – ROTORזהו החלק המסתובב במכונה ולצירו מחברי עומס מיכני. עריכה :אינג' אייל לוי עריכה :אינג' אייל לוי סוג חיבור הסטטור יכול להיות מחובר בכוכב או משולש. הרוטור מחובר רק בכוכב. עריכה :אינג' אייל לוי עריכה :אינג' אייל לוי עקרו! פעולה .1בעת חיבור הסטטור למתח רשת ,מתפתח שדה מגנטי מסתובב . .2שדה זה חוצה את מרווח האוויר שבי! הסטטור לרוטור ומשרה כא"מ על פני סלילי הרוטור. .2דואגי לקצר את סלילי הרוטור וכ נוצר זר בסלילי הרוטור. .4הזר המושרה בסלילי הרוטור בתוספת השדה המגנטי ,מייצרי כוח על כל אחד מסלילי הרוטור וגורמי לו להסתובב. עריכה :אינג' אייל לוי שימושי מעשיי במנועי השראה עריכה :אינג' אייל לוי עריכה :אינג' אייל לוי הפסדי הספק במנוע השראה מבחיני בי! 3סוגי הפסדי: .1הפסדי ברזל בסטטור .2הפסדי נחושת בסטטור וברוטור .3הפסדי מיכניי ברוטור – חיכו ע המיסבי. הפסדי ברזל ∆PFE אילו הפסדי בליבת הסטטור בדומה להפסדי בזרל בשנאי. הפסדי נחושת ∆PCU אילו הפסדי שנגרמי בסלילי המנוע – סטטור ורוטור. הפסדי מיכניי ∆PMECH אילו הפסדי שנגרמי כתוצאה מחיכו בי! הרוטור לציר שלו.
© Copyright 2024