2017.02.13 ls-innlevering 1 - magnetisme v06

Faglærer: Sven Åge Eriksen

2017.02.13INNLEVERING

ELEKTRISKE SYSTEMER ELEKTROTEKNIKK DC, KAP. 5 - 1.klasser: EKW-BAW-AUW 16-19.

Innlevering i elektroteknikk DC – MAGNETISME 1

løsningsforslag v.07

Hvilke 2 typer magneter finnes ?

OPPGAVE 1 – 13.02.2017 – MAGNETISME 1

Hvilke 2 typer magneter finnes ?

Elektromagneter og permanent magneter.

Den permanente magneten har alltid et magnetfelt.

I en elektromagneten lages magnetfeltet først når den tilkobles strøm.


Det finnes to typer magneter: Elektromagneter og permanentmagneter. En magnet har ALLTID en NORDPOL og en SYDPOL

Hva er det som forårsaker magnetisme i de 2 typene magneter som finnes ?


Hva er det som forårsaker magnetisme i de 2 typene magneter som finnes ?Permanentmagneter:Elementærmagnetene er ordnet i samme retning:

Elemetærmagnetene til vanlig jern som ikke er magnetisk:


Nordpol (N) og sydpol (S)STØRST MAGNETISME HER

Side 60

Hva er det som forårsaker magnetisme i de 2 typene magneter som finnes ?Elektromagneter:Elektromagnetisme oppstår når det går strøm i en leder. Det er altså en sammenheng mellom elektroner som beveger seg og magnetisme:

Elektromagnetisme !


Hva skjer hvis du slipper en magnet ned i et kobberrør som står vertikalt ?


Hva skjer hvis du slipper en magnet ned i et kobberrør som står vertikalt ?

Magneten vil indusere en strøm i kobberrøret og denne strømmen vil danne et magnetfelt som er motsatt rettet. Det er Lenz lov. Hastigheten på magneten blir derfor bremset på vei nedover i røret.



En rett luftfylt spole har et tverrsnitt på 10 cm2 og er 250mm lang. Spolen har 750 vindinger. Det går en likestrøm på 400mA i spolen. Permeabiliteten μ = μ0 = 1,257 μH/m.

a) Hvor stor er den magnetiske flukstettheten i spolen ?b) Hva er den magnetiske fluksen ?c) Hva er den magnetiske feltstyrken i spolen ?



a) Hvor stor er den magnetiske flukstettheten i spolen ?

BMagnetisk flukstetthet

Tesla (T)




B = μ·H = μ

B = μ·H = μ






b) Hva er den magnetiske fluksen ?

Magnetisk fluks Φ.

Φ = B · A Φ = Magnetisk fluks målt i weber (Wb)

B = Magnetisk flukstetthet målt i tesla (T)

A = Areal målt i kvadratmeter (m2 )




10 cm2 = 0,10 dm2 = 0,001 m2 = 10-3 m2

100 cm 100 cm = 10 000 cm2 = 1m2






c) Hva er den magnetiske feltstyrken i spolen ?

H

Magnetisk feltstyrkeAmpere per meter (A/m)

2017.01.23

MAGNETISME

=



c) Hva er den magnetiske feltstyrken i spolen ?

= 1200 A/m


k kilo m

Hva er verdiene til disse bokstavene når de står foran en enhet ? (f.eks 10mH)

k kilo = 103

m = 10-3 = 10-6

= 10-9

Spolen har induktansen L = 100mH

Motstanden har resistansen R = 10 kΩ

Hva er tidskonstanten ?


τTidskonstant

Sekund (s)

𝑳𝑹

Spolen har induktansen L = 100mH

Motstanden har resistansen R = 10 kΩ

Hva er tidskonstanten ?


=

Hvor lang tid tar det før spolen oppnår ca 63 % av maksimal strøm etter at bryteren lukkes i denne seriekretsen med DC-spenning ?


Hvor lang tid tar det før spolen oppnår ca 63 % av maksimal strøm etter at bryteren lukkes i denne seriekretsen med DC-spenning ?


En kan ikke se et magnetfelt, et magnetfelt er jo usynlig, men kan du gi et eksempel der en kan se påvirkningen av magnetisme ?


Spørsmål ?

Spørsmål ?

Spørsmål ?

≈5τ

τ𝑳𝑹

Hva skjer hvis en tilkobler DC-spenning på primærsiden ?Hva skjer hvis en tilkobler AC-spenning på primærsiden ?


Hva skjer hvis en tilkobler DC-spenning på primærsiden ?


Hva skjer hvis en tilkobler DC-spenning på primærsiden ?


Det vil gå en DC-strøm på primærsiden iht Ohms lov. Strøm iht tidskonstanten.

Denne strømmen vil sette opp et konstant magnetfelt i jernkjerna.

På sekundærsiden vil komme en kort indusert spenningspuls, i det magnetfeltet settes opp, så vil det ikke skje noe mer på sekundærsiden.

Hva skjer hvis en tilkobler AC-spenning på primærsiden ?


Det vil gå en AC-strøm på primærsiden. Denne AC-strømmen vil sette opp et variabelt magnetfelt i jernkjerna.På sekundærsiden vil det derfor bli indusert en spenning. Spenningen vil bli transformert opp eller ned i forhold til antall viklinger på primær- og sekundærsiden.Dette er altså trafoprinsippet !


Hva slags materiale er vanlig å bruke på de delene som pilene peker på ?

Hvorfor brukes dette materialet ?


Hva slags materiale er vanlig å bruke på de delene som pilene peker på ?Jern.Hvorfor brukes dette materialet ?Jern leder godt magnetisme.


Tegn en krets med 24VDC forsyning der spolen slås av og på med en mekanisk bryter eller transistor. Tegn inn hvor en må tilkoble en diode og hvorfor !



Slukkedioden må plasseres slik for når kretsen brytes med bryteren så induseres det en høy spenning i spolen (denne spenningen har motsatt fortegn)som hvis dioden ikke er plassert som en ledevei for strømmen ville skape gnist over bryteren hver gang den åpne, og til slutt ødelegge bryteren.



Slukkedioden må plasseres slik for når kretsen brytes med bryteren så induseres det en høy spenning i spolen (denne spenningen har motsatt fortegn)som hvis dioden ikke er plassert som en ledevei for strømmen ville skape gnist over bryteren hver gang den åpne, og til slutt ødelegge bryteren.


Hvor er den magnetiske nordpolen og sydpolen på denne elektromagneten ?

Forklar hvilken regel du bruker til å finne det ut.

De røde pilene på lederen angir strømretningen.


Den magnetiske nordpolen er i toppen av figuren til høyre og den magnetiske sydpolen er i bunnen av figuren.

N

S


En legger fingrene unntatt tommelen med strømretningen og tommelen vil da peke mot den magnetiske nordpolen. Dette er høyrehåndsregelen.

N

S


S

N

OPPGAVE 13 – 13.02.2017 – MAGNETISME 1Hva er størrelsessymbolene og måleenhetene til disse betegnelsene:

Magnetisk fluks Magnetisk flukstetthet Magnetisk feltstyrkeInduktans Reluktans (magnetisk resistans) PermeabilitetMagnetomotorisk spenning

2017.02.13-INNLEVERING 1 - Magnetisme v05 Atle Bjørløw

OPPGAVE 13 – 13.02.2017 – MAGNETISME 1Hva er størrelsessymbolene og måleenhetene til disse betegnelsene:

Φ = Magnetisk fluks enhet: WbB = Magnetisk flukstetthet enhet: TH = Magnetisk feltstyrke enhet: A/mL = Induktans enhet: HRm = Reluktans (magnetisk resistans) enhet: H-1 µ = (µ0*µr) = Permeabilitet enhet: H/mIN = Magnetomotorisk spenning enhet: A

STØRRELSESSYMBOLER FOR MAGNETISME:.

Φ = Magnetisk fluks (phi) målt i Weber (Wb)

B = Magnetisk flukstetthet målt i Tesla (T) Før: Wb/m2

H = Magnetisk feltstyrke målt i ampere per meter (A/m)

L = Induktans (selvinduktans) i spole, målt i henry (H)

Rm = Reluktans, magnetisk resistans målt i 1/Henry (1/H)

Φ = B · A


μ0 = Permeabilitetskonstant for vakuum i henry per meter (H/m)

μr = Relativ permeabilitet (ubenevnt, se verdier i tabell)

μ = μ0 · μr = Permeabilitet målt i henry per meter (H/m)

Fm = Magnetomotorisk spenning, mmk, amperevindinger, I · N (A)


Vi tenker oss at strømstyrken igjennom denne spolen er 10A DC og induktansen til spolen er 10mH.

Hvor mye energi er lagret i spolen ?


Vi tenker oss at strømstyrken igjennom denne spolen er 10A DC og induktansen til spolen er 10mH.

Hvor mye energi er lagret i spolen ?

0,5 J


Se luftspolen på bildet til høyre, kan du komme med to enkle endringer som øker den magnetiske flukstettheten til spolen, slik at den trekker til seg flere spiker.



BMagnetisk flukstetthet

Tesla (T)

B = μ·H = μ· μr ·



Sette inn jernkjerne eller øke strømstyrken.


En metallring med diameter 1m står vinkelrett på de magnetiske feltlinjene i et magnetfelt med magnetisk flukstetthet 125mT.

Hvor stor er fluksen?

Magnetisk fluks Φ.

Φ = B · A Φ = Magnetisk fluks målt i weber (Wb)

B = Magnetisk flukstetthet målt i tesla (T)

A = Areal målt i kvadratmeter (m2 )


En metallring med diameter 1m står vinkelrett på de magnetiske feltlinjene i et magnetfelt med magnetisk flukstetthet 125mT.

Hvor stor er fluksen?

0,79

0,099 Wb = 99 mWb


Figuren viser en metallsløyfe som roterer i et magnetfelt.

a) Hvorfor blir det indusert spenning på sleperingene ?

b) Hvilket prinsipp viser illustrasjonen ?



a) Hvorfor blir det indusert spenning på sleperingene ?

Antall feltlinjer inne i metallsløyfa endrer seg og ledere beveger seg i feltet.



b) Hvilket prinsipp viser illustrasjonen ?

Generatorprinsippet

OPPGAVE 18 – 13.02.2017 – MAGNETISME 1Figuren viser en spole 15 vindinger. Materialet i kjernen av spolen er ferrit (mangan sink) og den relative permeabiliteten er 830. Lengden på spolen er 15 cm. Tverrsnittet til spolen er 35cm2.

a) Hva er spolens induktans hvis det går en strøm på 25 A i spolen ?

b) Hva er spolens induktans hvis det går en strøm på 500mA i spolen ?

c) Hva er spolens induktans hvis det ikke går noen strøm i spolen ?

L

Henry (H)

Induktans


= Induktans (selvinduktans) i spole, målt i henry ()

L

Hva forteller induktansverdien L om en spole ?

Er induktansen konstant eller endrer den seg med strømstyrken ?

Dette har vi gått igjennom tidligere !

Induktans for spole: Induktans sier noe om spolens evne til å oppta energi og evnen til å motvirke strømendringer.

Induktansen er en konstant for hver enkelt spole.

Energien opptatt i en spole er kinetisk energi.

L = Induktivitet eller induktans i [H = Henry]μ0 = absolutt permeabilitet (4·π·10−7 [H/m])μr = relativ permeabilitet til materialet i kjernen.

For vakuum er verdien lik 1, og den er ikke så mye forskjellig for de fleste andre materialer somikke er ferromagnetiske.

N = antall vindinger (uten benevning)A = Arealet til kjernen [m2]l = lengden til spolen i [m].





Tverrsnittet til spolen er 35cm2 = 0,35 dm2 = 0,0035 m2


Fant denne permeabiliteten for luft i formelsamlingen min, den skal være ganske nøyaktig: 5,47mH

b) Hva er spolens induktans hvis det går en strøm på 500mA i spolen ?

Induktansen i spolen er ikke avhengig av strømmen så svaret er som i spørsmål a)

5,47mH

c) Hva er spolens induktans hvis det ikke går noen strøm i spolen ?Induktansen i spolen er ikke avhengig av strømmen så svaret er som i spørsmål a)

5,47mH


Disse tre spolene seriekobles, hva blir erstatningsinduktansen for seriekoblingen ?

= 10mH = 90mH = 900mH


Disse tre spolene seriekobles, hva blir erstatningsinduktansen for seriekoblingen ?

= 10mH = 90mH = 900mH


Disse tre spolene parallellkobles, hva blir erstatningsinduktansen for parallellkoblingen ?Før du regner det ut, omtrent hva tror du svaret blir ?

= 10 H 2= 100 H = 900 mH


Disse tre spolene parallellkobles, hva blir erstatningsinduktansen for parallellkoblingen ?Før du regner det ut, omtrent hva tror du svaret blir ? Mindre enn den minste, altså mindre enn 10nH !

= 10 H = 100 H = 900 mH



= 10 H 2= 100 H = 900 mH

𝟏𝑳𝑷𝑨𝑹𝑨𝑳𝑳𝑬𝑳𝑳

=𝟏𝑳𝟏

+𝟏𝑳𝟐

+𝟏𝑳𝟑



= 10 H 2= 100 H = 900 mH

𝟏𝑳𝑷𝑨𝑹𝑨𝑳𝑳𝑬𝑳𝑳

=𝟏𝑳𝟏

+𝟏𝑳𝟐

+𝟏𝑳𝟑



= 10 H = 100 H 3= 900 mH

9,99nH

Education

2017.02.13 ls-innlevering 1 - magnetisme v06