#04 磁与力

中世纪以前,人类对磁场的认识还停留在磁铁能够吸引特定金属的认识层次上,而中世纪以后,人们才发现磁跟电存在一定的关系。直到1820年,奥斯特一次偶然的发现磁针会因为电流的影响改变方向。

为了能够使旋转的马达在测试过程中实现模拟加载的过程,马达在运转过中中,我们需要对旋转的马达施加一个反方向的作用力,而这个作用力能不能做成非接触式的方式呢?

电表

当电表接入被测电路后,被测电路电压加在电压线圈(Pressure Coil)上,被测电路电流通过电流线圈(Current Coil)后,产生两个交变磁通穿过铝盘,这两个磁通在时间上相同,分别在铝盘上产生涡流(Eddy Currents)。由于磁通与涡流的相互作用而产生转动力矩,使铝盘转动。制动磁铁(Brake Magnet)的磁通,也穿过铝盘,当铝盘转动时,切割此磁通,在铝盘上感应出电流,该电流和制动磁铁(Brake Magnet)的磁通相互作用而产生一个与铝盘旋转方向相反的制动力矩,使铝盘的转速达到均匀。

左通力,右生电

将左手掌摊平,让磁感线穿过手掌心,四指表示电流方向,则和四指垂直的大拇指所指方向即为洛伦兹力的方向。
伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内;让磁感线从手心进入,并使拇指指向导线运动方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。

我们要实现的功能与电表的结构很类似,只不过电表是利用交变磁通以及制动磁铁(Brake Magnet)来驱动并匀速转动铝盘,而我们需要利用制动磁铁(Brake Magnet)在已经旋转的铝盘上面施加阻尼力,而这个阻尼力需要利用铝盘切割磁感线时产生的涡流。
那涡流(Eddy Currents)的方向如何判断?
首先根据右手定则,判断出感应电流的方向,这些感应电流在导体铝盘中形成旋涡状即涡流(Eddy Currents),然后根据左手定则,会产生一个与铝盘旋转方向相反的力。因此,可以通过调节通过线圈的电流大小从而控制加载力的大小实现加载功能。另外,由于这个阻尼力与铝盘旋转方向的力是大小相等,方向相反的,所以并不会使得铝盘刹住停下来。
在实际工作中,测试工具的多样性也造成测试装置的多样,加载线圈相当于电表中的制动磁铁(Brake Magnet),为了控制加载力,这款制动磁铁(Brake Magnet)使用线圈来制作,而非电表中的永久磁铁。不过原理一样:测试工具带动铝盘在方向不变的磁场中做旋转运动,利用产生的涡流来阻尼旋转,进一步通过控制磁场的大小实现加载力的大小,实现自动测试。

总结

1.由于导体电阻很小,因此涡流一般都很大。涡流会使得金属盘发热,所以采用铝盘或者镁盘是为了更好地散热效果。
2.交变的磁场中会产生涡流,同样运动的导体也会产生涡流
3.根据磁场强度的计算公式可设计加载线圈参数:H = N × I / Le,N为励磁线圈的匝数;I为励磁电流(测量值),单位位A;Le为测试样品的有效磁路长度

参考

电能表的原理
https://www.dgjs123.com/dnb/19454.htm
涡流是什么
https://www.dgjs123.com/dgjc/19235.htm

发表评论