Возбуждение (физика)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Energylevels ru.PNG
Электромашинный преобразователь электровоза ВЛ10 — агрегат для независимого возбуждения двигателей, работающих в режиме генераторов при электроторможении
Параметры двигателей электровоза 2ЭС6 при езде на независимом возбуждении: зелёные столбцы — токи якорей, синие — токи возбуждения

Возбуждение в физике — переход системы из основного энергетического состояния в состояние с большей энергией. Также это (в электротехнике) — создание магнитного потока в машине постоянного тока или синхронной машине — синхронном двигателе, сельсине, СКТ и др.

Возбуждение в квантовой физике происходит как квантовый скачок квантовой системы (атома, молекулы, атомного ядра) с любого энергетического уровня на более высокий. Возбуждение системы происходит за счет поглощения системой энергии — например, при поглощении фотонов (фотовозбуждение) или при столкновениях с электронами и др. частицами (возбуждение ударом). При фотовозбуждении совокупность всех разрешенных для системы переходов на уровень с большей энергией образует спектр поглощения данной квантовой системы (атома или молекулы).[1]

Возбужденное состояние квантовой системы — все квантовые состояния с энергетическим уровнем, превышающим энергию основного состояния. Возбужденное состояние, как правило, неустойчиво и обладает конечным временем жизни. Система возвращается в основное состояние, теряя энергию; такой переход может быть излучательным (например, атом может излучать фотон) или безызлучательным (с передачей энергии другой системе). При излучательном переходе из возбужденного состояния, совокупность всех разрешенных для системы переходов на уровень с меньшей энергией образует спектр излучения данной квантовой системы.[1] Атомы и молекулы в возбуждённых состояниях обычно значительно более химически активны, чем в основном состоянии.[2]

Энергия возбуждения — энергия, которую необходимо сообщить системе, чтобы она из основного состояния перешла в возбужденное. Для атома энергия возбуждения электрона всегда меньше энергии ионизации.[3]

Возбуждение электрических машин[править | править вики-текст]

Возбуждение — создание в электрической машине магнитного потока, с которым будет взаимодействовать магнитное поле якоря. Устройство для создания потока возбуждения называется индуктором, им могут служить как постоянные магниты, так и электромагниты (обмотки). Индуктор может располагаться как на статоре машины (в машине постоянного тока, МПТ), так и на роторе (в синхронной машине), в этом случае якорем служит статор и переменный ток в нём создаётся внешним источником, тогда как в МПТ эту роль выполняет коллектор. От потока возбуждения генератора зависит его ЭДС, то есть выходное напряжение (согласно формуле E = CФω — конструктивный коэффициент машины умножить на магнитный поток умножить на угловую скорость вращения), от потока возбуждения двигателя — вращающий момент и частота вращения.

В случае электромагнитного возбуждения возможны разные варианты включения обмоток возбуждения (ОВ). В случае, если машина работает как генератор, ОВ может питаться как от самого генератора (самовозбуждение), в этом случае первоначальное возбуждение может происходить как за счёт кратковременной запитки ОВ от постороннего источника, так и за счёт остаточной намагниченности машины, а может всё время питаться от постороннего источника (независимое возбуждение). Роль этого источника может играть специальная электромашина или статический преобразователь — возбудитель, такая схема в настоящее время широко распространена в электропередачах тепловозов[4].

Также возможно комбинированное возбуждение, применяемое в некоторых авиационных электрогенераторах — основной поток создаётся постоянными магнитами, но для регулирования потока на статоре дополнительно намотаны обмотки, магнитный поток которых направлен против потока постоянных магнитов[5]. В этом случае при запуске на якорь действует полный магнитный поток, который по мере роста оборотов генератора ослабляется при помощи подачи тока в обмотки — для стабилизации напряжения на выходе генератора.

В двигателях также возможно как возбуждение от постоянных магнитов, так и электромагнитное. Первый вариант применяется в небольших коллекторных двигателях (к примеру, двигателях игрушек или двигателе насоса стеклоомывателя автомобиля), а также в синхронных двигателях компьютерных дисководов. При электромагнитном возбуждении возможно включение ОВ последовательно с якорем (в основном применяется в коллекторных двигателях, для такой схемы характерна мягкая характеристика двигателя — плавное нарастание момента при возрастании нагрузки на валу), параллельно (в этом случае х-ка жёсткая — при увеличении нагрузки резко возрастают якорный ток и с ним момент двигателя), а также независимое возбуждение — питание ОВ от постороннего источника. Существуют и двигатели смешанного возбуждения — как с несколькими обмотками индуктора, так и со сложным включением единственной обмотки. Например, двигатели электровозов 2ЭС4К и поздних ВЛ10К могут работать в режиме последовательного, независимого или смешанного возбуждения — в третьем случае ОВ включены последовательно с якорями, но параллельно подпитываются от преобразователей возбуждения[6].

Примечания[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]