Электрическая цепь в процессе эксплуатации может нах-ся в 3 режимах:
1. Номинальный – режим соответствует паспортным данным и на него рассчитаны все устр-ва.
2.Режим холостого хода- состояние двухполюсника, при котором к его выводам не подключено никакой нагрузки (то есть, другими словами, сопротивление нагрузки бесконечно).
3.
Короткое замыкание – цепь нагрузки
замкнута накоротко. Этот режим является
аварийным.
12.
2-ой закон
Кирхгофа. Сумма ЭДС действующей в контуре
равно алгебраической сумме падения
напряжения на отдельных участках цепи.
Контур- замкнутый путь для прохождения тока в цепи.
13. Магнитное поле- особый вид материи, которое проявляет себя через механическое взаимодействие электрических токов. Магнитное поле это одна из форм проявления электромагнтиного поля хар-ся воздействием на электрически заряженную частицу с силой F.
14. Магнитная индукция — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства.
Напряженность магнитного поля- Н – один и тот же контур с током создает в разных телах магнитное поле разной интенсивности.
Магнитная проницаемость- отношение индукции В к величине напряженности Н среды.
Правило буравчика или правило правой руки — варианты мнемонического правила для определения направления векторного произведения.
15. Электромагнитная сила- механическая сила взаимодействия 2-х проводников с током, 2-х магнитов и т.д. Если близко один к другому расположены проводники с токами одного направления, то магнитные линии этих проводников, охватывающие оба проводника, обладая свойством продольного натяжения и стремясь сократиться, будут заставлять проводники притягиваться
Правило левой руки- 4 пальца по направлению тока, магнитные силовые линии входят в ладонь, 5-ый палец показывает направление силы.
16. В основе работы любой электрической машины лежит закон электромагнитной индукции. Этот принцип позволяет преобразовывать механическую энергию в электрическую и обратно.
Закон звучит так:
Если внешней силой F воздействовать на помещённый в магнитное поле проводник и перемещать его перпендикулярно вектору индукции магнитного поля со скоростью U, то в проводнике будет наводиться ЭДС.
Для определения направления этой ЭДС можно пользоваться правилом правой руки.
Правило правой руки: линии индукции магнитного поля входят в ладонь, большой палец отогнут в сторону движения проводника. Вытянутые четыре пальца покажут направление ЭДС.
17. Практическое использование теории электромагнитизма:
1)Электродвигатель- принцип действия основан на явлении выталкивания проводника с током из магнитного поля.
2)Генератор- работа основана на явлении электромагнитной индукции – при вращении проводника в магнитном поле в нем наводится ЭДС
3)Трансформатор – работа основана на явлении взаимной индукции.
18. В проводнике, имеющем сопротивление R0 источник напряжения создает ток I. На провод с током в магнитном поле действует электромагнитная сила Fэм. Под действием Fэм провод движется в магнитном поле со скоростью U, поэтому в нем индуцируется ЭДС электромагнитной индукции Е. По правилу правой руки ЭДС направлена противоположно току, поэтому она наз-ся противоЭДС. Действию напряжения и тока противодействует не только противоЭДС, но и падение напряжения на сопротивлении провода, поэтому U=E+IR0, откуда ток цепи I=(U-E)/R0.
19. Электродвигатели постоянного тока применяют в тех электроприводах, где требуется большой диапазон регулирования скорости, большая точность поддержания скорости вращения привода, регулирования скорости вверх от номинальной.
Как устроены электродвигатели постоянного тока
Работа электрического двигателя постоянного тока основана на явлении электромагнитной индукции. Из основ электротехники известно, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, определяемая по правилу левой руки:
F = BIL,
где I — ток, протекающий по проводнику, В — индукция магнитного поля; L — длина проводника.
При пересечении проводником магнитных силовых линий машины в нем наводится электродвижущая сила, которая по отношению к току в проводнике направлена против него, поэтому она называется обратной или противодействующей (противо-э. д. с). Электрическая мощность в двигателе преобразуется в механическую и частично тратится на нагревание проводника.
Конструктивно все электрические двигатели постоянного тока состоят из индуктора и якоря, разделенных воздушным зазором.
Индуктор электродвигателя постоянного тока служит для создания неподвижного магнитного поля машины и состоит из станины, главных и добавочных полюсов. Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины. На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные для создания магнитного поля машины, на добавочных полюсах - специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации.
Якорь электродвигателя постоянного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора служащего для подвода к рабочей обмотке постоянного тока.
Коллектор представляет собой цилиндр, насаженный на вал двигателя и избранный из изолированных друг от друга медных пластин. На коллекторе имеются выступы-петушки, к которым припаяны концы секций обмотки якоря. Съем тока с коллектора осуществляется с помощью щеток, обеспечивающих скользящий контакт с коллектором. Щетки закреплены в щеткодержателях, которые удерживают их в определенном положении и обеспечивают необходимое нажатие щетки на поверхность коллектора. Щетки и щеткодержатели закреплены на траверсе, связанной с корпусом электродвигателя.
20.
Проводник
или катушка с током явл. источниками
магнитного поля и характеризуются
собственным потокосцеплением. При
изменении тока изменяется и потокосцепление,
которое зависит от свойств среды, формы
и размеров катушек, а также и от
расположения.
21. Ферромагнитные материалы: Ферромагнитные материалы служат проводниками магнитного потока. Их свойства характеризуются кривыми намагничивания, связывающими напряженность магнитного поля, действующего на материал, с магнитной индукцией, возникающей в материале.
Свойства ферромагнетиков
Магнитная восприимчивость ферромагнетиков положительна и значительно больше единицы.
При не слишком высоких температурах ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий.
Для ферромагнетиков характерно явление гистерезиса
22. Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин.
Средства электрических измерений широко применяются в энергетике, связи, промышленности, на транспорте, в научных исследованиях, медицине, а также в быту — для учёта потребляемой электроэнергии. Используя специальные датчики для преобразования неэлектрических величин в электрические, электроизмерительные приборы можно использовать для измерения самых разных физических величин, что ещё больше расширяет диапазон их применения.
Классификация
амперметры — для измерения силы электрического тока;
вольтметры — для измерения электрического напряжения;
омметры — для измерения электрического сопротивления;
мультиметры (иначе тестеры, авометры) — комбинированные приборы
частотомеры — для измерения частоты колебаний электрического тока;
магазины сопротивлений — для воспроизведения заданных сопротивлений;
ваттметры и варметры — для измерения мощности электрического тока;
электрические счётчики — для измерения потреблённой электроэнергии
по принципу действия:
электромеханические:
магнитоэлектрические;
электромагнитные;
электродинамические;
электростатические;
ферродинамические;
индукционные;
магнитодинамические;
23. Магнитоэлектрический измерительный механизм выполнен в виде постоянного магнита , снабженного полюсными наконечниками , между которыми укреплен стальной сердечник . В кольцеобразном воздушном зазоре, образованном полюсными наконечниками и сердечником, помещена подвижная катушка , намотанная на алюминиевый каркас . Катушка выполнена из очень тонкого провода и укреплена на оси, связанной со стрелкой спиральными пружинами 4 или растяжками. Через эти же пружины или растяжки осуществляется подвод тока к катушке.
Применение прибора. Приборы магнитоэлектрической системы применяют для измерения тока и напряжения в электрических цепях постоянного тока. В частности, на э.п.с. и тепловозах их используют в качестве амперметров и вольтметров. В амперметрах и вольтметрах катушка прибора имеет различное сопротивление и включается по различным схемам.
Электромагнитные приборы и их Устройство. Принцип работы приборов этой системы основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого катушкой 1 со стальным сердечником 3, помещенным в поле этой катушки. Электромагнитный измерительный механизм выполняют с плоской (рис. 324, а) или круглой (рис. 324,б) катушкой.
В приборах с плоской катушкой сердечник установлен на оси, несущей стрелку. При прохождении тока по катушке 1 сердечник 3 будет намагничиваться и втягиваться в катушку, поворачивая ось и стрелку. Повороту оси препятствует спиральная пружина 2. Когда усилие, создаваемое пружиной, уравновесит усилие, созданное катушкой, подвижная система прибора остановится и стрелка зафиксирует на шкале определенный ток.
Применение. Электромагнитные приборы используют, главным образом, для измерения тока и напряжения в промышленных установках переменного тока. При периодическом изменении тока, проходящего через прибор, усилие, создаваемое его катушкой, не будет изменяться по направлению, так как оно пропорционально квадрату тока. Угол отклонения стрелки определяется некоторым средним усилием F, значение которого пропорционально среднему квадратичному значению тока или напряжения. Следовательно, электромагнитные приборы в цепях переменного тока измеряют действующие значения тока или напряжения.
Катушка при измерениях может быть включена в электрическую цепь последовательно или параллельно двум точкам, между которыми действует некоторое напряжение. В первом случае прибор будет работать в качестве амперметра, во втором — в качестве вольтметра.
24.
Эта система представляет собой две катушки, одна из которых неподвижная, а другая – подвижная. Обе катушки подключаются к сети, и взаимодействие их магнитных полей приводит к повороту подвижной катушки относительно неподвижной.
Достоинства электродинамической системы
высокая точность измерения.
Недостатки электродинамической системы
малая перегрузочная способность;
низкая чувствительность к малым сигналам;
заметное влияние внешних магнитных полей.
25. Амперме́тр — прибор для измерения силы тока в амперах. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют; для увеличения предела измерений — с шунтом или через трансформатор. (Примером амперметра с трансформатором являются «токовые клещи»)
26. Вольтметр — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.
27. Чаще всего измерение мощности осуществляется одним прибором – ваттметром. Как было сказано ранее, для измерения мощности лучшей является электродинамическая система.
28. Косвенный метод – с использованием амперметра, вольтметра или другого измерительного механизма и последующем расчете по формулам. Метод непосредственной оценки заключается в применении Омметров и мегомметров. Для измерения малых сопротивлений используется омметры в котором в качестве источника питания использ. Батарейки, а для измерении больших измерений используют мегомметры в них источник питания – генератор постоянного тока с ручным приводом. Омметр имеет магнитоэлектрический измерительный механизм добавочное сопротивление и кнопку установка 0, шкала омметра обратная. Кроме измерения сопртивления Rx в схеме находится добавочное сопротивление, которое включается в работу постоянно и используется для калибровки прибора, основным недостатком омметра явл. то, что батарейка или источник питания со временем теряет свою емкость, а это значит в цепи будет меняется ток и показания прибора будет неверным с помощью кнопки К. перед каждым измерением необходимо устанавливать стрелку на ноль т.е. производиться короткое замыкание прибора и магнитным щитом стрелка устанавливается на ноль, после чего производит измерения. Мегомметр имеет в качестве источника магнитоэлектрической генератор с ручным приводом и внутри находится две взаимно перпендикулярных обмотки, в цепь одной из них включено добавочное сопротивление, а в цепь другой измеряемое сопротивление при прохождении тока по обмоткам в зависимости от этих сопротивлений будут распределяются токи в катушках, а это значит и создаваться магнитные поля. Таким образом вот прибор . В зависимости от соотношения токов в ветвях будеи изменяться магнитное поле, которое отразится на положении стрелки. 29.Для измерения неэлектрических величин неэлектрическими методами используют датчики измерительные механизмы магнито-электрической системы. Датчики могут бытьпарметрическими – изменяют один из параметров электрической цепиR,L,C/ а генераторные вырабатывают электрическую энергию внутри себя.
30. По назначению машины постоянного тока делятся на – генераторы и двигатели. Генераторы вырабатывают электроэнергию и передают в энергосистему. Двигатели потребляют электроэнергию, создавая механический вращающийся момент. Исходя из этого, одна и та же машина может работать как генератор, так и двигатель, т.е. обратимый, но обладая конструктивными особенностями нельзя использовать одну и ту же машину в разных режимах. Конструктивно машина постоянного тока имеет СТАНИНУ (СТАТОР) – неподвижная часть, состоящая из сердечника на котором закреплены полюсные наконечники с обмоткой возбуждения. Предназначен для создания основного магнитного поля. ЯКОРЬ (РОТОР) – вращающаяся часть, состоит из сердечника, набранного из электротехнической стали, пазы которого уложены обмоткой якоря. Характерной деталью машин является наличие КОЛЛЕКТОРА – полый цилиндр собранный из изолированных друг от друга и от вала машины клинообразных медных пластин. Эти пластины соединены с обмоткой якоря, а к внешней цепи щелочным держателем. В генераторе постоянного тока – ВЫПРЯМИТЕЛЬ. В двигателях – ИНВЕРТОР, т.е. преобразует постоянный ток в сети в переменный ток обмотки якоря для сохранения направления вращающегося момента. В моментах постоянного тока различают 2 вида обмоток якоря – 1.ПЕТЛЕВАЯ - которая обеспечивает увеличение тока и мощность. Это происходит за счет наличия параллельных ветвей и петлевой обмотке их столько, сколько пар полюсов. 2.ВОЛНОВАЯ ОБМОТКА имеет всегда 2 параллельных ветви, а это значит увеличивается напряжение но не происходит значительного увеличения мощности. Коммутация и реакция якоря в машинах постоянного тока. При работе машины секции обмотки якоря непрерывна переходят из одной параллельной ветви в другую. Это касается и щеток (коллекторных пластин) и в определенных условиях секция оказывается замкнутой накоротко, что вызывает рост тока, но в следующий момент замкнутая накоротко секция уходит из под действия щетки и принудительно обрывает ток. Но он мгновенно исчезнуть не может (правило Ленца) и в секции появляются ЭДС, поддерживающий его в результате чего возникает искра между расходящимися контактами. Явление происходит при изменении направления тока в обмотках якоря, называются КОММУТАЦИЕЙ. РЕАКЦИЯ ВОДЫ – называют искажающее действие тока якоря на главное магнитное поле. В работающей машине существуют 2 магнитных поля – магнитное поле якоря и основное магнитное поле. Они направлены навстречу друг другу и искривляют результирующее поле. В результате чего уменьшается вырабатываемая ЭДС. РЕКЦИЯ ЯКОРЯ – это воздействие магнитного поля якоря на магнитное поле полюсов, вызывающее уменьшение вырабатываемого ЭДС. Для борьбы с реакцией якоря и коммутации в конструкцию машин постоянного тока вводят добавочные полюса, которые создают магнитный поток направленный навстречу магнитному потоку якоря и уничтожает его. Принцип действия машин постоянного тока 1.Принцип действия генератора постоянного тока основан на явлении электромагнитной индукции, т.е. возникновение ЭДС в проводнике при пересечении или магнитных силовых линий. 2.Принцип действия двигателя на явлении выталкивания проводника с током из магнитного поля. 31. Рабочие характеристики машин зависят от способа создания магнитного потока. Оно создается током возбуждения, проходящим по обмотке возбуждения, в свою очередь обмотка возбуждения может питаться от отдельного источника тока, тогда машина называется с независимым возбуждением или обмотки якоря за счет наличия электросвязи, тогда машины называются самовозбужденные.
ГЕНЕРАТОР
С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
Простейший
генератор – это виток вращающийся в
магнитном поле. При этом вращении в
обмотке якоря наводится ЭДС. Обмотка
возбуждения в этом генераторе не имеет
эл.связи с обмоткой якоря, а следовательно
ток возбуждения не зависит от цепи
якоря, а следовательно и вырабатываемое
напряжение генератора не зависит от
цепи обмотки возбуждения. Генератор с
параллельным возбуждением. В этом
генераторе (рис. 122, а) ток обмотки якоря
Iя разветвляется во внешнюю цепь нагрузки
Rн (ток Iн) и в обмотку возбуждения (ток
Iв); ток Iв для машин средней и большой
мощности составляет 2—5 % номинального
значения тока в обмотке якоря. В машине
используется принцип самовозбуждения,
при котором обмотка возбуждения получает
питание непосредственно от обмотки
якоря генератора. Однако самовозбуждение
генератора возможно только при выполнении
ряда условий.
1. Для начала процесса самовозбуждения генератора необходимо наличие в магнитной цепи машины потока остаточного магнетизма, который индуцирует в обмотке якоря э. д. с. Eост. Эта э. д. с. обеспечивает протекание по цепи «обмотка якоря — обмотка возбуждения» некоторого начального тока.
2. Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, должен быть направлен согласно с магнитным потоком остаточного магнетизма. В этом случае в процессе самовозбуждения будет нарастать ток возбуждения Iв и, следовательно, магнитный поток Ф машины э. д. с. Е. Это будет продолжаться до тех пор, пока из-за насыщения магнитной цепи машины не прекратится дальнейшее увеличение Ф, а следовательно, Е и Iв. Совпадение по направлению указанных потоков обеспечивается путем правильного присоединения обмотки возбуждения к обмотке якоря. При неправильном ее подключении происходит размагничивание машины (исчезает остаточный магнетизм) и э. д. с. Е уменьшается до нуля.
3. Сопротивление цепи возбуждения RB должно быть меньше некоторого предельного значения, называемого критическим сопротивлением. Поэтому для быстрейшего возбуждения генератора рекомендуется при включении генератора в работу полностью выводить регулировочный реостат Rрв, включенный последовательно с обмоткой возбуждения (см. рис. 122, а). Это условие ограничивает также возможный диапазон регулирования тока возбуждения, а следовательно, и напряжения генератора с параллельным возбуждением. Обычно уменьшать напряжение генератора путем увеличения сопротивления цепи обмотки возбуждения можно лишь до (0,6-0,7) Uном
Следует отметить, что для самовозбуждения генератора необходимо, чтобы процесс увеличения его э. д. с. E и тока возбуждения Iв происходил при работе машины в режиме холостого хода. В противном случае из-за малого значения Eост и большого внутреннего падения напряжения в цепи обмотки якоря напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения, может уменьшиться почти до нуля и ток возбуждения не сможет увеличиться. Поэтому нагрузку к генератору следует подключать только после установления на его зажимах напряжения, близкого к номинальному.
При изменении направления вращения якоря изменяется полярность щеток, а следовательно, и направление тока в обмотке возбуждения; в этом случае генератор размагничивается.
Во избежание этого при изменении направления вращения необходимо переключить провода, присоединяющие обмотку возбуждения к обмотке якоря.
Внешняя характеристика генератора (кривая 1 на рис. 122, б) представляет собой зависимость напряжения U от тока нагрузки Iн при неизменных значениях частоты вращения п и сопротивления цепи возбуждения RB. Она располагается ниже внешней характеристики генератора с независимым возбуждением (кривая 2). Объясняется это тем, что кроме тех же двух причин, вызывающих уменьшение напряжения с ростом нагрузки в генераторе с независимым возбуждением (падение напряжения в цепи якоря и размагничивающее действие реакции якоря), в рассматриваемом генераторе существует еще третья причина — уменьшение тока возбуждения. Так как ток возбуждения IB = U/RB, т. е. зависит от напряжения U машины, то с уменьшением напряжения по указанным двум причинам уменьшается магнитный поток Ф и э. д. с. генератора Е, что приводит к дополнительному уменьшению напряжения. Максимальный ток Iкр, соответствующий точке а, называется критическим.
При коротком замыкании обмотки якоря ток Iк генератора с параллельным возбуждением мал (точка б), так как в этом режиме напряжение и ток возбуждения равны нулю. Поэтому ток короткого замыкания создается только э. д. с. от остаточного магнетизма и составляет (0,4 -0,8) Iном. Внешняя характеристика точкой а делится на две части: верхнюю — рабочую и нижнюю — нерабочую. Обычно используется не вся рабочая часть, а только некоторый ее отрезок. Работа на участке аб внешней характеристики неустойчива; в этом случае машина переходит в режим, соответствующий точке б, т. е. в режим короткого замыкания.
Характеристику холостого хода генератора с параллельным возбуждением снимают при независимом возбуждении (когда ток в якоре Iя = 0), поэтому она ничем не отличается от соответствующей характеристики для генератора с независимым возбуждением (см. рис. 121, а). Регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением имеет такой же вид, как и характеристика для генератора с независимым возбуждением (см. рис. 121, в).
Генераторы с параллельным возбуждением применяют для питания электрических потребителей в пассажирских вагонах, автомобилях и самолетах, в качестве генераторов управления на электровозах, тепловозах и моторных вагонах и для заряда аккумуляторных батарей.
ГЕНЕРАТОР
САМОВОЗБУЖДЕНИЯ
Самовозбуждение
– это процесс навидения ЭДС на холостом
ходу за счет остаточного магнитного
потока. В любой ранее работавшей машине
в полюсных наконечниках обмотки
возбуждения сохраняются небольшой
остаточный магнитный поток. При вращении
якоря в этом потоке, будет создаваться
в обмотке якоря остаточная ЭДС, которая
создаст дополнительный ток возбуждения
в обмотке возбуждения, а он создаст
добавочный магнитный поток, который
сложится с остаточным и процесс
повторится. Будет до тех пор, пока не
настанет магнитное насыщение и в работе
магнитный поток не нужен. Процесс
самовозбуждения генераторов постоянного
тока притекает одинаково при любой
схеме возбуждения.
32.
ГЕНЕРАТОР С
ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ (ШУНТОВОЙ)
В
этом генераторе (рис. 122, а) ток обмотки
якоря Iя разветвляется во внешнюю цепь
нагрузки Rн (ток Iн) и в обмотку возбуждения
(ток Iв); ток Iв для машин средней и большой
мощности составляет 2—5 % номинального
значения тока в обмотке якоря. В машине
используется принцип самовозбуждения,
при котором обмотка возбуждения получает
питание непосредственно от обмотки
якоря генератора. Однако самовозбуждение
генератора возможно только при выполнении
ряда условий.
1. Для начала процесса самовозбуждения генератора необходимо наличие в магнитной цепи машины потока остаточного магнетизма, который индуцирует в обмотке якоря э. д. с. Eост. Эта э. д. с. обеспечивает протекание по цепи «обмотка якоря — обмотка возбуждения» некоторого начального тока.
2. Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, должен быть направлен согласно с магнитным потоком остаточного магнетизма. В этом случае в процессе самовозбуждения будет нарастать ток возбуждения Iв и, следовательно, магнитный поток Ф машины э. д. с. Е. Это будет продолжаться до тех пор, пока из-за насыщения магнитной цепи машины не прекратится дальнейшее увеличение Ф, а следовательно, Е и Iв. Совпадение по направлению указанных потоков обеспечивается путем правильного присоединения обмотки возбуждения к обмотке якоря. При неправильном ее подключении происходит размагничивание машины (исчезает остаточный магнетизм) и э. д. с. Е уменьшается до нуля.
3. Сопротивление цепи возбуждения RB должно быть меньше некоторого предельного значения, называемого критическим сопротивлением. Поэтому для быстрейшего возбуждения генератора рекомендуется при включении генератора в работу полностью выводить регулировочный реостат Rрв, включенный последовательно с обмоткой возбуждения (см. рис. 122, а). Это условие ограничивает также возможный диапазон регулирования тока возбуждения, а следовательно, и напряжения генератора с параллельным возбуждением. Обычно уменьшать напряжение генератора путем увеличения сопротивления цепи обмотки возбуждения можно лишь до (0,6-0,7) Uном
Следует отметить, что для самовозбуждения генератора необходимо, чтобы процесс увеличения его э. д. с. E и тока возбуждения Iв происходил при работе машины в режиме холостого хода. В противном случае из-за малого значения Eост и большого внутреннего падения напряжения в цепи обмотки якоря напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения, может уменьшиться почти до нуля и ток возбуждения не сможет увеличиться. Поэтому нагрузку к генератору следует подключать только после установления на его зажимах напряжения, близкого к номинальному.
При изменении направления вращения якоря изменяется полярность щеток, а следовательно, и направление тока в обмотке возбуждения; в этом случае генератор размагничивается.
Во избежание этого при изменении направления вращения необходимо переключить провода, присоединяющие обмотку возбуждения к обмотке якоря.
Внешняя характеристика генератора (кривая 1 на рис. 122, б) представляет собой зависимость напряжения U от тока нагрузки Iн при неизменных значениях частоты вращения п и сопротивления цепи возбуждения RB. Она располагается ниже внешней характеристики генератора с независимым возбуждением (кривая 2). Объясняется это тем, что кроме тех же двух причин, вызывающих уменьшение напряжения с ростом нагрузки в генераторе с независимым возбуждением (падение напряжения в цепи якоря и размагничивающее действие реакции якоря), в рассматриваемом генераторе существует еще третья причина — уменьшение тока возбуждения. Так как ток возбуждения IB = U/RB, т. е. зависит от напряжения U машины, то с уменьшением напряжения по указанным двум причинам уменьшается магнитный поток Ф и э. д. с. генератора Е, что приводит к дополнительному уменьшению напряжения. Максимальный ток Iкр, соответствующий точке а, называется критическим.
При коротком замыкании обмотки якоря ток Iк генератора с параллельным возбуждением мал (точка б), так как в этом режиме напряжение и ток возбуждения равны нулю. Поэтому ток короткого замыкания создается только э. д. с. от остаточного магнетизма и составляет (0,4 -0,8) Iном. Внешняя характеристика точкой а делится на две части: верхнюю — рабочую и нижнюю — нерабочую. Обычно используется не вся рабочая часть, а только некоторый ее отрезок. Работа на участке аб внешней характеристики неустойчива; в этом случае машина переходит в режим, соответствующий точке б, т. е. в режим короткого замыкания.
Характеристику холостого хода генератора с параллельным возбуждением снимают при независимом возбуждении (когда ток в якоре Iя = 0), поэтому она ничем не отличается от соответствующей характеристики для генератора с независимым возбуждением (см. рис. 121, а). Регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением имеет такой же вид, как и характеристика для генератора с независимым возбуждением (см. рис. 121, в).
Генераторы
с параллельным возбуждением применяют
для питания электрических потребителей
в пассажирских вагонах, автомобилях и
самолетах, в качестве генераторов
управления на электровозах, тепловозах
и моторных вагонах и для заряда
аккумуляторных батарей.
33.
Двигатели преобразуют в механическую
энергию электрическую и должны отвечать
требованиям:
1. Обеспечение пускового момента и
возможность его регулирования
2.
Устойчивость в работе
3. Возможность
регулирование скорости
4. Высокий
КПД и cos
Устройство
двигателя аналогично генератора
постоянного тока. Отличие только
заключается в назначении коллектора.
В двигателе он преобразует постоянный
ток в переменный ток обмотки якоря. Это
необходимо для сохранения направления
момента вращения. Работу двигателя
характеризуют уравнениями рабочего
процесса:
1. Уравнение равновесия
моментов Мвр.=Мсопр.
2.
Уравнение вращающегося момента
Мвр.=9550Pном./nком.i(Н/м
(кВт/об/мин)) Мвр.=СмIяФ
, См=P*N\2
–
const,
где р- число пар полюсов. N-число
проводников, 2
-
сколько парал. ветвей
3.Уравнение
обратно ЭДС – при вращении якоря в
магнитном поле, в нем наводится ЭДС.
Применяя правило правой руки определяет
ее направление. Она направлена против
тока якоря, поэтому получила название
противодействующей ЭДС или обратной
ЭДС.Еобр.=СепФ
4.
Уравнение электрического равновесия
U=Eобр.+
Iя*rя
5.
Уравнение скорости вращения
6.
Уравнение тока якоря
34.
Типы
двигателей постоянного тока:
1.
Параллельно-шунтовой двигатель
У
шунтовых двигателей (с параллельным
возбуждением) обмотка возбуждения имеет
относительно большое количество витков
провода малого сечения и по ней идет
всего 8— 12% от общего тока, потребляемого
двигателем.
2. Сериесный двигатель –
с последовательным возбуждением.
Для
этого двигателя характерно равенство
токов и исходя из этого следует, что его
нельзя выключать в сеть на холостом
ходу, т.к. скорость при этом стремится
к бесконечности из-за условия, что Ф=0.
Двигатель идет в «разнос».
У сериесных
двигателей (с последовательным
возбуждением) обмотка возбуждения имеет
относительно малое количество витков
провода большого сечения и через нее
последовательно с якорем проходит весь
электрический ток, потребляемый
двигателем.
3. Компаудный двигатель
– со смешанным соединением. Имеет 2
обмотки, одна из которых последовательная,
а вторая параллельная. Основной явл.
параллельная обмотка, а с помощью
последовательной осуществляется
корректировка работы для предания
свойств последовательного двигателя.
35.
Переменным назыв. ток периодически
изменяющий свою величину и направление,
получают его в генераторах переменного
тока простейший из которых – это рамка
вращающаяся в магнитном поле. При
вращении проводника в магнитном поле
в нем наводится ЭДС. Наибольшее значение
наводится в проводнике, когда он находится
в вертикальном положении в этом случае
sin
=1,
тогда ЭДС можно будет записать E=Emax.
Значений переменнной величины в любой
момент времени назыв. мгновенным
значением и обозначается прописными
буквами. На практике все измерительные
приборы нагрузка рассчитывается на
действующие значения переменной
величины При
подключении к источнику переменного
тока с синусоидально изменяющейся э.
д. с. электрических цепей с линейными
сопротивлениями в них будут действовать
синусоидально изменяющиеся напряжения
и проходить синусоидально изменяющиеся
токи. Переменные токи, э. д. с. и напряжения
характеризуются четырьмя основными
параметрами: периодом, частотой,
амплитудой и действующим значением.
Период. Промежуток времени Т, в течение которого э. д. с, напряжение и или ток i (рис. 169, а) совершают полный цикл изменений, называется периодом. Чем быстрее вращается виток или ротор генератора переменного тока, тем меньше период изменения э. д. с. или тока.
Частота. Число полных периодов изменения э. д. с, напряжения или тока в 1 с называется частотой,
f = 1 / T
Она измеряется в герцах (Гц), т. е. числом периодов в секунду. Чем больше частота, тем меньше период изменения тока, напряжения или э. д. с. (рис. 169,б). В Советском Союзе все электрические станции переменного тока вырабатывают ток, изменяющийся с частотой 50 Гц, т. е. 50 периодов в секунду. В автоматике и радиотехнике применяют электрические токи и более высоких частот. Такие частоты измеряются в килогерцах (1 кГц=103 Гц) и мегагерцах (1 МГц=106 Гц).
Рис. 169. Кривые изменения синусоидального переменного тока при различной частоте
Из рис. 169,а следует, что в течение времени одного периода Т фаза ?t тока (э. д. с. или напряжения) изменяется на угол 360°, или 2? радиан. Поэтому
? = 2?/T = 2?f
Эту величину называют угловой частотой переменного тока, она имеет размерность рад/с.
Амплитуда. Наибольшее значение переменного тока (переменных э. д. с. и напряжения) называют амплитудным значением, или амплитудой. В рассмотренном нами простейшем генераторе переменного тока (см. рис. 168, а) э. д. с. е дважды достигает амплитудного значения: во время первого полуоборота +Ет (направлена от начала витка к его концу), а во время второго полуоборота — Ет (направлена от конца витка к его началу). Точно так же за один период ток i 2 раза достигает амплитудного значения: Iт и — Iт. Амплитудное значение тока, напряжения и э. д. с. в формулах обозначают соответствующими буквами с индексами «т», т. е. Iт Uт, Ет и др.
Действующее значение. Ток, напряжение и э. д. с, действующие в электрической цепи в каждый отдельный момент времени, определяются так называемыми мгновенными значениями. Эти значения принято обозначать строчными буквами i, и, е. Однако судить о переменных э. д. с, токе или напряжении по их мгновенным значениям неудобно, так как эти значения непрерывно меняются. Поэтому оценивать способность переменного тока совершать механическую работу или создавать тепло принято по действующему его значению. Под действующим значением переменного тока понимают силу такого постоянного тока (прямая 2 на рис. 169,а), который, проходя по проводнику в течение некоторого времени (например, в течение одного периода или 1 с), выделит в нем такое же количество тепла (произведет такую же механическую работу), как и данный переменный ток (кривая 1). Действующие значения тока, напряжения и э. д. с. обозначают соответственно I, U, Е.
При синусоидальном переменном токе
I = Iт / ?2 = 0,707 Iт
Если известно действующее значение тока I, то его амплитудное значение
Iт = ?2 I = 1,41 I
Аналогично для синусоидальных напряжений и э. д. с.
U / Uт = Е1 / Ет = 1 / ?2 = 0,707
На
практике для характеристики параметров
переменного тока используют, главным
образом, действующие значения тока,
напряжения и э. д. с. Например, когда
говорят, что напряжение в осветительной
сети переменного тока составляет 220 В
или что по цепи проходит ток 100 А, то это
значит, что в данной сети действующее
значение напряжения равно 220 В или что
действующее значение тока, проходящего
по данной цепи, равно 100 А. Электрическая
энергия и механическая работа, создаваемые
переменным током в различных электрических
устройствах, пропорциональны действующим
значениям тока и напряжения. Большая
часть существующих приборов для измерения
переменного тока измеряет действующие
значения тока, напряжения и э. д. с.
36.
Цепь
переменного тока с активным
сопротивлением
Активным
назыв. сопротивление переменного тока
в котором происходит переход эл. энергии
в другую фазу, а сдвиг фаз меж током и
напряжением =0.
I = U / R – закон
Ома для этой цепи.
Электрическая
мощность. Электрическая мощность р в
цепи с активным сопротивлением в любой
момент времени равна произведению
мгновенных значений силы тока i и
напряжения и. Следовательно, мгновенная
мощность р не является постоянной
величиной, как при постоянном токе, а
изменяется по кривой (см. рис. 175,б). Эту
кривую можно также получить графически,
перемножая ординаты кривых силы тока
i и напряжения и при различных углах ?t.
Изменение мощности происходит с двойной
частотой ?t по отношению к изменению
тока и напряжения, т. е. один период
изменения мощности соответствует
половине периода изменения тока и
напряжения. Все значения мощности
являются положительными. Физически
положительное значение мощности
означает, что энергия передается от
источника электрической энергии к
приемнику. Максимальное значение
мощности при ?t = 90° и ?t = 270°. Используя
формулу (67) закона Ома, активную мощность
можно выразить также в виде P = I2R или
P=U2/R.
В электротехнике среднюю мощность, потребляемую активным сопротивлением, обычно называют активной мощностью, или просто мощностью, и обозначают буквой Р.
Поверхностный
эффект. Следует отметить, что активное
сопротивление проводников в цепи
переменного тока всегда больше их
сопротивления в цепи постоянного тока.
Переменный ток i не протекает равномерно
по всему поперечному сечению проводника,
как постоянный ток i, а вытесняется на
его поверхность (рис. 176, а). Поэтому
полезное сечение проводника как бы
уменьшается и сопротивление его при
переменном токе возрастает. Это явление
носит название поверхностного эффекта.
Неравномерное распределение переменного
тока по поперечному сечению проводника
объясняется действием э. д. с. самоиндукции,
индуцированной в проводнике магнитным
полем, которое создается проходящим по
проводнику током I. Это магнитное поле
действует не только в пространстве,
окружающем проводник (внешний поток
Ф2), но и внутри самого проводника
(внутренний поток Ф2) (рис. 176,б). Поэтому
слои проводника, расположенные ближе
к его центру, будут охватываться большим
магнитным потоком, чем слои, расположенные
ближе к его поверхности, и э. д. с.
самоиндукции, индуцированная во
внутренних слоях, будет большей, чем во
внешних. Поскольку э. д. с. самоиндукции
препятствует изменению.
37.
Цепь
переменного тока с индуктивностью
Э.
д. с. самоиндукции е согласно правилу
Ленца направлена так, чтобы препятствовать
изменению тока. Поэтому в первую четверть
периода, когда ток i увеличивается, э.
д. с. eL имеет отрицательное значение
(направлена против тока); во вторую
четверть периода, когда ток i уменьшается,
э. д. с. eL имеет положительное значение
(совпадает по направлению с током). В
третью четверть периода ток i изменяет
свое направление и увеличивается,
поэтому э. д. с. самоиндукции eL направлена
против тока и имеет положительное
значение. В четвертую четверть периода
ток i уменьшается и э. д. с. самоиндукции
eL стремится поддержать прежнее направление
тока, т. е. имеет отрицательное значение.
Таким образом, э. д. с. самоиндукции eL
отстает по фазе от тока i на угол 90°.
Так как в цепи, куда включена индуктивность L, отсутствует активное сопротивление (рассматривается идеальная катушка индуктивности), то по второму закону Кирхгофа u+eL=0, т. е. u = -eL Следовательно, напряжение источника всегда равно по величине и противоположно по направлению э. д. с. самоиндукции.
Из рассмотрения кривых (см. рис. 178,б) видно, что кривая напряжения и сдвинута относительно кривой силы тока i на четверть периода, т. е. на угол 90°. При этом напряжение достигает наибольших и нулевых значений раньше, чем ток. Следовательно, при включении в цепь переменного тока индуктивности ток i отстает по фазе от напряжения и на угол 90° или, что то же самое, напряжение и опережает ток по фазе на угол 90° (рис. 178, в).
Индуктивное сопротивление. Сопротивление катушки или проводника переменному току, вызванное действием э. д. с. самоиндукции, называется индуктивным сопротивлением. Оно обозначается XL и измеряется в омах. Физическая природа индуктивного сопротивления совершенно другая, чем активного. Э. д. с. самоиндукции eL направлена против приложенного напряжения u, которое заставляет изменяться ток; согласно закону Ленца она препятствует изменению тока i, т. е. оказывает прохождению переменного тока определенное сопротивление.
Чем большая э. д. с. самоиндукции eL индуцируется в проводнике (катушке), тем большее они имеют индуктивное сопротивление XL. Э. д. с. самоиндукции согласно формуле (68) прямо пропорциональна индуктивности L и скорости изменения тока ?i/?t, т. е. частоте его изменения f (значению ?). Поэтому индуктивное сопротивление
XL = ?L
Следовательно, индуктивное сопротивление не зависит от материала, из которого изготовлен проводник (катушка), и от площади поперечного сечения проводника.
Закон Ома для цепи с индуктивностью
I = U / xL = U / (?L)
Электрическая мощность. Рассмотрим, как изменяется электрическая мощность в цепи переменного тока с индуктивностью. Мгновенное значение мощности р, равное произведению мгновенных значений силы тока i и напряжения и, можно получить графическим путем, перемножая ординаты кривых тока и напряжения при различных углах ?t. Кривая мгновенной мощности р (рис. 179, а) представляет собой синусоиду, которая изменяется с двойной частотой 2? по сравнению с частотой изменения тока i и напряжения и.
При рассмотрении этой кривой видно, что мощность р может иметь положительные и отрицательные значения. В течение первой четверти периода ток и напряжение положительны и мощность p = ui также положительна. Во второй четверти периода ток положителен, а напряжение отрицательно; следовательно, мощность р будет отрицательна. В течение третьей четверти периода мощность снова становится положительной, а в течение четвертой четверти — отрицательной.
Понятие положительной и отрицательной электрической мощности физически определяет направление потока энергии. Положительный знак мощности означает, что электрическая энергия W передается от источника к приемнику; отрицательный знак мощности означает, что электрическая энергия W переходит от приемника к источнику. Следовательно, при включении в цепь переменного тока индуктивности возникает непрерывный колебательный процесс обмена энергией между источником и индуктивностью, при котором не создается никакой работы. В первую и третью четверти периода мощность положительна, т. е. индуктивность получает энергию W от источника (см. стрелки W) и накапливает ее в своем магнитном поле. Во вторую и четвертую четверти периода индуктивность отдает накопленную энергию W источнику. При этом протекание по цепи тока поддерживается благодаря действию э.д. с. самоиндукции eL.
Таким
образом, в целом за период в индуктивное
сопротивление не поступает электрическая
энергия (на это указывает то, что среднее
значение мощности за период равно нулю).
Для того чтобы подчеркнуть указанную
особенность индуктивного сопротивления,
его относят к группе реактивных
сопротивлений, т. е. сопротивлений,
которые в цепи переменного тока в целом
за период не потребляют электрической
энергии. Следует отметить, что в реальные
катушки индуктивности поступает
некоторая энергия от источника переменного
тока из-за наличия активного сопротивления
проводов, из которых выполнены эти
катушки. Эта энергия превращается в
тепло.
38.
Цепь
переменного тока с емкостью
Ток и напряжение.
В цепи постоянного тока емкость (идеальный
конденсатор) имеет сопротивление
бесконечно большое, так как после
окончания процесса заряда такой
конденсатор не пропускает электрический
ток. Однако при подключении емкости к
источнику переменного тока (рис. 191,а)
происходит непрерывный процесс его
заряда и разряда, при этом через емкость
проходит переменный ток.
Ток i при включении в цепь переменного тока емкости определяется количеством электричества q, проходящим по этой цепи в единицу времени. Следовательно,
i = ?q / ?t
где ?q — изменение количества электричества (заряда q) за время ?t.
Количество электричества q, накопленное в конденсаторе при изменении напряжения и, также непрерывно изменяется. Поэтому, учитывая формулу (69), будем иметь:
i = C ?u / ?t
где ?u — изменение напряжения и за время ?t.
Из рис. 191,б видно, что скорость изменения напряжения ?u/?t будет наибольшей в моменты времени, когда угол ?t равен 0; 180 и 360°. Следовательно, в эти моменты времени ток i имеет максимальное значение. В моменты же времени, когда угол ?t равен 90° и 270°, скорость изменения напряжения ?u/?t = 0 и поэтому i = 0.
В течение первой четверти периода происходит заряд емкости и в цепи течет ток заряда, который считаем положительным. При этом по мере заряда емкости и увеличения разности потенциалов на электродах ток i уменьшается. При ?t = 90° емкость полностью заряжается, разность потенциалов на электродах становится равной напряжению и источника и ток i = 0.
Во второй четверти периода емкость начнет разряжаться и ток i изменяет свое направление (становится отрицательным). При ?t =180°, когда u = 0, ток i разряда достигает максимального значения. В этот момент изменяется полярность напряжения и источника и начинается процесс перезаряда емкости при противоположном (отрицательном) направлении тока i. При со/ = 270° заряд прекращается, ток i становится равным нулю и начинается разряд при первоначальном (положительном) направлении тока.
Таким образом, емкость в течение одного периода изменения напряжения и дважды заряжается и дважды разряжается. Следовательно, в цепи (см. рис. 191, а) непрерывно протекает переменный ток i. Из рис. 191,б видно, что при включении в цепь переменного тока емкости ток i опережает по фазе напряжение и на угол 90° или же что напряжение и отстает по фазе от тока i на угол 90° (рис. 191,в).
Емкостное сопротивление. Сопротивление, которое оказывает емкость переменному току, называют емкостным. Оно обозначается Xс и измеряется в омах. Физически емкостное сопротивление обусловлено действием э. д. с. ес, возникающей в конденсаторе С. Эта э. д. с. направлена против приложенного напряжения u, так как заряженный конденсатор можно рассматривать как источник с некоторой э. д. с. ес, действующей между его пластинами. Поэтому э. д. с. ес препятствует изменению тока под действием напряжения u, т. е. оказывает прохождению переменного тока определенное сопротивление.
Из формулы (70) следует, что чем больше емкость С и скорость изменения напряжения ?u/?t, т. е. частота его изменения f (значение ?), тем больше ток i в цепи с емкостью и тем меньше емкостное сопротивление:
Xс = 1 /(?C)
Закон Ома для цепи с емкостью:
I = U / Xс = U / ( 1 /(?C) )
Электрическая мощность. Рассмотрим, как изменяется электрическая мощность в цепи переменного тока с емкостью. Ее можно получить графическим путем, перемножая ординаты кривых тока и напряжения при различных углах ?t. Кривая мгновенной мощности (см. рис. 179,б) представляет собой синусоиду, которая изменяется с двойной частотой 2? по сравнению с частотой изменения тока i и напряжения u. Следовательно, в этой цепи тоже имеет место непрерывный колебательный процесс обмена энергией между источником и емкостью. В первую и третью четверти периода мощность положительна, т. е. конденсатор получает энергию W от источника и накапливает ее в своем электрическом поле. Во вторую и четвертую четверть периода конденсатор отдает накопленную энергию источнику (мощность отрицательна); при этом протекание тока по цепи поддерживается э. д. с. ес. В целом за период в емкостное сопротивление не поступает электрическая энергия (среднее значение мощности за период равно нулю). Поэтому емкостное сопротивление, так же как и индуктивное, относят к группе реактивных сопротивлений.
Для характеристики процесса обмена энергией между источником и емкостью введено понятие реактивной мощности емкости:
Qс = UсI
где Uс — напряжение, приложенное к конденсатору (действующее значение) .
Эту мощность можно выразить также в виде
Qс = U2с/ Xс или Qс = I2Xс
Следует отметить, что в реальных конденсаторах имеют место потери мощности, вследствие чего они потребляют от источника некоторую электрическую энергию. Потери мощности вызваны тем, что в диэлектрике, разделяющем пластины конденсатора, под действием переменного электрического поля возникают токи смещения, нагревающие диэлектрик. Чем больше напряжение и частота его изменения, тем больше потери мощности в конденсаторах от токов смещения. Однако эти потери имеют значение только в конденсаторах, применяемых в высокочастотных установках. При стандартной частоте 50 Гц потери в конденсаторах настолько малы, что их обычно не учитывают. 39. Явление резонанса. Электрическая цепь, содержащая индуктивность и емкость, может служить колебательным контуром, где возникает процесс колебаний электрической энергии, переходящей из индуктивности в емкость и обратно. В идеальном колебательном контуре эти колебания будут незатухающими. При подсоединении колебательного контура к источнику переменного тока угловая частота источника ? может оказаться равной угловой частоте ?0, с которой происходят колебания электрической энергии в контуре. В этом случае имеет место явление резонанса, т. е. совпадения частоты свободных колебаний ?0, возникающих в какой-либо физической системе, с частотой вынужденных колебаний ?, сообщаемых этой системе внешними силами.
Резонанс в электрической цепи можно получить тремя способами: изменяя угловую частоту ? источника переменного тока, индуктивность L или емкость С. Различают резонанс при последовательном соединении L и С — резонанс напряжений и при параллельном их соединении — резонанс токов. Угловая частота ?0, при которой наступает резонанс, называется резонансной, или собственной частотой колебаний резонансного контура.
Резонанс напряжений. При резонансе напряжений (рис. 196, а) индуктивное сопротивление XL равно емкостному Хс и полное сопротивление Z становится равным активному сопротивлению R:
Z = ?( R2 + [?0L - 1/(?0C)]2 ) = R
В этом случае напряжения на индуктивности UL и емкости Uc равны и находятся в противофазе (рис. 196,б), поэтому при сложении они компенсируют друг друга. Если активное сопротивление цепи R невелико, ток в цепи резко возрастает, так как реактивное сопротивление цепи X = XL—Xс становится равным нулю. При этом ток I совпадает по фазе с напряжением U и I=U/R. Резкое возрастание тока в цепи при резонансе напряжений вызывает такое же возрастание напряжений UL и Uc, причем их значения могут во много раз превышать напряжение U источника, питающего цепь.
Угловая частота ?0, при которой имеют место условия резонанса, определяется из равенства ?oL = 1/(?0С).
Рис. 196. Схема (а) и векторная диаграмма (б) электрической цепи, содержащей R, L и С, при резонансе напряжений
Отсюда имеем
?o = 1/?(LC) (74)
Если плавно изменять угловую частоту ? источника, то полное сопротивление Z сначала начинает уменьшаться, достигает наименьшего значения при резонансе напряжений (при ?o), а затем увеличивается (рис. 197, а). В соответствии с этим ток I в цепи сначала возрастает, достигает наибольшего значения при резонансе, а затем уменьшается.
Резонанс токов. Резонанс токов может возникнуть при параллельном соединении индуктивности и емкости (рис. 198, а). В идеальном случае, когда в параллельных ветвях отсутствует активное сопротивление (R1=R2 = 0), условием резонанса токов является равенство реактивных сопротивлений ветвей, содержащих индуктивность и емкость, т. е. ?oL = 1/(?oC). Так как в рассматриваемом случае активная проводимость G = 0, ток в неразветвленной части
цепи при резонансе I=U?(G2+(BL-BC)2)= 0. Значения токов в ветвях I1 и I2 будут равны (рис. 198,б), но токи будут сдвинуты по фазе на 180° (ток IL в индуктивности отстает по фазе от напряжения U на 90°, а ток в емкости I с опережает напряжение U на 90°). Следовательно, такой резонансный контур представляет собой для тока I бесконечно большое сопротивление и электрическая энергия в контур от источника не поступает. В то же время внутри контура протекают токи IL и Iс, т. е. имеет место процесс непрерывного обмена энергией внутри контура. Эта энергия переходит из индуктивности в емкость и обратно.
Как следует из формулы (74), изменяя значения емкости С или индуктивности L, можно изменять частоту колебаний ?0 электрической энергии и тока в контуре, т. е. осуществлять настройку контура на требуемую частоту. Если бы в ветвях, в которых включены индуктивность и емкость, не было активного сопротивления, этот процесс колебания энергии продолжался бы бесконечно долго, т. е. в контуре возникли бы незатухающие колебания энергии и токов IL и Iс. Однако реальные катушки индуктивности и конденсаторы всегда поглощают электрическую энергию (из-за наличия в катушках активного сопротивления проводов и возникновения
Рис. 197. Зависимость тока I и полного сопротивления Z от ? для последовательной (а) и параллельной (б) цепей переменного тока
Рис. 198. Электрическая схема (а) и векторные диаграммы (б и в) при резонансе токов
в конденсаторах токов смещения, нагревающих диэлектрик), поэтому в реальный контур при резонансе токов поступает от источника некоторая электрическая энергия и по неразветвленной части цепи протекает некоторый ток I.
Условием резонанса в реальном резонансном контуре, содержащем активные сопротивления R1 и R2, будет равенство реактивных проводимостей BL = BC ветвей, в которые включены индуктивность и емкость.
Из рис. 198, в следует, что ток I в неразветвленной части цепи совпадает по фазе с напряжением U, так как реактивные токи 1L и Iс равны, но противоположны по фазе, вследствие чего их векторная сумма равна нулю.
Если в рассматриваемой параллельной цепи изменять частоту ?о источника переменного тока, то полное сопротивление цепи начинает увеличиваться, достигает наибольшего значения при резонансе, а затем уменьшается (см. рис. 197,б). В соответствии с этим ток I начинает уменьшаться, достигает наименьшего значения Imin = Ia при резонансе, а затем увеличивается.
В реальных колебательных контурах, содержащих активное сопротивление, каждое колебание тока сопровождается потерями энергии. В результате сообщенная контуру энергия довольно быстро расходуется и колебания тока постепенно затухают. Для получения незатухающих колебаний необходимо все время пополнять потери энергии в активном сопротивлении, т. е. такой контур должен быть подключен к источнику переменного тока соответствующей частоты ?0.
Явления резонанса напряжения и тока и колебательный контур получили весьма широкое применение в радиотехнике и высокочастотных установках. При помощи колебательных контуров мы получаем токи высокой частоты в различных радиоустройствах и высокочастотных генераторах. Колебательный контур — важнейший элемент любого радиоприемника. Он обеспечивает его избирательность, т. е. способность выделять из радиосигналов с различной длиной волны (т. е. с различной частотой), посланных различными радиостанциями, сигналы определенной радиостанции.
4
0)
В отличие от последовательных цепей
переменного тока, где ток, протекающий
по всем элементам цепи, одинаков, в
параллельных цепях одинаковым будет
напряжение, приложенное к параллельно
включенным ветвям цепи. Рассмотрим
параллельное включение емкости и ветви,
состоящей из индуктивности и активного
сопротивления (рис. 4.20).
О
бе
ветви находятся под одним и тем же
приложенным напряжением U Построим
векторную диаграмму для этой цепи. В
качестве основного вектора выберем
вектор приложенного напряжения U
(рис. 4.21). Рис. 4.21
П
о
ветви с индуктивностью и активным
сопротивлением течет ток (I1)
Длину этого вектора найдем из соотношения
и
отложим этот вектор по отношению к
вектору под углом , который определяется
по формуле
Полученный
таким образом вектор тока
разложим
на две составляющие: активную
и реактивную
(рис. 4,21).
Величину
вектора тока (I2)текущего
по ветви с емкостью, находим из соотношения
41) Трехфазными генераторами называются генераторы переменного тока, одновременно вырабатывающие несколько ЭДС одинаковой частоты, но с различными начальными фазами. Совокупность таких ЭДС называется трехфазной системой ЭДС.
Многофазными цепями называются цепи переменного тока, в которых действуют многофазные системы ЭДС. Любая из цепей многофазной системы, где действует одна ЭДС, называется фазой. Наибольшее распространение получили трехфазные системы.
Трехфазные системы имеют ряд преимуществ перед другими системами (однофазными и многофазными):
- они позволяют легко получить вращающееся магнитное поле (на этом основан принцип работы разных двигателей переменного тока).
- трехфазные системы наиболее экономичны, имеют высокий КПД.
- конструкция трехфазных двигателей, генераторов и трансформаторов наиболее проста, что обеспечивает их высокую надежность.
- один трехфазный генератор позволяет получать два различных (по величине) напряжения.
Современные электрические системы, состоящие из генераторов, электростанций, трансформаторов, линий передачи электроэнергии и распределительных сетей, представляют собой в подавляющем числе случаев трехфазные системы переменного тока.
Трехфазная система электрических цепей представляет собой совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе и создаваемые общим источником энергии. Каждая из цепей, входящих в трехфазную цепь, принято называть фазой. В данном случае не следует путать понятие фазы в многофазной системе с понятием начальной фазы синусоидальной величины.
В зависимости от числа фаз цепи бывают однофазные, двухфазные, трехфазные, шестифазные и т.д. Трехфазные цепи более экономичны чем однофазные.
Трехфазная цепь включает в себя источник (генератор) трехфазной ЭДС, проводники, потребители (приемники) трехфазной электрической энергии.