Билет №4

1. Нагревание проводов электрическим током. Закон Джоуля-Ленца.

При прохождении электрического тока через проводник, электроны сталкиваются с молекулами или атомами кристаллической решетки и теряют свою энергию, эта энергия превращается в тепло. Другими словами, когда по проводнику протекает электрический ток, проводник нагревается. Потери энергии на нагревание проводника компенсируются энергией, подводимой к проводнику от источника тока. Переход электрической энергии в тепловую отражает закон Джоуля-Ленца.

Закон Джоуля – Ленца.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.

Q = I² R Δt

На нагревании проводников электрическим током основано устройство электрического освещения, электронагревательных приборов, защитных и сигнальных устройств.

Однако, нагревание проводников имеет и отрицательные стороны: превращение части электроэнергии в тепло при ее передаче от источника к потребителю является потерей энергии. С точки зрения электроэнергетики, такие потери энергии будут значительны при передаче электроэнергии низкого напряжения и большой силы тока. На высоковольтных ЛЭП, при заданной мощности электропередач, снижение силы передаваемого тока достигается путем увеличения напряжения.

2. Принцип действия и устройство генератора постоянного тока. Работа под нагрузкой.

Принцип действия:

Простейшим генератором переменного тока является виток, вращающийся в магнитном поле. В таком витке индуцируется переменная ЭДС. При соединении концов витка к контактным кольцам, которые вращаются вместе с витком, в нагрузке через неподвижные щетки протекает переменный ток.

Для преобразования переменного тока в постоянный применяют коллектор. Концы витка 1 присоединяют к двум медным полукольцам – коллекторным пластинам. Пластины жестко укреплены на валу машины и изолированы друг от друга и от вала. На пластинах установлены неподвижные щетки 2-3, электрически соединенные с приемником электрической энергии. При вращении витка коллекторные пластины вращаются вместе с валом машины и, каждая из неподвижных щеток соприкасается то с одной, то с другой пластиной. Щетки переходят с одной пластины на другую в тот момент, когда ЭДС, индуктируемая в витке, была равна нулю. Каждая щетка соприкасается с коллекторной пластиной определенной полярности. Следовательно, ЭДС на щетках не меняет полярности.

На выходе с генератора получается пульсирующее напряжение, для снижения пульсации в генераторе устанавливают два витка и несколько коллекторных пластин.

Устройство:

1. Статор создает магнитное поле и состоит из главных полюсов, дополнительных полюсов и станины.

• Главные полюса представляют собой электромагниты, состоящие из сердечника, обмотки и полюсного наконечника. Полюсы крепятся на станине.

• Добавочные полюса устроены аналогично, расположены между главными полюсами. Добавочные полюса устанавливают на машинах большой мощности, они служат для устранения искрения под щетками.

• Станина, отлитая из стали является остовом машины. На торцах станины крепят щиты с подшипниками, которые удерживают вал машины.

2. Ротор служит якорем (в нем создается электрический ток) и состоит из сердечника, обмотки, коллектора.

• Сердечник представляет собой цилиндр из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. В теле сердечника имеются воздушные зазоры для охлаждения обмоток и сердечника.

• В пазы сердечника укладывается обмотка, изолируется от сердечника и закрепляется деревянными клиньями.

• Коллектор – цилиндр, состоящий из отдельных пластин из твердотянутой меди, которые изолированы от корпуса и между собой прокладками из миканита.

3. Передающее устройство состоит из щеткодержателя, щеток (графитные, угольно-графитные, бронзо-графитные). Щетки помещаются в щеткодержателе и прижимаются пружиной к коллектору.

Работа:

Ток возбуждения проходит по обмотке главного полюса и создает магнитное поле. Полюсные наконечники равномерно распределяют это поле в воздушном зазоре статор- ротор. Вследствие явления электромагнитной индукции в обмотках ротора создается переменный ток. Коллектор и передающее устройство преобразует этот ток в постоянный.