книги из ГПНТБ / Филаткин К.М. Радиометрист штурманский учеб. пособие

поле определяется по правилу левой руки: «Нужно рас­ положить левую руку так, чтобы магнитные линии вхо­ дили в ладонь, а вытянутые четыре пальца показыва­ ли направление тока в проводнике, при этом отогнутый большой палец покажет направление движения провод­ ника с током» (рис. 11,а).

При перемещении проводника в магнитном поле на его свободные электроны действуют силы, перемещаю­ щие электроны к одному из концов проводника. Бла­ годаря этому на одном его конце получается избыток электронов, а на другом — недостаток. Таким образом, между концами проводника устанавливается э.д.с. Ес­ ли концы проводника замкнуть, то по цепи пойдет ток индукции.

Явление образования э.д.с. на концах проводника при его движении в магнитном поле, называется элек­ тромагнитной индукцией, а сама э.д.с. — электродви­ жущей силой индукции. Величина э.д.с. индукции зави­ сит от скорости пересечения проводником магнитных силовых линий и угла между направлением движения проводника и направлением магнитных силовых линий.

Направление индуктированного тока в проводнике определяется по правилу правой руки (рис. 11,6): «Ес­ ли расположить ладонь правой руки в магнитном поле так, чтобы магнитные силовые линии входили в нее, а отогнутый большой палец указывал направление дви­ жения проводника, то вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированного тока».

40

ным полем первой катушки. Эта электродвижущая си­ ла называется э.д.с. взаимоиндукции.

Величина э.д.с взаимоиндукции зависит от конструк­ ции обеих катушек и их взаимного расположения. На явлении взаимоиндукции основана работа трансформа­ торов и передача электроэнергии из одной цепи в дру­ гую.

§ 9. Электрическая емкость. Конденсаторы

Способность тел накапливать в себе электрические заряды называется электрической емкостью. Чем боль­ ше поверхность тела, тем больше оно будет накапли­ вать зарядов, т. е. емкость тела зависит от величины его поверхности. Основной единицей измерения емко­ сти является фарада (ф).

Фарада — это емкость такого тела, у которого за­ ряд в 1 кулон создает потенциал в 1 вольт. Так как эта единица емкости чрезвычайно большая, то практически емкость измеряется долями фарад, в микрофарадах (мкф) и пикофарадах (пкф).

В электротехнике и радиотехнике широкое приме­ нение нашли электрические емкости различных конст­ рукций, называемые конденсаторами. Емкость конден­ сатора зависит от его конструкции. Чем больше пло­ щадь обкладок конденсатора, тем больше он может накопить электрических зарядов. Чем ближе располага­ ются обкладки, тем сила взаимодействия зарядов будет больше. Сила взаимодействия зарядов также зависит от качества диэлектрика, поэтому чем выше диэлектриче­ ские свойства его, тем больше он накапливает зарядов. Емкость конденсатора прямо пропорциональна площа­ ди обкладок, диэлектрической постоянной применяемо­ го диэлектрика и обратно пропорциональна расстоянию

42

По конструкции конденсаторы могут быть постоян­ ные, переменные и полупеременные. Широкое приме­ нение в радиотехнической аппаратуре нашли место конденсаторы постоянной емкости (бумажные, слюдя­ ные, керамические) и полупеременные. Типы конденса­ торов приведены на рис. 13.

Рис. 13. Типы конденсаторов

Для изменения емкости в цепи конденсаторы могут соединяться между собой параллельно, последователь­ но и смешанно. При параллельном соединении конден­ саторов общая емкость _равна сумме емкостей соединен­ ных конденсаторов. Это объясняется тем, что при па­ раллельном соединении общая площадь пластин увели­ чивается.

При последовательном соединении конденсаторов общая емкость всегда меньше наименьшей емкости из соединенных конденсаторов. Это объясняется тем, что общая толщина диэлектрика при таком соединении уве­ личивается, что приводит к уменьшению общей ем­ кости.

Смешанное соединение конденсаторов применяется для одновременного использования преимуществ обоих соединений.

43

§1 0 . Переменный ток

Вэлектротехнике и радиотехнике, кроме постоянного тока, применяются токи, и напряжения, изменяющиеся по различным законам.

Если с течением времени ток изменяет свою величи­

ну и направление, то такой ток называют переменным. В электротехнике используется главным образом пере­ менный ток, изменяющийся по синусоидальному зако­ ну. Если ток, проходящий в электрической цепи в одном направлении, изменяет только свою величину, он назы­ вается пульсирующим.

Постоянный ток полностью характеризуется величи­ ной и направлением. Переменный ток величиной и на­ правлением охарактеризовать нельзя, так как эти ве­ личины все время изменяются. Для характеристики пе­ ременного тока пользуются такими величинами, кото­ рые не изменяются при изменениях величины и направ­ ления тока. Такими величинами являются период, ча­ стота, амплитуда, действующее значение и сдвиг фаз.

Периодом переменного тока называется время, в те­ чение которого происходит одно полное изменение то­

связаны между собой. Период переменного тока числен­ но равен единице, деленной на частоту.

7=

/

Амплитудой переменного тока называется его мгно­ венное значение.

44

О величине, напряжении и э.д.с. переменного тока необходимо говорить как о максимальных, так и мгно­ венных. Мы знаем, что переменный ток непрерывно из­ меняется. Поэтому мгновенным значением переменного тока, переменной э.д.с., а также переменного напряже­ ния называется значение соответствующей величины в любой произвольный момент времени.

При прохождении переменного тока по проводнику последний нагревается и в нем выделяется некоторая мощность. Действующим значением переменного тока называется величина равноценного ему по мощности по­ стоянного тока. Когда указывают величину переменно­ го напряжения или тока, всегда имеют в виду действу­

§11. Цепи переменного тока с активным, индуктивным и емкостным сопротивлением

Известно, что всякая электрическая цепь оказывает противодействие прохождению электрического тока. Со­ противление цепи постоянному току называется омиче­ ским сопротивлением. Сопротивление цепи переменно­ му току всегда больше омического и называется актив­ ным сопротивлением. С увеличением частоты активное сопротивление увеличивается. Причиной этому является поверхностный эффект, который возникает от действия э.д.с. самоиндукции. Переменный ток, протекая по про­ воднику, создает вокруг него магнитное поле, магнит­ ные силовые линии которого будут располагаться как вокруг проводника, так и внутри его (рис. 15,а). Когда ток уменьшается, магнитные силовые линии сжимают­ ся, стягиваясь к центру проводника. При этом они пе­ ресекают проводник и наводят в нем э.д.с. самоиндук­ ции. Поверхностный слой проводника пересекается толь­ ко внешними силовыми линиями. Центральная же часть его пересекается и внешними и внутренними силовыми

45

Линиями. Поэтому э.Д.с. самоиндукции будет наиболь­ шей в толще проводника и наименьшей на его поверх­ ности. Вследствие этого электроны будут стремиться двигаться по поверхности проводника, так как противо­ действие прохождению тока на поверхности проводника меньше. Чем выше частота, тем сильнее сказывается по­ верхностный эффект. Даже при частотах в несколько сотен килогерц поверхностный эффект действует на­ столько сильно, что свободные электроны перемещаются тслько по поверхностному слою. Вследствие этого пло­ щадь токопроводной части проводника уменьшается, поперечное сечение проводника, несущего ток, во много

меньше, поэтому актив­

г' ки, состоящие из большо­ го числа тонких, изолиро-

46

будет уменьшаться, а напряжение Uc будет стре­ миться поддерживать его, т. е. начнется разряд конден­ сатора. К моменту U потечет максимальный ток разря­ да конденсатора. В дальнейшем произойдет изменение полярности, а процесс будет прежний. Сопротивление конденсатора переменному току называется емкостным сопротивлением.

В радиолокационной аппаратуре встречаются цепи, имеющие активное и реактивное сопротивление. На рис. 17,а изображена цепь с активным, индуктивным и емкостным сопротивлением. Из графика (рис. 17,6) видно, что реактивная составляющая сопротивления располагается по одному из катетов, а активная — по другому.

Г л а в а II. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

§ 1. Трансформаторы

Трансформаторы предназначены для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Трансформатор изобретен в 1876 г. русским электротехником П. Н. Яблочковым, а в 1882 г. усовершенствован И. Ф. Усачиным.

Трансформатор состоит из сердечника и изолирован­ ных друг от друга обмоток (рис. 18). Первичная обмот­ ка подключается к источнику тока, остальные обмотки именуются вторичными. Принцип действия трансформа­ тора основывается на законе взаимоиндукции. Если по первичной обмотке пропустить переменный ток, то во вторичной обмотке будет индуктироваться э.д.с. Транс­ форматоры могут быть понижающие и повышающие напряжение. Число, показывающее, во сколько раз тран­ сформатор повышает или понижает напряжение, назы­ вается коэффициентом трансформации.

Все трансформаторы рассчитываются на определен­ ную мощность. Трансформаторы большой мощности имеют большие размеры сердечника и толстый провод обмоток. Мощность каждой обмотки равна произведе­ нию силы проходящего тока на приложенное напряже­ ние. Данное произведение для каждой обмотки будет величина постоянная. Поэтому при уменьшении в не­

48

сколько раз напряжения в обмотке во столько же раз увеличивается ток, протекающий в ней. Если мы увели­ чиваем напряжение, ток уменьшается. Изменение на­ грузки во вторичной обмотке сказывается на токе в первичной обмотке. Сопротивление нагрузки как бы трансформируется из вторичной обмотки в первичную. Это явление используется в радиоэлектронике для со-

□

ется несколько типов трансформаторов: силовые, пере­ ходные, импульсные и др.

Для уменьшения рассеяния магнитного потока, уменьшения перегрева сердечники всех трансформато­ ров набираются из листов специальной стали. Для уменьшения индуктивных токов в сердечнике листы изо­ лируются друг от друга. По форме трансформаторы бы­ вают П-образными стержневыми и Ш-образными бро­ невыми (рис. 18).

Автотрансформатором называется такой трансфор­ матор, у которого обмотка низшего напряжения явля­ ется частью обмотки высшего напряжения (рис. 19). Принцип действия автотрансформатора заключается в том, что при понижении напряжения он работает как делитель напряжения.