книги из ГПНТБ / Комаров Е.Ф. Учебное пособие радиотелемастера

вращается так, что рабочие части витков его обмотки пересе­ кают силовые линии магнитного поля, создаваемого обмот­ кой возбуждения статора. При этом величина магнитного потока, пронизывающего проводник обмотки ротора, из­ меняется и в обмотке возникает индуктированная э.д.с. Если построить график зависимости величины индуктиро­ ванного тока от угла поворота ротора, то получится кривая, изображенная на рис. 25. Путем подбора формы полюсных наконечников статора можно сделать так, что индуктирован­ ный ток будет иметь строго синусоидальную форму.

Рис. 25. Получение переменного тока синусоидальной формы

Вращение любого тела характеризуется так называемой

где а — угол, на который повернулось данное тело;

t — время, в течение которого происходило вращение. В некоторых случаях измерение углов производят при помощи угловых градусов, каждый из которых представ­ ляет собой 1/360 часть окружности. Но иногда, особенно в технике, измерение углов производится при помощи осо­

360 угловых градусов или 2к радиан, т. е. угол в один радиан приблизительно равен 57 угловым градусам.

50

Таким образом, если в последней формуле угол будет изме­ ряться в радианах, то угловая скорость будет измеряться в радиан!сек.

Из формулы (31) можно определить величину а:

а = соt.

Тогда на графике переменного тока (см. рис. 26) на гори­ зонтальной оси можно поставить не величину а, а произве­ дение соt. В дальнейшем этим обозначением стали пользо­ ваться всегда, хотя переменный ток и переменную э.д.с. синусоидальной формы получали уже в устройствах, где нет никакого вращения.

Предположим, что ротор сделал один полный оборот, что соответствует углу, равному 2я радиан. За один полный оборот ротора происходит один полный цикл изменения э.д.с. в проводе витка. Следовательно, одному полному обо­ роту ротора соответствует время, равное одному периоду Т, т. е. скорость вращения равна

повернулся ротор за единицу времени (за одну секунду).

величины (тока, напряжения или э.д.с.). Очевидно, зада­ ваясь конкретными значениями фазового угла u>t, можно полностью определить состояние, в котором находится про­ цесс изменения тока в данной цепи, а именно: какова вели­ чина тока, как он изменяется (уменьшается или увеличи­ вается) и в какую сторону он протекает.

Тогда фазой можно назвать величину, характеризующую состояние колебательного процесса в любой момент времени.

51

Более полно и точно представить понятие фазы можно, сравнивая несколько токов, протекающих в одной и той же цепи. Предположим, что в некотором проводнике про­

В таком случае можно сказать, что в цепи будет протекать некоторый суммарный ток, полученный алгебраическим сложением обоих токов. Рассмотрим несколько частных случаев, характеризующихся различным соотношением фаз данных токов.

ющий ток і будет протекать в направлении большего тока, а амплитуда его будет равна разности амплитуд данных токов (рис. 26, б). При равенстве амплитуд токов іг и і2 ре­ зультирующий ток і равен нулю.

3. Если фазы токов отличаются на 90° (рис. 26, в), го результирующий ток будет иметь новую фазу, а мгновен­ ное значение его в любой момент времени равно алгебраи­ ческой сумме токов іг и і2.

Когда в одной и той же цепи протекает несколько то­ ков с различными фазами, то говорят, что эти токи сдвинуты по фазе, причем этот сдвиг характеризуется так называемым у г л о м с д в и г а ф а з ср.

Рассмотрим случай, когда в проводнике протекают токи р а з л и ч н о й частоты, различной фазы и с различными ам­ плитудами (рис. 27, а). Ток имеет наибольшую амплитуду и частоту /і. Токи і2и г3 имеют меньшие амплитуды и частоты

62

Замкнем ключ В. Под воздействием э.д.с. внешнего источ­ ника, создающего на концах катушки напряжение uL, через

катушку начинает протекать ток і. Так как этот ток пере­ менный, то он создает на концах катушки э.д.с. самоиндук­ ции eL, которая противодействует изменению тока, как при

его увеличении, так и при уменьшении. В результате этого ток в катушке возникает с некоторым запозданием по фазе, причем угол сдвига фаз между током и напряжением для

моменты времени независимо от того, в какую сторону протекает ток и как он изменяется. Поэто­ му можно сказать, что катушка индуктивности оказывает про­ текающему через нее перемен­ ному току некоторое электричес­ кое сопротивление. Величина этого сопротивления будет тем больше, чем большим окажется «тормозящее» действие э.д.с. са­ моиндукции (чем больше сама э.д.с. самоиндукции). В свою очередь, величина э.д.с. самоин­ дукции зависит от индуктивнос­

ти катушки и скорости изменения тока в ней, т. е.

di ■L dt

Тогда можно сказать, что сопротивление катушки индук­ тивности X L переменному току будет прямо пропорциональ­ но индуктивности этой катушки и частоте данного тока (чем большее число раз в секунду изменяется ток в цепи, тем больше скорость его изменения):

где со — угловая частота тока;

L — индуктивность катушки; f — линейная частота тока.

54

При увеличении тока в катушке вокруг нее создается магнитное поле, в котором запасается электрическая энер­ гия.

При уменьшении тока катушка отдает запасенную энер­ гию обратно в цепь, поддерживая ток в этой цепи. Сопротив­ ление катушки индуктивности переменному току носит название р е а к т и в н о г о с о п р о т и в л е н и я . Этим названием подчеркивается, что катушка не расходует энер­ гию сети, а запасает ее и затем полностью возвращает обратно.

Таким образом, катушка индуктивности как элемент цепи переменного тока обладает следующими свойствами:

1. Фазы тока, протекающего по катушке, и напряжения, действующего на зажимах катушки, отличаются друг от друна на 90° ( т о к о т с т а е т от н а п р я ж е н и я ) .

ттрштА ггъ'гхтггчглл

протекать ток і и конденсатор заряжается, причем на его обкладках возникает напряжение ис . В первое мгновение

(і — 0) зарядный ток имеет максимальную величину, а напряжение ис равно нулю. Далее, по мере увеличения

напряжения на конденсаторе, зарядный ток уменьшается и становится равным нулю, в то время как напряжение увеличивается и наконец становится наибольшим, равным амплитудному. Следовательно, напряжение на обкладках

55

конденсатора следует с запозданием по фазе на 90° по от­ ношению к протекающему току (рис. 29,6).

Напряжение ис , действующее на обкладках конденса­ тора, имеет такую полярность, что всегда направлено про­ тив э.д.с. основного источника и препятствует изменению тока в цепи. Это равносильно тому, что конденсатор для данного переменного тока представляет собой некоторое сопротивление, величина которого будет тем больше, чем больше напряжение ис . Оно, в свою очередь, зависит от ем­

кости конденсатора и частоты данного тока. (Чем емкость больше, тем до меньшего напряжения зарядится конденса­ тор за данный отрезок времени и тем меньше сопротивление этого конденсатора. Чем выше частота тока, тем до меньшего напряжения успеет зарядиться конденсатор за данное время и тем меньше будет его сопротивление).

Тогда можно сказать, что сопротивление конденсатора обратно пропорционально его емкости и частоте тока:

При протекании тока через конденсатор он заряжается и в нем накапливается электрическая энергия в виде энергии электрического поля. В то время, когда ток в цепи умень­ шается, конденсатор разряжается и отдает накопленную энергию обратно. Следовательно, конденсатор также пред­ ставляет собой реактивное сопротивление переменному току.

Сравнивая между собой свойства катушки и конденсато­ ра, можно заметить, что эти свойства аналогичны и оба

^эти элемента электрических цепей можно

&__л I тивных сопротивлений.

тивности на процессы в этой цепи ничтожны (рис. 30). При включении ключа В через сопротивление будет про­

текать ток и на концах сопротивления появится падение напряжения. Так как нет никаких причин, создающих

56

запаздывание напряжения или тока, то фазы напряжения, действующего на концах сопротивления, и тока, протекаю­ щего через него, будут с о в п а д а т ь .

Величина сопротивления от частоты тока не зависит. В сопротивлении электрическая энергия всегда преобразу­ ется в тепловую энергию, рассеивается в окружающем про­ странстве и обратно в цепь не возвращается.

Всилу этого такое сопротивление часто называют а к-

ти в н ы м с о п р о т и в л е н и е м .

Сравним свойства активного и реактивного сопротив­ лений, для чего составим следующую табл. 1.

Таблица 1

А кти в н о е сопротивление Р еактивное сопротивление

Все законы, выведенные для цепи постоянного тока, оказываются справедливыми и для цепей переменного тока.

Б7

Однако при их использовании во все формулы подставля­ ются величины переменных э.д.с., перемейных напряжений и переменных токов, а также сопротивления для перемен­ ных токов. Одновременно с этимпри расчете таких цепей всегда нужно учитывать фазовые соотношения, т. е. те сдвиги фаз, которые имеются между токами и напряжения­ ми в данной цепи.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА

ПОНЯТИЕ О КОЭФФИЦИЕНТЕ ТРАНСФОРМАЦИИ

В электротехнике и радиотехнике часто возникает необ­ ходимость преобразовать переменное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины. В этих

и вторичной обмоток и в каждом отдельном витке согласно закону электромагнитной индукции наводит индуктиро­ ванную э.д.с. Так как витки каждой обмотки наматываются в одну сторону, то э.д.с., действующая на концах данной обмотки, будет равна с у м м е э.д.с. ее отдельных витков.

Если число витков вторичной обмотки ы>2 меньше числа витков первичной обмотки wx, то и напряжение на концах вторичной обмотки Ѵ2 будет меньше напряжения, действую­

68

щего на концах первичной обмотки Uv В этом случае тран­ сформатор п о н и ж а е т напряжение внешнего источника, и поэтому он называется п о н и ж а ю щ и м . Если число витков вторичной обмотки w2 больше числа витков пер­ вичной обмотки Wi, то напряж ение^ будет больше напря­ жения Uv В таком случае трансформатор п о в ы ш а е т напряжение, создаваемое внешним источником, и называ­ ется п о в ы ш а ю щ и м .

Разделив амплитуду напряжения на вторичной обмотке Ui на амплитуду напряжения, действующего на первичной обмотке Ui, получим величину, которая характеризует сте­ пень преобразования величины напряжения и называется к о э ф ф и ц и е н т о м т р а н с ф о р м а ц и и :

Так как магнитный поток является общим для обеих обмоток, то отношение напряжения на вторичной обмотке к напряжению на первичной обмотке можно заменить от­ ношением чисел витков этих обмоток:

При работе трансформатора на концах нагрузочного сопротивления RHдействует напряжение U2 и во вторичной обмотке протекает ток /2. Следовательно, во вторичной обмотке развивается некоторая мощность Р2. Эта мощность во вторичной обмотке существует за счет того, что электри­ ческая энергия, потребляемая первичной обмоткой из питаю­ щей сети, передается во вторичную обмотку. Если считать коэффициент полезного действия трансформатора близким к единице (—100%), то мощность, потребляемая первичной обмоткой из питающей сети, должна быть равна мощности, созданной во вторичной обмотке:

Р г = Р 2.

59