книги из ГПНТБ / Сафонов А.С. Специальная электротехника учеб. для воен.-мор. команд.-инженер. училищ

устройства угольного пластинчатого преобразователя. Он представляет собой цилиндрический столбик, набранный из тонких угольных дисков. Сопротивление столбика уменьшается при увеличении силы сжатия, а при умень­ шении, наоборот, увеличивается, так как при этом изме­ няется переходное сопротивление между дисками. Если такой преобразователь включить в одно из плеч измери­ тельного моста, то можно измерить, например, давление газов в каком-либо объеме, т. е. использовать в качестве манометра. Таким же образом, очевидно, можно изме­ рить силу сжатия (динамометры), деформации растяже­ ния (тензометры).

Достоинства угольных преобразователей — простота конструкции, компактность и малая стоимость; недоста­ ток— непостоянство чувствительности преобразователя.

Сущность метода проволочных преобразователей за­ ключается в изменении электрического сопротивления проводника от вызванного в нем механического напря­ жения. Это изменение сопротивления происходит как вследствие изменения геометрических размеров проволо­ ки, так и вследствие напряженного состояния металла проволоки, что приводит к изменению ее удельного со­ противления.

Проволочные преобразователи применяются для из­ мерения как давления, так и различных деформаций. Они представляют собой тонкую, обычно константановую проволоку диаметром 0,015—0,06 мм, конструктив­ но выполненную в виде петель (рис. 16.3, б), обклеенных с обеих сторон тонкой бумагой. К концам проволоки при­ паиваются два медных или латунных вывода, с помощью которых преобразователи включаются в мостовую схему. При измерении деформации петлевые преобразователи обычно наклеиваются на деталь изделия, деформация которого подлежит измерению. Простота конструкции и крепления петлевых проволочных преобразователей поз­ воляет измерить деформацию во многих точках какоголибо изделия, например летательного аппарата или кру­ тильных деформаций гребного вала корабля.

На рис. 16.3,s приведена схема одного из индуктив­ ных преобразователей. Он представляет собой электро­ магнит, якорь которого может перемещаться под влия­ нием измеряемого давления или другой механической величины. Перемещение якоря вызовет изменение воз-

340

душного зазора и, следовательно, индуктивности катуш­ ки электромагнита и ее полного сопротивления 2 = = г+]шЬ. Преобразователь, будучи включен в плечо мо­ ста, позволит определить величину измеряемого дав­ ления.

производится с помощью индукционных тахометров. Эти

вращения которой измеряется, напряжение на зажимах якоря пропорционально частоте вращения. Измерителем является вольтметр магнитоэлектрической системы, гра­ дуированный непосредственно в единицах частоты вра­ щения, чаще всего в оборотах в минуту.

В индукционных тахометрах переменного тока обыч­ но используется пропорциональность частоты тока ча­ стоте вращения f = prt/60, где р— число пар полюсов. Наибольшее распространение на кораблях получили ди­ станционные индукционные тахометры. На рис. 16.5 по­ казана принципиальная схема тахометра типа ТЭ. Он состоит из трехфазного генератора—датчика Д, соедини­ тельных проводов и измерителя Т, состоящего из син­ хронно-реактивного двигателя и механизма измерителя.

Ротор / датчика, представляющий колоколообразный постоянный магнит, механически связан с валом объек­ та измерения. При вращении ротор генерирует в обмот­ ках статора 2 токи с частотой, пропорциональной часто­ те вращения. Эти токи, проходя через фазные обмотки

341

статора 3 двигателя, создают в статоре вращающееся магнитное поле той же частоты и, следовательно, про­ порциональной измеряемой частоте вращения. Магнит­ ное поле увлекает за собой ротор 4, который выполнен из листов электротехнической стали. В пакете ротора заложены стержни, замкнутые накоротко, для асинхрон­ ного пуска синхронного двигателя.

S

Рис. 16.5. Устройство индукционного тахометра типа ТЭ

Механизм измерителя также построен на индукцион­ ном принципе. Синхронный двигатель вращает постоян­ ный четырехполюсный магнит 5. Поле этого магнита, пересекая медный колпачок 6, индуцирует в нем токи. Последние, взаимодействуя с полем магнита, создают вращающий момент, под действием которого колпачок стремится повернуться вокруг своей оси. Поворот кол­ пачка ограничивает противодействующий момент, соз­ даваемый спиральной пружинкой 7. Угол поворота кол­ пачка пропорционален измеряемой частоте вращения, поэтому шкала измерителя градуируется, как правило,

воборотах в минуту.

§16.5. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И СОЛЕНОСТИ ВОДЫ

Для измерения температуры энергетических устано­ вок, отходящих газов, пара, топлива, воды, масла в под­ шипниках, корпусов машин и т. д. широкое применение

342

на кораблях нашли контрольно-измерительные приборы. Эти приборы в большинстве своем основаны на исполь­ зовании термометров сопротивления и термоэлементов.

Устройство термометров сопротивления основано на свойстве сопротивления металлических проводников с увеличением температуры увеличиваться. На рис. 16.6 приведена принципиальная схема термометра сопротив­ ления. Резистор сопротивлением Ги помещаемый в зону измеряемых температур и являющийся датчиком, пред­ ставляет собой платиновую, никелевую или медную про-

Рис. 16.6. Схема термометра сопротивления

волоку, намотанную бифилярно на фарфоровую кварце­ вую трубку или слюдяную пластинку. Такой элемент по­ мещается в алюминиевую трубку и вставляется в за­ щитную арматуру. Датчик с помощью проводов соеди­ няется с измерительным прибором, который состоит из неуравновешенного моста с плечами ги г2, г3 и гальвано­ метра G магнитоэлектрической системы. Гальванометр обычно снабжается корректором, позволяющим устанав­ ливать его стрелку на нуль при данной температуре ок­ ружающей среды. В некоторых схемах вместо гальвано­ метра применяются логометры.

его увеличивается, благодаря чему мост выходит из рав­ новесия и стрелка гальванометра отклоняется. Шкала гальванометра двусторонняя и градуирована в градусах измеряемой температуры. Термометры сопротивления позволяют измерять температуру от —100 до +800° С.

Устройство термоэлектрических термометров, назы­ ваемых также пирометрами, основано на свойстве тер-

343

мопары развивать э. д. с. при разности температур ра­ бочих и свободных концов (рис. 16.7). По величине этой э. д. с. можно определить температуру среды, в которой находится термопара.

Термопара представляет собой два разнородных по материалу проводника J и 2, у которых одни концы А опаяны, а другие В — свободны. Если спаянные и сво­ бодные концы поместить в среды с разными температу­ рами, то на свободных концах появится разность потен­ циалов, называемая термоэлектродвижущей силой. Эта

Рис. 16.7. Схема термоэлектрического тер­ мометра

э. д. с. по величине пропорциональна разности темпера­ тур концов термопары t\—12 и зависит от материала обоих проводников. Величина э. д. с , а значит, и раз­ ность температур может быть измерена чувствительным измерительным прибором, например милливольтметром, шкала которого градуирована непосредственно в граду­ сах температуры. Термоэлектрические термометры поз­

правило, снабжаются автоматическим корректором тем­ пературы.

Для определения солености питательной воды ко­ тельных установок кораблей используются электрические соленомеры. Принцип их действия основан на изменении электропроводности воды, значительно изменяющейся от содержания в ней солей. С увеличением концентрации солей электрическое сопротивление воды уменьшается. По изменению сопротивления можно судить о степени солености воды. Измерение электропроводности произ-

344

РАЗДЕЛ ТРЕТИН

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

ГЛАВА СЕМНАДЦАТАЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

§ 17.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Электрическими машинами называются машины, пре­ образующие механическую энергию в электрическую и, наоборот, электрическую в механическую. Электрические машины, преобразующие механическую энергию в элек­ трическую, называются генераторами, а электрические машины, преобразующие электрическую энергию в ме­ ханическую, — электродвигателями. В зависимости от рода тока электрические машины делятся на машины постоянного тока и машины переменного тока.

Электрические машины постоянного тока в основном являются коллекторными машинами. Такие машины из­ готовляются в широком диапазоне мощностей. По мощ­ ности они могут быть условно разделены на следующие

и более.

История развития машин постоянного тока тесно свя­ зана с именами выдающихся русских ученых Э. X. Лен­

ских машин. Якоби в 1834 г. построил первый в мире электродвигатель постоянного тока. Столетов исследо-

346

вал магнитные свойства ферромагнитных материалов, создав основу расчета магнитных цепей электрических машин. Лачинов разработал оригинальные конструкции электрических машин постоянного тока.

§ 17.2. ПРИНЦИП РАБОТЫ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

В основе работы машин постоянного тока лежат за­ кон электромагнитной индукции и закон взаимодействия

Рис. 17.1. Схемы работы машин постоянного тока:

а — генератора; 6 — двигателя

проводника с током и магнитного поля. На рис. 17.1 при­ ведены принципиальные схемы работы машины постоян­ ного тока в режиме генератора и режиме электродви­ гателя. Машина изображена в простейшем виде и пред­ ставляет собой виток, вращающийся с постоянной угло­ вой скоростью в равномерном магнитном поле между двумя полюсами. Концы витка присоединены к двум мед­ ным полукольцам, насаженным на вал и изолированным друг от друга. На полукольца наложены неподвижные щетки, соединяющие виток с внешней цепью. Виток обычно укладывается на поверхности стального цилин­ дра, такое устройство получило название якоря.

347

Если якорь машины с помощью внешней силы, на­

направление которой определяется по правилу правой руки. Мгновенное значение этой э. д. с. определяется по

Под влиянием этой э. д. с. в замкнутой цепи потечет ток. Последний будет взаимодействовать с магнитным

взаимодействия тока и магнитного поля возникает элек­ тромагнитная пара сил, направление которой опреде­ ляется по правилу левой руки, а величина ее по формуле

Под влиянием этой пары сил виток придет в движе­ ние. В результате виток будет пересекать магнитное поле и в нем возникнет э. д. с. е, которая согласно закону Ленца будет препятствовать причине своего возникнове­ ния. Получим режим электродвигателя, так как при этом электрическая энергия источника питания преобра­ зуется в механическую энергию.

Таким образом, в обоих режимах имеют место э. д. с. и электромагнитные силы. В режиме генератора э. д. с.

348

э. д. с. — противоэлектродвижущей силой, так как она направлена против тока и должна быть уравновешена напряжением источника питания. Следовательно, в обо­ их режимах наблюдаются как явление электромагнитной индукции, так и электромагнитные силы. Другими сло­ вами, электрическая машина обратима, т. е. она мо­ жет работать как генератором так и электродви­ гателем.

Уравнение обратимости электрической машины или, иначе, уравнение взаимного преобразования механиче­ ской и электрической энергий можно

получить из сопоставления уравне­ ний (17.1) и (17.2). Действительно, если обе части первого уравнения умножить на /, а второго на v, то ei = Blvl и fv = Blvi. Сравнивая эти

выражения, найдем

гий. Левая часть уравнения характеризует электрическую энергию, а правая — механическую. Потери, имеющиеся в машине, этим уравнением не учитываются.

двигателя во внешней цепи течет также постоянный ток, а в витке — ток, переменный по направлению. Выпрям­ ление переменного тока в постоянный на зажимах внеш­

ляются автоматически с помощью коллектора. Рассмотрим принцип действия коллектора машины в

обоих режимах ее работы (рис. 17.3). На схемах обозна­ чены: а и б — коллекторные пластины; 1 и 2 — провод­ ники; Л и В — щетки, установленные на так называемой нейтральной линии, т. е. линии, проходящей посредине между полюсами. Значение э. д. с. витка на нейтраль­ ной линии всегда равно нулю.

349