А.Н. Матвеев - Электричество и магнетизм (1115536), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Если в цепь включить реактивную нагрузку, например индуктивность, то сов ср станет меньше единицы и для обеспечения передачи прежней мощности необходимо соответственно увеличить 1, (7,~„т. е. к потребителю энергии по линии передачи подводить больший ток. Это приводит к увеличению потерь энергии на джоулеву теплоту в линии передачи. Поэтому всегда сснрвмяснся распределить нагрузки свах, чиитбы было ф - О, т. е. сов ср - 1. Рассмотрим, например, линию передачи для питания лампы накаливания (рис.
19б)„когда в цепи последовательно с лампой имеется большая индуктивность и переменная емкость. Пусть в начальный момент емкостное сопротивление равно нулю (С = со). В этом случае при достаточно больших 2ло по сравнению с сопротивлением Я лампы угол ф достигает значений, близких к я72, и соз ф очень мал. Поэтому, если даже абсолютное значение (7,4 в цепи достаточно велико, на лампе выделяется очень малая мощность и лампа горит очень тускло или даже совсем не светится. При уменьшении емкости С коэффициент мощности возрастает (угол ф уменьшается, приближаясь к нулю) и накал лампы постепенно увеличивается. Эффективное напряжение на клеммах генератора остается неизменным, мощность, передаваемая генератором в линию, возрастает. Таким образом, увеличение коэффициента мощности введением реактивных, не потребляющих мощности или, как говорят, безваттных. нагрузок в цепи позволяет улучшить эффективность работы линии передачи.
"-рлектродвигатели. Одним из важнейших применений электрического тока является преобразование передаваемой им энергии в механическую работу, осуществляемую электродвшателями. Их работа основана на использовании силы Ампера, которая действует на проводник с током в магнитном поле. Первый электродвигатель, положивший начало применению электричества для производства работы, был сконструирован в 1839 г.
Б. С. Якоби (1801 — 1874). Для вьиснения принципиальной стороны дела рассмотрим простейший электродвигатель постоянного тока (рис. 197). Источник постояшюй электродвижущей силы (Уо включен в цепь АСОРА. Прямолинейный проводник (ЭС может скользить вдоль проводников Рб и АК. Он нахолится в однородном магнитном поле, индукция которого направлена вверх от плоскости чертежа. Когда по этому проводнику течет ток, то на него действует сила Лоренца Р = П)1.
Под ее действием проводник движется и совершает механическую работу, т. е. осуществляет функцию электродвигателя. Рассмотрим баланс энергий, При перемещении проводника на т(х совершается работа г(4 = Рдх = 1!Вд.х (49.21) н, сле.Ювательно, мопГность равна Р„= х)А!г)г = 1В(р, (49.22) где о = г(х/г(г — скорость проводника. С другой стороны, при движении проводника в контуре возникает электродвижущая сила индукции — г(Ф )Вг(х' Узы .. — (Во х(г г(г 19б Повышение коэффяняснга Мо~ц костя (49.23) направленная против сторонней электродвижущей силы.
которая генерирует токи и совергпаег работу по преодолению действии силы (49,23). Затрачиваемая при этом источником сторонних э. д. с, мощносгь равна 1э Ях э1 )В 1 (49.24а) Сравнение (49.24) и (4922) показывает, что вгл развиваемая эяектрндвигвтеяем мощность ооегнечивоется ипночником сторонних э. д, с.
Кроме полезной мощности (49.22) источпяком сторонних э. д. с, развивается мощносткк расходуемая на выделение лжоулевой теплоты в омическом сопротивлении проволов, по которым течет ток, и внутреннем сопротивлении источника. Обозначив  — суммарное омическое сопротивление проводов и внутреннее сопротивление источника, получим следующий баланс напряжений для замкнутого контура (первое правило Кирхгофа): 797 Схема работы простейшего элскгроавягатсяя 1К = (7о + сэащ = (Iо — !Во. (49.246) Умножим обе части этого равенства на 1: 1 и = (Го1 1(Во = (уо1 (49.25) где использовано выражение (49.22). Окончательно формулу (49.25) целесообразно записать в виде Рн — — 1(Уо = 1~Я + Рм Сыма работы сянхрояншо нвя глгсая (49.2б) ф учгпояенная мощность, разяпеаепая закан но няНуятяенасэяя п еакастяя, знакаперепеппа, а па сапротяянепяп — папашятепьпа. т.
е. мощность, развиваемая источником сторонней э. д, с., расходуется на вылелсние джоулевой теплоты с мощностью 1зЯ и работу электродвигателя с мощностью Р 350 И. Электромагнитная кнлукиня н квазнстаинонарныс нсрсмснныс ~окн 5 49 Рабша и мощность персиепашо гога 351 Для переменного тока расчет баланса энергий несколько сложнее, но физическая суть явлений остается без изменения. ~ипхрошпяе двигатели Для обеспечения непрерывносзи работы двигателя необходимо создать некоторый периодический режим. Наиболее простой является схема, изображенная на рис. 197, в которой индукция изменяется периодически со временем.
После того как проводник СР перемесгится на некоторое расстояние вправо и совершит определенную работу, направление индукции изменяется на обратное. При одном и зом же направлении тока н сила г изменит свое направление на обратное. После этого проводник замедляется и начинает двн~азься влево, снова совершая работу, и т. д. В результате получается элекз родвигатель, рабочая часть которого (проводвик СР) движется синхронно с изменяющимся внешним магнитным полем Такой двигатель называется синхронным. В указанной схеме можно, конечно, индукцию поля оставить постоянной, а периодически изменять направление тока в движущемся контуре. При этом движение проводника будет происходить синхронно с изменениями тока в нем, Такой двигатель тоже является синхронным.
Можно гакже одновременно изменять соозвегствующим образом н индукцию и силу тока в проводнике, осуществляя при этом синхронно с ними соответствующее движение проводника СР. Используемые в технике синхронные двигатели в принципиальном отношении работают так же, как схематический двигатель. При этом в технике используются все три возможности осуществления синхронного двигателя. Однако фактическая реализация этих принципиально простых схем осуществляется довольно сложными конструкциями, Как правило, при этом используется вращательное движение.
Простейшая схема работы синхронного двигателя с вращательным лвнжением изображена на рис 198. В постоянном магнитном поле находится рамка, по которой течет переменный ток. Силы Лоренца, действующие на проводники рамки„перпендикулярные индукции магнитного поля, создают вращательный момент, под действием которого рамка вращается. Чтобы этот ьгомен~ действовал все время в одном направлении, частота вращения рамки должна быть равна частоте текущего по ее проводам переменного тока, т. е, должно соблюдаться условие синхронизма. Можно осуществить также такие схемы двигателей, когда частота вращения рамки будет в целое число раз меньше частозы питающего электродвигатель переменного тока. Основными недостатками синхронных двигателей являются трудность запуска, в процессе которого частота вращения рамки становится синхронной с частотой переменного тока, и возможность потери синхронизма прн резком изменении нагрузки.
В технике разработаны способы достаточно эффективного преололения этих недостатков. Асинхронные двигатели. Изменяющееся магнитное поле по закону электромагнитной индукции Фарадея создает электрическое поле 1см. (4б.5Й. Если такое вихревое поле существует в проводнике, то 352 8. Электромагнитная ннлукция я кяазистациоцяряые переменные токи возникают соответствующие электрические токи, плотность которых в каждой точке проводника определяется законом Ома ((=ТЕ). Эти токи взаимодействуют с магнитным полем.
Следовательно, переменное мазнитное поле не только создает в проводнике токи, но и действует на него с соответствующими силами. Представим себе, что переменное магнитное поле создается магнитами А и С, которые закреплены на оси и могут вращаться вокруг нее под действием внешнего момента сил (рис, 199). Диск Р из сплошного проводника также закреплен на оси и может вокруг нее вращаться, При движении магнитов в кюкдой точке диска Р существует переменное магнитное поле и возникает соответствующая плотность тока, на который со стороны магнитного поля действует сила Ампера. Таким образом, на диск Р со стороны вращающихся магнитов действуют определенные силы.
Вычислим ршультируюшее действие этих сил. По закону Ленца, токи, возникающие в проводнике вследствие электромагнитной индукции Фарадея, стремятся уменьшить действие факторов, которые их вызывают. В данном случае фактором, вызывающим индукционные токи в диске Р, является относительное движение магнита и диска. Следовательно, силы, действующие на диск, должны стремиться уменьшить скорость относительного движения магнита н диска. Это означает, что к диску приложен момент сил, стремяшийся его вращать в том же направлении, в каком врац(аются магниты. Поэтому диск приходит во врашение в направлении движения магнитов, как бы увлекается вращающимся полем магнитов, Момент сил существует лишь тогда, когда угловая скорость вращения магнитов отличается от угловой скорости врашения диска, т, е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
