А.Н. Матвеев - Электричество и магнетизм (1115536), страница 80
Текст из файла (страница 80)
между вращающимся магнитным полем и диском существует «проскальзываниея. Чем оно меньше, тем меньше момент сил, действуюших на диск. Поэтому при увеличении нагрузки на ось диска увеличивается «проскальзываниея. При неизмегияой скорости вращения магнитного поля и его индукции это означает уменьшение скорости вращения диска. Этот механизм приведения лиска во вращение составляет принципиальную основу работы асинхронных двигателей.
Однако для того, чтобы двш.атель мог именоваться электродвигателем, необходимо обеспечить врашение магнитного поля без механического привода. Для этого используются электромагниты, питаемые переменным током, Создание врашающегося магнитного поля. Два электромагнита, создаюгпих взаимно перпендикулярные магнитные поля (рис. 200), питаются переменным током с разностью фаз л/2.
Па схеме (рнс. 200) это в достаточной степени достигается введением в цепь электромагнитов индуктивности 1. и сопротивления Я. В резудьтате этого в пространстве между полюсами электромагнитов создаются два переменных магнитных поли, индукпии которых изменяготся по гармоническому закону с разностью фаз, близкой к л!2. Сумма ни ~унций В, и Вз этих полей является вектором В, который вращается вокруг точки 0 (рис.
201). 9 49. Работа н мощность переменного тока 353 12 А. Н. Мюееев Если в пространстве между магнитами (рис. 200) поместить массивный проводник, например цилиндр с осью вращения, перпендикулярной плоскости рисунка, то во вращающемся поле он будет приведен во вращение в направлении вращения поля. Происходящие при этом физические процессы аналогичны тем, которые осуществляются при создании поля вращающимися постоянными магнитами.
Вместо сплошного цилиндра употребляется короткозамкнутый ротор (рис. 202). Вращающееся магнитное поле гораздо удобнее создавать с помощью трехфазного тока, поскольку в этом случае не требуется искусственна создавать разность фаз между силами люков, питающих различные электролзагггиты (см. 5 52). Ясно, что скорость вращения асинхронного двигателя может изменяться непрерывно и ни в каком кратном соотношении с частотой питающего тока не находится, поэтому двигатель и называется асинхронным, а возможность непрерывного изменения скорости вращения составляет одно из его очень существенных преимуществ.
Сила тока в обмотках электромагнита зависит от «проскальзыванием чем оно больше, тем больше сила тока. Поэтому в момент запуска, когда проскальзывание максимально, через обмотки двигателя проходит очень большой ток, который может их повредить. Для избежания этого в цепь питания вводится переменный реостат, который в момент включения устанавливается на достаточно большое сопротивление. По мере увеличения частоты вращения двигателя сопротивление реостата уменьшают. Так же как и в случае синхронных двигателей, техническое осуществление асинхронных двигателей характеризустся большим разнообразием и не является простой задачей. Однако даже в самых сложных конструкциях основополагающие принципы остаются неизменными.
199 Схема возпяхловеляя вряпмгельпогомамелтя в вснпхроввом лввгегеле звю Схема усгявавхл для созлялля вретвющегася мвгляглого поля Ьаз Сложение двух взввмпо перпеп- двяулярямх гармонических коле- бялзгй с разностью фяз я/2 звг Коропсазвмхлугма хворь ясялхроллога двягягеля 354 8. Электромагнитная инлукиия и квазнстацнонарнме переменные токи Асинхронные двигатели могут работать не только при вращающемся магнитном поле, но и при пульсирующем.
Это очевидно, если принять во внимание, что пульсирующее поле эквивалентно двум полям, вращающимся в противоположных направлениях. Одно из полей обеспечивает вращение ротора асинхронного двигателя, а вращающееся в противоположном направлении поле в среднем никакого действия на вращение ротора не оказывает. Согласование нагрузки с генератором.
Генератор переменного тока, создающий электродвижущую силу, сам обладает определенным внутренним сопротивлением, емкостью и индуктивностью, т. е. обладает определенным нмпедансом: У,=Я,+ (Хо (49.27) где )1, — активное сопротивление; Х, — реактивное сопротивление, являющееся разностью индуктивного и емкостного сопротивлений. Нагрузка, на которую работает генератор, также характеризуется импедансом; (49.31) (49.33) Л„= Я„+ (Х„, (49.28) причем мощность выделяется лишь на активном сопротивлении К„.
В цепи генератор и нагрузка стоят последовательно. (7, — электро- движущая сила генератора. Мощность, развиваемая на нагрузке И в соответствии с формулой (49.16) равна Рн /г~о) н (49.29) где )ог — квадрат амплитуды силы тока, протекающего через нагрузку. На основании (48,19б) имеем ( )г 1(7.!' 1(7.!' (49.30) ~ г„+ г„!г — ~я, + )( )г + (Х„+ Х„)' С помощью (49.30) запишем формулу (49.29) в виде ~(7 ~г к 2 (Я,+)(„)г+(Х,+Хк)г' Выясним, при каких условиях эта мощность максимальна.
Реактивные сопротивления Х„и Х„могут принимать как положительные, так и отрицательные значения. Ясно, что для достижения максимальности (49.31) необходимо выполнение условия Х,+Х„=О. (49.32) Оно означает, что коэффициент мощности должен иметь максимальное значение (сок ер =!). При соблюдении условия (49.32) выражение (49.31) принимает вид ~(7 ~г я 2 (Я +К„)г' 5 49. Работа и мощность переменного тока 355 Моцность изменяется с изменением активного сопротивления нагрузки и достигает максимума при условии сдр„(д)к„ = О, т.е. когда К„= К,.
(49.34) При соблюдении ущювий (49.32) и (49.34) генератор отдает нагрузке миксилкальную моирсость. В этолк случие говорят, что нагрузка полноскпью согласовини с генератором. С учетом (49.34) максимальная мощность, выделяемая на нагрузке генератора, равна ~~с! ) (~О) к макс 2 4я 4я (49.35) где ((/вз) — средний квадрат амплитуды напряжения генератора. Вопросы согласования нагрузки с генератором имеют большое значение во всех случаях, котла требуется передать на нагрузку максимальную мощность. Например, входное сопротивление приемника желательно согласовать с сопротивлением антенны (генератор) и линии передачи (см.
9 54). '$'оки Фуко. Индукционные токи, возникающие в массивных проводниках в переменном магнитном поле, называются токами Фуко. Иногда они играют полезную роль, а иногда вредную. Токи Фуко играют полезную роль в роторе асинхронного двигателя, приводимого я движение вращающимся магнитным полем, поскольку само осуществление принципа работы асинхронного двигателя требует возникновения токов Фуко. Являясь токами проводимости, токи Фуко рассеивают часть энергии на выделение джоулевой теплоты. Эта потеря энергии в роторе асинхронного двигателя является бесполезной, но с ней приходится мириться, избегая лишь чрезмерного перегревания ротора.
Но одновременно с этим в сердечниках электромагнитов асинхронного двигателя, выполненных обычно из ферромагнетиков, являющихся проводниками, также возникают токи Фуко, которые не имеют никакого значения для принципа работы электромагнитов, но нагревают эти сердечники, ухудшая тем самым их характеристики, С ними необходимо бороться, как с вредным фактором.
Борьба заключается в том, что сердечники изготовляют из тонких пластин, отделенных одна от другой слоями изолятора, причем их устанавливают так, ччобы токи Фуко были направлены поперек пластин. Благодаря этому при достаточно малой толщине пластин токи Фуко не могут развиваться и имеют незначительную объемную плотность. Джоулева теплота, выделяемая токами Фуко, полезно используется в процессах разогрева или даже плавки металлов, когда это оказывается более выгодным или целесообразным по сравнению с другими методами разогрева. Если производить разогрев металла токами очень высокой частоты, то в результате скин-эффекта (см. 9 53) раскаляется только поверхностный слой проводника. гйс 356 8. Электромагнитная ннлукиня н квазншацнонарные переменные токи 8 50.
Резонансы в цепи переменного тока Рассматриваются резонансы в цепи переменного тока и свойства колебательного контура. (50.2) Резонанс напряжений. Рассмотрим цепь, в которую последовательно с генератором включены Я, Ь, С (см. рис. 192), и определим зависимость амплитудного значения тока силы 1в н разность фаз»р между током и внешним напряжениел» от частоты. На основании (48.18) и (48.20) имеем: Ь»в 1в— (50.1) (~й +ГЬ. 1(.С)1а' и»Ь — 1,»(и»С) 18'р = Я Графики зависимостей 1а(»в) и»р(»в) изображены па рис.
203 н 204, Сила тока 1а достигает максимума при частоте »ео = Цг»ЬС, (%.3) которая называется резонансной час»отой контура. При этом амплитуда силы тока равна Ь»в,»Я, а разность фаз ц» = О, т. е. получается, что в цепи как бы нет нн емкости, ни индуктивностн, Иначе говоря, при этой частоте напряжения на емкости н индуктивности полностью взаимно компенсируются, будучи равными по значению (по фазе они противоположны всегда). Поэтому этот резонанс называют также резонансом напряжений. Векторная схема резонанса напряжений изображена на рнс. Ю5. При резонансе (ю = »ов) контур велет себя как чисто активное сопротивление. Если через контур пропускается ток постоянной частоты го, то при изменении, например, индуктнвностн 1; также имеет резонансный характер изменения.
Максимальное значение 1в достигается при Ь= 1/(е»аС) (см. (50.1) н (50.3)1. Если в цепь включена лампа накаливания, то ее яркость прн приближении к резонансу увеличивается, достигает в резонансе максимума, а затем уменьшается. Резонанс токов. Рассмотрим цепь, изображенную на рис.
206. Очевидно, что сила тока, текущего в цепи, равна 1 л»»г )( — ю»Ь 1=1„+1г — — Ь» . +1е»С) = Ь»~ а а а +иеС 1,В+1е»Ь ) 1,Г» +в»»Ь = Ь» — » — — — (глЬ вЂ” юС(Я'+ е»'Ь')3. иа 1 212 )(2+ »12 (50.4) Следовательно, при условии и»С(иа +»е»Ь») 0 (50.5) цепь ведет себя как чисто омнческое сопротивление. Сдвиг фаз между й 50. Резонансы и пепи переменного тока 357 внешним напряжением и силой тока равен нулю. Разделив все члены уравнения (50.э1 на оза( С, запишем его в виде 1 Нз — оИ. = — —. озС оз(. В большинстве практически важных случаев соблюлается условие со1.
~ Я и поэтому решение уравнений (50.6) и (50,5) может быть представлено в виде азо яя 1/(ггу С. (50.7) При этой резонансной частоте импеданс между точками А и 17 достигает максимума, а сила тока 1п в цепи — минимума. Однако силы тока 1» и 1с при этом не являются минимальными.
Векторная диаграмма сил токов в контуре между точками А и 0 приведена на рис. 207. При приближении к условиям резонанса диаграмма токов принимает вид, показанный на рис. 208. Таким образом, внутри контура, ограниченного точкамн А и 17, циркулируют очень большие токи по сравнению с токами, которые подводятся к этому контуру. Заряд внутри контура, ограниченного точками А, Р,протекает от емкости к индукгивности и наоборот, т. е. в этом контуре происходит колебание силы тока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
