Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей (4-е изд., 1975) (1152146), страница 21
Текст из файла (страница 21)
В своем докладе в Парижской академии наук (1881 г.) он провозгласил тезис, установленный почти за год до этого д. А. Лачиновым, а именно: повышая напряжение, можно передавать электрическую энергию при любой мощности на большое расстояние с минимальными потерями (2-63). В следующем, 1882 г., Депре осуществил на постоянном токе передачу энергии при мощности в 2 л. с. на расстояние 57 км (при напря- 150Ъ.-2»»0-Вь 105 Главе третья ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ЦЕПЯХ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА 3-1.
Переменные токи Широкое применение переменного тока в электротехнике началось со времени решения задачи централизованного производства электрической энергии и ее передачи на значительные расстояния. Передача и распределение энергии требуют по экономическим соображениям и по условиям безопасности применения различных напряжений: высокого — для передачи энергии и сравнительно низкого — для ее распределения потребителям. Преобразование напряжения переменного тока возможно прн помощи относительно простого аппарата — трансформатора, который в 1876 г.
изобрел П. Н. Яблочков. В 1889 г. М. О. Доливо- Добровольский изобрел трехфазный асинхронный двигатель и разработал все звенья передачи и распределения энергии трехфазным током (см. гл. 10). После этого переменный ток получил прсимущссгвенное распространение. Познакомимся с основными понятиями, относящимися к переменным токам. П е р е м е н н ы м то к о м называют ток, изменяющийся во времени. Значение тока в любой данный момент времени называют м г н о в е н н ьгм то ко м 1. Для одного из двухвозможных направлений тока через поперечное сечение проводника мгновенный ток 1 считают положительным, а для противоположного направления — отрицательным.
Направление тока, для которого его мгновенные значения положительны, называют п о л о ж и т е л ь н ы м н а п р а в л е н и е м т о к а. Ток определен, если известна зависимость мгновенного тока от времени 1 = Р (() и указано его положительное направление. Токи, мгновенные значения которых повторяются через равные промежутки времени в той же самой последователыюсти, называют п е р и о д и ч е с к и м и, а наименьший промежуток времени, через который эти повторения наблюдаются, — п е р и о д о м Т.
Для периодического тока (=г" (1)=г (1+Т). На рис. 3-1 показуя участок Л8 электрической цепи и даи пример зависимости 1 = Ь' (Г) для периодического тока. Стрелка на схеме указывает положительное направление тока. Пунктирными стрелками показаны действительные направления тока в моменты времени, когда 1) 0 и когда 1 < О. Отрезки кривой между точками а и Ь или 0 и с охватывают один полный цикл изменения тока за один период.
Величина, обратная периоду, называется ч а с т о т о й = 1(Т. Частота измеряется в г е р ц а х. Частота периодического тока равнн 1 Гп;есчи-пермод раветт-~=.(-Га:= — -~~2 1Об Постоянный ток можно рассматривать как частный случай периодического тока, период изменения которого бесконечно велик, т. е. частота равна нулю. Термин переменный ток часто употребляют в узком смысле, применяя его для такого периодического тока, у которого постоянная составляющая равна нулю, т. е.
Г ~ 1И=О. о Диапазон частот переменных токов, применяемых в электротехнике, весьма широк — от десятков до миллиардов герц.В электроэнергетике в СССР и в Европе принята стандартная частота 50 Гц, в СШЛ 60 Гц. В различных областях промышленного применения переменных токов встречаются частоты от 1О до 2,5 10' Гц.
В радиотехнике и электронике применяются ча- а Ь стоты до 3 1О" Гц. Все определения, введенные Ф выше для токов, и те новые оп- ! ! ределения, которые будут ввс- л в~а в л в ~ ! дены в дальнейшем, применимы Ф-С 3-я ~Фч:::3-т1 ФС:Л-Ф ~ и для напряжений и, э.д. с.
е ' "' ~ ~ ' 1 магнитных потоков, а также Т любых других электрических и магнигных величин, изменяю- Рис, 3-!. шихся во времени. Некоторые пояснения требуются лишь в отношении знака переменных напряжений н э. д. с. У переменного напряжения и между двумя точками А и В, определяемого по заданному пути 1, знак периодически изменяется. При этом, если в данный момент времени напряжение между А и В, определяемое в направлении от А к В, т.
е. изв, положительно, то в тот же момент времени напряжение ива, определяемое в обратном направлении от В к А, — отрицательно. Поэтому для однозначного суждения о напряжении необходимо указать направление пути, которое принято для его определения. Это направление назовем положительным направлением напряжения и будем отмечать либо стрелкой на схеме, либо порядком индексов у буквы и. Аналогично вводится понятие о положительном направлении для э. д. с.
В электроэнергетике применяются простые г а р м о н и ч е ские или синусоидальные токи, т,е.токи, являющиеся синусоидальными функциями времени. Объясняется это тем, что при несииусоидальных токах могут возникнуть нежелательньйе ' пвленйя,'ьак-то: увеличение потерь энсртии, появление на отдельных 107 участках цепи значительных напряжений и возникновение мешающих влияний на работу электросвязи. Для передачи информации (связь, радиовещание, телемеханика) также широко применяются синусоидальные токи. Передаваемая информация (сигнал) изменяет амплитуду, частоту или фазу тока.
Периодические несинусоидальные токи могут рассматриваться как совокупность синусоидальных токов различных частот. Все это обусловливает первоочередную необходимость основательного изучения цепей синусоидального тока. 3-2. Понятие о генераторах переменного тока Познакомимся с устройством генераторов переменного тока, применяемых в электроэнергетике.
Генератор состоит нз неподвижной части — статора и подвижной части — ротора. Обычно иа роторе располагаются электромагниты (рис. 3-2). Их обмотка, называемая обмоткой возбуждения, питается через кольца и щетки от источника постоянного тока. В пазах статора, собранного из стальных листов, — находятся проводники обмотки ста+ тора. Они соединены друг с другом последовательно поочередно с пе- Б М / редней и с задней сторон статора (эти соединения показаны на рнс.
3-2 соответственно сплошными и пунктирными линиями). Рисунок 3-2 дает лишь схемати- ческое представление об устройстве Рис. Зси генератора. В действительности на статоре имеются еще две аналогичные обмотки (см. э 10-1) и каждая из трех обмоток располагается в большем числе пазов, чем это показано на рисунке. При вращении ротора изменяется магнитный поток, сцепленный с обмоткой статора, и в ней наводится э. д. с. Генераторы конструируют таким образом, чтобы э.
д. с, была близка к синусоидальной. За один оборот ротора происходит р полных циклов изменения э. д, с., где р — число пар полюсов, Если частота вращения ротора равна и оборотов в минуту, то получается ри периодов в минуту, следовательно, частота э. д. с. 1 = рпг60. При частоте г =- 50 Гц ротор генератора с одной парой полюсов должен вращаться с частотой 3000 об!мин, а с двумя парами полю.
сов 1500 об)мин. Для обеспечения механической прочности ротора при таких большях частотах вращения его выполняют без выступа. -кяиих полюсов Еще.существеннее отличаются по конструкции высокочастотные машинные генераторы. Они изготовляются для часго| 108 3-3. Сииусоидвльиый ток Мгновенное значение синусоидального тока определяется выражением 1= 1„, з(п ( — 1+ ф), (3-1) и т у л а тока. Аргу- Угол ф равен фазе где 1„— максимальное значение или а м п л вп мент синуса --1+ф называется ф а з о й. в начальный момент времени (1 = 0) и начальной фазой.
Фаза с течением растет. После ее увеличения на 2п весь цикл изменения тока повторяется. Поэтому, когда говорят о фазе для какого-либо момента времени, обычно отбрасывают целое число 2л так, чтобы значение фазы находилось в пределах-~-и или в пределах от 0 до 2п. В течение периода Т фаза увеличивается на 2п. Величина 2п!Т измеряет скорость изменения фазы и обозначается буквой <о. Принимая во внимание, что 1 = 1!Т, можно напи- сатгп поэтому называется времени непрерывно в=2и(Т=2ч~. (3-2) рис. З-з, Это выражение, связывающее со и 1, послужило основанием называть а у г и о в о й ч а с т о т о й.
Измеряется со числом Радианов, на которое увеличивается фаза в секунду. Так, например, при 1 — 50 Гц имеем и — 314 рад1с. Вводя в (3-1) обозначение а зля угловой частоты, получаем: 1=1„, з1п (оМ+ф). На рис. З-З дан график синусоидальных токов одинаковой частоты, но с различными амплитуламн и начальными фазами: 1г=-1 ~з(п (о>1+ф,); 1,=1 .,зш(о>1+фа).
По оси абсцисс отложены время 1 и пропорциональная времени вел " '1 109 от 800 до 8000 1'и и применяются нарялу с ламповыми генераторами в электротермических установках. Переменные токи еще более высоких частот получают исключительно от электронных генераторов (генераторов с электронными лампами, полупроводниковыми приборами и др.). Начальный фазный угол отсчитывается всегда от момента, соответствующего началу синусоиды (нулевое значение синусоидальной величины при переходе ее от отрицательных к положительным значениям), до момента начала отсчета времени ( = О (начало координат).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
