yavor2 (553175), страница 10
Текст из файла (страница 10)
$54.11. Вращающееся магнитное поле 1. Пусть статор двигателя несет на себе четыре катушки, соеднненные попарно последовательно, так что нчеются две обмотка АХ н В)" (рнс. 54.9). Прн протека- ннн тока по обмотке АХ возникнет магннтное А поле, вектор индукции которого направлен, какэто показано на рисунке; прн нзмененнн направления тока нзменнтся н направление вектора индукции магнитного поля. Таким образом, если по обмотке АХ нлн ВУ течет переменный ток, то вектор индукции магнитного поля внутри статора будет совершать гармонические колебания с частотой тока.
2. Если включить параллельно обе обмоткн, то вектор нндугщнн станет совершать гармоннческне колебания вдоль биссектрисы угла между направленнямн АХ н В)г. Однако совершенно иной результат получится, если в одной нэ обмоток изменить фазу тока, например, последовательно одной обмотке включив конденсатор, что вызовет сдвиг фаз гр= к/2. Рнс. 54.9.
Теперь уже нндукцня поля в обеих обмотках меняется не одновременно, а с запаздываннем по времени на четверть пернода. В результате этого вектор индукции за четверть периода поворачивается на 90', а за пернод совершает полный оборот. Итак, если на статоре нмеются две обмотки, по которым протекает переменный чок, но со сдвигом фаз <р= н!2 в одной обмотке относительно другой, то внутрн с атора образуется вращающееся лагниглног иоле.
В 54.12. Синхронный н асинхронный двигатели 1. Как и всякая электрическая машина, синхронный генератор обратны: он может работать не только как генератор, преобразовывая механическую энергию в электрическую, но и как двигатель, т. е. преобразовывая энергию переменного электрического тека в механическую энергию. Принцип работы синхронной машины в режиме двигателя можно понять, если вспомнить, что на магнитный диполь, помещенный в магнитное поле, действует вращающий момент ($ 41.10). Ротор синхронной машины можно рассматривать как гигантский магнитный диполь. Если между его магнитным моментом и векторол1 индукции поли имеется угол О, то на ротор действует вращающий момент М = рмВ з1п В (41.
17). В ращающееся магнитное поле увлекает ротор, который вращается синхронно с магнитным полем. Однако для этого необходимо предварительно раскрутить ротор до скорости вращения поля (условие сиихронизма), 2. Если поместить во вращающееся магнитное поле короткозамкнутую меди> ю или алюминиевую рамку, то она придет во вращение по направлению вращения поля. Явлеиие это обьясняется следующим образом.
Пусть угловая скорость вращения рамки ыр несколько меньше скорости вращения поля ы (асинхронное вращение). В этом случае имеется скольжение рамки относительно паля; величина скольжения з= (ы — ыз)гы. Относительно магнитного поля рамка вращается с угловой скоростью, пропорциональной скольжению: (54.36) мети =ю юр=эи. Поэтому в ней возникает индукционный ток, пропорциональный относительной скорости вращения рамки, т.
е. скольжению. По закону Ленца (5 43.3) индуцироваиный ток взаимодействует с полем так, что рамка отталкивается от поля. А так как магнитное поле вращается, то это приводит к вращению рамии. Вращающий момент, действующий на рал1ку, пропорционален индуцированному току и, тем самым, скольжению. Этот вращающий момент уравновешивается внешней нагрузкой. Таким образом, в установке данного типа рамка всегда зра. щается несколько медленнее вращения ~фь паля.
Такое вращение называется асинхронным, т. е. неодновременным, несогласаванным. 3. Статор асинхронного двигателя ничем ие отличается от статора синхронного генератора или двигателя. Тело ротора собирается из стальных пластин с выштамаованными пазамн. Обмоткой ротора служат медные или алюминиевые стержни, заложенные в пазы и запаянные с обоих торцов в кольца. Обмотка, взятая отдельно, имеет , з=,т форму беличьего колеса.
Обпгий вид асинхронного двигателя с кораткозамкнутым ротором поназан на рис. 54.10 (в рззобран- Рнс. 54.!О. ном виде). Важнейшим достоинством данного двигателя является простота его устройства и большая надежность, вызванная отсутствием скользящих контактов. Двигатель имеет достаточный пусковой момент, легко реверсируетсч (т.
е. меняется направление вращении ротора). В результате этого асинхронные двигатели являютсн самыми распространенными в технике электрическими машинами. Вместе с тем следует отметить, что асинхронные двигатели даже в номинальном режиме имеют низкий коэффициент мощности: созф 0,36.
Особенно снижается сает прн недогрузках и холостом ходе асинхронных двигателей. Для повышения коэффициента мощности следует правильно выбирать мощность двигателей, не допускать длительного холостого хода и недогрузон, Нередко для компенсации сдвига фаз в ливиях электропередачи используются батареи конденсаторов или синхронные двигатели с высоннм соз~р. 53 ГЛАВА 55 УПРУГИЕ ВОЛНЫ 3 55.1.
Поперечные и продольные волны 1. Колебания, возникшие в некоторой точке упругой среды, передаются соседним точкам, которые также начинают колебаться. Оказывается, что процесс передачи колебаний из одной точки в другую характерен не только для упругих сред, но и для электромагнитного поля (гл. 59). '(Рис. 55.1.
Волной называются распространяющиеся в пространстве возмущения состояния вещества или поля. Колебания вещества порождают упругую волну, а колебания электромагнитного поля— электромагнитную волну. 2. В длинную трубку, заполненную газом илн жидкостью, поместим поршень, совершающий гармонические колебания (рис. 55.!). Колебания поршня за счет действия сил упругости передаются газу, вследствие чего вдоль трубы побежит упругая волна. Она представляет собой систему областей сжатия и разрежения среды, периодически меняюгцпх свое состояние: если в некоторый момент в каком-либо месте среды наблюдалось сжатие, а в соседнем — разрежение, то через половину периода в первой области возникнет разрежение, а во второй— сжатие и т.
д. Гуе Заметим, что в данном случае ко- лебания частиц упругой среды проис- — — ходят в том же направлении, в кото~л3йн == ром происходит передача колебания от слоя к слою, т. е. вдоль направРис. 55зк ления распространения волны. Ес- ли колебания частиц происходят вдоль направления распространения волны, то она называется продольной. На поверхности жидкости возникают волны, вызванные не упругостью среды, а либо силами поверхностного натяжения, либо.
силами тяжести. Особенностью данных волн является то, что частицы жидкости колеблются в вертикальном направлении, а волна распространяется в горизонтальной плоскости. Вид волн на поверхности жидкости показан на рис. 55.2. Если колебания частиц среды происходят перпендикулярно направлению распространения волны, то такая волна называется поперечной. В твердых телах возможны как продольные, так и поперечные волны.
Продольная волна возникает в результате деформации 54 сжатия или разрежения — так же, как в газах и жидкостях. Поперечная волна возникает в результате деформации сдвига. Газы и жидкости не обладают упругостью сдвига, в них поперечные волны невозможны. 3.
Волковой поверхностью (иначе — фронтом волны) называется геометрическое место точек, колеблющихся все время одинаково, т. е. в одной и той же фазе. Если волновыми поверхностями являются плоскости, перпендикулярные направлению распространения волны, то такие волны называются плоскими. Примером сферических волн могут служить волны, возникающие в воздухе вокруг маленького изотропного источника звука, например, вокруг маленького колокольчика. 4. Лучом называется линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением распространения волны, иными словами — с направлением переноса энергии.
В однородной среде луч — прямая, перпендикулярная фронту волны. $55.2. Скорость упругих воли 1. Упругие волны с большой амплитудой называются ударными волнами, волны с малыми амплитудами (иначе — волны малых возмущений) называются звуковыми. В 9 30.5 для скорости звуковых волн в газах были получены выражения (30.13) и (30.18): а =- 7 бр( бр =)(уК!(й! . (55.1) Для воздуха а=20)/Т.
(55.2) При Т =273 К получим а=330 м/с, прн Т=-293 К имеем п — -343 м(с, что находится в хорошем соответствии с экспериментом. 2. Скорость звуковых волн в твердых телах и жидкостях зависит от их сжимаемости (упругости) и плотности. Для доказательства воспользуемся данными 4 31.1. Из формул (31.3) и (31.4) получим выражение для скорости распространения упругой продольной волны (Р-волны): ав ='г~(зр/Лр = )' 1фр = г' К/р (55.3) Пользуясь значениями табл. 31.1, получим: для воды а =1430 м(с, для меди а.=3910 м/с, для алюминия а =4880 м(с и т. и.
3. Для вычисления скорости поперечной волны (В-волны) в твердых телах следует в формуле (55.3) заменить модуль объемной упругости К на модуль сдвига 0: аз=)/ б/р. (55.4) Модуль сдвига примерно в 2 — 4 раза меньше модуля объемной упругости, следовательно, скорость поперечных волн примерно ьз в 1,5 раза меньше скорости продольных волн. Опыт подтверждает этот результат. Так, в граните скорость продольной волны а,. = = 5400 м)с, поперечной ал =-3300 мlс; для базальта ар — — 6300 м)с, аэ = 3700 м)с. На этой разнице скоростей основаны сейсмические методы разведки полезных ископаемых. В скважине, вырытой под почвой, подрывается заряд взрывчатки; момент начала взрыва регистрирует датчик.
Волны, отраженные от разных участков почвы, регистрируют набором сейсмографов, колебания от которых передаются на сейсмическую станцию. Здесь они усиливаются и вместе с метками времени записываются на ленту. Анализ сейсмограмм позволяет судить о распределении горных пород. Сейсмические методы широко применяются при поисках нефти, газа, руд и т. п. 4. Если продольная волна распространяется в стержне, а не в бесконечно протяисенной среде, то нужно в вмрансении (55.3) заменить модуль объемной упругости К модулем Юига Е; аР=- У Е)Р.
155 5) Для стали, например, Е= 21,0 !О'е Па, р= — 7800 кг7ма, следовательно, ар= =-5!00 и!с. $55.3. Энергия и интенсивность волны В' 1 ьн = — = — ры'А', 2 (55. 6) где р — плотность вещества. 2. Интенсивностью волны называется величина, равная энергии, которую в среднем переносит волна через единицу площади в единицу времени: (55. 7) где Р— мощность волны. Пусть ЛГ~)Т, где Т вЂ” период колебания. За время стт через поверхность пройдет энергия, содержащаяся в объеме Л)г = Зи Ы, где и — скорость волны; энергия Л)5'= снЛФ' =гн5 и гдт'. Подставка в (55.7), получим после сокращений: — 1 I = щи = — риыаАа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
