Теоретические основы электротехники-1 (855784), страница 32
Текст из файла (страница 32)
ä.Âî âñåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà òî èëè èíîå óñòðîéñòâî — ýëåìåíò ýëåêòðè÷åñêîé öåïè — èìååò îñíîâíûì íàçíà÷åíèåì ãåíåðèðîâàíèå, ïåðåäà÷ó, ïðåîáðàçîâàíèåèëè ïîòðåáëåíèå ýëåêòðîìàãíèòíîé ýíåðãèè, íà ïåðâûé ïëàí âûäâèãàåòñÿ òðåáîâàíèå åãî âûñîêîãî êîýôôèöèåíòà ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ.Âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ ãëàâíûì íàçíà÷åíèåì òåõ èëè èíûõ ýëåìåíòîâ ýëåêòðè÷åñêîé öåïè ÿâëÿåòñÿ ïåðåäà÷à èëè ïðåîáðàçîâàíèå ýëåêòðè÷åñêèõ ñèãíàëîâ, à òàêæå âûïîëíåíèå îïåðàöèé èçìåðåíèÿ òåõ èëè èíûõ âåëè÷èí èëè óïðàâëåíèÿ êàêèìè-íèáóäü ïðîöåññàìè. Ýòî — òåëåôîííûå è òåëåãðàôíûå ëèíèè ñâÿçè è èõêîíöåâûå óñòðîéñòâà, âåñüìà ðàçíîîáðàçíûå ýëåìåíòû óñòðîéñòâ àâòîìàòèêè,ýëåêòðîèçìåðèòåëüíûõ óñòðîéñòâ, ñ÷åòíî-ðåøàþùèõ è óïðàâëÿþùèõ ýëåêòðîííûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí, ðàçëè÷íûõ ðàäèîòåõíè÷åñêèõ óñòðîéñòâ è ò.
ä. Äëÿâñåõ íèõ ãëàâíûì òðåáîâàíèåì ÿâëÿåòñÿ ïîëó÷åíèå îïðåäåëåííîãî êà÷åñòâà ïåðåäàâàåìîãî èëè ïðåîáðàçóåìîãî ñèãíàëà. Åñòåñòâåííî, è â ýòèõ ñëó÷àÿõ ïðîèñõîäÿò ïåðåäà÷à è ïðåîáðàçîâàíèå ýëåêòðîìàãíèòíîé ýíåðãèè è èìååò çíà÷åíèå, õîòÿ è íå îñíîâíîå, äîñòèæåíèå êàê ìîæíî áîëåå âûñîêîãî êîýôôèöèåíòà ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ.Íàðÿäó ñ óïîìÿíóòûìè òðåáîâàíèÿìè ýëåìåíòû ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé äîëæíûóäîâëåòâîðÿòü òàêæå ìíîãèì äðóãèì òðåáîâàíèÿì — íàäåæíîñòè ðàáîòû, äîëãîâå÷íîñòè, åñëè íåîáõîäèìî — áûñòðîäåéñòâèþ, óñòîé÷èâîñòè ðàáîòû, òî÷íîñòèäåéñòâèÿ è ò. ä.Ñîîòâåòñòâåííî ýòîìó ýëåêòðè÷åñêèå öåïè ñîâðåìåííûõ ýëåêòðîòåõíè÷åñêèõóñòðîéñòâ ÿâëÿþòñÿ âåñüìà ñëîæíûìè.
Ïîýòîìó è òåîðèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåéâñå âðåìÿ ðàçâèâàåòñÿ è åé ñòàíîâÿòñÿ ñâîéñòâåííûìè âñå áîëåå îáîáùåííûåìåòîäû.  íàñòîÿùåì êóðñå, íà÷àâ ñ èññëåäîâàíèÿ ïðîñòåéøèõ ýëåêòðè÷åñêèõöåïåé, ìû ïîñòåïåííî ïåðåéäåì ê îáùèì ìåòîäàì ðàñ÷åòà ñëîæíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé.Óñëîâèìñÿ â äàëüíåéøåì ÷àñòü ýëåêòðè÷åñêîé öåïè, â êîòîðîé äåéñòâóþò èñòî÷íèêè ýëåêòðîìàãíèòíîé ýíåðãèè, íàçûâàòü à ê ò è â í î é ÷ à ñ ò ü þ ö å ï è,èëè êîðî÷å — àêòèâíîé öåïüþ. Åå áóäåì íåðåäêî îáîçíà÷àòü ïðÿìîóãîëüíèêîì ñáóêâîé À â ñåðåäèíå è ñ òåì èèíûëè èíûì ÷èñëîì âûâîäîâ (ïðîâîäíèêîâ), ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ îíà ïðèñîåäèíÿåòñÿ ê îñòàëüíîé ÷àñòè öåïè (ðèñ.
3.1).×àñòü ýëåêòðè÷åñêîé öåïè, â êîòîðîé íåò èñòî÷íèêîâ ýëåêòðîìàãíèòíîé ýíåðãèè, áóäåì íàçûâàòü ï à ñ ñ è â í î é ÷ à ñ ò ü þ ö å ï è, èëè êîðî÷å — ïàññèâíîé öåïüþ. Åå áóäåì îáîçíà÷àòü òàêæå ïðÿìîóãîëüíèêîì ñ ñîîòâåòñòâóþùèì ÷èñëîìâûâîäîâ äëÿ ïðèñîåäèíåíèÿ ê îñòàëüíîé÷àñòè öåïè, íî ñ áóêâîé Ï â ñåðåäèíå ïðÿìîóãîëüíèêà (ðèñ. 3.2). Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òîâíóòðè ýòèõ ïðÿìîóãîëüíèêîâ íàõîäÿòñÿâñå ýëåìåíòû ðàññìàòðèâàåìîé ÷àñòè öåïè,ñî âñåìè ñîåäèíåíèÿìè ìåæäó íèìè.Ðèñ. 3.1Ðèñ. 3.2132×àñòü 1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ è çàêîíû òåîðèè3.3.
Ôèçè÷åñêèå ÿâëåíèÿ â ýëåêòðè÷åñêèõ öåïÿõ.Öåïè ñ ðàñïðåäåëåííûìè ïàðàìåòðàìèÍàèáîëåå ïðîñòûå ÿâëåíèÿ èìåþò ìåñòî â ýëåêòðè÷åñêèõ öåïÿõ ïîñòîÿííîãîòîêà. Äëèòåëüíûé ïîñòîÿííûé òîê â ýëåêòðè÷åñêîé öåïè ìîæåò áûòü òîëüêî èëèòîêîì ïðîâîäèìîñòè, èëè òîêîì ïåðåíîñà. Òîê ñìåùåíèÿ â äèýëåêòðèêå íå ìîæåò áûòü ïîñòîÿííûì ñêîëü óãîäíî äîëãîå âðåìÿ, òàê êàê ýëåêòðè÷åñêîå ñìåùåíèå è ïîëÿðèçîâàííîñòü äèýëåêòðèêà íå ìîãóò âîçðàñòàòü áåñïðåäåëüíî áåçíàðóøåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ïðî÷íîñòè äèýëåêòðèêà.
Ïîýòîìó â öåïü ïîñòîÿííîãîòîêà ìîãóò âõîäèòü òîëüêî òàêèå óñòðîéñòâà, â êîòîðûõ òîê ñóùåñòâóåò â âèäåòîêà ïðîâîäèìîñòè, íàïðèìåð ïðîâîäà ëèíèè ïåðåäà÷è, îáìîòêè ìàøèí, ýëåêòðîëèòè÷åñêèå âàííû, ãàëüâàíè÷åñêèå ýëåìåíòû, àêêóìóëÿòîðû è ò. ä., èëè òàêèå, â êîòîðûõ òîê ñóùåñòâóåò â ôîðìå òîêà ïåðåíîñà, íàïðèìåð ýëåêòðîííûåëàìïû.
Êîíäåíñàòîðû ñ èäåàëüíûì äèýëåêòðèêîì, óäåëüíàÿ ïðîâîäèìîñòü êîòîðîãî ïðåäïîëàãàåòñÿ ðàâíîé íóëþ, íå ïðîâîäÿò ïîñòîÿííîãî òîêà.Õîòÿ âîêðóã öåïè ïîñòîÿííîãî òîêà ñóùåñòâóåò ìàãíèòíîå ïîëå, íî îíî íå èçìåíÿåòñÿ âî âðåìåíè è, ñëåäîâàòåëüíî, â öåïè ïîñòîÿííîãî òîêà íå èíäóöèðóþòñÿ ÝÄÑ.Åñëè èçîëèðóþùàÿ ñðåäà ìåæäó ïðîâîäàìè îáëàäàåò õîòÿ è ìàëîé, íî êîíå÷íîé óäåëüíîé ïðîâîäèìîñòüþ, òî ïîä äåéñòâèåì ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ ìåæäó ïðîâîäàìè ÷åðåç íåå áóäåò ïðîòåêàòü òîê óòå÷êè. Òîê óòå÷êè áóäåò îòõîäèòü âèçîëèðóþùóþ ñðåäó îò âñåõ ýëåìåíòîâ ïðîâîäîâ, ñîïðèêàñàþùèõñÿ ñ íåé, â ðåçóëüòàòå ÷åãî òîê âäîëü ïðîâîäà áóäåò èìåòü ðàçíûå çíà÷åíèÿ.
Çäåñü ìû èìååìïðîñòåéøóþ öåïü ñ ðàñïðåäåëåííûìè âäîëü íåå ïàðàìåòðàìè, à èìåííî ñ ðàñïðåäåëåííîé âäîëü öåïè ïðîâîäèìîñòüþ óòå÷êè.Ïðè ïåðåìåííûõ òîêàõ è íàïðÿæåíèÿõ ÿâëåíèÿ â ýëåêòðè÷åñêîé öåïè îêàçûâàþòñÿ áîëåå ñëîæíûìè. Ïåðåìåííûé òîê, ò. å. èçìåíÿþùèéñÿ âî âðåìåíè òîê,ìîæåò ñóùåñòâîâàòü è â äèýëåêòðèêå â âèäå òîêà ñìåùåíèÿ. Ïîýòîìó â ýëåêòðè÷åñêóþ öåïü ïåðåìåííîãî òîêà ìîãóò âõîäèòü òàêæå êîíäåíñàòîðû, îáêëàäêè êîòîðûõ ðàçäåëåíû äèýëåêòðèêîì. Ïðè ïåðåìåííîì íàïðÿæåíèè íà êîíäåíñàòîðåâîçíèêàåò ïåðåìåííîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ìåæäó åãî ìåòàëëè÷åñêèìè îáêëàäêàìè, è ñëåäîâàòåëüíî, â ðàçäåëÿþùåì îáêëàäêè äèýëåêòðèêå âîçíèêàåò òîê ñìåùåíèÿ.
Ñ ó÷åòîì òîêà ýëåêòðè÷åñêîãî ñìåùåíèÿ ëèíèè òîêà, êàê áûëî îòìå÷åíîâ § 1.7, îêàçûâàþòñÿ âñåãäà çàìêíóòûìè.Ðàññìîòðèì ïðîöåññû â ýëåêòðè÷åñêîé öåïè ñ ïîñëåäîâàòåëüíî âêëþ÷åííûìêîíäåíñàòîðîì, ïðîèñõîäÿùèå ïðè çàðÿäêå è ïðè ðàçðÿäêå êîíäåíñàòîðà. Åñëèíå ïðèíèìàòü âî âíèìàíèå òîêîâ ñìåùåíèÿ, òî ýòà öåïü êàæåòñÿ ðàçîìêíóòîé.Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ïðè ïîìîùè êëþ÷à K íåçàðÿæåííûé êîíäåíñàòîð âêëþ÷àåòñÿâ íåêîòîðûé ìîìåíò âðåìåíè â öåïü èñòî÷íèêà ïîñòîÿííîé ÝÄÑ (ðèñ.
3.3). Êîíäåíñàòîð çàðÿæàåòñÿ;ýëåêòðè÷åñêèå çàðÿäû, ïåðåíîñèìûå îò èñòî÷íèêàÝÄÑ ê îáêëàäêàì êîíäåíñàòîðà ïî ñîåäèíÿþùèì èõïðîâîäíèêàì, ñîáèðàþòñÿ íà ýòèõ îáêëàäêàõ. Ïîìåðå óâåëè÷åíèÿ çàðÿäà íà îáêëàäêàõ âîçðàñòàåòýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ìåæäó íèìè, è â äèýëåêòðèêå âîçíèêàþò òîêè ýëåêòðè÷åñêîãî ñìåùåíèÿ. Åñëè îõâàÐèñ. 3.3Ãëàâà 3. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ è çàêîíû òåîðèè ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé133òèì îäíó èç îáêëàäîê, íàïðèìåð îáêëàäêó À, çàìêíóòîé ïîâåðõíîñòüþ s, òî âîâðåìÿ, êîãäà ïî ïðîâîäíèêó, ïåðåñåêàþùåìó ýòó ïîâåðõíîñòü, ïðîòåêàåò ê îáêëàäêå À òîê ïðîâîäèìîñòè iïð, â äèýëåêòðèêå îáðàçóåòñÿ òîê ñìåùåíèÿ, ïðîõîäÿùèé ñêâîçü ïîâåðõíîñòü s èçíóòðè íàðóæó è â òî÷íîñòè ðàâíûé òîêó iïð â ïðîâîäíèêå. Ëèíèè òîêà ñìåùåíèÿ â äèýëåêòðèêå ÿâëÿþòñÿ ïðîäîëæåíèåì ëèíèéòîêà â ïðîâîäíèêå.
Äåéñòâèòåëüíî, ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå íàïðàâëåíî îò ïîëîæèòåëüíîé îáêëàäêè À ê îòðèöàòåëüíîé  è ïðè ýòîì âîçðàñòàåò. Ñëåäîâàòåëüíî,ëèíèè òîêà ñìåùåíèÿ íàïðàâëåíû òàêæå îò ïîëîæèòåëüíîé îáêëàäêè ê îòðèöàòåëüíîé. Ýëåêòðè÷åñêèé òîê, ïðîòåêàþùèé â ïðîâîäíèêå ê ïîëîæèòåëüíîé îáêëàäêå â âèäå òîêà ïðîâîäèìîñòè, ïðîäîëæàåò ïðîòåêàòü â äèýëåêòðèêå êàê òîêñìåùåíèÿ è äàëåå îò îòðèöàòåëüíîé îáêëàäêè â ïðîâîäíèêå — âíîâü â âèäå òîêàïðîâîäèìîñòè. Òàêèì îáðàçîì, öåïü ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà ÿâëÿåòñÿ çàìêíóòîé.Åñëè îòêëþ÷èòü çàðÿæåííûé êîíäåíñàòîð îò èñòî÷íèêà ÝÄÑ è çàòåì çàìêíóòü åãî íà ðåçèñòîð ñ ñîïðîòèâëåíèåì r (ðèñ. 3.4), òî êîíäåíñàòîð íà÷íåò ðàçðÿæàòüñÿ.
Òîê iïð â ïðîâîäíèêå áóäåò ïðîòåêàòü îòïîëîæèòåëüíîé îáêëàäêè À ê îòðèöàòåëüíîé Â.  äèýëåêòðèêå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ïî-ïðåæíåìó îñòàåòñÿíàïðàâëåííûì îò ïîëîæèòåëüíîé îáêëàäêè ê îòðèöàòåëüíîé. Îäíàêî òåïåðü ïîëå îñëàáåâàåò, è ñëåäîÐèñ. 3.4âàòåëüíî, âåêòîð ïëîòíîñòè òîêà íàïðàâëåí ïðîòèââåêòîðà ñìåùåíèÿ D. Ëèíèè òîêà ñìåùåíèÿ íàïðàâëåíû îò îòðèöàòåëüíîé îáêëàäêè ê ïîëîæèòåëüíîé è ÿâëÿþòñÿ ïðîäîëæåíèåì ëèíèé òîêà â ïðîâîäíèêå.Ñîãëàñíî ïðèíöèïó íåïðåðûâíîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà (ñì.
§ 1.7), â ëþáîéìîìåíò âðåìåíè êàê ïðè çàðÿäêå, òàê è ïðè ðàçðÿäêå êîíäåíñàòîðà òîê ñìåùåíèÿâ äèýëåêòðèêå ìåæäó îáêëàäêàìè êîíäåíñàòîðà â òî÷íîñòè ðàâåí òîêó iïð â ïðîâîäíèêàõ.Òîê ñìåùåíèÿ ïðè ïåðåìåííîì íàïðÿæåíèè âîçíèêàåò íå òîëüêî â êîíäåíñàòîðàõ, ò. å. â óñòðîéñòâàõ, ïîñòðîåííûõ ñïåöèàëüíî äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ èõ åìêîñòè, íî òàêæå è â äèýëåêòðèêå, îêðóæàþùåì ëþáûå ýëåìåíòû öåïè ïåðåìåííîãîòîêà, ïîñêîëüêó ìåæäó ýòèìè ýëåìåíòàìè ñóùåñòâóåò ïåðåìåííîå íàïðÿæåíèå,ò. å.
ïåðåìåííîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå. Òàê, íàïðèìåð, òîê ñìåùåíèÿ âîçíèêàåò âäèýëåêòðèêå ìåæäó ïðîâîäàìè ëèíèè ïåðåäà÷è, åñëè íàïðÿæåíèå ìåæäó ïðîâîäàìè èçìåíÿåòñÿ âî âðåìåíè (ñì. ðèñ. 1.19). Âñëåäñòâèå ýòîãî ïåðåìåííûé òîê âïðîâîäàõ ëèíèè íåîäèíàêîâ â ðàçíûõ ìåñòàõ ëèíèè, äàæå åñëè óäåëüíàÿ ïðîâîäèìîñòü äèýëåêòðèêà ðàâíà íóëþ, òàê êàê âäîëü âñåé ëèíèè òîê îòâåòâëÿåòñÿ îòïðîâîäîâ ÷åðåç äèýëåêòðèê â âèäå òîêà ñìåùåíèÿ.
Î÷åâèäíî, ïîýòîìó ïðîâîäàëèíèè ïî îòíîøåíèþ äðóã ê äðóãó, òàê æå êàê è êîíäåíñàòîð, îáëàäàþò åìêîñòüþ. Ñêàçàííîå ñïðàâåäëèâî äëÿ ëþáîãî óñòðîéñòâà ïðè ïåðåìåííîì òîêå. Òàê,íàïðèìåð, â ðåîñòàòå ïðè ïåðåìåííîì òîêå ïîÿâëÿåòñÿ ïåðåìåííîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ, ò. å. â ïðîâîëîêå ðåîñòàòà è â îêðóæàþùåì åãî äèýëåêòðèêå âîçíèêàåòïåðåìåííîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå. Ïîýòîìó ìåæäó îòäåëüíûìè ó÷àñòêàìè ïðîâîëîêè ðåîñòàòà ÷åðåç äèýëåêòðèê ïðîõîäÿò òîêè ñìåùåíèÿ, âñëåäñòâèå ÷åãî, ïðèíöèïèàëüíî ãîâîðÿ, òîê â ðàçíûõ ìåñòàõ ïðîâîëîêè ðåîñòàòà èìååò ðàçëè÷íûåçíà÷åíèÿ.
Î÷åâèäíî, ïîýòîìó îòäåëüíûå ó÷àñòêè ðåîñòàòà îáëàäàþò ïî îòíîøåíèþ äðóã ê äðóãó ýëåêòðè÷åñêîé åìêîñòüþ.134×àñòü 1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ è çàêîíû òåîðèèÅñëè ïî èíäóêòèâíîé êàòóøêå ïðîõîäèò ïåðåìåííûé òîê, òî â êàòóøêå â îòäåëüíûõ åå âèòêàõ èíäóöèðóåòñÿ ïåðåìåííàÿ ÝÄÑ. Íà çàæèìàõ êàòóøêè è ìåæäó åå âèòêàìè ïîÿâëÿåòñÿ ïåðåìåííîå íàïðÿæåíèå, ò. å. ïåðåìåííîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, ÷òî ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ â äèýëåêòðèêå ìåæäó âèòêàìèêàòóøêè òîêîâ ñìåùåíèÿ. È â ýòîì ñëó÷àå, ñòðîãî ãîâîðÿ, òîê â ðàçëè÷íûõ ìåñòàõ ïðîâîëîêè êàòóøêè èìååò ðàçíûå çíà÷åíèÿ. Î÷åâèäíî, ïîýòîìó ñóùåñòâóåòýëåêòðè÷åñêàÿ åìêîñòü ìåæäó âèòêàìè êàòóøêè.Èòàê, ýëåêòðè÷åñêàÿ åìêîñòü ïðèíöèïèàëüíî âñåãäà ðàñïðåäåëåíà âäîëü âñåéöåïè.Òî æå ñëåäóåò ñêàçàòü è îá èíäóêòèâíîñòè öåïè. Íåò òàêîãî ó÷àñòêà öåïè, êîòîðûé ïðè ïðîõîæäåíèè ïî íåìó òîêà íå îõâàòûâàëñÿ áû ìàãíèòíûì ïîòîêîì.Ïîýòîìó ïðè ïåðåìåííîì òîêå íà êàæäîì ó÷àñòêå öåïè èíäóöèðóþòñÿ ÝÄÑ ñàìîèíäóêöèè è âçàèìíîé èíäóêöèè.
Î÷åâèäíî, ïîýòîìó êàæäûé ó÷àñòîê, êàæäûéýëåìåíò öåïè îáëàäàåò èíäóêòèâíîñòüþ. Èíäóêòèâíîñòü èìåþò íå òîëüêî êàòóøêè, íî è ïðîâîäà ëèíèè, ðåîñòàòû è ëþáûå äðóãèå ýëåìåíòû öåïè ïåðåìåííîãîòîêà. Äàæå êîíäåíñàòîðû îáëàäàþò èíäóêòèâíîñòüþ, õîòÿ è î÷åíü ìàëîé. Òàêèìîáðàçîì, èíäóêòèâíîñòü òàêæå âñåãäà ðàñïðåäåëåíà âäîëü âñåé öåïè.Ïîãëîùåíèå ýëåêòðîìàãíèòíîé ýíåðãèè è ïðåîáðàçîâàíèå åå â òåïëîâóþýíåðãèþ ïðè ïåðåìåííîì òîêå ïðîèñõîäÿò òî÷íî òàê æå âî âñåõ ýëåìåíòàõ öåïè.Íå òîëüêî ðåîñòàòû, íî è èíäóêòèâíûå êàòóøêè, è ïðîâîäà ëèíèè, à òàêæå äðóãèå ýëåìåíòû öåïè îáëàäàþò îòëè÷íûì îò íóëÿ ýëåêòðè÷åñêèì ñîïðîòèâëåíèåì,è ïðè ïðîõîæäåíèè òîêà â íèõ ïîãëîùàåòñÿ ýëåêòðîìàãíèòíàÿ ýíåðãèÿ è ïðîèñõîäèò âûäåëåíèå òåïëîòû. Åñëè êàòóøêà èìååò ñåðäå÷íèê èç ôåððîìàãíèòíîãîìàòåðèàëà, òî, êðîìå ïîòåðü ýíåðãèè â îáìîòêå êàòóøêè, ïðîèñõîäÿò ïîòåðèýíåðãèè â ñåðäå÷íèêå íà ãèñòåðåçèñ è íà âèõðåâûå òîêè.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
