Text
В.КБЕНЗАРЬ утш
СЛОВАРЬ СПРАВОЧНИК
ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ, ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКЕ ' И АВТОМАТИКЕ
ББК 31.2я2
Б46
УДК 621.3 + 681.51] (035.5)
Рецензенты: В. Н. Гончарик — директор Минского филиала Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторск<>1 о института по автоматизации предприятий промышленности строи тель ных материалов, канд. техн, наук; В. К- Калаптуровский—донгиi Кафедры общей физики Полтавского педагогического институ!.!. Канд. техн. наук.
Бензарь В. К.
Б46 Словарь-справочник по электротехнике, промышленной электронике и автоматике.—2-е изд., перераб. и доп.— Мн.: Выш. шк., 1985.—176 с., ил.
В пер.: 1 р. 10 к.
Излагаются основные понятия по электротехнике, промышленной электро нике и автоматике. Каждая статья содержит определение, краткое описание процесса, механизма, прибора, аппарата, материала, закона, правила и т. i . их назначение и область применения.
Предназначается учащимся ПТУ, молодым рабочим на производстве, може| бьчть использован учащимися средних специальных учебных заведений.
2403000000—156
Б ---------------107—85
М304 (05) —85
ББК 31.2я2
© Издательство «Вышэйшая школа», I*»-' © Издательство «Вышэйшая школа», 1985, с изменениями и дополнениями
КАК ПОЛЬЗОВАТЬСЯ СЛОВАРЕМ-СПРАВОЧНИКОМ
1. Статьи расположены в алфавитном порядке. Название каждой дано жирным прописным шрифтом. Если после слова, набранного жирным прописным шрифтом, дается другое слово в разрядку, то это означает, что наряду с первым, основным термином существует также и другой, который менее распространен, но является синонимом первого (например, Полупроводниковый диод, вентиль).
2. Поскольку в одной небольшой статье-заметке нельзя достаточно полно изложить все относящиеся к ее теме вопросы, а многие термины взаимосвязаны, в Словаре-справочнике широко используется система ссылок на другие статьи, в которых эти вопросы дополнительно освещаются или хотя бы затрагиваются. Ссылка на другую статью выделяется курсивом (например, Проницаемость триода — см. Параметры триода).
3. Единицы величин даны в соответствии с Международной системой единиц (СИ).
4. Многие статьи иллюстрированы, ссылки на рисунок или схему даны в статье.
СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
А — ампер
АВМ — аналоговая вычислительная машина
Б — бел
В — вольт
Вб — вебер
Вт — ватт
ВЧ — высокая частота, высокочастотный
Гн — генри
°C — градус Цельсия
гс — грамм-сила
Гц — герц
дБ — децибел
Дж — джоуль
И К — инфракрасный
К — кельвин
КВ — короткие волны, коротковолновый
КЗ — короткое замыкание
Кл — кулон
кпд — коэффициент полезного действия лк — люкс лм — люмен
М — мега (приставка, означающая 106) мин — минута
мк — микро (приставка, означающая 1СГ6)
мм — миллиметр
Н — ньютон
НЧ — низкая частота, низкочастотный
Па — паскаль
ПП — полупроводник, полупроводниковый
% — процент
СВ — средние волны
СВЧ — сверхвысокая частота, сверхвысокочастотный
Т — период
т — тонна
УЗ — ультразвук, ультразвуковой
УКВ — ультракороткие волны, ультракоротковолновый
Ф — фарада
ч — час
ЧМ—частотная модуляция
эВ — электрон-вольт
ЭВМ — электронная вычислительная машина
эдс — электродвижущая сила
ЭЛТ — электронно-лучевая трубка
ПРЕДИСЛОВИЕ
Характерной чертой современной производственной техники является высокая степень ее электрификации и автоматизации, широкое применение промышленной электроники. Сейчас практически нет ни одной машины или механизма, а тем более их системы, в которых отсутствовали бы подобные устройства.
Процесс технического перевооружения отраслей народного хозяйства непосредственно связан с дальнейшей автоматизацией производства. Большие возможности в этом направлении заложены в широком применении компьютеров и роботов, внедрении гибких технологий, позволяющих быстро перестраиваться на изготовление новых видов продукции.
Эффективное применение новейшей техники сегодня немыслимо без прочных знаний ее обслуживающим персоналом. Поэтому подготовка квалифицированных специалистов, владеющих основами электротехники, промышленной электроники, автоматики, составляет одну из важнейших задач всей системы профессионального образования, поставленных в решениях апрельского (1984 г.) Пленума ЦК КПСС.
Выпуск Словаря-справочника вторым изданием окажет существенную помощь в подготовке таких кадров в профессионально-технических училищах соответствующего профиля, техникумах, на производстве. Справочник переработан, изъяты устаревшие термины, понятия и определения, дополнен рядом новых материалов по различным техническим отраслям, внесены изменения и уточнения в связи с введением новых технических ГОСТов.
В более популярной форме объясняются понятия и термины По электротехнике, промышленной электронике и автоматике. Многие статьи Словаря-справочника содержат краткое описание названного механизма, прибора, физического закона или правила. Такое изложение будет содействовать более глубокому пониманию и закреплению изучаемого материала, успешному овладению профессией.
Предисловие
Алфавитное построение Словаря-справочника облегчит поиск необходимых читателю терминов.
При подготовке второго издания были учтены замечания и пожелания читателей. С целью дальнейшего совершенствования Словаря автор просит присылать отзывы и предложения по адресу: 220048, г. Минск, проспект Машерова, 11, издательство «Вышэйшая школа».
Автор
A
АВАРИЙНАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ — автоматическая система, состоящая из датчика, схемы усиления и системы звуковой и (или) световой сигнализаций. Срабатывает (подает сигналы) при аварийном режиме работы механизмов и машин, при пожаре, превышении мощности и др.
АВОМЕТР, ампервольтметр, или тесте р,— устройство переносного типа для измерений постоянного и переменного токов, напряжения и активного сопротивления. В некоторых типах авометров предусмотрено также измерение электрической емкости конденсаторов и проверка исправности транзисторов (Ц-4341). Авометр состоит из чувствительного стрелочного прибора магнитоэлектрической системы, набора добавочных сопротивлений (для измерения напряжения) и шунтов (для измерения силы тока в цепи). Измерение активного сопротивления производится от встроенного в авометр источника постоянного тока (батарейки) или от внешнего источника. Наиболее распространенные типы авометров характеризуются следующими пределами измерений: сила тока — от десятков микроампер (мкА) до десятков ампер (А); напряжение— от единиц милливольт (мВ) до сотен вольт (В); активное сопротивление — от единиц ом (Ом) до тысяч килоом (кОм).
АВТОМАТИЗАЦИЯ — отрасль науки и техники, охватывающая совокупность технических средств и методов, обеспечивающих высвобождение чело
века от непосредственного участия в производственном процессе. При частичной автоматизации часть операций выполняет обслуживающий персонал, при полной — все операции управления совершаются автоматически.
АВТОМАТИКА — отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения средств и систем автоматического управления производственными процессами.
Автоматические устройства были известны еще в глубокой древности. Первым устройством, принесшим огромную пользу человечеству, следует считать пружинные часы, изобретенные П. Хенлейном (Германия) в XVI в., а затем часы с маятниковым приводом— X. Гюйгенсом (Голландия) в 1657 г. Промышленное применение автоматических устройств относится к XVIII в. Русский ученый и инженер Андрей Нартов в начале XVIII в. изобрел автоматический суппорт для токарно-копировальных станков, а механик И. И. Ползунов в 1766 г. за 19 лет до англичанина Д. Уатта изготовил паровую (огнедействующую) машину с автоматическим регулятором уровня воды в котле (принцип регулирования используется и в современном производстве) и т. д.
В настоящее время автоматика применяется во всех отраслях народного хозяйства. В ее устройствах широко используется электротехническая, пневматическая и электронная аппаратура. Направление развития
Рис. 1. Устройство автоматического воздушного выключателя
элементов автоматики характеризуется увеличением их быстродействия и надежности, значительным уменьшением массы, габаритов и потребления энергии.
АВТОМАТИЧЕСКАЯ БЛОКИ-
РОВКА — автоматически предохраняет тот или иной участок установки или агрегат от повреждений при неправильном их использовании или аварии. При запретно-разрешающей блокировке устраняется возможность неправильных или несвоевременных включений и отключений механизмов, а также несоблюдение установленной технологической последовательности пуска и остановки оборудования. При аварийной блокировке последовательно отсоединяются агрегаты, находящиеся перед механизмом, который подвергся аварийному отключению. Например, блокировочные устройства, применяемые на транспортерах топлива электростанций, обеспечивают последовательный пуск транспортеров (от самого удаленного по ходу движения топлива). При остановке одного из них автоматически отключаются предшествующие ему транспортеры (по ходу технологического процесса).
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА — устройства, предохраняющие агрегаты от аварий и отключающие аварийные участки (например, скоростной автомат турбины, выключающий последнюю при превышении частоты вращения сверх номинальной).
АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВОЗДУШНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, автомат-устройство для ручного замыкания и автоматического размыкания силовых
электрических цепей. В устройствах переменного тока автоматы устанавливаются прн напряжении до 500 В, постоянного тока — свыше 500 В (при условии, если выключение производится всего несколько раз в сутки). Автоматическое отключение осуществляется электромагнитным или тепловым расщепителем (рис. 1). При повышении тока нагрузки (рис. 1, а) электромагнит 1 притягивает якорь 2, освобождающий защелку 3, и под влиянием пружины 4 рабочие контакты автомата 5 размыкаются; при падении напряжения (рис. 1, б) на электромагните 1 поднимается якорь 2, защелка 3 освобождается и рабочая цепь выключается. В расщепителе обратного направления (рис. 1, в) при изменении направления тока, когда суммарная эдс катушек тока и напряжения изменяется, защелка освобождается и рабочая цепь автомата размыкается. Время отключения автомата — 0,05...0,025 с. Автомат минимального напряжения срабатывает при U
АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТ-
РОЛЬ — контроль за ходом производственного или физического процесса при помощи устройств автоматики без участия человека. Параметры, подлежащие контролю, различны и зависят от физической природы (на производстве — это температура, давление, расход пара, газа, электроэнергии, сила тока и напряжение, мощность, содержание компонентов и др.). Приборы автоматического контроля бывают показывающими и самопишущими.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ РЕЗЕРВА — включение резерв
ного оборудования взамен отключившегося основного. Широко применяется в энергетических системах, где служит для включения резервных источников питания, трансформаторов, линий электропередач, питательных насосов и других устройств, обеспечивая бесперебойное энергоснабжение потребителей. Устройство срабатывает при отключении рабочего источника питания либо при устойчивом падении ниже допустимого уровня (например, электрического напряжения) и т. д.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОВТОРНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ — автоматический ввод в работу электрического оборудования (после его непреднамеренного выключения) с целью повышения надежности электроснабжения потребителей. Наибольшее распространение автоматическое повторное включение получило на воздушных линиях электропередач, так как большинство коротких замыканий на них устраняется в результате кратковременного снятия напряжения.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ — изменение управляемого производственного или любого другого процесса при помощи автоматики. Технологический процесс характеризуется параметрами, определяющими его протекание. Некоторые из них в ходе процесса должны поддерживаться постоянными, другие — изменяться. Эти задачи и решает автоматическое регулирование. Функции сравнения текущих и заданных параметров процесса, изменения протекания его выполняются не операторами, а устройствами автоматики: от приборов, характеризующих протекание производственного процесса (датчиков), сигналы поступают на устройства сравнения с заданными, и при отличии последних на исполнительные механизмы подается команда. Протекание производственного процесса изменяется исполнительными механизмами до тех пор, пока его параметры не станут равными заданным.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ — автоматическое изменение силы тока возбуждения электрической машины с целью обеспечения требуемого значения ее
эдс при нормальном и аварийном режимах работы.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ — автоматическое поддержание напряжения в заданных пределах в определенной точке электрической системы. На генераторе оно осуществляется автоматической регулировкой возбуждения, в узлах потребления энергии — трансформаторами с автоматическим регулированием коэффициента трансформации под нагрузкой, синхронными компенсаторами и синхронными двигателями с автоматическим регулированием возбуждения. Обеспечивает требуемое количество энергии (по электрическому напряжению), снижение потерь в сетях, увеличение пределов мощности, передаваемой по ЛЭП, повышение устойчивости параллельной работы генераторов и электрических систем.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ (в энергосистеме) — автоматическое поддержание частоты электрического тока в пределах, допустимых техническими требованиями и условиями экономичности работы. При отклонении частоты электрического тока от нормы устройство через регулятор скорости воздействует на турбину и приводит в соответствие активную мощность генераторов с нагрузкой системы при сохранении неизменной частоты.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ (АСУ) — система «машина-человек», обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации с целью оптимального управления процессами в различных сферах человеческой деятельности.
АВТОТРАНСФОРМАТОР электрический трансформатор, часть обмотки которого принадлежит одновременно первичной и вторичной цепям (рис. 2). При питании первичной обмотки АХ от сети переменного тока в сердечнике возбуждается магнитный поток, наводящий в ней противоэдс. На участке ах, являющемся вторичной цепью, устанавливается напряжение, пропорциональное числу его витков. Ток вторичной цепи /2 проходит по участку ах, а ток
а б
Рис. 2. Устройство автотрансформатора а — понижающего; б — схема; в — трехфазного
первичной /( — по всей обмотке АХ. При подключении нагрузки /?н на часть обмотки АХ токи и /2 имеют встречное направление и поэтому по обмотке АХ будет проходить раз-ность токов /ах = /| — /2. Это позволяет выполнить обмотку АХ проводом меньшего сечения.
Автотрансформатор, изображенный на рис. 2, а,— понижающий, так как В?! > W2. Если на обмотку ах подать входное напряжение, он станет повышающим, так как Авто-
трансформатор с изменяющимся коэффициентом трансформации может плавно регулировать напряжение от 0 до 1,1 UBK (рис. 2, б). Лабораторные регулирующие однофазные автотрансформаторы типа ЛАТР состоят из кольцеобразного ферромагнитного сердечника, обмотанного одним слоем изолированного медного провода. От этой обмотки сделано несколько отводов, которые позволяют использовать автотрансформатор как повышающий или понижающий с постоянным коэффициентом трансформации. На поверхности обмотки, очищенной от изоляции, имеется узкая дорожка, по которой перемещается щеточный или роликовый контакт. С его помощью плавно изменяется выходное напряжение. В трехфазных автотрансформаторах обмотки обычно соединяются звездой и имеют вывод на нейтральную точку (рис. 2, в).
Применение автотрансформаторов выгодно в том случае, когда коэффициент трансформации 1,25...2,0. Они служат для связи высоковольтных сетей 500 и 220 кВ, пуска
асинхронных и синхронных двигателей, в лабораторных условиях и др.
Расчет автотрансформатора мощностью до 1 кВт. В автотрансформаторе напряжение и ток в первичной и вторичной обмотках связаны такими же соотношениями, как и в трансформаторах, т. е.
Jk = К
U{ л’
где U2 и U। — напряжения во вторичной и первичной обмотках; W2 и И?! — число витков в соответствующих обмотках; К — коэффициент трасфор-мации.
Мощность, получаемая во вторичной обмотке (мощность автотрансформатора), будет
Рг= Рат — U2I2.
В случае понижающего трансформатора / = /2 -т- /t или /2 = 1 + /(. Поэтому
Рат = U212 = U2(I + Il) = U2l + U2Il.
Отсюда следует, что Рат состоит из двух слагаемых: мощности Рт = U2I, передаваемой на вторичную обмотку за счет трансформаторной (магнитной) связи между обеими цепями; мощности Рэ = t/2/], передаваемой из первичной обмотки во вторичную за счет одновременной электрической связи между обмотками.
Мощность Рт является той мощностью, на которую нужно рассчитывать автотрансформатор:
для понижающего
Рт = Рат(1 — К),
для повышающего
рт =Рат(1 - 1/Ю-
Площадь поперечного сечения сердечника
S = 1,2^.
Число витков обмотки, приходящееся на 1 В напряжения,
0 ВН ’
где И — магнитная индукция сердечника; В — намагничивающая сила.
Число витков каждой из обмоток
= ^2-
Обмотка автотрансформатора при длительной работе не должна нагреваться выше 65°. Во избежание этого плотность тока в проводе не должна превышать 2...2,2 А/1 мм2 его сечения. Диаметр провода вычисляется по формуле
d = 0,8д/7,
где d — диаметр провода обмотки, мм; I — ток в соответствующей обмотке, А.
Ток, потребляемый автотрансформатором из сети,
Рис. 3. Устройство аккумулятора.
а — свинцового: 1 — свинец; 2 — губчатый свинец; 3—корпус (диэлектрик); 4 — раствор серной кислоты; б — щелочного: / — гидрат окиси никеля; 2 — губчатый кадмий; 3— стальной корпус; 4 — раствор калия илн натрия
свинцовые (кислотные), кадмиево-нике-левые, железо-никелевые и серебряно-цинковые (щелочные). Характеризуются емкостью, показывающей количество электричества, выраженное в ампер-часах, которое можно получить от элемента за весь период его работы. Коэффициентом отдачи аккумулятора^ называется отношение отданного им при разряде количества электричества Qp к полученному при заряде Q3
ток нагрузки
Qp 40=-^.
АККУМУЛЯТОР — химический источник тока, который после разряда обладает возможностью заряда (преобразования электрической энергии в химическую). Аккумуляторы бывают
Кпд аккумулятора характеризует отношение полученной от него при разряде энергии UZp к затраченной при заряде W3
П =
Свинцовый аккумулятор состоит из двух блоков пластин (рис. 3, а), погруженных в электролит (25...35%-ный водный раствор серной кислоты). Положительные пластины — из металлического свинца ребристой формы (для увеличения поверхности соприкосновения с электролитом) или из свинцовых каркасов, заполненных активной массой (перекись свинца), отрицательные — свинцовые каркасы, заполненные активной массой (губчатый свинец) . После изготовления пластины подвергаются электролитической обработке — формовке. При разряде (заряженный аккумулятор замкнут на внешнюю цепь) активная масса положительной и отрицательной пластин переходит в сернистое соединение свинца PBSO< с выделением воды, что уменьшает концентрацию электролита, его проводимость и снижает эдс аккумулятора. Затем разряд необходимо прекратить во избежание сульфатации пластин — образования на них нерастворимого сернистого свинца.
При заряде через аккумулятор проходит ток, имеющий направление, противоположное току разряда. Для этого зажимы источника, заряжающего аккумулятор, соединяются с одноименными зажимами аккумулятора. Происходит обратная химическая реакция, и на электродах восстанавливаются перекись свинца и губчатый свинец. В процессе заряда при напряжении 2,6...2,7 В наблюдается интенсивное выделение водорода, пузырьки которого, поднимаясь на поверхность электролита, создают впечатление кипения. Внутреннее сопротивление свинцового аккумулятора очень мало, поэтому сила тока короткого замыкания недопустимо велика. Коэффициент отдачи т]0 = 0,95, кпд г) = 0,75...0,8. Во избежание сульфатации аккумулятор необходимо содержать в заряженном состоянии, периодически проверять уровень, плотность электролита, напряжение под нагрузкой и при необходимости дозаряжать его. При работе с кислотными аккумуляторами следует: соблюдать меры безопасности, так как серная кислота, входящая в состав электролита, может причинить сильные ожоги; пользоваться защитными очками, резиновым фартуком, перчатками
и т. д. Помещение, в котором происходит зарядка, должно иметь хорошую вентиляцию, удовлетворяющую требованиям безопасности труда. При попадании кислоты на кожу или одежду это место нужно немедленно смочить 10% -ным раствором нашатырного спирта или двууглекислой соды; при ожогах серной кислотой — обратиться к врачу.
Щелочной аккумулятор содержит в качестве электролита 21%-ный раствор едкого кали КОН или едкого натра NAOH. Он состоит из двух блоков, расположенных в стальном сосуде с электролитом (рис. 3, б). Пластины представляют собой стальные рамки с вставленными в них стальными коробочками, заполненными активной массой. Активная масса отрицательных пластин кадмиево-нике-левых элементов состоит из губчатого кадмия, а железо-никелевых — из губчатого железа; активная масса положительных пластин обоих типов аккумуляторов из гидрата окиси никеля Ni(OH)3. Последний при разряде переходит в гидрат закиси, а губчатый кадмий (железо) — в гидрат закиси кадмия (железа). При заряде реакция идет в обратном направлении — происходит восстановление активной массы электродов. Концентрация электролита в процессе разряда и заряда остается неизменной, так как внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов больше, чем кислотных, и они менее чувствительны к коротким замыканиям. Их кпд составляет т] = 0,5...0,6. Они обладают механической прочностью, большим сроком службы и меиее требовательны к обслуживанию. При работе следует соблюдать осторожность: попадание электролита на кожу вызывает ожог. Место ожога необходимо немедленно промыть 2%-ным раствором борной кислоты.
Серебряно-цинковый аккумулятор состоит из двух блоков пластин, расположенных в пластиковом баке с электролитом (водный раствор КОН плотностью 1,4). Электроды представляют собой пористые пластины: положительная — из окиси серебра Ag2O, отрицательная — из цинка Zn. При разрядке аккумулятора окись серебра переходит в металлическое серебро, а металлический цинк — в окись цинка.
При зарядке происходит обратный Процесс. По сравнению с рассмотренными типами аккумуляторов сереб-ряно-цинковые имеют значительно большую емкость и мощность на единицу массы, стабильное напряжение при разряде (1,5 В), возможность получения тока большой силы при кратковременном разряде и высокий кпд г] = 0,85.
Для питания портативной аппаратуры на транзисторах используются дисковые, цилиндричные и прямоугольные аккумуляторы (начальное напряжение 1,25 В).
АКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ — среднее за период значение мгновенной мощности переменного тока. В электрической цепи однофазного переменного тока P=(7/cosip. Обозначается — ватт (Вт).
АКТИВНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ — способность вещества проводить постоянный электрический ток под действием не изменяющегося во времени электрического поля. В Международной системе единиц (СИ) выражается в сименсах (См):
где g—активная проводимость, См; /? — активное сопротивление, Ом; г = =V Я2 + (*l +*с)2 — полное сопротивление, Ом; х — реактивное сопротивление, Ом.
АКТИВНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ, омическое сопротивление, • сопротивление, которое оказывает электрическая цепь (проводник) движущимся в ней электрическим зарядам. Это отношение напряжения, приложенного к сопротивлению, к силе тока, протекающего по сопротивлению. При прохождении по активному сопротивлению электрического тока выделяется тепло. В Международной системе единиц (СИ) выражается в омах (Ом):
где U—напряжение, В; / — сила тока, А.
Цепи постоянного тока характери
зуются только активным сопротивлением, переменного — активным и реактивным. Активное сопротивление измеряют омметром.
АМПЕР [от имени француз, физика А. М. Ампера (1775—1836), создавшего первую теорию, выражающую взаимосвязь электрических и магнитных явлений. Им было введено понятие «электрический ток» и выдвинута гипотеза о природе магнетизма] — сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположенным на расстоянии одного метра один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу, равную 2ХЮ" 7 Н на участке длиной один метр. Обозначение — ампер (А):
/ = -£ t '
где / — сила тока, A; Q — количество электричества, Кл; t — время, с.
АМПЕРМЕТР (от ампер и греч. metreo — измеряю) — прибор для измерения силы постоянного и переменного тока в электрической цепи. Так как показания амперметра зависят от величины тока, протекающего через него, то сопротивление амперметра по сравнению с сопротивлением нагрузки должно быть как можно меньшим. Это необходимо для того, чтобы при подключении амперметра сила тока в измеряемой нагрузке не изменялась. По конструкции амперметры подразделяются на магнитоэлектрические, электромагнитные, тэрмоэлектрические, электродинамические, ферродинамиче-ские и выпрямительные.
Магнитоэлектрические амперметры (гальванометры, микроамперметры и миллиамперметры) служат для измерения токов малой величины в цепях постоянного тока. Они состоят из магнитоэлектрического измерительного механизма и шкалы с нанесенными делениями, соответствующими различным значениям измеряемого тока (рис. 4, а). Для расширения пределов измерения параллельно прибору присоединяется шунт
Рис. 4. Магнитоэлектрический амперметр:
а — схема прибора; б — схема подключения шунта
(рис. 4, б). Измеряемый ток /и разветвляется на ток шунта и ток измерительного прибора /пр. Он равен
г = I ПР 1 ш = / к и 'пр - 'np'v>
' ш
где гпр — сопротивление прибора, Ом; гш — сопротивление шунта, Ом.
При выборе шунта необходимо учитывать мощность, рассеиваемую на нем при прохождении электрического тока. Неправильно рассчитанный шунт будет нагреваться, его сопротивление изменяться и погрешность измерения силы тока расти. Шунт может помещаться как внутри амперметра (внутренний), так и вне его (наружный) .
Электромагнитные амперметры предназначены для измерения силы тока в цепях постоянного и переменного тока. Чаще всего используются для измерения силы тока в цепях переменного тока промышленной частоты (50 Гц). Состоят из электромагнитного измерительного механизма, шкала которого проградуирована в единицах силы тока, протекающего по
катушке прибора. Для изготовлений катушки можно использовать провоД большого сечения и, следовательно, измерять ток большой величины (свыше 200 А).
Термоэлектрические амперметры применяются в основном для измерения в цепях переменного тока высокой частоты (до 108 Гц). Они состоят из магнитоэлектрического прибора с контактным или бесконтактным термопреобразователем. Пос-следний представляет собой проводник (нагреватель), к которому приварена термопара (она может находиться на некотором расстоянии от нагревателя и не иметь с ним непосредственного контакта). Измеряемый ток, проходя по нагревателю, вызывает его нагрев (за счет активных потерь), который регйстрируется термопарой. Возникающая термоэдс воздействует на рамку магнитоэлектрического измерителя тока, и последняя отклоняется на угол, пропорциональный силе тока в цепи.
Электродинамические амперметры служат для измерения силы тока в цепях постоянного и переменного токов промышленной и повышенной (до 2000 Гц) частот. Приборы чувствительны к перегрузкам и внешним магнитным полям. Применяются в качестве образцовых приборов для поверки рабочих измерителей силы тока. Состоят из электродинамического измерительного механизма, катушки которого в зависимости от величины максимально измеряемого тока соединены последовательно или параллельно, и шкалы, на которой нанесены значения силы тока. При измерении токов малой силы (миллиамперметры) катушки соединяются последовательно, а большой — параллельно.
Ферродинамические амперметры обладают большим вращающим моментом, прочны и надежны по конструкции, малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей. Они состоят из ферродинами-ческого измерительного механизма и применяются главным образом в системах автоматического контроля в качестве самопишущих амперметров.
Выпрямительные амперметры (рис. 5) служат для измерения
Рис. 5. Схема выпрямительного амперметра
силы тока в цепях переменного тока (частота до 105 Гц). Они содержат магнитоэлектрический измеритель силы тока, присоединенный к выпрямительной схеме.
Одна параллельная ветвь с последовательно включенными магнитоэлектрическим измерителем и вентилем пропускает ток в одном направлении, т. е. через измеритель в течение каждого периода проходит одна полуволна переменного тока. Вторая параллельная ветвь с добавочным сопротивлением, включенным последовательно с вентилем, пропускает ток в обратном направлении. Средний (за период) вращающий момент и угол поворота подвижной рамки измерителя зависят от среднего значения силы тока и при синусоидальной его форме пропорциональны действующему значению этого тока.
АМПЛИТУДА (от лат. amplitude — величина) — наибольшее из мгновенных значений периодически меняющейся величины за время периода (например, наибольший размах качелей, наибольшая высота волны на море и др.).
АМПЛИТУДНОЕ ЗНАЧЕНИЕ — значение изменяющейся величины, численно равное амплитуде. Амплитудное (максимальное) значение напряжения или силы тока обозначается с индексом m(Um, 1т).
АМПЛИТУДНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ, нелинейные — изменение на выходе усилителя формы электрических колебаний, подаваемых на его вход, из-за нелинейности электрических характеристик электронных ламп, транзисторов и нагрузки усилителя. Коэффициент амплитудных искажений (среднеквадратичный коэффициент гармоник) — это отношение корня квадратного из суммы квадратов напряжений всех высших гармоник, возникаю
щих в результате амплитудных искажений, к выходному напряжению основной частоты при подаче на вход усилителя синусоидального сигнала:
Vt/? + ul + ... + и2 п
К = - -—1—- 100, ^ВЫХ
где К — коэффициент амплитудных искажений; — напряже-
ния 2-й, 3-й, ..., n-и гармоник; (7ВЫХ — напряжение основной частоты (первой гармоники).
Отсюда видно, что чем меньше значения U\, U2, .... Un, тем меньше К; в идеальном усилителе К = 0 (искажения отсутствуют). Коэффициент К выражается в процентах.
АНОД (от греч. anodos — движение вверх, восхождение) — электрод электровакуумного прибора (радиолампы). Служит для создания электрического потенциала, вызывающего движение отрицательно заряженных электрических частиц (электронов, ионов). Присоединяется к положительному полюсу источника тока.
АНОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА — графическое изображение зависимости анодного тока электронной лампы от анодного напряжения при неизменном напряжении на остальных электродах (катод, сетка). Зависимость /а = f{Ua) изображается в прямолинейных координатах. По оси ординат (вертикальной) — откладывается значение анодного тока, абсцисс (горизонтальной) — анодного напряжения (рис. 6).
АНОДНО-СЕТОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА— графическое изображение зависимости анодного тока электронной лампы от величины электрического напряжения на управляющей сетке при неизменном анодном напряжении. Зависимость /а — изображается в прямоугольных координатах. По оси ординат откладывается значение анодного тока, абсцисс — напряжения на сетке. Анодно-сеточные характеристики представляют собой семейство кривых /a = /:(t/cl) для различных значений анодного напряжения (рис. 7).
АНТЕННА (от лат. antenna — мачта, рей) — устройство для непо-
Рис. 6. Анодная характеристика триода
Рис. 8. Устройство трехфазного асинхронного электродвигателя:
I— станина; 2— сердечник статора; 3— проводник статора; 4— воздушный зазор; 5— сердечник ротора; 6— проводник ротора; 7— вал средственного излучения и приема радиоволн.
АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ — асинхронная электрическая машина, работающая в двигательном режиме и преобразующая элек-
трическую энергию в механическую./ Принцип работы основан на взаимо^* действии вращающегося магнитногр поля, возникающего при прохождении переменного тока по обмоткам статора, с полем тока, индуктированного в обмотках ротора. На обмотку последнего действует электромагнитная сила, направленная касательно к поверхности ротора (правило левой руки). В результате снижения электромагнитных сил и их моментов на валу ротора возникает суммарный электромагнитный момент, приводящий ротор в движение в направлении вращения магнитного поля статора. Мощность электродвигателя — от долей ватт до десятков мегаватт при напряжениях питания 127, 220, 380, 500, 660, 3000, 6000 и 10000 В.
Применяется для привода машин и механизмов, не требующих постоянной скорости вращения (холодильники, пылесосы, стиральные машины, вентиляторы). Может быть использован как трансформатор, генератор, электромагнитный тормоз, преобразователь частоты и др.
Асинхронный электродвигатель (рис. 8) состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. Статор и ротор разделены воздушным зазором, радиальный размер которого изменяется от долей миллиметра до нескольких миллиметров — в зависимости от номинальной мощности и быстроходности электродвигателя. Статор состоит из станины, подшипниковых щитов, сердечника и обмотки. Станина и подшипниковые щиты образуют корпус машины (чугунный, стальной или из сплава алюминия — для электродвигателей небольшой мощности). Сердечник статора представляет собой полый ферромагнитный цилиндр с продольными внутренними пазами, в которые укладывается обмотка. Сердечник с обмоткой пропитывается жидким электроизоляционным лаком и впрессовывается в станину. Для уменьшения потерь электрической энергии на перемагничивание и вихревые токи сердечник собирается из тонких листов электротехнической стали, которые изолированы друг от друга тонким слоем лака или окалины. Трехфазные асинхронные электродвигатели имеют в па-
I
Зах статора Зр одинаковых катушек, выполненных изолированным медным или алюминиевым проводом круглого или прямоугольного сечения. Каждая группа, состоящая из р последовательно или параллельно соединенных катушек, принадлежит одной фазе и смещена относительно соседней на 120 электрических градусов (рис. 9). Начала Hl, Н2, НЗ и концы KI, К2 и КЗ отдельных фаз выводятся наружу, что позволяет соединять их звездой или треугольником (рис. 10). Если маркировка зажимов фаз отсутствует, то раз-метка их выполняется при помощи вольтметра. Один вывод присоединяется между одним из проводов сети переменного тока и каким-либо выводом статорной обмотки, а другой — поочередно к остальным выводам до отклонения стрелки вольтметра, рис. 11 (можно также использовать омметр или пробник). Затем выводы одной обмотки статора (Н1 и К1) соединяются последовательно с другой обмоткой через регулирующий реостат /?р и присоединяются к сети переменного тока (рис. 12, а, б). К выводам третьей обмотки подключается вольтметр. Если он показывает напряжение, то вывод К1 соединен с Н2 — началом обмотки второй фазы статора, в обратном случае К1 соединен с концом обмотки — выводом К2. Аналогично определяется начало и конец третьей фазы — КЗ и НЗ.
АСТАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ, интегральное регулирование — установление равновесия системы автоматического регулирования, которое достигается при одном определенном значении регулируемого параметра, в то время как входная величина может иметь различное значение. Достоинством астатического регулирования является высокая точность; недостатком — длительность процесса. Например, астатический регулятор уровня жидкости (рис. 13) с помощью поплавка 1 и рычага 2 воздействует на контактный переключатель 3, изменяющий направление в обмотках возбуждения электродвигателя постоянного тока 5, который посредством червячной передачи вращает шпиндель 4 дроссельного клапана 6, изменяя количество посту-
Рис. 9. Радиальная схема обмотки статора с двумя последовательно соединенными одновитковыми катушками на фазу
Рис. 10. Расположение соединительных пластин на зажимах обмотки статора: а — соединение треугольником; б — звездой
Рис. 11. Определение зажимов, принадлежащих одной фазе статора
лающей в резервуар 7 жидкости. При заданном уровне последней (это возможно только в случае, когда количество поступающей и вытекающей из резервуара жидкости одинаково) рычаг 2 занимает нейтральное поло-
•0^0
Рис. 13. Астатический регулятор уровня жидкости
Рис. 12. Определение зажимов начала и конца одной фазы статора:
а — напряжение есть; б — напряжения нет
жение, разрывая цепь питания электродвигателя посредством переключателя. Если расход жидкости уменьшается, уровень повышается, поплавок поднимается вверх и замыкает контакты электродвигателя, который начинает вращаться в сторону, соответствующую закрытию клапана 6 (приток жидкости в резервуар уменьшается). Процесс регулирования продолжается до тех пор, пока приток жидкости не станет равным расходу — двигатель останавливается и процесс регулирования прекращается. С увеличением расхода жидкости происходит обратный процесс.
Б
БАЗА (франц, base, от греч. basis) — название электрода ПП прибора (транзистора и др), обеспечивающего электрическую связь с базовой областью прибора — областью между эмиттерным и коллекторным р — п-пе-реходом.
БАРРЕТЕР — устройство, обеспечивающее стабилизацию электрического тока в цепи. Это заполненный водородом стеклянный баллон, внутри которого помещается железная нить. Электрический ток, проходя по нити, нагревает ее, что вызывает рост сопротивления. Диаметр и длина нити, а также давление водорода внутри баллона подбираются с учетом того, чтобы
сопротивление нити изменялось пропорционально напряжению, приложенному к барретеру. Устройство включается последовательно с нагрузкой в цепь, силу тока в которой необходимо стабилизировать. Характеризуется постоянной величиной силы тока и предельными значениями напряжения, обеспечивающего стабилизацию; не реагирует на быструю смену напряжения (требуется некоторое время, чтобы при изменении напряжения на барретере установился новый тепловой режим).
БАТАРЕЯ (франц, batterie, от bat-tre — бить) — Соединение нескольких гальванических источников тока (галь-
Рис. 14. Соединение гальванических элементов: а — последовательное; б — параллельное; в — групповое
ванических элементов) для получения требуемых значений напряжения и тока, превышающих соответствующие величины одного источника. Элементы, соединяемые в батарею, должны иметь одинаковые эдс и внутреннее сопротивление.
Последовательное соединение элементов (рис. 14, а) применяется в том случае, когда сила тока потребителя не превышает номинальной силы тока одного элемента, а напряжение потребителя больше эдс элемента Eq. Число элементов п, соединенных последовательно, определяется соотношением
При одинаковом напряжении (отрицательный вывод одного элемента соединяется с положительным выводом последующего) эдс батареи Е в п раз больше эдс одного элемента Ео, а внутреннее сопротивление — в п раз больше /?0. Разрядный ток батареи равен разрядному току элемента.
Параллельное соединение элементов используется в том случае (рис. 14, б), если напряжение потребителя U равно напряжению элемента Ео, а сила тока потребителя / значительно больше разрядного тока одного элемента /р. При этом число элементов т, соединенных параллельно, определяется соотношением
Положительные выводы всех элементов соединяются в один узел, а отрицательные — в другой. Электродвижущая сила батареи равна эдс одного элемента Е = Е0, внутреннее сопротивление R = Ro/m, а разрядный ток в т раз больше разрядного тока элемента.
Групповое соединение элементов (рис. 14, в) применяется в тех случаях, когда напряжение и ток потребителя больше номинального напряжения и тока элемента. Число последовательно соединенных элементов в группе и параллельных групп определяется по вышеприведенным формулам. Батареи имеют условные обозначения, состоящие из букв и цифр: цифры указывают напряжение, буквы — назначение (А — анодная, Н — накальная, С — сеточная, Ф — фонарная, Р — радиозондовая, С — слуховая, Т — телефонная); электрохимическую пару (МЦ— марганец и цинк и т. д.); тип конструкции (Г — галетная, В — воздушной деполяризации); условия работы (у— универсальная, х — хладостойкая, без обозначения — летняя). Последние цифры — емкость в ампер-часах или число часов работы (буква ч). Например, обозначение 70-АМЦГ-у-1,3 расшифровывается так: напряжение 70 В, анодная, марганцево-цин-ковая, галетной конструкции, универсального применения, емкость 1,3 А-ч. Многие батареи имеют фирменную маркировку («Крона», «Маячок» и др.) или взамен старых обозначений («Марс», «ФБС») — новые (элемент 373, 322 и др.)
БЕЛ [от имени американского изобретателя телефона А. Г. Белла (1847— 1922)] — условная единица оценки со-
Рис. 15. Блок-схема регулятора температуры:
I— датчик; 2— сравнивающее устройство; 3— реле; 4— задающее устройство
отношения напряжений, токов и мощностей. Дольная единица бела — децибел (дБ) ; 1 дБ = 0,1 Б. Если отношение мощностей, напряжений или токов меньше единицы, перед числом децибел ставится знак минус.
БЕСКОНТАКТНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ — электронная система автоматического управления, которая не содержит замыкающих и раз
мыкающих контактов в электрических цепях.
БЕСКОНТАКТНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ РЕЛЕ — устройство для включения, отключения или переключения электрического тока в цепи не механическим замыканием (размыканием) контактов, а скачкообразным изменением сопротивления управляемого элемента, включенного в цепь последовательно с нагрузкой.
БЛОК-КОНТАКТ — контакт электрического устройства, предназначенного для переключения цепей управления или сигнализации. Ими снабжаются контакторы, магнитные пускатели, выключатели высокого напряжения.
БЛОК-СХЕМА — графическое изображение схемы устройства, прибора или системы автоматики, в котором условно (при помощи квадратов или прямоугольников) обозначаются отдельные функциональные элементы схемы, соединенные линиями связи (рис. 15).
В
ВАРИКАП [англ, varicap, от vari (able) — переменный и cap(acity) — емкость] — полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости от обратного напряжения. Применяется в качестве элемента с электрически управляемой емкостью в радиоэлектронных устройствах.
ВАРИОМЕТР (от лат. vario — изменяю и греч. metreo— измеряю). Это радиотехнический прибор для плавного изменения индуктивности механическим изменением положения двух катушек индуктивности.
ВАРИСТОР [ англ, varistor, от vari (able) — переменный и (resi)stor — резистор] — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого изменяется нелинейно и одинаково под действием как положительного, так и отрицательного напряжения. Применяется для защиты устройств переменного тока от импульсного перена
пряжения, для стабилизации и регулирования напряжения и тока и др.
ВАТТ [ по имени англ, изобретателя Дж. Уатта (1736—1819)] — механическая мощность, при которой за 1 с совершается работа в 1 Дж. Обозначается — ватт (Вт)
где Р — мощность, Вт; А — работа, Дж; t — время, с. Производные единицы: один микроватт (мкВт) равен 10-6 Вт; один милливатт (мВт) — 10-3 Вт; один киловатт (кВт) — 103 Вт; один мегаватт (МВт)— 106 Вт
ВАТТМЕТР (от ватт и греч. metreo — измеряю) — прибор для измерения активной электрической мощности в ваттах (Вт). Для измерений в цепях постоянного и переменного токов применяются электродинамические ваттметры, переменного — ферродинамиче-
ские реже индукционные. Двухэлементный ваттметр имеет две неподвижные катушки тока и соответственно им две подвижные катушки напряжения, укрепленные на одной оси с указательной стрелкой. Мгновенная мощность трехфазной цепи равна сумме мгновенных мощностей трех фаз
Р = Рл + Рв+Рс=///л+/в + Аг^с^ С-
Заменив ток /с на 1С = —1А—/^получим Р = IAUA +IBUB -IAUC~ -IBUC = 1(UA-UC) + IB(UB-— ^с) = р\ ~ ^2- ОТС1°Да следует, что мгновенную мощность трехфазной цепи можно считать состоящей из слагающих Р| и Р2. Включим ваттметр согласно схеме: катушку тока первого элемента присоединим в разрыв провода Л(/л), второго —в разрыв провода В (JB); цепь напряжений первого элемента — к проводам AC (UAC), второго — к проводам 5С (UBC). При такой схеме соединения мгновенный момент, действующий на подвижную часть, пропорционален мгновенной мощности цепи, а угол поворота подвижной части — среднему вращающему моменту и средней или активной мощности трехфазной цепи
Р = 1АиАССО*<ГА-Ас + 4" ^s^ficcos Ч’е—ВС'
где Фл-лс и Чв-вс~~ Углы сдвига меж-ДУ JA и UAC' 1в и ивс-
Две токовые катушки ваттметра могут включаться не только в провода Л и В, но и в два произвольно выбранных провода трехфазной цепи. Генераторный зажим каждой цепи напряжения ваттметра соединяется с линейным проводом, в который включена токовая катушка элемента, а негенераторные концы цепей напряжения — с линейным проводом, свободным от катушки тока ваттметра. Схема включения двухэлементного ваттметра пригодна как при соединении звездой, так и треугольником (всякий треугольник может быть заменен эквивалентной звездой). По аналогичной схеме вместо двухэлементного ваттметра можно включить два однофазных. Активная
мощность трехфазной цепи определяется алгебраической суммой их показаний. При отклонении стрелки одного из ваттметров в обратную сторону концы проводов, присоединенных к зажимам параллельной цепи этого ваттметра, меняются местами.
ВЕБЕР [по имени нем. физика В. Э. Вебера (1804—1891)] —единица магнитного потока в Международной системе единиц (СИ). Обозначение — Вб. Это магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре сопротивлением 10 Ом через поперечное сечение проводника проходит количество электричества 1 Кл. 1 Вб = (1 Кл)-(1 Ом) —(1 В)Х Х(1 с). Численно магнитный поток Ф представляет собой произведение магнитной индукции однородного поля В и площади S, перпендикулярной к вектору этой индукции:
Ф = BS.
Магнитный поток выражается также в теслах (Т), умноженных на квадратный метр, а иногда применяется более мелкая единица — максвелл (Мкс); 1 Мкс — 10-8 Вб.
ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА — графическое изображение значений периодически изменяющихся величин и соотношений между ними при помощи векторов. При изображении синусоидальной величины эдс e = EMsin (<и/+ <р) вращающимся радиусом-вектором (рис. 16) длина его ОА в определенном масштабе представляет амплитуду Ем; угол, образованный вектором с положительной полуосью абсцисс х, в начальный момент времени равен начальной фазе ф, а угловая скорость вращения вектора — угловой частоте со. Проекция, вектора на ось ординат у в том же масштабе дает мгновенное значение эдс е. Действительно, в момент времени t = 0 эдс е0 — $1пф выражается проекцией вектора ОА на ось у. В момент времени /1 эдс e1=EMsin ((о/,4-ф) выражается проекцией вектора, занявшего новое положение ОА], на ось у. Так как угловая скорость векторов на векторной диаграмме одинакова, то взаимное расположение их не меняется. Начало отсчета времени для периодической кривой выбирается произ-
Рис. 16. Изображение синусоидальной величины вращающимся вектором
вольно, поэтому при построении один из векторов можно расположить произвольно, а остальные — по отношению к нему под углами, равными углам сдвига фаз. Сложение двух синусоидальных величин заменяется сложением векторов, каждый из которых изображает соответствующую синусоидальную величину. Если две величины эдс = = Ем] sin (tot -|- (pl) И в2 = Ем281П (tot + + фг) представлены векторами О А и ОБ (рис. 17), то для сложения вектор ОА переносится так, чтобы начало его совпадало с концом вектора ОБ. Тогда замыкающий вектор ОВ будет вектором суммарной эдс. Проекции векторов ОА и ОБ на ось ординат являются мгновенными значениями е} и е2, а сумма этих проекций равна проекции вектора ОВ, представляющего собой вектор суммарной эдс е. По рис. 17 находится амплитуда суммарной эдс и тангенс ее начального фазового угла. Вычитание двух синусоидальных величин производится сложением уменьшаемой величины с обратной по знаку вычитаемой: ei—е2 = е1-|-(—е2).
ВЕНТИЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — общее название электрических приборов, проводимость которых зависит от направления электрического тока: в прямом направлении она на один или несколько порядков выше, чем в «обратном». Благодаря этому вентиль электрический широко используют в выпрямительных устройствах.
ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД — электропривод, в котором для питания двигателя и регулирования его частоты вращения используется преобразователь на управляемых электриче
ских вентилях (тиратронах, ртутных выпрямителях, тиристорах).
ВЕТВЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ — участок электрической цепи, расположенный между двумя узлами.
ВЗАИМНАЯ ИНДУКТИВНОСТЬ, коэффициент взаимной индуктивности— величина, характеризующая отношение потокосцепления одной цепи (катушки) к току другой цепи (катушки), возбуждающему это потокосцепление. В Международной системе единиц (СИ) измеряется в генри (Г). Взаимная индуктивность зависит от числа витков катушек, их размеров и формы, взаимного расположения и магнитной проницаемости среды. Взаимная индуктивность двух катушек связана с их индуктивностью L] и L2 следующим соотношением:
М = М}_2 = М2_] = кл/е1е2,
где К — коэффициент связи катушек, характеризующий степень их индуктивной связи; М — взаимная индуктивность, Г.
Коэффициент связи зависит от расположения катушек: при большем расстоянии между ними он уменьшается, при меньшем — увеличивается.
ВЗАИМНАЯ ИНДУКЦИЯ — явление индуктирования (наведения) эдс индукции в одной цепи (катушке) при изменении электрического тока в другой цепи. Ток i], проходя по виткам первой катушки, вызывает магнитный поток, часть которого Ф] _2 пронизывает витки второй катушки W2 (рис. 18),
образуя потокосцепление взаимной индукции Чг = №2Ф]_ 2- Магнитный поток Ф1_2 и. следовательно, потокосцепление пропорциональны току
'F,_2=M1_2q.
Аналогично ток i2, проходя по виткам второй катушки, вызывает магнитный поток Ф2_], пронизывающий витки первой катушки UZ], образуя потокосцепление взаимной индукции Чг2_1 = = и/]Ф2_]. Для этого случая потокосцепление пропорционально току Чг2_1 = Af2__ 1г2.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ —- возникновение электродинамической силы между проводниками при прохождении по ним электрического тока. Если по двум параллельно расположенным проводникам пропустить электрический ток (рис. 19), то вокруг каждого из них возникнет магнитное поле. На первый провод, находящийся в магнитном поле тока /1, будет действовать электромагнитная сила Flt а на второй, находящийся в поле тока /2,— электромагнитная сила Е2; (Е, и F2 всегда равны между собой). Пользуясь правилами буравчика и левой руки, можно установить, что провода с током одного направления притягиваются друг к другу, а с токами разных направлений — отталкиваются. Если каждый из двух параллельно расположенных в вакууме проводов имеет длину /, которая значительно больше расстояния а между ними, то сила F, действующая на каждый из проводов, пропорциональна произведению токов, идущих по проводам, их длине и обратно пропорциональна расстоянию между ними
f = при А=/2= A F = Pl
= Мо о---- ВЦ,
2ла
где Цф — магнитная постоянная; В — магнитная индукция.
ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ — электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования постоянного тока низкого напряжения
Рис. 17. Сложение двух синусои-
дальных величин
Рис. 18. Взаимная индукция
в переменный ток высокого напряжения.
ВИХРЕВЫЕ ТОКИ, токи Фуко — замкнутые электрические токи в проводящей среде, индуктированные изменяющимся магнитным полем. Сила
Рис. 19. Электромагнитные силы взаимодействия
между проводами с
током
вихревого индукционного тока прямо пропорциональна эдс индукции и обратно пропорциональна сопротивлению цепи вихревого тока. При взаимодействии этих токов с магнитным потоком возникает электромагнитная сила, вызывающая, например, вращение диска. Это явление используется в счетчиках электрической энергии. Направление вихревых токов определяется так же, как и направление тока в кольце, а наведенной эдс и совпадающих с ней по направлению вихревых токов — по правилу правой руки.
Обычно сопротивление цепи вихревого тока мало и сила вихревого индукционного тока достигает большой величины даже в медленно меняющихся магнитных полях (например, в магнитном поле переменного тока частотой 50 Гц). Количество тепла, выделяемое в единицу времени, прямо пропорционально квадрату частоты изменения магнитного поля. Для получения большого количества тепла за счет вихревых токов (индукционные печи) применяются токи высокой частоты. В электрических машинах и аппаратах эти токи обычно нежелательны, так как вызывают дополнительные потери и снижают кпд. Для уменьшения потерь магнитные цепи электрических машин и сердечники трансформаторов изготовляются из отдельных пластин, изолированных друг от друга и расположенных параллельно линиям магнитной индукции (толщина не более 0,1...0,5 мм).
ВЛАГОМЕР—устройство для измерения влажности различных материалов промышленного и сельскохозяйственного производства. Наибольшее рас
пространение получили электрические влагомеры.
ВНУТРЕННЯЯ ПРОВОДКА —сети и линии электрической проводки внутри зданий. Для канализации электрической энергии внутри зданий применяются провода, шнуры, кабели и шины. Провод — это незащищенная или имеющая изоляцию (резиновую, поливинилхлоридную, найритовую,пропитанную хлопчатобумажную) проволока. Шнур — система двух или нескольких изолированных гибких жил. Шина — полосовая (реже круглая) медь, алюминий или сталь. Провода, шиуры и кабели бывают одножильные и многожильные, а жилы — однопроволочные и многопроволочные. Последние изготовляются только стандартных сечений: 0,5...0,75...! ,0...1,5...2,5...4,0...6,0... 10...16...25...35...50...70...95...120...150... 185...240...400...500...625...800 мм2. Многопроволочные жилы проводов и кабелей оконцовываются и соединяются опрессованием, сваркой или пайкой. При опрессовании жила вводится в трубчатую часть наконечника или в соединительную гильзу (трубка из того же материала, что и жила) и обжимается ручными клещами или гидравлическим прессом. Электросварка применяется преимущественно для соединения и оконцевания алюминиевых жил. При отсутствии опрессовки и сварки используется пайка. Паяются медные жилы в пламени паяльной лампы при помощи оловянно-свинцовых припоев и канифоли, алюминиевые — цинко-оловянных припоев.
Для силовых сетей предприятий чаще всего используются кабели, шины
или изолированные провода, в стальных трубах или на изоляторах; для осветительных сетей — провода в стальных трубах, провода на изоляторах или роликах (открытая проводка) и на тросах (тросовая проводка); во взрыво- и пожароопасных помещениях — провода в стальных трубах. Трубопроводы должны быть герметичными, а аппаратура и светильники — взрывобезопасными. В производственных помещениях с разветвленной сетью трубы прокладываются в полу (скрыто).
Для осветительных сетей бытовых помещений применяются скрытые проводки, которые прокладываются непосредственно под штукатуркой. При открытой проводке они крепятся на стенах и потолках специальными сортами клея или гвоздями.
Осветительная сеть, помимо проводов, содержит патроны для ламп, штепсельные розетки, выключатели и плавкие предохранители или автоматические выключатели, предназначенные для защиты сети от коротких замыканий. Несколько предохранителей, смонтированных на общем основании, составляют групповой щиток.
ВНУТРЕННЕЕ УРАВНЕНИЕ ТРИОДА — произведение трех параметров вакуумного триода: крутизна характеристики S, внутреннее сопротивление /?( и проницаемость D, равное единице — SRiD = 1.
ВОЗДУШНЫЕ ЛИНИИ И СЕТИ — это устройство для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе. Состоит из проводов, опор и изоляторов. Провода крепятся на изоляторах, установленных на опорах. Воздушные линии напряжением 35 кВ и выше имеют голые алюминиевые или сталеалюминиевые провода, гирлянды подвесных изоляторов и металлические, железобетонные или деревянные опоры. Расстояние между проводами делается с учетом того, чтобы исключить возможность пробоя воздушного промежутка между ними.
Для линий напряжением ниже 35 кВ применяются штыревые изоляторы (рис. 20); до 1000 кВ — алюминиевые или сталеалюминиевые провода (например, марка АС-16 имеет шесть алюминиевых проволок диаметром
Рис. 20. Штыревой изо-
лятор
1,8 мм и одну стальную того же диаметра). Провода монтируются на низковольтных фарфоровых изоляторах (типа ТФ), которые навертываются на штыревую часть крюка или штыря и крепятся к опорам. По условиям механической прочности сечение алюминиевых проводов должно быть не менее 16 мм2. Провода закрепляются на шейке изолятора (реже на головке) при помощи «вязки» из мягкой стальной оцинкованной проволоки диаметром около 1 мм. В качестве опор для линий напряжением до 1000 В применяются деревянные или железобетонные столбы высотой около 9 м. У деревянных опор нижняя часть столба (нога) может быть составной и несоставной. При составной нижний конец опоры присоединяется к железобетонному или (реже) деревянному «стулу» или «пасынку». Соединение ноги с «пасынком» выполняется при помощи бандажа, состоящего из шести — восьми витков оцинкованной стальной проволоки диаметром около 4 мм. Натяжение бандажа и закрутка бандажного провода производятся отрезком стального прутка диаметром 15...25 мм. Расстояние между опорами — 30...80 м; расстояние провода от земли — не менее 5 м; между проводами — не менее 20 см по горизонтали и 40 см по вертикали.
ВОЛЬТ [от имени итал. физика А. Вольты (1745—1827)] —единица электрического напряжения, электрического потенциала, разности электрических потенциалов, электродвижущей силы (эдс). Обозначение—В; 1 В = = 1 Дж/1 Кл.
Рис. 21. Устройство трехфазной обмотки
Рис. 22. Кривые токов трехфазной обмотки
электрического напряжения, состоящий из электронных блоков (выпрямителя, усилителя) и измерительного механизма постоянного тока. Основные достоинства: практическое отсутствие собственного потребления мощности и широкий диапазон частот.
ВОЛЬТ-СЕКУНДА — см. Вебер.
ВРАЩАЮЩЕЕСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ — поле, создаваемое обмоткой статора электрической машины переменного тока. На внутренней поверхности статора (рис. 21) находится шесть пазов, в которые уложены активные стороны обмотки.' Лобовые части этих секций расположены на торцах цилиндра. Ось by обмотки ВУ смещена в пространстве относительно оси ах обмотки АХ на 120°. Ось сг обмотки CZ смещена относительно оси by на 120° или оси ах — на 240° в том же направлении. Если соединить концы обмоток X, У, Z вместе, а зажимы А, В, С подключить к трехфазной сети, то получится трехфазная обмотка, обтекаемая тремя токами (рис. 22). Ес
ли токи, направленные в активных сторонах обмоток А, В, С из-за плоскости, считать положительными, то для любого момента времени можно найти в активных сторонах обмотки величину и направление токов, а по правилу буравчика — направление магнитодвижущей силы (мдс) обмоток.
Суммарная мдс F трех обмоток на-
ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА — зависимость силы электрического тока в электрической цепи или в ее отдельном элементе (реостате, конденсаторе и т. д.) от напряжения.
ВОЛЬТМЕТР ( от вольт и греч. metreo — измеряю) — прибор для измерения электрического напряжения в цепях постоянного и переменного тока. Различают вольтметры аналоговые (со стрелочным и световым указателями) и цифровые (с механическим, электромеханическим и электрическим индикаторами). Включаются в цепь параллельно нагрузке или источнику электрической энергии. Для непосредственного измерения электрических напряжений свыше 1 кВ применяют также статические вольтметры.
ВОЛЬТМЕТР ЭЛЕКТРОННЫЙ — электронный прибор для измерения
ходится как результирующая трех переменных. Для момента времени а ток в обмотке ВУ максимален 1В = 1ВМ и, следовательно, мдс FB = FBM = = ^вм^Ьу- Направление ее, определенное по правилу буравчика, совпадает с осью by обмотки BY. Магнито-
движущая сила Fa обмотки АХ направлена по оси своей обмотки ах, но равна 0,5EgM, так как 1д — 0,5/baj. Точно так
же Fc = 0,5Fbm и направлена по оси сг. Таким образом, суммарная мдс трехфазной обмотки
^1 — + ?В + — 1 ’^ВМ
и совпадает по направлению с осью by обмотки BY.
Для моментц, времени 6 (1/6 периода), рис. 22, мдс F повернулась за 1/6 периода на 1/6 окружности,
сохранив свою величину l,5FfiAf = = 1,5ГЛЛ1. По направлению она совпадает с осью ах обмотки АХ, iA = 1АМ. Таким образом, три обмотки, смещенные в пространстве на 120° относительно друг друга, при токах, сдвинутых по фазе на 120°, создают вращающуюся мдс. Эта сила сохраняет постоянное значение F, в 1,5 раз большее максимального значения пульсирующей мдс бдной фазы, и совпадает по направлению с осью обмотки, по которой протекает максимальный ток. Вращающаяся мдс статора возбуждает в магнитной цепи машины вращающееся магнитное поле с числом полюсов 2р, зависящим от конструкции обмотки статора. Частота вращения магнитного поля /г, = 60/,/р.
Каждая фаза обмотки статора сцеплена с магнитным потоком Ф, который вследствие вращения магнитного поля непрерывно изменяется во времени (от Ф = 0 до Ф = ФМ). Общий поток, в 1,5 раза больший амплитуды пульсирующего потока каждой фазы, создает в обмотках статора и ротора эдс в] и е2. Любой металлический цилиндр с обмоткой и без нее, помещенный в статор, начинает вращаться вслед за магнитным полем.
ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ ДВИГАТЕЛЯ — момент на валу двигателя, определяемый магнитным потоком Ф и активной слагающей тока,
М = КмФ/2сохЧг<,, где Км — постоянная, зависящая от конструкции электродвигателя.
В короткозамкнутых асинхронных электродвигателях (рис. 23, 24) при включении рубильника ток ротора /2п будет вначале максимален, так как эдс неподвижного ротора наибольшая. Однако пусковой вращающий момент оказывается в 2...2,5 раза меньше максимального из-за того, что при пуске х2 = (8... 10) г2 и угол между Е2 и /2п близок к 90°. Вследствие этого активная слагающая тока /2ncos4r2 очень мала. В современных асинхронных машинах кратность пускового момента Мп/Мн = 1...1.5; при кратности пускового тока /2п//2н = 4,5...6,5.
В процессе пуска двигателя по мере увеличения скорости уменьшаются
Рис. 23. Схема подключения короткозамкнутого асинхронного двигателя
Рис. 24. Векторная диаграмма для цепи ротора
скольжение S и эдс E2S, что вызывает падение тока ротора 12. Но так как индуктивное сопротивление последнего %2s тоже уменьшается, то при неизменном г2 угол сдвига снижается, а активная слагающая /2 cos и момент М растут. Это продолжается до
Рис. 25. Зависимость вращающего момента двигателя от скольжения
Рис. 26. Механическая характеристика двигателя
тех пор, пока x2S не станет равным г2. Прямоугольный треугольник падения напряжения становится равнобедренным I2x2 = 12г2 (рис. 24), а активная слагающая тока /2 cos — наибольшей. Момент М будет максимальным (М = Мтах). При дальнейшем росте частоты п2 сопротивление становится меньше г2 и последнее оказывает большее влияние на величину тока. С дальнейшим уменьшением E2S происходит падение /2 cos и момента М. Отношение Мтах/Мп — 1,8...2,5 и называется способностью двигателя к перегрузке.
Электромагнитный вращающий момент является функцией скольжения
S при t/i=const (рис. 25). Номинальный момент М„ двигатель развивает при номинальном скольжении Sn ==_ = 0,02...0,06, а максимальный М^ах при критическом SKp = 0,2. При скольжении S = 1 двигатель развивает пусковой вращающий момент Мп.
Так как магнитный поток Ф приближенно пропорционален напряжению Ux, а М — Ф/2 cos V2 и с учетом, что /2cos 'К2 = E2s = E2s = Ф = можно записать М UlUl == U2X.
Таким образом, вращающий момент асинхронного двигателя при данном скольжении пропорционален квадрату подведенного к статору напряжения. Эта зависимость имеет большое значение для эксплуатации асинхронных электродвигателей, так как падение напряжения в сети, например до 0,8 С/1н, вызовет уменьшение максимального момента 0,82 Мгпах — 0,64 Мтах и двига-тель не сможет преодолеть даже незначительную перегрузку, т. е. остановится.
Зависимость л2=/(М) при Ux = — const и fx — const называется механической характеристикой (рис. 26). Последняя построена в осях (п2/пх) 100 и (М/Мл)100. Рабочая ее часть (от 0 до Мл) показана сплошной линией. Кривая 1, полученная при замкнутом накоротко роторе, называется естественной характеристикой, кривая 2 — искусственной. Последняя более мягкая и создается при включении добавочного сопротивления в цепь ротора с фазной обмоткой, что используется для регулирования частоты вращения двигателя.
ВТОРИЧНЫЙ ПРИБОР — прибор для автоматической регистрации и визуального контроля параметров производственного процесса (сила тока, напряжение, мощность, расход, давление, температура и др.). Автоматическая регистрация осуществляется посредством записи параметров на непрерывно движущейся ленте (диаграмме). Последняя может иметь вид плоской ленты с поступательным движением (сматывание с барабана) или форму круга на плоском диске, вращающемся вокруг своей оси (круговые диаграммы). Записывающее устройство бывает двух типов: непрерывного и дискретного (точечного действия). Непрерывная запись выполняется пером и требует большого
движущего момента; точечная — «падающей дужкой», которая периодически на мгновение прижимает к ленте упругий шрифт. В современных автоматизированных системах управления производством применяются вторичные приборы с цифровой индикацией и выходом на вычислительную машину. В этом случае на его выходе получается сигнал в виде импульсов.
ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — аппарат для включения и отключения электрического оборудования или устройств. .
ВЫПРЯМИТЕЛЬ — устройство для преобразования переменного тока в постоянный. Применяется в системах автоматики и промышленной электроники. Выпрямление переменного тока (преобразование в пульсирующий) производится при помощи электронных ламп или полупроводниковых элементов, обладающих малым собственным сопротивлением в прямом направлении тока и очень большим — в обратном (электровакуумные и полупроводниковые диоды, селеновые выпрямители, газонаполненные лампы). Основной элемент выпрямителя — вентиль электрический. Выпрямление переменного тока осуществляется в два этапа: электрическим вентилем создается пульсирующее напряжение, затем с помощью фильтра выпрямленный ток сглаживается (выравнивается) и его колебания на выходе фильтра (пульсации) становятся очень малыми (рис. 27).
ВЫПРЯМИТЕЛЬ ГАЗОТРОННЫЙ — устройство, в котором для выпрямления тока используется газоразрядный вентиль. Собран по схеме диодных и полупроводниковых выпрямителей. На выходе выпрямителя не должно быть емкости, так как зарядный ток конденсатора может превысить допустимый и вывести из строя газотрон. В выпрямителе применяется Г-образ-ный фильтр с дроссельным входом. Положительное анодное напряжение растет до момента зажигания, затем несколько спадает и остается постоянным. В конце полупериода оно уменьшается до нуля. Отрицательная полуволна имеет обычную форму синусоиды, анодный ток — форму импульсов питающего напряжения со срезанной начальной частью.
Рис. 28. Схема двухполупериодного выпрямителя
ВЫПРЯМИТЕЛЬ ДВУХПОЛУ-ПЕРИОДНЫЙ — устройство, в котором для выпрямления используются два полупериода переменного напряжения (рис. 28). По сравнению с однополу-периодным частота пульсации в нем меньше в два раза, что является несомненным достоинством. В первый полупериод потенциал точки 1 выше потенциала средней точки 0 и ток проходит через первый вентиль и нагрузку; во второй — потенциал точки 2 выше потенциала средней точки 0 и ток проходит через второй вентиль и нагрузку. Таким образом, в нагрузке в течение периода проходят две полуволны тока одного направления. Постоянная составляющая тока в нагрузке в два раза больше, чем в -однополупериодной схеме. Максимальная амплитуда обратного напряжения аналогична однополу-периодному выпрямителю, а максимальный импульс тока, проходящего через вентиль, в два раза меньше:
^тах = 3,5 /0.
Коэффициент пульсации равен 66,3 %. Недостатками двухполупериодной схемы являются большое максимальное обратное напряжение и напряжение
Iff
Рис. 29. Схема мостового выпрямителя
Рис. 30. Схема однополупериодного выпрямителя
на вторичной обмотке, превышающее почти в два раза выпрямленное, а также плохое использование вторичной обмотки трансформатора.
ВЫПРЯМИТЕЛЬ МОСТОВОЙ — разновидность двухполупериодного выпрямителя. Наибольшее распространение получила мостовая схема выпрямления (рис. 29). При появлении положительного потенциала переменного напряжения на нижнем конце вторичной обмотки трансформатора 1 в цепи, состоящей из вентиля Д1, нагрузки RH, вентиля Д4 и вторичной обмотки трансформатора 1—2 потечет ток (направление показано стрелками с индексом 1а). В следующий полупериод переменного напряжения, когда положительный потенциал появится на верхнем конце вторичной обмотки 2, по цепи, состоящей из вентиля Д2, нагрузки /?н, вентиля ДЗ и обмотки трансформатора, также пойдет ток (направление показано стрелками с индексом /б).
Таким образом, токи 1а, 1б проходят через нагрузку в одном направлении и, следовательно, в схеме для выпрямления используются два полупериода выпрямленного напряжения. Частота
пульсации, как и в двухполупериодном выпрямлении, в два раза выше частоты питающего переменного напряжения. Максимальная амплитуда обратного напряжения £/обр — 1,4С/0. Максимальный импульс выпрямленного тока 4вах — 3,5 /о, коэффициент пульсаций — 66,7%.
ВЫПРЯМИТЕЛЬ ОДНОПОЛУПЕ-РИОДНЫЙ — устройство, в котором для выпрямления используется один полупериод переменного напряжения (рис. 28). При включении напряжения в течение положительного полупериода (/7>0) в цепи «вентиль—нагрузка* протекает ток, величина которого
U U (/max sin tot __________ __ HldA
7?н ~Ь «в
= Anaxsi" <»*.
В следующий отрицательный полупериод ток в цепи «вентиль—нагрузка* равен нулю, так как при U < 0 ток через вентиль не проходит. Таким образом, на нагрузке /?н выделяется пульсирующее напряжение с частотой, равной частоте переменного тока. В одно-полупериодном выпрямителе используется только один период переменного тока. Максимальная амплитуда обратного напряжения в нем почти равна утроенному напряжению на выходе выпрямителя
^обр—2,7[/0,
где /7обр — обратное напряжение; Uo— выпрямленное напряжение. Максимальный импульс тока, проходящего через выпрямительный элемент, /тах = = 7/0. Степень или величина пульсации оценивается коэффициентом пульсации, показывающим отношение амплитуды первой гармоники тока (напряжения) к постоянной составляющей тока Р — = 11 max/ /0 = Ulman/Uo = 1 >67. Для ОД-нополупериодного выпрямителя Pi = = 157% (1,57).
ВЫПРЯМИТЕЛЬ С УМНОЖЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ — устройство, служащее для выпрямления и повышения напряжения. Особенностью работы схем этих выпрямителей является использование свойств конденсатора на
капливать и сохранять в течение некоторого времени электрическую энергию. Чем больше емкость входящих в схему конденсаторов, тем выше запас электрической энергии и выпрямленное напряжение при одной и той же нагрузке. Выпрямитель по схеме удвоения (рис. 32) состоит из двух последовательно соединенных однополупери-одных выпрямителей, каждый из которых имеет выпрямленный элемент и создает на выходной емкости напряжение, равное половине полного выпрямленного напряжения. В одном из них работает вентиль Д1 с конденсатором С1, в другом — Д2 с С2. Катод вентиля Д2 соединен с анодом вентиля Д1, поэтому они работают поочередно. В первый полупериод переменного напряжения, когда на аноде вентиля Д1 и катоде вентиля Д2 появился положительный потенциал, ток проходит через вентиль Д1 (направление показано сплошными стрелками) и заряжает конденсатор С1. Во втором полупериоде на аноде вентиля Д1 появляется отрицательный потенциал и вентиль оказывается запертым. Однако на катоде второго вентиля Д2 появляется также отрицательный потенциал, через него идет ток и заряжает конденсатор С2. Конденсаторы С1 и С2 соединены последовательно. Вследствие этого напряжение на выходе выпрямителя между точками а и б равно сумме напряжений на конденсаторах С1 и С2, что приблизительно в два раза больше, чем при однополу-периодном выпрямлении. В схеме удвоения напряжения используются оба периода переменного напряжения, поэтому пульсации оказываются равны удвоенной частоте питающей сети. Максимальное значение обратного напряжения Л/обр = 1,5Л/0; максимальный импульс обратного тока /тах — /q.
ВЫПРЯМИТЕЛЬ ТРЕХФАЗ-
НЫЙ— устройство для выпрямления трехфазного переменного напряжения (рис. 31, а). К началам вторичных обмоток трехфазного трансформатора присоединены аноды вентилей, а катоды соединены в узел О. Между точками 1—\0 включена нагрузка. В течение 1/3 периода (рис. 31,6), когда напряжение на этой фазе трансформатора положительно, а на двух других —
Рис. 31. Схема трехфазного выпрямителя:
а — схема;б — эпюры напряжения
Рис. 32. Схема выпрямителя с удвоением напряжения
отрицательно, через вентиль Д1 проходит ток. Если один вентиль открыт, то два других — закрыты, и их сопротивления практически равны бесконечности. В этот период ток проходит по цепи: фаза трансформатора — вентиль Д1 — нагрузка — фаза трансформатора.
Таким образом, если в двухполупе-риодном выпрямителе напряжение и ток изменяются от нуля до амплитудных
Рис. 33. Схема экситронного выпрямителя
величин, то в трехфазном — пульсации тока и напряжения значительно меньше. Максимальное значение обратного напряжения (7обр = 2,О9(7о. Максимальный импульс выпрямленного тока /_ах =3,5/0; коэффициент пульсации — 25%.
ВЫПРЯМИТЕЛЬ ЭКСИТРОН-
НЫЙ — устройство, в котором для выпрямления тока в качестве вентиля используется экситрон (рис. 33). Применяется для выпрямления переменного тока большой мощности в мощных выпрямительных установках (электросварка, питание троллейбусов, электровозов и др.). В металлическом сосуде с созданным вакуумом располагаются: ртутный катод К, три главных рабочих анода Al, А2, АЗ и два вспомогательных анода возбуждения Ав. Аноды А1, А2, АЗ присоединены к трем вторичным обмоткам трехфазного трансформатора. Обмотки соединены звездой, нулевая точка служит минусом цепи нагрузки. Аноды возбуждения Ав питаются от вспомогательного трансформатора и предназначены для поддержания вспомогательной дуги независимо от величины нагрузки. Для пуска выпрямителя кнопка замыкается, подавая напряжение на вспомогательный трансформатор. Под действием эдс верхней поло
вины вторичной обмотки трансформатора в цепи резистора /?0 — полупроводниковый зажигатель 3 — ртутный катод К — резистор /?в — дроссель Др пройдет ток. Полупроводниковый зажигатель (стержень из карбида бора) не смачивается ртутью, и поэтому при прохождении тока между стержнем и ртутью возникают искры, вызывающие ионизацию. Под действием электрического поля электроны от катода направляются к вспомогательному ано-ду Ав, потенциал которого в данный момент положителен по отношению к катоду. При движении электроны ионизируют пары ртути и пространство между катодом и вспомогательным анодом заполняется плазмой — между электродами возникает дуговой разряд. С уменьшением потенциала первого вспомогательного анода и одновременным увеличением потенциала второго анода до значения, превышающего потенциал первого, дуга с первого вспомогательного анода переходит на второй. Падение напряжения на плазме мало, и большая часть его приходится на слой, прилегающий к ртутному катоду (между катодом и ионным облаком, образующимся на некотором расстоянии над катодом). Напряженность поля в прикатодном слое достигает больших значений (около 106 В/см). Под действием этого поля происходит электростатическая эмиссия с поверхности катода. Источником является светящееся ртутное пятно, непрерывно перемещающееся по поверхности катода. Для поддержания пятна, а следовательно, и дуги анодный ток не должен быть ниже 4...5 А. На случай падения последнего на одном из анодов дросселем Др поддерживается ток, необходимый для горения дуги. Изменение знака напряжения между анодом и катодом ведет к возникновению незначительного тока обратного направления. При включении трехфазного трансформатора и нагрузки между катодом и главным анодом, потенциал которого по отношению к катоду выше, чем двух других, возникает дуга. Последняя затем переходит во второй, третий рабочие аноды и т. д.
Таким образом, ток в течение 1/3 части перйода проходит через каждый из рабочих анодов.
ВЫХОДНОЙ ПОНИЖАЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР — устройство, предназначенное для согласования усилителя мощности с нагрузкой. Для усилителей мощности на электронных лампах выходное сопротивление усилителя (внутреннее сопротивление выходной
электронной лампы) намного выше сопротивления нагрузки.
Например, сопротивление громкоговорителя (динамика) составляет 3...20 Ом, а внутреннее сопротивление триода или тетрода будет 700...2000 Ом.
ГАЗОВАЯ ПЛАЗМА — ионизированный газ, содержащий равное количество положительно и отрицательно заряженных частиц. Обладает большой проводимостью, возрастающей с повышением температуры; используется в газоразрядных приборах.
ГАЗООБРАЗНЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ — вещества в газообразном состоянии, практически непроводящие электрический ток. Наиболее распространенным газообразным диэлектриком является воздух (при малых значениях влажности). При нормальном давлении (0,1 МПа) электрическая прочность воздуха (30 X Ю3 В/см) меньше, чем у большинства жидких и твердых диэлектриков.
ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ПРИБОРЫ, ионные приборы — приборы, действие которых основано на электрическом разряде в газе или парах металла. Обычно используются инертные газы — неон, криптон, аргон или пары ртути. На этом принципе основана работа газотронов, игнитронов, экситронов, тиратронов, неоновых ламп, стабилитронов.
ГАЗОТРОН [от газ и (элект) трон] — двухэлектронный ионный прибор с подогреваемым катодом, наполненный инертным газом или ртутными парами. Стеклянный или металлический баллон после создания в нем вакуума заполняется соответствующими инертными газами или парами ртути под давлением 15...70 Па. Газотрон имеет два электрода; анод, выполненный из никеля или графита, и катод — из вольфрамовой проволоки, покрытой слоем оксида. В мощных газотронах катод помещается внутри цилиндрического экрана, уменьшающего тепловые
! В. К. Бензарь
потери. Питается катод от трансформатора накала. Напряжение накала — не более 5 В (при большем напряжении и малом потенциале ионизации — для ртути около 10 В — между концами катода может возникнуть дуга). Ток накала от нескольких до десятков ампер; время разогрева катода — от минут до десятков минут. При увеличении анодного напряжения от нуля до величины, соответствующей потенциалу ионизации, через газотрон протекает ток незначительной величины, так как электроны в слабом электрическом поле между катодом и анодом имеют скорости, не достаточные для ионизации газа. При повышении анодного напряжения до величины, несколько превышающей потенциал ионизации газа, электроны, покинувшие катод, под действием электрического поля получают скорости, достаточные для возбуждения и ионизации газа. Таким образом, в приборе начинается процесс ионизации газа, образуется плазма и возникает дуговой разряд. Положительные ионы, образовавшиеся при ионизации газа, компенсируют объемный отрицательный заряд вблизи катода, вследствие чего несколько увеличивается электронная эмиссия. Увеличение тока при уменьшении сопротивления анодной цепи в связи с изменением нагрузки или увеличением напряжения источника питания почти не влияет на величину падения напряжения между анодом и катодом. Дальнейшее повышение напряжения и тока сверх установленного недопустимо, так как происходит перегрев и разрушение газотрона.
Преимуществом газотрона перед вакуумным диодом является малое падение напряжения, поэтому выпрямители
Рис. 34. Гальванический элемент
Рис. 35. Устройство гальванического элемента:
/— газоотводная трубка; 2— смола; <3— картонная шайба; 4— цинковая коробка (стакан); 5— паста-электролит; 6— деполяризатор; 7— угольный электрод;
S— футляр; 9— изоляция
на газотронах имеют больший кпд; недостатком — большая продолжительность прогрева катода, так как катод газотрона дольше прогревается до рабочей температуры, которая дол-
жна быть получена до включения анодного напряжения.
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ — источник электрического тока, в котором вследствие электрохимической реакции выделяется непосредственно электрическая энергия. Состоит из отрицательных (чаще из цинка) и положительных (из меди, угля или окисла металла) электродов, погруженных в жидкий или пастообразный раствор электролита. Между электродом и электролитом всегда возникает некоторая разность потенциалов, зависящая от электрода и состава электролита. Появление электродного потенциала объясняется тем, что вещество электрода под воздействием химической энергии растворяется в электролите и положительные ионы переходят в электролит. Преобладание отрицательных зарядов на электроде и положительных в прилегающем к нему пограничном слое вызывает появление двойного электрического слоя, а следовательно, и электрического поля на границе электрода. Электрические силы поля противодействуют переходу положительных ионов с электрода в раствор, уравновешивая химические силы растворения электрода — возникает электродный потенциал. Если поместить в электролит два электрода из разных металлов, дающих положительные заряды ионов, между ними возникнет разность потенциалов, а, следовательно, в замкнутой цепи потечет электрический ток. Гальванические элементы иногда называются первичными.
Элемент Вольта (рис. 34) состоит из погруженных в водный раствор серной кислоты отрицательного заряда — катода (из цинка) и положительного— анода (из меди). Эдс элемента составляет 1,1 В. Если элемент замкнуть на сопротивление нагрузки, в цепи возникнет электрический ток. Отрицательные ионы SO4 и положительные — Zn сближаются. Соединяясь, они образуют молекулы цинкового купороса ZnSO4. Одновременно положительные ионы водорода отнимают у анода электроны и превращаются в нейтральные атомы водорода, которые, покрывая тонким слоем анод, вызывают увеличение внутреннего сопротивления элемента и уменьшение
его эдс. Это явление называется поляризацией. Водородный слой у анода устраняется при помощи деполяризаторов — веществ, легко отдающих кислород (например, перекись марганца). Деполяризаторы, соединяясь с водородом, образуют воду. В батареях используются сухие и наливные марган-цево-цинковые элементы. Конструктивно они подразделяются на стаканчико-вые и галетные. В элементе стаканчи-ковой конструкции цинковый электрод имеет форму стакана (рис. 35), внутри которого расположен положительный электрод — угольный стержень. Он окружен деполяризатором из двуокиси марганца, графита и сажи. Цинковый стакан заполняется электролитом — водным раствором хлористого аммония (нашатыря) с добавлением крахмала в качестве загустителя. Эдс элемента равна 1,5 В; основные характеристики — номинальный разрядный ток, соответствующий наибольшему току при длительной эксплуатации элемента, и емкость элемента, показывающая количество электричества в ампер-часах, которое можно получить за все время его работы.
ГАЛЬВАНОМЕТР ( от гальвано... и греч. metreo — измеряю) — высокочувствительный электроизмерительный прибор, реагирующий на весьма малую силу тока и электрическое напряжение. Различают гальванометры постоянного и переменного тока. При измерениях малых значений силы и напряжения переменного тока с частотой до 5кГц используют вибрационные гальванометры переменного тока или гальванометр с преобразователями переменного тока в постоянный.
ГАММА-РЕЛЕ, радиоактивное реле — устройство для автоматической сигнализации наличия материала в технологической емкости. С одной стороны бункера, предназначенного, например, для хранения материала, устанавливается источник радиоактивного излучения — гамма-квантов, а с другой — приемник излучения, состоящий из счетчика гамма-квантов, усилителя и выходного реле (рис. 36). Если в контролируемом пространстве материала нет, то гамма-кванты свободно проходят от источника к приемнику. При появлении материала часть гамма-
Рис. 36. Схема гамма-реле:
/ — источник гамма-квантов; 2 — бункер; 3 — материал; 4— приемник гамма-квантов; 5—уси-
; литель; 6— выходное реле
квантов поглощается им и количество, попадающее в приемник, заметно уменьшается. Усилитель и регистрирующий прибор сигнализируют о наличии материала в емкости.
В качестве источника гамма-квантов применяются радиоактивные изотопы кобальта или цезия. При эксплуатации радиоактивных приборов следует строго соблюдать правила безопасности труда.
ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ — электрическая машина постоянного тока для преобразования механической энергии в электрическую. У генератора с параллельным возбуждением обмотка присоединена к зажимам якоря параллельно цепи нагрузки (рис. 37). Ток якоря /я = / -)- /в, где /в = 2...3%/„. Для возбуждения необходимо, чтобы магнитный поток, создаваемый током возбуждения, совпадал по направлению с потоком остаточной индукции. Только в этом случае ток в обмотке возбуждения, созданный остаточной эдс Еост, намагничивает машину, магнитный поток генератора нарастает и эдс увеличивается. Последнее вызывает новое увеличение /в, а следовательно, и потока Ф. Процесс продолжается до тех пор, пока эдс не становится равной падению напряжения в обмотке возбуждения. Если же генератор не возбуждается, то в обмотке необходимо изменить направление тока
Рис. 37. Схема подключения генератора с независимым возбуждением
Рис. 38. Характеристика генератора с последовательным возбуждением
/в. Характеристика холостого хода генератора такая же, как и для генератора независимого возбуждения.
Внешняя характеристика генерато
ра параллельного возбуждения U = = /(/в) ПРИ л = const и rB — const получается так же, как и для генератора с независимым возбуждением, и имеет такой же вид. Однако изменение напряжения А£/ достигает 30%. Это обусловлено тем, что обмотка возбуждения подсоединена к зажимам якоря. При сбросе нагрузки напряжение, а вместе с ней и ток возбуждения растет — /в = и/гв-
Магнитный поток и эдс увеличиваются быстрее, чем в генераторе независимого возбуждения.
ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ — электрическая машина аналогичного назначения. Обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря. Работа характеризуется следующими показателями. Характеристика холостого хода (магнитная), рис. 38, представляет собой зависимость UQ = f(lB) при п — = const и служит для проверки расчета магнитной цепи. Эдс, наведенная потоком остаточной индукции, называется остаточной и равна Ежт = 0,02[/п. Точка, соответствующая номинальному напряжению, лежит на изгибе кривой (7(/в). Ток /вх называется током возбуждения при холостом ходе и номинальном напряжении. Внешняя характеристика генератора U = f(T) при /в = — const, п = const характеризует устойчивость напряжения генератора при измерении нагрузки.
Величина
л// U°~Un
100
называется процентным изменением напряжения и составляет для генератора с независимым возбуждением 5...10%. Для поддержания напряжения, постоянного по величине (при изменяющемся сопротивлении нагрузки), ток возбуждения регулируется. Это производится вручную или при помощи автоматических регуляторов.
ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА СО СМЕШАННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ — имеет две обмотки возбуждения (рис. 39) — параллельную (шун-
товую) Ш1, Ш2 и последовательную (сериесную) Cl, С2, включенную последовательно с якорем. Ток последовательной обмотки создает мдс Гмс, которая может складываться с мдс параллельной обмотки F№lii или вычитаться из нее, т. е. FM = Гмш 4- Гмс. На практике применяется согласное соединение обмоток возбуждения, при котором мдс складываются и с увеличением нагрузки генератор автоматически подмагничивается. Размагничивающее действие реакции якоря и падение напряжения /гя компенсируются и напряжение генератора при колебаниях нагрузки практически неизменно.
ГЕНРИ [от имени амер, физика Дж. Генри (1797—1878)] —единица индуктивности в Международной системе единиц (СИ). Обозначение—Г. 1 Г — индуктивность контура, с которым при силе постоянного тока в нем 1 А сцепляется магнитный поток, равный 1 Вб. Производные величины: миллигенри — 10~3 Г и микрогенри — 10~6 Г.
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ НЕЙТ-
РАЛЬ — плоскость, перпендикулярная к оси полюсов, проходящая через ось якоря (на равном расстоянии от полюсов), рис. 40.
ГЕРЦ [ от имени нем. физика Г. Герца (1857—1894) ]—единица частоты периодического процесса. Обозначение’— Гц. 1 Гц — частота, при которой за время 1 с происходит один цикл периодического процесса. Производные единицы: килогерц— 103 Гц, мегагерц— 106 Гц, гигагерц— 109 Гц.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ— устройство для перемещения управляющих органов гидравлических исполнительных механизмов с одновременным усилением управляющего воздействия. Например, в гидравлическом усилителе с дроссельным управлением с помощью заслонки регулируют давление в рабочих камерах, перемещая золотник и направляя жидкость под давлением в управляющий орган (сервомотор и др.). Коэффициент усиления по мощности гидравлического усилителя часто превышает 100 000. Применяют, например, на самолетах для управления рулями.
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕЛЕ — устройство, использующее для создания
Рис. 39. Схема подключения генератора со смешанным возбуждением
Рис. 40. Геометрическая нейтраль
релейного эффекта жидкость. Наиболее распространены золотниковые двух-, трехпозиционные и крановые реле. При перемещении золотника вправо или вле-
Рис. 41. Устройство гиркона:
/, 2— контакты
во от среднего (нейтрального) положения с напорной линией соответственно сообщается левое или правое окно корпуса. Перемещение золотника осуществляется подачей жидкости под давлением в торцовые полости: левую — перемещение вправо и правую — влево.
ГИРКОН — устройство релейного типа, содержащее контакты в вакууме, срабатывающие при приложении к нему внешнего магнитного поля. Обладает высокой чувствительностью, надежностью и малой массой (рис. 41).
ГИСТЕРЕЗИС (от греч. hysteresis — запаздывание) — различная реакция физического тела на некоторые внешние воздействия в зависимости от того, подвергалось ли это тело ранее тем же воздействиям или подвергается им впервые.
Магнитный гистерезис — отставание изменения магнитной индукции от изменения напряженности внешнего намагничивающего поля. Объясняется необратимыми изменениями в ферромагнетиках при намагни
чивании и размагничивании. Причинами магнитного гистерезиса являются необратимые процессы смещения границ между областями самопроизвольной намагниченности и вращения их областей.
Диэлектрический гистерезис наблюдается в сегнетодиэлек-триках и характеризует процессы, которые имеют разные параметры в зависимости от направления приложенного воздействия.
ГЛАВНЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ПУНКТ — служит для передачи энергии от энергосистемы при напряжении 6... 10 кВ на промышленное предприятие. Размещается в одноэтажном здании и оборудуется шкафами (комплектные распределительные устройства) или камерами сборной конструкции. Имеет однорядное расположение камер и коридор управления.
Г-ОБРАЗНЫЙ ФИЛЬТР — см. Выпрямитель.
ГРУППА СОЕДИНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ — порядок соединения обмоток трехфазных трансформаторов. Указывает угловой сдвиг линейной эдс обмотки низкого напряжения относительно линейной эдс обмотки высокого напряжения по движению часовой стрелки. За единицу измерения принят угол 30°. При группе 0 сдвиг равен 0°, при группе 11—330°. Для потребления энергии сдвиг не имеет значения, он служит для определения возможности включения трансформаторов на параллельную работу.
д
ДАТЧИК — элемент измерительного устройства, преобразующий контролируемую величину (температуру, давление, мощность, расход, перемещение, влажность, скорость и др.) в сигнал, удобный для регистрации, передачи, хранения и воздействия на управляемые процессы. Для контроля температуры используются датчики температуры: термометры сопротивления, термопары, термисторы, биметалличе
ские и дилатометрические термометры; для контроля давления — различные манометры; расхода — расходомеры; перемещения — индукционные, реостатные, емкостные, радиофизические датчики; скорости — тахометры (тахогенераторы); количества электрической энергии — счетчики, вольтметры и а-м пер метры; частоты — частотомеры; влажности —
Рис. 42. Движение электрона в магнитном поле
влагомеры электрические, радиоактивные, сверхвысокочастотные и др.
ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ—перемещение электронов под действием внешнего магнитного поля. Величина возникающей при этом силы F пропорциональна произведению магнитной индукции В, заряда электрона е и скорости его движения V в направлении, перпендикулярном к направлению поля, т. е. F=BeV. Направление силы определяется по правилу левой руки. Из этого следует, что при V = О сила F = Q, т. е. магнитное поле не действует на неподвижный электрон. Так как направление силы перпендикулярно к направлению скорости движения электрона, то работа, совершаемая ею, равна нулю. Таким образом, энергия электрона и величина его скорости остаются неизменными, изменяется только направление движения.
Если на электрон действует только магнитное поле, то он перемещается по окружности радиуса г (рис. 42), расположенной в плоскости, перпендикулярной к направлению поля. Сила F является центростремительной и уравновешивается центробежной силой электрона т^/г. Так как силы равны, то mV2/r = BeV. Отсюда радиус окружности r = mV/eB.
Отношение массы электрона к заря
ду постоянно, следовательно, радиус окружности пропорционален магнитной индукции поля. Если начальная скорость электрона не перпендикулярна к направлению поля, то ее следует разложить на две составляющие: нормальную (перпендикулярную к направлению поля) VH и продольную (совпадающую по направлению с полем) Vnp. Первая обусловливает движение электрона по окружности в плоскости, перпендикулярной к направлению поля; вторая — равномерное и прямолинейное движение электрона в направлении поля. Таким образом, движение электрона происходит по винтовой линии.
ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ — перемещение электронов под действием внешнего электрического поля. Основные закономерности этого явления широко используются в электронике. Представим, что электрон, покинувший отрицательный электрод (катод) с достаточно малой начальной скоростью, попадает в однородное электрическое поле (рис. 43,а) с напряженностью Е. На электрон будет действовать постоянная сила поля
направление которой противоположно направлению поля, так как заряд последнего отрицателен. Под действием этой силы электрон получает ускорение а, пропорциональное величине силы F и обратно пропорциональное массе электрона т:
F еЕ е U
а = — =--------------г >
т т т а
где е — заряд ' электрона, равный 1,6- 1СГ19 Кл; т — масса электрона, равная 9,1 • 10~31 кг.
Отношение электрона к его массе е/т = 1,76- 10” Кл/кг. Для движущегося электрона электрическое поле будет ускоряющим, если направление начальной скорости V совпадает с направлением силы F. Двигаясь равноускоренно, электрон, пройдя путь d, достигает положительного электрода
Рис. 43. Движение электрона в электрическом поле: а — в ускоряющем; б — в тормозящем; в — в поперечном
(анода) со скоростью V и будет обладать при этом кинетической энергией У^ = тУ‘2/2, которую он приобрел на пути d в результате работы, совершенной силами поля. Так как работа А — Fd = eEd = eU, то, следовательно, энергия электрона mV2/2 = = eU, т. е. равна работе силы поля на пути электрона с разностью потенциалов U.
Приняв заряд электрона за единицу при разности потенциалов U ф 1 В, получим единицу энергии электрона — электронвольт (эВ). Так как заряд электрона равен 1,6 • 10~19 Кл, то 1 эВ =1,6-КГ19 Кл; 1 эВ=1,6Х X Ю-19 Дж.
Определим скорость электрона (м/с) в произвольной точке ускоряющего поля:
V ~60(h/u.
Следовательно, скорость электрона в ускоряющем поле зависит от разности потенциалов между конечной и начальной точками пути электрона. Например, если электрон покинул катод лампы с малой скоростью (К = 0), то при напряжении между катодом и анодом около 100 В он достигает анода со скоростью V = 600у/100 «6000 м/с. Определим время пролета электрона от катода до анода, если d — расстояние между ними. Средняя скорость равноускоренного движения И = Ко + A-V/2=V/2, а время t = d/Vcp = — 2d/V. Если в рассматриваемом при
мере d = 2 см = 2 • 10 5 км, то время пролета
2 -2 • 10-5
6- 103
«0,7- 10—8 с.
V
Рассмотрим движение электрона в тормозящем поле. Допустим, что электрон вылетел с начальной скоростью V > 0 с поверхности аиода (рис. 43,6) и движется к катоду. Сила поля F, действующая на электрон, направлена противоположно полю и, следовательно, противоположна начальной скорости электрона, который тормозится силой поля и движется равномерно замедленно. Кинетическая энергия, которой обладал электрон в начальный момент, U7o = ml/<?/2 при движении в тормозящем поле уменьшается, так как затрачивается на преодоление силы поля. Если начальная энергия электрона U70 больше затраченной на движение электрона между электродами, т. е. U70 > > W — eU, то электрон, пройдя расстояние между электродами, достигнет катода. Если же начальная энергия электрона меньше (WQ<.W = eU), то электрон, не достигнув катода, израсходует всю энергию и на момент остановится. Затем под действием силы поля он начнет равноускоренно двигаться в обратном направлении. Теперь он движется в ускоряющем поле, которое возвращает ему энергию, затраченную до момента остановки.
Допустим, что электрон движется в электрическом поле в перпендику
лярном направлении и попадает в него со скоростью Уо (рис. 43,в). Сила поля F, действующая на электрон, направлена в сторону, противоположную направлению поля. Таким образом электрон одновременно движется в двух взаимно перпендикулярных направлениях: по инерции с постоянной скоростью в направлении, перпендикулярном к полю, и под действием силы поля равноускоренно — противоположно полю. Перемещение происходит по параболе. Выйдя за пределы поля, электрон движется по инерции дальше — равномерно и прямолинейно.
ДВОИЧНАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ — способ выражения натуральных чисел. Для обычных расчетов пользуются десятичной системой счисления, располагающей десятью знаками. В двоичной системе любое число можно выразить лишь двумя знаками — нулем и единицей. Эти величины соответствуют состоянию электрических и электронных устройств — реле, электронных ламп, полупроводников и др. Разомкнутые контакты реле могут быть эквивалентны нулю, а замкнутые — единице; закрытый электрический вентиль — нулю, открытый — единице и т. д. Благодаря этому удалось создать электронно-вычислительные машины самого широкого назначения.
ДВУХЭЛЕКТРОДНАЯ ЛАМПА, диод—прибор с односторонней электрической проводимостью. Состоит из металлического, керамического или стеклянного баллона, в котором создан высокий вакуум (10~5 Па). В баллоне укреплены два электрода (рис. 44) — анод и катод. Анод (из никеля) имеет цилиндрическую или иную плоскую форму. Внутри его расположен катод прямого или косвенного накала. Выводы электродов присоединяются к штырькам, впрессованным в пластмассовый цоколь лампы, или выводятся непосредственно через стекло колбы. Анод соединен с одним штырьком, катод прямого накала — с двумя, катод косвенного накала — с тремя. У высоковольтных диодов вывод от анода часто располагается в верхней части лампы.
Ток накала /и (рис. 45) создается от батареи накала с напряжением от
Рис. 44. Устройство диода
Рис. 45. Схема включения диода: а — анодное напряжение прямое; б — обратное
единиц до десятков вольт или от вторичной обмотки понижающего трансформатора. Накаленный катод излучает электроны. Для того чтобы электроны попали на анод, необходимо создать ускоряющее электрическое поле между анодом и катодом. Для этого анод лампы соединяется с положительным зажимом анодной батареи, а отрицательный зажим — с катодом лампы (рис. 45, а). Разность потен
циалов между анодом и катодом лампы называется анодным напряжением Ua. Электроны, покидающие катод и достигающие анода, создают в цепи анодный ток /а. Если анод лампы соединить с отрицательным зажимом батареи, а положительный зажим — с катодом лампы, т. е. подвести к лампе обратное анодное напряжение (рис. 45,6), то электрическое поле между анодом и катодом лампы для электронов, вылетающих из катода, будет не ускоряющим, а тормозящим. Под действием этого поля электроны, покинувшие катод, вернутся обратно — тока в анодной цепи не будет.
Применяются в радиоэлектронике, энергетике и других областях техники.
ДЕЙСТВУЮЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ (ТОКА, НАПРЯЖЕНИЯ) — термин, применяемый при расчете цепей переменного тока. Действующее значение последнего равно значению эквивалентного постоянного тока, который, проходя через одно и то же сопротивление, выделяет за период одинаковое количество тепла. Связь между действующим и мгновенным значениями силы тока и напряжения
(7М
U = —- = 0,707 (7М; / = О,7О7/м.
ДЕТЕКТОР (лат. detector — открыватель, от detego — открываю, обнаруживаю) — устройство для преобразования модулированного напряжения высокой частоты в напряжение (ток) частоты модуляции. Широко используется в измерительной технике и радиосвязи (приемники, телевизоры).
ДЖОУЛЬ [от имени англ, физика Дж. П. Джоуля (1818—1889)] — единица работы, энергии и количества теплоты. Обозначение — Дж. 1 Дж — механическая работа силы 1 Н при перемещении тела на расстояние 1 м в направлении действия силы.
ДИНАМИКА — (в автоматике) раздел теории автоматического управления, изучающий поведение элементов и систем автоматики в переходном процессе.
ДИСТАНЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ-СМ. Телеизмерение.
Рис. 46. Дифференциальная схема
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ СХЕМА — используется для цепей переменного тока и состоит из двух контуров с самостоятельными эдс и общей ветви с результирующим током. Согласно рис. 46, Zlt Z2— полное сопротивление первого и второго плеч дифференциальной схемы; Un — напряжение на вторичной обмотке; (7ВЫХ — напряжение на выходе схемы; zr — сопротивление гальванометра; z'i, z2 — сила тока в сопротивлениях; i — сила тока гальванометра. Определяем 6/вых по системе уравнений:
б = (2; (7П = 12Z2 itZi;
Цзых = 1 пРи zi = z2;
^вых ~ Az/4zi при z2 = Zi + \z.
Чувствительность по напряжению (В/Ом)
ДЦ,ых . ,, 1
Az " 4z,
Если выходной величиной дефферен-циальной схемы является ток прибора I, то система уравнений примет вид
Z] ~Н’ — i%', \/2Un — i2z2 zzr> 1/2 U.a— = izr + i1zl.
При zr = Z] i = 0; при zr = z1 + Az
i « Az « 0,5(7 ---- . A£--_._.
z,zr + (zr -I- z,)z2
Чувствительность схемы по току (А/Ом)
А/
Az2 22^22,. 4-z0)
Широко применяется в приборах автоматического контроля, измерительных преобразователях, элементах автоматики.
ДИЭЛЕКТРИК (англ, dielectric, от греч. dia — через, сквозь и англ. electric — электрический) — вещество, практически не проводящее электрический ток. В нем отсутствуют свободные электрические заряды. Молекулы диэлектрика по своим диэлектрическим свойствам эквивалентны диполям с моментом p = ql, где q — суммарная величина положительных (или равных им отрицательных) зарядов молекулы; I — расстояние между центрами тяжести положительных и отрицательных зарядов. Если в отсутствие внешнего электрического поля р = 0, диэлектрики называются неполярными, при тех же условиях, если р=/=0,— полярными. Широко используются в технике (конденсаторы, трансформаторы, резисторы, изоляторы и др.).
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ — одна из важнейших характеристик диэлектриков. Относительная диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз в данной среде сила взаимодействия между зарядами уменьшается по сравнению с вакуумом. Численно равна отношению
°=Т7 = Х| -Г
абсолютной диэлектрической проницаемости е к электрической постоянной 80; g = ga/8Q. Абсолютная диэлектрическая проницаемость ea=EQe.
ДОБРОТНОСТЬ КОНТУРА —характеризует качество колебательного контура, обозначается Q. Численно равна отношению напряжения на любом из реактивных участков при резонансе к напряжению, подводимому к контуру, или отношению реактивного сопротивления к активному
_ __ 1рхС _ IyXL _
и ~ и ~ и ~
хс г
При большой добротности контура напряжение на нем значительно превышает напряжение на входе.
ДУГОВОЙ РАЗРЯД — ОДИН из типов самостоятельного электрического разряда в газе. Характеризуется большой плотностью тока (102А/см2) при относительно низком напряжении (15... ЗОВ). Может возникнуть в результате электрического пробоя разрядного промежутка при кратковременном резком повышении напряжения между электродами. Если пробой происходит при давлении газа, близком к атмосферному, то дуговому разряду предшествует искровый разряд. Используется в дуговых печах, в газоразрядных источниках света, при электросварке, в плазматронах и др.
Е
ЕДИНИЦА ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ — физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице или такое ее значение, которое принимается за основание для сравнения с ним физических величин того же рода при их количественной оценке. Наиболее совершенной и удобной является Международная система единиц (СИ).
Различают системные единицы и внесистемные единицы, основные единицы, дополнительные единицы, производные единицы, дольные единицы и т. п.
К основным единицам относят:
единицудлины — метр (м) — длина, равная 1650763,63 длины волны в вакууме излучения, соответ
ствующая переходу между уровнями 2рю и 5d5 атома криптона-86;
единицу массы — килограмм (кг) — масса, равная массе международного прототипа килограмма;
единицу времени — секунда (с) — время, равное 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133;
единицу силы электрического тока, см. Ампер;
единицу термодинамической температуры — кельвин (К) — 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается выражение термодинамической температуры производить в градусах Цельсия (С°), t = T — -273,19 К;
единицу силы света — кандела (кд) — сила света, испускаемого с площади 1/600000 м2 сечения полного излучателя в перпендикулярном направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины при давлении 101325 Па;
единицу количества вещества — моль — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы. Они могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами или другими частицами или группами частиц.
Дополнительными единицами являются:
единица плоского угла — радиан (рад) — угол между двумя радиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу. В градусном исчислении радиан равен 57° 17'44,8";
единица телесного угла — стерадиан (ср) — телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающей из поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, длина которой равна радиусу сферы.
Производные единицы образуются на основании законов, устанавливающих связь между физическими величинами, или на основании
определений физических величин. Выводятся они из уравнений связи между-величинами (определяющих уравнений), выражающих данный физический закон или определение, если все другие величины выражены в СИ. Образованная производная единица получает наименование, состоящее из наименований соответствующих исходных единиц. Так, единица скорости устанавливается из определяющего уравнения V = S/t, где V — скорость; S — длина пройденного пути; t — время.
На основании соотношений между физическими величинами устанавливается и соотношение между единицами. Подстановка в формулу основных или производных единиц, связь которых с основными установлена ранее, дает соответствующую производную единицу. Исходными являются уравнения, определяющие соотношение между физическими величинами. Любое из них можно преобразовать так, чтобы в его левой части находилась величина, для которой необходимо определить производную единицу, а в правой — величины, единицы которых являются основными в избранной системе. В зависимости от установленного соотношения величины, находящиеся в правой части уравнения, должны быть записаны с тем или иным показателем степени. В общем виде это может быть представлено уравнением
z = ЬаМ£ГЧе&Ч\
где z — физическая величина, для которой определяется производная единица; L, М, Т, 1, 6, 7 — физические величины, единицы измерения которых приняты за основные; а, 0, у, е, т), А. — показатели степени, в которой данная величина входит в уравнение, определяющее производную величину. Каждый из показателей может быть положительным или отрицательным, целым или дробным, числом или нулем. Рассмотренное выражение называют размерностью физической величины. Символы, использованные в этом уравнении, совпадают с символами величин, единицы которых являются основными в СИ: L — длина, М — масса, 7' — время, / — сила электрического тока, 6 —
термодинамическая температура, / — сила света.
ЕМКОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ — электрическая характеристика проводника или системы проводников. Взаимной электрической емкостью двух проводников называется физическая величина, равная отношению электрического заряда, который переносится с одного проводника на другой, к возникающему при этом изменению разности их электрических потенциалов. В частности, электрическая емкость конденсатора С = — <р2),
где q — заряд конденсатора, <р, и <р2— потенциал его обкладок.
Широко применяется в радио- и электронике. Конденсатор (рис. 47) обладает свойством накапливать и удерживать на обкладках равные по величине и разные по знаку электрические заряды. Взаимная электрическая емкость двух проводников зависит от их формы, взаимного расположения и от диэлектрической проницаемости среды. В Международной системе единиц (СИ) выражается в фарадах (Ф). Это очень большая величина — такова примерно емкость земного шара. На практике используются более мелкие единицы — микрофарада (1 мкф = = Ю"6 Ф) или микромикрофарада (1 ммкф— 10~12 Ф).
Емкость плоского конденсатора (рис. 48), обкладки которого расположены в вакууме, равна С = 8 S/d, где S — площадь поверхности каждой из пластин, м2; d — расстояние между обкладками, м; е« — электрическая постоянная вакуума.
Бумажные, слюдяные и керамические конденсаторы применяются в цепях постоянного и переменного тока, а электролитические — только в цепях постоянного тока. Бумажные и слюдяные конденсаторы состоят из двух длинных лент или набора прямоугольных пластинок алюминиевой фольги, изолированных лентами парафинированной бумаги или прокладками слюды. В электролитических конденсаторах роль изолирующей прокладки (диэлектрика) выполняет очень тонкий слой окиси на поверхности алюминиевой фольги, являющейся одной обкладкой конденсатора. Другая обкладка — бумага или ткань, пропитанная густым раствором
Рис. 47. Обозначение элект-
рической емкости
Рис. 48. Плоский конденсатор
Рис. 49. Соединение конденсаторов:
а — последовательное; б — параллельное
электролита. Для получения нужной емкости или увеличения номинального напряжения применяется последовательное, параллельное и смешанное соединение.
При последовательном соединении (рис. 49, а) величины зарядов на электродах всех конденсаторов одинаковы, так как от источника питания они поступают только на внешние электроды. На внутренних электродах они создаются за счет разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга. Для двух последовательно соединенных конденсаторов U{ = Q/c{ и £72 = Q/C2, т. е. при различных величинах емкостей напряжения на конденсаторах будут различны. Выражая напряжение на входных зажимах (U = U\ Uz) как отношение зарядов к емкости: Q/C = Q/C-\-4- Q/Cz и сокращая на Q, получим 1/С=1/С+1/С. Отсюда С = СС/ С + С . '
1 При параллельном соединении (рис. 49,6) напряжение на всех
конденсаторах одинаково, а заряды — различны: Qi = CiU; Q2 — C2U. Заряд, получаемый всеми параллельно соединенными конденсаторами, равен сумме зарядов отдельных конденсаторов, т. е. в случае двух параллельно соединенных конденсаторов Q = Q\ + откуда общая емкость С = Q/U = Qi Q2/U = = С| С2.
При смешанном соединении некоторые группы заменяются эквивалентными емкостями (рассчитаны по вышеприведенным формулам). Затем определяется общая емкость.
ЕМКОСТНЫЙ ФИЛЬТР —см. Выпрямитель.
ЕМКОСТЬ ЭЛЕМЕНТА —см. Гальванический элемент.
Ж
ЖЕЛЕЗО ТЕХНИЧЕСКОЕ — железо с содержанием углерода до 0,04% и обладающее высокой индукцией насыщения (до 2,2 Т), высокой магнитной проницаемостью (ц = 3500...7000), низкой коэрцитивной силой (Нс = 50... 100 А/м). Применяется для магнитопроводов, работающих в постоянных магнитных полях.
ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ — ми неральные масла, синтетические жидкости, смолы, лаки. Применяются в масляных трансформаторах, выключателях, кабелях и конденсаторах. В трансформаторах масло служит для изоляции токоведущих частей и охлаждения путем конвекции (перенос тепла при циркуляции масла); в масляных выключателях — для гашения электрической дуги при разрыве цепи; в кабелях и конденсаторах — для пропитки бумажной изоляции. Масло должно иметь высокую электрическую прочность (100...200 кВ/см), которая резко снижается при наличии влаги. Поэтому перед заливкой и периодически при эксплуатации масло необходимо высушивать и очищать. Искусственный жидкий диэлектрик (совол — смесь молекул дифенила разной степени хло
рирования) применяется взамен минерального масла для пропитки и заполнения конденсаторов. При этом емкость конденсатора повышается в два раза. Для заполнения трансформаторов используется совтол (смесь совола и трихлорбензола), который не воспламеняется и поэтому безопасен. Смолы в нагретом состоянии являются жидкими диэлектриками. Они негигроскопичны, растворяются только в спирте и растворителях, служат важнейшей составной частью многих лаков, компаундов, пластмасс, пленок. Природные смолы — продукт жизнедеятельности некоторых насекомых (например, шеллак) или растений — смолоносов. Синтетические смолы (полиэтилен, поливинилхлорид) применяются для изоляции проводов, кабелей, защитных покрытий и изготовления лаков. Лаки — это растворы пленкообразующих веществ (смолы, битумы, высыхающие растительные масла, эфиры, целлюлоза). В процессе сушки происходит образование лаковой пленки. Используется для пропитки обмоток с целью защиты от влаги и химически активной среды, а также для склеивания листочков слюды.
3
ЗАЗЕМЛЕНИЕ (защитное) — электрическое соединение с землей аппаратов, приборов и др. Оно производится заземлителем — металлическим проводником или группой проводов.
Защитное заземление предохраняет людей от поражения электрическим током. Например, в трехфазных цепях с изолированной нейтралью (рис. 50,а) прикосновение к незаземленному кор-
Рис. 50. Действие тока:
а — при незаземлениом корпусе двигателя; б — при заземленном
пусу электродвигателя с поврежденной изоляцией у одной из фаз вызывает прохождение тока через тело человека
г г -4- г 'из I 'г
Цепь через сопротивление изоляции других фаз (может быть невелико) замыкается, что опасно для жизни. При заземлении корпуса двигателя (рис. 50,6) через поврежденную изоляцию и заземлитель пойдет ток заземления
3 г -4- г ’ из I з между корпусом двигателя и землей возникает напряжение U3 = /зГз, которое тем меньше, чем меньше сопротивление заземления. Прикосновение человека к корпусу вызывает его параллельное включение сопротивлению заземления, и человек оказывается под очень малым напряжением — опасности поражения электрическим током устранена. Например, при г3 = 1 Ом и сопротивлении тела человека гч — 70 кОм ток, идущий через человека, будет в 10000 раз меньше тока, идущего через заземлитель.
В цепях с изолированной нейтралью заземляются корпуса электродвигателей и трансформаторов. При этом со
противление заземления не должно превышать 4 Ом, а при мощности питающего генератора или трансформатора до 100 кВА— 10 Ом. В, качестве заземлителей используются металлические конструкции зданий, оборудование, надежно соединенное с землей, трубопроводы (кроме газовых и с горючими жидкостями), проложенные в земле, обрезки стальных труб (длина 2...3 м, диаметр 35...40 мм, толщина стенки — 3,5 мм) или угловая сталь толщиной 4 мм и более.
Число заземлителей должно быть не менее двух. Они вбиваются в землю так, чтобы верхний конец был ниже поверхности земли на 0,4...1,5 м, и соединяются между собой стальными полосами (толщина не менее 4 мм), которые привариваются к заземлителям. Все заземляющие части электроустановок соединяются с заземлителем проводниками из стальных полос сечением в 24 мм2 и толщиной в 3 мм или из круглой стальной проволоки диаметром 5... 10 мм; а с оборудованием — болтами или сваркой. Заземляющие провода окрашиваются в фиолетовый цвет. Электрические установки для совместного питания осветительной и силовой нагрузок сооружаются обычно четырехпроводными при напряжении 380/220 или 220/127 В. Четвертый нулевой провод заземляется у источника питания и у потребителя
Рис. 51. Проверка качества заземления
через малое сопротивление и имеет нулевой потенциал. К нулевому проводу присоединяются металлические части установок, не находящиеся под напряжением (корпуса электродвигателей, трансформаторов, светильников, обмотки измерительных трансформаторов, металлические каркасы щитов и др.) При заземлении одной из фаз возникает однофазное короткое замыкание и плавкий предохранитель или автомат отключает ее от источника питания. Фазные напряжения остальных фаз остаются без изменения. Состояние заземления необходимо проверять не реже одного раза в год и измерять его сопротивление, пользуясь амперметром и вольтметром (рис. 51).
ЗАКОН ДЖОУЛЯ—ЛЕНЦА (по имени англ, физика Дж. П. Джоуля и рус. физика Э. X. Ленца) —закон, характеризующий тепловое действие электрического тока. Согласно закону, количество теплоты Q (Дж), выделя
ющейся в проводнике при прохождении по нему постоянного электрического тока, зависит от силы тока /j (А), сопротивления проводника R (Qm) и времени его прохождения t (с): Q = = /2 • Rt.
Преобразование электрической энергии в тепловую широко используется в электрических печах и различных электронагревательных приборах. Тот же эффект в электрических машинах и аппаратах приводит к непроизводительным затратам энергии (потере энергии и снижению кпд). Тепло, вызывая нагрев этих устройств, ограничивает их нагрузку; при перегрузке повышение температуры может вызвать повреждение изоляции или сокращение срока службы установки.
ЗАКОНЫ КИРХГОФА (по имени нем. физика Г. Р. Кирхгофа (1824— 1887) —два основных закона электрической цепи.
Первый закон устанавливает связь между суммой токов, направленных к узлу соедйнения (положительные) и суммой токов, направленных от узла (отрицательные). Алгебраическая сумма сил токов /п, сходящихся в любой точке разветвления проводников (узле), равна нулю, т. е. Х/п = 0. Например, для узла А (рис. 52) можно записать
h -Г ^21з — Л 4"Л или / +1 +1 —
I 2 3
-/4-/5= 0.
Второй закон устанавливает связь между суммой электродвижущих сил и суммой падений напряжений на сопротивлениях замкнутого контура электрической цепи. Токи, совпадающие с произвольно выбранным направлением обхода контура, считаются положительными, а не совпадающие — отрицательными. Алгебраическая сумма мгновенных значений эдс всех источников напряжения в любом контуре электрической цепи равна алгебраической сумме мгновенных значений падений напряжений на всех сопротивлениях того же контура 2ЕП = = 2/п/?п. Переставив 2/п/?п в левую часть уравнения, получим 2Еп—-— 2/?п/п = 0. Алгебраическая сумма мгновенных значений напряжений на всех элементах замкнутого контура
электрической цепи равна нулю. Например, для контура АВСДЕ (рис. 53) при Е\, Ei, если смотреть по направлению движения часовой стрелки, получим Е{-\-( — Е?) = 1 Ri 1 Rz-\-1 /?з + / /?4, если в противоположном — получим -£,+Е2 //?2 -//?3 -//?4.
Оба выражения одинаковы, так как каждое из них получается умножением левой и правой частей на —1.
ЗАКОН ЛЕНЦА |по имени рус. физика Э. X. Ленца (1804—1865)] — основное правило, определяющее направление индукционных токов, возникающих вследствие явления электромагнитной индукции. Согласно закону, индукционный ток всегда имеет такое направление, что его магнитное поле противодействует тем процессам, которые вызывают возникновение этого тока. Закон Ленца является следствием закона сохранения энергии.
ЗАКОН ОМА [ по имени нем. физика Г. С. Ома (1787—1854)] — один из основных законов электрического тока. Согласно закону, сила постоянного электрического тока в участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению электрическому на этом участке R — U/1. Взаимосвязь между падением напряжения на проводнике, его сопротивлением и силой тока легко запоминается в виде треугольника, в вершинах которого расположены символы U, /, R (рис. 54).
ЗАКОН ПОЛНОГО ТОКА — один из основных законов электромагнитного поля. Устанавливает взаимосвязь между магнитной силой и величиной тока, проходящего через поверхность. Под полным током понимается алгебраическая сумма токов, пронизывающих поверхность, ограниченную замкнутым контуром. Рассмотрим плоскость, через которую перпендикулярно к ней проходит провод с током 1 (рис. 55). Напряженность Н магнитного поля на расстоянии а от центра провода равна
Н = — = ра 2ла
откуда ток 1 = Н2ла = HI. Произведение напряженности магнитного поля и длины магнитной линии I — 2ла—не что иное, как магнитодвижущая сила FM. Поверхность, ограниченную магнитной
Рис. 53. Контур тока
Рис. 54. К закону Ома
Рис. 55. К закону полного тока
линией, пронизывает только ток /, поэтому алгебраическая сумма токов равна самому току S/n = /. Отсюда S/n = FM. Это и есть аналитическое выражение закона полного тока. Намагничивающая сила вдоль контура равна полному току, проходящему сквозь поверхность, ограниченную этим контуром. В общем случае напряженность поля на различных участках магнитной линии может иметь разные значения, и тогда намагничивающая сила будет равна сумме намагничивающих сил каждой линии
= НД Я2/2 + H3I3 -|- ...
ЗАКОН ФАРАДЕЯ [по имени англ, физика М. Фарадея (1791 — 1867)] — основные законы электролиза. Уста-
Рис. 56. Проводник с однородным магнитным полем
Рис. 57. Замкнутый контур с однородным магнитным полем
навливают взаимосвязь между количеством электричества, проходящего через электропроводящий раствор (электролит), и количеством вещества, выделяющегося на электродах.
Первый закон: масса т вещества, выделившегося на электроде, при прохождении электрического тока прямо пропорциональна значению q электрического заряда, пропущенного через электролит; m = kq, где k — электрохимический эквивалент вещества, численно равный массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единицы количества электричества. При пропускании через электролит постоянного тока / в течение секунды q — It и т = kit.
Второй закон: отношение массы различных веществ, претерпевающих химические превращения на электродах при прохождении одинаковых электрических зарядов, равно отношению химических эквивалентов этих веществ.
Отношение молярной массы А элемента к его валентности п называется химическим эквивалентом; количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, равна его химическому эквиваленту,— грамм-эквивалентом; величина F — числом Фарадея; F = 96486,70 ± ±0,54 Кл/моль.
ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ, закон Фарадея-Максвелла — Ленца — закон, устанавливающий взаимосвязь между магнитными и электрическими явлениями. Эдс электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром. Пусть в однородном магнитном поле В помещен прямолинейный отрезок проводника. При передвижении его перпендикулярно к силовым линиям (рис. 56) заряды под действием магнитной силы начнут передвигаться вдоль проводника перпендикулярно к направлению движения и вектору поля В. Направление тока легко установить по правилу правой руки. Ток будет течь до тех пор, пока на концах проводника не образуются заряды противоположного знака, которые создадут электрическое поле Е, направленное против силы, действующей на заряд. Электрические и магнитные силы уравновесят друг друга, и движение зарядов прекратится. В этот момент
Е = ~ ~ (га).
В рассматриваемом случае заряды накапливаются на концах проводника. Если поместить в магнитное поле замкнутый контур и двигать его так, чтобы плоскость рамки была перпендикулярна к линиям однородного магнитного поля В, то ток пойдет по стороне ab (от а к ft) и node (от d к с), рис. 57. Две другие стороны можно не рассматривать, так как сила, действующая на заряды, расположенные в проводнике, перпендикулярна к проводу и движение зарядов прекращается. Если токи в сторонах ab и de текут навстречу друг другу, что приводит к накоплению заряда, замкнутый ток по рамке не пойдет. Величина эдс вдоль рамки равна нулю
^EiM — Eab^ab 4“ Ebclbc 4“ Ecdlcd 4“ 4- Еdalda = (£ + 0- Е + О) Д/=О.
При движении рамки в том же направлении сторона de выйдет из области, занимаемой магнитным полем, и поток последнего через плоскость рамки начнет уменьшаться. В этом случае' сила, действовавшая на заряды, принадлежащие стороне de, исчезнет и заряды, движущиеся от а к Ь, ничто уравновешивать не будет. По рамке пойдет замкнутый ток. То же самое будет наблюдаться при движении, например, соленоида относительно неподвижно лежащей рамки. Величина эдс в этом случае равна
2£Д/ = ЕаЬ1аЬ + 0 + 04-0 = ЕаЬМ = = VBM.
Таким образом, наведенная в проводе эдс электромагнитной индукции пропорциональна величине магнитной индукции поля, в котором движется проводник, длине провода и скорости его движения в направлении, перпендикулярном к магнитным силовым линиям.
Если обозначить скорость
где Дх — смещение рамки за время Д/, то
2£Д/ = - .
Д/
Знак минус в правой части равенства объясняется законом Ленца. Так как произведение ДхД/ равно изменению площади AS, пронизываемой магнитным потоком, а ASS = ДФ — изменение самого магнитного потока за время t, то получим
2£Д/ =
ДФ д/
Таким образом, при изменении магнитного потока через контур начинает идти ток (индукционный или наведенный), который обязан своим возникновением электрическому полю. Величина эдс поля зависит от скорости изменения магнитного потока.
ЗАПАЗДЫВАНИЕ — интервал времени, на который запаздывает передача воздействия в элементах системы автоматического регулирования. Различают время запаздывания процесса, время запаздывания регулирования и передаточное.
Время запаздывания процесса характеризуется промежутком времени между мгновенным образованием возмущения и началом соответствующего ему изменения регулируемого параметра. Например, при увеличении теплоотдачи каким-либо телом, находившимся в установившемся тепловом режиме, снижение температуры в месте установки чувствительного элемента (термометра) может начаться с запаздыванием. Или при мгновенном изменении напряжения питания электродвигателя чувствительный элемент (счетчик скорости) не сразу покажет новую скорость, так как за счет инерционности ротора пройдет некоторое время, прежде чем скорость стабилизируется. Таким образом, время запаздывания зависит от внутренних свойств объекта регулирования.
Время запаздывания регулирования определяется длительностью между моментом начала изменения регулируемого параметра (в месте установки чувствительного элемента) и началом срабатывания регулирующего органа системы. Оно определяется свойствами регулятора: сопротивлением его элементов, их инерционностью, временем разбега отдельных механизмов и др. Например, в момент начала изменения температуры в точке тела, с которой соприкасается термометр сопротивления, последний не сразу срабатывает: пройдет некоторое время, пока спираль нагреется или охладится. Затем потребуется еще некоторое время на срабатывание реле, на пуск электродвигателя регулирующего органа, выборку зазоров в кинематических парах и др. Только после этого начнется перемещение регулирующего органа. Интервал времени между мгновениями возникновения возмущения и началом срабатывания регулирующего органа будет равен сумме запаздывания процесса и регулирования.
Передаточное запаздывание характеризует промежуток
Рис. 58. Заряд конденсатора
Рис. 59. Изменение тока и напряжения при зарядке конденсатора
времени между моментами начала срабатывания регулирующего органа и начала изменения регулируемого параметра в месте установки чувствительного элемента. Например, изменение положения регулирующего клапана подачи пара не сразу скажется на температуре в месте установки термометра, так как пар должен пройти определенный путь. Причем его скорость зависит от нагрузки объекта — с ее увеличением потребление, а следовательно, и скорость пара возрастают (при постоянном сечении трубопровода).
ЗАПИРАЮЩЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ— отрицательное напряжение на управляющей сетке триода, тетрода, пентода, при котором прекращается анодный ток.
ЗАПОЛНЕННАЯ ЗОНА — энергетический уровень в твердых веществах, заполненный электронами.
ЗАПРЕЩЕННАЯ ЗОНА — область между энергетическими уровнями в
твердых веществах, в которых не могут находиться электроны.
ЗАРЯД ЭЛЕКТРОНА — универсальная физическая постоянная, равная величине (4,80294 ± 0,00008) • 1О10 ед. СГСЭ.
ЗАРЯДНЫЙ ТОК АККУМУЛЯТОРА — см. Аккумулятор.
ЗАРЯДНЫЙ ТОК КОНДЕНСАТОРА — см. Конденсатор. Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из незаряженного конденсатора емкостью С, резистора с сопротивлением /?, рубильника Р и источника постоянного тока (рис. 58).
В момент включения конденсатор еще не заряжен и напряжение на нем Uc — 0. Падение напряжения на сопротивлении равно напряжению источника, сила тока
i = U/R.
Прохождение тока i (рис. 59) сопровождается постепенным накоплением заряда Q на конденсаторе. Создается напряжение
Uc = Q/C, вследствие чего падение напряжения на резисторе R уменьшается iR = U - Uc.
Следовательно, сила тока в цепи равна i = U - Uc/R
и понижается с уменьшением скорости накопления заряда Q. Конденсатор продолжает заряжаться, но заряд и напряжение на нем растут все медленней, а сила тока уменьшается пропорционально разности U — Uc.
Через промежуток времени (теоретически бесконечно большой) напряжение на конденсаторе достигнет величины источника питания, а ток станет равным нулю — процесс зарядки конденсатора заканчивается. Процесс зарядки считается законченным, когда ток уменьшился до 1% начального значения или напряжение на конденсаторе достигло 99% напряжения источника питания U. Продолжительность процесса зарядки конденсатора зависит от сопротивления цепи R, ограничивающей силу тока, и емкости. При большей емкости накапливается боль
ший заряд, скорость протекания процесса характеризуется постоянной времени цепи т = RC. Через интервал времени т с момента включения цепи напряжение на конденсаторе достигает примерно 63 % напряжения источника U питания, а через интервал 5т процесс зарядки конденсатора закончится. Напряжение на конденсаторе при зарядке равно
-- _£ Uc = U - Ue т = £7(1 - е т у т. е. оно равно разности постоянного напряжения источника питания и на-t
пряжения Ue т, убывающего с течением времени по закону показательной функции от значения U до 0. Зарядный ток конденсатора равен величине
U -7 --
1с-~£е = 1е т
и постепенно уменьшается от начального значения /= U/R по закону показательной функции.
ЗАЩИТНАЯ СЕТКА — сетка, рас положенная между экранирующей сеткой и анодом электронной лампы пентода. Соединена внутри баллона или снаружи с катодом и имеет нулевой потенциал. Потенциалы точек поля вблизи защитной сетки ниже потенциала анода, поэтому вторичные электроны, покинувшие анод, попадают в тормозящее поле и возвращаются обратно на анод.
ЗВЕНО, типовые звенья системы автоматики — элементы системы автоматического регулирова: ния, которые по своим физическим свойствам не могут быть расчленены на более простые. Независимо от физической природы и устройства они имеют определенные динамические свойства.
У усилительного (безынерционного пропорционального, идеального, безъемкостного) звена выходная величина изменяется во времени по тому же закону, что и входная. Звено практически работает без запаздывания (электронная лампа, транзистор, рычажное устройство, редуктор, делитель напряжения, трансформатор и др.).
Апериодическое звено (одноемкостное, статическое, инерционное, релаксационное) при скачкообразном (мгновенном) изменении входной величины (входного сигнала) дает на выходе сигнал, величина которого стремится к установившемуся значению по закону экспоненты. Примерами такого звена являются электрическая цепь с емкостью или индуктивностью, двигатель постоянного тока с независимым возбуждением, масляный демпфер и др.
Интегрирующее (астатическое нейтральное) звено (конденсатор, заряженный током, идеальная индуктивность, гидравлический сервомотор и др.). Его выходная величина пропорциональна интегралу по времени от входной.
У дифференцирующего звена выходная величина пропорциональна скорости изменения входной.
В колебательном (двухъемкостном) звене выходная величина при скачкообразном изменении входной совершает колебания. Если последние затухающие и выходная величина стремится к новому установившемуся значению, звено будет устойчивым, если незатухающие — консервативным колебательным.
У запаздывающих звеньев входной сигнал поступает с задержкой по времени (запаздыванием). Сигнал при этом не искажается. Интервал времени между моментом изменения входного сигнала и началом изменения выходной величины называется временем запаздывания.
ЗОННАЯ ТЕОРИЯ — один из основных разделов квантовой теории твердых тел, представляющий собой приближенную теорию движения электронов атомов в периодическом поле кристаллической решетки. Зонная теория объясняет различия электрических свойств твердых тел особым (квантовым) состоянием электронов в твердом теле. Согласно этой теории, у металлических проводников высокая электрическая проводимость вызвана тем, что заполненная зона вплотную прилегает к свободной, перекрывая ее. Вследствие этого электроны в металле могут переходить с уровней энергии заполненной зоны на уровни свободной зоны.
И
ИГНИТРОН — [от лат. ignis — огонь и (элек) трон] — управляемый ртутный вентиль со вспомогательным электродом, опущенным в ртуть катода, для зажигания вентиля (создания дугового разряда) электрическим током и регулирования выпрямленного напряжения (рис. 60). Корпус I представляет собой стальной цилиндр, охлаждаемый водой, которая проходит внутри полости стального цилиндра (водяная рубашка). В последнем расположен графитовый анод 2, отделенный от металлического корпуса стеклянным цилиндрическим изолятором 3, спаянным с корпусом. Катод — это металлическая чаша 4, заполненная ртутью 5. Зажи-гатель в виде стержня из карбида бора. Он находится в центре катода и имеет самостоятельный вывод. Зажигание дуги происходит в начале каждого периода переменного анодного напряжения (см. Выпрямитель). Положительным качеством игнитрона является незначительное падение напряжения (15...20 В) и высокий кпд (98...99%).
Применяется главным образом в мощных управляемых выпрямителях тока промышленной частоты (со средней силой тока в сотни ампер и выпрямленным напряжением до 5 кВ), электроприводах, электросварочных устройствах и др.
ИЗМЕРЕНИЕ—нахождение значения физической величины (например, силы тока в электрической цепи, температуры и др.) опытным путем с помощью специальных технических средств. По способу получения значения все измерения делятся на четыре основных вида: прямые, косвенные, совокупные и совместные.
При прямом измерении искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (например, измерение длины линейкой, температуры — термометром, объема жидкости — мерником, электрического напряжения — вольтметром); при косвенном — на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым
измерениям (например, объем прямоугольного параллелепипеда можно определить по результатам прямых измерений длины в трех взаимно перпендикулярных направлениях; электрическое сопротивление — по результатам измерений падения напряжения, силы тока и др.). Находить значения некоторых величин, а также получать более точные результаты легче и проще путем косвенных измерений. Иногда прямые измерения практически невозможно осуществить (например, измерить плотность твердого тела, определяемую обычно по результатам измерений объема и массы).
Совокупными называются измерения, в которых значения величин находятся по данных повторных измерений одной или нескольких одноименных величин при различных сочетаниях мер или этих величин. Результаты определяются путем решения системы уравнений, составляемых по результатам нескольких прямых измерений (например, измерения, при которых массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь). Совместными считаются измерения двух или нескольких неодноименных величин, производимые одновременно (прямые или косвенные).
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ — оп-ределение мощности, потребляемой цепью переменного или постоянного токов, с помощью измерительных приборов. Например, измерив напряжение U и силу тока / в цепи постоянного тока, можно определить мощность Р = U/. Мощность измеряется специальным прибором — электродинамическим ваттметром. Он состоит из электродинамического измерительного механизма, шкала которого проградуирована в единицах мощности. Неподвижная катушка ваттметра называется токовой или последовательной, так как соединяется последовательно с приемниками энергии. Подвижная катушка и безреактивное добавочное сопротивление из мангани-
на составляют цепь напряжения, или параллельную цепь ваттметра, и присоединяются параллельно приемнику энергии (рис. 61, а). Угол поворота подвижной части пропорционален мощности
а = А,//и = Я, — IU = K2IU = К2Р. гп
Для измерения активной мощности цепи переменного тока (P=£77cos(p) применяются электродинамические и ферродинамические ваттметры. Так как угол поворота подвижной части измерителя пропорционален //Hcos<p (рис. 61,6), а
/и = U/rn
и совпадает с ним по фазе, то угол сдвига Чг между силой тока в катушках измерителя равен углу сдвига фаз <р между силой тока / и напряжением U, а следовательно, пропорционален активной мощности цепи
а = JQ//Hcos Чг = /Q — /С/cos<р =
= K.2IUcos(f = К2Р.
Рис. 60. Устройство игнитрона
Зажим токовой катушки ваттметра, соединяемый с источником питания, и зажим параллельной цепи, соединяемый с токовой катушкой, называются генераторными и отмечены на приборе звездочками. При сборке схемы зажимы токовой катушки или цепи напряжения нельзя менять местами, так как это влечет за собой изменение направления силы тока или фазы соответствующего тока на половину периода, вызывая поворот подвижной части ваттметра в обратную сторону. Включение ваттметра в цепь переменного тока с напряжением свыше 220 В и силой тока в 5 А производится через измерительные трансформаторы.
ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ — определение напряжения цепи переменного или постоянного тока с помощью измерительного прибора — вольттмет-ра. Для измерения напряжения на каком-либо приемнике энергии зажимы вольтметра соединяются с зажимами приемника (рис. 62). Показания зави-
Рис. 61. Электродинамический ваттметр:
а — схема включения; б — векторная диаграмма
Рис. 62. Измерение напряжения
сят от протекающего через вольтметр тока /в. Для однозначной зависимости UB сопротивление гв = гп-|-гд должно быть постоянным, так как в этом случае £4 = 4 гв = const. Включением последовательно с измерителем достаточно большого сопротивления гд (добавочного) обеспечивается постоянство сопротивления вольтметра гп +гд =гъ «const. Сопротивление вольтметра должно быть достаточно большим по отношению к сопротивлению приемника, параллельно которому он включен. При большом г ток, протекающий через вольтметр, и мощность потерь малы:
Р = U I в.н мв.н'в.н
и2 в.н
Номинальный ток вольтметра равен номинальному току его измерительного механизма:
а номинальное напряжение — пропорционально его сопротивлению (/в.н = = /а.иГв- Применяя один измерительный механизм с различными добавочными сопротивлениями, можно получить различные номинальные напряжения. Добавочное сопротивление используется
для расширения пределов измерения. В цепях переменного тока для этих целей служат измерительные трансформаторы напряжения.
ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА — определение силы тока, протекающего в электрической цепи с помощью измерительного прибора — амперметра. Показания его зависят от тока /а, идущего через амперметр, поэтому он всегда включается последовательно с приемником электроэнергии (рис. 63). Включение амперметра не должно влиять на величину тока, протекающего в измеряемой цепи, поэтому его сопротивление гП должно быть малым по сравнению с сопротивлением приемника гпр. Для измерения токов, превышающих номинальный ток измерителя, в цепях постоянного тока применяются шунты гш, а переменного — трансформаторы.
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ— часть конструкции электроизмерительного стрелочного прибора, состоящая из элементов, взаимодействие которых вызывает их взаимное перемещение. Значение измеряемой величины определяется по углу поворота подвижной части измерительного механизма. Наиболее распространены магнитоэлектрический, электромагнитный и ферро-динамический измерительные механизмы.
В магнитоэлектрическом измерительном механизме поворот подвижной части происходит в результате взаимодействия рамки, по которой протекает измеряемый ток, и постоянного магнита. Прямоугольная катушка (рамка) В расположена в однородном магнитном радиальном поле, образованном магнитом NS. Рамка находится в воздушном зазоре А (рис. 64, а) между неподвижным стальным цилиндром Б и полюсными наконечниками N'S' и укреплена на двух полуосях — кернах, установленных в опорах. На передней полуоси закреплена указательная стрелка, под свободным концом которой расположена шкала. Обмотка рамки состоит из изолированного медного провода малого сечения на номинальный ток 0,1...100 мА. Ток к рамке подводится через спиральные пружины. Проходя по виткам рамки и взаимодействуя
с магнитным полем, он создает пару сил (рис. 64, б), образующих вращающий момент. Под действием момента рамка поворачивается на угол а и уравновешивается противодействующим моментом, созданным пружинами. Так как вращающий момент пропорционален току М = Л7, а противодействующий — углу закручивания пружин Л4пр = Da, то М = Мпр = = K.I — Da, где Л и D — коэффициенты пропорциональности. Следовательно, угол поворота подвижной части равен
К , “--Bl-S,!. а ток в катушке
7= а = С,а,
где S{= а/1 — чувствительность прибора к току, определяемая числом делений шкалы, соответствующим силе тока; С) = D/К = 1/а — постоянная по току, известная для каждого прибора.
Для уменьшения времени колебаний подвижной части, возникающих при включении прибора, применяется успокоитель (каркас рамки). При повороте рамки магнитный поток, пронизывающий каркас, изменяется и взаимодействие тока, индуктированного в каркасе, с магнитным полем создает тормозной момент, обеспечивающий успокоение. При переменном токе вращающий момент изменяется пропорционально мгновенному значению тока. При промышленной частоте переменного тока (50 Гц) момент изменяется настолько быстро, что вследствие инерции подвижная часть поворачивается на угол, пропорциональный среднему за период значению вращающего момента, а следовательно, и среднему значению тока. Оно равно нулю, и подвижная часть не отклоняется. Следовательно, магнитоэлектрический измерительный механизм пригоден только для цепей постоянного тока.
В электромагнитном измерительном механизме поворот подвижной части происходит в результате взаимодействия магнитного поля подвижной катушки, по которой
Рис. 64. Магнитоэлектрический измерительный механизм:
а — устройство; б — получение вращающего момента
протекает измеренный ток, и стального сердечника. Состоит из неподвижной катушки А (рис. 65) и подвижной части (укрепленный на оси стальной сердечник Б, указательная стрелка, пружина и алюминиевый сектор В успокоителя). Ток, проходя по катушке, намагничивает сердечник и втягивает его в катушку. Сила тока определяется углом поворота подвижной части. При повороте ее в секторе В успокоителя, расположенного в магнитном поле магнита М, возникают вихревые токи, взаимодействие которых с полем того же магнита создает тормозной момент, вызывающий успокоение. Применяется для измерения постоянного и переменного токов, так как сердечник втягивается в катушку при любом направлении тока. Из-за остаточной индукции сердечника угол поворота
Рис. 65. Электромагнитный измерительный механизм
Рис. 66. Электродинамический измерительный механизм: а — конструкция; б — образование вращающего момента
может быть различным при одинаковых значениях тока в случае увеличения или уменьшения его. Для снижения погрешности сердечник изготовляется из материала с малой остаточной индукцией (пермаллой). Незначительное влияние внешних магнитных полей достигается экранированием измерителя стальным кожухом или применением астатического измерителя с двумя сердечниками на одной оси и с двумя катушками, соединенными последовательно. Поля катушек, созданные измеряемым током, направлены противоположно, поэтому внешнее однородное поле ослабляет поле одной катушки и усиливает поле другой. В результате влияние внешнего поля ослабляется.
В электродинамическом измерительном механизме поворот подвижной части происходит в результате взаимодействия токов, протекающих по подвижной Б и неподвижной А катушкам (рис. 66, а). Подвижная катушка, стрелка, крыло В воздушного успокоителя и концы пружин укреплены на одной оси. В результате электродинамического взаимодействия между токами / и /2, проходящими по катушкам, возникает вращающий момент (рис. 66, б). Под действием последнего подвижная часть поворачивается на угол а, при котором этот момент уравновешивается противодействующим моментом пружин. В цепи постоянного тока вращающий момент и угол поворота подвижной части пропорциональны произведению токов а = К / / . В цепи переменного тока мгновенный вращающий момент пропорционален произведению мгновенных значений токов, а средний за период вращающий момент и угол поворота подвижной части зависят от действующих значений токов и косинуса угла сдвига между ними a = /G/|/2Cos4z. По этому углу поворота и определяют значение измеряемой величины. Слабому магнитному полю измерительного механизма соответствует слабый вращающий момент. Для получения высокой точности необходимо снизить погрешность от трения в опорах, что достигается уменьшением массы подвижной части и хорошей механической обработкой осей и опор. Уменьшение влияния внешних магнитных полей до-
стирается экранированием или применением астатической системы. Электродинамические измерительные механизмы чувствительны к перегрузкам.
Ферродинамический измерительный механизм аналогичен электродинамическому. Для усиления потокосцепления между катушками введен сердечник из листовой стали (рис. 67). Магнитная цепь состоит из магнитопровода А и неподвижного цилиндрического сердечника Б. Неподвижная катушка В с током I возбуждает магнитный поток, который взаимодействует с током / в подвижной катушке Г, укрепленной на одной оси со стрелкой. Присутствие стали усиливает магнитный поток и вращающий момент и позволяет конструктивно выполнить измерительный механизм более жестким. Внешнее поле практически не влияет на показания.
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, преобразователь — средство измерения для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающееся непосредственному восприятию наблюдателем. Различают первичный измерительный преобразователь, к которому подведена измеряемая величина, т. е. первый в измерительной цепи (например, термоэлемент в цепи термоэлектрического термометра, сужающее устройство расходомера), промежуточный занимает место в цепи после первичного, передающий — предназначен для дистанционной передачи сигнала измерительной информации (индуктивный передающий преобразователь, емкостный передающий преобразователь) и масштабный — измеряет величину в заданное число раз (измерительный трансформатор тока, делитель напряжения).
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР— электрический трансформатор, служащий для расширения пределов измерений электроизмерительных приборов в электрических цепях переменного тока. По схеме все цепи напряжения приборов подключены ко вторичной обмотке измерительного транс-
Рис. 67. Устройство ферродинами-ческого измерительного механизма
форматора напряжения (рис. 68, а). Первичная обмотка присоединена к цепи высокого напряжения; вторичная — рассчитана на номинальное напряжение 100 В. Для защиты трансформатора от коротких замыканий в цепях обеих обмоток поставлены плавкие предохранители. Коэффициент трансформации можно считать постоянным только в пределах номинальной мощности. Цепи тока амперметра, ваттметра и счетчика, включенные последовательно, присоединяются ко вторичным обмоткам трансформатора тока (рис. 68, б), которые рассчитаны на номинальный ток 5 А. Первичные обмотки, имеющие один-два витка, включаются в цепь последовательно. Коэффициент трансформации тока
к Л
Д/ 12 ~
будет неизменным только тогда, когда суммарное сопротивление обмоток приборов и соединительных проводов не превышает допустимого. Предохранители во вторичных цепях не ставятся. При включении измерительных трансформаторов в цепи высокого напряжения их вторичные обмотки и корпуса заземляются.
ИНДУКТИВНОСТЬ, коэффициент самоиндукции (L) —отношение потокосцепления самоиндукции цепи к силе тока в ней (рис. 69).
Рис. 68. Измерительные трансформаторы: а — напряжения,б тока
Характеризует связь потокосцепления самоиндукции с силой тока контура. Измеряется в генри (Г). Индуктивность кольцевой катушки
L = — 5, где W — количество витков; S — поперечное сечение катушки; I — длина катушки; — магнитная проницаемость среды.
ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — электрическое сопротивление, обусловленное индуктивностью цепи синусоидального тока; равно отношению амплитуды (действующего значения) эдс самоиндукции к амплитуде (действующему значению) силы тока в цепи. В Международной системе единиц (СИ) выражается в омах (Ом).
Индуктивное сопротивление равно произведению индуктивности L (Гн) и угловой частоты тока w (c-1):xl = шЬ.
ИНДУКТИВНЫЙ ФИЛЬТР — электрическая цепь, состоящая из катушки индуктивости (дросселя) с индуктивностью и активным сопротивлением /?ф. Включается последовательно с сопротивлением нагрузки Работает эффективно в цепях с высокими токами при выполнении условий и В этом
случае постоянная составляющая напряжения на входных зажимах фильтра незначительно отличается от постоянной составляющей напряжения на выходных зажимах, так как
Ц)вх = Шф + ₽н)__________^н
^Овых А)^н
ПЕЧИ
ИНДУКЦИОННЫЕ устройства, в которых происходит нагрев металлов и их плавление за счет потерь, создаваемых переменным магнитным полем.
ИОНИЗАЦИЯ ГАЗА — отщепление от атомов и молекул электронов под действием электрического поля или температуры. Атомы и молекулы газа представляют собой устойчивые системы электрически заряженных частиц. Поэтому для отделения электрона надо совершить работу по преодолению сил взаимного притяжения (работа ионизации— Аи). Она характеризуется потенциалом ионизации срп или разностью потенциалов Un между двумя точками при движении электрона в электрическом поле, на котором энергия его увеличивается до значения работы ионизации: АИ = Une. Для ионизации газа необходимо, чтобы кинетическая энергия электрона была равна или больше работы ионизации, т. е. mV%
2 ЛИ е-
Если она меньше, то происходит переход одного из электронов на более высокий неустойчивый энергетический уровень. Через короткое время (около 10”8 с) электрон возвращается на прежний энергетический- уровень, выделяя при этом избыточную энергию в виде свето
вого излучения (квант света). Таким образом, возникает свечение газа. Атомы газа, которые могут находиться в возбужденном состоянии более продолжительное время, называются ме-тастабильными. Для возбуждения их необходима энергия, определяемая потенциалом возбужения. Соударение свободного электрона с возбужденным атомом может привести к ионизации, которая называется ступенчатой и для которой нужна меньшая кинетическая энергия свободного электрона. Газ в обычных условиях является хорошим диэлектриком, так как содержит ничтожное количество свободных электронов и ионов. Наблюдающаяся проводимость газа обусловлена постоянной ионизацией его лучами радиоактивных веществ, содержащихся в земной коре и атмосфере, а также космическими лучами. При непрерывной ионизации газа с постоянной интенсивностью происходит не только расщепление молекул на электроны и положительные ионы, но и образование отрицательных ионов в результате соединения свободных электронов с нейтральными атомами. Одновременно идет процесс воссоединения (рекомбинация) некоторой части ионов с электронами с образованием нейтральных молекул. Число ионов и свободных электронов в единице объема газа остается постоянным.
ИОННЫЕ ПРИБОРЫ, газоразрядные приборы — приборы,
Рис. 69. Обозначение ин
дуктивности
действие которых основано на электрическом разряде в газе или парах металла. Обычно используются инертные газы — неон, криптон, аргон и т. д. или пары ртути. К ионным приборам относятся газотроны, тиратроны, стабилитроны, игнитроны, ртутные вентили и др. Отличаются от электронных значительной инерционностью процессов, что связано с огромной по сравнению с электроном маёсой иона. Применяются в установках с малой частотой — до нескольких тысяч герц.
ИСКРОВЫЙ РАЗРЯД, искра-одна из форм электрического разряда в газе. Возникает между двумя электродами при напряжении, превышающем значение пробивного напряжения и напряженности поля между электродами — пробивной напряженности. Имеет вид ярко светящегося извилистого канала. Лавина электронов и ионов, которая движется по пути наименьшего сопротивления, вызывает резкое повышение температуры и давления (сопровождается характерным треском).
К
кабельные линии — линии электропередач, предназначенные для подземного соединения потребителей с источниками электроэнергии. Применяются в городах и на территориях промышленных предприятий. Для прокладки кабельных Плиний используются кабели. О4ш состоят из токоведущих жил, изоляции, герметической оболочки и наружного защитного покрова. По числу жил кабели изготовляются одно-, двух-, трех- и четырехжильными (рис. 70). Жилы выполняются из меди или алюминия и имеют
круглое или секторообразное сечение (1...240 мм2 для напряжения до 35 кВ). Изоляционным материалом токоведущих жил является кабельная бумага, пропитанная маслоканифольным составом, резина или полиэтилен. Герметическая оболочка из резины предохраняет кабель от проникновения влаги, а от механических повреждений — броня из двух стальных лент или оцинкованной проволоки. Броня или оболочка кабеля покрывается джутовым волокном, пропитанным битумной массой для защиты от химиче-
Рис. 70. Трехжильный кабель:
/— жилы кабеля; 2— бумажная изоляция; 3—заливка битумной массой; 4— подмотка просмоленной лентой; 5— бандаж из просмоленной ленты; 6— полухомут для креплений; 7— заземляющий провод; 8— наконечник
Рис. 71. Концевая заделка трехжильного кабеля в стальной воронке:
1— стальная вороика; 2— изолированная жила; 3— заливка битумной массой; 4— бандаж из просмоленной ленты; 5— подмотка просмоленной лентой; 6— полухомут для крепления; 7— заземляющий провод
ских воздействий. Марки кабелей указывают на материал жил, защитную оболочку и тип защитного покрова. Алюминиевая жила обозначается буквой А, медная — не обозначается. Материал защитной оболочки: С — свинец, А — алюминий, Б — наличие брони из стальных лент. Например, марка кабеля ААБ обозначает: алюминиевая жила, алюминиевая оболочка и стальная броня с джутово-битумным покрытием.
Для соединения концов кабелей применяются кабельные муфты. Концы кабелей, подсоединяемых к зажимам трансформаторов, аппаратов и машин, оконцовываются, т. е. заключаются в специальные концевые муфты или стальные кабельные воронки (рис. 71), заполненные кабельной массой. Иногда применяется «сухая заделка», без муфт.
КАТОД ЭЛЕКТРОВАКУУМНОГО ПРИБОРА — источник электронов. По виду электронной эмиссии раз
личают катоды: термоэлектронный, фотоэлектронный, холодный и др. Наибольшее распространение получил термоэлектронный катод, действие которого основано на использовании явления термоэлектронной эмиссии. Для получения необходимой величины термоэлектронной эмиссии катод электрическим током (током чдкала) нагревается до определенной температуры. По способу нагревания они подразделяются на катод прямого накала (ток проходит непосредственно через катод) и косвенного накала или подогревные (тепло поступает и от изолированного подогревателя, по которому проходит ток накала).
Катод прямого накала представляет собой тонкую вольфрамовую нить или ленту, нагреваемую проходящим по ней током накала. При малой длине нити она натягивается пружинкой между двумя держателями, при большой — ей придают
V- или ЦР-образную форму или выполняют в виде цилиндрической упирали. Катоды мощных радиоламп изготовляются из ленты (ей придается волнообразная или спиральная форма). Преимуществом катодов прямого накала является простота устройства и малая мощность накала; недостатком — наличие колебаний (пульсаций температуры катодов, имеющих малую тепловую инерцию при питании их переменным током (мгновенное значение тепла, получаемое катодом, изменяется пропорционально квадрату мгновенного значения тока). Прохождение тока накала вызывает изменение потенциала по длине катода, поэтому отдельные его части находятся йод различным анодным напряжением, что приводит к появлению пульсаций анодного тока.
В катодах косвенного накала источник электронов — катод электрически изолирован от нагревателя, поэтому недостатки, свойственные катодам прямого накала, у него отсутствуют. Это вольфрамовая спираль, изолированная слоем алунда (окись алюминия А12О3). Расположена внутри никелевого цилиндра, покрытого снаружи тонким оксидным слоем, с поверхности которого происходит эмиссия электронов. Подогреватель с двумя выводами изолирован от никелевого цилиндра, имеющего третий вывод, поэтому у всех точек катода одинаковый потенциал. Подогретый катод обладает значительной массой, большой тепловой инерцией и мощностью накала. Эффективность значительно ниже, чем у катода прямого накала (30... 35 mA/Вт). Вследствие большой тепловой инерции он не дает пульсации тока эмиссии при питании подогревателя переменным током. Время разогрева составляет десятки секунд. Зависимость тока эмиссии от напряжения накала /э = /:(б7н) называется эмиссионной характеристикой катода (рис. 72, а). При малых напряжениях накала ток и температура катода малы — эмиссия отсутствует. При некотором начальном значении напряжения 0н температура катода становится достаточной для возникновения термоэлектронной эмиссии и появляется ток эмиссии, который с увеличением напряжения быстро растет. Зависимость тока накала от на-
Рис. 72. Характеристика катода:
а — эмиссионная; б — накальная
пряжения накала l3 = f{U») называется накальной характеристикой катода (рис. 72, б). Увеличение напряжения UH вызывает увеличение тока накала и температуры катода.
Основные свойства катода характеризуются его параметрами:
эмиссионной способностью, которая определяется удельной эмиссией или плотностью эмиссионного тока при нормальной температуре катода (достигает сотен миллиампер на квадратный сантиметр);
удельной мощностью накала, отнесенной к 1 см2 его поверхности:
РИ UJ»
у~ s
Из Рн, расходуемой на нагревание катода, только 2...3% превращается в кинетическую энергию электронов, покидающих катод, а остальная часть рассеивается в окружающую среду излучением и теплопроводностью;
эффективностью или экономичностью катода Н, определяемой отношением эмиссионного тока /э к мощности нагревания катода Рн
/, L
Ы _ э __ э
~ рн ЦЛ
Чем больше эмиссионный ток, приходящийся на каждую единицу мощности накала, тем больше эффективность катода. Она достигает сотен миллиампер на ватт;
рабочей температурой, у различных катодов ее значение от 600 до 2400 °C. Повышение температуры вызывает увеличение эмиссии, эффективности и уменьшение срока службы катода;
долговечностью или сроком службы катода (500...2000 ч), определяется временем, в течение которого эмиссионный ток уменьшается на 20% своего номинального значения.
Катоды изготавливаются из тонкой проволоки, обладающей большой прочностью при высокой температуре (например, вольфрам, имеющий потенциал выхода 4,4 В и температуру плавления 2300 °C). Удельная эмиссия катодов из вольфрама составляет 0,3...0,7 А/см2, эффективность — не более 15 mA/Вт, долговечность — около 1000 ч. Применяются в мощных, высоковольтных и специальных электрометрических лампах.
КЕНОТРОН — см. Диод.
КЛАССЫ ИЗОЛЯЦИИ — группы электроизоляционных материалов, отличающихся способом пропитки или видом материала. Предназначены для работы в различных температурных условиях.
Класс V. Непропитанные и непогруженные в жидкий электроизоляционный материал хлопчатобумажные ткани и пряжа, бумага и волокнистые материалы из целлюлозы и шелка. Предельно допустимая температура 90 °C.
Класс А. Материалы класса V, но пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал. Предельно допустимая температура 105 °C.
Класс Е. Некоторые органические синтетические пленки. Предельно допустимая температура 120 °C.
Класс В. Изделия из слюды, асбеста, стекловолокна и других неорганических материалов, склеенных или пропитанных органическими вяжущими веществами (смолами или лаками). Предельно допустимая температура 120 °C.
Класс Г. Неорганические материалы из слюды, стекловолокна и асбеста в сочетании с синтетическими склеивающими пропитывающими составами. Предельно допустимая температура 155 °C.
Класс Н. Материалы класса Г, но в сочетании с кремнийорганиче-скими связующими и пропитывающими веществами. Предельно допустимая температура 180 °C.
Класс С. Слюда, фарфор, стекло, кварц без применения вяжущих веществ или с неограническими связующими составами. Предельно допустимая температура выше 180 °C.
КЛАСС ТОЧНОСТИ — величина, характеризующая основную допустимую приведенную погрешность прибора; не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств. Это выраженное в процентах отношение наибольшей допустимой абсолютной погрешности прибора Ах, находящегося в нормальных условиях работы, к номинальной величине его хн.
КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР — электрическая цепь, в которой могут происходить колебания с частотой, определяемой параметрами самой цепи. Простейший колебательный контур содержит катушку индуктивности и конденсатор, соединенный последовательно или параллельно. Если переключатель П (рис. 73, а) установить в положение /, то конденсатор С зарядится от батареи Б до напряжения этой батареи. При переводе переключателя в положение 2 конденсатор соединяется с катушкой индуктивности. По мере разрядки конденсатора ток возрастает и энергия электрического поля конденсатора переходит в энергию магнитного поля катушки. Когда конденсатор полностью разрядится, напряжение на его обкладках станет равно нулю — ток bw контуре максимальный. Сила, поддерживающая ток, теперь
Рис. 73. Колебательный контур: а — схема; б — график изменения тока и напряжения
отсутствует, и он начинает уменьшаться. Эдс самоиндукции обратной полярности увеличивается и конденсатор заряжается с новой полярностью. Роль источника тока выполняет катушка индуктивности. По мере зарядки конденсатора напряжение на его обкладках возрастает, а ток в контуре убывает. После окончания зарядки конденсатор начинает разряжаться и процесс повторяется.
На рис. 73, б показаны графики измерения напряжения на конденсаторе Uc, эдс самоиндукции eL и тока в идеальном контуре I (активное сопротивление равно нулю). Угловая частота свободных колебаний контура зависит только от его параметров
1
“о = —----•
дМ-С
Частное от деления напряжения на силу тока в контуре называется волновым сопротивлением контура:
Индуктивное сопротивление катушки и емкостное сопротивление конденсатора при свободных колебаниях равны волновому сопротивлению xL =хс. Частота свободных колебаний и длина волны
f0 =-----—А. = 2л • 3 • 108 VZC
2л.-\[Т.С
где L — индуктивность контура; С — емкость контура. Если необходимо определить индуктивность или емкость контура по известным значениям f и А, то можно воспользоваться формулами:
253 - 102 _ А2 с_ А2 ~ ~ 3,55С ’ ~ 3,557. ’
В реальном колебательном контуре всегда имеется активное сопротивление. Поэтому со временем весь первоначальный запас энергии, сосредоточенный в конденсаторе, постепенно расходуется на активное сопротивление и колебания затухают. Чем больше активное сопротивление, тем быстрее затухнут первоначальные колебания, уменьшатся амплитуды тока и напряжения. Если величина активного сопротивления г не превышает двойного волнового сопротивления контура р, колебания затухают. Если г больше указанного значения, то разряд происходит без колебаний, апериодически: напряжение и ток плавно уменьшаются до нуля. Для оценки «качества» колебательного контура вводится понятие о добротности контура Q. Она равна отношению волнового сопротивления контура р к активному г:
Чем больше добротность, тем дольше существуют свободные колебания и
3 В. К. Бензарь
Рис. 74. Изображение комбинированных радиоламп:
а — тройной диод; б — триод — двойной диод; в — пентод — диол
тем выше «качество» контура. Для характеристики скорости затухания колебаний вводится понятие декремента затухания 6, который показывает, какая часть энергии расходуется в активном сопротивлении контура за половину периода
б ._ . RT ~ _ я
WL L2 Р Q ’
где —энергия, расходуемая в активном сопротивлении за половину периода; WL—полная энергия, запасен-„ 2л
ная в контуре; Т = — — время одного периода. “°
Для получения незатухающих (вынужденных) колебаний в контуре необходим источник энергии переменного тока, сообщающий контуру энергию, равную потерям на активном сопротивлении.
КОЛЛЕКТОР (от позднелат. collector— собиратель) — 1. Коллектор электромашин — механический преобразователь частоты, конструктивно объединяемый с ротором (якорем) электрической машины. Состоит из клиновидных медных пластин, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками, набранными на втулке и закрепленными болтами. К выступам коллекторных пластин припаиваются определенные концы проводников, составляющих обмотку якоря. К поверхности коллектора прилегают угольные или графитовые неподвижные щетки, к которым присоединяются провода внешней сети. Таким образом, последние через щетки и коллектор соединяются с вращающейся обмоткой якоря.
2. Коллектор транзистора — название электрода транзистора, обеспечивающего связь внешней электрической цепи с коллекторной областью прибора.
КОЛЬЦЕВОЙ РЕГИСТР—устройство (микросхема), осуществляющее последовательный вывод информации из регистра сдвига без ее стирания. Для этого выход регистра сдвига соединяется с его входом посредством петли обратной связи.
КОМБИНИРОВАННАЯ РАДИОЛАМПА — электронная лампа, у которой в одном баллоне находится несколько электронных систем, соответствующих обычным электронным лампам, например тройной диод (рис. 74, а), триод — двойной диод (рис. 74, б), пентод — диод (рис. 74, в). Она позволяет уменьшать габариты радиотехнических устройств и упростить монтаж схем. Установлены следующие обозначения: X — двойной диод, Н — двойной триод, Г — диод — триод, Ф — триод — пентод, Р — двойной тетрод и пентод, Б — диод — пентод, И — триод — гексод, триод — гептод.
КОММУТАТОР — устройство (микросхема) для коммутации (переключения) аналоговых входных сигналов. В состоянии «включено» выходное напряжение должно соответствовать входному, а в состоянии «выключено»— равно нулю. Наибольшее распространение получили электронные коммутаторы на диодах, биполярных и униполярных (полевых) транзисторах, операционных усилителях.
КОММУТАЦИЯ ТОКА—процесс переключения секций машины постоянного тока, поочередно переходящий из одной параллельной ветви в другую, и совокупность явлений, сопровождающих этот процесс. Переключаемая секция замкнута щеткой накоротко и находится вблизи от геометрической нейтрали. ЭДС, наводимая в секции внешним полем полюсов, почти равна нулю. Время, в течение которого совершается переключение и секция замкнута накоротко, составляет тысячные доли секунд и называется периодом коммутации.
Рассмотрим процесс коммутации (рис. 75). "Секция лежит в пазах 6 и 3. Предположим, что обмотка
вращается очень медленно (Г~оо). Ширина щетки равна ширине коллекторной пластины и в расчет принимается сопротивление только переходного слоя гп — R между щеткой и коллекторной пластиной. Тогда ток /я от щетки переходит в коллекторную пластину 1 и делится на два равных тока I = = 0,5 /я. В секции, включенной в параллельную ветвь, идущую влево (рис. 75, а), проходит ток i = 0,5 / в направлении, обратном движению часовой стрелки.
В момент, когда коллекторная пластина 6 коснется щетки, сила тока Л будет делиться по-иному (рис. 75, б). Если, например, через промежуток времени t = 0,1 Т щетка коснется одной десятой контактной поверхности пластины 6, то через нее пройдет ток 16 = 0,1/я, а через пластину / — ток 1| = 0,9/я.
Сила тока в параллельных ветвях по-прежнему должна быть неизменна и равна / = 0,5 /я, если 1Я = const. Тогда, имея прежнее направление, сила тока секции ic = i\ — 1я = (0,9— —0,5) /я = 0,4 /я, а сила тока другой параллельной ветви i=i& + + ic =(0,1 4-0,4) /я = 0,5 /я. При t=0,5 Т сила тока секции (. = 0, а сила тока в параллельных ветвях по-прежнему 1Я 0,5/я.
В дальнейшем сила тока секции начнет нарастать в обратном направлении и при t-= 7((. =0,5 /я). Секция переключена в другую параллельную ветвь и коммутация закончена (рис. 75, в). Зависимость изменения силы тока гс от времени (рис. 76) представляет собой прямую линию (в рассмотренном случае коммутация линейная).
На практике время коммутации Т очень мало, ток секции /с быстро изменяется, и в ней создается эдс самоиндукции es. Так как ic = f (/) представляет собой прямую линию, то es — — —С (С — постоянная величина). Добавочный ток в секции is, вызванный эдс самоиндукции, равен
; _ eS _ eS — ------ — --------'
rn П + ''б
Суммарный ток переходит че-
Рис. 75. Коммутация якоря:
а — начало коммутации (/ =0); б — коммутация (t — 0,1 Г); в — конец коммутации (t = Г)
рез нуль ниже периода 7/2— коммутация называется замедленной.
Плотность тока на сбегающем крае щетки резко увеличивается, вызывая
Рис. 76. Изменение тока в коммутируемой секции
Рис. 77. Дополнительный полюс: а — схема; б — векторная диаграмма
перегрев и ускоренный ее износ, а также искрение между коллектором и сбегающим краем щетки. Так как из-за поперечной реакции якоря индукция под краем полюса увеличивается на 30...50%, между коллекторными пластинами секции, перемещающейся в зоне повышенной индукции, возникает разность потенциалов, превышающая 25...35 В. Этим напряжением поддерживаются отдельные электрические дуги, которые, сливаясь в ионизированном пространстве вокруг коллектора, образуют мощную дугу, перекрывающую траверсы щеток разной полярности. Возникающий по коллектору круговой огонь приводит к серьезной аварии машины.
Для уменьшения коммутации необходимо уменьшить ток is.
Для улучшения коммутации необходимо уменьшить ток is. Одним из способов является применение дополнительных полюсов. В генераторе (рис. 77, а), кроме главных полюсов
N и S, имеются два дополнительных п и s, расположенных по геометрической нейтрали и чередующихся в направлении вращения якоря. Обмотка возбуждения дополнительных полюсов соединена последовательно с якорем. В двух секциях, показанных на рис. 77, а кружками, происходит коммутация. Электродвижущая сила машины Е и уменьшающийся ток секции /с направлены в одну сторону; в эту же сторону направлена эдс самоиндукции es, поддерживающая убывающий ток (рис. 77,6). В активных сторонах секции наводится дополнительная эдс коммутации ек, направление которой встречено Е, а значит, и es. Если ек численно равна es, то дополнительный ток секции
es ~ ек
• О К г\
к ~
При работе машины в качестве электродвигателя чередованием полюсов с дополнительными по направлению вращения будут NnSs. Так как эдс es пропорциональна току якоря /я, то для автоматической компенсации ее при всех нагрузках дополнительные полюсы делаются ненасыщенными.
Тогда эдс ек = Фдп = /я. Для проверки коммутации «на глаз» установлены следующие степени искрения на коллекторе: степень / — отсутствие искр (темная коммутация); степень 1*/4—слабое точечное искрение под небольшой частью щетки (нет почернения коллектора и нагара на щетках); степень 11/2—слабое искрение под большей частью щетки (появляются следы почернения на коллекторе, легко устраняемые протиранием поверхности коллектора ветошью, смоченной в бензине, а также следы нагара на щетках).
КОМПАРАТОР (лат. comparator, от сотраго — сравниваю).— 1. Измерительный прибор, предназначенный для сравнения измеряемой величины с эталонной. Компараторы бывают оптические, электрические, пневматические, интерференциальные и т. д. Применяется для проверки линейных мер, измерения напряженности электромагнитного поля излучающих систем и др.
2. Микросхема, осуществляющая переключение уровня выходного напряжения, когда непрерывно меняющийся во времени входной сигнал становится выше или ниже заданного уровня.
КОМПЛЕКТНАЯ ТРАНСФОРМАТОРНАЯ ПОДСТАНЦИЯ — под станция, состоящая из трансформаторов и комплектных распределительных устройств. Поставляется в собранном и подготовленном для сборки виде.
КОМПЛЕКТНОЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО — электро установка, служащая для приема и распределения электрической энергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, а также устройства защиты, автоматики и измерения. Поставляются в собранном или подготовленном для сборки виде.
КОНДЕНСАТОР — см. Емкость электрическая.
КОНТУР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ— замкнутый путь, проходимый током по нескольким ветвям.
КОРОННЫЙ РАЗРЯД, корона (от лат. corona — венец, венок) — одна из форм самостоятельного разряда в газах, возникающего в сильно неоднородных электрических полях и появляющегося при значительной интенсивности в виде свечения ионизированного газа в приэлектронной области. Применяется в электронно-ионной технологии, в частности для электрогазоочистки и электроокраски.
КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ (КЗ) — образование электрического контакта вследствие соединения проводников электрической цепи, не предусмотренного нормальными условиями работы. Ток короткого замыкания, в десятки и сотни раз превышающий номинальный ток установки, может вызвать механические или тепловые повреждения отдельных ее частей. Для предотвращения опасных последствий КЗ применяют релейную защиту или
установку плавких предохранителей, которые обеспечивают быстрое отключение участка с КЗ.
КОРОТКОЗАМКНУТЫЙ РОТОР— подвижная часть электрической машины переменного тока.
КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ — отношение активной мощности Р цепи переменного тока к полной мощности S: Км = P/S = cos ф.
КОЭФФИЦИЕНТ ТРАНСФОРМАЦИИ— отношение числа витков или эдс обмоток
Е. 4,4 ^,ФМ -
тр е2 4,4«72фм uz2 '
Его определяют отношением напряжения при холостом ходе, пренебрегая падением напряжения на обмотках: Ктр = (/1/(/2.
КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ — отношение напряжения на выходе усилителя к напряжению на его входе: /<у=^вых/^вх-
Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления всех его каскадов:
U
вх
Кэффициентом усиления усилителя мощности называется отношение мощности на выходе к мощности на входе: Ку м — ^вых/^вх-
КУЛОН [по имени франц, физика Ш. Кулона (1736—1806)] —единица количества электричества электрического разряда и потока электрического смещения в Международной системе единиц (СИ). Обозначение—Кл. Кулон — количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника при постоянном токе силой 1А за время 1 с. Определяющее уравнение — Q = It.
Л
Рис. 78. Схема LC-генератора
ЛАМПОВЫЙ ГЕНЕРАТОР — устройство для преобразования электрической энергии постоянного тока в электрическую энергию переменного тока заданной частоты с помощью электронной радиолампы. Подразделяются на генераторы с независимым возбуждением и самовозбуждением. У первых напряжение заданной частоты подается от независимого источника переменного напряжения. У генераторов с самовозбуждением незатухающие колебания возникают за счет положительной обратной связи, образованной между выходом и входом лампы. У ЛС-генераторов режим самовозбуждения создается за счет колебательного £С-контура, у RC-генераторов — за счет /?С-цепочки. В ламповом LC-генераторе (рис. 78) при включении анодного напряжения £а конденсатор С колебательного контура зарядится до напряжения Ua. После этого конденсатор начнет разряжаться на катушку L колебательного контура, и в контуре возникнут колебания с собственной частотой
1
Катушка обратной связи LA соединена с сеткой лапмы, поэтому напряжение на сетке будет определяться индуктированной в катушке Ы эдс, имеющей частоту ш0. Для самовозбуждения генератора и получения незатухающих колебаний необходимо выполнить два условия: напряжение, подаваемое на сетку лампы от катушки обратной
связи, должно быть сдвинуто по фазе на 180° относительно переменной составляющей анодного напряжения (положительная обратная связь); обратная связь очень сильная (для этого переменная составляющая анодного тока должна компенсировать потери в контуре). При выполнении указанных условий в анодной цепи лампы возникает пульсирующий ток, характер которого определяется величиной смещения на сетке лампы. Постоянная составляющая тока /а 0 не может попасть в колебательный контур, так как этому препятствует разделительнай конденсатор Ср, и она замыкается через источник питания и дроссель Lp. Переменная составляющая анодного тока /а Msincoy/ при высокой частоте не может попасть в источник питания (из-за большого реактивного сопротивления дросселя Lp) и проходит через колебательный контур. Так как она совпадает па фазе с напряжением колебательного контура, то ему обеспечивается периодическая передача энергии. Цепь нагрузки состоит из катушки L2 и сопротивления нагрузки. Катушка L2 индуктивно связана с катушкой L колебательного контура, и энергия из него передается к нагрузке через магнитный поток, пронизывающий катушки L2 и L. Ламповые £С-гене-раторы применяются на частотах выше 20 кГц. На более низких — применяются /?С-генераторы, у которых обратная связь выполняется при помощи цепочки, состоящей из резисторов и конденсаторов (рис. 79,а). Допустим, что ток в каждом последующем звене RC мал по сравнению с током в предыдущем.
Тогда анодное напряжение С/а, приложенное к звену R1C1, состоит из двух слагающих напряжений (рис. 79, б) UCI на емкости С1, опережающего ток на угол 90°, и UR1 на сопротивлении /? 1, совпадающего по фазе с Стоком и опережающего по фазе напряжение U.d на некоторый угол <р. Этот угол при некоторых значениях R1 и может иметь значение, например 60°. К активному сопротивлению R1 присоединено второе звено R2C2,
Рис. 79. /?С-генератор: а — схема; б — векторная диаграмма
напряжение на активном сопротивлении которого UR2 также опережает напряжение на угол <р2=60°. Аналогично напряжение UR3 опережает и#2 на угол <рз=60°. Таким образом, для рассмотренной цепочки при определенной частоте выходное напряжение UR3 находится в противофазе к входному Ua. Следовательно, в схеме /?С-генера-тора сеточное напряжение находится в противофазе с анодным напряжением лампы (выполняется условие для возникновения генерации). Частота колебаний f0 определяется параметрами цепочки обратной связи:
г = *
'° 15,4/?С ’
ЛАМПА С ПЕРЕМЕННОЙ КРУТИЗНОЙ — высокочастотный пентод, у которого анодно-сеточная характеристика имеет два участка: длинный пологий / и круто идущий вверх 2 (рис. 80). Применяется в усилителях с автоматической регулировкой усиления. Управляющая сетка выполняется с переменным шагом намотки, большим в середине и меньшим по краям. Вследствие этого отдельные участки сетки обладают различной проницаемостью. При больших отрицательных сеточных напряжениях часть сетки с малым шагом намотки заперта, работает только часть лампы с большим шагом намотки, малым коэффициентом усиления и небольшой крутизной характеристики. При меньших сеточных на
пряжениях отпирается часть сетки с меньшим шагом намотки, большим коэффициентом усиления и большой крутизной. Таким образом, крутизна анодно-сеточной характеристики зависит от сеточного напряжения.
ЛИНЕЙНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ — напряжение между началами обмоток (линейными проводами) в трехфазной системе.
ЛИНИИ МАГНИТНОЙ ИНДУК-ЦИИ, магнитные линии — графическое изображение магнитного поля. Направление касательной в каждой точке линии (рис. 81) должно совпадать с вектором магнитной индукции и, следовательно, с направлением поля.
ЛИНИИ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ — графи ческое изображение электрического поля. Вектор напряженности поля должен быть направлен вдоль касательной к ней в этой точке. Линия напряженности электрического поля, которая начинается на положительном электрическом заряде и оканчивается на отрицательном, является замкнутой.
ЛИСТОВАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ СТАЛЬ — деформируемый (ковкий) сплав железа с кремнием. Кремний улучшает магнитные свойства железа, увеличивает магнитную проницаемость и удельное электрическое сопротивление (уменьшаются вихревые токи), уменьшает коэрцитивную силу и потери от гистерезиса. Стали с высоким содержанием кремния (3... 5%) используются при промышлен-
Рис. 80. Анодно-сеточная характеристика лампы с переменной крутизной
Линии магнитного пот
Рис. 5/.Линии магнитного поля
ной и повышенной частотах, а также при необходимости иметь малые потери от гистерезиса и вихревых токов или высокую магнитную проницаемость в слабых и средних полях. Стали с низким содержанием кремния умень
шают магнитную проницаемость, увеличивают индукцию насыщения и удельные потери энергии. Применяются при постоянном и переменном токах низкой частоты и высоких значениях магнитной индукции.
м
МАГАЗИН СОПРОТИВЛЕНИЙ — набор катушек электрических сопротивлений, заключенных в общий кожух. Подразделяется на штепсельные и рычажные. У штепсельных магазинов сопротивления катушки переключаются штепселем, у рычажных — переключателями.
МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ —силовая характеристика магнитного поля, векторная величина (В). В Международной системе единиц (СИ) численно равна отношению силы dF, действующей со стороны магнитного поля на малый элемент проводника с электрическим током, к произведению силы тока / на длину элемента dl, если этот элемент расположен в поле так, что отношение dF/dl имеет наибольшее значение В = dF/dl.
Единицей магнитной индукции в Международной системе единиц (СИ) является тесла (Т).
МАГНИТНАЯ ПОСТОЯННАЯ — коэффициент пропорциональности, численная величина которого зависит от
принятой системы единиц, характеризующей магнитные свойства среды:
о 2ла
Мо= В-]-.
В Международной системе единиц (СИ) Но = 4л • 10“7Г/м = 1,256 • 10~6 Г/м.
МАГНИТНАЯ ПРОНИЦАЕ-
МОСТЬ — физическая величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Относительная магнитная проницаемость ji показывает, во сколько раз в данной среде сила взаимодействия между проводами с током изменяется по сравнению с вакуумом. Численно равна отношению абсолютной магнитной проницаемости ца к магнитной постоянной Hq (р. = Иа/Мо)- Абсолютная магнитная проницаемость равна произведению магнитной проницаемости на магнитную постоянную: |1а=цр^. Изменение силы взаимодействия между проводами обусловлено изменением интенсивности магнитного поля, вызванного размером, формой
проводов, а также магнитными свойствами вещества, находящегося между проводами. Магнитная проницаемость показывает, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость данного материала больше магнитной постоянной. В зависимости от свойств среды величина ц может быть большей, чем в вакууме, (ц>1) или меньшей (ц <С 1). Магнитная проницаемость воздуха и большинства веществ, за исключением ферромагнитных материалов, близка к единице, поэтому для них Ма — Цо = 4л • 10 *7 Г/м.
МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ - последовательность магнетиков, по которым проходит магнитный поток. Различают замкнутые магнитные цепи, в которых магнитный поток почти полностью проходит в ферромагнитных телах, и с зазором (например, воздушным). Понятием магнитная цепь широко пользуются при электротехнических расчетах трансформаторов, электрических машин, реле и др. Простейшая магнитная цепь - сердечник кольцевой катушки. При расчете магнитной цепи по заданному магнитному потоку, размерам магнитной цепи и типу материала определяется мдс. Для этого цепь делится на участки с однородным полем, затем находится магнитная индукция на каждом участке, и по кривым намагничивания — соответствующие напряженности магнитного поля. Напряженность поля Но в воздушном зазоре или немагнитном материале вычисляется по формуле
МАГНИТНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ — величина, равная произведению напряженности магнитного поля на длину участка магнитной цепи. Измеряется в амперах (A): UM — Hl.
МАГНИТНОЕ НАСЫЩЕНИЕ — состояние вещества, при котором его намагниченность достигает предельного значения, не меняющегося при дальнейшем увеличении напряженности внешнего (намагничивающего) магнитного поля.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ — одна из форм проявления электромагнитного
Рис. 82. Катушки индуктивности:
а — кольцевая; б — цилиндрическая
поля, отличающаяся тем, что это поле действует только на движущиеся электрически заряженные частицы и тела, на проводники с током и на частицы и тела, обладающие магнитным моментом. Создается упорядоченно движущимися зарядами или заряженными телами. Оно существует вокруг всякого проводника с током независимо от материала проводника и характера его проводимости. Магнитное поле постоянных магнитов, в том числе и магнитной стрелки, является следствием молекулярных токов, образуемых движением электронов по атомным орбитам и вращением их вокруг своих осей. Направление, указываемое северным концом магнитной стрелки, установившейся под действием сил поля, принимается за направление магнитного поля.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ КАТУШКИ С ТОКОМ возникает в кольцевой катушке (рис. 82) с U7 витками, равномерно распределенными вдоль немагнитного сердечника при подключении ее к источнику тока. Увеличение магнитной индукции поля достигается увеличением числа витков катушки и размещением ее на стальном сердечнике, магнитные токи которого, создавая свое поле,
увеличивают результирующее поле катушки. Поверхность, ограниченная окружностью радиуса R, совпадающей со средней магнитной линией, пронизывается полным током £/ = /№. Вследствие симметрии напряженность поля Н во всех точках, лежащих на средней магнитной линии, одинакова, поэтому мдс FM = Hl = IW = H2nR. По закону полного тока Hl = IW, откуда напряженность магнитного поля на средней магнитной линии, совпадающей с осевой линией кольцевой катушки,
w- lw
н —~г ’
а магнитная индукция
В = цаЯ = ца — = 125ц — • IO"8.
При /?1 — магнитную индукцию
на осевой линии с достаточной точностью можно считать равной среднему значению ее, и, следовательно, магнитный поток сквозь поперечное сечение катушки
Ф = BS = ца
IWS
I
Переписав это уравнение в виде
м
ф ----------
/(HaS)
получим выражение, аналогичное уравнению закона Ома для электрической цепи, т. е. полный магнитный поток равен отношению мдс к магнитному сопротивлению цепи. Цилиндрическую катушку (рис. 82,6) можно рассматривать как часть кольцевой катушки с большим радиусом и с обмоткой, расположенной только на части сердечника, длина которой равна длине катушки. Напряженность поля и магнитной индукции на осевой линии в центре цилиндрической катушки определяется по формулам, которые в этом случае являются приближенными и применимы для катушек.
МАГНИТНЫЙ ПОТОК — произведение магнитной индукции В однородного поля и величины площади S, перпендикулярной к вектору этой индук
ции, Ф = BS. В Международной системе единиц (СИ) магнитный поток выражается в теслах (Т), умноженных на квадратный метр, или в вебе-рах (Вб):
[ф] = Тм2 = Д^-м2 = Вб. м2
Иногда применяется более мелкая единица магнитного потока — максвелл (Мкс), 1 Мкс=1 Гс • см2=10~8 Вб.
МАГНИТНЫЙ ПОТОК ВОЗБУЖДЕНИЯ — магнитный поток, созданный магнитодвижущей силой обмотки возбуждения машины постоянного тока.
МАГНИТОДВИЖУЩАЯ СИЛА, намагничивающая сила — величина, характеризующая магнитное действие электрического тока. Определяется как сумма элементарных магнитных напряжений 2ЯА/ вдоль замкнутого контура магнитной цепи. Единицей измерения является ампер (А):
[£/м] = [///]= Ам = А. м
МАГНИТОДИЭЛЕКТРИК — фер ромагнитный порошок (пермаллой, ал-сифер и др.), смешанный с диэлектриком (смолой, пластмассой и др.) и спрессованный под большим давлением при высокой температуре в монолитную массу. Применяется для изготовления сердечников трансформаторов различного назначения, в проводной аппаратуре и радиосвязи, в вычислительных устройствах и автоматике.
МАГНИТОМЯГКИЕ МАТЕРИАЛЫ — материалы с высокой^мдгнитной проницаемостью, малой коэрцитивной силой (ниже 400 А/м) и удельными потерями. К ним относятся: техническое железо, низкоуглеродистые и листовые электротехнические стали, пермаллои и оксидные ферромагнетики. Применяются для изготовления магнитопроводов постоянного и переменного токов.
МАГНИТОТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ — материалы, характеризующиеся большой коэрцитивной силой и остаточной индукцией. Используются для изготовления постоянных магнитов различного назначения. К ним относятся: углеродистые, вольфрамовые, хромистые, кобальтовые стали, коэрци
тивная сила которых 5000... 13000 А/м, а остаточная индукция — 0,7...1,0 Т. Обладают ковкостью, поддаются прокатке и механической обработке. Магнитотвердыми материалами являются также сплавы с различным содержанием железа, алюминия, никеля, кремния, кобальта. Они называются альни, альниси, альнико, магнико и др. Обладают прекрасными магнитными свойствами. Их коэрцитивная сила 20000...60000 А/м, остаточная индукция — 0,2...2,25 Т. Магниты из этих сплавов изготовляются отливкой и обрабатываются только шлифованием. Металлокерамические магниты получаются спеканием порошков из сплавов альни и альнико.
МАКСВЕЛЛ [по имени англ, физика Дж. К. Максвелла (1831 —1879)] — единица магнитного потока. Обозначение— Мкс, 1 Мкс=10~8 Вб (см. Вебер).
МГНОВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ — значение переменных величин тока, напряжения, эдс в произвольный момент времени. Обозначается буквами— /, U, е.
МЕРА — средство измерений, предназначенное для воспроизведения физических величин заданного размера. Например, гиря — мера массы, кварцевый генератор — мера частоты электрических колебаний. Различаются меры однозначные (нормальный элемент, измерительный конденсатор постоянной емкости, генератор стандартных сигналов), многозначные (линейка с миллиметровыми делениями, измерительный конденсатор переменной емкости) и наборы мер (набор гирь, набор измерительных конденсаторов). Мера - это основа измерений. Измерительные приборы или другие устройства включают в себя меры или «градуируются» с их помощью; их шкалы можно рассматривать как запоминающие устройства.
МЕТРОЛОГИЯ — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ — зависимость скорости вращения двигателя параллельного возбуждения от вращающего момента, п = /(М).
МИКРОСХЕМА — радиоэлектронное устройство, содержащее в себе как активные (транзисторы), так и пассивные (диоды, резисторы, конденсаторы) элементы, собранные или изготовленные в едином производственном цикле и помещенные в герметичный корпус, защищающий элементы микросхем от внешних воздействий. Микросхемы отличаются технологией изготовления и степенью интеграции. По технологии изготовления они подразделяются на гибридные и монолитные. Гибридные представляют собой диэлектрическую пластину, на которую различными способами нанесены пассивные элементы, соединенные проводниками, и активные компоненты (транзисторы) в микроминиатюрном исполнении, которые приклеиваются к пластине и припаиваются к элементам схемы тонкими проводниками. Собранная микросхема помещается в корпус, герметизируется и присоединяется к внешним выводам.
Монолитная изготовляется на одном кристалле путем введения на его поверхность различных химических примесей, а также нанесения всевозможных пленок (окислением, травлением и др.) — образуются пассивные и активные элементы. Степень интеграции микросхем различна. Микросхема, заключающая в себе 10...30 элементов, является микросхемой с малой степенью интеграции (МИС), 40...150 — со средней (СИС), более 150 — с большой (БИС). По своему функциональному назначению они подразделяются на аналоговые и цифровые. Аналоговые предназначены для усиления, преобразования непрерывных электрических сигналов в виде токов, напряжений. Цифровые служат для обработки и преобразования дискретных электрических сигналов в виде импульсов тока или напряжения, которые представляют собой закодированные цифровые величины или другие виды информации.
Микросхемы маркируются следующим образом: вначале указывается номер серии, затем — функциональное назначение (усилитель, генератор, дешифратор и др.) и порядковый номер разработки в функциональной группе. В микросхемах, предназначенных для
Рис. 83. Мост для измерения сопротивлений
широкого применения, перед номером серии ставится буква К. Например, микросхема К146УИ1 — микросхема широкого применения 146 серии, функциональное назначение — импульсный усилитель, порядковый номер разработки — 1.
МИКРОФОННЫЙ УСИЛИ-
ТЕЛЬ—устройство для усиления электрических сигналов, поступающих с микрофона. Применяется в системах громкоговорящей и диспетчерской связей.
МНОГОКАСКАДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ—устройство для усиления электрических сигналов, содержащее два и более каскадов, соединенных последовательно. Применяется для усиления переменного и постоянного напряжений в сотни и тысячи раз.
МОДУЛЯЦИЯ — изменение параметров электромагнитной волны или электрических колебаний с частотами, значительно меньшими частоты самой волны или электрических колебаний. Модулируемая волна (сигнал) и ее частота называются несущими. В зависимости от способа изменения парамет-рос несущей частоты различаются три основных вида модуляции: амплитудная (AM) — изменяется только амплитуда сигнала, частотная (ЧМ) — частота несущего сигнала (применяется для передачи речи, музыки и др.), импульсная (ИМ) — изменяется на
чальная фаза волны (используется в многоканальных системах связи).
МОМЕНТ МАКСИМАЛЬНЫЙ — наибольший вращающий момент двигателя при скольжении S = 0,2 (номинальное скольжение).
МОМЕНТ НОМИНАЛЬНЫЙ — вращающий момент двигателя при скольжении S = 0,02...0,06.
МОМЕНТ ПУСКОВОЙ — вращаю щий момент двигателя при скольжении S = 1.
МОП-логика — интегральные микросхемы для реализации различных логических операций, в которых используются полевые транзисторы.
МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ — устройство для измерения величины электрического сопротивления. Состоит (рис. 83) из трех плеч (магазинов сопротивлений Г|, Г2 и г), которые вместе с четвертым плечом (измеряемым сопротивлением гх) образуют замкнутый контур АГБВ. К точкам ВГ присоединяется источник питания, а к АБ — гальванометр. Регулировкой сопротивлений Г], г2, г создается нулевое отклонение гальванометра (уравновешивание моста). В этом случае потенциалы точек А и Б одинаковы и поэтому UBA = = и ВБ и иАГ = иБГ или 1{г{ = = 12ГХ и 1{Г2 = 12г- Разделив одно равенство на другое, получим
V1 = Ух /]Г2 У откуда
г2
Если сопротивление трех плеч моста и напряжение питания неизменны, то показания гальванометра зависят только от сопротивления гх. Такие мосты называются неуравновешенными. Так как показания гальванометра зависят только от величины измеряемого сопротивления, то шкалу прибора можно отградуировать в значениях искомого сопротивления или величины, от которой оно зависит (например, температура).
мощность энергетическая характеристика, равная отношению работы А к интервалу времени t ее совершения: P = A/i. Скорость, с которой механическая или другая энергия преобразуется в источнике питания в электрическую, называется мощностью генератора (источника)
Скорость, с которой энергия преобразуется участке цепи в другие называется ника
Р U,t
эп t
Мощность, дительный расход электрической энергии, называется мощностью потерь
электрическая во внешнем виды энергии, электроприем-
мощностью
= UI.
определяющая непроизво-
о ~
t
Up" t
-
По закону сохранения энергии мощность генератора равна сумме мощностей приемника и потерь РГ = = РЭПА- Pq- В Международной системе единиц (СИ) мощность выражается в ваттах (Вт): 1 Вт = Дж/с. В цепях переменного тока пользуются понятиями активной, реактивной и полной мощностей.
МУЛЬТИВИБРАТОР — электронное устройство дЛя получения импульсов напряжения почти прямоугольной формы. В симметричном мультивибраторе (рис. 84, а) применяются одинаковые лампы, сеточные резисторы Яс1=/?с2, анодные резисторы /?а|=/?а2 и конденсаторы Cl = С2. Такая схема представляет собой двухкаскадйый усилитель, охваченный положительной обратной связью. После включения источника питания Ua через обе лампы начинает протекать одинаковый анодный ток и заряжать емкости С2 и С1. Так как схема симметрична, то напряжения на элементах одной половины уравновешиваются напряжениями на соответствующих элементах второй. Но такое равновесие неустойчиво. Достаточно малейшей асимметрии, чтобы в схеме возник лавинообразный процесс, который заканчивается запиранием од
ной из ламп. Через некоторое время запертая лампа отпирается, но запирается вторая и т. д. Так как всегда имеет место небольшая асимметрия элементов схемы, то при включении мультивибратора анодный ток одной лампы будет отличаться от анодного тока другой. Пусть, например, анодный ток лампы J12 меньше анодного тока Л1. Это равносильно увеличению сопротивления участка анод — катод Л2 и, следовательно, росту падения напряжения на данном участке. Увеличение напряжения через конденсатор С2 передается на сетку Л1 и вызывает еще большее возрастание ее анодного тока. Сопротивление участка анод — катод Л1 уменьшается, напряжение на сетке Л1 соответственно понижается и происходит дальнейшее уменьшение анодного тока этой лампы. Возникает лавинообразный процесс: анодный ток лампы Л1 быстро возрастает, а анодное напряжение понижается. Через элемент обратной связи (конденсатор С1) указанное изменение анодного напряжения передается на сетку Л2 и поэтому анодный ток ее уменьшается. Все это происходит настолько быстро, что напряжения на конденсаторах С1 и С2 не успевают измениться. Скорость данного процесса определяется в основном значениями межэлектродных емкостей Л1 и Л2. Увеличение анодного тока лампы Л1 ограничивается переходом в область верхнего изгиба анодно-сеточной характеристики лампы, а также появлением сеточного тока, что связано с процессом зарядки конденсатора С2. После повышения потенциала на аноде лампы Л2 начинается зарядка конденсатора С2. В первый м&мент зарядный ток имеет наибольшую величину и на резисторе /? создается падение напряжения с полярностью «плюс» на сетке- и «минус» на катоде лампы Л1. Положительное напряжение на сетке вызывает появление значительного сеточного тока, благодаря чему сопротивление участка сетка — катод лампы Л1 резко снижается. Скорость зарядки конденсатора С2 определяется постоянной времени цепи C2Ra2Pc. к 1 ’ где ^с. к1— малое сопротивление участка сетка — катод лампы Л1. По мере зарядки конденсатора С2 зарядный ток, а следовательно, и напря-
Рис. 84. Ламповый симметричный мультивибратор: а --- схема; б — эпюры напряжений
жение на сетке лампы Л1 уменьшаются. Так как постоянная времени цепи С2/?а2/?с К1 мала, то процесс зарядки быстро заканчивается и на сетке лампы Л1 устанавливается напряжение, равное нулю. В это же время происходит разряд конденсатораС7 через открытую лампу Л1. Путь разрядного тока следующий: левая обкладка конденсатора С1 («плюс»), участок анод — катод лампы Л/, резистор /?с2 и правая обкладка С1 («минус»). В первый момент (после скачка) разрядный ток наибольший и на резисторе /?с2 создается падение напряжения с полярностью «минус», на сетке и «плюс» на катоде лампы Л2. Величины этого напряжения достаточно для того, чтобы лампа Л2 оказалась запертой. После окончания зарядки конденсатора С2 на сетке лампы Л1 устанавливается постоянный нулевой потенциал и анодная цепь Л1 ведет себя как небольшое постоянное сопротивление, через которое разряжается конденсатор С1. По мере разряда сила тока, протекающего через резистор /?с2,и, следовательно, потенциал на сетке лампы Л2 повышается. Как только величина 1)с к2 превысит напряжение запирания Ес 0, лампа Л2 отпирается и ее анодное напряжение понижается. Этот скачок через конденсатор С2 передается на сетку лампы Л1, уменьшая ее анодный ток. Возникает новый лавинообразный процесс, который приводит к запиранию лампы Л1 и резкому росту анодного тока лампы Л2. Гра
фик напряжений на сетке и аноде лампы Л1 и Л2 симметричного мультивибратора приведены на рис. 84, б. Построение графика начато в момент запирания лампы Л1, когда на ее сетке действует наибольший отрицательный потенциал. Уменьшение отрицательного напряжения (7ск1 по экспоненциальному закону соответствует разряду конденсатора С2. В момент /|, когда ^с.к1=^'с.о, лампа Л1 отпирается и напряжение t/CKi скачком возрастает, становясь на некоторое время положительным (зарядка конденсатора С2). До отпирания лампы Л1 напряжение ее на аноде Uа1 равно напряжению источника анодного питания. Только во время зарядки конденсатора С1 зарядный ток создает на сопротивлении /?а1 падение напряжения и поэтому график Ual имеет пологий участок (отрезок времени —G)- После отпирания лампы Л1 анодное напряжение Uа1 изменяется в противофазе с сеточным. В момент времени /2 лампа Л1 вновь запирается, а Л2 отпирается. Графики изменения напряжения (Ус к2 и Uа2 по форме не отличаются от графиков Uc к и С/а1, но сдвинуты относительно последних во времени на половину периода. Анодное напряжение имеет форму отдельных импульсов почти прямоугольной формы, а на сетке действует пилообразное напряжение. Для симметричного мультивибратора, у которого/?с1 =/?с2 = /?с; /?al ~ Ra2 = Rar 1al = /а2 == ^c.ol = =£с о2=^с.о; С1=С2 = С.
Рис. 85. Схема полупроводникового мультивибратора
М'СЛД1-Е-с.О
Частота колебаний симметричного мультивибратора
/ R
/ = 2/?сСп-р.
сс.о
Для получения импульсов разной длительности и частоты резисторы /?С1 и RC2 или конденсаторы С1 и С2 выбираются разными. Если С1Р&> C2Rci, то в мультивибраторе лампа Л2 заперта более длительное время, чем Л1. Если снимать напряжение с анодов ламп Л1 и Л2 через разделительные конденсаторы, то с анода Л1 получим короткие импульсы положительной полярности, а с анода Л2 — короткие, но отрицательной. Транзисторный мультивибратор (рис. 85) работает аналогично ламповому. Если транзистор Т1 открыт, то конденсатор С1 разряжается. Путь разрядного тока: правая обкладка конденсатора С1 («плюс»), резистор /^52- источник питания, участок эмиттер—коллектор Т1, левая обкладка С1 («минус»). Разрядный ток создает на резисторе /?б2 падение напря-
жения с полярностью «плюс» к базе и «минус» к эмиттеру Т2, которое
поддерживает транзистор Т2 в запертом состоянии. Разряд конденсатора С1
происходит до тех пор, пока напря-
жение на участке база — эмиттер Т2
не станет достаточным для его отпирания. После появления коллекторного тока транзистора Т2 потенциал на коллекторе резко уменьшается и начинается разряд конденсатора С2, при котором заперт транзистор Т1 и т. д. Для повышения быстродействия и улучшения формы импульсов желательно не допускать перехода транзисторов в область насыщения. Для этой цели применены фиксирующие диоды Д1 и Д2, на которые подано напряжение смещения — Ех0. Если коллекторный ток транзистора Т1 возрастает, то отрицательный потенциал на его коллекторе убывает. До тех пор пока коллекторное напряжение Т1 превышает величину Ео (по абсолютному значению), диод Д1 заперт и не влияет на работу схемы. Но как только эти напряжения станут равными, диод Д1 отпирается и как бы подключает клемму — £о к коллектору. В дальнейшем потенциал на коллекторе Т1 не может стать менее отрицательным, чем Ео, и переход в область насыщения становится невозможным.
МУЛЬТИПЛЕКСОР — устройство (микросхема) для последовательного опроса логических состояний большого числа переменных и передач их на один выход. При помощи адресных входов можно выбрать один из двух информационных сигналов и реализовать любые логические функции. Для этого на информационные входы необходимо подать постоянные сигналы, соответствующие требуемым значениям логической функции.
н
НАГРЕВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН — нагрев частей электрической машины за счет выделения тепла при их работе. При температуре окружающей среды 4-35° С стальные сердечники и другие части машины, соприкасающиеся с обмотками (при использовании изоляции классов А и В) не должны нагреваться свыше 65...85; контактные кольца —70...90; коллекторы —65...85; подшипники скольжения —80; подшипники качения — 95 °C. Конечная температура 0 слагается из превышения его температуры т над температурой окружающей среды 0О = 35 °C, т. е. 0 = т+0о. При меньшей температуре 60 создается перегрузка двигателя.
НАПРЯЖЕНИЕ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ — напряжение, подведенное к одной из обмоток трансформатора, при котором в остальных обмотках устанавливаются номинальные токи. Напряжение короткого замыкания не превышает 5... 10% от номинального и всегда обозначается в паспорте трансформатора. Мощность расходуется на покрытие потерь в меди обмоток трансформатора.
НАПРЯЖЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ — напряжение на управляющей сетке радиолампы, определяющее положение рабочей точки. В схемах усилителей смещение на управляющей сетке часто задается не источником напряжения, а за счет падения напряжения на сопротивлении /?к, включенном в цепь катода (рис. 86). Такой способ называется автоматическим смещением. Постоянная составляющая анодного тока /а0, проходя по сопротивлению, создает падение напряжения L/CM= — IaQRK. Таким образом, потенциал сетки автоматически понижается относительно катода на величину UCM. Переменная составляющая анодного тока замыкается через блокировочный конденсатор, включенный параллельно сопротивлению RK. Сопротивление конденсатора на частоте ю должно быть мало (по сравнению с сопротивлением /?к). Это необходимо для того, чтобы падение напряжения, созданное переменной со
ставляющей анодного тока в сопротивлении /?к, было также небольшим и не влияло на сеточное напряжение. Напряжение смещения UCbf составляет несколько вольт, сопротивление — 50... 1500 Ом, а величина емкости определяется из соотношения
С>-™-
где <ои — низшая частота переменной составляющей тока.
НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ — векторная величина Е, характеризующая силовое действие электрического поля на электрические заряженные частицы и тела. Она равна отношению силы Fo, действующей со стороны поля иа точечный электрический заряд, помещенный в рассматриваемую точку поля, к заряду q0:E = Fo/qo). В Международной системе единиц (СИ) выражается в В/м.
НЕЙТРАЛЬНЫЙ (НУЛЕВОЙ) ПРОВОД — провод, присоединенный к концам трехфазной обмотки, соединенным вместе. Точка соединения называется нулевой точкой или нейтралью генератора (при соединении обмоток звездой). В четырехпроводной системе к нейтрали присоединяется нейтральный, или нулевой, провод.
НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ — электрические цепи, сопротивления участков которых зависят от напряжения или силы тока в цепи (рис. 87, 88), например лампы накаливания, электронные и полупроводниковые приборы. Расчет цепей производится по вольт-амперным характеристикам. Складывая напряжения a U2 (рис. 87), соответствующие одному и тому же значению тока, получим напряжение U на зажимах цепи (точки вольт-амперной характеристики цепи).
Например, точка А' вольт-амперной характеристики цепи для произвольно выбранного значения тока Г получена сложением абсцисс А'о At и Ао А'ч.
При определении тока в цепи по заданному напряжению U его откладывают по оси абсцисс (отрезок 00'). Перпендикуляр О'А, восставленный из точки О' до пересечения с вольт-амперной характеристикой цепи, выражает ток цепи /. Отрезки прямой ЛоД| и Д0Л2, проведенной через точку А параллельно оси абсцисс, определяют напряжения Ui и U2 на нелинейных участках цепи.
Расчет цепи с параллельно соединенными нелинейными элементами (рис. 88) при заданном напряжении на зажимах разветвления Uc заключается в нахождении токов в ветвях по их вольт-амперным характеристикам. Напряжение на ветвях одинаково, поэтому, отложив его по оси абсцисс (отрезок 00'), найдем токи /1 и /2 (отрезки О'At и О'А2).
Общий ток цепи равен сумме токов в ветвях / = /j + /2. Чтобы найти в ветвях токи по заданному общему току /, строится общая вольт-амперная характеристика (сложением координат вольт-амперных характеристик ветвей, соответствующих одним и тем же значениям напряжений). При заданном токе / (точка А на общей характеристике) находим напряжение Ос = = I){ 4- U2 (точка А) и токи Ц, /2 (точки Ai и Аг).
НЕОНОВАЯ ЛАМПА — лампа с тлеющим разрядом, наполненная неоном, служит для световой индикации. Используется катодное свечение газа, возникающее в результате преобразования электрической энергии в оптическую. Для получения хорошего свечения баллоны неоновых ламп под давлением 2500...4000 Па заполняются неоном с примесью аргона. Изготовляются двух- и многоэлектродными (цифровыми), катодам придается форма цифр. У двухэлектродных ламп (индикаторов) для цепей переменного тока электроды делаются одинаковыми (например, в виде дисков); для цепей постоянного тока — различной формы. Неоновые лампы типа ТН-0,2 и ТН-0,3 (рис. 89) предназначены для питания от источника постоянного тока. Мощность потребления составляет доли ватт. Напряжение зажигания тлеющего разряда всегда несколько выше на-
Рис. 86. Автоматическое смещение
пряжения горения разряда, поэтому во избежание перегрузок индикаторов лампы включаются в цепь последовательно с балластными резисторами. У индикаторов типа ТН-30 сопротивления помещаются в цоколе лампы, у малогабаритных — подсоединяются извне. Цифровые индикаторы позволяют производить визуальный отсчет численных значений контролируемой величины. В цифровой лампе типа ИН-2 внутри баллона размещается десять вольфрамовых катодов, соответствующих цифрам от 0 до 9. Анод в виде тонкой сетки расположен перед катодами. Он связан электрически с боковым экраном, окружающим катоды, что обеспечивает примерно равное расстояние между анодом и каждым катодом.
НЕПРЕРЫВНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ—регулирование, в котором регулирующий орган находится в действии непрерывно, следуя за отклонением регулируемого параметра в соответствии с сигналом датчика.
НЕПРЯМОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ— регулирование, при котором регулятор воздействует на исполнительный механизм посредством специального усилителя, использующего источник вспомогательной энергии.
НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ РАЗРЯД — электрический разряд в газе, для возникновения и поддержания которого необходимо воздействие внешнего ионизатора.
НЕСИММЕТРИЧНАЯ СИСТЕМА — трехфазная система, у которой индуктированные в обмотках эдс имеют неодинаковые амплитуды и сдвинуты
a
Рис. 87. Неразветвленная цепь с двумя сопротивлениями: а —схема; б -- вольт-амперная характеристика
Рис. 88. Разветвленная нелинейная цепь: а — схема; б — вольт-амперная характеристика
Рис. 89. Неоновые лампы
друг относительно друга на разные углы.
НОМИНАЛЬНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ МАШИН — основные паспортные данные (мощность, напряжение, сила тока, частота вращения и др.) электрической машины, указанные заводом-изготовителем на корпусе машины. Их знание необходимо для правильной технической эксплуатации, обеспечивающей надежную работу в пределах установленного срока (около 10 лет для стационарных машин, работающих в нормальных условиях окружающей среды). При необходимости основные
величины могут быть выражены в процентах или в относительных величинах:
относительная мощность Р* = Р/РПот', сила тока 1*~1/1Пот', напряжение U* — U/UnOm', момент М* — М/Мпот\ частота вращения п* = п/ппот', где Pnom, Iпот, U пот, Мпот, Ппот — номинальные величины, указанные в паспорте.
НОМИНАЛЬНАЯ ВЕЛИЧИНА ПРИБОРА — верхний предел измерения прибора.
О
ОБМОТКА ВОЗБУЖДЕНИЯ-обмотка на полюсах машины постоянного тока, создающая магнитный поток возбуждения.
ОБОЗНАЧЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА — система записи, состоящая из букв и цифр. Включает пять элементов: 1-й — буква, указывающая исходный материал (Г — германий, К — кремний, А — арсенид галлия); 2-й—буква, обозначающая тип прибора (Д — диод); 3-й — число, указывающее назначение прибора (1—диод малой мощности со средним значением тока до 0,3 А; 2 — средней — 0,3... 10 А; 3 — большой - более 10 А); 4-й — число, обозначающее порядковый номер разработки прибора (от 1 до 99); 5-й — буква, обозначающая деление технологического типа на группы (от А до Я). Например, ГД112А—германиевый выпрямительный диод малой мощности, номер разработки 12, группа А; КД210Б— кремниевый диод средней мощности, номер разработки 10, группа Б.
ОБОЗНАЧЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ТРИОДА — система за писи, состоящая из букв и цифр. Содержит пять элементов: 1-й — буква, указывающая исходный материал прибора (Г — германий, К — кремний, А — арсенид галлия); 2-й — бук
ва, обозначающая тип прибора (Т — транзистор); 3-й — цифра, указывающая класс или назначение прибора (1 —транзистор малой мощности до 0,03 Вт низкой частоты (не более 3 МГц); 2 — малой мощности средней частоты (3...30 МГц); 3 — малой мощности высокой частоты (более 30 МГц); 4 — средней мощности (0,03... 1,5 Вт) низкой частоты; 5 — средней мощности средней частоты, 6 — • средней мощности высокой частоты; 7 — большой мощности (более 1,5 Вт) низкой частоты; 8 — большой мощности средней частоты; 9 — большой мощности высокой частоты); 4-й — число, обозначающее порядковый номер разработки прибора (01...99); 5-й — буква, указывающая деление технологического типа на группы (от А до Я). Например, КТ540А — кремниевый транзистор средней мощности, средней частоты, номер разработки 40, группа А.
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ — действие выходной величины устройства, машины, усилителя на входную цепь. Используется в автоматике, радиоэлектронике. В усилителях электрических сигналов выход усилителя соединяется со входом посредством цепи обратной связи. Последняя будет положительной, если вызывает увеличение общего коэффициента усиления, и отрицательной, если не вызывает.
Рис. 90. Обратная связь
В усилителях с обратной связью (рис. 90) на вход подается напряжение обратной связи {/ос, составляющее часть выходного напряжения {/вых. Отношение 0 = U0.c/UBblx называется коэффициентом обратной связи. В усилителе с обратной связью входное напряжение состоит из суммы напряжения сигнала и напряжения обратной связи: Иъх = {/Сиг + {/о.с Так как коэффициент усиления усилителя без обратной связи равен K=UBM/UBX, а ко.с= ^вых/^сиг- Выражение для входного напряжения примет вид
U = U 4-U = ^вых _|_
^ВХ --- ’"'СИГ I и0.С ---- К I
*4).с
+ ЦвыхР = ^вых (~77------------F р) •
Ао.с
Отсюда коэффициент усиления усилителя С обратной СвЯЗЬЮ Кос = 1/1 — -эк.
При Р = 1 положительная обратная связь называется критической, так как коэффициент усиления усилителя становится равным бесконечности (Ко с = ) и усилитель переходит на
генераторный режим работы, при котором напряжение на выходе может быть даже при отсутствии входного напряжения.
Коэффициент усиления усилителя с отрицательной обратной связью (при Ц).с <1 и 0 < 0) меньше коэффициента усиления усилителя без отрицательной обратной связи. Последняя улучшает характеристики усилителя н уменьшает частотные и фазовые искажения. Это объясняется тем, что всякая гармоника, возникающая в усилителе
и искажающая сигнал, после усиления частично подается на вход усилителя через линию обратной связи и имеет противоположную фазу. Вследствие этого происходит частичная компенсация гармоники, искажающей сигнал.
ОБЪЕКТ РЕГУЛИРОВАНИЯ — устройство, технологический процесс, управляемые с помощью средств автоматики (машины постоянного тока, электродвигатели, тепловые камеры, различные технологические процессы) .
ОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ — поле, во всех точках которого векторы магнитной индукции равны между собой (например, между двумя плоскими параллельно расположенными полюсами магнита или электромагнита).
ОДНОРОДНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — поле, во всех точках которого векторы напряженности равны друг другу (например, между двумя параллельными пластинами в области, удаленной от краев пластины).
ОМ [от имени нем. физика Г. С. Ома (1787—1854)]—единица электрического сопротивления в Международной системе единиц (СИ). Ом равен электрическому сопротивлению участка электрической цепи, на котором при силе постоянного тока 1 А возникает напряжение 1 В: r=U/I.
ОММЕТР [от ом и греч. met-гео —- (измеряю)] — прибор с непосредственным отсчетом для измерений активных электрических сопротивлений.
ОПЕРАТОР—1. Математический символ, используемый при решении дифференциальных уравнений систем автоматического регулирования и управления. 2. Лицо, управляющее технологическим или производственным процессом при помощи систем автоматики.
ОПЕРАТИВНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ОЗУ)— запоминающее устройство цифровой вычислительной машины, входящее в состав центрального процесора и предназначенное для хранения данных, оперативно участвующих в вычислениях.
Отдельные ячейки памяти располагаются не по одной линии, а как
бы образуя квадратную матрицу. При обращении к определенной ячейке памяти на соответствующие горизонтальную или вертикальную шины подается логическая единица. С этой целью заданный вектор адреса А = а0...ап) следует декодировать соответствующим образом, для чего служат дешифраторы столбцов и строк. Помимо адресных входов, ОЗУ имеет один информационный вход, информационный выход, вход разрешения записи и вход выбора микросхемы. Последний служит для организации мультиплексной работы нескольких микросхем ОЗУ, передающих информацию на общую шину данных.
ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (ОУ), в аналоговой вычислительной технике — решающий усилитель без цепей обратной связи. Выполняется в виде монолитных интегральных микросхем (по схеме усилителей постоянного тока с нулевыми значениями входного напряжения смещения нуля и выходного напряжения), по размерам не отличается от обычного транзистора. Характеризуется большим коэффициентом усиления, высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Благодаря практически идеальным характеристикам операционных усилителей реализация различных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах (рис. 91, а). Входной каскад — дифференциальный (ОУ имеет два входа). Выходное напряжение (/вых в области низких частот определяется в фазе с разностью входных напряжений U = U,—U2 (Ul—неинвертирующий вход, обозначается знаком «плюс»; U2 — инвертирующий вход, знаком «минус»). Для работы ОУ как с положительными, так и с отрицательными входными напряжениями используется двуполярное питающее напряжение (не более ± 15 В).
Дифференциальный (собственный) коэффициент усиления ОУ
___ А^вых __ А^вых _ д “ AUBX ~ - U2)
__ ________А^ВЫХ________ _
— At/j(npH U2 = const)
Л/72(при U\ — const)
имеет конечную величину до 10’. На рис. 91, б показана типовая зависимость U вых ОТ (7ВХ. При t/Bbixmin"< < t/вых < ^выхmax напряжение зависит от UBX почти линейно. Этот диапазон называется областью усиления. В области насыщения с ростом UBX увеличения (7ВЫХ не происходит. Границы области усиления (7ВЫХ min и (/вых тахотстоят примерно на 3 В от величин напряжения питания. Зависи мость выходного напряжения операционного усилителя от разности входных (передаточная характеристика) для идеального ОУ должна проходить через нулевую точку. Для реальных ОУ она несколько сдвинута. Чтобы выходное напряжение было равно нулю, необходимо на вход ОУ подать некоторую разность потенциалов — напряжение смещения нуля Uo. Оно составляет несколько милливольт и во многих случаях не принимается во внимание. После его устранения возможно смещение нуля от температуры, времени и напряжения питания:
\UQ{t, Т, (/п) = (6(/0/6/)А/+(6(/0/67’) ЬТ + (SU0/6Un)hU„, где 6t/0/6t —температурный дрейф (3...10 мкВ/К); 6UQ/6T — временный дрейф (достигает нескольких микровольт в месяц); f>U0/f>Un — дрейф, обусловленный изменением суммарного напряжения питания.
Составляющая 6UQ/6Un характеризуется влиянием отклонения напряжения питания от номинального значения на величину смещения нулевой точки и составляет 10...100 мкВ/В.
В реальных ОУ при подаче на U\ и U2 входы одного р того же напряжения t/синф выходное напряжение изменится на величину А(/а. Коэффициент усиления синфазного сигнала Лсинф = = At/a/At/синф- При достаточно больших входных напряжениях синфазного сигнала выходной сигнал резко возрастает (рис. 91, в). Используемый диапазон выходного напряжения называется областью ослабления синфазного сигнала. Ее границы по модулю на 2 В ниже соответственно положительного и отри-
Рис. 91. Операционный усилитель:
а — обозначение; б — зависимость выходного напряжения ОУ от входного; в — зависимость выходного напряжения от синхронного входного сигнала; г — типовая частотная характеристика дифференциального коэффициента усиления операционного усилителя; д—неинвертирующий ОУ;
с — следящая схема ОУ; ж—инвертирующий ОУ
цательного уровней напряжения питания. Неидеальность ОУ характеризуется параметром, называемым коэффициентом ослабления синфазного сигнала G = Ад/АСИНф.- Его значения составляют 104...105. С учетом коэффициента усиления синфазного сигнала для выходного напряжения ОУ получается более точное выражение:
А^ВЫХ ~ ^Д^^ВХ ^СИНфА^СИНф’
Коэффициент ослабления синфазного сигнала показывает, какое значение дифференциального входного напряжения At/BX следует приложить ко входу ОУ, чтобы скомпенсировать усиление синфазного сигнала на выходе. Так как передаточные характеристики в рабочей части практически линейны, можно записать
^вых = ^д(^вх — ^о) + ^синф^синф
ИЛИ ((/вых = Дд [(^вх Uо) Ч 2" ^синф 1 •
Решение этого уравнения дает t/BX = = ^о + (Ц,ых/Кд)-(^синф/С)- Типовая частотная характеристика ОУ приведена на рис. 91, г. Выше частоты frK, соответствующей границе полосы пропускания на уровне 3 дБ, модуль коэффициента усиления |АД| обратно пропорционален частоте.
Входное сопротивление ОУ с биполярными транзисторами на входе составляет несколько мегом для дифференциального сигнала и несколько гигаом для синфазного сигнала. Для ОУ с полевыми транзисторами на входе эти величины больше на порядок. При введении в ОУ отрицательной обратной связи полоса рабочих частот расширяется. Произведение коэффициента усиления на ширину полосы для охваченного обратной связью ОУ равно частоте единичного усиления без обратной связи (frAoc =/пЛд = М- Если в качестве петли обратной связи использовать простейший делитель напряжения (рис. 91, д) и производить операцию вычитания с помощью дифференциальных входов операционного усилителя, получим схему охваченного обратной связью неинвертирующего усилителя. Коэффициент обратной
связи К = RX/RH + Rx', коэффициент усиления (при G » 1 и ККЛ 1) Л^.С =^вх/^вых = 1/Я=1 + (Ян/Я|). Если Д'= 1, т. е. /?и = О и Rx = оо, получим следящую схему (рис. 91, е). Коэффициент усиления для нее равен 1. Она используется в качестве преобразователя сопротивления. Для неинвертирующего ОУ с отрицательной обратной связью входное сопротивление возрастает, а выходное— уменьшается.
В инвертирующем усилителе (рис. 91, ж) U2 — вход ОУ заземляется, а входной сигнал подается через сопротивление Rx. В отличие от схемы неинвертирующего ОУ коэффициент усиления синфазного сигнала здесь не играет роли, а фаза выходного напряжения противоположна фазе входного напряжения. Коэффициент усиления K0C=RH/Rl- Входное сопротивление инвертирующего ОУ равно сопротивлению /?]. Частотная коррекция осуществляется подбором величины емкости конденсатора, присоединенного к соответствующим выводам ОУ.
ОПТРОН— прибор, состоящий из излучателя света и фотоприемника, связанных друг с другом оптически и помещенных в общем корпусе. Используется для связи отдельных частей радиоэлектронных устройств, обеспечивая подобно трансформатору электрическую развязку между ними, и для бесконтактного управления (подобно реле) электрическими цепями. В качестве излучателя применяют полупроводниковый светоизлучающий диод, в качестве фотоприемника — фоторезистор, фотодиод и т. д.
ОСТАТОЧНАЯ ИНДУКЦИЯ — магнитная индукция в веществе при напряженности магнитного поля, равной нулю. Наблюдается в ферромагнетиках и объясняется их магнитным гистерезисом.
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ВКЛЮЧЕНИЯ (ОПВ) — отношение суммы рабочего времени электродвигателя при повторно-кратковременном режиме работы ко времени цикла /ц, равного времени работы и паузы t0:
опв = — + '2+-+'*
*\ + *2 + ••• + ln + Zl)
100,
где t\, tn — время работы двигателя. Чем больше продолжительность включения, тем меньше номинальная мощность двигателя при равных габаритах. Следовательно, двигатель, рассчитанный на работу в течение 23% времени цикла при номинальной мощности, нельзя оставлять под нагрузкой 60% времени цикла при той же мощности. ОПВ электродвигателей может быть равна 15, 25, 40 и 60%, причем 25% является номинальной. Режим работы — повторно-кратковременный, если продолжительность цикла не превышает 10 мин. Расчет ведется по формуле
РЪ\ + ^2*2 + •••+ tyn
*1 + Z2 + •••+
где Р|, Р2,--,Рп — мощность электродвигателя за время работы /.
Номинальную мощность для заданной ОПВ находят по каталогу крановых двигателей. В случае ее несоответствия стандартной пересчет ведется по формуле
Рэ2 рз\ V 0ПВ2 •
ОХЛАЖДЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ — отвод тепла в окружающую среду при работе трансформатора. Установлены следующие до
пустимые температуры: для обмоток—105, для сердечника на поверхности—110, для верхних слоев охлажденного масла —95 °C (при температуре окружающего воздуха 35 °C). Силовые трансформаторы средней и большой мощности имеют масляное охлаждение, которое хорошо защищает обмотки от увлажнения и вредного воздействия кислорода воздуха. Сердечник с катушками находится в стальном баке, наполненном специальным минеральным маслом (трансформаторным). При мощности 20...30 кВА бак изготовляется гладким, при большей — трубчатым (для увеличения поверхности охлаждения). Для подключения трансформатора на верхней крышке имеются проходные изоляторы. При мощности свыше 100 кВА и напряжении более 6000 В в бак устанавливается маслорасширитель, соединенный трубкой с основным баком. Уровень масла в маслорасширителе при нагревании повышается, при охлаждении — понижается. Емкость маслорасширителя рассчитывается из условий обеспечения полного заполнения бака при изменении температуры окружающей среды от минус 35 до плюс 35 °C. При мощности более 1000 кВА трансформаторы снабжаются выхлопной трубой, соединенной с баком и закрытой снаружи стеклянной мембраной. В случае аварии трансформатора газы, образующиеся при испарении масла, выдавливают мембрану, предохраняя бак от разрыва.
п
ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ в линии электропередач — падение напряжения на сопротивлении линии при передаче электрической энергии на большое расстояние
2/
At/ = /r = /^,
где I — длина линии, м; S — площадь сечения провода, м2; у — удельное электрическое сопротивление, Ом.
ПАДАЮЩАЯ ДУЖКА — деталь самопишущих электроизмерительных приборов, при помощи которой осуществляется точечная запись измеряемой величины ыа ленте. Дужка периодически на короткое время прижи
мает к бумаге упругий шрифт через прокладки разного цвета. Так как она кинематически связана с указателем измерительного механизма, на диаграммной ленте печатаются данные, соответствующие реальному значению измеряемой величины. При надлежащей коммутации одной дужки можно записывать показания различных измерительных приборов (многоточечная запись).
ПАЗЫ ЯКОРЯ — углубления в якоре машины постоянного тока, в которые укладываются провода обмотки, соединенные друг с другом по определенной схеме.
ПАРАМЕТРЫ ДИОДА величины, характеризующие основные свойства диода. Ими являются: внутреннее сопротивление, крутизна характеристики, допустимая мощность, выделяемая на аноде, и обратное напряжение. Отношение анодного напряжения к соответствующему анодному току называется сопротивлением диода (при постоянном токе) или статическим. Например, для точки А (рис. 92) вольт-амперной характеристики статическое сопротивление
Из анодной характеристики диода видно, что для различных точек ее отношение Ua/Ia (статическое сопротивление диода) различно.
Допустим, что, кроме постоянного напряжения (постоянной слагающей напряжения t/a0), между анодом и катодом действует еще переменное напряжение (переменная слагающая напряжения с амплитудой At/a).
Отношение приращения анодного напряжения At/a к соответствующему приращению анодного тока А/а называется дифференциальным или внутренним сопротивлением диода при переменном токе:
А(/а
Рис. 92. Анодные характеристики диода
почти прямолинейна, и поэтому дифференциальное сопротивление на ней практически постоянно (применяется для характеристики лампы). Постоянная составляющая анодного напряжения UaQ равна 50 В, а соответствующая ей постоянная составляющая анодного тока /ао — 40 мА. Следовательно, статическое сопротивление диода
t/a0 50 ,
Ro = ~г— = — Ю_3 — 1,25 X
4о 40
X 103 Ом = 1,2 К.
Амплитуда переменной составляющей анодного напряжения At/a равна 20 В, а соответствующая ей амплитуда переменной составляющей анодного тока А/а—20 мА. Следовательно, дифференциальное сопротивление диода
„ д^а 20 ч з
R‘- = 10-3 =103 °“ =
= I к.
Статическое сопротивление диода Rq всегда больше дифференциального Rt. Отношение приращения анодного тока А/а к соответствующему приращению анодного напряжения At/ а называется крутизной характеристики
На разных участках характеристики оно имеет разные значения. Однако средняя часть характеристики диода
Рис. 93. Статические
характеристики транзистора:
а — входная; б — выходная
Анодный ток измеряется в амперах и миллиамперах, а анодное напряжение — в вольтах, поэтому сопротивление измеряется в вольтах на ампер (В/A), а крутизна, как величина, обратная сопротивлению,— в амперах на вольт (A/В) или (мА/В).
Крутизну характеристики можно рассматривать как дифференциальную или внутреннюю проводимость диода при переменном токе. Следовательно, если известно дифференциальное сопротивление диода, то тем самым известна и дифференциальная проводимость. Таким образом, крутизна не является независимым параметром диода. Вследствие нелинейности анодной характеристики диода крутизна характеристики, так же как и дифференциальное сопротивление диода на различных участках характеристики, не одинакова. Для нахождения крутизны по данной характеристике диода выбирают участок (см. рис. 92), находят для нее приращения А/а и \Ua и, определяя их отношение, получают крутизну для участка АБ или для средней точки этого участка. Иногда пользуются понятием максимальной крутизны, соответствующей прямолинейной части характеристики.
В рабочем режиме вследствие нагрева анода возможно выделение
остатков газа. Лампы в процессе откачки газа (воздуха) интенсивно прогревают (это способствует уменьшению газовыделения при их изготовлении). При работе лампы температура анода должна быть меньше, чем при откачке, и меньше температуры катода (во избежание его перегрева). Допустимая температура нагрева анода определяет величину допустимой мощности, передаваемой аноду электронным потоком.
Мощность Ра, развиваемая на аноде при работе лампы, должна быть меньше допустимой Ра — laUa<Z Ра.доп = = /а.доп^а, а допустимая величина анодного тока
Р
1 __ а. доп,
'а. доп (J
Аноды электронных ламп изготовляются из никеля, молибдена, тантала или графита. Для увеличения мощности, рассеиваемой анодом, применяют аноды с добавочными ребрами или радиаторами. Чернение анода и покрытие его цирконием способствуют повышению лучеиспускания и поглощению остаточных газов. Для каждой лампы указывается предельное значение выделяемой на аноде мощности Ра доп, при которой температура анода не превы
шает допустимой, а также наибольшее допустимое обратное напряжение /7обр доп. При отрицательном (обратном) анодном напряжении, превышающем запирающее, может развиться самостоятельный электрический разряд и наступить пробой. К параметрам лампы относятся номинальные напряжение UU0M и ток /ном накала.
ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРОВ — постоянные величины, применяемые для оценки свойства транзисторов. Делятся на первичные и вторичные. К первичным параметрам относятся: сопротивления — эмиттер-ного перехода гэ (десятки ом); базы Гб (сотни ом); коллекторного перехода гк (сотни или тысячи ом) и коэффициент усиления по току (обозначается а или р в зависимости от схемы соединения транзистора). Вторичные параметры устанавливают связь между малыми приращениями токов и напряжений в транзисторе. Они определяются схемой включения транзистора. Наибольшим применением пользуется система h — параметров.
Параметры можно определить по статическим характеристикам (рис. 93). Так, для схемы с общим эмиттером h — параметры следующие: входное сопротивление транзистора
, — — ^бэ ^6. Э1
" 652 — А51
67к.э1 = const);
(при
величина, обратная коэффициенту усиления по напряжению,
и А^б.э _ ^б.э2— ^б.э!
12 ~ \ик ик.э2-ик.э1
/б1 = const);
(при
коэффициент усиления по току
А/к /к2 — /к,
"21 — ~Г7 1
(при t/K э2 = const);
выходная проводимость
А/" М"
к ___ к _____ ________к
22 ~ ~ (7кэ3-Екэ1
(при /б3 — const) .
Рассмотрим процесс усиления напряжения, воспользовавшись входными и выходными характеристиками (рис. 94). Нанесем на выходные характеристики линию нагрузки, проведя ее через точку Б, соответствующую эдс источника Ек б, равной 12 В, и точку В, определяемую током
/ = — 'к.мах £
Допустим, при отсутствии входного сигнала ток базы выбран /б = 0,1 мА, тем самым определено положение рабочей точки А на линии нагрузки. Входное напряжение, амплитуда которого Евх тахравна 0,05 В, вызывает изменение тока базы /б (от 0,1—0,05 — 0,05 мА до 0,1 -ф 0,05 = 0,15 мА). Графики изменения тока базы, обусловленного входным напряжением, а также выходного напряжения, амплитуда которого /7ВЫХ тах равна 2,5 В, в то время как входное напряжение имеет амплитуду f/BX max равную 0,05 В, показаны на рис. 94, в. Таким образом, коэффициент усиления по напряжению
гг ^вых. max 2,5 --------------= У05‘=50-вх.тах--------и,UO
Разделительные конденсаторы Ср\ и ^р2 служат для выделения переменных составляющих напряжений. Если одного усилительного каскада недостаточно, то используют многокаскадные усилители (рис. 95).
ПАРАМЕТРЫ ТРИОДА— постоянные величины, устанавливающие связь между изменением анодного тока и напряжения на аноде и сетке. Основными параметрами являются: крутизна характеристики S, внутреннее сопротивление Ri и коэффициент усиления ц. Крутизной анодно-сеточной характеристики триода называется отношение приращения анодного тока А/а (в миллиамперах) к вызвавшему его приращению сеточного напряжения А//с (в вольтах) при неизменном анодном напряжении Ua = const (рис. 97, б). На различных участках анодносеточной характеристики она неодинакова: на восходящем участке больше, чем на начальном. Значение
Рис. 94. Усиление напряжения транзисторным усилителем:
ч
г
/ИЛ
3
1
О 2
1р'0,25мА 0,2 МА 0,15мА 0,1 мА 1^0,05МА
В Uh
8 10 12 в
J__О-
Ч \6
а — схема усилителя; б — входные характеристики; в — выходные характеристики
Рис. 95. Двухкаскадный транзисторный усилитель
крутизны для различных типов триодов колеблется от 1 до 40 мА/В. Таким образом, крутизна характеризует свойство сетки управлять анодным током.Внутренним сопротивлением триода (при переменном токе) или дифференциальным сопротивлением называется отношение приращения анодного напряжения А£/а (в вольтах) к вызванному им приращению анодного тока А/а (в миллиамперах) при неизменном сеточном напряжении, т. е.
А (Л
/?,= (при Uc = const). &
Дифференциальное сопротивление выражается в килоомах. Внутреннее сопротивление триода характеризует влияние изменения анодного напряжения на анодный ток (см. рис. 97, а). Величина его для отдельных участков характеристики различна: на восходящей ветви меньше, чем на начальной, и имеет постоянное значение. Для различных типов триодов она меняется от 1 до 100 КОм. Коэффициентом усиления триода называется отношение приращений анодного напряжения А//а к сеточному Л £7С. которое вызывает одинаковые изменения анодного тока:
А/Л
Н = -др~ (при /а = const).
Он показывает, во сколько раз изменение сеточного напряжения действует на величину анодного тока сильнее, чем анодное; является отвлеченным числом. Его значения для различных типов триодов — от единицы до сотен раз. Иногда вместо него применяется термин проницаемость D — величина, обратная коэффициенту усиления.
1 кис
D - — = t (при / = const). Н At/a
Она показывает, во сколько раз приращение анодного напряжения действует на ток слабее, чем сеточного; какую часть анодного напряжения надо прибавить к сеточному, чтобы триод можно было заменить эквивалентным диодом; характеризует экра-
Рис. 96. Определение параметров триода: а — по анодным характеристикам;
б — по анодно-сеточной характеристике
нирующее действие сетки (отмечает, какая часть электрического поля, созданного анодным напряжением, проникает сквозь сетку к катоду лампы). Чем гуще сетка, тем меньше проницаемость и больше коэффициент усиления. В триоде на поток электронов между сеткой и катодом действует суммарное поле, созданное анодным и сеточным напряжениями. В некоторых случаях для оценки режима работы триода удобней два электрода триода заменить одним, который будет создавать у катода поле, одинаковое с указанным суммарным. Таким образом, триод будет заменен диодом, анодный ток которого равен анодному току триода. Электрод, заменяющий анод и сетку, помещается на место сетки.
а — конструкция; б — обозначение
Такая схема называется схемой замещения. Напряжение, приложенное между электродами эквивалентного диода для получения того же анодного тока /_, что и в триоде, называется действующим напряжением Uд. Оно должно создавать в области катода электрическое поле такой же напряженности, как и напряженность поля, создаваемая в триоде напряжениями Ua и 67с. Умножив анодное напряжение на проницаемость, получим ту долю анодного напряжения триода, которая, действуя между электродами эквивалентного диода, создает в области катода такую же слагающую электрического поля, как и анодное напряжение в триоде. Действующее напряжение эквивалентного диода Ua = Uc + DUa. Внутреннее уравнение триода можно записать в другой форме, заменив D величиной 1/ц: SR.D = 1; ц = SRt. Добротность триода G характеризует лампу в отношении максимальной мощности, получаемой от нее на нагрузке при амплитуде колебаний напряжения на сетке в 1 В. Определяется как произведение коэффициента усиления и крутизны характеристики: G = pS. Главные параметры триода при заданном режиме можно определить графически, воспользовавшись семейством статических анодных или анодно-сеточных характеристик, взятых из справочника.
Для определения параметров по
анодным характеристикам, снятым при сеточных напряжениях U'c и 67'' строится характеристический треугольник АБВ: точка А (рис. 96, а) соответствует выбранному режиму, определенному значениями 67' и /'.
Проведя из точки А линию, параллельную оси абсцисс до пересечения со второй анодной характеристикой, получим вторую вершину треугольника В. Вычертив через точку В ординату до пересечения с первой анодной характеристикой, получим третью вершину треугольника Б. Катетами его являются приращения анодного тока А/а и напряжения А67а.
Приращение сеточного напряжения определяется как разность известных сеточных (А67с = U"—U'c), при которых снимались характеристики. Представляя полученные значения приращений А/а, А67а и А67с, определяем параметры S, /?( и ц. Аналогично строится характеристический треугольник АБВ для двух анодно-сеточных характеристик лампы (рис. 96, б). Катетами его являются приращения А67с и А/а. Приращение анодного напряжения в этом случае определяется как разность анодных напряжений (A Ua — U'a — — U"), при которых снимались характеристики.
ПЕНТОД — пятиэлектродная электронная радиолампа (рис. 97), имеющая катод, анод, управляющую С/, экранирующую С2 и защитную СЗ сетки. Защитная сетка, расположенная между экранирующей сеткой и анодом, соединяется внутри или снаружи лампы с катодом и имеет нулевой потенциал (фсз = 0)- Потенциалы точек поля вблизи защитной сетки ниже потенциала анода и поэтому вторичные электроны, покинувшие анод, попадают в тормозящее поле и возвращаются обратно на анод, устраняя динатронный эффект. В пентодах экранирующая сетка делается с меньшим шагом, а защитная — с большим, чем управляющая, что соответствует их назначениям: экранирующая предназначается для уменьшения проходной емкости, а защитная — для незначительного понижения потенциалов точек поля вблизи ее, обеспечивающего возврат вторичных электронов на эмит-
тирующую поверхность и в то же время не оказывающего значительного противодействия первичным электронам, излучаемым катодом. Анодная характеристика пентодов не имеет провалов, обусловленных динатронным эффектом, и сходна с характеристикой лучевого тетрода. Вначале анодный ток с увеличением анодного напряжения резко возрастает: происходит перераспределение токов между анодом и экранирующей сеткой (при более высоком анодном напряжении ток растет медленнее, так как в пентоде наличие третьей сетки приводит к еще большему ослаблению влияния анодного напряжения на поле лампы и на анодный ток). Коэффициент усиления и внутреннее сопротивление пентодов достигают больших значений (ц=1000 и более; /?(=1... 2 мОм). Крутизна характеристики доходит до 50...70 мА/B. Применение очень густой экранирующей сетки и использование дополнительного экранирования внутри лампы позволяет получить проходную емкость у высокочастотных пентодов менее 0,003 пФ — намного меньше, чем у тетродов. Это способствует использованию пентодов на высоких частотах.
ПЕРИОД КОММУТАЦИИ — вре мя, в течение которого совершается переключение и секция замыкается накоротко. Этот период очень мал и составляет тысячные доли секунды.
ПЕРМАЛЛОЙ [ англ, permalloy, от perm (eability) — проницаемость и alloy — сплав] — общее название группы сплавов никеля с железом, характеризующихся высокой магнитной проницаемостью, малой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис. Различают низконикелевые (40...50% никеля) и высоконикелевые (70... 83% никеля) пермаллои. Используются в радиотехнике, технике связи и других областях применения слабых токов.
ПЕРФОРАТОР (от лат. perforo — пробиваю, прокалываю) — устройство для записи информации пробиванием отверстий в каких-либо носителях информации (например, перфокарте, перфоленте). Перфорационная карта — носитель информации в виде карточки стандартной формы и размеров, на которую с помощью перфоратора информация наносится пробивкой отверстий
Рис. 98. Петли гистерезиса:
а— стали; б — пермаллоя; в — магнитотвердого материала
(перфораций), расположенных в опре деленном порядке.
ПЕТЛЯ ГИСТЕРЕЗИСА — зависимость магнитной индукции В от напряжения магнитного поля Н ферромагнетика при циклическом перемагничивании. Три петли гистерезиса, типичные для мягкой стали, пермаллоя и твердой стали, приведены на рис. 98. Прямо-угольность петли гистерезиса характеризуется отношением индукции ВГ к максимальной индукции Втах, которое может достигать значений 0,95...0,99.
ПЛОТНОСТЬ ТОКА — отношение силы тока / к площади поперечного сечения S провода, по которому он проходит: 6 = //S. Плотность тока в проводе определяется зарядом, проходящим через единицу поперечного сечения провода в секунду, который пропорционален скорости движения заряженных частиц вдоль провода. Скорость движения частиц в свою очередь пропорциональна силам поля, действующим на эти частицы. Таким образом, плотность тока в проводе пропорциональна напряженности электрического поля 6 = уЕ. В Международной системе единиц (СИ) выражается в А/м2 или А/мм2.
ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР — регулятор, работающий на сжатом воздухе. Снабжен самопишущим
прибором и потребляет сжатый воздух не ниже 20 Н/м2 (2 атм). Датчиками для пневматических регуляторов служат: для измерения температуры — манометрический газовый термометр (предельная настройка до 300 °C); для измерения уровня — поплавковый дифманометр (предельная настройка 1 м для открытых и 0,5 м для закрытых резервуаров); для измерения давления — поплавковый дифманометр, гармониковый и манометр с геликоидальной пружиной.
ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ РЕЛЕ ус стройство, позволяющее при помощи сжатого воздуха создать релейный эффект.
ПОВЕРКА (мер и измерительных приборов) — совокупность действий, выполняемых для оценки погрешности мер и показаний измерительных приборов. Если поверяемые меры или измерительные приборы предназначены для учета поправок их показаниям, то поверкой определяются их погрешности; если без введения поправок — выясняется, не превышают ли их погрешности допустимой величины. Обычно при поверке производят также внешний осмотр меры или измерительного прибора, чтобы убедиться в отсутствии неисправностей, препятствующих их применению. При сличении выполняется прямое сравнение двух мер или двух измерительных приборов. Калибровка мер — это поверка совокупности однозначных или одной многозначной меры на различных отметках шкалы, при которой погрешности отдельных мер или значений шкалы оценивают путем сравнения их между собой в различных сочетаниях. Градуировка мер или измерительных приборов заключается в нанесении отметок на шкалу меры или измерительного прибора или определении значения измеряемой величины, соответствующих уже нанесенным условным отметкам. При отсутствии шкалы под градуировкой понимают определение зависимости между измеряемой и другой, легко определяемой по показаниям средств измерений (величинами).
ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ алгебраическая разность между полученными при измерении и истинными значениями измеряемой величины, вы
званная несовершенством метода или средств измерения, непостоянством условий наблюдения, а также недостаточным опытом наблюдателя или особенностями его органов чувств. Она может быть выражена в единицах измеряемой величины (абсолютная) или в долях (процентах) от ее значения (относительная). Погрешности классифицируются на систематические и случайные, промахи и грубые ошибки. Систематическими называются погрешности, остающиеся постоянными или изменяющиеся по определенному закону. Они могут быть изучены и результат измерения уточнен путем внесения поправок ^если числовое значение этих погрешностей определено) или путем применения таких способов измерения, которые дают возможность исключить влияние систематических погрешностей. Результаты тем ближе к истинному значению, чем меньше оставшиеся не-исключенными систематические погрешности. Например, при измерении напряжения используем вольтметр, имеющий ту или иную погрешность. Последнюю определяем при проверке вольтметра, однако поправку на эту погрешность не вводим (допускается систематическая погрешность измерения). Благодаря проверке узнаем, что погрешность не превышает некоторого предела, возможного для контролируемого режима работы.
Случайными являются погрешности, принимающие при повторных измерениях различные взаимно независимые положительные и отрицательные значения. Произведя со всей тщательностью повторные измерения, обнаруживаем нерегулярные расхождения результатов (обычно в двух-трех последних значащих цифрах). Они не могут быть исключены из результатов измерений как систематические погрешности. Однако при проведении повторных измерений теория вероятности и математическая статистика позволяют уточнить результат (найти значение измеряемой величины, более близкое к истинному, чем результат одного измерения). Например, измерив несколько раз напряжения в цепи, получим различные значения, а их среднее арифметическое будет более объективно отражать измеряемую величину.
Рис. 99.
Графическое обозначение
полевых транзисторов:
а — с п — «-переходом и p-каналом; б —с р — «-переходом и /i-каналом; в — с изолированным затвором и встроенным p-каналом обедненного типа; г — с изолированным затвором и встроенным p-каналом обедненного типа; д — с изолированным затвором и индуцированным p-каналом обогащенного типа; е — с изолированным затвором и индуцированным n-каналом обогащенного типа; ж — с двумя изолированными затворами
Промахи и грубые ошибки — погрешности, существенно превышающие оправдываемые объективными условиями измерений систематические или случайные погрешности. Результаты измерений, содержащие промах, не принимаются во внимание. Причинами промахов обычно являются ошибки наблюдателя, неисправность измерительной аппаратуры или резкое изменение условий измерений. Обнаружить промах не всегда бывает легко, особенно при единичном измерении.
ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР — полупроводниковый прибор, который в отличие от обычных транзисторов управляется электрическим полем, т. е. практически без затраты энергии.
Различаются шесть типов полевых транзисторов (рис. 99). Управляющим электродом транзистора является затвор 3. Он позволяет управлять величиной сопротивления между стоком С и истоком И. Управляющим служит напряжение между затвором 3 и истоком И ((/зи). В транзисторах с управляющим переходом затвор отделен от канала СИ п—р- или р—«-переходом. При правильной полярности напряжения U3 и диод, образуемый переходом затвор — канал, запирается и изолирует затвор от канала; при неправильной — отпирается. У полевых транзисторов с изолированным затвором, или МОП-транзисторов, затвор
отделен от канала сток — исток тонким слоем окиси кремния и ток через затвор не протекает при любой полярности напряжения на нем. Аналогично биполярным полевые транзисторы делятся на р-канальные и «-канальные. У последних ток канала уменьшается с падением потенциала затвора; у р-ка-нальных — наоборот. Их замена возможна, если поменять знак напряжения питания, а также соответственно полярность включения используемых в схеме диодов и электролитических конденсаторов.
На затворы полевых транзисторов с р—«-переходом не рекомендуется подавать напряжение, смещающее переход в прямом направлении (отрицательное для транзисторов с р-каналом и положительное — с «-каналом). Полевые транзисторы с изолированным затвором следует хранить с закороченными выводами. При включении их в схему необходимо снять статические заряды (в противном случае возможен пробой). Целесообразно производить подсоединение полевого транзистора к схеме, предварительно закоротив его выводы.
ПОЛУПРОВОДНИКИ — вещества, обладающие промежуточной проводимостью между проводниками и диэлектриками. К ним относятся металлы: кремний, германий, селен, окислы металлов и др. Являются основой для по
строения широкого класса полупроводниковых приборов, составляющих основу современной радиоэлектроники. Удельное объемное электрическое сопротивление полупроводников — 10-5 ...107 Ом • м. Для них характерна большая зависимость проводимости от температуры, электрического поля, освещенности, механического давления и других внешних факторов. В отличие от проводников они имеют не только электронную, но и дырочную проводимость. При температуре, близкой к абсолютному нулю, и отсутствии примесей все валентные электроны атома в кристалле германия взаимно связаны, свободных электронов нет и кристалл не обладает проводимостью. При повышении температуры или при облучении энергия части электронов увеличивается, что приводит к частичному нарушению ковалентных связей и появлению свободных электронов. Германий уже при комнатной температуре становится полупроводником. Под действием внешнего электрического поля свободные электроны перемещаются, обусловливая электронную проводимость (п-проводимость). В момент образования свободного электрона в ковалентных связях возникает свободное (вакантное) место — электронная дырка. В это время какой-либо электрон соседней связи может занять место дырки; нормальная связь в этом месте восстановится, но нарушится там, откуда прибыл этот электрон. Эту новую дырку может занять следующий электрон и т. д. Под действием внешнего электрического поля происходит перемещение дырок в направлении поля (обратном перемещению электронов). Перемещение дырок эквивалентно перемещению положительных зарядов. Этот процесс называется дырочной проводимостью (р-проводимость). Если при электронной проводимости один свободный электрон проходит весь путь в кристалле, то при дырочной большое количество электронов поочередно замещают друг друга в связях (происходит как бы эстафета электронов, при которой каждый из них проходит свой отрезок пути). Таким образом, проводимость проводника складывается из электронной и дырочной. При нарушении парноэлектронных связей в кри
сталле одновременно возникает одинаковое число свободных электронов и дырок. Если с повышением температуры образуются пары электрон — дырка, то с понижением — происходит их рекомбинация. При заданной температуре число пар в единице объема полупроводника в среднем остается постоянным. Электропроводность полупроводника при отсутствии в нем примесей называется собственной электропроводностью. Полупроводники имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, который по абсолютной величине в 10...20 раз больше, чем у металлов. Это свойство используется для изготовления терморезисторов.
Свойства полупроводника можно изменить, внося в него незначительное количество примеси. Вводя в кристалл полупроводника атомы других элементов, можно получить в нем преобладание количества свободных электронов над дырками, или наоборот. Например, при внесении в основное вещество примесей путем замещения в кристаллической решетке атома германия атомом мышьяка, имеющим пять валентных электронов, четыре атома мышьяка образуют заполненные связи с соседними атомами германия, а пятый электрон, слабо связанный с атомом мышьяка, превратится в свободный. Таким образом, примесь мышьяка увеличивает электронную проводимость. При замещении атома германия атомом индия, имеющим три валентных электрона, они вступят в ковалентную связь с тремя атомами германия, а связь с четвертым — будет отсутствовать, так как у индия нет четвертого электрона. Восстановление всех связей возможно, если недостающий четвертый электрон будет получен от ближайшего атома германия. Но в этом случае образуется дырка и создается движение дырок в полупроводнике. Таким образом, примесь индия повышает дырочную проводимость полупроводника. Полупроводники с преобладанием электронной проводимости называются полупроводниками типа п (от лат. negative — отрицательный), а с преобладанием дырочной проводимости — типа р (от лат. positive— положительный). Носители заряда, определяющие собой вид проводимости в примесном полупровод-
Рис. 100. Полупроводниковый вентиль: а — включение вентиля в прямом направлении; б — в обратном
Рис. 101. Точечный германиевый диод:
а — устройство; б — конструкция; а — вольт-амперная характеристика
нике, являются основными (электроны в п-полупроводнике или дырки в р-полу-проводнике), а носители заряда противоположного знака — не основными. Примеси, вызывающие преобладание электронной проводимости (валентных электронов больше, чем у атома данного полупроводника), называются донорными, а дырочной проводимости (с меньшим числом валентных электронов в атоме по сравнению с атомом данного полупроводника) — акцепторными. В зависимости от процентного содержания примеси проводимость примесного полупроводника возрастает по сравнению с собственной примесью полупроводника в десятки и сотни тысяч раз.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД — двухэлектродный ПП (на основе
германия, кремния, селена и других полупроводников и ПП соединений) прибор, действие которого основано на использовании свойств р — п-перехода (рис. 100, а).
Наиболее распространены следующие типы полупроводниковых диодов и вентилей: германиевый и кремниевый (точечные, микроплоскостные и плоскостные), селеновые и меднозакисные вентили.
В точечном германиевом диоде (рис. 101) запирающий слой (р-переход) образуется в процессе формовки диода при пропускании импульсов тока, под действием которых атомы индия диффундируют в кристалл германия, образуя в нем полусферическую область с дырочной проводимостью. Он состоит из стеклянного (или металлостеклянного)
Рис. 102. Плоскостный германиевый диод:
а — устройство: б — конструкция; а — вольт-амперная характеристика
баллона диаметром около 3 и длиной 9 мм, в который впаяны два проводниковых вывода. На конце одного из них укреплен кристалл германия / с п-про-водимостью, на конце другого — тонкая заостренная проволочка — игла 2 из индия. Наибольший прямой ток этого вентиля 16 мА, максимальное допустимое обратное напряжение — 50 В.
Микроплоскостные диоды отличаются от точечных несколько большей поверхностью р—п-перехода.
Плоскостной германиевый диод (рис. 102) состоит из пластины германия 1 с примесью мышьяка или сурьмы, имеющей электронную проводимость, и индиевой таблетки 2а. При изготовлении диода они нагреваются до температуры около 500 °C, при которой таблетка индия плавится, а ее атомы диффундируют в германий, образуя область 2 с дырочной проводимостью. На границе двух областей и создается р—n-переход. На рис. 102 б показано устройство одного из плоскостных германиевых диодов типа Д7Ж. В металлическом корпусе 3 укреплен проводник 4, проходящий через изолятор 6 с расположенным на конце кристаллом германия 5. Электрод 6 из индия соединен с одним из выводов 7 проводником 1. Выпрямленный наибольший ток вентиля 300 мА, максимальное обратное напряжение — 50 В.
Германиевые диоды допускают плотность тока до 100 А/см2 при прямом напряжении до 0,8 В. Рабочая температура — 60...75 °C.
Кремниевые диоды изготовляются вплавлением алюминия в кремний п-ти-па. Плотность тока доходит до 200 А/см2 при прямом напряжении 1...1.2 В; рабочий ток — до 1000 А, допустимое обратное напряжение — 700...800, иногда более 1000 В. В кремниевых диодах обратный ток на несколько порядков меньше, чем у германиевых. Рабочая температура — 60... 150 °C.
Кроме германиевых и кремниевых (последние получили преимущественное распространение в установках преобразования больших токов), выпускаются вентили меднозакисные и селеновые. Они, обладая меньшими плотностями тока и обратными напряжениями, просты в изготовлении и дешевы. Применяются в селеновых зарядных, гальванических и электролитических установках относительно небольшой мощности.
Меднозакисный вентиль (рис. 103) состоит из медного диска 1, на который наносится слой закиси меди 2. К последнему прилегает (для получения хорошего контакта) свинцовый диск 3, а за ним расположен тонкий, большего диаметра, латунный диск 4 — радиаторный, предназначенный для отвода теп-
Рис. 103. Меднозакисный вентиль: а — устройство; б — вольт-амперная характеристика
Рис. 104. Селеновый вентиль:
а — устройство; б — конструкция; а — вольт-амперная характеристика
ла. Слой закиси меди (СиОг) получается при термической обработке меди и в атмосфере кислорода. Наружный слой ее, полученный при избытке кислорода, обладает р-проводимостью, а слой, прилегающий к медной шайбе, полученный при недостатке кислорода — «-проводимостью. Между ними возникает р—«-переход.
Допустимое напряжение на вентиле не более 10 В, так как при обратном напряжении в 20...30 В он пробивается. Для выпрямления при больших напряжениях несколько вентилей монтируют-' ся на болте, образуя столбик выпря
мителя. Температура вентиля не должна подниматься выше 60 °C, иначе прибор может потерять, вентильные свойства (для улучшения охлаждения устанавливаются радиаторные шайбы). Допускаемая плотность тока — 0,1 А/см2.
Селеновый вентиль (рис. 104) состоит из алюминиевого или стального диска /, покрытого с одной стороны полупроводящим слоем кристаллического селена 2, обладающего дырочной проводимостью (он служит одним электродом). Другим электродом 2' является нанесенный на селен слой сплава кадмия и олова, из которого при диф-
Рис. 105. Неполярная молекула:
а —в отсутствие внешнего поля; б — при наличии внешнего поля; в — эквивалентный диполь
0-
0-
Рис. 106. Потенциометр
фузии атомов кадмия в селен и образуется слой, обладающий электронной проводимостью. Таким образом, запирающий слой 3 образуется между кристаллическим селеном и селеном с примесью кадмия. К электроду 2" прилегает пружинящая шайба 4. Допустимое напряжение составляет 20...40 В, при обратном напряжении 60...80 В вентиль пробивается. Рабочая температура не должна превышать 75 °C, плотность тока — 0,1...0.2 А/см2.
ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ — смещение электронных орбит под действием внешнего электрического поля. При внесении диэлектрика в электрическое поле орбиты электронов под действием силы поля смещаются в направлении, противоположном ему, вследствие чего ядра атомов оказываются уже не в центрах электронных орбит, а на некотором расстоянии от них (рис. 105). Поляризованные молекулы создают свое электрическое поле, противоположно направленное основному, в результате происходит его
ослабление. Способность диэлектрика поляризоваться под действием поля оценивается диэлектрической проницаемостью, показывающей, во сколько раз ослабляется основное поле вследствие поляризации. У диэлектрика, расположенного в периодически изменяющемся электрическом поле, смещение также будет периодическим.
ПОСТОЯННАЯ ВРЕМЕНИ —про межуток времени т, в течение которого параметр, характеризующий переходный процесс, изменяется в е раз (е« «2,72). Например, при разряде конденсатора емкостью С через сопротивление R, постоянная времени т = RC.
ПОТЕНЦИАЛ ИОНИЗАЦИИ — разность потенциалов между двумя точками на пути движения электрона в электрическом поле. Энергия электрона при этом увеличивается до значения работы ионизации (Ап = фле).
ПОТЕНЦИОМЕТР 1. Регулируемый резисторе подвижным контактом (движком). Применяется для регулирования электрического напряжения, а также в качестве датчиков перемещений (рис. 106). 2.
Электро- или электронномеханическое устройство для автоматического измерения и записи измеряемых электрических или других величин, представленных в виде напряжений.
ПОТЕРИ НАПРЯЖЕНИЯ В ПРОВОДАХ — разность напряжений в начале и конце линии — U2, равная падению напряжения в проводах: U х — U2 = = 1г.
При неизменном напряжении в начале линйи напряжение в конце ее (на приемнике) изменяется от U? ~ при / = 0 до U$=UX—&U при нагрузке.
Колебания напряжения для осветительной нагрузки не должны превышать 5, а для силовой — 10% номинального. Эти значения относятся и к допустимым потерям напряжения в линии. При заданной допустимой потере напряжения можно определить необходимое сечение проводов линии е 211
где S — сечение проводов, м2; / — длина линии, м.
Найденное сечение должно быть проверено на допустимое нагревание. Мощность потерь в линии Р определяется произведением потери напряжения и тока
bP^IMJ = Рг.
Коэффициент полезного действия линии
Р2 Р'—ЬР \и
11 _ № р, 1 ~ W
с увеличением нагрузки уменьшается.
ПРАВИЛО БУРАВЧИКА — правило, позволяющее определить направление магнитного поля, зависящее от направления электрического тока. При совпадении поступательного движения буравчика с протекающим током направление вращения его рукоятки указывает направление магнитных линий. Или при совпадении направления вращения рукоятки буравчика с направлением тока (рис. 107) в контуре поступательное движение буравчика указывает направление магнитных линий, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром.
ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ — правило, позволяющее определить направление электромагнитной силы. Если ладонь левой руки (рис. 108) расположена так, что вектор магнитной индукции входит в нее (вытянутые четыре пальца совпадают с направлением тока), то отогнутый под прямым углом большой палец левой руки показывает направление электромагнитной силы.
ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ — пра вило, позволяющее определить направление наведенной эдс электромагнитной индукции. Ладонь правой руки (рис. 109) располагают так, чтобы магнитные линии входили в нее. Отогнутый под прямым углом большой палец совмещают с направлением движения проводника. Вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированной эдс.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДА — микросхема для перевода одной формы числа в другую.
ПРИБОР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ — устройство, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непо-
Рис. 107. Правило буравчика
Рис. 109. Правило правой руки
средственного восприятия наблюдателем.
ПРИНЦИП РАБОТЫ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА. Пусть якорь, соединенный с электрической нагрузкой г (рис. НО), приводится во вращение первичным двигателем (например, тепловым). Тогда в обмотке якоря, которая вращается в магнитном поле, созданном током возбуждения /в, наводится эдс £ и в сопротивлении г проходит ток. Электромагнитные силы Fr, действующие на провода с током, создают на валу машины тормозной момент, а первичный двигатель — вращающий момент Мв, встречный тормозному. Таким образом, машина работает в режиме генератора, превращая механическую энергию в электрическую. Электродвижущая сила генератора Е больше напряжения U на величину падения напряжения в якоре /гя.
Если вал машины отсоединить от первичного двигателя, а переключатель (рис. 110) перенести в верхнее положение, то в обмотке якоря установится ток / =/я, направление которого противоположно рассмотренному ранее. Электромагнитные силы, созданные взаимодействием тока и магнитного поля, имеют также обратное направление и создают вращающий момент М,,.
Электрическая энергия, поступающая из сети, превращается в механическую.
Коллектор и щетки переключают секции обмоток вращающегося якоря так, чтобы при переходе активных проводников из зоны северной полярности в зону южной в них изменялось направление тока. Это необходимо для сохранения постоянного направления вращения. В обмотке якоря электродвигателя, так же как и в обмотке якоря генератора, наводится эдс Е (встречная или противоэдс). Только теперь она будет направлена встречно току /я, в чем легко убедиться, применяя правило правой руки. При работе электродвигателя Е меньше напряжения на зажимах якоря U на величину падения напряжения в обмотке якоря /гя. Направление вращения электродвигателя производится изменением направления тока в цепи якоря или в обмотке возбуждения. При этом направ-
Рис. 110. Принцип действия машины постоянного тока
ление вращения в обеих обмотках не изменяется.
ПРОБОЙ ДИЭЛЕКТРИКА — разрушение диэлектрика под действием электрического поля. Напряженность поля, при которой происходит пробой, называется пробивной напряженностью ил и электрической прочностью диэлектрика, а напряжение при пробое — пробивным напряжением.
ПРОБНИК — устройство для определения целостности проводов, электрических цепей, основанное на прохождении по ним электрического тока. В случае нарушения контакта или обрыва цепи ток в цепи пробника протекать не будет. Пробник может состоять из источника питания (батарейка, аккумулятор и др.) и любого электроизмерительного прибора или лампочки накаливания, по которым судят об обрыве цепи.
ПРОГРАММА — задание, основанное на математических операциях (определенная последовательность протекания технологического процесса), которое может быть выражено в форме, удобной для восприятия и преобразования информации в сигнал управления.
ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕ-ЛЕНИЕ—управление режимом рабо
ты (состоянием) объекта по заранее заданной программе.
ПРОНИЦАЕМОСТЬ ТРИОДА —
см. Параметры триода.
ПРЯМОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ —
регулирование, при котором регулятор и регулирующий орган приводятся в действие за счет энергии, поступающей непосредственно от чувствительного элемента (датчика).
р
РАБОЧАЯ ТОЧКА ПОКОЯ — точка на анодно-сеточной характеристике электронной лампы, соответствующая анодному току при отсутствии входного напряжения.
РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ — зависимость скорости, вращающего момента, тока и кпд электродвигателя от полезной мощности на валу.
РАДИОЛАМПА — электровакуумный прибор, предназначенный для усиления и преобразования электрических и электромагнитных сигналов. См. Диод, Триод, Пентод.
РАЗРЯД КОНДЕНСАТОРА — про цесс, происходящий при замыкании заряженного конденсатора на сопротивление. При переводе ключа из положения / в положение 2 (рис. 111) в начальный момент в цепи возникает ток
и конденсатор начнет разряжаться, а напряжение на нем уменьшаться. По мере уменьшения напряжения (7С уменьшается и ток в цепи
R ’
Через интервал времени 5т = 5/?С напряжение на конденсаторе и ток в цепи уменьшаются примерно до 1% первоначальной величины и процесс разряда конденсатора можно считать завершенным. Напряжение на конденсаторе при разряде
t
Uc = Ue~ ~ уменьшается по закону показательной функции. Аналогично уменьшается и
разрядный ток
Вся энергия, запасенная при разрядке конденсатора в электрическом поле, выделяется при разряде в виде тепла в сопротивлении R. Электрическое поле заряженного конденсатора, отсоединенного от источника питания и нагрузки, не может долго сохраняться неизменным, так как диэлектрик конденсатора и изоляция между его выводами обладают некоторой проводимостью. Разряд конденсатора, обусловленный несовершенством диэлектрика и изоляции, называется саморазрядом. Постоянная времени при этом не зависит от формы обкладок и расстояния между ними.
РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА характеризует скорость накопления энергии в конденсаторах и катушках индуктивности, а также обмен энергией между отдельными участками цепи и, в частности, генератором и приемником:
Q = UI si Пф.
Обозначение реактивной мощности — вольт-ампер реактивный (вар).
РЕВЕРСИВНЫЙ СЧЕТЧИК—микросхема, реализующая счетчик с изменяемым направлением счета.
РЕГИСТР СДВИГА — устройство (микросхема) из последовательно соединенных триггеров, хранящее двоичную информацию. В триггерах с внутренней задержкой входная информация вводится по фронту тактового импульса в буферную запоминающую ячейку, а затем передается на выход. Каждый триггер может хранить один бит информации.
Рис. Ш. Разряд конденсатора: а — схема; б — временная диаграмма
РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ —
1. Электродвигатель постоянного тока. Регулирование скорости двигателя с параллельным возбуждением обычно производится изменением тока возбуждения. Это дает экономичное плавное регулирование в пределах 1:1,5; при специальном исполнении— 1:8. Процесс регулирования: вращающий момент двигателя М = = См/Ф при Ф = const пропорционален току /, а ток
Вследствие малой величины гя падение напряжения в цепи якоря /ягя невелико. Поэтому при постоянных значениях U и гя ток якоря может значительно возрасти при небольшом уменьшении противоэдс. Таким образом, если при некоторой постоянной нагрузке и частоте вращения уменьшить ток возбуждения, например на 5%, то на столько же уменьшается магнитный поток Ф и противоэдс Е. Это вызовет рез
кое увеличение тока якоря и вращающего момента, причем избыточный момент пойдет на ускорение вращения якоря. Однако по мере нарастания скорости якоря противоэдс снова увеличивается, а ток якоря уменьшится до величины, при которой вращающий момент М = СМФ/Я примет прежнее значение. При равенстве Мвр = М,. установится новая постоянная частота вращения, большая прежней.
При, таком способе регулирования потери энергии в регулировочном реостате (мощность потерь Р = 1~гв) очень малы, так как /в составляет всего 2...5% /н (способ позволяет изменять частоту вращения двигателя в сторону ее увеличения выше номинальной).
Если при неизменной нагрузке на валу двигателя включить последовательно с обмоткой якоря добавочное сопротивление гд, то в первый момент ток якоря и вращающий момент уменьшатся. А так как момент сопротивления окажется больше, уменьшится и скорость. Однако вследствие снижения скорости и противоэдс ток якоря и вращающий момент станут возрастать и при равенстве моментов дальнейшее снижение скорости прекратится. Двигатель будет продолжать работать с постоянной, но пониженной частотой вращения. Этот способ регулирования неэкономичен вследствие значительных потерь энергии в сопротивлении реостата. 2. Асинхронный двигатель. Регулирование частоты вращения с помощью реостата в цепи ротора сопряжено с большими потерями энергии в реостате. Оно может осуществляться только в двигателе с кольцами.
На рис. 112 изображены двигатель и его энергетическая диаграмма, на которой в виде потока показана поступающая из сети мощность Р\. Вращающееся магнитное поле передает на ротор электромагнитную мощность Рэм = = Р\ — Рст = Мо>|, где Рст — потери в статоре, а а, — синхронная угловая СКОРОСТЬ (о>| =ЛП[/30).
Мощность на валу Р2 = Рэм — — Ррот = Мю2, где Ррот— потери в обмотке ротора. Если в цепи ротора двигателя, работающего при М = const, включить реостат, то мощность на валу
Р2 = Р*м - (Ррот + Р) = Мс4 гДе Р~~ мощность потерь в реостате. Теперь очевидно, что о>2 < W] и процент снижения скорости равен проценту потерь в реостате, что очень неэкономично.
Частота вращения короткозамкнутых двигателей может регулироваться при изменении частоты f{ или числа пар полюсов р, так как
Изменение частоты возможно только в специальных установках и применяется редко. Для регулирования скорости изменением числа полюсов выпускаются многоскоростные двигатели (двух-, трех- и четырехскоростные). Обмотки статора у них состоят из двух равных в каждой фазе частей, которые могут переключаться последовательно или параллельно. При этом вследствие перераспределения токов изменяется число полюсов магнитного поля, а следовательно, и частота его вращения (3000... 15000 и 1000...500 об/мин.) Регулирование — ступенчатое. Двигатели применяются для привода некоторых станков, что позволяет упростить коробку скоростей.
РЕЖИМЫ РАБОТЫ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ. Источник питания может работать как в режимах генератора (напряжение меньше эдс, а направление тока и эдс совпадают), так и потребителя электрической энергии (напряжение больше эдс, а ток и эдс имеют противоположные направления). Рассмотрим цепь с двумя источниками (рис. 113). Допустим, что эдс Е\=/^0, а Ег = 0 и затем наоборот (эдс Е । = 0, а Дгэ^О). В первом случае ток в цепи, совпадающей по направлению с эдс Е\, может быть выражен через
Л01 + Л02 + г
Во втором случае ток, совпадающий по направлению с эдс Ег,
/ - £2
2 r01 + r02 + г
При одновременном действии эдс, т. е. при Е|У=0 и Е2 0, ток в цепи на-
Рис. 112. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
Рис. 113. Цепь с двумя источниками питания
ходится сложением токов it и /2 (метод наложения):
Е< +Е2 / = /, + /2 =--------.
r01 + г02 + г
При одинаковом внутри контура направлении эдс Ер и Е2 токи /| и /2 также направлены одинаково. При встречном направлении эдс Et и Е2 ток в цепи равен разности токов:
I — р2
1 = 1{Л12 =----------~г~ ’
r01 + r02 + г
т. е. он возникает только при Е, Е2, а направление тока совпадает с направлением большей эдс. Допустим, что Е, > Е2, тогда направление тока /
совпадет с направлением Е\ и будет противоположно направлению Е2. Электродвижущая сила Е2, направленная встречно току, называется встречной или противоэдс. В сопротивлении г электрическая энергия преобразуется в тепловую.
Мощность на участке БВ (РБВ — = /2г), а падение напряжения U БВ = РБВ
= —-— = 1г. На участке ВГ, кроме тепловой мощности l2rQ2, развивается мощность Е21, которая преобразуется в химическую или механическую в зависимости от устройства источника (аккумулятор или электрическая машина), так как электрические силы совершают работу по преодолению действия встречной эдс. Таким образом, источник с противоэдс Е2 работает в режиме потребителя. Развиваемая на участке ВГ мощность Рвг = Е21 + PrQ2, а напря-р
жение UBr— —у— = Е2 + /г02.
Напряжение на зажимах источника, работающего в режиме потребителя, равно сумме эдс и внутреннего падения напряжения. На участке БА эдс Е2 совпадает по направлению с током /, так что источник эдс работает в режиме генератора. Его эдс равна сумме напряжения на зажимах источников тока и внутреннего падения напряжения:
= БА + Ц) = U БА + /л01 •
Напряжение на зажимах генератора
^ба — /roi-
Поэтому напряжение на зажимах источника, работающего в режиме генератора (отдающего электроэнергию), равно разности эдс и внутреннего падения напряжения. Развиваемая источником мощность
Е\1 — Uba! + Ц/ = ^БА^ +
РЕЖИМЫ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ. В зависимости от положения
рабочей точки на анодно-сеточной характеристике, а также от величины амплитуды переменного входного напряжения (сигнала) относительно напряжения сеточного смещения Uc 0 различают три основных режима работы усилителя: А, В и С.
Усилитель в режиме класса А (рис. 114, а) имеет рабочую точку на середине прямолинейной части анодно-сеточной характеристики. Амплитуда входного сигнала не выходит за пределы линейной части характеристики и не заходит в область положительного сеточного напряжения. При работе усилителя постоянная составляющая анодного тока /а о достигает значительной величины. Кпд усилителя низкий (не более 30%), нелинейные искажения малы. Рабочая точка усилителя в режиме класса В (рис. 114, б) находится в начале анодно-сеточной характеристики, анодный ток проходит только в течение одного полупериода (во втором полупериоде лампа заперта). Произведение угловой частоты ш и времени Г, в течение которого анодный ток изменяется от амплитудного значения до нуля, называется углом отсечки 0. В этом режиме 0 — 90°. При работе усилителя анодный ток /а о при отсутствии внешнего сигнала равен нулю и достигает очень малой величины, кпд — до 70%, однако искажения получаются очень большими. Если усилитель (лампа) работает в режиме В без сеточных токов, он обозначается Z?i, с сеточными — В2.
Усилитель в режиме С (рис. 114, в) имеет рабочую точку за пределами анодно-сеточной характеристики (левее ее). Следовательно, напряжение смещения превышает напряжение запирания. Поэтому анодный ток проходит в течение меньшей части периода (угол отсечки ОС 90°). Режим С вносит большие искажения, однако кпд достигает 80% и выше.
Кроме рассмотренных режимов, применяются промежуточные режимы работы. В режиме АВ рабочая точка расположена правее начала анодно-сеточной характеристики. Если усилитель работает без сеточных токов, -Го он имеет режим ABit при наличии их — АВ2. Коэффициент
полезного действия режимов составляет 50. ..60%.
РЕЗИСТОР, сопротивление — устройство, предназначенное для ограничения или регулирования тока в электрической цепи. Бывает непроволочным и проволочным, с постоянным значением сопротивления и переменным (регулируемым).
В непроволочных резисторах проводящим слоем служат пленки неорганических материалов, нанесенные на керамическое основание, концы которого являются выводами резистора. В углеродистых — проводящим слоем является пленка пиролитического углерода. Они имеют высокую стабильность параметров. В бороуглеродистых — проводящий слой содержит небольшую прибавку бора. Типы резисторов: ВС — высокой стабильности; ОВС — повышенной надежности; ВСЕ — с осевыми выводами; УЛМ — углеродистые лакированные малогабаритные; УЛС — углеродистые лакированные специальные; УЛИ — углеродистые лакированные измерительные; УНУ — углеродистые незащищенные, ультравысокочастотные незащищенные; БЛП — бороуглеродистые лакированные прецезионные.
Проводящим элементом у металлопленочных и металлоокисных резисторов является пленка сплавов или окиси металла. Они бывают следующих типов: МЛТ — металлопленочные лакированные теплостойкие; ОМЛТ — повышенной надежности; МТ — металлопленочные теплостойкие; МУН — металлопленочные незащищенные ультравысокочастотные.
В резисторах композиционных токопроводящим элементом служит соединение графита или сажи с органической или неорганической связкой. К ним относятся: С4-1 — повышенной теплостойкости на неорганической связке; ТВО — теплостойкие, влагостойкие, объемные с неорганической связкой; КОП — с органической связкой; КИМ — композиционные изолированные для малогабаритной аппаратуры; КЛМ— композиционные лакированные малогабаритные; КВМ — композиционные вакуумные (в стеклянном баллоне); КЭВ — композиционные экранированные высоковольтные.
Рис. 114. Режим работы ламповых усилителей:
а — класс А; б — класс S; в — класс С
В постоянных проволочных резисторах проводящим элементом является проволока или микропроволока, намотанная на керамическое основание. Они подразделяются на следующие типы: ПКВ — на керамическом основании; ПТМН — многослойные нихромо-
а
Рис. 115. Цепь с г, L, С: а — схема; б — векторная диаграмма; в — треугольник сопротивлений
вые малогабаритные; ПТМ.К—многослойные константовые малогабаритные; ПТ — проволочные точные; ПЭ — эмалированные трубчатые невлагостойкие; ПЭВ — эмалированные трубчатые влагостойкие; ПЭВР — эмалированные трубчатые регулируемые.
Резисторы переменные непроволочные конструктивно выполнены в виде основания с токопроводящим слоем, по которому перемещается токосъемник (по окружности или линейно). Они подразделяются на: СПО — переменные объемные; СП — переменные лакопленочные; ПС-3 — переменные для печатного и объемного монтажа. Функциональные характеристики изменения величины сопротивления от угла поворота оси: А — линейная, Б — логарифмическая, В — обратная логарифмическая.
К резисторам переменным проволочным относятся следующие: СП-Б — низкочастотные (до 1000 Гц) для печатного или навесного монтажа; ЮС — постпроволочные для низкочастотных
цепей; ППЗ — одинарные и сдвоенные потенциометры; РП-25, РП-80 — мощные потенциометры с керамическим основанием.
РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ — более или менее резкое возрастание амплитуды напряжения при равенстве частоты источника переменного напряжения и резонансной частоты цепи.
При синусоидальном токе I — = /м sin tat в цепи с сопротивлением г, индуктивностью L и емкостью С (рис. 115, а) напряжение состоит из трех слагающих: активного Ua = 1г, совпадающего по фазе с током; индуктивного Uc= lxL, опережающего ток на 90°, и емкостного (7Г = 1хс, отстоящего по фазе от тока на 90°. Напряжение на зажимах цепи находится из прямоугольного треугольника (рис. 115,6), катетами которого являются вектор активного напряжения и разность векторов напряжения на индуктивности и емкости. Следовательно, напряжение
^=V^a+(<-^G)2.
Заменив напряжения их выражениями через токи и сопротивления, получим
U = 4- (lxL - Ixc? =
= hjr2 + [xL-xc? = /г.
Полное сопротивление цепи
г = xjr2 + (xL -хс)2 = л/г2 + х2
можно представить гипотенузой прямоугольного треугольника сопротивлений (рис. 115, в), который можно получить, разделив стороны треугольника напряжений на ток /. При этом величина X = xL — хс, представляющая собой разность между индуктивным и емкостным сопротивлениями, называется реактивным сопротивлением цепи. Ток сдвинут по фазе от напряжения на зажимах цепи на угол <р, тангенс которого
UI — U г Xt — хр
tg ф = _t= _±---------с_
U, г
При xL > хс, а следовательно, и при UL > Uc ток отстает по фазе от напряжения на угол <р, при xL <хс и 1/д < Uc он опережает напряжение U. При xL = хс и UL — Uc (рис. 116) имеет место резонанс напряжений, при котором полное сопротивление цепи равно активному
При наименьшем полном сопротивлении цепи (z — r) и неизменном напряжении U ток цепи /р на зажимах будет наибольшим:
При резонансе реактивное сопротивление цепи равно нулю и ток совпадает по фазе с напряжением:
х
tg ф — — = 0; ф = 0.
Напряжения на индуктивности UL и емкости Uc, разные по величине, изменяясь й противофазе (рис. 117), компенсируют друг друга, а напряжение цепи равно активному. Равенство напряжений UL и Uc при сдвиге их по фазе иа полпериода указывает на то, что в любой момент времени напряжения иа емкости и индуктивности равны по величине и противоположны по знаку (UL = — Uc). Следовательно, в любой момент времени равны по величине и противоположны по знаку мгновенные мощности в реактивных участках PL=—PC (рис. 117,6), так как PL = iUL, a Рс = iUc. Из этого следует, что увеличение энергии магнитного поля происходит только за счет уменьшения энергии электрического поля, и наоборот, а на долю генератора остается лишь покрытие расхода энергии в активном сопротивлении.
Таким образом, резонанс напряжений характерен тем, что в цепи происходит периодический обмен энергией между магнитным и электрическим полем. Пр.и резонансе напряжений
<й£ = —или ш2LC =1.
(ОС
Рис. 116. Векторная диаграмма и треугольник сопротивлений при xL = хс и t/, = Uc
Рис. 117. График изменения при резонансе напряжений:
а — /, U; б — Р
Резонанс имеет место при частоте генерации, равной собственной частоте колебательного контура (цепи). Подбор параметров цепи для получения резонанса называется настройкой цепи в резонансе. При резонансе величины ей, L и С связаны между собой и поэтому настройку можно выполнить: при неизменном ш и L — регулировкой С, при неизменных L и С изменением частоты генератора, при неизменной <й — изменением L и С и т. д.
На рис. 118 приведены кривые зависимости сопротивления = <dL,
Рис. 118. Частотные характеристики неразветвленной цепи
Рис. 119. Резонансные кривые токов:
а — общий вид; б — при различной добротности контура
1
хг = —— и х — X/ — хг от частоты мС с
(о = 2л/, называемые частотными характеристиками неразветвленной цепи. Индуктивное сопротивление xL — увеличивается пропорционально ш от О при в = 0до оо при (1) = ОО .
Г' 1
Емкостное сопротивление хс = — изменяется обратно пропорционально частоте от — оо до 0. Реактивное сопротивление х = xL— хс при изменении частоты от (и = 0 до резонансной частоты со = ю0 и далее до ш = оо изменяется от х = — оо дох — Он далее до х = оо. Если цепь с г, L и С находится под неизменным напряжением U, а частота <о изменяется, то изменяются все величины, определяющие режим
л -г , и
ее работы. Так, ток цепи /— — =
г
— —--------- при (о = 0 и со = оо име-
-\/г2+х2
ет нулевре значение, а при резонансной частоте <о = <о0— наибольшее значение
I ~ (рис. 119, а).
Кривые тока I = f(w), называемые резонансными, для последовательного контура при одинаковых U, L и С и двух значениях добротности Q2 > а также зависимости относительно значения при резонансе приведены на рис. 119, б. Интенсивные колебания тока в контуре возникают только при частотах, близких к частоте собственных колебаний контура (контур пропускает колебания определенного диапазона частот). Это свойство характеризуют полосой пропускания, в пределах которой ток в контуре имеет значение не меньше
L
—L = 0,707 L. у/2 р
Проведя прямую, параллельную оси абсцисс (рис. 119, б), с ординатой 0,707 и опустив перпендикуляры из точек а, б до пересечения этой прямой с резонансной кривой, получим на оси абсцисс граничные частоты ы, и со2 и ширину полосы пропускания контура 2А(о = ш2 — <О|. Явление резонанса в электрических цепях широко использу-
ется в радиотехнике, электронике, автоматике и др. Возникновение резонанса в цепях сильного тока, не соответствующего нормальному режиму работы устройства, может привести к аварии.
РЕЗОНАНС ТОКОВ, параллельный резонанс. В разветвленной цепи (рис. 120) с двумя ветвями, одна из которых .обладает индуктивностью L, а другая емкостью С при равенстве сопротивлений ветвей
Рис. 120. Разветвленная цепь с L и С.
наступает резонанс токов. Рассмотрим случай, когда колебательный контур не имеет активных потерь (г = 0). Резонанс цепи можно получить подбором о), L или С. При резонансе токи в ветвях
/.=/,= = L = 1C = UtoC
равны по абсолютной величине и изменяются, находясь в противофазе (рис. 121, а), так как ток IL отстает по фазе от напряжения на 90°, а 1С — опережает на 90°. Общий ток неразветвленной части цепи равен нулю:
< = iL + ic = iL — iL — 0.
Отсутствие в цепи активного сопротивления^ указывает на то, что энергия, запасенная в контуре, не рассеивается. В течение первой части периода (рис. 121, б) напряжение на конденсаторе увеличивается от нуля до максимума Uc тах, а в его электрическом поле создается энергия Wr =
Cl/2
_-----с max в течение следующей
четверти периода напряжение на конденсаторе уменьшается до нуля: происходит распад электрического поля и освобождение его энергии; ток в катушке в течение первой четверти периода от IL max тоже уменьшается до нуля: возникает распад магнитного поля и освобождение его энергии. В течение следующей четверти периода ток в катушке увеличивается до 1L max и энергия магнитного поля катушки
5 В. К. Беизарь
Рис. 121. Векторная диаграмма разветвленной цепи:
а — при г = 0; б — изменение U, /, Р
увеличивается от нуля до максимума I fi пу __ max
W L max 2
Таким образом, в течение первой четверти периода кинетическая энергия магнитного поля преобразуется в потенциальную энергию электрического, а во вторую четверть периода — наоборот (энергия электрического поля преобразуется в энергию магнитного). Затем процесс периодического обмена энергии повторяется. Обмена энергии между цепью и источником питания нет, так как ток в неразветвленной части цепи равен нулю.
В колебательном контуре с потерями (рис. 122, а) ток в катушке равен / - U - U 1 г1 ^ + 41
и отстает по фазе от напряжения на х,, угол фр тангенс которого tg ф! =----.
Г1
Ток катушки можно разложить на две слагающие: активную I = Ixc.osy, сов-
Рис. 122. Разветвленная цепь с активным сопротивлением: а — схема, б — векторная диаграмма; в — треугольник токов
падающую по фазе с напряжением, и реактивную /р1 — lL = /(sin <р, отстающую по фазе от напряжения на угол л/2. Ток конденсатора
U х2
U 1/ыС
= UoiC
h ~ ~
опережает по фазе напряжение на угол л/2.
Общий ток можно найти из прямоугольного треугольника токов (рис. 122, б), одним катетом которого является активная слагающая тока /а + + /а1, а другим — реактивная слагающая общего тока, равная разности реактивной слагающей токов катушки и конденсатора /р — /р1 — /2 = Л. — /с. Таким образом, общий ток
+ 7р •
Угол сдвига общего тока от напряжения
tg<p =
II — I с 'а.
Ток в неразветвленной части цепи может отставать от напряжения на угол ф при IL > 1С, или опережать его при lL < /с, или, наконец, совпадать по фазе с напряжением (рис. 122, б) при Ic = IL. В последнем случае в цепи наступает резонанс токов, при котором / = д/7а + 1р а мощность Р = — Ucos <р/ = U1, так как ф = 0, а COS ф = 1.
Таким образом, общий ток равен активной составляющей тока катушки, так как она всегда меньше тока катушки (/ai </)). Отношение тока в контуре или в катушке (/1( /2) к общему току при резонансе /рез представляет собой добротность контура рез
Максимальная мощность, затрачиваемая на получение магнитного поля (UIL), равна затрачиваемой на получение электрического (UIC). Следовательно, равны и максимальные значения энергии в магнитном и электрическом полях цепи: W, = Wr max.
В течение одной четверти периода энергия, запасаемая в электрическом поле, целиком передается от магнитного, а во второй четверти периода энергия, запасаемая магнитным полем, целиком получается от электрического. От генератора в цепь поступает только энергия, расходуемая в активном сопротивлении. Так как реактивные слагающие тока компенсируют друг друга, то в цепи генератора проходит только активный ток, обусловленный потерями энергии в активном сопротивлении контура. На рис. 123 приведены кривые токов, напряжений и мощности для рассмотренного случая.
РЕЛЕ (франц. relais, от relayer — сменить, заменить) — элемент автоматического устройства, который при
Рис. 123. График /, U, Р при lc = IL
Рис. 124. Устройство электромагнитного токового реле
воздействии на него внешних физических факторов скачкообразно изменяет свое состояние и принимает конечное число значений выходной величины. В автоматике применяются разнообразные типы реле. Наиболее распространены электромагнитные. Реле (рис. 124) состоит из катушки /, полюсного наконечника 2, якоря 3 и контактной системы, управляющей внешней цепью. При прохождении тока по катушке якорь электромагнита притягивается к
полюсному наконечнику, контакты 6 и 7 замыкаются, а 10 к 11 размыкаются. Подвижные контакты 7 и 10 установлены на рычаге 3 при помощи пластмассовых колодок 9 и пружин 8. Ток срабатывания регулируется натяжением возвратной пружины 12 (гайкой 5) и изменением воздушного зазора электромагнита (гайкой 4). Существуют три разновидности электромагнитных реле: нейтральные постоянного тока, нейтральные переменного тока и поляризованные.
У нейтральных реле постоянного и переменного тока тяговое усилие на якоре, развиваемое магнитным потоком катушки, не зависит от направления тока. В нейтральных реле переменного тока имеет место пульсирующий магнитный поток, и, следовательно, возникают потери на гистерезис и вихревые токи, что уменьшает тяговое усилие якоря. Кроме того, за один период изменения тока тяговое усилие дважды становится равным нулю, что вызывает вибрацию якоря. Для ее уменьшения применяются реле специального типа (со сдвигом по фазе магнитных потоков), например реле с короткозамкнутым витком, либо параллельно катушке реле подключается конденсатор большой емкости — 6... 10 мкФ.
В поляризованных реле действуют два независимых друг от друга магнитных потока: поляризующий Фп — создается постоянным магнитом или катушкой подмагничивания и питается от независимого источника и рабочий Фр — рабочими катушками. По сравнению с нейтральными они обладают большей чувствительностью и перегрузочной способностью и меньшим временем срабатывания. Главный недостаток — малое число выходных цепей (контактов). Применяются главным образом в системах автоматики.
Основные параметры: 1. Ток срабатывания /ср — минимальный ток в катушке, при котором контакты реле из исходного состояния переходят в рабочее. 2. Рабочий ток /р — ток, обеспечивающий надежную работу контактов реле. 3. Ток отпускания /отп — ток, при котором контакты реле возвращаются из рабочего положения в исходное. 4. Коэффициент запаса по срабатыванию Кер ~‘р/^ср’' коэффи
циент запаса по отпусканию \,тп = = /р//0Тп- 5. Коэффициент усиления Кр= Рконт/Рк, показывающий, во сколько раз управляемая мощность (на контактах) Ркоит больше управляющей Рк, потребляемой катушкой. 6. Время срабатывания /ср — время, необходимое для замыкания контактов после подачи питания на катушку. 7. Время отпускания /отп — время, необходимое для полного размыкания контактов после снятия питания с катушки.
Основные характеристики: 1. Тяговая (электромеханическая) Рэ = f(6) — зависимость тяговых усилий Рэ, создаваемых на якоре электромагнита магнитным полем катушки, от величины хода якоря 6 (воздушного зазора). 2. Нагрузочная (механическая) Рм = = f(6)— зависимость сил реакции исполнительных и промежуточных органов реле от величины хода якоря. 3. Статическая UBblx—f(UBX) — зависимость напряжения [?ВЬ|Хв цепи управления от величины напряжения t/BX, приложенного к катушке. 4. Временная (характеристика переходного процесса) /к=/(/) —зависимость тока в катушке от времени при включении, работе и отключении реле.
Первые три характеристики зависят от конструкции реле и в процессе настройки и эксплуатации могут быть изменены лишь в малых пределах. Временные характеристики наиболее важные с точки зрения применения реле в качестве элемента автоматики, их изменение в значительных пределах зависит от конструкции реле. Это достигается путем влючения пареллельно или последовательно с катушкой реле сопротивлений и емкостей.
РЕОСТАТ — устройство, служащее для регулирования и ограничения тока или напряжения в электрической цепи. Основная часть его — проводящий элемент с переменным сопротивлением. Материалом сопротивлений служат константан, манганин, нихром, фехраль, стальная проволока и чугун. Реостаты имеют коммутирующие устройства для изменения величины сопротивления (рис. 125). При повороте рукоятки 2 на крышке / поворачивается вал 3 и щеточное приспособление 4. Выводы от секций 6 располагаются по окруж-
ные. 125. Реостат
ности на изолирующей плите 5. Под коробкой 7 установлены выводные контакты реостата. Вся конструкция сопротивления для охлаждения помещается в бак в маслом. Кроме металлических реостатов, получивших наиболее широкое распространение, существуют жидкостные (например, для пуска асинхронных двигателей с кольцами). Они представляют собой бак с электролитом (вода с 8...10%-ным содержанием соды), в который погружаются изолированные друг от друга металлические пластины. Создается плавное регулирование, величина сопротивления реостата пропорциональна расстоянию между пластинами и обратно пропорциональна той поверхности пластин, которая погружена в раствор.
РОТОР — вращающаяся деталь машин переменного и постоянного тока, обычно расположенная внутри статора (рис. 126). Ротор асинхронного электродвигателя представляет собой цилиндр из тонких дисков электротехнической стали, электрически изолированных друг от друга. Он надежно укреплен на вал электродвигателя 4. В пазах / короткозамкнутого ротора, расположенных на его поверхности, находятся стержни короткозамкнутой обмотки, выполненной путем заливки в пазы жидкого алюминия с одно-
Рис. 126. Фазный ротор
временной отливкой торцовых, замыкающих стержней, колец и лопастей 3 вентилятора. У фазного ротора в пазы уложена трехфазная обмотка, соединенная звездой (она аналогична обмотке статора). Начала обмоток присоединяют к трем контактным кольцам 2, расположенным на изолированной от вала электродвигателя изоляционной
втулке. Кольца имеют контакт со щетками, от которых идут выводы во внешнюю цепь.
РТУТНЫЙ ВЕНТИЛЬ — ионный прибор дугового разряда, заполненный парами жидкой ртути; обладающий односторонней проводимостью. Различают игнитроны и экситроны. Применяются для выпрямления сильных токов промышленной частоты и т. д. В качестве катода используется ртуть, что обеспечивает практически неограниченный срок его службы.
РУБИЛЬНИК — электрический выключатель с ручным приводом для включения электрических машин и цепей постоянного и переменного токов при напряжении до 1000 В и силе тока до 1000 А.
В цепях переменного тока с напряжением выше 380 В и постоянного — с напряжением выше 220 В для отключения цепей под нагрузкой рубильники снабжаются дугогасительными камерами.
САМОВЫРАВНИВАНИЕ ОБЪ-
ЕКТА РЕГУЛИРОВАНИЯ — свойство объекта регулирования стремиться вновь прийти в состояние равновесия после снятия действия возмущающего параметра.
САМОИНДУКЦИЯ — наведение эдс в электрической цепи при изменении протекающего в ней электрического тока.
САМОПИШУЩИЙ ПРИБОР — измерительный прибор (электрический, пневматический, гидравлический и др)., снабженный устройством для автоматической записи показаний.
СГЛАЖИВАЮЩИЙ ФИЛЬТР — электрическая цепь, позволяющая уменьшить пульсации напряжения, получаемые на выходе выпрямителя. Основной характеристикой фильтра является коэффициент сглаживания пульсаций S, представляющий собой отношение коэффициента пульсаций на
входе фильтра Рвх к коэффициенту пульсаций на выходе РВЬ|Х:
Рвх
S = —— . р 1 вых
Различают емкостные, индуктивные и емкостно-индуктивные фильтры. Е м-костный фильтр состоит из конденсатора, подключенного к нагрузке. Напряжение на вентиле UB равно разности напряжений источника питания U и на конденсаторе Uc: (UB = u — — Uc). Ток через вентиль проходит только тогда, когда U — UC>Q. Поэтому, с момента t', в который U—£7с = 0, конденсатор начнет заряжаться. Через вентиль будет проходить зарядный ток /с и ток нагрузки iH—iB =ic +zH. Заряд конденсатора прекратится в момент t", когда U — UC = Q. С этого времени напряжение U становится меньше,
Рис. 127. Сглаживающие фильтры:
а — индуктивный; б — Г-образиый; в — многозвенный; г — П-образный
чем (Ус, и конденсатор начнет разряжаться на нагрузку /?н.При этом напряжение на конденсаторе уменьшается:
t_ Uc = UcOe \
где Uc— напряжение на конденсаторе при запирании вентиля в момент У"; т = RC— постоянная времени /?С-це-почки.
При т»Г напряжение Uc уменьшается медленно и его величина до следующего открытия вентиля изменяется незначительно. За эго же время разрядный ток конденсатора (он же ток нагрузки) также изменяется мало. В следующий полупериод процесс повторяется и т. д. Напряжение на нагрузке UH — Uc выравнивается так же, как и ток в нагрузке:
В течение отрицательного полупериода напряжение источника питания суммируется с напряжением нагрузки, поэтому максимальное обратное напряжение диода равно U.
Индуктивный фильтр (рис. 127) представляет собой реактивную катушку (дроссель) с индуктивностью L (индуктивное сопротивление xL ~ taL) и активным сопротивлением R$.
Катушка включается последовательно с сопротивлением нагрузки /?н. Фильтр работает эффективно в цепях с большими токами, если выполняются условия md)L^>RH и /?ф<С/?н- В этом случае постоянная составляющая напряжения на входных зажимах фильтра мало отличается от постоянной составляющей напряжения на выходе, так как
Up вх _ + KJ =
Ц) ВЫХ A)
Для большего сглаживания применяются многозвенные фильт-р ы. Г-образный фильтр (рис. 127, б) состоит из индуктивности (дросселя) Ьф, включенной последовательно с параллельно соединенными сопротивлениями нагрузки /?н и емкости Сф. Повышение сглаживания (уменьшение пульсаций) происходит из-за того, что переменная составляющая пульсирующего тока дважды проходит через фильтрующие цепи. Если коэффициент сглаживания недостаточен, применяют фильтры, состоящие из нескольких Г-образных звеньев (рис. 127, в). В этом случае результирующий коэффициент сглаживания равен произведению коэффициентов сглаживания всех звеньев фильтра:
S = Sj • S2 = S3.
Наряду с Г-образными широко применяются П-образные фильтры (рис. 127, г). Они представляют собой сочетание емкостного и Г-образного фильтров и состоят из двух конденсаторов и дросселя. Коэффициент сглаживания П-образного фильтра выше, чем Г-образного. Он равен произведению коэффициентов сглаживания емкостного фильтра Sc) и Г-образного Sr:
S = Scl = Sr.
СДВИГ ФАЗ — несовпадение по времени фаз двух периодически изменяющихся величин. При вращении якоря генератора, на котором укреплены два одинаковых витка, сдвинутых в пространстве (рис. 128), в них будут наводиться эдс одной частоты с одинаковыми амплитудами, так как витки вращаются с одинаковой угловой скоростью в одном и том же магнитном поле. Вследствие сдвига витков последние проходят под серединами полюсов в разное время и эдс достигают амплитудных значений неодновременно. При вращении якоря с угловой скоростью <й в направлении против часовой стрелки, в момент начала отсчета времени (t = 0) витки расположены под углами Ч7! и Ч^ к нейтральной плоскости 00. Наведенные в витках эдс е, = £Msin (at + ЧГ|) и е2 — £Msin (<о/ ф--J- Ч'г), где угол (<о/ -J- 49 называется фазным углом или фазой. Мгновенное значение синусоидальной величины определяется амплитудой и фазой (рис. 129). В начальный момент времени (< = 0) наводимые в витках эдс е1 — = £Msin<pj и e2 = £Msincp2. Электрические углы <pi и ф2, определяющие значение эдс в начальный момент времени, называются начальными фазными углами или начальными фазами. Разность начальных фаз двух синусоидальных величин одной частоты является углом сдвига фаз ф = ф, — ф2- Сдвиг фаз показывает, на какую часть периода или промежуток времени (/ ==ф/(о = = фТ/2) одна синусоидальная величина достигнет начала периода раньше другой. За начало периода принимают момент времени, в который эта величина проходит через нулевое значение. Величина, у которой начало периода до-
Рис. 128. Два витка обмотки
якоря
Рис. 129. Графики двух переменных ЭДС
Рис. 130. Секции обмотки якоря
стигается раньше, считается опережающей по фазе, а позже—отстающей.
СЕГНЕТОДИЭЛЕКТРИКИ — кри сталлические диэлектрики, у которых при отсутствии внешнего электрического поля произвольно возникает поляризация. Имеют высокое значение диэлектрической проницаемости.
СЕКЦИЯ ОБМОТКИ — часть обмотки якоря машины постоянного тока, замкнутой на себя и присоединенной к двум соседним коллекторным пластинам (рис. 130). В проводах сек-
Табл. 1. Таблица истинности
Цифра Двоичио-десятичный код А Семисегментный выход
23 22 2' 2°
В с D £ £ G
0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0
1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0
2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1
3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1
4. 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1
5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1
6 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1
7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0
8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1
9 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1
ций, лежащих в пазах якоря (активных), при вращении наводится эдс, а в частях проводов, расположенных в торцах якоря (лобовых),— не наводится. Секция может иметь один или несколько витков. Для придания необходимой формы секции изготовляются на специальном шаблоне, изолируются и укладываются в пазы сердечников якоря.
СЕЛЬСИН {selsyn, от англ, self — сам и греч. synchronos — одновременный, синхронный) — индукционная электрическая машина для синхронного или синфазного поворота осей, например, измерительного прибора и вала машины, не связанных между собой механически. Применяется в системах контроля и управления, в следящих системах и системах дистанционных измерений. По характеру выполняемых функций сельсины подразделяются на сельсин-датчики и сельсин-приемники. Применяются в системах переменного тока с частотой от 50 до 500 Гц.
СЕМИСЕГМЕНТНЫЙ ИНДИКАТОР— прибор для регистрации десятичных цифр. Состоит из семи балочных сегментов — от А до D. Если светятся все сегменты, образуется цифра 8, если В и С — единица. Закон функционирования двоично-десятичного семисегментного дешифратора иллюстрируется таблицей истинности (табл. 1). Читая ее слева направо, можно опре
делить, какие сегменты должны светиться для различных десятичных цифр.
СИЛА ТОКА — величина /, характеризующая электрический ток и равная отношению абсолютного значения dq электрического заряда, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени (/ — dq/dt). В Международной системе единиц (СИ) единица силы тока — ампер (А).
СИМЕНС I от имени нем. электротехника и изобретателя Э. В. Сименса (1816 — 1892)] —единица электрической проводимости. Обозначение — См. Равен электрической проводимости участка электрической цепи сопротивлением 1 Ом.
СИНХРОННАЯ МАШИНА — эле ктрическая машина переменного тока, обычно трехфазная, частота вращения которой находится в строго постоянном соотношении с частотой вращения магнитного поля или частотой сети. Основные составные части — ротор (якорь), несущий обмотку переменного тока, и статор (индуктор), на котором размещена обмотка возбуждения. Статор устроен подобно статору асинхронной машины (рис. 131), а ротор, приводимый во вращение паровой или водяной турбиной, несет на себе обмотку возбуждения, обтекаемую постоянным током /„, как у машин постоянного тока. Создаваемый этим током поток возбуждения Фв вращается с не
изменной частотой п и наводит в трехфазной обмотке статора эдс, величина которой определяется формулой
E0 = 4,44fWBV0.
Если зажимы обмотки статора замкнуть на сопротивление, то в фазах обмотки создаются три тока 1А, 1В, 1С, а их мдс FA, Fb, Fc, суммируясь, образуют результирующую мдс. В синхронной машине жестко связаны частота вращения п, частота тока статора f и число пар полюсов
При / = 50Гцир=1, 2, 3 частота вращения ротора п = 3000, 1500 и 1000 об/мин. Синхронные генераторы, приводимые в движение паровыми турбинами при п = 1500 об/мин, называются турбогенераторами, а гидравлическими турбинами — гидрогенераторами. При использовании равнинных рек и водохранилищ ротор гидротурбины вращается медленно и для получения тока промышленной частоты f — 50 Гц число пар полюсов должно быть большое. Так, гидрогенераторы Братской ГЭС (225 000 кВт, 15 750 В, cos ф — 0,85) построены на п = 125 об/мин при р = 24; Красноярской ГЭС (500 000 кВт) — на п — 93,8 об/мин при р — 32.
Характеристиками синхронной машины являются характеристики холостого хода генератора £0 = f(/B) при f = const, / = 0 и внешняя характеристика U = f (/) при /в = const, costp = = const. Они подобны аналогичным характеристикам генератора постоянного тока независимого возбуждения. Процентное изменение напряжения
Д£/ = Е°~~- ЮО
у синхронного генератора достигает 20.. 40%. Это связано с тем, что поток реакции якоря Фя, замыкающийся поперек полюса, как и в машине постоянного тока при cos ф < 1, замыкается частично вдоль полюсов встречно потоку Фв. Происходит сильное уменьшение результирующего потока
Рис. 131. Схема синхронной электрической машины
Ф = Фв — Фя и уменьшение эдс £0, а значит и U. Синхронная машина может работать и в режиме двигателя для привода механизмов, не создающих резких перегрузок, а также заменять асинхронные двигатели при мощностях в сотни и тысячи киловатт. При малых мощностях, не превышающих нескольких сот ватт, синхронные двигатели конструируются без обмотки возбуждения и называются реактивными. Они применяются для привода механизмов, требующих постоянной частоты вращения.
СКОЛЬЖЕНИЕ — относительное отставание частоты вращения ротора от частоты вращения магнитного поля статора
5 __ п1~ п2
«1
или
s = |00
Скольжение асинхронного двигателя может изменяться от 1 или 100% (ротор неподвижен) до 0 (ротор вращается со скоростью поля). Чем больше нагрузка на валу, тем больше S, так как только при этом условии эдс Е, ток /, а значит и вращающий момент ротора будут большими. Номинальное
Нейтральному томна л
С
К
ев
ZY ее
Линейный пробой
& -f Нейтральный пробой
-04 иА
Линейный проб од
-J-0Z7
иАв
&---—-GB
Линейный пробой
ФО
Рис. 132. Соединение звездой
Рис. 134. Схема пуска асинхронного двигателя
скольжение асинхронных двигателей составляет 1...6%, при холостом ходе оно практически равно нулю.
СОБСТВЕННАЯ ЧАСТОТА КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА — см. Колебательный контур.
СОЕДИНЕНИЕ ЗВЕЗДОЙ — способ соединения обмоток трехфазной машины переменного тока (рис. 132).
СОЕДИНЕНИЕ ТРЕУГОЛЬНИКОМ — способ соединения обмоток трехфазной машины переменного тока (рис. 133).
СОПРОТИВЛЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ — сопротивление, по которому оценивают качество заземления (см. Заземление}.
СПОСОБ ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ. Недостатком включения и выключения короткозамкнутого двигателя простым рубильником является значительный пусковой ток при малом пусковом моменте. Для уменьшения пускового тока при пуске двигателя статор переключают на звезду (при соединении статора в треугольник). После пуска обмотку статора переключают на треугольник. Такой пуск можно производить только вхолостую, так как начальный момент вращения при этом способе уменьшается в три раза. Схема пуска двигателя с фазным ротором показана на рис. 134. Подвижные контакты 5 реостата 1 проводами присоединены к щеткам 3, наложенным на контактные кольца 2 ротора. Убедившись, что сопротивление реостата наибольшее, включают рубильник 4, и ротор начинает вращаться. Введение сопротивления г в цепь ротора позволяет уменьшить пусковой ток в роторе, а значит и в статоре, до желаемой величины. Увеличив активное сопротивление до величины п + rp = xz, при пуске получают максимальными / cos Ч'г и момент. Следовательно, по этой схеме возможен пуск полностью нагруженного двигателя. При остановке введение реостата в цепь ротора не требуется.
СРЕДНЕЕЗНАЧЕНИЕ ТОКА(НАПРЯЖЕНИЯ). Среднее значение синусоидального тока за период равно нулю, так как в течение первой половины периода определенное количество электричества Q проходит через поперечное сечение проводника в прямом направлении, а второй половины — в обратном. Следовательно, количество электричества, прошедшее через сечение
Рис. 135. Устройство однофазного индукционного счетчика
проводника за период, и среднее значение синусоидального тока равны нулю. Поэтому необходимо вычислять среднее значение тока за полупериод, в течение которого он не изменяет своего направления и остается положительным. Оно равно отношению количества электричества, прошедшего через сечение проводника за половину периода, к продолжительности этого полупериода:
Т/2
г = Q_______Ln- 2 ( я/
ср 'рЦ2 f Т J ^*1-
Аналогично определяются средние значения напряжения и эдс:
Г/2 Т/2
2 1 2
иср = y J Ud*’ £ср = у J edt-
Связь средних значений синусоидального тока и напряжения с амплитудным выражается соотношением /ср = 0,637 /тах; Ucp = 0,637 t/max; Еср = 0,637 £тах.
СТАБИЛИТРОН — электровакуумное или полупроводниковое устройство
для стабилизации постоянного тока и напряжения.
СУММАТОР ( от позднелат. sum-mo— складываю, от лат. summa — сумма) — цифровой основной узел арифметического устройства ЦВМ или отдельный прибор, непосредственно выполняющий элементарную операцию сложения двух чисел.
СЧЕТЧИК ДВОИЧНЫЙ — микросхема для счета импульсов. В асинхронном (последовательном) счетчике тактовый вход каждого триггера подключен к выходу предыдущего. Разрядность можно наращивать. Например, с помощью десятиразрядного двоичного счетчика можно сосчитать 1023 импульса. Каждый счетчик является делителем частоты. Последняя на выходе первого триггера равна половине тактовой частоты, второго — 1/4, третьего — 1/8 и т. д. В синхронных (параллельных) счетчиках тактовые импульсы одновременно подаются на входы всех разрядов.
СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ — электроизмерительный прибор для учета расхода электроэнергии переменного и постоянного токов за длительный промежуток времени. В одно- и трехфазных цепях переменного тока применяются индук
ционные счетчики, постоянного тока — электродинамические и др. Электрический счетчик — суммирующий прибор, каждому обороту подвижной части которого соответствует определенное значение израсходованной энергии. Индукционный счетчик (рис. 135) состоит из алюминиевого диска, укрепленного на оси двух электромагнитов (последовательного и параллельного), тормозного магнита М и счетного механизма, приводимого в движение от шестеренки В.
При прохождении токов по обмоткам электромагнитов создаются два магнитных потока, пронизывающие диск и индуцирующие в нем вихревые токи 1А и /5. От взаимодействия тока 1А с магнитным потоком Ф5 и тока 1Б с магнитным потоком Фл создается вращающий момент М, пропорциональный мощности потребителя (М = /С2Р),
Под действием М происходит вращение диска счетчика в поле тормозного магнита, в диске индуцируются вихревые токи. В результате взаимодействия последних с полем того же магнита возникает тормозной момент, пропорциональный частоте вращения диска (MT = /C2^)- При постоянной частоте вращения диска счетчика его вращающий и тормозной моменты равны (М=МТ или К\Р= К2п), откуда мощность потребителя
Р = —3-л = /Сл.
*1
Таким образом, частота вращения диска счетчика пропорциональна мощности. Если в сети израсходована энергия W = Pt, то за это время диск
счетчика совершит N оборотов:
W = Pt = Knt = KN.
Следовательно, частота вращения счетчика пропорциональна израсходованной энергии. Количество энергии, израсходованной в сети за время одного оборота диска счетчика, W/N = К называется постоянной счетчика. Энергия, расходуемая потребителем из сети, регистрируется счетным механизмом счетчика. Для определения энергии, израсходованной за некоторый промежуток времени, нужно из показаний счетчика в конце указанного промежутка вычесть его показания в начале этого промежутка. Измерение электрической энергии в трехфазных четырехпроводных цепях производится трехэлементным счетчиком. Он имеет три электромагнитные системы, как у однофазного счетчика, которые воздействуют на три диска, укрепленные на одной оси с шестеренкой для приведения в действие счетного механизма. Измерение энергии в трехфазных трехпроводных цепях производится двухэлементными двухдисковыми или од нод исковыми счетчиками или парными счетчиками (двумя однофазными). Реактивная энергия в трехфазных цепях измеряется реактивными счетчиками (например, типа СР4-ИТР). Этот счетчик индукционный двухэлементный с двумя обмотками на каждом последовательном электромагните. Обмотки возбуждают в сердечниках магнитные потоки, которые совместно с потоками параллельных электромагнитов создают вращающие моменты, пропорциональные реактивной мощности. Счетный механизм непосредственно регистрирует мощность.
т
ТАХОМЕТР (от греч. tachos — быстрота, скорость и metreo — измеряю) — прибор для измерения частоты вращения (угловой скорости) деталей машин и механизмов. Состоит из преобразователя и регистрирующего
прибора. В цифровых тахометрах в качестве преобразователя используется акустический датчик, преобразующий изменение величины давления воздуха от вращающейся крыльчатки в электрический сигна'л. Регистрирующая
часть представляет собой счетчик импульсов, собранный на микросхемах с цифровым индикатором.
ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЕ, телеметрия (от греч. tele — далеко, metreo — измеряю) — раздел телемеханики, охватывающий способы и технические средства для передачи на расстояние результатов измерений параметров контролируемых объектов.
ТЕМНЫЙ РАЗРЯД — электрический разряд, сопровождаемый весьма слабым испусканием света и звука, представляющий начальную стадию самостоятельного разряда. Плотность тока — около 10“6 А/см2.
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ — относительное приращение сопротивления Дг/г при нагревании на 1 °C при незначительных изменениях температуры (0...100 °C). Обозначается а. Для большинства металлических проводников изменяется незначительно. Если rt и г2 сопротивления при температурах 61 и 02, то
П О
откуда
Г2 = г\ + r,a(62 — 61) = г\ [1 +a(62-6i)].
ТЕПЛОВАЯ АВТОМАТИКА - уст ройства автоматического регулирования, управления и контроля за тепловыми процессами.
ТЕПЛОВОЕ РЕЛЕ—электромагнитное реле для защиты от перегрузки (рис. 136). По нагревательному элементу 2 проходит рабочий ток / или часть его (в зависимости от устройства) и нагревает биметаллическую пластинку 1. Она представляет собой двухслойный элемент из металлов с разными температурными коэффициентами расширения. В результате нагрева пластина деформируется, ее правый конец, выпрямляясь, освобождает рычажок 3, который, поворачиваясь, усилием пружины 4 при помощи тяги 5 размыкает контакты 6, 7, включенные в цепь втягивающей катушки магнитного пускателя. Возврат контактов (в замкнутое положение) после остыва-
Рис. 136. Тепловое реле
ния биметаллической платины производится вручную нажатием кнопки 8.
ТЕРМИСТОР, терморезистор—сопротивление (резистор), изменяющее свою величину под действием температуры. Это теплоэлектрический полупроводниковый прибор, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры. Применяется для регистрации измерения температуры в системах теплового контроля, в измерителях мощности и других устройствах.
ТЕРМОПАРА — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах. Принцип его действия основан на том, что нагревание или охлаждение контактов между проводниками или полупроводниками, отличающихся химическими или физическими свойствами, сопровождается возникновением термоэлектродвижущей силы (термоэдс). Термопара состоит из двух металлов, сваренных на одном конце. Эта часть ее помещается в месте замера температуры. Два свободных конца подключаются к измерительной схеме (милливольтметру). Наиболее распространены термопары платиио-платинородие-вые (ПП), хромель-алюмелевые (ХА), хромель-копелевые (ХК), железокон-стантовые (ЖК).
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — испускание электронов нагре-
Рис. 137. Тиратрон
Рис. 138. Характеристика тиратрона
тыми твердыми (реже жидкими) телами, происходящее в результате теплового возбуждения электронов в этих телах, называемых эмиттерами. Термоэлектронная эмиссия наблюдается толь-
ко при достаточно высоких температур рах, например для тугоплавких метадолов (вольфрам и др.). Достигает заметных размеров при нагреве до 2000...2500 К. Используется главным образом в электровакуумных приборах.
ТЕСТЕР — см. Авометр.
ТИРАТРОН [от греч. thyra — дверь, вход и (элек.) трон] — ионный прибор тлеющего разряда (с холодным катодом) или несамостоятельного дугового разряда (с подогревным катодом), имеющий, кроме анода (А) и катода (К), один или несколько управляющих электродов (сеток), рис. 137. Наличие сетки С позволяет управлять анодным током. Для исключения возможности возникновения электрического разряда между анодом и катодом последний окружен металлическим экраном (Э), верхнее отверстие которого закрыто сеткой, имеющей форму диска с отверстиями. Если сетке сообщить отрицательный потенциал относительно катода, электрическое поле в пространстве между сеткой и катодом будет направлено противоположно основному полю тиратрона и движение электронов между анодом и катодом замедлится. Для каждого анодного напряжения существует такое значение отрицательного потенциала сетки, при котором электроны движутся со скоростью, недостаточной для ионизации паров ртути или газа. Уменьшив потенциал сетки до некоторого критического значения (рис. 139), получим скорость движения электронов, достаточную для ионизации газа. Происходит зажигание дуги и образование плазмы. Анодный ток скачком возрастает до величины /а1, которая определяется нагрузочным сопротивлением /?а + /?н и напряжением Ua. С момента зажигания дуги анодный ток не зависит от сеточного напряжения. Это объясняется тем, что при горящей дуге сетка покрыта слоем положительных ионов, которые нейтрализуют отрицательные заряды сетки. Для гашения дуги необходимо уменьшить анодное напряжение до значения, близкого к нулю. При неизменном напряжении между сеткой и катодом Uc зажигание дуги происходит при некотором анодном напряжении Ua. Изменяя
напряжение на сетке, можно регулировать величину анодного напряжения йа, при котором происходит зажигание тиратрона. Кривая зависимости U3 от напряжения на сетке Uc называется пусковой характеристикой тиратрона. В тиратроне с холодным катодом используется явление тлеющего разряда. Он состоит (рис. 139) из баллона с тремя электродами — анода А, катода К и сетки С, расположенной вблизи катода. Сетка предназначена для управления моментом зажигания разряда. Катод тиратрона — цилиндрической формы, активированный. Анод — стержневой формы из молибдена, сетка — полый цилиндр из никеля с отверстием. Источник питания (рис. 140) создает между катодом и анодом рабочее напряжение, достаточное для поддержания разряда, но не для его зажигания. При подаче на сетку положительного импульса в цепи сетка — катод возникает ток (до нескольких микроампер), называемый током поджига /п, и в промежутке сетка — катод появляется разряд. Некоторое количество заряженных частиц проникает в пространство между анодом и катодом, создавая тлеющий разряд, а в анодной цепи начинает проходить ток порядка десятка миллиампер. Зависимость анодного напряжения зажигания от тока поджига называется характеристикой зажигания тиратрона Ua 3 — f(Jn). Резистор /?с между сеткой и анодом обеспечивает стабильность зажигания, так как при этом между сеткой и катодом происходит темный разряд. Гашение тиратрона производится или размыканием анодной цепи, или уменьшением анодного напряжения ниже рабочего. Достоинствами тиратронов тлеющего разряда являются малые габариты и масса, высокая механическая прочность, широкий диапазон рабочих температур, долговечность, экономичность (отсутствие цепи накала). Тиратроны применяются в цепях переменного тока с частотой не более 10 кГц (при большей частоте заряд у сетки не успевает рассасываться и управление тиратроном становится невозможным), а также в выпрямителях, преобразователях и др.
ТЛЕЮЩИЙ РАЗРЯД — разряд, сопровождающийся свечением газа,
Рис. 139. Тиратрон тлеющего разряда
Рис. 140. Схема включения тиратрона тлеющего разряда
для которого характерны большие плотности тока (более 10”3 А/см2) и большая интенсивность ионизации. Нормальный тлеющий разряд характеризуется постоянной плотностью тока на катоде. Площадь поверхности катода, через которую проходит ток (светящийся участок поверхности), изменяется пропррционально току. Тлеющий разряд используется в неоновых лампах, газотронах, тиратронах, стабилитронах и др.
ТРАНЗИСТОР (от аигл. transfer — переносить и resistor — сопротивление) — полупроводниковый прибор с тремя или более выводами, предназначенными для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний, коммутации сигналов и др.
Рис. 141. Транзистор и его характеристики:
а п р л-транзистор и его диодная аналогия, б — р — rt—р-транзистор и его диодная аналогия; в — полярность включения п — р — n-транзистора; г — полярность включения р — п — р-траиэистора
Рис. 142. Характеристики транзистора:
а — ток коллектора — напряжение база — эмиттер; б — ток базы — напряжение база — эмиттер; в — коэффициенты усиления — ток коллектора
Биполярный транзистор представляет собой кристалл полупроводника (главным образом кремния или германия) с тремя чередующимися областями электронного или дырочного типов электрической проводимости, разделенными двумя электронно-дырочными переходами (р — л-переходами). Условные обозначения транзисторов и их эквивалентная схема на основе диодов приведены на рис. 141, а, б. Транзистор состоит из двух противоположно включенных диодов, которые имеют один общий и- или p-слой. Электрод, связанный с ним, называется базой; два других — коллектором и эмиттером. Переход эмиттер — база смещен в прямом на
правлении, а база — коллектор — в обратном. Поэтому источники питания включаются так, как показано на рис. 141, в, г. Основная особенность транзистора заключается в том, что коллекторный ток /к кратен базовому току /в. Отношение р = /к//в называется коэффициентом усиления по току.
При малом входном напряжении ток коллектора изменяется достаточно сильно (рис. 142, а). Эта зависимость выражается формулой
/к = /оТ(7’. Цс э) U. = KT/eQ.
Особенностью транзистора является то, что коллекторный ток мало измени-
ётся после достижения определенного значения напряжения «коллектор — эмиттер». Напряжение, при котором характеристика имеет изгиб, называется напряжением насыщения (рис. 142,6). Изменение коллекторного тока /к в зависимости от U6 э характеризуется крутизной
е Ч /к
э (Ут •
Крутизна пропорциональна коллекторному току и це зависит от индивидуальных свойств каждого транзистора. Зависимость коллекторного тока от напряжения коллектор — эмиттер характеризуется дифференциальным выходным сопротивлением
Г КЗ = At/к.э/А/к-
Выходное сопротивление для любого коллекторного тока можно рассчитать по формуле гкэ = (7Э//К, где U3 — напряжение Эрли (в пределах 80...200 В для п — р — п и 40... 150 В для р — п — р-траизисторов). Дифференциальное входное сопротивление определяется по формуле г6 э = Д(7б Э/Д7б. Его можно найти по входной характеристике, изображенной на рис. 142,6. Отношение тока коллектора к току базы (В = /к//б) называется коэффициентом статического усиления по току. Пропорциональность имеет место в ограниченной области тока, так как В зависит от /к (рис. 142, в).
У мощных транзисторов максимум коэффициента усиления соответствует диапазону токов, измеряемых в амперах, а абсолютное значение значительно ниже, чем у маломощных транзисторов. Зная р и крутизну, можно рассчитать входное сопротивление гбэ = U3/IK.
Зависимость В от UK3 незначительная и поэтому кривые на рис. 142, в практически совпадают. При малых сигналах эта зависимость характеризуется коэффициентом обратной передачи по напряжению и обратной крутизной:
„ ЛЦ,.,
Обр ДЦ(. э ПРИ ^6 ~ const,
о______^обр
°обр ~ гл б. э
При малых коллекторных токах коэффициент обратной передачи по напряжению положителен, при больших — отрицателен. Абсолютное его значение не превышает 10-4. Влияние обратной передачи необходимо учитывать при высоких частотах. Ее следует принимать во внимание при рассмотрении влияния емкость—коллектор—база.
Имеются три основные схемы включения транзистора для усиления электрических сигналов. В зависимости от того, как присоединен эмиттер, коллектор или база к общей точке, различают соответственно схемы с общим эмиттером, коллектором или базой. Рассмотрим схемы с п—р—п-транзисто-рами; во всех схемах их можно заменить на р—п—р-транзисторы, сменив одновременно полярность питающих напряжений и электролитических конденсаторов. В основу положим параметр— напряжение база—эмиттер в рабочей точке и6э, составляющее для кремниевых транзисторов около 0,6, для германиевых — 0,2 В. Обратный ток германиевых транзисторов намного больше, чем у кремниевых.
Рассмотрим схему с общим эмиттером (рис. 143, а). Входное напряжение L/BX = 0,6 В, что позволяет протекать коллекторному току порядка миллиампер. Рост входного напряжения на величину ДЬВХ ведет к увеличению коллекторного тока. Поскольку выходные характеристики проходят почти горизонтально, можно допустить, что ток /к зависит только от ибэ, но не зависит от UK3- Тогда Д/к=5, A U6 э = SЛ (7ВХ. Так как коллекторный ток источника напряжения протекает через сопротивление 7?к, то падение напряжения на нем тоже повышается и выходное напряжение ивых возрастает на величину
д^вых= — д/к,
/?к ~ — SRKAUBX.
Таким образом, коэффициент усиления по напряжению
Рис. 143. Схема включения транзисторов:
а — с общим эмиттером; б — с общим эмиттером и отрицательной обратной связью по току; в — с общим эмиттером и отрицательной обратной связью по напряжению; г — с установкой рабочей точки с помощью базового делителя напряжения;!? — со стабилизацией рабочей точки с помощью отрицательной обратной связи
NU
« - S/?K.
Пример. Рассчитать коэффициент усиления по напряжению при /к = 1 мА и RK = 5 кОм.
Находим крутизну при силе тока в 1 мА
S = 1 мА/26 мВ = 38,5 мА/В.
При силе тока в 1 мА гк э = 100 кОм. Определяем коэффициент усиления по напряжению
v S/?KrK э 38,5'100-5 ^К + ГК. Э 100 + 5 ~
= -183.
Принимая приближенно /?к гк. э, по формуле K=—IR/UP находим
-5 В/26 мВ = -192.
Таким образом, коэффициент усиления по напряжению пропорционален паде
нию напряжения на коллекторном сопротивлении /?к.
Входное сопротивление рассчитывается по формуле гвх = р/S = р[/э//к. Оно растет с уменьшением коллекторного тока и увеличением коэффициента усиления по току 0:
__ ^к * гк. э
ГВЫХ Г> I -«к -Г 'к. Э
Коэффициент нелинейных искажений пропорционален амплитуде входного сигнала и не зависит от положения рабочей точки.
Для уменьшения нелинейных искажений используют обратную связь (рис. 143,6). Она обеспечивается с помощью сопротивления R3 в цепи эмиттера. С увеличением напряжения (7ВХ растет сила тока в цепи коллек
тора, и так как /э = /к растет падение напряжения на R3'-U3 = =I3R3. Разность ибэ = UBX — U3 составляет часть входного напряжения Д{/вх. Принимая U63 = const, получим Д/7эл?А£/вх, а так как через /?к протекает ток той же силы, что и через /?э, изменение падения напряжения на /?к больше, чем ДЦ, в /?к//?э раз. Коэффициент усиления по напряжению К= — RK/R3- Для точного расчета можно воспользоваться формулой
/?э+ 1/5 4-/?к/н '
Входное сопротивление равно гвх = 0 (1/5 + /?э).
Рассмотренная обратная связь называется обратной связью по току в схеме с общим эмиттером.
Отрицательная обратная связь по напряжению осуществляется по схеме, изображенной на рис. 143,в. Установка рабочей точки выполняется с помощью базового делителя напряжения (рис. 143, г). Лучшие результаты дает схема установки рабочей точки с помощью обратной связи по току (рис. 143, д). Рассмотрим выбор параметров схемы. Источник имеет внутреннее сопротивление RH = 10 кОм, коэффициент усиления по току транзистора а = 250, напряжение питания 15 В. Коллекторный ток должен быть таким, чтобы входное сопротивление составляло 20 кОм (/к = 200 мкА). Тогда
Р47э 250-26 мВ
Гб- э = 200 мкА =
= 32,5 кОм.
Установим режим работы транзистора при отсутствии входного сигнала. Стабильность рабочей точки тем лучше, чем больше падение напряжения на /?э, так как изменение U63 остается меньшим Up, и влияние коллекторного тока будет незначительным. Если Up = 2В, то коллекторный ток изменится на
2 мВ/К 0,1
2 В ~ К
При установке потенциала коллектора без входного сигнала необходимо следить за тем, чтобы напряжение коллектор—эмиттер во время работы транзистора не падало до напряжения насыщения UK 3 нас « 0,3 В, поскольку в противном случае параметры 0, S и гкэ значительно уменьшатся. В режиме насыщения появляются сильные нелинейные искажения. Следует помнить, что потенциал коллектора без сигнала должен быть не очень большим, иначе падение напряжения на RK будет также мало и коэффициент усиления по напряжению уменьшится. Если наибольший сигнал на входе составит ДЦ,Х = ±2 В относительно потенциала при отсутствии сигнала, получим ^вх>^э+^к.э max'
= 2В + IB + 2В = 5В. Выберем UBX = = 7В и рассчитаем номинал RK и R3:
U3 2 В
/?э = —Г— ~ ----T- = 10 кОм;
э /к 200 мкА
_ Un-UBX = 15 В-7 В
/к ~ 200 мкА
= 40 кОм.
Дрейф потенциала коллектора при отсутствии сигнала равен
2 мВ “К~
/?„
—JC = -8 мВ/К.
Далее устанавливаем базовый потенциал так, чтобы падение напряжения на R3 составило ~2 В. При малых коллекторных токах (7б э « 0,6 В, откуда U6 = U3 4- U63 — 2,6 В. Ба--зовый ток /б = /К/В = 200 mfeA/250 = = 0,8 мкА,- Он не должен существенно влиять на базовый потенциал, поэтому через делитель напряжения /?], /?2 обязан протекать ток, ие превышающий 10 /б. Для этого
D 15 В-2,6 В . .
/?! = "3-а---тгъ-Г = 1>4 МОм;
1 8 мкА — 0,8 мкА
R = В = 330 кОм.
2 8 мкА
Рис. 144. Схема включения транзистора:
а — с общей базой; б — с общим коллектором
(эмиттерный повторитель); в — схема Дарлингтона;
г — схема Дарлингтона с комплиментарными транзисторами
Входное сопротивление по переменному току составляет
1 1 1
гвх ~ h --------h -- 29 кОм.
'б. э ^2
Для коллекторного тока 200 мА сопротивление гк э = 500 кОм.
Коэффициент усиления йена груженного каскада по напряжению
к=--Н4-+7-)=-285-Э /VK 'к. э
Выходное сопротивление
^вых р И” ~ ~ 37 кОм.
гк. э
Усиление при /?н = 100 кОм составит
^И “Ь ГВХ ^Н ”1“ гвых
Это значение сохранится до нижней частоты fH = 20 Гц. Поскольку схема содержит три фильтра верхних частот,
нужно выбрать частоты среза fc этих фильтров в пределах до fH. При равенстве частот получим
Г- fH 20 Гц
4 = = Гц,
уЗ уо
С3 = 0,36 мкФ, Ср1 = 100 мкФ, Ср2 = = 0,1 мкФ.
В схеме с общей базой (рис. 144, а) коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления равны:
а = о ? ; гвх = 7s; гвых = Rk-
и I ar ' DA • «Э ВЫЛ К
^к + ГК. 3
Схема применяется на высоких частотах.
В схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель), рис. 144,6, при подаче на вход напряжения, большего 0,6 В, коллекторный ток вызовет падение напряжения на /?э. Выходное напряжение возрастает настолько, чтобы напряжение база—эмиттер достигло 0,6 В. Тогда ивых = U3— 0,6 В. С ростом U3 коллекторный ток и падение напряжения на R3 увеличатся, а напряжение U6 3 возрастет
незначительно. Выходное напряжение увеличивается почти так же, как и входное, и коэффициент усиления по напряжению
Л t/вых
Входное и выходное сопротивления равны:
___ /?э(1/5 + /?н/Р)
гвх Р«э- гвых _|_ !/S + /?H/p •
Эмиттерный повторитель Представляет собой преобразователь сопротивлений, передающий величину входного сигнала на более низкоомную нагрузку. Если при использовании эмиттерного повторителя усиления оказывается недостаточно, применяют схему Дарлингтона (рис. Г44, в). Коэффициент усиления по току, входное и выходное сопротивления равны:
,иэ, 2
Р Р1 Р$> гвх 2Р — , Гвых з Гк э2-
При использовании двух комплиментарных транзисторов (рис. 144,г)
, U3 , 1
РЛ — Pi Р2’ — & /' ’ Г®ых 2 Гк э2
ТРАНСФОРМАТОР ( от лат. trans-formo — преобразую) — устройство для преобразования, превращения, изменения одной (первичной системы переменного тока) в другую (вторичную, имеющую напряжение и ток при неизменной частоте). К трансформатору подается энергия при напряжении /7] и сцле тока /j, а получается (после трансформации) энергия при напряжении U2 и силе тока /2.
Работа трансформатора основана на явлении взаимной индукции. Трансформаторы широко применяются в современной энергетике. С их помощью электрическую энергию, вырабатываемую на тепловых электростанциях, расположенных в районе больших запасов угля, нефти или газа, или на гидроэлектростанциях, использующих напор больших рек, передают на боль-
Рис. Г45. Схема включения трансформатора
шие расстояния потребителям — заводам, городам, промышленным и сельскохозяйственным предприятиям. Для экономичности напряжение повышают до десятков и сотен тысяч вольт, а в местах использования элекроэнергии его понижают до необходимого уровня.
Рассмотрим основные характеристики трансформатора. Если разомкнуть цепь потребления вторичной обмотки и подать напряжение на первичную, трансформатор будет работать в режиме холостого хода. При подключении ко вторичной обмотке нагрузки z (рис. 145) под влиянием эдс Еч во вторичной цепи устанавливается ток /2, величина и направление которого (по закону Ленца) поддерживаются неизменным потоком трансформатора Фм.
При нагрузке поток Ф создается совместными действиями мдс обеих
Рис. 146. Векторная диаграмма ненагруженного трансформатора
обмоток £1 + £2 = Fx. Причем Fx остается практически неизменной и равной мдс холостого хода, так как эдс = Фм. А так как падение напряжения/^^ 2...2,5%)£1и, то им пренебрегают и считают, что Е\ ж и Ф1м = = UlH. Отсюда получается, что магнитный поток Фм при неизменном первичном напряжении практически не изменяется и остается постоянным во всех режимах работы и мдс Flx.
Диаграмма мдс ненагруженного трансформатора приведена на рис. 146. Магнитный поток Фм находится в фазе с мдс Fx. В фазе с током /2, отстающим от эдс £2 на угол Чг2, показана мдс F2. Чтобы мдс Fx сохраняла свою величину, первичной обмоткой должна создаваться мдс
Z==Z+(-X)-
В этом случае, если ток /t первичной обмотки направлен от начала обмотки к концу, ток /2 вторичной обмотки — от конца к началу ее. С ростом тока /2 должен автоматически увеличиваться ток /]. Коэффициент мощности cos<P], очень малый при холостом ходе (cos < 0,1), увеличивается с
ростом нагрузки за счет активной слагающей тока /2 (угол <p1<4rx). Если пренебречь величиной Fx и считать, что £] = F2, т. е. /1U^]=/2U^2, то
/. ^2 1 ^2
/2 V' К V
Таким образом, токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны эдс. При подключении к трансформатору нагрузки изменяется напряжение. Величина
П2х - и2„
MJ = —100 и2х
носит название процентного изменения напряжения трансформатора. Она очень мала и составляет при /г — — 12ц и cos ф2 = 1 не более 3% U2h- В этой формуле учитываются потери напряжения в обеих обмотках. Действительно, на диаграмме напряжений нагруженного трансформатора (рис. 147) при номинальных токах в обмотках величина эдс первичной обмотки £] меньше, чем при холостом ходе, на величину падения напряжения /|2|, так как
При уменьшении Е{ снижается поток Фм и эдс вторичной обмотки становится меньше, чем при холостом ходе, т. е. £2 < £гх- Напряжение U2 вторичной обмотки нагруженного трансформатора получается вычитанием падения напряжения во вторичной обмотке не из эдс холостого хода £гх, а из эдс нагруженного трансформатора £2, т. е.
^2 ~ ^2 (А>г2 /2Х2)'
Мощность потерь в обмотках трансформатора зависит от силы тока /| и /2, активных сопротивлений обмоток г{, г2 и равна
Рп = /?Г1 + /1г 2-
Она определяется путем короткого замыкания одной из обмоток и подачей
на другую пониженного напряжения. При этом в обмотках устанавливаются номинальные тока 1\пот и I^nom-Измеренная в цепи питания мощность расходуется на покрытие потерь в обмотках PQnom и потерь в стали при коротком замыкании Рст, которые вследствие малого значения индукции Вк очень малы и ими пренебрегают. Вся мощность при коротком замыкании равна
РК пот — Рэ пот + Рст. пот Ро.поту
а полные потери нагруженного трансформатора при номинальных токах и напряжении
^Р — Pq. пот “Ь Рст. х-
Коэффициент полезного действия трансформатора — это отношение отдаваемой активной мощности или мощности на выходе Р2 к подведенной мощности на входе Р{:
Рис. 147. Векторная диаграмма нагруженного трансформатора
Р2
П = -^Ю0 =
Р2
Р2 + Рст + Ро
100,
где Рст— потери в стали; Ро — потери в обмотках.
Кпд трансформатора зависит от его нагрузки. Если
S2
-5— ~ Л2н — коэффициент нагрузки,
•Ь1 н
Рис. 148. Треугольник мощностей
то кпд
Р2
^2h^2hC0S<P2
^2h52hcos Ф2 + Рст +
р
+ KiA. '
Наибольший кпд трансформатора будет при коэффициенте нагрузки г] = — 0,7...0,8, когда потери в обмотках равны потерям в магнитопроводе.
ТРЕУГОЛЬНИК МОЩНОСТЕЙ — графическое изображение активной, реактивной и полной мощностей в цепи переменного тока (рис. 148). Треугольник мощностей получается из соотношения
Р2 + Q2 — S2 или ({//cos ф)2 4~ + ((//) +sin ф)2 = ({//)2.
ТРЕУГОЛЬНИК НАПРЯЖЕ-
НИЙ— графическое изображение активного {/а, реактивного UL и входного U напряжений в цепи переменного тока с активным сопротивлением и индуктивностью (рис. 149). Из него следует, что
u = ^/ul + ul.
Угол сдвига фаз между напряжением и током определяется из треугольника через
Ua , Ul
COS ф = -j-j- ИЛИ tg ф = -77— •
Рис. 149. Треугольник напряжений
сного г сопротивлений цепи с активным сопротивлением и индуктивностью (рис. 150). Этот треугольник можно получить, уменьшив в / раз стороны треугольника напряжений:
Z2 = Г2 + х[.
Угол между сторонами треугольника z и г равен углу сдвига фаз <р между напряжением и током, так как
(7 1г г c°s<p=; —= —=т;
{ UL Ч
Рис. 150. Треугольник сопротивлений
Рис. 151. Получение трехфазного тока
ТРЕУГОЛЬНИК СОПРОТИВЛЕНИЙ— графическое изображение активного г, реактивного xL и комплек-
ТРЕХФАЗНАЯ СИСТЕМА — система, состоящая из трех электрических цепей переменного тока одной частоты, эдс которых имеют разные начальные фазы. Получила широкое распространение, так как обеспечивает более экономичную передачу энергии по сравнению с однофазной системой. Позволяет создать простые по устройству и надежные в эксплуатации генераторы, двигатели и трансформаторы. Изобретение трехфазной системы и создание трехфазного генератора, электродвигателя и трансформатора принадлежит русскому инженеру М. О. Доливо-Добровольскому. Отдельные цепи трехфазной системы сокращенно называются фазами, а трехфазная система электрических цепей, соединенных друг с другом,— трехфазной цепью. Совокупность токов, напряжений или эдс, действующих в фазах трехфазной цепи, называется трехфазной системой токов, напряжений или эдс. Простейший генератор (рис. 151) устроен подобно однофазному, но отличается от последнего тем, что на якоре расположены три одинаковые обмотки (фазы), начала и концы которых обозначаются соответственно буквами А, В, С, X, V, Z. Оси обмоток сдвинуты в пространстве одна относительно другой на равные углы 2л/3=120°. Поэтому индуктированные в обмотках эдс с одинаковыми амплитудами сдвинуты по фазе относительно друг друга на углы 120° или на 1/3 периода.
Такая схема трех эдс называется симметричной. При неравенстве амплитуд эдс или углов сдвига между ними система эдс будет несимметричной.
Приняв за начало отсчета времени (t = 0) начало периода эдс в первой фазе А, получим ее выражение еА = = EMsintoL Электродвижущая сила второй фазы В отстает от эдс первой еА на 1/3 периода — ев= Ем sin tot — — 2л/3); а третьей фазы С отстает от первой на 2/3 периода или опережает эдс еА на 1/3 периода, т. е. ес = = £'Msin((oZ -|- 2л/3), рис. 152.
Положительные направления эдс в обмотках генератора принято считать от концов обмоток х, у, z к их началам А, В, С. Соединяя каждую обмотку трехфазного генератора с отдельным приемником энергии (рис. 153), получим несвязанную трехфазную систему с шестью проводами. Она является неэкономичной и поэтому на практике не применяется. Обмотки трехфазного генератора соединяются звездой или треугольником, что дает возможность вместо шести проводов использовать три или четыре. Для трехфазных цепей стандартными являются напряжения 127, 220, 380, 660 В и выше. Мгновенное значение линейного напряжения равно алгебраической разности мгновенных значений соответствующих фазных напряжений. Линейные напряжения будут изменяться синусоидально, причем их действующие значения можно определить из векторной диаграммы (рис. 154)
Uab= В* Ubc~ Ur—
Uac~ Uc~ ^а-
Вектор линейного напряжения равен разности векторов соответствующих фазных напряжений. Фазные напряжения UA, UB и Uc сдвинуты друг относительно друга на 120°.
Для определения вектора линейного напряжения U АВ из вектора напряжения UA нужно геометрически вычесть вектор Ug или прибавить равный по величине и обратный по знаку вектор
Рис. 152. Симметричные эдс трехфазной системы:
а — график напряжений; б — векторная диаграмма
Рис. 153. Несвязанная трехфазная система
Рис. 154. Векторная диаграмма напряжений трехфазной цепи
Рис. 155. Векторная диаграмма при соединении обмоток генератора звездой
Рис. 156. Векторная диаграмма при соединении обмоток генератора треугольником
— Uв. Аналогично вектор линейного напряжения UBC получается как разность векторов напряжений UB и Uc, а вектор UCA — как разность векторов Uc и UA. Опуская перпендикуляр из конца произвольно взятого вектора фазного напряжения (например, UBC на вектор линейного напряжения UBC), получим прямоугольный треугольник ОНМ, из которого следует, что
1 л/3
-2 U, = 1/фсо530" = Ut f ;
=
Действующее значение линейного напряжения в л/З раза больше действующего значения фазного. Линейное напряжение UAB на 30° опережает фазное UA (соответственно UBC-»- Uв и
Смежные линейные напряжения сдвинуты друг относительно друга на такие же углы (120°), как и смежные фазные. Звезда векторов линейных напряжений повернута в положительную сторону относительно звезды векторов фазных напряжений на угол 30°. Полученные соотношения между линейными и фазными напряжениями имеют место только при симметричной системе напряжений. Так как векторы линейных напряжений определяются как разности векторов фазных, то, соединив концы последних, образующих звезду, получим треугольник векторов линейных напряжений (рис. 155). При соединении обмоток генератора треугольником фазные напряжения равны линейным, и три фазы генератора образуют замкнутый контур с весьма малым сопротивлением. Такое соединение возможно лишь в том случае, если сумма эдс, действующих в этом контуре, равна нулю. В противном случае в контуре даже при отсутствии нагрузки возникает значительный ток, который приведет к перегреву генератора. Сумма трех симметричных эдс, действующих в обмотках генератора, равна нулю.
Действительно^складывая векторы (рис. 156) Еа и Ев, получаем вектор, равный и противоположный вектору
Ес, т. е.
~ Ес> а следовательно, сумма трех векторов эдс равна нулю:
~Еа + ~ЕВ + ~ЕС = 0.
При неправильном соединении обмоток генератора треугольником можно вывести его из строя. На рис. 157, а показана схема неправильного соединения обмоток генератора: конец первой фазы X правильно соединен с началом
второй В, но конец второй У — не с началом третьей фазы С, а с ее концом Z; начало третьей фазы С соединено с началом первой А.
Вследствие этого эдс Ес не складывается с остальными эдс, а вычитается из их суммы.
Результирующая эдс может быть определена из векторной диаграммы (рис. 157, б), на которой произведено сложение векторов £^, и Сумма этих векторов, как видно из диаграммы, равна удвоенному вектору Е^, т. е.
“Ь ~ ~^с-
Таким образом, в этом случае эдс замкнутого контура по абсолютной величине равна удвоенному значению фазной эдс, что при малом сопротивлении контура (обмоток генератора) равносильно короткому замыканию.
ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫЙ ВАТТ-
МЕТР — прибор для измерения мощности в трехфазной цепи.
ТРИГГЕР — бесконтактное электронное реле с двумя устойчивыми состояниями. Переход из одного состояния в другое происходит под воздействием внешнего сигнала. Триггер на электронных лампах (рис. 158, а) представляет собой двухкаскадный резистивный усилитель с общим катодом, охваченный положительной обратной связью. Схемы триггеров обычно выполняют симметричными (Ra\ = /?а2; /?С1 = /?Сг; Л1 и Л2 — идентичные). Вследствие положительной обратной связи состояние триггера, при котором обе лампы открыты, является неустойчивым. Малейшая асимметрия схемы приводит к возникновению лавинообразного процесса, который заканчивается запиранием одной из ламп и полным отпиранием другой. Если анодный ток / лампы Л1 больше, чем /а , то увеличение / вызывает уменьшение анодного напряжения, что в свбю очередь вызывает снижение напряжения на сетке лампы Л2. Последнее приводит к уменьшению тока /а2 и, следовательно, к увеличению /7аг, которое передается на сетку лампы Л1. В результате этого анодный ток /а1 воз-
Рис. 157. Неправильная схема включения обмоток генератора:
а — треугольником; 6 — векторная диаграмма
растает еще больше. Переходный процесс заканчивается, когда лампа Л2 запирается. Напряжение на сетке запертой лампы
I] — i_|F |_1_ ^amin+l^c| min ~ *—
где Ес — напряжение смещения; £а min — 4^?а —напряжение на аноде открытой лампы; /а —анодный ток открытой лампы.
Напряжение на сетке открытой лампы
И _ _|с- I । max + |5с1 р с max Pci । ।
где (7ап)ах»£а напряжение на аноде запертой лампы. Для получения устойчивых состояний необходимо выполнение условий
Uc min ^.о > Uc max 0.
Устойчивое состояние триггера будет существовать до тех пор, пока внешний
Рис. 158. Схемы триггеров:
а — лампового; б — лампового со счетным входом; в — транзисторного
импульс не изменит его. Если в этом состоянии лампа Л1 открыта, а Л2 заперта, то для изменения состояния триггера можно подать короткий положительный импульс на сетку лампы Л2 либо отрицательный на сетку Л1. Входной импульс вызывает начальное изменение анодного тока одной из ламп, что приводит к возникновению обратного лавинообразного процесса. Он заканчивается запиранием лампы Л1 и полным отпиранием Л2. Быстродействие триггера ограничено временем его перехода из одного устойчивого состояния в другое и определяется длительностью зарядки-разрядки <пара-зитных> емкостей схемы. Время зарядки входной емкости лампы Сск зависит от постоянной времени RCCK. Для ускорения зарядки емкости Сск параллельно резисторам подключены конденсаторы С. В момент первого скачка сопротивление конденсатора С близко к нулю, он шунтирует резистор и постоянная времени цепи резко уменьшается. Величину С выбирают порядка 5...200 пФ. В некоторых случаях требуется, чтобы триггер срабатывал от каждого запускающего импульса (по счетному входу) (рис. 158, б). Если
лампа Л1 заперта, а Л2— открыта, то на сетке лампы Л1 действует отрицательный потенциал, который запирает диод Д1, а на сетке лампы Л2 потенциал близок к нулю. Поэтому входной импульс отрицательной полярности проходит через диод Д2 на сетку лампы Л2 и переводит триггер в новое состояние. Теперь заперт диод Д2, следующий входной импульс поступает на сетку Л1 и т. д. Схема триггера на транзисторах приведена на рис. 158, в.
ТРИГГЕР ШМИТТА — разновидность компаратора, уровни включения и выключения которого не совпадают, а различаются на величину, называемую гистерезисом переключения.
ТРИОД — трехэлектродная электронная лампа, содержащая катод, анод и сетку (рис. 159). Назначение сетки — управлять электронным потоком лампы (анодным током). При включении триода создаются три цепи питания — накала, анода и сетки. Разность потенциалов между сеткой и катодом называется сеточным напряжением. В триоде электрическое поле между анодом и катодом создается не только анодным, но и сеточным -напряжением Uc. При этом действие сеточного напряжения
является более сильным, так как сетка расположена ближе к катоду и, кроме того, она ослабляет влияние анодного потенциала, действуя как экран в электрическом поле анода.
Если сетка не присоединена к источнику напряжения, то при наличии одного анодного напряжения электрическое поле будет однородным и распределение потенциала между анодом и катодом является линейным (рис. 160, а). Сетка будет иметь потенциал, равный потенциалу точек поля, в которых она находится, и не будет влиять на поле. Соединив сетку с катодом, сообщим ей нулевой потенциал. Потенциалы точек поля между анодом и катодом понизятся (рис. 160, б). Напряженность поля между катодом и сеткой уменьшится, т. е. уменьшится плотность линий напряженности поля и график распределения потенциалов пойдет ниже (один график показан для плоскости 1-1, проходящей через сечение витка сетки, другой — для плоскости 2-2, проходящей между витками). Сообщив сетке отрицательный потенциал (Uc <0), получим понижение потенциалов поля в пространстве, окружающем сетку (рис. 160, в). На ускоряющее поле, созданное анодным напряжением между катодом и анодом, наложится тормозящее поле сетки. Поэтому результирующее поле при постоянном анодном напряжении будет зависеть от величины отрицательного напряжения на сетке Uc. При небольшом отрицательном напряжении Uc результирующее поле будет еще ускоряющим и между анодом и катодом протечет ток /а. При некотором большом отрицательном напряжении, называемом запирающим, результирующее поле между катодом и сеткой становится тормозящим — лампа запирается, и анодный ток равен нулю. При положительном напряжении на сетке UQ > 0 на ускоряющее поле, созданное анодным потенциалом, накладывается ускоряющее поле сетки и напряженность поля между сеткой и катодом увеличивается — возрастают анодный и сеточный токи (рис. 160, г). Таким образом, влияние сеточного напряжения на анодный ток значительно превышает влияние анодного напряжения.
Рис. 159. Обозначение электронно-вакуумного триода
Рис. 160. Электрическое поле в триоде и распределение потенциалов в пространстве катод-анод
ТРУБЧАТЫЙ РАЗРЯДНИК — стекла, винипласта). Применяется для электрический аппарат для защиты защиты мест с ослабленной изоляцией
электроустановок от электрических пе- на ЛЭП и подходов к подстанциям
ренапряжений, в котором искровой про- 3...110 кВ; включается между проводом межуток расположен в трубке из газо- и заземленной конструкцией, генерирующего материала (фибры, орг-
У
УГЛОВАЯ ЧАСТОТА, круговая частота, циклическая частота — характеристика периодического колебательного процесса. Равна произведению частоты колебаний на угол 2л, <о = 2nf = 2л/ Т, где f и Т — частота и период колебаний. Выражается в рад/с.
УДАРНАЯ ИОНИЗАЦИЯ — от щепление под действием электрического поля электронов от нейтральных атомов и молекул диэлектрика. Приводит к пробою диэлектрика.
УДЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ — отношение произведения электрической проводимости проводника и его длины к площади поперечного сечения. В Международной системе единиц (СИ) выражается в См/м: о = 1/р.
УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — величина, обратная удельной электрической проводимости, р=1/о.
УДЕЛЬНЫЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ — величина, характеризующая мощность, идущую на нагрев диэлектрика в переменном электрическом поле, отнесенную к единице объема вещества:
Р = O,55E2e'tg0 • / • IO"12.
УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ — точка, в которой соединяется более трех проводов.
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ КОЛЛЕКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — двигатель, работающий от переменного и постоянного токов. Если присоединить двигатель к сети постоянного тока (рис. 161), то он будет работать как обычный двигатель последовательного возбуждения. При одновременном изменении направления тока в якоре и в обмотке возбуждения направление вращения якоря не изменится. Следовательно,
он будет вращаться и при подключении к сети переменного тока. Для уменьшения тепловых потерь при питании переменным током станина, якорь и полюсы выполнены из шихтованной листовой электротехнической стали. Дополнительных полюсов не имеют. Для уменьшения индуктивного сопротивления при работе на переменном токе под напряжением включается только часть обмотки возбуждения.
УСИЛИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ — устройство, предназначенное для усиления напряжения, тока или мощности электрических колебаний за счет энергии, питающей усилитель. Электронная лампа или транзистор в этом процессе играют роль управляющего элемента. Усилители электрических сигналов можно классифицировать по ряду признаков: диапазонам усиливаемых частот — усилители низкой частоты, высокой частоты постоянного тока; числу каскадов усиления — однокаскадные и многокаскадные; по роду усиливаемой величины — усилители напряжения, мощности, тока; типу применяемого управляющего элемента — электронные, транзисторные, параметрические.
В усилителях напряжения мощность выходных колебаний усиливается главным образом за счет усиления напряжения этих колебаний, мощность и ток — за счет усиления тока. Усилитель мощности является выходным или оконечным звеном в многокаскадных усилителях. По способу связи между каскадами различают три основных типа усилителей с гальванической, реостатно-емкостной и трансформаторной связью. Наиболее распространенные в промышленной электронике усилители характеризуются следующими основными параметрами: коэффициентом усиле
ния, диапазоном усиливаемых частот, выходной мощностью или выходным напряжением, чувствительностью и кпд. На рис. 162, а показана схема однокаскадного усилителя напряжения на электронной лампе. В анодной цепи лампы включены сопротивления нагрузки Ra и источник питания — анодная батарея — Еа. Сеточная цепь состоит из резистора /?с, внешнего источника переменного напряжения Z7BX, подлежащего усилению, и источника сеточного смещения Ес. Сопротивление /?с, называемое сопротивлением утечки, предназначено для отвода электронов, попавших на сетку, в цепь источника анодного питания. Рассмотрим процесс усиления переменного напряжения 1/вх При отсутствии входного напряжения получим в анодной цепи некоторый постоянный ток — ток покоя (рис. 162, б) /ао, величина которого определяется сопротивлением /?а, эдс Еа и Ес-
При появлении на входе усилителя переменного напряжения [7ВХ = U'c результирующее напряжение на сетке [7С будет состоять из двух слагающих U'c и Ес (рис. 162, в). В положительный полупериод результирующее напряжение достигнет минимума U'c min 4- (— Ес) = Uc min, а в отрицательный — максимума (с отрицательной полярностью)
max "Ь ( ^с) = max-
Малые изменения результирующего сеточного напряжения Uc вызывают достаточно большие изменения анодного тока, который при уменьшении отрицательного сеточного напряжения в первый полупериод увеличивается, а при увеличении отрицательного напряжения во второй полупериод уменьшается. Таким образом, постоянный анодный ток под воздействием незначительного переменного сеточного напряжения Uc становится пульсирующим, содержащим большую переменную составляющую. Анодный ток, проходя по сопротивлению А?а, создает в нем падение напряжения (рис. 162, г).
Ur — *а^а ~ 4о^а + «а^а ~ = UaR + UaR.
Рис. 161. Схема универсального коллекторного электродвигателя
Анодное напряжение Ua равно разности постоянной эдс Еа и падения напряжения в сопротивлении 7?а.'
Ua=Ea-UR = Ea-(UaR +U'aR) = = (Ea-uaR)-iraR.
Переменная составляющая анодного напряжения ( — U'a) является выходным напряжением (/вых, представляющим собой усиленное сеточное (входное) напряжение UB]l (рис. 162, д).
При отсутствии искажений кривая выходного напряжения повторяет кривую входного. Таким образом, сущность процесса усиления заключается в том, что при затрате весьма малой мощности переменного тока в цепи сетки в анодной цепи получают электрические колебания большой мощности.
Анодный ток ia и напряжение на активной нагрузке U'a R изменяются в фазе с напряжением на сетке Uc, а анодное напряжение Ua, или напряжение на выходе [7ВЫХ,— в противофазе с напряжением Uc.
Усилительный каскад с активной нагрузкой изменяет фазу напряжения на полпериода, или на 180°. Так как для анодной цепи Еа — Ua = /aRa, то анодный ток
• к. к. R. ‘
Рис. 162. Ламповый усилитель: а — схема; б, в, г, д — графики, характеризующие его работу при усилении переменных электрических сигналов
Зависимость анодного тока от анодного напряжения усилительного каскада представлена графической прямой, называемой нагрузочной. Она строится по двум точкам. Первая находится при /а = 0 (лампа заперта); отсюда Uа = — Еа. Откладывая по оси абсцисс напряжение Ua = Ea4 получим точку Б (рис. 163). Приравняв нулю анодное напряжение, получим Ia=Ea/Ra. Откладывая по оси ординат найденное значение тока, получим вторую точку В. Прямая, соединяющая точки Б и В, представляет собой нагрузочную прямую, т. е. Ia = f(Ua') при Еа= const,
Ra — const. Анодно-сеточную характеристику каскада можно построить по семейству статических анодных характеристик и нагрузочной прямой. На рис. 164 показан двухкаскадный реостатный усилитель. Режим работы триода определяется напряжениями источника питания Еа анодной цепи и сеточного смещения (7С 0, которое создается на катодном сопротивлении /?к. При работе триода в схеме усилителя напряжения необходимо, чтобы при любом значении входного напряжения потенциал сетки по отношению к катоду был отрицателен, так как при положительном потенциале сетки возникает сеточный ток, а созданное им падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника сигнала Rcl вызовет искажение сигнала. Резисторы Rcl и Rc2 обеспечивают передачу на сетки постоянного отрицательного потенциала напряжения Ц.о=—/а0/?к относительно катода. Кроме того, они обеспечивают стекание с сетки зарядов, попадающих на нее с катода. Сопротивления Rcl и Rc2 имеют значения от 100 кОм до 1 МОм, a Rai и Ra2 — 10 кОм. Конденсатор Spl является разделительным. Он устраняет прохождение постоянной составляющей тока нагрузки первого каскада через резистор Rc2. Следовательно, напряжение на сетке второго каскада Uc2 не зависит от постоянной составляющей тока в анодной цепи первого каскада. Разделительный конденсатор должен обладать для переменных составляющих тока сопротивлением, во много раз меньшим (10...50), чем /^2- Его емкость составляет 0,001...0,1 мкФ. Ее можно определить из соотношения
___1
<%СР1
0,05 R".
Входное переменное напряжение UBX вызывает в анодной цепи первой лампы пульсирующий ток. Постоянная составляющая этого тока проходит через выходной резистор Ra ।, но не может пройти через разделительный конденсатор Ср1 и резистор Rc2. Часть переменной составляющей анодного тока первой лампы проходит через конденсатор Ср1 и сеточный резистор Rc2 второй лампы и создает на нем напряжение, представ
ляющее собой выходное напряжение первого каскада UBbni = UBX • /Q. Оно в то же время является входным для второго каскада £7вых1 = UBx2, которое после усиления второй лампой поступает на выход усилителя UBblx2 = ^вх2^2 = = UBxiK\K2- в эквивалентной схеме усилителя (рис. 165) лампу заменяют генератором с эдс q>UBX и внутренним сопротивлением R(. Для цепи переменного тока источника питания постоянного тока в эквивалентной схеме можно считать замкнутыми накоротко. Поэтому анодное сопротивление Rai подключается непосредственно к этому генератору. Напряжение на резисторе /?а1 является выходным напряжением первого каскада. Через конденсатор CD1 оно подается на входной резистор второго каскада Rc2. Параллельно резистору Rc2 включена емкость Со, представляющая собой сумму выходной емкости каскада Сак|, входной емкости лампы Л2Сск2 и емкости проводов сеточной цепи См:
Со — С„к| 4- Сск2 4" См.
В диапазоне низких частот (200... 2000 Гц) влиянием емкостей Ср| и Со можно пренебречь и упростить эквивалентную схему (рис. 166). Заменив
/?а1 и Rc2 на /?э:
п _ __^а_1_^с2_
3 «а1+«с2’
определим коэффициент усиления каскада на средних частотах
= И Rc +Э /?э ’
Усилители на резисторах получили широкое применение вследствие ряда положительных свойств — незначительные нелинейные искажения, хорошая частотная характеристика, простота схемы, малые габариты и др. Их недостатком является большое падение напряжения на резисторе от постоянной составляющей анодного тока £7а0 = 4о^а и значительное напряжение источника питания.
В усилителях с трансформаторной связью (рис. 167) в
Рис. 163. Нагрузочная прямая на анодной характеристике
анодную цепь первой лампы включена первичная обмотка повышающего трансформатора Тр1. Под действием переменной составляющей анодного тока первой лампы Л1 во вторичной обмотке трансформатора Тр1 индуктируется эдс, которая воздействует на потенциал сетки второй лампы Л2. В анодную цепь второй лампы также включена первичная обмотка повышающего трансформатора Тр2, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке или к сетке лампы следующего каскада. Естественно, при трансформаторной связи разделительный конденсатор не требуется, так как анодная цепь первой лампы электрически не связана с сеточной цепью второй лампы и поэтому постоянная составляющая анодного тока не может проникнуть из первой цепи во вторую. Применение повышающего трансформатора позволяет сделать большим коэффициент усиления каждого каскада (по напряжению). Действительно, допустив, что ток холостого хода и потери в трансформаторе равны нулю, получим при входном напряжении трансформатора UBX — р(7с выходное напряжение, подведенное к сетке второй лампы:
— = U У ВХ. Т
^вых. т ^вх. т
XKT=nUcKv а коэффициент гл ^вых. т к=~и— =
усиления каскада
|1UCXT
-7^=^
6 В. К. Бензарь
Рис. 164. Схема двухкаскадного реостатного усилителя напряжения
Рис. 165. Схема замещения лампового усилителя
Рис. 166. Схема замещения усилителя для средних частот
Рис. 167. Схема двухкаскадного усилителя с трансформаторной связью
а — полная; б — для средних частот; в -- для высоких частот; г — частотная характеристика
Таким образом, применение повышающего трансформатора позволяет получить увеличение коэффициента усиления напряжения каскада. Коэффициент трансформации Кт междукаскадного трансформатора не превышает 3...5, так как увеличение его может вызвать рост магнитных потоков рассеяния и паразитных емкостей трансформатора, что в свою очередь может привести к снижению коэффициента усиления напряжения. Эквивалентные схемы одного каскада усиления на трансформаторе приведены на рис. 168. Лампа заменена генератором с эдс и внутренним сопротивлением 7?z. Первичная обмотка трансформатора представлена на схеме реактивным сопротивлением г1 и реактивным сопротивлением рассеяния wL,. Рабочий магнитный поток трансформатора обусловливает основную индуктивность L,. и соответственно реактивное сопротивление ioL. Все элементы схемы вторичной цепи трансформатора пересчитаны на первичную обмотку и обозначены соответствующими буквами со штрихами.
Вторичная обмотка на эквивалентной схеме определена активным сопротивлением г2 и индуктивностью рас
сеяния Lp2. Емкость С' = Со/<^ учитывается только на высоких частотах. При средних частотах можно пренебречь влиянием индуктивностей Lpl, Лр2 и вследствие чего схема упрощается (рис. 168, б). При высоких частотах (рис. 168, в) влиянием шунтирующей индуктивности L\ пренебрегают, а индуктивности рассеяния Лр1 и L 2 заменяют одной эквивалентной £р. При повышении частоты в контуре с Ар и Со возможен резонанс напряжений, что приводит к увеличению коэффициента усиления (рис. 168, г). Подключением шунта Р'ш параллельно конденсатору С'о выводят схему из резонанса (изменяют частоту контура LC) и устраняют пик в частотной характеристике усилителя.
Уменьшение частоты (в области низких частот) сопровождается уменьшением индуктивного сопротивления (о£|, приводящим к увеличению тока и падению напряжения на резисторе Rt и соответственно уменьшению выходного напряжения и коэффициента усиления. Наряду с достоинствами усилитель на трансформаторах (большой коэффициент усиления напряжения и меньшее анодное напряжение) обла-
Умножив числитель и знаменатель л 1 дроби на величину —, получим V
ц
Заменив — = S и p.S = G и обозначив
Ri
Ян отношение — = а коэффициентом на-
5
Рис. 169. Усилитель мощности: а — схема; б — эквивалентная схема
дает следующими недостатками: сложностью устройства, значительными искажениями сигнала, большими габаритами и массой.
Усилитель мощности является оконечным каскадом многокаскадного усилителя. Нагрузкой его может служить электромагнитное реле, динамик, обмотка электродвигателя и др. Схемы усилителей мощности и напряжения аналогичны друг другу, но требования, предъявляемые к ним, различны, так же как различны и элементы схем. Усилитель мощности должен развивать в заданной нагрузке наибольшую мощность (ток), причем нелинейные искажения не должны превышать допустимых норм. Простейшая схема каскада усиления мощности приведена на рис. 169, а, а эквивалентная схема — на рис. 169, б. Мощность, развиваемая переменным током в нагрузке,
₽. = у'Х =
я
грузки, получим
= ± Gt/2 ---------
2 вх (1 +
Таким образом, выходная мощность каскада зависит от добротности лампы G, входного напряжения £7ВХ, коэффициента нагрузки а. Для получения наибольшей мощности необходимо: применение по возможности большого входного напряжения, исключающего нелинейные искажения, и лампы с высокой добротностью G — у.8 или с большим коэффициентом усиления и крутизной; выбор оптимальной величины а.
При коротком замыкании нагрузки (7?н = 0 и а = 0), а также при отключении нагрузки (RH = 00 и а = со) мощность, развиваемая в нагрузке, равна нулю, так как в первом случае UH = 0, а во втором — /н = 0.
Для нахождения сопротивления нагрузки /?н, при котором мощность нагрузки имеет наибольшее значение, необходимо взять первую производную f(a), откуда получим
Следовательно, наибольшая мощность выделяется при RH = Rt.
При более подробном анализе получается, что целесообразно значение RH брать в два раза большим Rh что соответствует a = 2. В этом случае нагрузку включают непосредственно в анодную цепь. На практике часто встречается случай, когда RK <С Rt (например, нагрузкой "служит реле, обмотка
Рис. 170. Схема усилителя на пентодах
электродвигателя и др.). В этом случае для согласования применяют выходной понижающий трансформатор. Согласование заключается в подборе для каждой нагрузки такого коэффициента трансформации, при котором мощность в сопротивлении нагрузки /?н будет наибольшей.
Если коэффициент трансформации
£1
трансформатора
то сопро-
тивление нагрузки, приведенное к первичной цепи, /?'=#' = Величина /?' должна быть равна и при заданном /?и необходимый коэффициент трансформации определяется по формуле
При применении пентода в резисторном усилителе (рис. 170) защитная сетка СЗ соединяется с катодом лампы, а в цепь питания экранирующей сетки включается резистор /?э] и блокировочный конденсатор Сэ1. Величина этого сопротивления выбирается для получения заданного для данного режима напряжения на экранной сетке и обычно составляет сотни килоом.
Конденсатор Сэ1, емкость которого должна быть достаточно большой
—0,05 , служит для отвода
соСЭ1 /
переменной составляющей тока экран
ной сетки на землю, чтобы не изменять режима лампы.
УСИЛИТЕЛЬ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ — симметричный усилитель постоянного тока (напряжения) с двумя входами.
УСКОРЯЮЩЕЕ ПОЛЕ — поле, ускоряющее движение электронов.
УСТРОЙСТВО МАШИНЫ постоянного ТОКА. Машина состоит (рис. 171) из стальной станины 1 и вращающегося якоря 2. На станине при помощи болтов укреплены полюсы 3, на которых помещается обмотка возбуждения 4. По виткам №в обмотки проходит ток возбуждения /в. Мдс обмотки возбуждения, равная /ВЦ7В, создает магнитный поток , замыкающийся через полюсы (рис. 172, а). Последние собираются из стальных листов, заканчивающихся полюсными наконечниками /, форма которых определяет распределение магнитной индукции в воздушном зазоре (между полюсами и якорем). Якорь машины (рис. 172,6) представляет собой цилиндр, набранный из штампованных стальных листов, изолированных друг от друга и запрессованных на валу 2. В его пазы 3 укладываются провода обмотки якоря 4, соединяемые друг с другом по определенной схеме, последовательнопараллельное (смешанное) соединение. Обмотка якоря изолируется от пазов и крепится в них специальными клиньями или бандажами 6. На валу якоря помещается коллектор 5, к которому через щетки присоединяется внешняя цепь. Щетки (рис. 173) в форме уголь-
Рис. 171. Схема двухполюсной машины постоянного тока
£7
Рис. 172. Детали машины постоянного тока:
а — полюс; б — якорь
Рис. 173. Щетки якоря
ных или графитовых призм 1 помещены в обоймы 2 щеткодержателя. Последний крепится на специальном пальце (болте), проходящем сквозь отверстие 4 и установленном на подшипниковом щите машины изолированно от нее. Гибкие медные проводники 3 осуществляют контакт щеток с зажимами цепи якоря на изолирующем щитке, обозначенными буквами Я1 и Я2. Зажимы обмоток возбуждения, расположенные на том же щитке, обозначаются буквами Ш1 и Ш2 — параллельная (шунтовая); С1 и С2—последовательная (сериесная) и Д-Д — дополнительных полюсов.
Упрощенная схема обмотки якоря показана на рис. 174. Между двумя полюсами вращается якорь с шестью пазами, в которых помещены изолированные провода обмотки якоря в два слоя (пазы якоря не показаны). От коллекторной пластины 1 провод по переднему торцу якоря идет в верхний слой первого паза (за плоскость чертежа). Далее, по заданному торцу якоря (показано пунктиром) он попадает в нижний слой четвертого паза и, выходя оттуда по переднему торцу якоря, присоединяется к коллекторной пластине 2. От нее провод попадает в верхний слой второго паза и т. д.
Таким образом, обмотка состоит из секций, присоединенных к двум соседним коллекторным пластинам. Так как к каждой из них припаивается два провода — конец предыдущей секции и начало следующей за ней,— то число коллекторных пластин К должно быть равно числу секций обмотки якоря. Зная число К, можно определить число активных проводов, составляющих обмотку якоря N — = 2 Ц/с/<, где — число витков в секции.
Развертка цилиндрической поверхности якоря с обмоткой показана на рис. 175, а. Направление эдс, наведенных в активных проводах, найдено по правилу правой руки. Величина эдс, наведенных в каждой секции, е = = £Msin(of, а сумма всех эдс в замкнутой на себя обмотке равна нулю. Однако, обходя обмотку, например от первой коллекторной пластины в направлении эдс, .можно заметить, что у четвертой пластины эдс меняет знак.
Это служит признаком узла двух параллельных ветвей, образуемых относительно внешней цепи. Двигаясь далее по обмотке встречно эдс, у пластины 1 можно обнаружить второй узел, где эдс опять меняет направление. Таким образом, обмотка состоит из двух параллельных ветвей (2а-2) с двумя узлами. Узел у четвертой коллекторной пластины является точкой высшего потенциала «плюс», а у первой — низшего «минус». На эти пластины и ставятся щетки.
Величина напряжения между двумя щетками для момента времени, соответствующего положению якоря, равна
U1 = et е4 4“ ёч 4- е.5 + вз 4“ ев — = <?4 4- ^1 4~ ^5 4- ^2 4- ёб 4- ёз-
При повороте якоря на 60° полярность щеток и величина остаются прежними, так как шестой паз займет место первого, а первый — второго и т. д. При повороте якоря на угол, меньший 60° (например, 30°), положение обмотки будет аналогично показанному на рис. 175,6, где для упрощения влево смещены щетки, а не обмотка. Две секции при этом замкнуты накоротко, а в каждую из двух параллельных ветвей включено только по две секции. Напряжение в этот момент
U2 = ё\ 4- е4 4- еч 4- е5 =
= е4 4- е, 4- е5 4“ е2.
Таким образом, при вращении якоря напряжение на его зажимах постоянно по направлению, но изменяется по величине от U\ до <7г- Чем больше секций включено в каждую параллельную ветвь, тем меньше пульсации напряжения.
В современных машинах, где число секций велико, пульсации так малы, что напряжение U считается неизменным.
Замкнутые накоротко секции все гда двужутся в зоне геометрической нейтрали, где индукция Вб равна нулю или очень мала. Поэтому наведенная в секциях эдс также равна нулю или очень мала.
Рис. 174. Схема обмотки якоря
Рис. 175. Развернутая схема обмотки якоря
ф
ФАЗА. 1. В теории колебаний и волн (в частности, переменных токов) — величина, определяющая состояние колебательного процесса в каждый момент времени. 2. В электротехнике—одна из электрических цепей, входящая в состав многофазной цепи.
ФАЗНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ — на пряжение между началами и концами фаз или между каждым из линейных проводов и нулевым проводом в трехфазной цепи. Обозначаются UA, UB и Uc или Uq.
ФАЗОВЫЕ ИСКАЖЕНИЯ — изменение фазы электрического колебания на выходе усилителя электрических сигналов'относительно фазы колебания на его входе. Фазовые искажения вызываются реактивными элементами усилителя L и С.
ФАРАДА [от имени англ, физика М. Фарадея (1791 —1867)] —единица электрической емкости в Международной системе единиц (СИ). Обозначение — Ф. Фарада равна электрической емкости конденсатора, между обкладками которого при заряде 1 Кл возникает электрическое напряжение 1 В (см. Кулон и Вольт). 1 Ф=1Кл/1В; микрофарада (мкФ) равна 10-6 Ф; пикофарада (пФ) — 10“12 Ф.
ФЕРРИТЫ — ферромагнитные материалы типа керамика, получаемые спеканием смеси мелких порошков окис-лов железа, цинка, никеля и др. Имеют большое удельное сопротивление и малые потери на вихревые токи, поэтому применяются при очень высоких частотах (миллионы и сотни миллионов герц).
ФЕРРОМАГНЕТИКИ — материалы, обладающие большой магнитной проницаемостью. К ним относятся: сталь, железо, никель, кобальт, их сплавы и др. Магнитные свойства веществ зависят от магнитных свойств элементарных носителей магнетизма — движущихся внутри атомов электронов, а также от совместного действия их групп.
Электроны в атомах, двигаясь по орбитам вокруг ядра атома, образуют элементарные токи или магнитные диполи, которые характеризуются магнитным моментом Tfi. Величина его равна произведению элементарного тока I и элементарной площадки S (рис. 176), ограниченной элементарным контуром frn | = iS. Вектор 7ft направлен перпендикулярно к площадке S по правилу буравчика.
Магнитный момент тела представляет собой геометрическую сумму магнитных моментов всех диполей. Кроме орбитальных моментов, электроны, вращаясь вокруг своих осей, создают спиновые моменты, которые играют важную роль в намагничивании ферромагнетиков. В ферромагнетиках образуются отдельные самопроизвольные намагниченные области (от 10~2 до 10“6 см3), спиновые моменты которых ориентируются параллельно. Если ферромагнетик не находится во внешнем поле, то магнитные моменты отдельных областей разнонаправленны и суммарный магнитный момент тела равен нулю — ферромагнетик не намагничен. Внесение ферромагнетика во внешнее магнитное поле вызывает поворот магнитных моментов части областей в направлении внешнего поля и рост размеров тех областей, направления магнитных моментов которых близки к направлению внешнего поля. В результате ферромагнетик намагничивается. Зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля В == = f(H) нелинейна и изображается кривой начального намагничивания (рис. 177). Эту зависимость впервые открыл русский ученый А. Г. Столетов. Магнитная проницаемость ферромагнетика ц = В/Н непостоянна и зависит от напряженности магнитного поля. При работе в цепях переменного магнитного поля происходит периодическое перемагничивание ферромагнетика. При циклическом перемагничивании зависимость В = [(H) изображается замкнутой кривой — симмет-
ричной петлей гистерезиса. Построив для данного ферромагнетика несколько симметричных петель с разными Вм (рис. 178) и соединив вершины петель, получим основную кривую намагничивания.
ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР— стабилизатор напряжения переменного тока, использующий явление резонанса и магнитного насыщения обмотки трансформатора.
ФИЛЬТР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ -1. Выпрямителя — см. Выпрямитель. 2. LC- или /?6?-цепочки. Они пропускают заданную полосу частот и ослабляют все остальные, лежащие вне резонансной частоты фильтра.
ФОТОДИОД — полупроводниковый диод, в котором используется зависимость его характеристики от освещенности. Он имеет два электрода, разделенные р—n-переходом. Фотодиод может работать как с внешним источником питания — фотопреобразова-тельный режим, так и без него — генераторный режим (рис. 179). При освещении фотодиода создаются дополнительные пары электрон — дырка, часть которых, перемещаясь, достигает р—и-перехода. Здесь под действием электрического поля р—п-перехода дырки переходят в p-область, а электроны остаются в n-области, так как они не могут преодолеть потенциального барьера. Происходит накопление дырок в p-области и электронов в n-области. При этом между электродами устанавливается некоторая разность потенциалов, представляющая собой фотоэдс, которая может достигнуть 1В. При подсоединении сопротивления нагрузки /?и в цепи пойдет ток. В фотопреобразовательном режиме (рис. 179, г) напряжение источника приложено в обратном направлении. Без освещения через фотодиод проходит темновой ток, при освещении возникают пары электрон — дырка. Последние доходят до р—п-перехода и под действием электрического поля переходят в p-область. Ток в цепи возрастает и появляется световой ток. Изменение тока в цепи, зависящее от освещенности диода, вызывает в нагрузке падение напряжения, пропорциональное величине светового потока,
Рис. 176. Магнитный момент диполя
Рис. 177. Начальная кривая намагничивания стали
Рис. 178. Три петли гистерезиса
Рис. 179. Фотодиод:
а—устройство, б — обозначение; в — схема включения; г — схема включения при работе в фо-топреобразовательном режиме
действующего на фотодиод. Фотодиод, работающий в режиме фотопреобразования, подобен фоторезистору, обладающему большей интегральной чувствительностью. У кремниевых диодов типа ФД-К.1 она имеет значение 4...5, а у германиевых типа ФД-2—20... 25 мА/лм. Темновой ток ФД-К1 составляет 1...3, а ФД-2 -10 мкА.
ФОТОРЕЗИСТОР, фотосопротивление — двухэлектродный полупроводниковый фотоэлемент, который изменяет свою электрическую проводимость в зависимости от интенсивности и спектрального состава падающих на него лучей. Он применяется как детектор излучений в системах автоматического регулирования, фототелеграфии и т. д. Поглощение лучи стой энергии полупроводником, из которого состоит фоторезистор, вызывает ионизацию атомов и увеличение числа свободных носителей заряда электронов и дырок, что вызывает уменьшение его сопротивления. Фоторезистор представляет собой (рис. 180) стеклянную пластинку 1, на которую путем испарения в вакууме нанесен тонкий слой полупроводника 2, а по краям расположены два металлических электрода 3. Полупроводниковый слой покрывается прозрачным лаком для защиты от влаги. Пластину помещают в корпус с двумя выводами. Условное обозначение и схема соединения фоторезистора показаны на рис. 180, в. В качестве полупроводников применяют сернистый свинец (резистор типа ФСА), селенид кадмия (ФСД), сернистый кадмий (ФСК). Первый
применяется в инфракрасной, а остальные в видимой областях света. Через неосвещенный фоторезистор проходит малый ток (темновой), чему соответствует темновое сопротивление, которое для различных типов резисторов лежит в пределах от сотен килоом до нескольких мегоом. При освещении фоторезистора через него идет световой ток. Разность между темновым и световым токами называется фототоком (/ф = /св — /т). Фоторезистор имеет одинаковое сопротивление в обоих направлениях и может работать только от внешнего источника эдс. Характеристиками являются интегральная
или удельная чувствительность
5 /*
е __ ______ Ф
° и Фи
(порядка 2500...5000 мкА/(лм-В). Зависимость /ф =/(//) при Ф — const называется вольт-амперной характеристикой фоторезистора (рис. 180,6). Фоторезисторы обладают значительной инерционностью и сильной зависимостью от температуры. В полупроводниковых фотоэлементах под действием падающего света возникает фо-тоэдс. Работа фотоэлемента с запирающим слоем (ветильного) основана на использовании запирающего слоя между полупроводниками с различной проводимостью, (р и и). Поглощение лучистой энергии при освещении поверхности фотоэлемента вблизи р—
Рис. 180. Фоторезистор:
а — устройство; б — характеристики; в — схема включения
Рис. 181. Германиевый фотоэлемент
„ С бе тобой поток
Пластина п-про-, , . . . ,
Ведомости
Рис. 182. Кремниевый фотоэлемент
«-перехода вызывает ионизацию атомов кристалла и образование новых нар свободных носителей зарядов. Образующиеся электроны под действием электрического поля р—«-перехода (ZTnep) уходят в слой п, дырки — в слой р. Это приводит к избытку дырок в слое р и электронов в слое п. Возникающая фотоэдс между слоями р и п вызывает ток / во внешней цепи от электрода р и п. Величина этого тока зависит от количества электронов и дырок, а следовательно, и от светового потока.
Схема устройства германиевого фотоэлемента с запирающим слоем показана на рис. 181. Он состоит из пластинки германия 1 с «-проводимостью, в которую вплавлен индий 2. В процессе изготовления в пластинке германия, расположенной над индием, образуется область с р-проводимостью. На границе индия с германием и создается р—«-переход. Слой германия,
расположенный над индием, настолько тонок, что световые лучи свободно проникают в зону р—«-перехода. Корпус фотоэлемента выполнен из органического стекла и залит изолирующим компаундом 3, через который проходят выводы фотоэлемента.
Кремниевый фотоэлемент (рис. 182) состоит из пластины кремния с примесью, имеющей «-проводимость. На поверхность пластины путем диффузии в вакууме вводят примесь бора, образуя слой с р-проводимостью толщиной около 2 мкм. Фотоэлементы с запирающим слоем имеют высокую чувствительность (до 10 мА/лм). Батареи кремниевых фотоэлементов называют солнечными. Их применяют для непосредственного преобразования солнечной энергии в электрическую (кпд около 11%). Преимуществами полупроводниковых элементов являются экономичность (они не требуют источника внешнего тока) и долговечность.
Рис. 183. Схема фотореле на радиолампе
Рис. 184. Фотореле с фоторезистором:
а — при питании постоянным током; б — при питании переменным током
ФОТОРЕЛЕ — реле, которое реагирует на изменение оптической величины (освещенности, светового потока, частоты световых колебаний). Оно состоит из датчика оптической величины (фотодиод, вакуумный или газонаполненный фотоэлемент и др.) и электрического реле. Предназначено для сигнализации наличия светового потока. Фотореле (рис\ 183) состоит из фотоэлемента Ф, который управляет анодным током лампы Л. Ток, проходя по обмотке электромагнитного реле Р, вызывает его срабатывание (цепь управления или измерения включается или отключается). Так как интегральная чувствительность и токи фоторезисторов выше, чем у электронных и ионных фотоэлементов, то схемы реле,
как правило, не содержат усилителей, что значительно их упрощает. Фотореле, работающее от источника постоянного тока Е (рис. 184, а), состоит из последовательно соединенных резистора ФР и электромагнитного реле Р. Фотореле (рис. 184,6), работающее от источника переменного тока, отличается от предыдущего наличием полупроводникового диода В и конденсатора С, предназначенных для выпрямления.
ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ, фотоумножитель — фотоэлемент с внешним фотоэффектом, фототок которого усиливается за счет вторичной электронной эмиссии. Применяется в устройствах измерений слабых лучисты* потоков (до 10~® лм), счетчиках элементарных частиц, фототе
леграфных устройствах и многих других физических и технических приборах. В стеклянном баллоне (рис. 185) расположены катод К, анод А и ряд вторичных катодов — KI, К2 и т. д. Поверхность катодов покрыта эмиссионным составом. Каждый следующий друг за другом катод имеет потенциал примерно на 100 В выше предыдущего
и излучает вторичных электронов больше, чем первичных, его бомбардирующих. Отношение числа вторичных к первичным называется коэффициентом вторичной эмиссии о (значение 3...4). Выходной ток фотоумножителя с n-вторичными катодами — о"; максимальный выходной ток— 10...50 мА; чувствительность 100 А/лм.
X
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАМП, ТРАНЗИСТОРОВ, ДИОДОВ — основные электрические данные, характеризующие их работу в номинальном режиме.
ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА — источники электрического тока, образующегося за счет химической реакции (см. Батарея).
ХОЛОСТОЙ ХОД — движение ме ханизма или машины, при котором не совершается полезная работа.
ХРОНИЗАТОР (от греч. chronos — время) — устройство, с помощью которого обеспечиваются все необходимые временные соотношения при формировании запускающих, отсчетных и других жестко стабилизирующих во времени импульсов.
Применяется в радиолокационных станциях, передающих телевизионных станциях, системах многоканальной импульсной связи и т. д.
ц
ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ (рис. 186).
U
U = С/м sin to/; I = — = — sin и/ =
м r r
= 7Msin to/.
Ток изменяется синусоидально и совпадает по фазе с напряжением. Мгновенная мощность
Р = Ui = i2r = sin2 to/ = = /2 — /^cos 2<й/.
ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ИНДУКТИВНОСТЬЮ (рис. 187). При i = /м sin со/ в цепи с индуктивностью индуктируется эдс самоиндукции
е, = — L —— — — Л/„ tocos со/ =
L dt м
= ££msin (ю/-у).
Если г = 0, то и напряжение на зажимах цепи U eL — ir = 0.
U — —eL = LIM cos to/ и —
= //Mxsin (to/-|-y).
Ток отстает по фазе от напряжения на 1/4 периода (л/2) или опережает по фазе эдс eL на 1 /4 периода (рис. 187, б). Это вызывается тем, что индуктированная эдс eL пропорциональна скорости изменения тока по времени. Мгновенная мощность
Р = Ui — /7M/Mcos со/ sin и/ = /7/sin 2<й/.
a
Угт
Рис. 186. Цепь переменного тока
с активным сопротивлением:
а — схема; б — диаграмма 1, U\ в — диаграмма Р\ г — векторная диаграмма
Рис. 187. Цепь переменного тока с индуктивностью: а — схема; б — диаграмма /, U; в—диаграмма Р; г — векторная диаграмма
При нарастании тока, а следовательно, и магнитного потока независимо от его направления происходит накопление энергии магнитного поля
V, = 4 и2, = LP-
которая создается от генератора. Цепь работает в режиме потребителя, что соответствует положительному значению мощности в цепи. При уменьшении тока происходит уменьшение энергии магнитного поля, которая возвращается генератору цепью. Цепь работает в режиме генератора (значение мощности в цепи отрицательное). Активная мощность в цепи равна нулю, реактивная
4- иы/ы = соН7
Напряжение на индуктивности можно выразить через магнитный поток. Если все витки катушки пронизываются одним магнитным потоком, то амплитуда потокосцепления самоиндукции
Т = WM = Ыы,
а эдс самоиндукции
со LIU соФм
U = Е, =-----— = 2л/ —~ =
V2 л/2
= 4,44
ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ И ИНДУКТИВНОСТЬЮ (рис. 188, а). По второму закону Кирхгофа U eL = lr и напряжение на входе
di
U = ir~eL = ir + L~ = Ua + UL,
где Ua = ir — активное напряжение;
,, , di
UL = —eL = L — — реактивное напряжение.
Активное напряжение (рис. 188, 6)
Ua = ir =
изменяется синусоидально, совпадая по фазе с током. Амплитуда Uau —
Рис. 188. Цепь переменного тока с активным сопротивлением и индуктивностью
= 1иг, а действующее значение Uа = = 1г.
Реактивное напряжение (рис. 188, в)
U, = L^- = со A./ coscot = dt
= UL Msin (cot 4-у )
изменяется синусоидально, опережая ток по фазе на 90°. Амплитуда этого напряжения ULm = соЛ/м, действующее значение UL — со/./ = xLI. Напряжение на зажимах цепи
U = Ua 4- UL = Uu sin (cot + ср).
Полное сопротивление цепи z = = лА-2 4“ • По закону Ома для действующих значений цепи I=U/z (см. Треугольник напряжений, сопротивлений, мощностей).
Рис. 189. Схема последовательного соединения двух катушек
от напряжения на угол ф, который можно определить через его косинус или тангенс:
г xL
cos ф = — ; tg ф = —.
Активная, реактивная и полная мощности цепи двух катушек равны: Р= Ulcostp; Q=UIsin ф; S=UI.
ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ И ИНДУКТИВНОСТЬЮ (разветвленная). Ток в первой параллельной ветви(рис. 191)
U U
Мощность в цепи (мгновенная) Р = Ui = Ulcos q> — Ulcos [2wZ 4“ ф). Средняя мощность Р = Ulcosq> = = 1/я1 = 12г, реактивная Q = UJ = = ГУ/sin ф, полная S = UI.
Единица реактивной мощности вольт-ампер реактивный (вар), полной — вольт-ампер (В. А.). Отношение активной МОЩНОСТИ К ПОЛНОЙ Р/5=СО8ф называется коэффициентом мощности.
ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ И ИНДУКТИВНОСТЯМИ (неразвет-вленная) (рис. 189). Напряжения на активных сопротивлениях Ua\ = 1г[ и Ua2 = lr2 совпадают по фазе с током /.
Напряжения на реактивных сопротивлениях катушек ULl = lxLl и UL2 = ^XL2 опережают по фазе ток на 90°, а на зажимах неразветвленной цепи
и = -V(o.l + ^ + (^l-mt2F =
(правило треугольника напряжений) или U = /*\/г2 х2 = lz.
Полное сопротивление цепи
г = + 4 •
На рис. 190 оно изображено гипотенузой прямоугольного треугольника сопротивлений, который можно получить из треугольника напряжений. Ток в цепи I = U/z отстает по фазе
21 л/^ + 4>
отстает по фазе от напряжения на угол, который можно определить через х^ [
tg Ф = -----а во второй
ri
I - U - U
*2 —--------
Z‘2 V'i + *L2
на угол
Для упрощения расчетов разветвленных цепей ток каждой ветви раскладывается на слагающие: активная (/а) совпадает по фазе с напряжением, реактивная (/р) сдвинута по фазе от напряжения на угол 90°. Слагающие тока первой параллельной ветви (рис. 192)
, I U Г1
Zal = 7al COS(₽1 -----------
21 г\
Zpl =/1 31Пф1 ----------=
21 *1
U
= XLl =
где и — активная и реактивная проводимости. При построении
Рис. 190. Неразветвлеиная цепь переменного тока:
а — векторная диаграмма; б — треугольник сопротивлений
Рис. 191. Схема параллельного соединения двух катушек
Рис. 192. Векторная диаграмма разветвленной цепи переменного тока
векторной диаграммы вектор активной слагающей тока откладывается по направлению вектора напряжения, а реактивной индуктивной слагающей — под углом 90° в направлении вращения часовой стрелки. Замыкающий вектор треугольника токов представляет собой вектор тока первой ветви
h «
= U = Uy{,
где = — = д/я? + —полная про-
Z]
водим ость ветви.
Для второй параллельной ветви
Za2 ==/2C0S4)2; ;р2 ==/2sin’P2;
1 = + !р2-
Сумма активных и реактивных слагающих токов ветвей
/а = /а24-^а,; /р = /р| + /р2
Общий ток сдвинут по
фазе от напряжения на угол, тангенс которого равен /
tg Ф = -А • 7 а
Активная, реактивная и полная мощности равны
P=UIcosq>; Q = (//sin<p; S — Ul-
Рис. 193. Цепь переменного тока
с емкостью:
_ а — схема; б — график /, U\ в — график Р; г — сдвиг фаз ц между ( и U.
ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ЕМКОСТЬЮ. Если на зажимах конденсатора (рис. 193, а) напряжение (J = t/Msin cut, то на его обкладках заряд q — CU = Ct/Msin u>t и изменяется пропорционально напряжению.
Ток в цепи конденсатора i = da dU
= —> C — пропорционален скорости изменения напряжения и изменяется синусоидально, опережая по фазе напряжение на угол 90° (рис. 193, е);
dU dsin wZ
С----= CU ---------
dt м dt
= Ccot/cos a>t = /„sin l (о/ + -д-м м \ 2
а мгновенная мощность P = (7/sin2<ijZ. При нарастании напряжения цепь работает в режиме потребления, при уменьшении — в режиме генератора. Средняя мощность равна нулю, реактивная
Q=UI=W^.
ЦЕХОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ — комплект электрооборудования (трансформаторы, рубильники, предохранители и др.), предназначенный для питания электроэнергией цехов пред
приятий. Трансформатор (напряжение 0,4...0,23 кВ) и распределительный щит расположены в смежных помещениях. Проемы в нижней части камеры и вытяжная шахта в верхней обеспечивают охлаждение трансформатора. Энергия к нему подводится через кабель, разъединитель с рычажным приводом. Вторичные выводы через разъединитель с рычажным приводом соединены с шинами распределительного щита, к которым в свою очередь присоединены кабельные линии для питания освещения и шинопровод для питания электродвигателей. В каждой линии имеется предохранитель и рубильник, а в цепи шинопровода — воздушный автоматический выключатель. Шинопровод через отверстие в стене проходит в соседние производственные помещения.
ЦИКЛ в техник е — совокупность процессов в системе периодически повторяющихся явлений, при которых объект, подвергающийся изменению в определенной последовательности, вновь приходит в исходное состояние.
ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (ЦАП) — устройство для преобразования числа, выраженного в соответствующем коде, в аналоговый (непрерывный) сигнал.
ЦИФРОВАЯ ВЫЧИСЛИ ТЕЛЬНАЯ МАШИНА (ЦВМ)—вы
числительная машина, оперирующая с величинами, представленными в цифровой форме. В состав ЦВМ входят: центральное управляющее устройство (УУ), арифметическое устройство (АУ), запоминающее устройство (ЗУ), устройства ввода и вывода, пульт управления, а также внешние устройства для предварительной подготовки исходных данных и оформления результатов решения. Возможно подключение различных устройств сопряжения ЦВМ с каналами связи и устройств отображения информации. В зависимости от типа и назначения ЦВМ различается состав устройств (некоторые могут вообще отсутствовать) и их параметры. Отдельные устройства ЦВМ взаимосвязаны каналами передачи информации. В процессе работы ЦВМ используется информация двух видов: программа решения и исходные данные. Процесс решения задачи сводится к последовательному выполнению отдельных операций, каждая из которых производится по определенной команде, обычно в течение одного такта работы ЦВМ. Первичными носителями информации преимущественно служат перфорационные карты и ленты.
Основные параметры ЦВМ: быстродействие, разрядность, система команд и их адресность, состав запоминающих устройств и их информационная емкость, комплект устройств ввода-вывода данных, тип логических элементов, габариты, потребляемая мощность, стоимость, надежность. ЦВМ — важнейший элемент автоматической и автоматизированной систем
управления; широко применяется для научных и инженерных расчетов, обработки экономической информации, проектирования и технологических расчетов, накопления и обработки, а также поиска научно-технической информации, программированного обучения и др.
ЦИФРОВАЯ ЛАМПА — см. Неоновая лампа.
ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ — приборы для измерения электрических величин (напряжения, силы электрического тока и др.), у которых измеряемая величина индуцируется цифровыми индикаторами.
ЦОКОЛЕВКА ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ — схема соединения электродов электровакуумных приборов со штырьками. Обозначение электронной лампы состоит из четырех элементов: 1 — число, указывающее напряжение накала; 2 — буква — тип лампы (Д — диод, X — двойной диод, Ц — кенотрон); 3 — число — порядковый номер данного типа прибора; 4 — буква — конструктивное оформление (С — в стеклянной оболочке, диаметр больше 22,5 мм; К — в керамической оболочке; П — стеклянная, миниатюрная, диаметр 19 и 22,5 мм; Г — стеклянная сверхминиатюрная — свыше 10,2 мм; А — стеклянная сверхминиатюрная — до 8 мм; Р — стеклянная сверхминиатюрная — не более 5 мм; Н — металлокерамическая). Отсутствие четвертого элемента обознача-ния говорит о том, что лампа имеет металлическую оболочку.
ч
ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ — величина, равная отношению частоты вращения вращающегося тела ко времени. В Международной системе единиц (СИ) частота вращения выражается в с-1, внесистемные единицы частоты вращения — оборот в минуту (об/мин) и оборот в секунду (об/с).
ЧАСТОТА колебаний — количественная характеристика периодических колебаний, равная отношению числа циклов колебаний ко времени их совершения. Частота (в технике ее обозначают /) — величина, обратная периоду колебаний Т—f — \/Т. В Международной системе единиц (СИ) ее выражают в герцах (Гц).
Рис. 194. Тетрод:
а — устройство; / — управляющая сетка; 2— экранная сетка; 3— анод; 4— нить накала; 5—катод; 6— геттер; 7— вывод анода;
б — схема
Рис. 195. Влияние емкости «анод — сетка> на работу тетрода
В электротехнике — отношение числа полных циклов изменения силы переменного тока, электрического напряжения, магнитной индукции и т. д. ко времени.
ЧАСТОТА ТОКА в роторе — параметр, характеризующий скорость вращения ротора асинхронного двигателя (/Рот=/стат S’ гДе S —скольжение).
ЧАСТОТНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ — ис кажения формы электрического сигнала, обусловленные различным усилением слагающих напряжения различной частоты. Они оцениваются коэффициентом частотных искажений М, показывающим отношение коэффициента на
средних частотах Кср к коэффициенту усиления на данной частоте
KCD
ЧАСТОТОМЕР — прибор для измерений частоты колебаний, главным образом электрических. Относится к классу приборов с непосредственным отсчетом. Частотомер работает по принципу подсчета числа периодов измеряемого колебания, укладывающихся в один период колебания высокостабильного по частоте эталонного генератора, либо сравнения с известной частотой эталонных резонаторов или генераторов. Ферродинамические, электромагнитные и выпрямительные частотомеры выпускаются щитовые и переносные, показывающие и самопишущие на частоты 1...500 Гц; электродинамические и камертонные в виде переносных показывающих приборов — на частоты до 3 МГц; электронные цифровые — на частоты до 10 Гц. Вибрационные частотомеры применяют редко.
ЧЕТЫРЕХСЛОЙНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ — приборы с четырьмя чередующимися слоями ПП ср — п — р — п или п — р — п — р типами проводимости. В зависимости от числа выводов и способа включения в цепь используются в качестве переключающих вентилей — как управляемых (тиристоры), так и неуправляемых. Вольт-амперная характеристика содержит падающий участок, на котором сопротивление прибора имеет отрицательное значение. Приборы надежны, имеют большой срок службы, малую инерционность (до 0,1 мкс), работают при малых рабочих напряжениях.
ЧЕТЫРЕХЭЛЕКТРОДНАЯ ЛАМПА, тетрод — электронная лампа с катодом, анодом, управляющей и экранной сетками (рис. 194). Добавление к триоду второй сетки уменьшает проходную емкость лампы Са к Отрицательное влияние емкости заключается в том, что емкостное сопротивление триода 1/(в с увеличением частоты уменьшается и под действием переменного напряжения в сеточную цепь через эту емкость ответвляется анодный ток (рис. 195). Выходное напряжение
воздействует на вход лампы, создавая обратную связь, которая приводит к возникновению генерации или появлению значительных фазовых и частотных искажений. Управляющая сетка в тетроде редкая, поэтому отрицательное запирающее напряжение лампы большое, а анодно-сеточные характеристики сдвинуты влево; экранирующая — частая, поэтому она сильно экранирует катод от анодного поля. Поле получается слабым и влияние анодного напряжения на величину его напряженности уменьшается. Основное поле создается экранной сеткой, на которую подается положительный потенциал (напряжение t/c2 составляет обычно 50...100 % анодного), рис. 196. Часть электронов, проходя между витками экранирующей сетки, достигает анода, образуя анодный ток; другая — попадает на экранирующую сетку и образует ток экранной сетки /с2. Коэффициент усиления ц и внутреннее сопротивление Rt немного больше, чем у триода, а крутизна характеристики S примерно одинакова.
Сеточно-анодная характеристика тетрода представляет собой зависимость тока экранирующей сетки от анодного напряжения (рис. 197) при постоянных напряжениях на сетках. При нулевом значении анодного напряжения все электроны, прошедшие сквозь управляющую сетку, попадают на экранирующую, создавая ток экранной сетки /с2, так как она имеет положительный потенциал. Анодный ток равен нулю вследствие нулевого потенциала анода. При увеличении анодного напряжения до некоторого значения (~20 В) анодный ток растет, а ток экранной сетки уменьшается (участок /). При этом происходит перераспределение электронных потоков между анодом и экранирующей сеткой: первый — увеличивается, второй — уменьшается. Дальшейшее повышение анодного напряжения вызывает увеличение энергии электронов, приводящей к появлению вторичных электронов, (за счет бомбардировки первичными электронами поверхности анода). Образуется вторичная эмиссия анода. Вторичные электроны направляются к экранирующей сетке, имеющей больший потенциал, чем анод.
Рис. 196. Схема включения тетрода
Рис. 197. Анодная и сеточно-анодная характеристика тетрода
Поэтому анодный ток уменьшается, а ток экранной сетки /с2 увеличивается (участок 11). Явление уменьшения анодного тока при увеличении анодного напряжения, вызванного вторичной эмиссией, называется динатроннЫм эффектом. Он прекращается при равенстве анодного и сеточного напряжений. При анодном напряжении, большем напряжения на электронной сетке, вторичные электроны возвращаются на анод и анодный ток с ростом анодного напряжения увеличивается, а сеточный — уменьшается (участок 111). Для устранения динатронного эффекта применяется лучевой тетрод. В нем между экранной сеткой и анодом создается объемный заряд, тормозящий
вторичные электроны и возвращающий их на анод. Поэтому катод имеет плоскую форму, а управляющая и экранная сетки выполнены с одинаковым шагом намотки (витки расположены точно друг за другом). Между сеткой и анодом с боковых сторон укреплены две лучеобразующие металлические пластины, соединенные с катодом лампы. Электроны, летящие на анод, формируются в плотные плоские электронные лучи, проходящие между витками сеток. Причем лучеобразующие пластины преграждают путь электронным лучам с боковых сторон, концентрируя их в областях цилиндрических частей анода. В результате концентрации электронных потоков в пространстве между сеткой и анодом образуется отрицательный объемный заряд, устраняющий динатронный эффект.
ЧИСЛО ПАЗОВ СТАТОРА — величина, рассчитываемая по формуле z = 2pmq, где р — число полюсов машины, т — число фаз; q=l, 2, 3, 4, 5 (задается при расчете машины).
ЧИТАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО — устройство для автоматического распознавания цифр, букв и других символов печатного или написанного от руки текста с последующим кодированием считанных данных для ввода в вычислительные и информационные машины.
Аппаратура устройства состоит из блоков развертки изображения и опознавания. Читающие устройства характеризуются скоростью чтения и опознавания, видом распознаваемого алфавита, методами опознания.
ш
ШАГОВОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
электрическое напряжение, под которым оказывается человек, стоящий вблизи заземляющего устройства и прикасающийся к его элементам в момент прохождения тока КЗ через заземление. Зависит от силы тока КЗ, сопротивления заземляющего устройства и расположения заземлителей. Чтобы обезопасить человека от действия высокого шагового напряжения, нормируют максимально допустимое сопротивление заземляющего устройства.
ШАРОВОЙ РАЗРЯДНИК — электрическое устройство, состоящее из двух изолированных друг от друга металлических шаров. Применяется в качестве искрового промежутка для защиты
электрических аппаратов при перенапряжениях. Используется также для измерений высоких напряжений (до нескольких МВ).
Измеряемое напряжение определяется максимальным расстоянием, при котором происходит пробой между шарами шарового разрядника.
ШУНТ (англ, shunt — ответвление) в измерительной технике — электрическое сопротивление, подключаемое параллельно электроизмерительному прибору для расширения пределов измерений силы тока, мощности, энергии, когда затруднительно или нецелесообразно весь измеряемый ток пропускать через измерительный прибор.
щ
ЩЕТКИ — токосъемник якоря машин постоянного и переменного токов.
ЩИТ ДИСПЕТЧЕРСКИЙ — устройство в виде одной или нескольких вертикальных панелей, иногда в сочетании с пультом, на которых располагаются мнемонические схемы, индикаторы состояния оборудования, измерительные приборы, аппаратура связи, а также органы дистанционного управления объектами. Применяется
при централизованном контроле за производственными процессами и управлении ими, часто с использованием средств телемеханики.
ЩИТОВОЙ ПРИБОР — измерительный прибор (показывающий или регистрирующий), конструкция которого позволяет укреплять его на диспетчерских щитах и пультах, контрольных стойках, шкафах электрических установок и т. п.
э
ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ЕМКОСТЬ — общая емкость нескольких, соединенных различными способами, конденсаторов.
ЭКРАНИРУЮЩАЯ СЕТКА — электрод у тетрода и пентода, расположенный между управляющей сеткой и анодом, на который подается положительный потенциал (см( Тетрод, Пентод).
ЭКСИТРОН — ртутный вентиль с вспомогательным анодом возбуждения (см. Ртутный вентиль).
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДИПОЛЬ — пара разноименных точечных зарядов, расположенных друг от друга на небольшом расстоянии (рис. 198).
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ — см. Емкость.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ — система из проводов, по которым передается электрическая энергия.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА — машина, в которой происходит преобразование механической энергии в электрическую переменного тока (генератор), или электрической энергии переменного тока в механическую (двигатель), либо электрической энергии в электрическую другого рода, другого напряжения или частоты (преобразователь) .
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОСТОЯННАЯ—скалярная величина 1/36л10 9
Ф/м, которая входит в уравнение законов электрического поля при записи этих уравнений в так называемой рационализованной форме (см. Закон Кулона).
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ — величина, обратная электрическому сопротивлению. В Международной системе единиц (СИ) выражается в См (сименсах).
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ГАЗЕ, газовый р а з р я д — прохождение электрического тока в газе под действием электрического поля. Для его возникновения и поддержания необходимо, чтобы в газе непрерывно образовывались носители тока — свободные электроны и ионы. Если электрическая проводимость газа целиком обусловлена действием внешнего ионизатора, то газовый разряд называется несамостоятельным. Электрический разряд в газе, продолжающийся после удаления всех внешних ионизаторов, называется самостоятельным.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК — всякое упорядоченное движение электрических зарядов (заряженных частиц или тел). Свободные электроны в металлическом проводнике (проводник первого рода) при отсутствии внешнего электрического поля находятся в состоянии беспорядочного движения, и количество электричества, переносимо-
Рис. 198. Электрический диполь
го через какое-либо поперечное сечение проводника, в среднем равно нулю. При наличии в проводнике электрического поля напряженностью E—U/1, направленного вдоль провода, на свободные электроны действуют силы этого поля и они приобретают ускорение в направлении, противоположном направлению поля. На беспорядочное движение электронов накладывается равномерно ускоренное движение в указанном направлении. Это движение происходит до тех пор, пока электрон не столкнется с ионом кристаллической решетки металла провода. Затем процесс повторяется вновь. Таким образом, при наличии в проводе продольного электрического поля через любое поперечное сечение провода будет проходить определенное количество электричества. В проводниках второго рода — электролитах — носителями электрического тока являются ионы раствора.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ — совокупность устройств и элементов, предназначенных для прохождения в них электрического тока. Состоит из источников питания, приемников энергии или потребителей и проводов. Изображается электрической схемой. В качестве источников питания применяются генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую, а также аккумуляторы и первичные элементы (химические источники тока), преобразующие химическую энергию в электрическую. К потребителям электроэнергии (приемникам) относятся электродвигатели, которые превращают электрическую энергию в механическую; электролитические ванны для получения чистых металлов — электрическую энергию в химическую;
лампы накаливания, нагревательные устройства — электроэнергию в световую, тепловую и др. Напряжение от источника питания к потребителям передается по проводам. В электрических цепях применяется также коммутационная аппаратура — рубильники, выключатели, контакторы; приборы защиты — плавкие предохранители, реле; устройства автоматики, измерительные приборы и др.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — одна из форм проявления электромагнитного поля. В отличие от магнитного поля электрическое действует как на движущиеся, так и на неподвижные электрические заряды (заряженные частицы или тела). Количественной характеристикой его служит напряженность электрического поля.
ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — материалы с большим электрическим сопротивлением. Применяются для изоляции проводников и узлов электрооборудования, радиотехнической аппаратуры и др., а также в качестве диэлектриков в конденсаторах и других элементах электронной техники. 11 од разделяются на газообразные. жидкие и твердые диэлектрики.
ЭЛЕКТРОИНСТРУМЕНТ ручные машины, привод которых осуществляется от электродвигателя. Основные виды электроинструмента: дрели, шлифовальный инструмент, пилы, ножницы, гайковерты, лобзики, долбежники, шуруповерты, перфораторы, отбойные молотки, рубанки, трамбовки, а также вспомогательное оборудование — заточные станки, точила и т. д.
ЭЛЕКТРОМАГНИТ — искусственный магнит, у которого магнитное поле возникает и концентрируется в ферромагнитном сердечнике вследствие прохождения по охватывающей его обмотке электрического тока. Применяется для создания магнитного поля в электрических машинах и аппаратах, для подъема грузов (подъемные электромагниты) и др.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ (открыта в 1831 г. английским физиком М. Фарадеем) — возникновение электродвижущей силы в проводнике, движущемся в магнитном поле или в замкнутом приводящем контуре при изменении его потокосцепления
(вследствие движения контура в магнитном поле или изменения самого поля). Возникающая при этом эдс носит название эдс электромагнитной индукции. Она пропорциональна величине магнитной индукции поля, в котором движется проводник, длине провода и скорости его движения в направлении, перпендикулярном к магнитным линиям. Явление электромагнитной индукции используется в электро- и радиотехнических устройствах: генераторах, трансформаторах, дросселях и др.
ЭЛЕКТРОМЕТР (от электро... и греч. metreo — измеряю) — чувствительный электростатический ’ прибор с тремя электродами для измерений весьма малых постоянных и переменных напряжений, силы тока, емкости, мощности и т. п. Действие электрометра основано на измерении силы взаимодействия между заряженными пластинами (электростатические силы). В зависимости от назначения он имеет различные схемы соединения электродов.
ЭЛЕКТРОН — стабильная элементарная частица с единичным отрицательным элементарным электрическим зарядом.
ЭЛЕКТРОПРИВОД— электромеханическое устройство для приведения в движение механизмов или машин, в котором источником механической энергии служит электродвигатель. Состоит из одного или нескольких электродвигателей, передаточного механизма и аппаратуры управления.
ЭЛЕКТРОСВАРКА — сварка, при которой свариваемые части нагреваются электрическим током. Различают электродуговую сварку и контактную электросварку. По сравнению с другими видами сварки электросварка нашла наибольшее применение почти во всех отраслях промышленности для изготовления неразъемных соединений из сталей и других конструкционных материалов.
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА — наука о применении электрической энергии в практических целях, а также отрасль техники, осуществляющая применение электрической энергии во всех отраслях хозяйства, в военном деле, быту. Электротехника изучает и систематизирует
законы, которым подчиняются электрические явления.
ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — испускание электронов веществом. Используется в электровакуумных приборах.
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОСЦИЛЛОГРАФ — электронный прибор, предназначенный для записи и визуальных наблюдений формы электрических сигналов. Основной частью его является электронно-лучевая трубка с электростатическим отклонением луча. Для получения кривой исследуемого напряжения U оно подводится к вертикально отклоняющим пластинам У. К горизонтально отклоняющим пластинам X подводится напряжение развертки Up (пилообразное), период которого равен периоду исследуемого напряжения или в целое число раз больше его. В начальный момент времени /] напряжение развертки равно нулю. Затем оно увеличивается пропорционально времени, достигая в конце периода максимального значения (7тахр исследуемой величины. Это напряжение при отсутствии исследуемой величины вызовет перемещение электронного луча по экрану с постоянной скоростью по прямой из одной точки в другую. Если одновременно на электронный луч будет действовать еще и электрическое поле вертикально отклоняющих пластин у, созданное исследуемым напряжением, то электронный луч под влиянием этого поля, кроме того, будет отклоняться по экрану в вертикальном направлении на величину, пропорциональную мгновенному значению исследуемого напряжения. Следовательно, электронный луч в течение периода вычертит на экране кривую исследуемой величины. Достигнув максимального значения вспомогательное напряжение развертки мгновенно падает до нуля, а электронный луч перемещается по прямой в исходную точку. Затем вспомогательное напряжение снова начинает увеличиваться пропорционально времени, и электронный луч в течение второго и последующих периодов повторяет свое движение. Световая инерция экрана способствует получению на нем устойчивой кривой исследуемой величины. Однако для этого необходимо,
Рис. 199. Устройство электронно-лучевой трубки:
/— электронный прожектор; 2— колба; 3— отклоняющие пластины; 4— электронный луч; 5— экран
чтобы отношение периодов пилообразного и исследуемого напряжений составляло целое число. Если это отношение равно п, то на экране будет п периодов исследуемой величины. Чувствительность обеих пар отклоняющих пластин к напряжению мала, поэтому исследуемое напряжение сначала усиливают, а затем подводят к пластинам. Осциллографы имеют два канала усиления — для пластин X и Y.
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ТРУБКА — электровакуумный прибор, в котором для световой индикации, коммутации и других целей используется тонкий электронный луч (пучок электронов). Она служит для преобразования движения электронного луча под действием электрического сигнала в световой сигнал. Электронно-лучевая трубка состоит (рис. 199) из следующих основных частей: стеклянного баллона, в котором создается вакуум; устройства для получения узкого электронного луча (электронный прожектор); отклоняющей системы — для перемещения электронного луча по экрану; экрана трубки, светящегося под воздействием электронного луча. Разновидностью электронно-лучевой трубки является осциллографическая трубка (рис. 200), предназначенная для исследования быстропротекающих периодических и других процессов. Это стеклянный баллон в форме колбы, в которой создается высокий вакуум. Электронный прожектор состоит из подогревного оксидного катода К, управляющего электрода или модулятора М и системы электродов А], А2, фокусирующих электронный луч на экране. Катод
(рис. 201) имеет вольфрамовый подогреватель /, расположенный внутри никелевого цилиндра 2, на торцевой части 3 которого с наружной стороны нанесен оксидный слой 4, что способствует излучению электронов в одном направлении. Катод окружен модулятором — цилиндрическим электродом с отверстием в торце. Модулятор служит для регулирования количества электронов в луче и его начального формирования; имеет небольшой отрицательный потенциал относительно катода. Электроны, вылетевшие из катода (например, из точки а в направлении аа) (рис. 202), под действием электрического поля между катодом К и модулятором М изменяют свое направление и будут перемещаться к бв (т. е. отклоняются электрическим полем к оси луча). Если увеличить отрицательный потенциал модулятора, то часть электронов получит еще большее отклонение и не пройдет через отверстие. Таким образом, изменяя потенциал модулятора, можно регулировать количество электронов в луче (яркость пятна на экране). Пройдя модулятор, электроны опять будут отклоняться от оси луча. Дальнейшая фокусировка луча выполняется анодамиА| и А2. Первый — цилиндрический с двумя диафрагмами, второй — с одной или без диафрагм вообще. Оба анода имеют положительные потенциалы относительно катода (первый — 0,2...0,5, второй — 1...2 кВ. Электроны, попавшие в электрическое поле, созданное между двумя анодами, отклоняются им в направлении к оси луча и получают ускорение в направлении их движения. Следовательно, поле между анодами действует на электронный луч как собирательная линза, фокусируя его в точке, лежащей на оси трубки вблизи экрана Э или на самом экране. На экране будет видно очень маленькое светящееся пятно (точка). Фокусировка луча производится регулировкой потенциала первого анода. Электронный луч, попадая на экран, отдает ему свою энергию, одна часть которой превращается в световую, а другая передается электронам экрана, вызывая вторичную эмиссию. Вторичные электроны улавливаются проводящим графитовым слоем (авкадагом), покры-
Рис. 200. Осциллографическая трубка и схема ее включения
Рис. 201. Катод электронно-лучевой трубки
Рис. 203. Отклонение электронного луча отклоняющими пластинами
вающим частично внутреннюю цилиндрическую и коническую части колбы, соединенным со вторым анодом. Отклоняющая система предназначена для отклонения электронного луча. Она состоит из двух пар металлических пластин, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Первая пара пластин служит для отклонения луча в вертикальной плоскости и называется вертикально отклоняющими пластинами; вторая — отклоняет луч в горизонтальной плоскости и называется горизонтально отклоняющими пластинами. Прилагая электрическое поле между пластинами, можно получить отклонение луча. Приложив к откло
няющим пластинам (рис. 203) постоянное напряжение (J, получим между ними электрическое поле, которое вызовет отклонение луча. Луч встретится с экраном в другой точке, отстоящей от осевой линии на расстояние
А = 0,5
0,5
UI
Uab
"Ll
иаь L'
где Ua — анодное напряжение; Ь — скорость электрона; /— длина пробега
электрона; L — расстояние от плоскости отклоняющих пластин до экрана. Отклонение электронного луча на экране при изменении напряжения на отклоняющих пластинах на 1 В называется чувствительностью трубки к напряжению
h LI
Экран трубки покрыт люминофором — веществом, способным светиться под действием электронной бомбардировки. Наиболее часто применяют виллемит — силикат цинка Zn2SiO2, активированный марганцем, дающий желто-зеленый цвет свечения. Для фото
графирования осциллограмм изображений с экрана используются люминофоры с голубым или синим свечением, например вольфрамат кальция CAWO4. Экраны с длительным послесвечением, позволяющие наблюдать изображение в течение десятков секунд после выключения трубки, выполняются двухслойными.
ЭНЕРГОСИСТЕМА, энергетическая система — объединение электростанций, связанных через ЛЭП между собой и с потребителями энергии. В состав энергосистемы входят тепловые, атомные и гидроэлектрические станции, ЛЭП, электрические подстанции, тепловые и электрические сети, приемники тепловой и электрической энергии.
Я
ЯКОРЬ — подвижная часть электрической машины (обычно постоянного тока), в обмотках которой при вращении индуцируется эдс. На валу якоря устанавливается сердечник из листов электротехнической стали с пазами для укладок обмоток. Концы обмоток соединяются с пластинами
коллектора, посредством которого через щетки происходит соединение обмоток якоря с внешней цепью. От типа и формы якоря зависят многие характеристики электрической машины постоянного тока — мощность, быстродействие, точность регулирования и др.
ТАБЛИЦЫ ЕДИНИЦ МЕЖДУНАРОДНОЙ СИСТЕМЫ (СИ)
Таблица 1
Основные единицы СИ
Величина Размерность Единица
наименование обозначение
русское международное
Длина L метр м m
Масса М килограмм кг kg
Время Т секунда с s
Сила электрического / ампер А А
тока
Термодинамическая е кельвин К К
температура
Сила света ] кандела кд cd
Количество вещества N моль моль mol
Дополнительные единицы СИ
Таблица 2
Величина Размерность Единица
наименование обозначение
русское международное
Плоский угол
Телесный угол
радиан рад rad
стерадиан ср sr
Таблица 3
Производные единицы СИ, имеющие собственные наименования
Единица Выражение производной единицы
Величина наименование обозначение через другие единицы СИ через основные единицы СИ
Частота герц Гц — с-1
Сила ньютон Н — м • кг • с~2
Давление паскаль Па Н/м2 — 1 — 2 М • КГ • С
Энергия, работа, количест- джоуль Дж Н • м 2 — 2 м • кг • С
во теплоты
Мощность, поток энергии ватт Вт Дж/с м2 • кг•с-3
Количество электричества, электрический заряд кулон Кл А • с с • А
Электрическое напряжение, электрический потен- вольт В Вт/А м2 • кг • с-3 X ХА"1
циал
Электрическая емкость фарада Ф Кл/В м ~2•кг-1 X X с4 • А2
Электрическое сопротивление ом Ом В/А м2 • кг • с-3 X X А“2
Электрическая проводимость сименс См А/В м"’2 • кг- 1 X X с3 • А2
Поток магнитной индукции вебер Вб В • с м2 • кг • с~2 X
X А-'
Магнитная индукция тесла Т Вб/м2 кг • с 2 • А“1
Индуктивность генри Г Вб/А м2 • кг • с-2 X ХА"2
Световой поток люмен лм кд • ср
Освещенность люкс лк м “2 • кд • ср}*
Активность нуклида беккерель Бк Bq с-1
Доза излучения грэй Гй Gy м2 • с 2
* В эти два выражения входит, наравне с основными единицами СИ, дополнительная единица — стерадиан.
Таблица 4
Важнейшие производные единицы СИ для электричества и электротехники
Величина Размерность Единица
наименование обозначение
русское международное
1 2 3 4 5
Плотность электриче- L-2/ ампер на А/м2 А/т2
ского тока (поверхностная) квадратный метр
Линейная плотность электрического тока L-'/ ампер на метр А/м А/т
Количество электричества, электрический заряд Т1 кулон Кл С
Объемная плотность L~3T1 кулон на ку- Кл/м3 С/т3
электрического заряда бический метр
Линейная плотность L~'T1 кулон на Кл/м С/т
электрического заряда метр
Поверхностная плот- L~2T1 кулон на Кл/м2 С/т2
ность электрического за- квадратный
ряда метр
Электрическое напряжение, электрический потенциал, разность электрических потенциалов, электродвижущая сила Ь2МТ~3Г' вольт В V
Напряженность электри- LMT~3l~' вольт В/м V/m
ческого поля на метр
Электрическая емкость L~2M'T4‘2 фарада Ф F
Электрическое сопротив- L2MT~3l~2 ом Ом Й
ление
Удельное электрическое сопротивление L3MT~3r2 ом-метр Ом • м й • т
Электрическая проводи- L~2M~'T3!2 сименс См S
мость
Удельная электрическая L-3M~'T3l2 сименс См/м S/m
проводимость на метр
Магнитный поток Ь2МТ~2Г' вебер . Вб Wb
Магнитная индукция МТ~2Г' тесла Т Т
Магнитодвижущая сила / ампер А А
Напряженность магнит- L~7 ампер А/м А/т
ного поля на метр
Индуктивность, взаимная индуктивность Ь2МТ-2Г2 генри Г Н
Магнитное сопротивле- l~2m-{t2i2 ампер А/Вб A/Wb
ние на вебер
Окончание табл. 4
1 2 3 4 5
Магнитная проводимость £2МГ-2/-2 вебер на ампер Вб/А Wb/A
Электромагнитная энергия L2MT~2 джоуль Дж J
Активная мощность L2MT~3 ватт Вт W
Реактивная мощность l2mt~3 вар вар var
Полная мощность L2MT~3 вольт-ампер В • А V-A
Магнитная поляризация МТ'Ч' тесла Т Т
Угол магнитных потерь — радиан рад rad
Спектральная плотность l+mt~2 ватт на герц Вт/Гц W/Hz
мощности шумового радиоизлучения
Валентин Кузьмич Бензарь
СЛОВАРЬ-СПРАВОЧНИК ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ, ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ И АВТОМАТИКЕ
Зав. редакцией Р. И. Масловский
Редактор А. Л. Подгайская
Обложка Р. Р. Сергеева
Худож. редактор А. Г. Звонарев
Техн, редактор Г. М. Романчук
Корректоры Л. А. Шлыкович, Т. К- Хваль, Л. А. Еркович
ИБ № 1915
Сдано в набор 14.01.85. Подписано в печать 29.10.85. АТ 18800. Формат 60x90'/и Бумага офс. № 1. Гарнитура литературная. Офсетная печать. Усл. печ. л. II. Усл. кр.-отт. 11,5. Уч.-изд. л. 14,45. Тираж 20 000 экз. Зак. 1090. Цена 1 р. 10 к.
Издательство «Вышэйшая школа» Государственного комитета БССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 220048. Минск, проспект Машерова, 11.
Минский ордена Трудового Красного Знамени полиграфкомбинат МППО им. Я. Коласа. 220005, Минск, ул. Красная, 23.