/
Author: Штерн М.И. Ванюшин М.Б.
Tags: электротехника кибернетика самоучитель электротехнические устройства электродвигатели бытовая электроника
ISBN: 978-5-94387-893-0
Year: 2021
Text
Ванюшин М.Б., Штерн М.И.
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ОТ АЗОВ ДО СОЗДАНИЯ
ПРАКТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Наука и Техника, Санкт-Петербург
УДК 621.314:621.311.6
ББК 32.816
Ванюшин М.Б., Штерн М.И.
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств. - СПб.: Наука и
Техника, 2021. - 544 с., илл.
ISBN 978-5-94387-893-О
. Книга посвящена электротехнике, определяющей сегодня нашу повседневную жизнь.Это инте
рактивный самоучитель для начинающих свой путь в электротехнику: от изучения основ в ходе
экспериментов до практических работ по созданию законченных устройств и систем. В книге нет
«теории ради теории>►• Изложено самое необходимое. Это позволит чувствовать себя уверенно
при практической работе с электротехникой.Есть в книге и необходимые базовые формулы, без
которых не понять принципа работы электротехнических устройств.
В практической части книги рассмотрены: монтаж электросчетчиков, создание квартирных
электрощитков, практические схемы управления современным освещением, ТЭНами, а также
коммутационными устройствами, обеспечивающими безопасную эксплуатацию электродвига
телей и многое другое.
Большой практический раздел посвящен интерактивным калькуляторам, позволяющим быстро
произвести необходимые расчеты электропроводки, элементов защиты сети, освещения дома и
квартиры, ТЭНов, бытовых электродвигателей.
В необходимЬ1х местах по тексту книги стоятQR-коды, предназначенные для мгновенного перехода
к необходимым ресурсам (онлайн видео, интерактивному калькулятору, справочной информа
ции). Приложение «Сканер QR и штрих-кодов>►, запущенное на смартфоне (планшете), позволяет
быстро перейти по необходимой ссылке при наведении гаджета на QR-код по ходу чтения книги.
Книга предназначена для широкого круга читателей: школьников, студентов радиотехнических
специальностей, радиолюбителей.
Автор и издательство не несут ответственности за возможный ущерб,
причиненный в ходе использования материалов данной книги.
Контактный телефон издательства
( 812) 412-70-26
Официальный сайт: www.nit.com.ru
ISBN 978-5-94387-893-О
© Ванюшин М.Б., Штерн М.И.
© Наука и Техника (оригинал-макет)
ООО «Наука и Техника».
Лицензия № 000350 от 23 декабря 1999 года.
19В097, г. Санкт-Петербург, ул. Маршала Говорова, д. 29.
Подписано в печать 12.07.2021. Формат 70•100 1/16.
Бумага газетная. Печать офсетная. Объем 34 п. л.
Тираж 1000 экз. Заказ № 6В33.
Отпечатано с готовых файлов заказчика
в АО «Первая Образцовая типография»
филиал «УЛЬЯНОВСКИЙ ДОМ ПЕЧАТИ»
4329В0, Россия, г. Ульяновск, ул. Гончарова, 14
СОДЕРЖАНИЕ
QR-коды - как их использовать в книге ....................... 15
Для чего используются QR-коды ............. . ................
Виды QR-кодов ......................·.......................
Распознавание QR-кодов на мобильных устройствах Apple......
Распознавание QR-кодов на мобильных устройствах с Android ..
15
16
16
17
Шаг 1. ПЕРВОЕ ЗНАКОМСТВО С ЭЛЕКТРИЧЕСТВОМ .............. 19
Глава 1. Как открыли электричество........................... 20
Что такое электричество и откуда оно возникает? ........... . .. 20
Несколько важных исторических шагов .......... . .......... . . 21
Электричество в мировой культуре и мифологии ............... 27
Глава 2. Электричество в животном мире ...................... 31
Откуда у рыб электричество?.................................
Направление ударов электрического тока у рыб ...............
Электрический угорь ........................................
Электрический скат торпеда .......... .......................
Морская лисица .......................................... . .
Скат дископиге глазчатый....................................
Сом электрический ..........................................
Отличается ли «животное» электричество от обычного?.........
31
33
34
36
37
37
37
38
Глава 3. Электричество изнутри..............·. . ............... 40
Все ли решают электроны?...................................
Статическое электеичество. ................................. .
Практика: сбор конденсатором статических зарядов............
Почему взаимодействуют заряженные тела? ...................
Как количественно описать электричество?....................
Проводники и диэлектрики: в чем отличие ........ . ...........
Электрическое поле и его особенности........................
40
41
42
44
46
47
48
Глава 4. Проводники и их сопротивление . . ... . . ........... .... 50
Зависимость сопротивления от свойств проводника ............
Взаимодействие движущихся электронов
с ионами кристаллической решетки...........................
Зависимость сопротивления от длины проводника .............
Зависимость сопротивления от площади поперечного сечения ..
Реостаты, резисторы, потенциометры .........................
50
52
53
53
55
Небольшая задача о резисторах .............................. 56
Электрический ток и внутреннее сопротивление ............... 57
Тепловое действие тока. ........................... . ......... 59
Глава 5.Диэлектрикии емкость ............................... 61
Диэлектрики ............................................... 61
Заряд и разряд конденсатора ................................ 63
Соединение конденсаторов ................. ................. 65
Шаг 11. ПОСТОЯННЫЙ ТОК.................................... 67
Глава 6.Зависимости сопротивлений .......................... 68
Зависимость сопротивления от положения движка . . . .......... 68
Зависимость сопротивления проводника от температуры ....... 69
Глава 7. Типовые соединения резисторов....................... 7 2
Последовательное соединение резисторов ....................
Призываем на помощь первый закон Кирхгофа ................
Параллельное соединение резисторов .................... . ...
Смешанное соединение резисторов ..........................
Нелинейные сопротивления..................................
72
75
77
79
80
Глава 8. Зависимости постоянного тока ........................ 82
Зависимость силы тока от напряжения ........................ 82
Зависимость силы тока от сопротивления...... : ............... 85
Глава 9. Расчет цепей........................................ 88
Второй закон Кирхгофа. ...... . ................ . .............
Метод эквивалентного генератора ............................
Сложные электрические цепи ................................
Метод узловых напряжений..................................
Метод контурных токов ......................................
88
90
92
95
96
Глава 10. Работа и мощность ...... . ......... . ................ 99
Что такое мощность ......................................... 99
О чем нам говорит закон Ленца-Джоуля ....................... 101
Нагревание проводников электрическим током ................ 102
Расчет сечения проводов .................................... 103
Глава 11. Режимы цепи ..., ..................................106
Характерные режимы работы сети ............................ 106
Режим холостого хода ....................................... 107
Номинальный режим ........................................ 107
Режим короткого замыкания ................................. 108
Согласованный режим ....................................... 108
Соотношение мощностей в электрической цепи ................ 108
Расчет мощности и КПД в цепи постоянного тока с переменным
сопротивлением и источником компьютерного блока питания ... 111
Глава 12.Химические источники..............................113
Первое знакомство.......................................... 113
Первый закон Фарадея ...................................... 114
Второй закон Фарадея ...................................... 115
Гальванические элементы .................................... 115
Аккумуляторы .............................................. 118
Щелочные аккумуляторы .................................... 121
Приведение щелочных аккумуляторных батарей
в рабочее состояние ........................................ 123
Приготовление электролита
для щелочных аккумуляторных батарей ....................... 124
Проверка плотности электролита
аккумуляторных батарей..................................... 126
Проверка уровня электролита аккумуляторных батарей ........ 127
· Смена электролита щелочных аккумуляторов .................. 127
Заряд и разряд щелочных аккумуляторных батарей ............ 128
Контрольно-тренировочный цикл
щелочных аккумуляторных батарей ........................... 130
Приведение кислотных аккумуляторных батарей
в рабочее состояние .......·................................. 131
Приготовление электролита
для кислотных аккумуляторных батарей ....................... 132
Заряд и разряд кислотных аккумуляторных батарей ............ 132
Контрольно-тренировочный цикл
ю1слотных аккумуляторных батарей .......................... 134
Шаг 111. МАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ...............................135
Глава 13. Магниты и их свойства ..............................136
Первое знакомство .......................................... 136
Магнитное поле электрического тока ......................... 138
Магнитное поле соленоида .................................. 140
Проводник с током в магнитном поле.Магнитная индукция ..... 141
Глава 14. Закон полного тока .................................144
Магнитодвижущая сила ........ , ............................. 144
Напряженность магнитного поля.............................. 144
Магнитная проницаемость. Магнитный поток .................. 146
Глава 15.Явление гистерезиса ................................148
Магнитные поля вокруг проводников ......................... 148
Абсолютная магнитная проницаемость ........................ 149
Электромагнит .............................................. 150
Явление гистерезиса ........................................ 151
Коэрцитивная сила .......................................... 153
Петля гистерезиса........................................... 153
Особенности ферромагнитных материалов .................... 154
Полярность электромагнита .................................. 156
Глава 16.Электромагниты....................................
·
156
Электромагнитная индукция ................................. 157
Вихревые токи.............................................. 161
Что такое самоиндукция ..................................... 163
Глава 17. Самоиндукция .....................................163
Самоиндукция в прямолинейных проводниках ................. 164
Единицы индуктивности ..................................... 165
Расчет самоиндукции........................................ 166
Расчет катушек индуктивности ............................... 167
Глава 18. Взаимоиндукция ...................................170
Переходные процессы в цепи, содержащей индуктивный элемент... 170
Причины возникновения ЭДС взаимоиндукции ............ : ... 172
Шаг IV. ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК ...................................173
Глава 19.Получение синусоидальной ЭДС......................174
Получение переменной электродвижущей силы ............... 174
Синусоидальная движущая сила .............................. 178
Глава 20.Активное и индуктивное сопротивление цепи ..........181
Активное сопротивление в цепи переменного тока ............. 181
Действующие значения тока и напряжения .................... 183
Катушка индуктивности в цепи переменного тока .............. 184
Глава 21.Активное и емкостное сопротивление цепи ............187
Цепь переменного тока,
содержащая активное и индуктивное сопротивления ........... 187
Емкость в цепи переменного тока............................. 190
Цепь переменного тока,
содержащая активное и емкостное сопротивление ............. 192
Цепь переменного тока, содержащая активное,
индуктивное и емкостное сопротивления...................... 194
Глава 22. Колебате,�ьный контур .............................197
Параллельное соединение ветвей с активными
сопротивлениями и двумя индуктивностями ................... 197
Параллельное соединение реактивных сопротивлений
с индуктивностью и емкостью ................................ 199
Резонанс токов ............................................. 199
Принцип действия колебательного контура.................... 201
Шаг V. ТРЕХФАЗНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ..............203
Глава 23.Трехфазный генератор ..............................204
Работа трехфазного генератора .............................. 204
Соединение обмоток генератора ............................. 207
Глава 24.В ключение нагрузок в трехфазную сеть ............... 211
Включение нагрузки звездой................................. 211
Включение нагрузки треугольником .......................... 213
Защита трехфазной сети предохранителями ................... 214
Мощность трехфазной цепи.................................. 216
Глава 25. Использование вращающегося магнитного поля........216
Измерение мощности в трехфа"зной сети ...................... 217
Измерение потребленной энергии в трехфазной сети .......... 218
Вращающееся магнитное поле ............................... 219
Направление результирующего магнитного поля............... 220
Изменение направления вращения магнитного поля ........... 222
Многополюсные обмотки .................................... 224
ШarVI.СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ .........................225
Глава 26.Устройство и работа трансформатора .................226
Общие сведения о трансформаторах.......................... 226
Обмотки трансформатора.................................... 227
Принцип действия трансформатора........................... 228
Магнитопроводы однофазных силовых трансформатора ........ 229
Характеристики трансформаторов ............................ 230
Работа трансформатора под нагрузкой ........................ 232
Соотношение напряжений в обмотках трансформатора ......... 234
Многообмоточные трансформаторы .......................... 235
Глава 27.Эксперименты с трансформаторами................... 236
Трехфазные трансформаторы ................................ 236
Эксперименты холостого хода однофазного трансформатора .... 238
Эксперименты короткого замыкания
однофазного трансформатора ...............-................. 240
Определение рабочих свойств однофазных трансформаторов
по данным экспериментов х.х. и к.з. .......................... 241
Параметры, определяемые в ходе эксперимента
холостого хода однофазного трансформатора ................. 243
Параметры, определяемые в ходе эксперимента ·
короткого замыкания однофазного трансформатора ............ 244
Экспериме1-пы нагрузки однофазного трансформатора ......... 245
Автотрансформаторы ........................................ 245
Измерительные трансформаторы ............................. 249
Шаг VII.АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ.......................·.... 251
Глава 28.Устройство асинхронного двигателя .................. 252
Общие сведения об электрических машинах ................... 252
Принцип действия электрических машин ...................... 253
Принцип действия асинхронного двигателя.................... 254
Устройство асинхронного двигателя .......................... 257
Глава 29. Принцип действия асинхронного двигателя............ 261
Работа асинхронного двигателя под нагрузкой ................. 261
Вращающий момент асинхронного двигателя .................. 263
Рабочие характеристики асинхронного двигателя .............. 266
Пуск в ход асинхронных двигателей .......................... 269
Глава 30. Применение асинхронных двигателей ................269
Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами.............. 272
Регулирование частоты вращения
трехфазных асинхронных двигателей ......................... 274
Однофазные асинхронные двигатели ......................... 276
ШarVIII.СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ ............. 279
Глава 31.Работа синхронного генератора ......................280
Схема синхронного генератора............................... 280
Устройство синхронного генератора .......................... 284
Работа синхронного генератора под нагрузкой ................ 286
Глава 32.Работа синхронного двигателя .......................291
Схожесть конструкции двигателя и генератора ................. 291
Достоинство синхронных двигателей ......................... 292
Пуск синхронных двигателей................................. 292
Шаг IX.МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ........................295
Глава 33.Устройство генератора постоянного тока ..............296
Простейший генератор постоянного тока...................... 296
Устройство генератора постоянного тока ...................... 297
Обмотки якорей машины постоянного тока .................... 300
ЭДС машины постоянного тока ............................... 304
Глава 34.Работа генератора постоянного тока ..................305
Магнитное поле при нагрузке ................................ 305
Коммутация тока............................................ 307
Глава 35.Способы возбуждения генератора ....................311
Работа машины постоянного тока в режиме генератора......... 311
Способы возбуждения генераторов постоянного тока........... 314
Характеристики генераторов постоянного тока................. 316
Глава 36.Реrулировка частоты вращения ......................323
Работа .машины постоянного тока в режиме двигателя .......... 323
Пуск двигателей постоянного тока ............................ 325
Характеристики двигателей постоянного тока.................. 328
Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока . 331
Шаг Х. ПРАКТИКА:
ИНТЕРАКТИВНЫЕ РАСЧЕТЫ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ........333
Глава 37.ПРАКТИКА: интерактивные расчеты
номинального тока автоматов ........................334
Упрощенный расчет
автоматического выключателя по мощности ................... 334
Калькулятор для расчета тока нагрузки
для выбора автоматического выключателя .................... 336
Глава 38. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты заземления дома .. 339
Простой онлайн расчет сопротивления заземления............. 339
Онлайн-расчет контура заземления,
расчет заземляющего устройства и заземлителя................ 341
Глава 39. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты
молниезащиты дома.................. : ............. 343
Ручной расчет эффективной молниезащиты ................... 343
Интерактивные расчеты молниезащиты ....................... 345
Глава 40. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты
для электродвигателей.............................. 346
Расчет конденсаторов для подключения двигателя
в однофазную сеть .......................................... 346
Расчет мощности и момента асинхронного электродвигателя.... 348
Онлайн расчет мощности электродвигателя.................... 349
Расчет номинального и пускового токов электродвигателя ...... 351
Расчет коэффициента мощности электродвигателя ............. 352
Расчет коэффициента полезного действия электродвигателя .... 353
Калькуляторы для самодельного элеkтровелосипеда ........... 354
Глава 41. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты
мощности электроприборов ......................... 357
Расчеты производительности кухонной вытяжки ............... 357
Расчет производительности вытяжки
для различных помещений .................................. 359
Расчет тепловой пушки ...................................... 360
Расчеты мощности ТЭНа ..................................... 361
Глава 42. ПРАКТИКА: расчеты для использования
светодиодных лент .................................. 365
Практические расчеты с учетом светоотдачи
светодиодной ленты ........................................ 365
Расчеты для подключения светодиодной ленты ................ 367
Расчеты блока питания для светодиодной ленты ............... 369
Глава 43. ПРАКТИКА: расчеты светодиодных лент
и их блоков питания ................................ 373
Мастер подбора светодиодной ленты и блока питания.......... 373
Расчет освещения при использовании светодиодной ленты ..... 374
Расчет блока питания светодиодной ленты .................... 375
Глава 44. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты
освещения в помещении ............................ 377
Калькулятор расчета освещенности помещения................ 377
Калькулятор расчета количества ламп......................... 378
Глава 45. ПРАКТИКА: расчет токовой нагрузки
квартирной электросети............................. 379
Поговорим о цветах изоляции проводов,
сечение которых будем рассчитывать ......................... 379
Прикидка сечения проводов
в зависимости от ожидаемой нагрузки ........................ 381
Выбор сечения медного провода электропроводки
по силе тока................................................ 384
Выбор сечения медного провода по мощности для сети 220 В... 387
Выбор сечения медного провода по мощности
для бортовой сети автомобиля 12 В........................... 388
Выбор сечения провода для подключения электроприборов
к трехфазной сети 380 В..................................... 389
Типовые сечения жил проводов и кабелей..................... 391
Расчет токовой нагрузки для одиночного потребителя .......... 392
Расчет токовой нагрузки группы потребителей................. 393
Расчет сечения кабелей для различных групп электропроводки... 395
Простейший онлайн калькулятор расчета сечения проводов .... 397
Глава 46. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты
проводов и кабелей ................................ 397
Онлайн калькулятор расчета кабеля по току и мощности
с учетом длины и способа прокладки линии ................... 398
Онлайн калькулятор расчета сечения кабеля по мощности
для переменного и для постоянного тока...................... 399
Калькулятор для расчета падения напряжения
в кабеле или проводе ....................................... 401
Простой калькулятор для расчета сечения кабеля .............. 402
Продвинутый калькулятор для подбора сечения
кабельной продукции ....................................... 403
Калькулятор для расчета проводника предохранителя.......... 405
Калькулятор для расчета обогрева водопровода ............... 406
Калькулятор для расчета обогрева водостоков и кровли ........ 407
Калькулятор для расчета греющего кабеля теплого пола ........ 409
Калькулятор греющего провода ПНСВ.для прогрева бетона ..... 412
Глава 47. ПРАКТИКА: расчеты при создании квартирного щитка ..416
Расчет автоматических выключателей
при формировании квартирного щитка ....................... 416
Выбираем УЗО по номинальному напряжению
и номинальному току нагрузки ............................... 417
Выбираем УЗО по величине отключающего тока ............... 420
Шаг JI.J:ОЗДДНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ
·, 9ЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ....................42 3
Глава 48. ПРАКТИКА: фомирование квартирных электрощитков..424
Деление квартирной электросети на группы ................... 424
Электрическая схема квартирного щитка ............ , ......... 425
Электрощиток с однофазным вводом,
электросчетчиком, с применением УЗО ........................ 426
Электрощиток с однофазным вводом,
без электросчетчика, с применением дифавтомата ............. 427
Электрощиток с трехфазным вводом,
без электросчетчика, с применением дифавтомата ............. 428
Электрощиток с трехфазным вводом,
с электросчетчиком, с применением дифавтомата и УЗО ........ 429
Установка и монтаж квартирного электрощитка ................ 432
Анатомия распределительного щита с автоматами.............. 435
Монтажная схема двухпроводной электросети комнаты ........ 436
Монтажная схема трехпроводной электросети комнаты ......... 437
Глава 49. ПРАКТИКА: подключение приборов учета
электроэнергии .................................. :. 439
Назначение электросчетчиков ................................ 439
Разновидности электросчетчиков: достоинство и недостатки .... 440
Технические параметры электросчетчиков .................... 441
Принцип действия однофазного индукционного счетчика ....... 443
Принцип действия индукционного трехфазного электросчетчика ... 446
Принцип действия гибридного электронно-механического счетчика... 446
Принцип действия электронного электросчетчика .............. 447
Установка счетчика.......................................... 448
Использование трансформатора тока ......................... 449
Особенности включения счетчиков
и измерительных трансформаторов ........................... 451
Прямые схемы подключения электросчетчика ................. 452
Схема подключения однофазного счетчика .................... 455
Схема подключения трехфазного счетчика .................... 456
Практикум по подключению
трехфазного счетчика прямого включения ..................... 458
Глава 50. ПРАКТИКА: подключение выключателей
и переключателей..................................462
Подключение одноклавишного выключателя .................. 462
Подключение двухклавишного выключателя................... 463
Подключение трехклавишного выключателя................... 465
Типовые ошибки подключения клавишных выключателей....... 468
Проверка правильности подключения
клавишного выключателя.................................... 471
Устройство проходного выключателя.......................... 473
Электрическая схема системы двух проходных выключателей ... 473 ·
Схема подключения двух проходных выключателей ............ 474
Монтажная схема системы двух проходных выключателей ...... 477
Внешний вид и устройство перекрестного выключателя......... 478
Схема перекрестного выключателя ........................... 479
Подключение перекрестного выключателя .................... 480
Работа схемы в разных положениях
контактов выключателей..................................... 480
Монтажная схема ........................................... 483
Глава 51. ПРАКТИКА: подключение ТЭНов в электросеть.........484
Принцип действия ТЭНа ..................................... 484
Схемы включения ТЭН в однофазную сеть..................... 485
Включение ТЭНа в розетку................................... 486
Включение ТЭНа через автоматический выключатель........... 487
Работа ТЭН в схемах регулирования температуры.............. 490
Особенности включения ТЭН в трехфазную сеть ............... 492
Схема соединения ТЭН звездой в трехфазной сети ............. 492
Схема соединения ТЭН треугольником.в трехфазной сети ....... 495
Трехфазная схема НАГРЕВАТЕЛЬ-ТЕРМОРЕЛЕ-КОНТАКТОР...... 496
Глава 52. ПРАКТИКА: устройство и работа магнитных пускателей .. 499
Назначение магнитных пускателей ........................... 499
Разновидности пускателей переменного тока .................. 500
Контактор - главный элемент пускателя....................... 502
Основные части контактора.................................. 503
Принцип действия .......................................... 505
Электрическая схема электромагнитного контактора ........... 506
Параметры электромагнитных пускателей и контакторов ....... 507
Назначения и разновидности кнопок управления .............. 510
Устройство кнопок управления ............................... 510
Кнопка «СТОП» ............................................. 511
Кнопка «ПУСК» ............................................. 512
Принципиальная схема подключения
нереверсивных пускателей .................................. 513
Глава 53. ПРАКТИКА: нереверсивные пускатели
и электродвигатели.................................513
Работа схемы самоподхвата ...............•.................. 514
Монтажная схема с реальными элементами ................... 515
Назначение реверсивных пускателей ......................... 517
Глава 54. ПРАКТИКА: реверсивные пускатели и электродвигатели...517
Узел механической блокировки ........................ �- .... 518
Контактные приставки ....................................... 518
Схема включения реверсивного пускателя..................... 519
Исходное состояние схемы .................................. 520
Монтажная схема включения
реверсивного пускателя с реальными элементами ............. 521
Работа цепей управления при вращении «ВЛЕВО» ............. 521
Монтажная схема с реальными элементами,
отвечающая за команду «ВЛЕВО»............................. 522
Работа цепей управления при вращении «ВПРАВО>> ............ 522
Работа силовой части.Реверс вращения ....................... 523
Монтажная схема силовой части.Реверс вращения ............. 524
Глава 55. ПРАКТИКА: защита двигателей
при помощи тепловых реле..........................526
Назначение и задачи электротеплового реле .................. 526
Варианты тепловых реле по типу нагрева...................... 527
Режимы работы тепловых реле ............................... 528
Конструкция и принцип действия теплового реле .............. 528
Тепловое реле серии ТРН:
назначение, устройство, внешний вид ......................... 529
Тепловое реле серии ТРН:
принцип действия и электрическая схема ..................... 530
Тепловые реле серии ТРП: назначение и устройство ............ 531
Тепловые реле серии ТРП:
принцип действия и электрическая схема ..................... 531
Электротепловые реле типа РТИ:
назначение, устройство и подключение к контактору ........... 532
Принципиальная схема подключения
нереверсивного пускателя с электротепловым реле ............ 535
Схема подключения реверсивного пускателя
с электротепловым реле ..................................... 538
Выбор теплового реле ....................................... 538
Список литературы и ресурсов Интернет.......................543
ОДЫ-К
R
Q
кдк ИХ ИСПОЛЬЗОВАТЬ В КНИГЕ
Для чего используются
QR-коды
1
Для облегчения работы с интерактивным материалом в книге
широко используется технология QR-кодов, которая превращает
книгу в удобный ИНТЕРАКТИВНЫЙ ПРОДУКТ.
Большинству приходилось видеть картинки, на которых изобра
жены черные квадраты, состоящие из множества маленьких квадрати
ков и черточек, размещенные в белом квадрате.
Именно эти квадраты называются QR-кодами. Аббревиатура QR
происходит от английской фразы QUICK RESPONSE, что можно пере
вести как БЫСТРЫЙ ОТКЛИК. Рассмотрим определение.
ЧТО ЕСТЬ ЧТО.
QR-код (quick response code) - это двухмерный матрич
ный штрих-код (или бар-код), предоставляющий инфор
мацию для ее быстрого распознавания с помощью каме
ры на мобильном устройстве.
В QR-кодах можно зашифровывать объемную информацию в отли
чие от устаревших штрих-кодов, в которых закладывается минимум
информации. Один матричный QR-код вмещает 7089-значное число
или же текст объемом в 1450 кирилличных знаков.
Технология QR-матричного кода была разработана в Японии в 1994
году, но известной в мире стала с 2000 года. В странах СНГ матричные
коды стали широко известны лишь в 2011 году.
При генерировании кода зашифровывается информация, которую
в дальнейшем можно распознать с помощью специальных приложе
ний для считывания QR-кодов, которые должны быть установлены на
смартфоне или планшете.
16
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ы
Вид
QR-кодов
Существует два вида кодов: динамические и статические.
Динамические QR-коды. С их помощью можно создать один код
и регулярно добавлять новую нужную информацию: можно создать
на одной странице меню ресторана, ввести контактные даннJ;»1е, зака
зать товар, оплатить покупку и т. д. То есть, такой код содержит ссылку
на страницу сайта, контент и вид, которой клиент может изменять и
редактировать неограниченное количество раз. Активно применяются
в маркетинговых целях.
Статические QR-коды имеют одну функцию, их нельзя редактиро
вать, в них размещается одна конкретная информация.
В книге будем работать именно со статическими QR-кодами.
С помощью статического QR-кода можно считывать (распознавать)
информацию сканером мобильного устройства (смартфона, план
шета). Т. е. вы наводите камеру СМАРТФОНА на квадрат статического
QR-кода, и ... открывается то, что было закодировано: или видеоролик,
или справочная страница, или интерактивный калькулятор.
1
с
о н ни QR-кодов
Ра мп бз альва хеустр
йст х AppLe
н о и ны
о в
аiPhone, iPad или iPod touchа с оперциш-�:кой iOS 11 и новее имеют
модернизированное приложение «КАМЕРА», которое получило возмож
ность распознавать QR-коды.
Шаг 1. Перейдите в меню «Настройки» - «КАМЕРА» и активируйте
переключатель «Сканирование QR-кода».
Шаг 2. Запустите приложение «КАМЕРА» и убедитесь в том, что вы
находитесь в режиме обычной съемки фото.
Шаг 3. Наведите объектив на QR-код, который нужно распознать.
Шаг 4. После того, как QR-код будет успешно распознан, вы полу
чите уведомление о данных, которые в нем содержатся. В этом опове
щении iOS сразу же предложит выполнить действие с полученными
данными.
Сканировать QR-коды при помощи приложения «КАМЕРА» на
iPhone можно как с физического носителя, так и с экрана компьютера
либо другого мобильного устройства. Правда, во втором случае скани
рование может происходить не сразу.
17
QR-коды - как их использовать в книге
Распознавание QR-кодов
на мобильных устройствах с Android
1
Стандартные программы-сканеры, входящие в исходный
набор ПО смартфона с Android, не очень удобны в работе. Для работы
с QR-кодами рекомендую установить на смартфон (планшет) под
управлением Android 6.0 или выше СПЕЦИАЛЬНОЕ КАЧЕСТВЕННОЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ «Сканер QR и штрих-кодов (русский)» TeaCapps. Это
сканер дает действительно хорошие результаты! Вы можете установить
это Приложение на смартфон, отсканировав своим мобильным устрой
ством под управлением ANDROID 6.0 или выше QR-код, размещенный под
этим абзац�.
Автоматически произойдет переход на страницу установки этого
приложения, экран которого выглядит примерно так, как показано на
рис. 0.1.
Сканер QR и штрих-кодов
(русский)
TeaCapps
Рабоtа
113
* * * * ♦ 51 402 .1.
Естьреmама
8 Приоожение cosмecrмJiAo с вашим усrро+iством.
Miiii:IIIF
е�.,.._,...,
• н.фln.1212)4-561"0
• nc--r,--
а0 Т--.
• оw.-м..-
so.-.,_
,__.,._....__...
=:--·•...-.а-Уn�т-.
wi:�11...,. __цi.01,:1<•
Рис. 0.1. Внешний вид устанавливаемого приложения
«Сканер QR и штрих-кодов (русский)»
18
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
СОВЕТ.
После установки на смартфон, запускаем Приложение.
РЕКОМЕНДУЮ ОБЯЗАТЕЛЬНО перейти в раз
дел «НАСТРОЙКИ» (иконка в верхнем правом углу
экрана) и поставить «птичку» напротив пункта
«ОТКРЫВАТЬ ВЕБ-САЙТЫ АВТОМАТИЧЕСКИ». При такой
настройке сайты при сканировании QR-кодов в книге бу
дут открываться немедленно после сканирования.
Приложение «Сканер QR и штрих-кодов (русский))) представляет
собой современный сканер QR- и штрих-кодов со всеми необходи
мыми пользователю функциями. При этом поддерживается чтение
всех распространенных форматов штрих-кодов как QR, примененный
в данной книге, так и Data Matrix, Aztec, UPC, EAN, Code 39 и многие
другие, которые могут пригодиться в дальнейшем.
Приложение «Сканер QR и штрих-кодов (русский)» позволяет:
открывать URL-aдpeca (о чем мы говорили выше); подключаться к точ
кам доступа Wi-Fi; добавлять события в календарь; считывать карты
VCards; искать информацию о товарах и др.
СОВЕТ.
Включайте фонарик для надежного сканирования в условиях недостатка света и используйте масштабирова
ние для чтения штрих-кодов даже с больших расстояний.
'-
'
,1
QR-коды, поддерживаемые программой: ссылки на веб-сайты
(URL); контактные данные (MeCard, vCard, vcf); события календаря;
данные доступа к Wi-Fi; географические расположения; сведения о
телефонных звонках; электронная почта, SMS и МATMSG.
ВНИМАНИЕ.
'-
Приложение «Сканер QR и штрих-кодов (русский)"
TeaCapps доступно для смартфонов и планшетов под
управлением Android 6.0 или выше.
ШАГ
1
ПЕРВОЕ
ЗНАКОМСТВО
С ЭЛЕКТРИЧЕСТВОМ
Глава 1. Как открыли электричество
Глава 2. Электричество в животном мире
Глава 3. Электричество изнутри
Глава 4. Проводники и их сопротивление
Глава 5.Диэлектрики и емкость
ГЛАВА 1
КАК ОТКРЬIЛИ
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
1
Что такое электричество
и откуда оно возникает?
Электричество существует сегодня и существовало всегда.
Известный всем термин «электричество)) происходит от греческого
слова «электроН>), которое переводится как «янтары). Древние греки
обнаружили, что потерев янтарь, можно получить небольшой стати
стический заряд (увидели притяжение пыли и мелких предметов). Хотя
природу этого явления древние греки не понимали.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ЭТО ИНТЕРЕСНО
Создавать электрический ток и использовать для сво
их потребностей люди научились гораздо позже, только
в начале Х/Х века, хотя электричество существовало
миллиарды лет.
Атмосфера нашей планеты похожа на огромный конденсатор.
Земля заряжена положительно, а атмосфера отрицательно. Из-за дви
жения Земли и появляются электрические заряды (молнии, рис. 1.1).
21
Глава 1. Как открыли электричество
++++++++
++++++++
++++++
++++
++
++++
Рис.1.1. Схема образования молний
Доказано, что именно молнии привели к синтезу первых амино
кислот и, следовательно, к появлению жизни на нашей планете.
Невидимая сила, электричество, протекает внутри биологических объ
ектов и неживой среды.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу �
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
�
на расположенный рядом QR-код.
Даже процессы в нервной системе человека и животных, например,
движение и дыхание, происходят благодаря нервному импульсу, кото
рый возникает из-за электричества, существующего в тканях живых
существ.
Несколько важных
исторических шагов
1
Мировая история не утвердила такого ученого, который считается
открывателем электричества. Изучение свойств электричества, которое
началось еще в глубокой древности, продолжается до сих пор. С древ
нейших времен и до наших дней многие ученые изучали и изучают
электричество, совершают важные открытия.
22
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Рис.1.2. Фалес
Милетский
Puc.1.J. Плиний-старший
Рис.1.4. Уильям Гильберт
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Одним из первых электричество привлекло внимание греческого
философа Фалеса Милетского в VII веке до н. э. Философ обнаружил,
что потертый о шерсть янтарь (др.-греч.11Аек.роv: электрон) приобре
тает свойства притягивать легкие предметы (рис. 1.2).
А греческий ученый и наставник Александра Македонского
Аристотель изучал угрей, поражавших врагов, как поняли позже, элек
тричеством.
В 70 году нашей эры автор римский «Естественной историю>
Плиний Старший (рис. 1.3) изучал электрические свойства смолы. В
течение следующих полутора тысяч лет об электричестве не было полу
чено никаких знаний.
И только в XVI веке придворный врач английской королевы
Елизаветы 1 Уильям Гильберт (рис. 1.4) занялся изучением электри
ческих свойств и сделал ряд интересных открытий.
23
Глава 1. Как открыли электричество
ЭТО ИНТЕРЕСНО
Именно Гильбертом был введен термин «электричество» («янтарность»). Это произошло в 1600 году в его
сочинении «О магните, магнитных телах и о большом
магните-Земле».
'
Гильберт проводил опыты с янтарем, который в результате тре
ния о сукно получил возможность притягивать другие легкие тела, то
есть приобрел некий заряд. А так как янтарь переводится с греческого
как «электрон», то наблюдаемое ученым явление получило название
«электричество». После этого началось буквально «электрическое поме
шательство».
В 1650 году магдебургский бургомистр Отто фон Герике соз
дал электростатическую машину в виде насаженного на металличе
ский стержень серного шара, которая позволила наблюдать не только
эффект притягивания, но и эффект отталкивания под д�йствием
электричества (рис. 1.5).
В 1729 году английский ученый Стивен Грей, проводя опыты по
передаче электричества на расстояние, случайно обнаружил, что не все
материалы обладают свойством одинаково передавать электричество.
В 1733 году французский ученый Шарль Дюфе открыл существова
ние двух типов электричества, которые он назвал стеклянным и смоля
ным. Эти названия они получили из-за того, что выявлялись при тре
нии стекла о шелк и смолы о шерсть.
Рис.1..5. Электростатическая
машина
Рис.1..6.Лейденская банка
24
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В 1745 году голландец Питер ванн
Мушенбрук изобрел первый конденсатор, то
есть накопитель электричества (рис. 1.6). Этот
конденсатор получил название «Лейденская
банка)).
Первую теорию электричества создает
американец Бенджамин Франклин, портрет
которого мы прекрасно знаем по изображе
нию на купюре lООдолларов (рис.1.7).
Прежде чем стать президентом США, он
был знаменитым ученым. Франклин рассма
тривает электричество как «нематериальную Рис.1.7. Бенджамин Франклин
жидкость)), флюид («Опыты и наблюдения над
электричеством)), 1747 год). Также он ввел такие понятия как положи
тельный и отрицательный заряды, но не открывал заряды. Франклин
изобретает молниеотвод, а с его помощью доказывает электрическую
природу молний.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу- • ���
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
В 1759 году существование полюсов
источника: положительного и отрицатель
ного доказал британский ученый Роберт
Симмер. Он допустил одновременное суще
ствование в не наэлектризованном теле двух
противоположных электричеств, которые
связывают друг друга и никак не проявля
ются. Электрические явления появляются в
случае преимущества в теле одного из этих
электричеств.
Изучение свойств электричества перешло
к
точным
наукам после того, как в 1785 году
Рис.1.В.
Шарль Огюстен Кулон
Кулон (рис. 1.8) открыл закон о силе взаимодействия, между точечными электрическими зарядами, который полу
чил название Закон Кулона.
25
Глава 1. Как открыли электричество
-
,;�
.
/;/)
~-' с_�
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Рис.1.9. Василий Петров
r�
j;,
~- '-�
Далее, в 1791 году, итальянец
Гальвани публикует «Трактат о силах
электричества при мышечном движе
нию), в котором описывает наличие
электрического тока в мышцах живот
ных.
В 1800 году итальянец Вольта
соз дает постоянный источник
тока, который получает название
Гальванический элемент. Он является
столбом из кругов цинка и серебра,
которые ра_зделены бумажкой, замо
ченной в соленой воде.
В 1802 г. В ас и лий Петров
(рис. 1.9) обнаружил «вольтову дугу>).
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
В 1820 году датский физик Эрстед на опыте обнаружил электро
магнитное взаимодействие. Замыкая и размыкая цепь с током, он уви
дел колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника.
Французский физик Ампер в 1821 году установил, что связь электри
чества и магнетизма наблюдается только в случае электрического тока
и отсутствует в случае статического электричества.
В 1830 году немецкий математик, механик, физик, астроном и гео
дезист Иоганн Карл Фри дрих Гаусс формулирует основную теорему
теории электростатического поля.
26
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
В 1831 году, опираясь на исследования
Эрстеда и Ампера, английский физик-экс
периментатор и химик Майк л Фара дей
(рис. 1.10) открывает явление электромагнит
ной индукции и создает на его основе первый
в мире генератор электроэнергии, вдвигая в
катушку намагниченный сердечник и фикси
руя возникновение тока в витках катушки.
Рис. 1.10. Английский физик
и химик Майкл Фарадей
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
В 1834 году Фарадей открывает законы электролиза, вводит понятие
электрического и малrnтного полей. Анализ явления электролиза привел
Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо
электрические жидкости, а атомы - частицы
�
материи. Фарадей создал и первый в мире
электродвигатель - проволочка с током, вра
щающаяся вокруг магнита.
В 1874 году р оссийский инженер
А.И. Лодыгин получил патент на изобретен
ную в 1872 году лампу накаливания с уголь
ным стержнем (рис. 1.11). Затем в лампе стал
использоваться стержень из вольфрама. А в
Рис. 1.11. Лампа накаливания
1906
году он продал свой патент компании
с угольным стержнем
изобретателя Лодыгина
Томаса Эдисона.
Глава 1. Как открыли электричество
27
Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка англий
ским физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он
вывел уравнения, связывающие воедино электрические и магнитные
характеристики поля в 1873 году.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
В 1880 году Пьер Кюри открывает пьезоэлектричество. В том же
году Д. А. Лачинов показал условия передачи электроэнергии на боль
шие расстояния. Герц экспериментально регистрирует электромагнит
ные волны (1888 год).
В 1897 году Джозеф Томсон открывает материальный носитель
электричества - электрон, место которого в структуре атома указал
впоследствии Эрнест Резерфорд.
Электричеаво
в мировой культуре и мифологии
1
В атмосферных электрических разрядах, молниях, наши предки
видели знамения, посылаемые богами. Во всех древних культурах мол
ния служила выразительным знаком силы, скорости, движения и являлась
атрибутом бога-громовержца, царя богов. Молния, соединяющая небо и
землю, олицетворяет божественную волю, творческий импульс, который
передается на землю и становится движущей силой людей и событий.
,
ЭТО ИНТЕРЕСНО
Места, в которые ударяла молния, считались священными, а люди, пораженные молнией, если они выживали, отмеченными божеством.
'
В Древней Индии Gчиталось, что молния служит символом могу
щества и величия Брахмана - безличного Абсолюта, лежащего в основе
всех вещей. С символом молнии тесно связана ваджра - мифическое
оружие бога-громовержца Индры. Ваджру (санскр. «алмаз)), «молнию))
называют «метателем молний)) и считают силой, которая уничтожает
врагов и все виды невежества.
28
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В Древнем Китае молния обозначает момент, когда жизнь начи
нается заново, движение вспять невозможно, необходимо идти впе
ред. По преданию, существовала небесная управа грома. В нее вхо
дили бог грома, бог ветра, бог дождя и богиня молнии. Главу небесной
управы грома Лэй-цзу изображали с третьим глазом на лбу, откуда
лился поток света. Дянь-му («матушка-молния») держала в поднятых
над головой руках два зеркала. Стоя на облаке, она то сближала, то
разводила зеркала, в результате чего и возникала молния. Считалось,
что Дянь-му освещает молнией сердца грешников, которых должен
наказать бог грома.
У древних греков молниями владел глава олимпийского панте
она богов Зевс (рис. 1.12). Во времена борьбы с титанами и Кроном за
власть в мире циклопы выковали Зевсу громы и молнии - магическое
оружие, которым он поражал своих врагов. Победив в этих битвах, Зевс
обрел власть над землей и небом, а гром, молния и перуны стали его
неотъемлемым атрибутом. В дальнейшем Зевс многократно использо
вал это оружие.
-
r ;�
:j;i'
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
У этрусков великий бог тин повелевал «тремя сверкающими крас
ными пучками молний». Под его началом было шестнадцать божеств,
но только восемь имели право метать молнии, причем, эти молнии
отличались по цвету. Все эти особенности учитывали гаруспики-про
·рицатели, толковавшие небесные знамения.
У древних римлян верховный бог Юпитер (прообраз греческого
Зевса, рис. 1.12) первоначально не имел человеческого облика, а изо
бражался в виде каменной стрелы, в которой усматривали символ мол
нии. Впоследствии громовые стрелы, которые он держит в руке, стали
символом могущества и непобедимой силы царя богов. Три молнии
Юпитера символизируют случай, судьбу и предусмотрительность - три
силы, формирующие будущее.
В ранней Киевской Руси Перун - жестокий, устрашающий бог
громовержец. Он занимал в пантеоне богов языческой Руси место,
подобное тому, которое древние греки отводили Зевсу. Поскольку его
наибольшая популярность относится буквально к кануну введения
29
Глава 1. Как открыли электричество
Рис. 1.11. Статуя Юпитера (Зевса)
Рис.1.13. Славянский бог Перун
на Руси христианства, имя Перуна известно больше, чем имена дру
гих богов. Перун - бог-громовержец, атрибутами которого считались
гром, молния и дубовое полено. А вот как Перуна представляет Валерий
Семочкин (Радомир) - известный русский художник (рис. 1.13).
-
r ;�
•
.
.'f{.?:_-_)
"/
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
В rермано-скандинавской мифолоrии бога грома и бури звали
Тор. Образ восходит к протоиндоевропейскому божеству грома; таким
образом, близок таким богам индоевропейских народов, как Индра,
Таранис, Перкунас, Перун и т. д.
30
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу �
стите Приложение <<Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
81
У американских ацтеков, Вселенная прошла четыре эры развития.
В третьей эре, которая называлась «Четыре. Дождь», верховным боже
ством, носителем солнца, был Тлалок, бог дождя и грома, который изо
бражался с посохом-молнией. Стихией этой эры, завершившейся все
мирным пожаром, является огонь, а знамением его - молния.
В христианскую эпоху молнию связывают с откровением Божьим,
как, например, в книге Исход, где гром и молния предвещают явление
Бога Моисею на горе Синай. Кроме того, молния является символиче
ским выражением божьего суда (в день Страшного суда).
В Исламе в пещере на горе Хира молния предваряет появление
перед Магометом божественного посланника - Ангела Джибрила.
ГЛАВА 2
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
В ЖИВОТНОМ МИРЕ
Откуда у рыб
электричество?
1
В теплых и тропических морях, в мутных реках Африки и Южной
Америки живет несколько десятков видов рыб, способных временами
или постоянно испускать электрические разряды разной силы. Своим
электрическим током эти рыбы не только пользуются для защиты и
нападения, но и сигнализируют им друг другу, обнаруживают забла
говременно препятствия (электролокация). Электрические органы
встречаются только у рыб. У других животных эти органы пока не обна
ружены.
Электрические рыбы (рис. 2.1) существуют на Земле уже миллионы
лет. Их остатки найдены в очень древних слоях земной коры - в силу
рийских и девонских отложениях. На древнегреческих вазах встреча
ются изображения электрического морского ската торпедо. В сочи
нениях древнегреческих и древнеримских писателей-натуралистов
немало упоминаний о чудесной, непонятной силе, которой он наделен.
ЭТО ИНТЕРЕСНО
Современные ученые исследовали многих рыб с электрическими органами и выяснили, что большинство изучен
ных ими видов не являются родственниками.
32
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Электрический сом
Электрический скат
�
+ -Гимнарх
Африканский слоник
Обыкновенный скат
-�оЬ
+
Электрический угорь
Звездочет
Рис. 2.1. Электрические рыбы (закрашенные места обозначают расположение
электрических органов)
-�-·
/'С\
&,
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
Об электрических особенностях сильноэлектрических рыб чело
век знает давно. Наскальные древнеегипетские рисунки и начертания
некоторых египетских иероглифов донесли до нас изображение элек
трического сома. Древнегреческим ученым был известен таинствен
ный скат, обитающий в Средиземном море. Аристотель писал: «эта
рыба заставляет цепенеть животных, которых она хочет поймать,
пересиливая их силой удара, живущего у нее в теле». Врачи Древнего
Рима использовали удары скатов для лечения нервных заболеваний.
33
Глава 2. Электричество в животном мире
ЭТО ИНТЕРЕСНО
Связь этих загадочных явлений с электричеством была
установлена только в XV/11 веке Адансоном. В XV/11-XIX вв.
некоторые физики и физиологи использовали электриче
ских рыб в качестве источников электрического тока.
Исследования электрических явлений в живых тканях открыли в
физике эру электричества. В 1791 году А. Гальвани выдвинул предпо
ложение, что каждое мышечное волокно представляет собой своеоб
разную лейденскую банку, заряженную электричеством. В «Трактате
о силах электричества при мышечном движении» Гальвани писал:
«Электричество содержится еспи не во всех, то, во всяком спучае, в очень
многих частях животного».
Однако экспериментальные доказательства того, что в живых тка
нях имеется электричество, были получены лишь в 1832 г. Эта заслуга
принадлежит Фарадею. Свои опыты он проводил на мраморном элек
трическом скате.
1
Направление ударов
электрического
тока
у рыб
Направление ударов электрического
тока у рыб разных
видов
нео-
динаково. Это наглядно стрелками показано на рис. 2.2.
Электрический скат
Электрический сом
Обыкновенный скат
Электрический угорь
Рис. 2.2. Направление ударов электрического тока у некоторых рыб
34
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Электрический
угорь
Всего ученые насчитали 6 независимых друг от друга эволюцион
ных линий, приведших к появлению электрических органов. Пожалуй,
электрический угорь является одним из видов рыб, которые исполь
зуют этот орган наиболее искусно.
,
'
ЭТО ИНТЕРЕСНО
«Изобретение» природой электрических органов у рыб
шло параллельно, но строение батарей очень схоже у
всех.
'
�
Электрические органы угря играют роль не только оружия для оглу
шения или убийства его жертв, которыми эта рыба питается.
Разряд, генерируемый электрическими органами рыбы, может быть
и слабым, до 10 В. Такие разряды угорь генерирует для электролокации.
Дело в том, что у рыбы есть специальные «электрорецепторы», которые
позволяют определять искажения электрического поля, вызываемые
его собственным телом.
Угри «общаются» между собой при помощи электрических сигналов
на расстоянии до семи метров. Qпределенной серией электрических
разрядов они могут привлекать к себе других особей своего вида.
ЭТО ИНТЕРЕСНО
, Электролокация помогает угрю находить путь в мут- '
'
ной воде и атаковать спрятавшихся жертв. Угорь мо
жет дать сильный разряд электричества, и в это время
затаившаяся рыба или земноводное начинает хаотично
дергаться из-за судорог. Эти колебания хищник без труда обнаруживает и съедает жертву.
�
Глава 2. Электричество в животном мире
v а:.::•�;< 1а
Главный орган
А
"' г-
Орган Сакса
А
Позвоночник
Орган Хантера
А-А
Плавательные
мускулы
Главный
орган
Рис. 2.J. Электрические органы угря
Угорь создает особенно сильное напряжение, когда он изогнется
дугой так, что жертва находится между его хвостом и головой: полу
чается замкнутое электрическое кольцо.
Разряды различной силы угорь генерирует при помощи электри
ческих органов трех типов. Они занимают примерно 4/5 длины рыбы.
Высокое напряжение вырабатывают органы Хантера и Мена, а неболь
шие токи для навигационных целей и коммуникационных целей гене
рирует орган Сакса (рис. 2.3).
Главный орган и орган Хантера размещаются в нижней части тела
угря, орган Сакса - в хвосте.
Угри этого вида, как и ряд других «электрифицированных)) рыб,
используют специализированные клетки электроциты. Задача выпол
няется при помощи фермента Nа+/К+-АТФ-аза (Nа+/К+ аденозинтри
фосфатаза).
Благодаря ферменту образуется ионный насос (рис. 204), выкачи
вающий из клетки ионы натрия, и закачивающий ионы калия. Калий
выводится из клеток благодаря специальным белкам, входящих в состав
мембраны. Они образуют своеобразный «калиевый канал)), через кото
рый и выводятся ионы калия. Внутри каждой клетки скапливаются
положительно заряженные ионы, снаружи - отрицательно заряжен
ные. Возникает напряжение в одной клетке до 70 мВ. Электрические
клетки соединяются между собой нервными волокнами, соединение последовательное. Электроциты
составляют своеобразные стол
бики, которые соединяются уже
параллельно. Общее напряжение
генерируемого электрического
разряда достигает 650 В, сила
тока - 1 А. По некоторым данным,
напряжение может достигать даже
Рис. 2.4. Ионный насос электрорыбы
1000 В, а сила тока - 2 А.
36
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ЭТО ИНТЕРЕСНО
Подсчитано, что 10 тысяч угрей могли бы дать энер
гию для движения электропоезда в течение нескольких
минут. Но после этого поезду пришлось бы стоять не
сколько суток, пока угри восстановили бы свой запас
электрической энергии.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Электрический скат
торпедо
Теперь расскажу об электрическом скате торпедо (рис. 2.5).
Очертания его тела напоминают гитару длиной от 30 см до 1,5 м и даже до·
2 м. Его кожа принимает цвет, сходный с окружающей средой. Различные
виды торпеда живут в прибрежных водах Средиземного и Красного морей,
Индийского и Тихого океанов, у берегов Англии. В некоторых бухтах
Португалии и Италии торпеда буквально кишат на песчаном дне.
Электрические разряды торпеда очень сильны. Если этот скат попа
дет в рыбачью сеть, его ток может пройти по влажным соленым нитям
сети и ударить рыбака. Электрические разряды защищают торпеда от
хищников - акул и осьминогов - и помогают ему охотиться за мелкой
рыбой, которую эти разряды парализуют или даже убивают.
Электричество у торпеда вырабатывается в особых органах, свое
образных «электрических батареях». Они находятся между головой и
грудными плавниками и состоят из сотен шестигранных столбиков
студенистого вещества. Столбики
отделены друг от друга плотными
перегородочками, к которым под
ходят нервы. Верхушки и основания
столбиков соприкасаются с кожей
спины и брюха. Нервы, подходящие к
электрическим органам, имеют вну
три «батарей)) около полумиллиона
Рис. 2.5. Электрический скат торпеда окончаний.
Глава 2. Электричество в животном мире
37
ЭТО ИНТЕРЕСНО
За несколько десятков секунд торпеда испускает сотни
и тысячи коротких разрядов, идущих потоком от брюхи
к спине. Напряжение тока у разных видов скатов колеб
лется от 80 до 300 В при силе тока в 7-8 А.
Морская
лисица
11
В наших морях живут несколько
видов колючих скатов райя, среди
них черноморский скат - морская
лисица (рис. 2.6). Действие электри
ческих органов у этих скатов гораздо
Рис. 2.6. Черноморский скат морская лисица
слабее, чем у торпеда. Можно предполагать, что электрические органы служат райя для связи друг с другом,
вроде «беспроволочного телеграфа».
Скат дископиг!
глазчаты и
1
В восточной части тихоокеанских тропических вод живет скат дис
ко:пиrе глазчатый. Он занимает как бы промежуточное положение между
торпеда и колючими скатами. Питается скат мелкими рачками и легко их
добывает, не применяя электрического тока. Его электрические разряды
никого не могут убить и, вероятно, служат лишь для того, чтобы отгонять
хищников.
Со
м
электрический
Электрические органы есть не только у скатов.
,
'
ЭТО ИНТЕРЕСНО
Тело африканского речного сома малаптеруруса обернуто, как шубой, студенистым слоем, в котором образу
ется электрический ток.
11
'
/
38
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
r :�
l/4''
,
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
На долю электрических органов приходится 0коло четверти веса
всего сома. Напряжение разрядов его достигает 360 В, оно опасно даже
для человека и, конечно, гибельно для рыб.
Сом электрический (Malapterurus electricus) - придонная пре
сноводная рыба, обитающая в тропических и <;:убтропических водоемах
Африки. Длина его достигает 60-90 см; форма тела - вальковидная.
Эта рыба - единственный электрический вид среди сомообразных.
ЭТО ИНТЕРЕСНО
Электрическое поле, создаваемое сомом вокруг себя, по
размерам примерно в 2-2,5 раза больше длины самой
рыбы. Располагается оно в горизонтальной плоскости.
В зоне действия поля на расстоянии 20-40 см от сома жертва
начинает непроизвольно двигаться к нему (так называемая анодная
реакция). Вблизи рыбы напряжение поля достигает 350 В, а мощность
отдельного импульса - 30 Вт.
Сом во время поиска генерирует мощные разряды (рис. 2. 7), с
помощью которых вспугивает затаившуюся добычу и заставляет ее
выплывать из укрытия. Сом обнаруживает и «оценивает» рыбу по соз
даваемым ею потокам воды, используя органы чувств боковой линии специализированной системы у рыб, воспринимающей гидромехани
ческие колебания. Приблизившись к добыче на расстояние в несколько
сантиметров, он бросается в атаку, сопровождая ее разрядами, характер
которых зависит от величины рыбы.
1
Отличается ли «животное»
электричество от обычного?
Во времена Фарадея предполагалось, что существует несколько
видов электричества:
39
Глава 2. Электричество в животном мире
более
1000 В
�
L__J
10 мс
L__J
10 мс
Разряд угря
Разряд сома
Рис. 2.7. График разрядов некоторых рыб (угря и сома)
• обыкновенное электричество (или электростатическое), получае
мое в результате трения некоторых предметов;
• гальваническое (химическое), воздействующее на нервно-мышеч
ные препараты и вызывающее нагревание проводников, разложе
ние солей, кислот, щелочей;
• термоэлектричество, возникающее в участках проводников с раз
ными температурами, а также в местах спайки неоднородных про
водников;
• магнитоэлектричество, появляющееся при пересечении магнит
ных полей замкнутыми проводниками;
• «животное» электричество - биоэлектричество, присущее некото
рым рыбам и воздействующее на расстоянии на других животных.
,
ЭТО ИНТЕРЕСНО
'
1 Фарадей доказал, что биоэлектричество ничем не от- J
личается от других видов электричества.
'-
Сопоставив физические и химические действия, производимые ими,
он заключил, что отдельные виды электричества тождественны по своей
природе, каков бы ни был их источник. Явления, присущие разным видам
электричества, отличаются не по своей природе, а лишь количественно.
Это означает, что никаких особых свойств, присущих «животному» элек
тричеству, нет.
ГЛАВА 3
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
ИЗНУТРИ
1
Все ли решают
электроны?
Все предметы в мире состоят молекул. Молекула, в свою очередь,
состоит из атомов, а атом состоит из протонов, нейтронов и электронов.
Атом представляет собой ядро, вокруг которого вращаются электроны
(рис. 3.1).
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Ядро атома
Рис. 3.1. Устройство атома
41
Глава 3. Электричество изнутри
ЭТО ПОЛЕЗНО ЗАПОМНИТЬ
это отрицательно заряженная частица,
которая притягивается к ядру, но не соединяется с ним,
так как находится в постоянном движении.
Электрон -
Электроны нейтрализуют положительно заряженные частицы про
тоны. Поэтому атом в целом является электрически нейтральным.
Получить электричество можно путем направленного перемещения
электронов на другой атом. Такое движение создается с помощью маг
нитного поля генератора, трения или химической реакции в батарее. В
основе процесса лежит свойство притяжения одноименно заряженных
частиц и отталкивания противоположно заряженных.
В результате целенаправленного движения заряженных частиц под
воздействием электрического поля возникает ток.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ЭТО ИНТЕРЕСНО
Электрический ток может свободно передаваться че
рез некоторые материалы, называемые проводниками.
Например, медь и другие металлы, вода. Материалы,
неспособные проводить ток, называют изоляторами.
Хорошими изоляторами являются дерево, пластмасса,
эбонит.
Статическое
эпектричеаво
1
Статическое электричество образуется в результате нарушения
баланса протонов и электронов внутри атома. Оно возникает, как пра
вило, в результате трения. Еще одной причиной возникновения дан
ного явления может соприкосновение двух диэлектриков, между кото
рыми возникает разность потенциалов.
42
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
Источниками статического электричества в квартире в процессе
работы они электризуют мельчайшие частицы пыли, которые оседают
на полу, мебели, одежде и коже человека, а также попадают в дыхатель
ные пути.
В быту человек практически каждый день сталкивается со стати
ческим электричеством. Например, синтетическая одежда при носке и
трении о тело накапливает небольшой заряд и при раздевании можно
услышать легкое потрескивание и увидеть искры.
ВНИМАНИЕ.
Статическое электричество негативно влияет на здо
ровье человека. При длительном воздействии стати
ческий заряд мож_ет вызвать нарушения в работе цен
тральной нервной и сердечно-сосудистой систем, поте
рю сна и аппетита, раздражительность, головные боли.
Самым ярким примером проявления статического электричества в
природе является молния. Мощный электрический разряд образуется
в результате скопления электронов в нижних слоях атмосферы.
Практика:
сбор конденсатором
статических зарядов
Каждый день мы сталкиваемся с действием статического электриче
ства. Дома источником статического электричества служат любые электро
приборы, телевизор, компьютер, экран монитора, синтетическая одежда,
шторы из синтетики и подушки, полиэтиленовые пакеты...
Даже расческа из пластика (далее мы ее будем использовать в опыте).
Известно, как волосы тянутся за расческой, так как заряжены с ней разно
именно. Потом волосы встают «дыбом», так как зарядились между собой
одинаковым зарядом и поэтому разлетаются в разные стороны.
43
Глава 3. Электричество изнутри
Натираем эбонитовую палочку
(или авторучку)
о волосы, заряжая ее
татичесiшм электричеством
Берем рукой конденсатор за электрод
(допустим (-)) и разряжаем эбонитовую
палочку на свободный электрод
конденсатора (+)
а
б
Проделаем операцию,
как в п. а и б несколько
раз
в
г
Подключаем, сохраняя полярность,
конденсатор к светодиоду.
Светодиод подсветится, чем подтвердит
свойсп:,во конденсатора НАКАПЛИВАТЬ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ.
д
Рис. J.2. Заряд конденсатора статическим электричеством
44
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Величина зарядов статического электричества зависит многих вещей:
от электропроводности материалов, от их диэлектрической проницаемо
сти, от скорости двюкения, от трения частиц, от температуры и влажности
воздуха. Статические заряды могут частично взаимно нейтрализоваться
из-за некоторой электропроводности воздуха, могут стекать на землю по
заряженной поверхности.
Эбонитовая палочка или обыкновенная шариковая авторучка
послужит сборщиком электрических зарядов и переносчиком их на
конденсатор.
Конденсатор выбираем наименьшей емкости 0,47 мкФ, чтобы про
цесс сбора зарядов был не слишком долгим.
Светодиод - сигнальный красного, желтого или зеленого цвета.
Берем рукой конденсатор за электрод(допустим(-)) и натираем
попеременно эбонитовую палочку о волосы и разряжаем на свобод
ный электрод конденсатора(+) (рис. 3.2, а). Повторим эту операцию
(рис. 3.2, б-z) и подключим, сохраняя полярность, конденсатор к све
тодиоду (рис. 3.2, д).
ВЫВОД
Светодиод подсветится, чем укажет нам на накопи
тельное свойство конденсатора.
1
Почему взаимодействуют
заряженные тела?
ЭТО ИНТЕРЕСНО
Заряд бывает положительным либо отрицательным.
Соответственно, тело с положительным зарядом всег
да притягивается к телу с отрицательным зарядом. А
два тела с одноименными зарядами. всегда отталкива
ются друг от друга (рис. 3.3).
Рис. J.J. Взаимодействие заряженных тел
Глава 3. Электричество изнутри
45
Рис. J.4. Расположение электронов
Наблюдается тенденция движения. Интенсивность этого движения
частиц в веществах зависит от многих причин: деформации, воздей
ствия све�а, нагревания, трения, химических реакций.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Электроны движутся вокруг ядра и находятся от него на различных
расстояниях, поэтому взаимодействие положительных зарядов прото
нов ядра с электронами неодинаково, оно ослабляется по мере удале
ния электрона от ядра (рис. 3.4).
Таким образом, может меняться число электронов, наиболее уда
ленных от ядра и наиболее слабо связанных с ядром. Число электронов
в атомах материалов можно изменить трением, нагреванием, с помо
щью света, деформации, химических реакций и т. д.
Установлено, что из некоторых веществ под действием света выле
тают электроны, и эти вещества заряжаются положительным зарядом.
Это явление называется фотоэффектом, на нем основан принцип
работы фотоэлементов.
При нагревании металлов до определенной температуры скорости
движения слабо связанных с ядром электронов достигают величин, при
которых их кинетической энергии хватает, чтобы оторвать электроны
от ядра. Электроны становятся свободными с отрицательными заря-
46
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
дами, а атомы металла, потерявшие электроны, обретают положитель
ные заряды. Это явление называется термоэлектронной эмиссией и
используется, в частности, в кинескопах телевизоров.
В химических источниках электрической энергии положительные и
отрицательные полюсы образуются в результате переноса зарядов при
химических реакциях(аккумуляторы).
При механической деформации (сжатии, растяжении и т. д.) на
поверхности некоторых кристаллических тел(например, кварца) воз
никают электрические заряды. Это явление называется прямым пье
зоэлектрическим эфф ектом. При обратном пьезоэффекте кристалл
деформируется под действием электроэнергии.
1
Как количественно
описать электричество?
Запас энергии(потенциальная энергия) единицы количества элек
тричества, находящейся в данной точке электрического поля, называ
ется потенциалом.
Чем больше потенциал, тем больше разница между(+) и (-). Эта
разница потенциалов(+) и(-)- есть электродвижущая сила (ЭДС).
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
В замкнутой цепи электрический ток протекает под действием
электродвижущей силы (ЭДС) источника энергии. Электродвижущая
сила возникает в источнике и при отсутствии тока в цепи, т. е. когда
цепь разомкнута.
При холостом ходе, т. е. при отсутствии тока в цепи, ЭДС равна
разности потенциалов на зажимах источника энергии. Также как и раз
ность потенциалов, ЭДС измеряется в вольтах(В).
Как при замкнутой, так и при разомкнутой электрической цепи
ЭДС непрерывно поддерживает разность потенциалов на зажимах
источника энергии.
В наличии ЭДС можно убедиться, если присоединить к полюсам
источника энергии(вместо линейных проводов) прибор, называемый
вольтметром. Стрелка вольтметра при этом отклонится на некоторый
47
Глава 3. Электричество изнутри
угол. У цифрового прибора изменится значение на дисплее. Отклонение
будет тем больше, чем больше ЭДС источника энергии.
Однако вольтметр покажет не величину ЭДС, а, как мы увидим
дальше, напряжение на зажимах источника, которое также, как и ЭДС,
измеряется в вольтах (В), киловольтах (кВ), милливольтах (мВ):
1 вольт = 1000 милливольт; 1000 вольт = 1 киловольт
Можно представить эти источники в виде маленьких макетов боль
ших источников электрической энергии, которые создал человек (гене
раторы, аккумуляторы, но об этом позже).
Проводники и диэлектрики:
в чем отличие
1
Источник электроэнергии обладает разностью потенциалов, заря
женные частицы которых стремятся друг к другу. Существуют материалы,
которые способствуют движению частиц, а также есть такие, которые
ограничивают их движение.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Первые - это проводники, которыми является большинство
металлов, вода, кислоты, щелочи и прочие. Вторые - диэлектрики:
дерево, воздух, пластмассы и т. д. Из хороших диэлектриков: фарфора,
стекла, текстолита, резины и т. д. изготовляют изоляторы (табл. 3.1).
Электрические свойства диэлектриков
Таблица 3.1
Изолирующие материалы
(диэлектрики)
Воздух
Диэлектрическая
проницаемость, Е
1
30000
Мрамор
8,3
20000- 30000
Парафин
2,0-2,2
150000-500000
Электрическая прочность, В/см
Резина
3,5
100000-150000
Слюда
6,0-7,5
1200000-2000000
Стекло
5,5-10,0
100000-400000
Фарфор
3,0-7,5
60000-100000
48
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Таблица 3.1 (продолжение)
Изолирующие материапь1
(диэлектрики)
Диэлектрическая
проницаемость, Е
Электрическая прочность, В/см
Эбонит
2,0-3,5
80000-100000
Кабельная бумага
2,3-3,5
60000-90000
Трансформаторное масло
2,0-2,5
50000-180000
В качестве проводника электроэнергии используется медь, алюми
ний, бронза, латунь, серебро, золото и их сплавы.
Тем не менее, нужно отметить, что деление тел на проводники и
диэлектрики весьма условно. Все вещества в большей или меньшей сте
пени проводят электричество.
1
Электрическое поле
и его особенности
Для продолжительного существования электрического тока в про
воднике необходимо поддерживать электрическое поле. Для этих целей
используются источники электротока.
ЭТО ПОЛЕЗНО ЗАПОМНИТЬ
Электрическим полем называется материальная среда,
в которой обнаруживается силовое действие на заря
женные частицы или тела.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
Условно электрическое поле изображают в виде электрических
силовых линий, направление которых совпадает с направлением сил,
действующих в нем. В зависимости от интенсивности поля силовые
линии электрического поля изображают расположенными гуще или
реже (рис. 3.5). Среду принято характеризовать особой величиной,
называемой диэлектрической проницаемостью (Е).
Сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов опре
деляется законом Кулона и направлена по прямой, соединяющей эти
Глава 3. Электричество изнутри
49
Рис. J.5. Электрическое поле
заряды (одноименные заряды отталкиваются, разноименные притяги
ваются).
ЭТО ПОЛЕЗНО ЗАПОМНИТЬ
Закон Кулона гласит: Сила взаимодействия двух то
чечных электрических зарядов прямо пропорциональна
произведению количества электричества в этих заря
дах, обратно пропорциональна расстоянию между ними
' и зависит от среды, в которой находятся заряды.
/
Электрическое поле оказывает силовое действие на внесенное в
него электрически заряженное тело. Следовательно, электрическое
поле может совершить работу, т. е. оно обладает энергией. Каждая точка
электрического поля может быть характеризована напряженностью
поля Е или потенциалом Ф.
Напряженность электрического поля Е (В/м) определяется отно
шением силы F, с которой поле действует на точечный заряд, помещен
ный в данную точку поля, к величине этого заряда, т. е. В= F/Q.
ЭТО ПОЛЕЗНО ЗАПОМНИТЬ
Точечным 3арядом называется заряженное тело, линей
ные размер которого ничтожно малы и заряд которого
в результате этого практически не искажает поля.
При Q, равном единице, Е численно равно 1, следовательно, напря
женность электрического поля численно равно силе поля, действующей
на единичный заряд. Для преодоления сил электрического поля при
внесении в него электрического заряда необходимо затрачивать опре
деленную работу.
ГЛАВА4
ПРОВОДНИКИ
И ИХ СОПРОТИВЛЕНИЕ
1
Завис�мость.сопротивления
от своиств проводника
Проведем эксперимент № 1. Для успешного проведения эксперни
ментов в домашних условиях будем пользоваться самыми доступными
методами и компонентами. Кое-что придется приобрести в магазине, кое
что заимствовать от старых и неисправных электроприборов.
В данном эксперименте нам пригодятся:
• мультиметр (тестер);
• любой элемент питания, желательно в контейнере;
• колодка контактная (любая);
• переменный резистор (100-1000 Ом);
• куски проволоки с разным удельным сопротивлением (табл. 4.1).
Сначала выставим резистор на сопротивление около 150 Ом, изме
ряя мультиметром в положении переключателя «200 Ом». Поставим
переключатель на измерение тока в миллиамперах.
МУЛЬТИМЕТР
Соберем э лектрическую це п ь
250
(рис. 4.1). Подключим по очереди прово
1 5в
Ом
дники одинаковой длины и с одинаковой
площадью поперечного сечения, но из
�
---..,,...-разных материалов (рис. 4.1 и рис. 4.2). Нихром
Медь S0,4 30 см
S0,4 30 см
Запишем показания прибора:
1 1 = ... А, 12 = ... А.
Замеряем отрезок: нихром 0,4 мм 2,
30 см, получаем 14,00 мА.
Нихром S1 ,О 30 см
Нихром S0,4 90 см
Замеряем отрезок: медь 0,4 мм 2 , Рис. 4.1. Варианты подключения
30 см, получаем 14,33 мА.
п
51
Глава 4. Проводники и их сопротивление
Рис. 4.1.. Отрезок нихрома
Рис. 4.2. Отрезок меди
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу- •
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
вывод.
Сило тока зависит не только от напряжения, но и от
свойств проводника. Это означает, что розные прово
дники оказывают розное противодействие току, т. е.
оказывают сопротивление.
Источник энергии, включенный в замкнутую электрическую цепь,
расходует энергию на преодоление сопротивления цепей.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
,
Устройство, которые включают в электрическую цепь
для установления определенного сопротивления этой
цепи, называются резисторами.
'-
�
Обозначение: R. Единица измерения: Ом. За единицу сопротив
ления принимают сопротивление такого проводника, в котором при
напряжении 1 В сила тока равна 1 А:
1 ом = 1 вольт/1 ампер
52
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
На практике используются и другие единицы сопротивления:
1 кОм = 1000 Ом, 1 мОм = 0,001 Ом, 1 МОм = 1000000 Ом.
ВНИМАНИЕ.
Постоянная ошибка обучающихся! Путаница с соотно
шениями единиц измерения в формулах, при установке
данных. Будьте внимательны сейчас и всегда!
ПРАВИЛО.
Необходимо запомнить (очень важно), что при расчетах
цепей, применяются единицы одного уровня.
Например: если U = nВольт, то 1 = nАмпер, R = пом.
1
Взаимодействие движущ�хся электронов
с ионами
кристаллическои
решеткиограничи�ающей силу тока
Выясним:
что же является причиной,
в проводнике? Что представляет собой электрический ток в металлах?
Это направленное движение электронов.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Если бы электроны в проводнике не испытывали никаких помех в
своем движении, то они, будучи приведены в упорядоченное движение,
двигались бы по инерции неограниченно долго.
В действительности электроны взаимодействуют с ионами кри
сталлической решетки металла. При этом замедляется упорядочен
ное движение электронов, и сквозь поперечное сечение проводника за
1 секунду их проходит меньше.
Соответственно, уменьшается и переносимьrй электронами за
1 секунду заряд, т. е. уменьшается сила тока. Таким образом, каждый
53
Глава 4. Проводники и их сопротивление
проводник как бы противодействует электрическому току, оказывает
ему сопротивление.
вывод.
Причина сопротивления - взаимодействие движущихся
электронов с ионами кристаллической решетки.
Таким образом, сопротивление проводников зависит от свойств
вещества, из которого он изготовлен.
Зависимость сопротивления
от длины проводника
1
Проведем эксперимент № 2.
Включим поочередно в цепь прово
локи из одинакового материала, но
разной длины (рис. 4.4). Запишем
показания приборов. Замеряем отре
зок: нихром 0,4 мм2 , 90 см, получаем
13,16 мА.
вывод.
нихром 0,4 (30 см)
нихром 0,4 (90 см)
Рис. 4.4. Нихром разной длины
Сопротивление прово
дника зависит от его
длины; чем длиннее
проводник, тем боль
ше сопротивление.
Зависимость сопротивления
от площади поперечного сечения
1
Проведем эксперимент № 3. Включим поочередно в цепь прово
локи из одинакового материала и одинаковой длины, но с разной пло
щадью поперечного сечения (рис. 4.5). Запишем показания приборов.
Замеряем отрезок: нихром 1,0 мм2, 30 см, получаем 14,21 мА.
54
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ВЫВОД.
Со п р о т и в л е н и е
проводника зави
сит от площади
поперечного сече
ния; чем больше
площадь попереч
ного сечения, тем
меньше сопротив
ление.
Целью проведенных работ
является наглядное представление
зависимостей сопротивления про
Рис. 4.5. Нихром с разным
поперечным сечением
водника:
• от свойств вещества, из которого он состоит;
• от поперечного сечения проводника;
• от длины проводника;
Запишем формулу для расчета сопротивления проводника:
R = pl/S,
где р-удельное сопротивление вещества (табл. 4.1).
1 -длина проводника, м;
S - сечение проводника, мм2 •
Удельное электрическое сопротивление некоторых материалов
Материал
р, Ом•м 2/м
Серебро
Медь
Золото
Алюминий
Вольфрам
Латунь
Железо
Олово
Свинец
Платина-иридиевый сплав
Никелин (сплав)
0,016
0,017
0,024
0,028
0,055
0,071
0,1
0,12
0,21
0,25
0,4
Материал
Манганин (сплав)
Конаантан (сплав)
Ртуть
Нихром (сплав)
Фехраль (сплав)
Хромель (сплав)
Графит
Уголь
Фарфор
Эбонит
Из формулы следует:
р
= RS/1.
Таблица 4.1
р, Ом•м2/м
0,43
0,5
0,96
1,1
1,3
1,5
13
40
1019
1020
Глава 4. Проводники и их сопротивление
55
Единица измерения: (1 Ом)(мм2)/м, или 1 Ом)(м.
На практике часто площадь поперечного сечения выражают в мм2 •
Поэтому удобно пользоваться единицей ( 1 Ом х мм2 )/м
Свяжем длину проводника и площадь поперечного сечения:
l = RS/p.
Поскольку R металлов зависит от температуры (R увеличивается при
повышении температуры), то в табл. 4.1 приводятся значения при 20° С.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Способность проводника пропускать электрический
ток называется проводимостью g.
Это величина, обратная сопротивлению, единица измерения кото
рой является сименс:
См = 1/Ом.
Удельная проводимость: (f) = 1/р.
Лучшие проводники электричества: серебро, медь.
Диэлектрики: фарфор, эбонит.
1
Реостаты, резисторы,
потенциометры
Силу тока на практике приходится менять (уменьшать
или увели
чивать). Например, изменяя силу тока в динамике радиоприемника,
мы регулируем громкость; в электродвигателе швейной машины-ско
рость вращения.
Прибор для регулирования силы тока назы- � �
вается реостатом (он же переменный резистор, Рис.4.6. Графическое
обозначение реостата
рис. 4.6).
Конструкция реостатов позволяет изменять длину проводника, по
которому идет ток, изменяя при этом сопротивление в цепи.
Путем изменения сопротивления цепи можно влиять на силу тока
ней.
От нее, в свою очередь, зависит действие, оказываемое током на
в
различные устройства в цепи.
В ползунковых реостатах используют проволоку с большим удель
ным сопротивлением - никелиновую или нихромовую - покрытую
тонким слоем окалины, т. е. витки такого реостата изолированы.
56
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Ее наматывают на керамический цилиндр. По металлическому
стержню перемещается ползунок (рис. 4. 7, рис. 4.8). Реостат рассчитан
на определенное сопротивление (наибольшую силу тока).
В современных радиоэлектронных устройствах используют рези
сторы - детали, обеспечивающие заданное (номинальное) электриче
ское сопротивление цепи (рис. 4. 9).
Переменные сопротивления (потенциометры) могут иметь три
вывода, один из которых связан с подвижным контактом, скользящим
по поверхности проводящего слоя (рис. 4.10).
Сопротивление между любым крайним выводом переменного
резистора и подвижным контактом зависит от положения движка.
Рис. 4.7. Мощный потенциометр
Рис. 4.9. Набор постоянных
сопротивлений (резисторов)
11
Рис. 4.8. Реостат
Рис. 4.10. Набор переменных
сопротивлений (потенциометров)
Небольшая задача
о резисторах
Обязательным условием при изучении электротехники является
решение задач. Это способствует закреплению пройденных материалов.
Дано:1=100см; S= ,Змм; р= ,017Oм-мм 2/м;
О
О
р/
Решение: R =
5;
1
1
R= О,О ;; 'О =0,057 Ом;
подсказка
НЕЗАБЫВАЙТЕ
МЕТРЫ!
1 Ом-мм 2
----м
57
Глава 4. Проводники и их сопротивление
Электрический ток
и внутреннее сопротивление
'
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Запас энергии (потенциальная энергия) единицы количества электричества, находящейся в данной точке элек
трического поля, называется потенциалом.
1
'
Единицей измерения потенциала является вольт (В) или (V).
Потенциал Земли принято считать равным нулю, и если проводник
соединен с землей, то его потенциал также равен нулю.
Самый простой случай возникновения элек
трического тока, это когда один конец провода
соединен с наэлектризованным телом, а другой с землей. Если мы возьмем отрезок проводника
(рис. 4.12) и соединим им две полярности источ
ника, то мы получаем движение заряженных частиц
по проводнику (рис. 4.13) от (+) к (-) (рис. 4.11). Это
движение, есть электричеСЮfЙ ток.
Электрический ток определяет количество
электричества, проходящего через поперечное сече
ние проводника в единицу времени. Если в провод
нике протекает ток 1 ампер (рис. 4.13), то через
поперечное сечение этого проводника в течение
Рис. 4.11. Образное
1 секунды протекает 1 кулон электричества.
представление движения
Любое тело обладает свойством сопротив
тока
ляться движению заряженных частиц (электро
току). Это свойство зависит от вещества, из кото
рого состоит тело, и называется сопротивле
нием.
У проводников оно мало, у диэлектриков велико. Источник электроэнергии тоже имеет
свое сопротивление, называется оно внутренним
Рис. 4.12. Ток
отсутствует
Это свойство проводников широко использу
ется в электрических цепях. Рассмотрим простую
схему работы источника электротока со своим
внутренним сопротивлением.
При разомкнутой цепи источника движение
отсутствует (рис. 4.14). При замыкании полюсов
Рис. 4.13. Ток
протекает
сопротивлением источника.
58
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
течет ток по замкнутой цепи (рис. 4.15)
по проводнику, у которого имеется свое
сопротивление и по собственному вну
треннему сопротивлению.
Источник имеет определенное колиРис. 4.14. Цепь
· · Цепь
Рис· 415
чество
электроэнергии. Какой бvдет
вели1,
разомкнута
замкнута
чи;на тока, протекающего по цепи?
Она будет зависеть от разницы потенциалов (мы помним: чем
больше разница, тем больше притяжение) и от сопротивления прово
дника и внутреннего сопротивления источника.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Как правило, сопротивление источника очень мало, и
при изучении им можно пренебречь.
Зависимость такая: электрический ток будет равен тому, что мы
получим, когда поделим разность потенциалов участка (величина
напряжения) на сопротивляемость этого участка (сопротивление).
Обозначаем: 1- электрический ток; U - напряжение; R- сопро
тивление.
1 = U/R или U = IR - это есть знаменитый закон Ома.
Взаимосвязь тока, напряжения и сопротивления можно назвать
основным законом электротехники, он применим во всем, что свя
зано с электричеством.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
На этом законе построено и работает все - электрические сети, все
возможное электрооборудование, электрические механизмы, электро
ника, радиотехника и т. д.
Знание и умение объяснить и применить закон Ома - это пер
вый большой шаг в изучении электричества, до конца непознан
ной науки.
59
Глава 4. Проводники и их сопротивление
Тепловое
действие тока
1
Рассмотрим действие электрического тока в примерах (рис. 4.16рис. 4.21).
Работа тока только через проводник приводит к короткому замыка
нию, так как сопротивление проводника очень мало (рис. 4.22).
В данном случае разрушиться может все, что находится в схеме
(источник, проводник, выключатель), разрушение током будет продол
жаться до разрыва в самом слабом месте цепи. У нас условно показаны
разрывы в нескольких местах (рис. 4.23).
о
Рис. 4.16. Электрическая
цепь с сопротивлением
разомкнута
Рис. 4.17. Электрическая
цепь с сопротивлением
замкнута
Рис. 4.18. Графическое
изображение схемы
с сопротивлением
Рис. 4.19. Электрическая
цепь с электролампой
разомкнута
Рис. 4.20. Электрическая
цепь с электролампой
замкнута
Рис. 4;21. Графическое
изображение схемы
с электролампой
проводник имеет малое
сопротивление.при
замыкании выключателя
получим короткое замыкание
J
источник выключатель
проводник
Рис. 4.22. Схема короткого
замыкания (К.3.)
Рис. 4.23. Образное представление
разрушительного действия тока К.3.
60
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Это пример с источником большой мощности, обыкновенная бата
рейка просто потеряет свой заряд. Если уменьшать сопротивление в
цепи, то сопротивление всей цепи уменьшится, а ток в цепи увеличится.
С увеличением тока падение напряжения внутри источника энер
гии возрастает, так как внутреннее сопротивление источника остается
неизменным.
Следовательно, с уменьшением сопротивления внешней цепи
напряжение на источнике тоже уменьшается.
При соединении источника энергии с проводником, сопротивление
которого равно нулю, ток в цепи 1 = EfRo. Это наибольший ток, который
может быть получен в цепи источника.
1 - сила тока; Е - напряжение; R0 - внутреннее сопротивление
источника.
Для источников энергии с малым внутренним сопротивлением,
например, для электрических генераторов и кислотных аккумуляторов,
короткое замыкание опасно, оно может вывести их из строя.
Короткое замыкание может возникнуть из-за нарушения изоляции
проводов, соединяющих приемник с источником эн.ергии.
��
.
),то
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
Металлические линейные провода при взаимном соприкосновении
образуют малое сопротивление, которое по сравнению с сопротивле
нием приемника может быть принято равным нулю. Для защиты аппа
ратуры от токов короткого замыкания применяют предохранители.
ГЛАВА 5
ДИЭЛЕКТРИКИ
И ЕМКОСТЬ
Диэлектрики
1
Материалы, проводящие электрический ток, называются провод
никами. В ряде материалов, называемых диэлектриками, электри
ческий ток не возникает. У таких материалов электрические заряды
молекул прочно связаны внутримолекулярными силами, и свободных
электронов очень мало.
ПРИМЕРЫ.
К диэлектрикам относятся - мрамор, фарфор, слюда,
стекло и др.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
•
.
В молекулах диэлектрика очень трудно отделить отрицательный
заряд от положительного, но под действием сил электрического поля,
внутренние молекулярные заряды упруго смещаются:
• положительные заряды - по направлению поля;
• отрицательные заряды - в обратном направлении.
62
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
вывод.
/
Диэлектрик в электрическом поле поляризуется: на по
верхности диэлектрика, обращенной к положительно
заряженному проводнику, образуется отрицательный
заряд -Q, а на противоположной поверхности - поло
жительный заряд +Q.
\.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
С устранением внешнего электрического поля эти заряды исчезают.
Система, состоящая из двух проводников, разделенных диэлектриком,
называется конденсатором, а проводники - обкладками конденсатора.
Если два таких проводника соединить с полюсами источника элек
трической энергии, то между ними (и разделяющем их диэлектрике)
создается электрическое поле. Положим, что конден
- +
сатор, состоящий из двух металлических пластин А и
u
Б, являющихся его обкладками, подключен к полюсам
Б
А
источника тока.
Если напряжение этого источника U, то очевидно,
что обкладки конденсатора находятся под таким же
напряжением U.
Электрическое поле, возникшее в диэлектрике
Pu,.S.1.. Обкладки конденсатора, характеризуется напряженно стью.
конденсатора
Пусть расстояние между обкладками конденсатора 1
(рис. 5.1). Напряженность электрического поля представляет собой отно
шение напряжения на обкладках к расстоянию между ними, т. е. Е = U/1.
Если напряжение на обкладках конденсатора выражено в вольтах,
а расстояние между параллельно расположенными обкладками - в
метрах, то напряженность электрического поля в диэлектрике конден
сатора выражается в вольтах на метр (В/м).
ПРАВИЛО.
/
\.
�
Чем больше напряжение на обкладках конденсатора,
тем больше напряженность поля в его диэлектрике.
�
Глава 5.Диэлектрики и емкость
63
Обкладки конденсатора, соединенные с полюсами источника энер
гии, имеют положительный и отрицательный заряды. Величины заря
дов, равные между собой по абсолютной величине, пропорциональны
напряжению U на обкладках конденсатора.
Значит, если величину заряда на одной из обкладок обозначить
буквой Q, то можно написать следующее равенство:
Q=CU.
В этом равенстве величина С является так называемой емкостью
конденсатора.
Если заряд Q выражен в кулонах, а напряжение U в вольтах, то
емкость выражается в фарадах.
1 Ф = 1 ООО ООО мкФ = 10 12 пФ (пикфарад).
Емкость конденсатора зависит от обкладок, расстояния между ними
и диэлектрической проницаемости.
ПРАВИЛО.
Емкость конденсатора тем больше, чем больше пло
щадь S его обкладок и диэлектрическая проницаемость
среды, разделяющей их, а также, чем меньше расстояние
между обкладками.
1
Заряд и разряд
конденсатора
Подключаем конденсатор к источнику энергии - происходит заряд
конденсатора до напряжения между обкладками U, равного напряже
нию источника Е. Обкладка, соединенная с положительным полюсом
источника, получит положительный заряд, вторая обкладка - равный
по величине отрицательный заряд Q = CU.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Для заряда конденсатора необходимо, чтобы одна из об
кладок потеряла, а другая приобрела некоторое количе
ство свободных электронов.
64
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Электроны движутся от одной обкладки конденсатора на другую
под действием напряжения источника. Двwкение этих зарядов называ
ется током зарядки конденсатора.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
С повышением напряжения на конденсаторе ток заряда умень
шается и постепенно становится равным нулю. В начальный момент
заряда конденсатора напряжение на нем быстро возрастает, так как ток
заряда имеет большую величину зарядов и происходит быстрое нако
пление зарядов на обкладках конденсатора.
С повышением емкости конденсатора возрастает количество заря
дов, накапливаемых на его обкладках, а с увеличением сопротивления
цепи уменьшается зарядный ток. Это замедляет накопление зарядов на
этих обкладках.
Если заряженный конденсатор замкнуть на какое-либо сопротивле
ние R, то под действием напряжения на конденсаторе будет протекать
ток разряда конденсатора.
Разряд конденсатора сопровождается переносом электронов с
одной пластины (где их избыток) на другую (где их недостаток). Он про
должается до тех пор, пока потенциалы обкладок не станут одинако
выми, т. е. напряжение на конденсаторе не уменьшится до нуля.
По мере понижения напряжения разрядный ток уменьша
ется, и перенос зарядов с одной обкладки на другую замедляется.
Продолжительность процесса разряда конденсатора зависит от сопро
тивления цепи и емкости конденсатора. Увеличение сопротивления и
емкости увеличивает длительность разряда.
ПРИМЕЧАНИЕ.
С повышением сопротивления разрядный ток уменьша
ется, замедляя перенос зарядов с одной обкладки на дру
гую; с возрастанием емкости конденсатора увеличива
ется заряд на обкладках.
При неизменном напряжении ток через конденсатор не проходит,
конденсатор не пропускает постоянный ток, так как между его обклад-
Глава 5. Диэлектрики и емкость
Рис. 5.2. Электролитические
конденсаторы (полярные)
•
65
Рис. 5.J. Неполярные
конденсаторы
ками помещен диэлектрик. При заряде конденсатор накапливает элек
трическую энергию, потребляя ее от источника. Накопленная энергия
сохраняется некоторое время.
Чем больше емкость конденсатора и напряжение между его обклад
ками, тем больше энергия, накопленная им.
После заряда в конденсаторе определенное время сохраняется
накопленная энергия, и напряжение на нем не меняется. При длитель
ном хранении конденсатор полностью разряжается. Это явление назы
вается саморазрядом конденсатора.
Оно объясняется тем, что любой диэлектрик не идеальный изоля
тор и содержит небольшое количество свободных электронов. Поэтому
под действием разности потенциалов заряды переносятся с одной
обкладки на другую, т. е. появляется ток утечки. При большом токе
утечки конденсатор считается неисправным. Конденсаторы бывают
полярные (рис. 5.2) и неполярные (рис. 5.3).
Соединение
конденсаторов
1
Соединение конденсаторов в цепи бывает параллельным (рис. 5.4)
и последовательным (рис. 5.5).
При параллельном соединении емкость их равна сумме емко
стей, так как параллельное соединение увеличивает общую площадь
обкладок:
66
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
llJ
/lJ
ттт
cj[cd_cii_
Рис. 5.4. Параллельное
соединение
Рис. 5.5. Последовательное
соединение
При последовательном соединении
конденсаторов уменьшается общая емкость
системы, которая будет меньше емкости
любого из последовательно включенных
конденсаторов, так как последовательное
включение подобно увеличению толщины
диэлектрика, т. е. расстоянию между обклад
ками конденсатора.
1/С
=
1/С 1 + 1/С 2 + l/C 3•
ШАГ
11
ПОСТОЯННЫЙ
ток
Глава 6. Зависимости сопротивлений
Глава 7. Типовые соединения резисторов
Глава 8. Зависимости постоянного тока
Глава 9. Расчет цепей
Глава 10. Работа и мощность
Глава 11. Режимы цепи
Глава 12. Химические источники
ГЛАВА 6
ЗАВИСИМОСТИ
СОПРОТИВЛЕНИЙ
1
Зависимость сопротивления
от положения движка
Мы рассматривали зависимость сопротивления от размеров и
свойств проводника. Теперь проверим, как же влияют друг на друга
составляющие закона Ома.
Переменные резисторы (потенциометры) могут иметь три вывода
(рис. 6.1), один из которых связан с подвижным контактом, скользя
щим по поверхности проводящего слоя. Сопротивление между любым
крайним выводом переменного резистора и подвижным контактом
зависит от положения движка.
Выяснили, что при любом положении движка резистора соблю
дается равенство: напряжение участка 1-3 равно сумме напряжений
участка 1-2 и участка 2-3 (рис. 6.2 - рис. 6.6).
Выяснили, что чем больше сопротивление участка, тем больше
напряжение на нем. Следовательно, потенциометром можно регулиро
вать напряжение.
А
12В
12В
в
Рис. 6.1. Переменный резистор
с подвижным контактом
(потенциометр)
Рис. 6.2. Регулировка
напряжения
потенциометром
Рис. 6.J. Напряжения
на участках
потенциометра
69
Глава 6. Зависимости сопротивлений
Рис. 6.4. Движок потенциометра
на середине
Рис. 6.5. Движок в направлении 3
Рис. 6.6. Движок в направлении 1
Зависимость сопротивления проводника
от температуры
1
· Применяя закон Ома, установим зависимость сопротивления про
водника от температуры. В данном эксперименте можно убедиться, что
с увеличением температуры сопротивление проводника увеличивается.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
70
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Д11я выполнения эксперимента пона
добиться миллиамперметр и реостат с
большим сопротивлением (рис. 6. 7).
1. При малом свечении лампы
(рис. 6.8):
1=0,lOA=100 мА;U=1,15В;
Найдем сопротивление:
R=1,15/0,1 =11,5 Ом;
2.В полнакала (рис. 6.9):
1=0,19 А=190 мА;U=3,16В;
Найдем сопротивление:
R=3,16/0,19=16,6 Ом;
3. При горячем состоянии, ярком
свечении (рис. 6.10):
1=0,24 А= 240 мА;U=4,93В;
Найдем сопротивление:
R=4,93/0,24=20,5 Ом.
�"
Рис. 6.7. Схема определения
зависимости сопроти.вления
проводника от температуры
Рис. 6.8. Малое свечение лампы
Рис. 6.9. Свечение лампы в полнакала
Рис. 6.10. Яркое свечение лампы
Мы уже знаем, что при изменении напряжения в цепи изменяется
ток, а сопротивление - нет.В этом случае при изменении напряжения
меняется ток, который влияет на состояние нити накала. Изменяется
яркость свечения и температура. Температура, в свою очередь, влияет
на сопротивление, что мы и видим при расчетах. Составим таблицу
(табл. 6.1).
71
Глава 6. Зависимости сопротивлений
Таблица 6.1
Результаты измерений
Физическая
величина
Малый накал
Попнакала
Большой накал
Ед. измерения
100
11,S
190
16,6
240
20,S
Ом
Ток
Сопротивление
мА
На основании данных табл. 6.1 построим график (рис. 6.11).
Проделанный опыт показывает зависимость сопротивления от
температуры.
ПРИМЕЧАНИЕ.
/
Опыт основан на приблизительных результатах и расчетах для наглядного показа этой зависимости, без
определения температуры нити накала.
Узнать температуру нити накала
можно по формуле зависимости R от t:
А
20,5
16,6
15
11,5
10
5
о
'
100
мая.
накал
190
пол
накала
240
бол.
накала
Рис. 6.1.1. График зависимости
сопротивления проводника
от температуры
� = Ro (1 + at),
где � - сопротивление при темпе
ратуре t;
Ra - сопротивление при О 0С;
а - температурный коэффици
ент сопротивления (для воль
1
т
фрама: а = 0,0046 град- 1).
При Ro = 2,2 Ом, в нашем случае,
в точке малого накала температура
равна 2021 °С.
ГЛАВА 7
ТИПОВЬIЕ
СОЕДИНЕНИЯ
РЕЗИСТОРОВ
1
Последовательное
соединение резисторов
мников
Электрич еская цепь может содер жать несколько прие
им,
полож
Пред
ния.
тивле
(нагрузок) энергии, имеющих различные сопро
тивле
сопро
с
зок
что внешняя цепь аккумулятора состоит из трех нагру
ниями R1 ; R2 ; R3 •
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Такое соединение нагрузок, при котором каждая из них
поочередно включена в одну замкнутую электрическую
цепь, называется последовательным (рис. 7.1).
,;�
-
.\.._Ei
-
В качестве ш,люстроции материала книги пред•
лагаю посмотреть видеоролик.
• •
Для автоматического перехода к странице запу- •
стите Приложение (<Сканер QR и штрих-кодов» •
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру 1.:1. _,,. • • • •
на расположенный рядом QR-код.
Ток при этом во всех нагрузках одинаков, а сопро
тивление внешней цепи (сопротивление аккумуля
тора не считается) равно сумме их сопротивлений.
r;,�
�2АЗ
+
1._
�.---------,
Рис. 7.1. Схема
последовательного_
соединения
Глава 7. Типовые соединения резисторов
73
Зная закон Ома, представляем:
1 = E/(Ro + R 1 + R2 + R 3);
где Ra - внутреннее сопротивление источника.
Напряжение на последовательно соединенных нагрузках равно
произведению силы тока на сопротивление нагрузки:
U1 = IR1 ; U2 = IR2; U3 = IR3•
Значит, сумма напряжений на нагрузках равна напряжению на
источнике. По всей цепи протекает одинаковый ток, значит, напряже
ния пропорциональны их сопротивлениям:
U1 :U2 :U3 = R 1 :R2 :R3 •
При постоянном напряжении ток зависит от сопротивления цепи.
Поэтому изменение сопротивления одной нагрузки ведет к изменению
общего сопротивления всей цепи, тока и напряжения на всех нагрузках.
Слегка запутанные представления лабораторных работ, великолепно
влияют на усвоение материала и на умение сборки и чтения электри
ческих схем.
ПРИМЕЧАНИЕ�
В практических работах можно использовать любые,
имеющиеся в наличии, компоненты, близкие по значени
ям и параметрам. Соответственно, показания и резуль
таты будут иными, но суть проделанной работы усво
ится лучше.
Рассмотрим работу цепи в трех положениях потенциометра R3:
1. R31 = 22 Ом (рис. 7.2, б);
2. R32 = (среднее положение регулятора, рис. 7.2, в);
3. R33 = О (рис. 7.2, z).
Схема собрана с помощью клеммной колодки, соединения между
резисторами посредством перемычек черного цвета.
1. На рис. 7.2, б видим показания при R3 = 22 Ом; 1 = 88,6 мА.
2. На рис. 7.2, в установили положение ползунка в произвольное
положение. Не лишним будет рассчитать сопротивление потен
циометра в этом положении.
74
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
а
б
1 = 88,6 мА
в
1
= 110,8 мА
г
1 = 143,1
мА
Рис. 7.2. Измерения в цепи с последовательно соединенными резисторами:
а - принципиальная схема;
б - состояние схемы при R31 = 22 Ом;
в - состояние схемы при положении ползунка R31 в произвольном положении;
г-R3 0Oм
=
75
Глава 7. Типовые соединения резисторов
ПРИМЕЧАНИЕ.
Учитывайте, что показания приборов не точны, и мы
не берем во внимание сопротивления проводов, так что
все расчеть, приблизительны, и соответственно, ре
зультаты мы получим приблизительные, исключитель
но для общего понимания и наглядности.
Смотрим рис. 7.2, в: R3 = Х; 1 = 110,8 мА; U3 = У.
Находим падение напряжения на R3 :
U3 = 5 - (Ul + U2) = 5 - (3,46 + 0,33) = 1,21 В;
R3 = UJI = 1,21/0,1108 А= 10,9 Ом; 1 = 110,8 мА
3. На рис. 7.2, г установили потенциометр - сопротивление до О,
в цепи осталось два сопротивления и их падения напряжения в
сумме должны быть равны напряжению источника:
uобщ = ul + U2 = 4, 48 + 0, 45 = 4,93 В; 1 = 143,1 мА.
Хорошо видны зависимости тока и падений напряжения от вели
чины сопротивления в цепи. Последовательное соединение добавочных
резисторов используется на практике для понижения напряжения.
ВНИМАНИЕ.
ЕСЛИ НЕПОНЯТНО - дАЛЬШЕ НИ ШАГУ!
ПОВТОРИТЕ ИЛИ ОТЛОЖИТЕ ДО ЛУЧШЕГО НАСТРОЕНИЯ!
Все понятно? Отлично! Идем дальше.
Призываем на помощь
первый закон Кирхгофа
1
В цепях, состоящих из последовательно соединенных источника и
приемника энергии, соотношения между током, ЭДС и сопротивлением
всей цепи или между напряжением и сопротивлением на каком-либо
участке цепи, определяется законом Ома. На практике в цепях токи от
какой-либо точки идут по разным путям.
76
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Точки, где сходятся несколько проводников, называются
узлами, а участки цепи, соединяющие два соседних узла,
ветвями.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
В замкнутой электрической цепи ни в одной ее точке не могут ска
пливаться электрические заряды, так как это вызвало бы изменение
потенциалов точек цепи.
,
вывод.
Электрические заряды, притекающие к какому-либо узлу
в единицу времени, равны зарядам, утекающим от этого
узла за ту же единицу.
В узле А цепь разветвляется на
четыре ветви, которые сходятся в
узел В. Обозначим токи в неразвет
вленной части цепи ,..... 1, а в ветвях
соответственно 1 1 , 12 , 13, 14 (рис. 7.3).
У этих токов в такой цепи будет
соотношение:
R1
11
12
13
14
12
i
!.!_. о
i
14
13
Рис. 7.J. Разветвленная цепь
ПРАВИЛО.
Сумма токов, подходящих к узловой точке электриче
ской цепи, равна сумме токов, уходящих от этого узла.
,
77
Глава 7. Типовые соединения резисторов
ПРИМЕЧАНИЕ.
Ничто не исчезает бесследно и не появляется из ничего.
При параллельном соединении резисторов ток проходит по четырем
направлениям, что уменьшает общее сопротивление или увеличивает
общую проводимость цепи, которая равна сумме проводимостей ветвей.
Обозначим силу тока в неразветвленной ветви буквой 1. Силу тока
в отдельных ветвях соответственно 1 1 , 12, 13 и 14. Напряжение между точ
ками А и В - U. Общее сопротивление между этими точками - R.
По закону Ома напишем:
1 = U/R; 1 1 = U/R 1 ; 12 = U/R2 ; 13 = U/R3 ; 14 = U/R4 ;
Согласно первому закону Кирхгофа:
1 = 1 1 + 12 + 13 + 14 или U/R = U/R 1 + U/R2 + U/R3 + U/R4•
Сократив обе части полученного выражения на U получим:
1/R = l/R 1 + l/R2 + l/R3 + l/R4•
Что и требовалось доказать. Соотношение верно для любого числа
параллельно соединенных резисторов.
В случае если в цепи содержится два параллельно соединенных
резистора R 1 и R2 , то можно написать равенство:
1/R = l/R 1 + l/R2 •
Из этого равенства найдем сопротивление R, которым можно заме
нить два параллельно соединенных резистора:
R = R 1 R/(R 1 + R2).
Полученное выражение имеет большое практическое применение.
Параллельное
соединение резисторов
1
Если параллельно соединены n одинаковых резисторов R, то общее
сопротивление такой цепи будет в n раз меньше сопротивления одного
резистора, �бщ = R/n.
Напишем следующее: l 1 R 1 = U; l2R2 = U; l3R3 = U; 14R4 = U.
Все части равны, значит: l 1 R 1 = l2R2 = l3R3 = 14R4•
Получим: 1/12 = R/R 1 ; 1/13 = RJR.2 и т. д.
78
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
вывод.
В цепях с параллельно включенными сопротивлениями
токи распределяются обратно пропорционально этим
сопротивлениям. Значит, чем больше величина парал
лельно включенного сопротивления, тем меньше ток в
этом сопротивлении, и наоборот.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
Если напряжение между узлами не изменяется, то токи в рези
сторах, включенных между этими узлами, не зависят друг от друга.
Выключение одного или нескольких резисторов из цепи не отражается
на работе остальных, оставшихся включенными. Поэтому электро
лампы, электродвигатели и другие включают параллельно.
,
'
вывод.
Чем больше величина включенного параллельно сопротивления, тем меньше ток в этом сопротивлении, и на
оборот.
'
�
Е1=5В
Рассмотрим работу цепи (рис. 7.4)
в двух положениях потенциометра:
1. R3 = 22 Ом (рис. 7.5); при этом
1 1 = 0,18 А; 1 3 = 0,18 А; 1 2 = 0,1 А;
2. R 3 = О (рис. 7.6); при этом
R3=220м
1 1 = 0,25 А; 1 3 = 0,25 А; 12 = О,16 А.
Рис. 7.4. Схема параллельного
соединения резисторов
Ток, входящий в схему, и выходя
щий - равны.
Ток, протекающий по одной параллельной ветви, меньше чем
входящий или выходящий, что говорит о протекающем токе во вто
рой параллельной ветви (при первом положении R3):
14 = 11 - 12 = 0,18 - 0,1 = 0,08 А.
79
Глава 7. Типовые соединения резисторов
Рис. 7.5. Положение потенциометра R1 = 22 Ом
Рис. 7.6. Положение потенциометра R1 = О Ом
При уменьшении сопротивления в одной из параллельных вет
вей, ток в этой ветви возрастает: 0,16>0,1.
При втором положении R3 :
14 = 0,25 - 0,16 = 0,09 А.
Смешанное соединение
резисторов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Если резисторы, соединенные параллельно между собой,
включены последовательно с другими резисторами, то
такое соединение их называется смешанным (рис. 7.7).
1
80
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Для определения сопротивления нескольких
резисторов, соединенных смешанно, сначала
находят сопротивление параллельно или после
довательно соединенных резисторов, а затем
заменяют их одним резистором с сопротивле
нием, равным найденному.
-
,;�
J
�v.;:·-
R1дГжl
Wc
Рис. 7.7. Смешанное
соединение резисторов
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
•
IЖ1..
.
Например, для определения сопротивления между точками А и С
сначала находят сопротивление между точками В и С:
R = R2R/(R2 + R3).
Потом складывают полученное значение сопротивления с сопро
тивлением R 1 :
1
Нелинейные
сопротивления
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Сопротивление, которое не зависит от проходящего по
ней тока, называется линейным. Если сопротивление
зависит от проходящего по ней тока, то называется
нелинейным.
Устройство нелинейного элемента предусматривает изменение сво
его сопротивления, в зависимости от силы проходящего по нему тока.
У линейного сопротивления вольтамперная характеристика
представляет собой прямую, так как сопротивление постоянно.
Согласно закону Ома между током и напряжением существует
прямо пропорциональная зависимость.
р з т р
Глава 7. Типовые соединения е ис о ов
81
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
Для нелинейного элемента вольтамперная характеристика не
прямолинейна, а его сопротивление уменьшается с ростом тока (напри
мер, в электронных приборах: электронных лампах, полупроводнико
вых диодах и стабилитронах). Или сопротивление элемента растет с
увеличением тока (нагревательные приборы, лампа накаливания).
При последовательном соединении двух нелинейных сопротивле
ний ток в цепи является общим для обоих сопротивлений, а приложен
ное напряжение в любой момент равно сумме напряжений на первом и
втором нелинейном сопротивлении.
При параллельном соединении нелинейных сопротивлений ток в
неразветвленной цепи в любой момент равен сумме токов в этих сопро
тивлениях, а напряжение на зажимах цепи является общим для обоих
сопротивлений.
Расчет при смешанном соединении сопротивлении производится
же,
как линейных, с заменой результатов на одно общее и т. д.
так
ГЛАВА 8
ЗАВИСИМОСТИ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
1
Зависимость силы тока
от напряжения
Подключаем потенциометр к клеммам 5 вольт источника тока
нашего БП. Изменяем напряжение потенциометром. Собираем элек
трическую цепь по схеме (рис. 8.1), проводим измерения, меняя напря
жение и сопротивление цепи.
✓
r;
�
'
:;::,,,
-
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Случай 1. R 3 = 22 Ом.
1. Подвижной контакт в верхнем поло
жении резистора (рис. 8.1). Падение
напряжения на R 1 : U = 5 В.
По приборам: Ur3 = 1,39 В.
1 = 61,8 мА= 0,0618 А (рис. 8.2).
Проверим полученные данные:
Рис. 8.1. Схема определения
зависимости силы тока
R = 56 Ом+ 22 Ом = 78 Ом; U = IR;
от напряжения
=
=
U 0,0618 Ах78 Ом 4,82 В;
Без учета сопротивлений приборов и проводов.
Глава 8. Зависимости постоянного тока
Рис. 8.2. Подвижной контакт в верхнем
положении резистора (по схеме)
83
Рис. 83. Подвижной контакт в произвольном положении
2. Подвижной контакт - в произвольном положении, подальше от
предыдущего, но чтобы приборы не показывали ноль. ·
Падение напряжения на R 1 : U< 5 В;
Ur3 = 0,06 В; 1 = 2 мА = 0,002 А (рис. 8.3);
Проверим:
Ur2 = 56 ОмхО,002 А= 0,1 В;
U = 0,1 + 0,06 = 0,16 В;
3. Подвижной контакт в поло
жении ближе к верхнему (по
схеме).
Падение напряжения на R 1 :
0,16< U<5 В; Ur3 = 1,2 В;
1 = 54 мА = 0,054 А (рис. 8.4).
Найдем:
U = 1,2В+О,054Ах56Oм = 4,2 В.
Случай 2. R3<22 Ом.
1. Подвижной контакт в верх
нем положении резистора
(по схеме).
Падение напряжения на R 1 :
U = 5 В; R3 = Х;
По приборам видно:
Ur3 = 0,8 В;
1 = 74,3 мА= 0,074 А
(рис. 8.5).
Найдем:
R3 = U/1= 0,8 В/0,074А = 10,8 Ом;
R00щ =: 56 + 10,8 = 66,8 Ом.
Рис. 8.4. Подвижной контакт в положении
ближе к верхнему (по схеме)
Рис. 8.5. Подвижной контакт в верхнем
положении резистора (по схеме)
84
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Проверим:
U= 0,074 Ах66,8 Ом = 4,9 В.
2. Подвижной контакт - в
произвольном положении,
подальше от предыдущего,
но чтобы приборы не пока
зывали ноль.
Падение напряжения на R 1 :
U<S В ;
При R3 = 10,8 Ом: Ur3 = 0,03 В;
1 = 2 мА= 0,002 А; (рис. 8.6).
Узнаем:
U = Ur2 + Ur3 = 56 ОмхО,002 А+
+ 10,8 ОмхО,002 А;
U= 0,1336 в.
3. Подвижной контакт
в положении ближе
к верхнему (по схеме).
Падение напряжения на R 1 :
0,16<U<5 В;
При R3= 10,8 Ом: Ur3 = 0,68 В;
1 = 63 мА= 0,063 А; (рис. 8. 7)
Найдем:
U = 0,68 В+ 0,063 Ах56 Ом,,.
= 4,2 в.
Рис. 8.6. Подвижной контакт
в произвольном положении
-
Рис. 8.7. Подвижной контакт
в положении ближе к верхнему (по схеме)
Составим таблицу (табл. 8.1):
Результаты измерений
Сопротивление
Напряжение
Сила тока
R, = 22 Ом
Таблица 8.1
R, < 22 Ом
4,9 1 0,13 1 4,2
4,82 1 0,16 1 . 4,2
0,060 1 0,002 10,054 0,074 I 0,002 10,063
Строим график зависимости силы тока
от напряжения (рис. 8.8).
Из графиков делаем выводы:
• во-первых, во сколько раз увеличива
ют напряжение, во столько раз увели
чивается сила тока;
• во-вторых, наклон графиков разный.
мА
74
R3=10,8 Ом
63
60
54
R3=22Oм
40
30
20
10
2 ______....._.___,.
2
3 4,2 4,8 u
0,13 1
4,9
0,16
Рис. 8.8. График зависимости
силы тока от напряжения
85
Глава 8. Зависимости постоянного тока
Вычислив отношение напряжения к силе тока для каждого опыта,
выяснили, что в обоих случаях оно постоянно и равно. Эта постоянная
величина характеризует свойство проводника, раз она не изменяется в
опытах.
ВЫВОД.
Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна на
пряжению на этом участке.
Отношение напряжения на участке цепи к силе тока
есть величина постоянная для этого участка, и опреде
ляет его сопротивление.
�-----
+ SB
R1=4,7 кОм
Зависимость силы тока
от сопротивления
1
Будем стараться оставлять напряжение
неизменным, чтобы вывести зависимость
1
силы тока от сопротивления. Собираем
1________ _
электрическую цепь по схеме (рис. 8. 9):
Сначала соберем цепь с R 2 = 30 Ом
Рис. 8.9. Схема определения
зависимости силы тока
(рис. 8.10). Показания приборов:
от сопротивления
V 1 = 1 ,01 В ; I 1 = 30, 6 МА•
Цепь с двумя R23 (рис. 8.11): R2 + R3 = 30 + 6,8 = 36,8 Ом.
Показания приборов: U2 = 1,08 В; 12 = 27,1 мА.
Цепь с тремя R234 (рис. 8.12): R23 + R234 = 36,8 + 6,8 = 43,6 Ом.
Рис. 8.10. Цепь с R1 = 30 Ом
Рис. 8.11. Цепь с двумя R13
86
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Рис. 8.12. Цепь с тремя R134
Рис. 8.13. Напряжение на общем
сопротивлении около двух вольт
Показания приборов: U3 = 1,00 В; 1 3 = 21,5 мА.
Теперь , устанавливая напряжение на общем сопротивлении
около двух вольт, убираем по одному резистору и записываем пока
зания приборов (рис. 8.13).
При U3 2 = 2,07 В: R234 = 43,6 Ом; 13 2 = 44,7 мА.
При U2 >< 2 = 1,93 В (рис. 8.13): R23 = 36,8 Ом; 1 2 ><2 = 48,7 мА.
При U 1 2 = 2,02 В (рис. 8.14): R2 = 30 Ом; 1 1 2 = 61,7 мА.
Чертим таблицу зависимость силы тока от сопротивления
(табл. 8.2). Строим график (рис. 8.16).
><
><
><
><
вывод.
Из графиков по результатам опыта видим: сила тока
уменьшается с увеличением сопротивления.
Рис. 8.14. Схема при И1 •2 = 1,93 В
Рис. 8.15. Схема при И1 •2 = 2,02 В
87
Глава 8. Зависимости постоянного тока
Зависимость силы тока
от сопротивления
Таблица 2.3
1,мд
R,Ом
U,B
30,6
27,1
21,5
44,7
48,7
61,7
30
36,8
43,6
43,6
36,8
30
1,01
1,08
1
2,07
1,93
2,02
61,7
48,7
44,7
30,6
27,1
21,5
1
1
U=1
В
----- ------➔---
1 - .-------f-----
1
I
I
1
----------------➔--�
1
1
1
1
10
о
10
20
30
1
1
1
1
1
1
1
1
1
I
I
I
:
1
1
1
1
1
1
36,8 43,6
R
Рис. 8.16. График зависимасти
силы тока от сопротивления
Полученная зависимость, показаннгая на графиках, называется
обратно пропорциональной.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Делаем вывод, что сила тока в участке цепи обратно пропорцио
нальна сопротивлению этого участка
J~ 1/R; J = U/R.
Учитывая формулы, приходим к следующему выводу.
вывод.
Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропор
циональна его сопротивлению.
'
Это и есть тот закон, который установил экспериментально, а затем
вывел теоретически Георг Ом в 1827 r., а мы с вами сегодня.
ГЛАВА 9
РАСЧЕТ ЦЕПЕЙ
1
Второй закон
Кирхгофа
ЗАКОН.
/
В замкнутом контуре электрической цепи сумма всех
ЭДС равна сумме падения напряжения в сопротивлениях
того же контура.
'
Е1 + Е2 + Е3 + ... + Еп = l1 R1 + l2R2 + l3R3 + ... + /пRп.
При составлении уравнений выбирают направление обхода цепи
и произвольно задаются направлениями токов. Если в электрической
цепи включены два источника энергии, ЭДС которых совпадают по
направлению, т. е. согласно (рис. 9.1, а), то ЭДС всей цепи равна сумме
ЭДС этих источников:
Е = Е 1 + Е2 •
Если же в цепь включено два источ
ника, ЭДС которых имеют противоположные направления, т. е. включены встречно
(рис. 9.1, б), то общая ЭДС цепи равна разно
сти ЭДС этих источников:
Е = Е 1 -Е 2 •
-
r;';1
V
;,/;''
Е1
а
�
Е1
б
Е2
Е2
�
Рис. 9.1. Схема электрической
цепи, в которую включены два
источника энергии:
а - совпадающие по направлению;
б - со встречным включением
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
89
Глава 9. Расчет цепей
Рис. 9.2. Замер напряжения
блока питания
Рис. 9.J. Схема подключения
вольтметра
Перед началом опыта необходимо сделать замеры напряжения
источников (рис. 9.2, рис. 9.3). При последовательном включении в элек
трическую цепь нескольких источников энергии с различным направ
лением ЭДС, общая ЭДС равна сумме ЭДС всех источников (рис. 9.4,
рис. 9.5).
g
5,16
+
Рис. 9.4. Последовательное
включение источников
Рис. 9.5. Схема
последовательного включения
Складывая ЭДС одного направления, берут со знаком плюс, а ЭДС
противоположного направления - со знаком минус.
В нашем случае, при встречном включении, положения щупов при
шлись на противоположную полярность источника большего напряже
ния, поэтому на приборе отрицательный знак (рис. 9.6, рис. 9. 7).
Рис. 9.6. Встречное включение
источников
Рис. 9.7. Схема встречного
включения
90
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
д
Мето
эквивалентного генератора
Этот метод используется тогда, когда надо определить ток только в
одной ветви сложной схемы. Чтобы разобраться с методом эквивалент
ного генератора, ознакомимся сначала с понятием «двухполюсник».
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Часть электрической цепи с двумя выделенными зажи
мами называется двухполюсником.
Двухполюсники, содержащие источники энер
гии, называются активными (можно представить
как источник, рис. 9.8). Двухполюсники, не содер
жащие источников, называются пассивными
· (можно представить как потребитель).
8)=:
Рис. 9.8. Условное
обозначение
активного
двухполюсника
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ВF
На эквивалентной схеме пассивный двухполюс
ник может быть заменен одним элементом - вну
тренним или входным сопротивлением пассивного
Рис. 9.9. Пассивный
двухполюсника �х (рис. 9.9).
двухполюсник и его
Входное сопротивление пассивного двухполюс
эквивалентная схема
ника можно измерить. Если известна схема пассив
ного двухполюсника, входное сопротивление его
можно определить, свернув схему относительно
заданных зажимов.
Рис. 9.10.
Дана любая электрическая цепь (рис. 9.10).
Электрическая цепь
Необходимо определить ток I в ветви с сопротив
лением R в этой цепи. Выделим эту ветвь, а оставшуюся часть схемы
заменим активным двухполюсником.
Согласно теореме об активном двухполюснике, любой активный
двухполюсник можно заменить эквивалентным генератором (источни
ком напряжения) с ЭДС, равным напряжению холостого хода на зажи-
91
Глава 9. Расчет цепей
мах этого двухполюсника и внутренним сопротив
лением, равным входному сопротивлению того же
двухполюсника, из схемы которого исключены все
источники (рис. 9.11).
Искомый ток I определится по формуле:
1 = U,.j(RBX + R);
Параметры эквивалентного генератора (напря
жение холостого хода и входное сопротивление)
можно определить экспериментально или расчет
ным путем. Ниже показан способ вычисления этих
параметров расчетным путем. Изобразим схему,
предназначенную для определения напряжения
холостого хода. В этой схеме ветвь с сопротивле
нием R 1 разорвана, это сопротивление удалено из
схемы (рис. 9.12).
На разомкнутых зажимах появляется напряже
ние холостого хода. Для определения этого напря
жения составим уравнение для первого контура по
второму закону Кирхгофа:
Рис. 9.11. Замена
активного
двухполюсника
эквивалентным
генератором
RЗ
Е2
Рис. 9.12. Схема
определения
напряжения
холостого хода
Е 1 = Uxx + (R3 l3)•
x
Откуда находим
Uxx = Е 1 - (R3 l3), где 13 = 12 определяется из уравнения, составлен
ного по второму закону Кирхгофа для второго контура:
x
l3 = 12 = EzlRвx + R2 + R3 ;
Так как первая ветвь разорвана, ЭДС Е 1 не соз
дает ток. Падение напряжения на сопротивлении
Rвнt отсутствует. Изображена схема, предназначен
ная для определения входного сопротивления на
рис. 9.13.
Из схемы удалены все источники (Е 1 и Е2), т. е.
эти ЭДС мысленно закорочены. Входное сопро
тивление Rвх определяют, свертывая схему относи
тельно зажимов:
Rвх
R2
Rвн1
Rвн2
Рис. 9.13. Схема для
определения входного
сопротивления
Rвх = R..нt + ((R,.н2 + R2) RJ(Rвн2 + R2 + R3))•
Для определения параметров эквивалентного генератора экспе
риментальным путем необходимо выполнить опыты холостого хода и
короткого замыкания.
x
92
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
При проведении опыта холостого хода (рис. 9.14)
от активного двухполюсника отключаем сопротив
ление R, в котором необходимо определить ток 1. К
Рис. 9.14. Опыт
зажимам двухполюсника подключаем вольтметр и
холостого хода
измеряем напряжение холостого хода Uxx.
При выполнении опыта короткого замыкания
(рис. 9.15) соединяем проводником зажимы актив
ного двухполюсника и измеряем амперметром ток
короткого замыкания Iкз;
ВНИМАНИЕ.
Рис. 9.15. Опыт
короткого замыкания
На самом деле, таким образом замерить ток короткого
замыкания можно только на источнике малой мощно
сти с большим внутренним сопротивлением, на аккуму
ляторах и гальванических элементах малой мощности.
Рассчитать ток к.з. можно, зная напряжение холостого хода и вход
ное сопротивление двухполюсника: lкэ = UДх ; отсюда �х = Uxxflкэ •
1
Сnожные
электрические цепи
Сложные электрические цепи могут содержать несколько контуров
с любым размещением источников энергии и потребителей и не явля
ются набором последовательных и параллельных соединений.
Несмотря ни на что, можно найти распределение токов и напряже
ний на всех участках любой сложной цепи.
Обычно замкнутая цепь является частью сложной цепи, как пока
зано, например, как на рис. 9.16.
Замкнутая цепь обозначена буквами А, В, С, D. Из-за ответвлений
в точках А, В, с; D токи 1 1 ' 12, 13, 14, отличаясь по величине, могут иметь
и различные направления.
Для такой цепи в соответствии со вторым
законом Кирхгофа можно написать:
Е 1 - Е2 - Е3 =
= 1 1 (� 1 + R1 ) - 12 (�2 + R2) - l3 (�3 + R3) + l4R4
где Re 1, Re2 , Re3 - внутренние сопротивления
источников энергии;
R1 , R2, R3 , R4 - сопротивления потребите
лей энергии.
-А+
R1
Рис. 9.16. Замкнутая цепь -
часть сложной цепи
93
Глава 9. Расчет цепей
Если внешняя цепь источника энергии с внутренним сопротив
лением Re состоит, например, из трех последовательно соединенных
резисторов с сопротивлениями, соответственно равными R1 , R2, R3, то
на основании второго закона Кирхгофа можно написать равенство:
Е = l(Re + R1 + R2 + R3).
При нескольких источниках тока в левой части этого равенства
была бы сумма ЭДС этих источников. При параллельном включении
двух или нескольких источников энергии токи, проходящие в них, в
общем случае неодинаковы.
Если два параллельно соединенных источника
энергии (рис. 9.17), имеющих ЭДС Е 1 и Е 2 и вну
тренние сопротивления R1 , R2 , замкнуть какое-либо
внешнее сопротивление R, то токи во внешней цепи
1 и в источниках 1 1 и 12 можно определить из следу
ющих выражений:
1 = 1 1 + 12; 1 = U/R ; 1 1 = (Е 1 - U)/R 1 ;
12 = (Е2 - U}/R2.
Отсюда ток во внешней цепи:
R
Рис. 9.17.
Параллельное
включение двух
источников энергии
1 = (E1 R2 + E2R1 )/(R1 R2 + RR1 + RR2).
Токи, протекающие через первый и второй
источники энергии:
1 1 = (Е 1 - IR)/R1 и 12 = (Е2 - IR)/R2.
Метод наложения токов - один из вариан
Рис. 9.18. Цепь,
тов расчета сложных электрических цепей, принцип
содержащая
три
которого заключается в том, что ток в какой-либо источника с ЭДС
и
ветви является суммой токов, создаваемой в ней . четыре резистора
каждой ЭДС цепи в отдельности.
На рис. 9.18 цепь, содержащая три источника с ЭДС E i , Е 2 , Е 3 и
четыре последовательно соединенных резистора R1 , R2 , R3, R4•
Если пренебречь внутренним сопротивлением источников энергии,
то сопротивление цепи равно R = R1 + R2 + R3 + R4•
Допустим, что ЭДС первого источника El не равно нулю, а второго
и третьего равны нулю, т. е. Е2 = О и Е3 = О. Далее Е2 не равно О, а Е 1 = О
и Е = О. И, попробуем Е3 не равно О, а Е 1 = О и Е = О.
В первом случае ток в цепи, совпадающий по направлению с ЭДС
Е 1 равен 1 1 = E 1/R.
94
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Во втором случае ток в цепи, совпадающий по направлению с ЭДС
Е 2 равен 12 = E/R.
В третьем случае ток равен 13 = EJR и совпадает по направлению
с ЭДС Е 3 •
Так как Е 1 и Е3 совпадают по направлению в контуре, то токи 1 1 и 13
таюке совпадают, а ток 12 имеет противоположное направление, так как
ЭДС Е2 направлена встречно по отношению к ЭДС Е 1 и Е3 (запишутся 12
и U2 с противоположными знаками).
Ток в цепи равен:
1 = 1 1 - 12 + 13 = E/R - E/R + EJR =
= (Е 1 - Е2 + E3)/(R 1 + R2 + R3 + RJ.
Определяя токи, нужно знать сопротивления ветвей, а таюке значение
и направление всех ЭДС. Составляя уравнения по законам Кирхгофа, сле
дует произвольно задаться направлениями токов в ветвях.
Если настоящее направление тока в какой-либо ветви противопо
ложно выбранному, то после решения уравнений этот ток получится со
знаком минус.
Число необходимых уравнений равно числу неизвестных токов, при
этом число уравнений по первому закону Кирхгофа должно быть на
единицу меньше числа узлов цепи. Остальные уравнения составляются
по второму закону Кирхгофа, причем следует выбрать наиболее простые контуры и так, чтобы каждый из них содер.!_
жал хотя бы одну ветвь, не входившую в ранее
составленные уравнения.
R
Расчет сложной цепи с применением уравне
ний по законам Кирхгофа рассмотрим на примере
двух параллельно включенных источников, зам
Рис. 9.19. Два
кнутых на сопротивление (рис. 9.19).
параллельно
Пусть ЭДС источников Е 1 = Е 2 = 200 В, их вну
включенных источника,
тренние
сопротивления R 1 = 5 Ом. R2 = 10 Ом,
замкнутых на
сопротивление
сопротивление нагрузки R = 30 Ом.
�---�
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
Так как число неизвестных токов три, то необходимо составить три
уравнения.
·95
Глава 9. Расчет цепей
При двух узловых точках необходимо одно узловое уравнение по
первому закону Кирхгофа:
1 = 1 1 + 12 .
Второе уравнение напишем при обходе контура, состоящего из пер
вого источника и сопротивления нагрузки:
El
= l 1 R1
+ IR.
Аналогично запишем третье уравнение:
Е2 = l2R2 + IR.
Подставляя численные значения, получим:
200 = 51 1 + 30xl и 200 = lOl2 + 30xl
Так как Е 1 ""' Е2 = 200 - 200 = О, то
Е 1 - Е2 = (l1 R1 + IR) - (l2 R2 + IR) = l1 R1 + IR - l2R - IR =
2
= l 1 R 1 - l2R2 = 51 1 - 1012 = О;
1 1 = 10IJ5 = 212 .
Подставим это в 1 = 11 + 12, получим: 1 = 212 + 12 = 312 ;
Подставляя эти значения в выражение для ЭДС El, получим:
200 = 212 х5 + 312 х30 = 10012.
Отсюда:
12 = 200/100 = 2 А; 1 1
=
212 = 4 А; 1 = 2 + 4 = 6 А.
Мений
тод
узловых напряж
е
Часто используют метод узлового напряжения,
который удобно применять к сложным электриче
ским цепям, имеющим две узловые точки А и В, и
состоящим из нескольких параллельно соединенных
источников энергии, работающих на общее сопротив
ление (рис. 9.20).
Обозначив потенциалы в узловых точках Фа и Фь,
напряжение между этими точками U можно выразить
разностью этих потенциалов, т. е. U = Фа - Фь ·
Приняв за положительное направление ЭДС и
токов в ветвях от узла а к узлу Ь для каждой из ветвей,
можно написать равенства:
1
А
Рис. 9.20. Сложная
электрическая
цепь, имеющая две
уэловые точки
96
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
11 = (фа - Фь - E1)/R1 = (U - E1)g1;
12 = (фа - Фь E2)/R2 = (U + E2)g2;
11 = (Фа - Фь - E1)/R1 = (U - E1)g1;
1 = (фа - Фь)/R = Ug,
где g - проводимость.
На основании первого закона Кирхгофа для узловой точки имеем:
11 + 12 + 13 + 14 = О
Подставив в эту сумму значения токов, найдем:
(U - E1)g1 + (U + E2)g2 + (U - E3)g3 + Ug = О,
отсюда
r��
.
1/,>''
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Т. е. узловое напряжение равно сумме произведений ЭДС и прово
димостей всех параллельных ветвей, деленной на сумму проводимо
стей всех ветвей.
Вычислив по этой формуле узловое напряжение и воспользовав
шись выражениями для токов в ветвях, легко определить эти токи.
1
Метод
контурных
токовтоков в сложных цепях, содержащих несколько
Для определения
контуров и ЭДС, применяют метод контурных токов. Предполагают,
что в ветвях, входящих в состав двух смежных контуров, протекают два
контурных тока, из которых первый представляет собой ток одного из
смежных контуров, а второй - другого контура.
Действительный ток в рассматриваемом участке цепи определяется
суммой или разностью этих двух токов в зависимости от их взаимного
относительного направления.
97
Глава 9. Расчет цепей
При использовании метода контурных токов составляют уравнения,
исходя из суммы сопротивлений, входящих в состав данного контура,
и суммы сопротивлений, входящих в состав ветви, общей для смежных
контуров.
Первую сумму условно обозначают двойным индексом, например
Rн, R22 и т. д., а вторую сумму - индексом, содержащим номера конту
ров, для которых данный участок цепи является общим, например R12 ,
R13 и т. д.
Если контур содержит несколько источников с ЭДС Е1, Е2 , Е3 и т. д.,
то на основании второго закона Кирхгофа для этого контура можно
записать следующее уравнение:
Е1 ± Е2 ± Е3 ± ••• = l1R11 ± l2R12 ± l3R13 ± •..
ПРИМЕЧАНИЕ.
В этом уравнении знак « + » или « - » берется в зависи
мости от взаимного относительного направления ЭДС
и токов в контуре. При одинаковом направлении - плюс,
при противоположном - минус.
'1
Аналогичные уравнения могут быть записаны для всех контуров,
входящих в сложную электрическую цепь. Таким образом, алгебраиче
ская сумма ЭДС каждого контура равна алгебраической сумме произ
ведения тока в данном контуре на сумму сопротивлений всех звеньев,
образующих его, и контурных токов всех контуров, смежных с данным
контуром, на сопротивления их общих звеньев.
На рис. 9.21 изображена сложная электрическая цепь, содер
жащая три контура. В цепи два источника с ЭДС Е 1 = 12 В,
Е 2 = 8 В и внутренним сопротивлением
Re1
Re2
Ro1 = 4 Ом, Ro2 = 3 Ом, а также пять сопротивлений
Е1
12
Е2
11
+-- +
R1 = 20 Ом, R2 = 29 Ом, R3 = 40 Ом, R4 = 8 Ом,
R5 = 16 Ом.
Находим сопротивления:
R11 = R1 + Ro1 + R4 = 20 + 4 + 8 = 32 Ом;
R22 = R2 + Ro2 + R5 = 29 + 3 + 16 = 48 Ом;
R33 = R3 + R4 + R5 = 40 + 8 + 16 = 64 Ом;
R13 = R31 = R4 = 8 Ом;
R23 = R32 = R5 = 16 Ом.
13
Рис. 9.21. Сложная
электрическая цепь,
содержащая три контура
'98
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
�·•'
.?,А .
"
(' �::_:,
-
'"
В качестве иллюстрации материвла книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение ((Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
•
1!1.
Составляем уравнения:
• для контура 1: Е 1 = l1R11 - l3R13 ; 12 = 3211 - 813 ;
• для контура 2: Е2 = l2R22 - l3R23 ; 8 = 4812 - 1613 ;
• для контура 3: Е3 = l3R33 - l 1R3 1 - l2R32 ; О= 6413 - 16122 - 811•
Решая эти уравнения, находим:
1 1 = О,4А;
12 = 0,2А;
13 = 0,1А;
14 = 11 - 13 = 0,3А;
15 = 12 - 13 = О, 1 А;
1
-
ГЛАВА 10
РАБОТА
и мощность
Что такое
мощность
1
Для переноса зарядов в замкнутой цепи источник электриче
ской энергии затрачивает известную энергию, равную произведению
источника на количество электричества, перенесенного через эту цепь,
т. е. EQ. Часть ее расходуется на преодоление внутреннего сопротивле
ния источника и проводов.
Итак, источник энергии производит полезную работу, равную
А = UQ, где U - напряжение на приемнике.
Так как количество электричества равно произведению силы тока
в цепи на время его прохождения Q = It, формулу работы можно напи
сать: А= Ult;
Электрическая энергия, или работа, есть произведение напряже
ния, тока в цепи и времени его прохождения.
Если выразить напряжение на зажимах участка цепи как произве
дение тока на сопротивление этого участка, т. е. U = IR, то работа будет:
А= PRt.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Мощностью называется работа, производимая в
цу времени.
Мощность формульно выражается так:
Р = A/t = UQ/t = UI = ltR.
едини
100
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Работа измеряется в ньютон-метрах или в ватт-секундах (Втс), т. е.
в джоулях (дж), а мощность - в ваттах (Вт).
При малых мощностях применяют единицу, в тысячу раз мень
шую одного ватта, называемую милливаттом (мВт); 1 Вт = 1000 мВт, а
для выражения больших мощностей - единицу, в тысячу раз большую
ватта, называемую киловаттом (кВт), 1 кВт = 1000 Вт.
Работа обычно выражается в более крупных единицах: ватт-часах
(Вт-ч), гектоватт-часах (rВт-ч) и киловатт-часах (кВт-ч).
Соотношение между этими единицами и джоулем следующее:
1 Вт-ч = 3600 Дж; 1 rВт-ч = 100 Вт-ч; 1 кВт-ч = 1000 Вт-ч.
При очень малом внешнем сопротивлении R сила тока в цепи
велика, а напряжение на зажимах генератора при этом мало.
При сопротивлении внешней цепи R, равном нулю, напряжение на
генераторе генератора U также равно нулю, отсюда мощность, потре
бляемая внешней цепью, равна нулю.
При очень большом внешнем сопротивлении, если внешняя цепь
разомкнута, сопротивление ее составляет большую величину, сила тока
в цепи равна нулю и мощность, отдаваемая во внешнюю цепь, также
равна нулю.
ПРИМЕЧАНИЕ.
/
'
Наибольшая мощность во внешней цепи может быть
достигнута наличием сопротивления внешней цепи,
равного внутреннему сопротивлению генератора.
'
/
Нужно учесть, что при равенстве внутреннего сопротивления гене
ратора сопротивлению внешней цепи полезное действие генератора
невелико и работа его в таких условиях неэкономична, так как поло
вина всей мощности, развиваемой генератором, расходуется на его вну
треннее сопротивление.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу �
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
81
101
Глава 10. Работа и мощность
О чем нам говорит
эакон Ленца-Джоуля
1
При прохождении электрического тока через металлический про
водник электроны сталкиваются то с нейтральными молекулами, то с
молекулами, потерявшими электроны.
Движущийся электрон либо отщепляет от нейтральной молекулы
новый электрон, теряя свою кинетическую энергию и образуя новый
положительный ион, либо соединяется с молекулой, потерявшей элек
трон (с положительным ионом), образуя нейтральную молекулу.
При столкновении электронов с молекулами расходуется энергия,
которая превращается в тепло. Любое движение, при котором преодо
левается сопротивление, требует затраты определенной энергии.
Так, например, для перемещения какого-либо тела преодолевается
сопротивление трения, и работа, затраченная на это, превращается в
тепло. Электрическое сопротивление проводника играет ту же роль, что
и сопротивление трения.
Таким образом, для проведения тока через проводник источник
тока затрачивает некоторую энергию, которая превращается в тепло.
Переход электрической энергии в тепловую отражает закон Ленца
Джоуля или закон теплового действия тока.
Русский ученый Ленц и английский физик Джоуль одновременно
и независимо один от другого установили следующее. Это положение
называется законом Ленца-Джоуля.
ЗАКОН.
При прохождении электрического тока по проводнику
количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо
пропорционально квадрату тока, сопротивлению про
водника и времени, в течение которого электрический
ток протекал по проводнику.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
•
[!1
· ..
102
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Если обозначить количество теплоты, создаваемое током, буквой
Q (Дж), силу тока, протекающего по проводнику, - 1, сопротивление про
водника - R и время, в течение которого ток протекал по проводнику, t, то закону Ленца-Джоуля можно придать следующее выражение:
Q = PRt.
Так как 1 = U/R и R = U/1, то Q = {lP/R)t = Ult.
1
Нагревание проводников
электрическим
На нагреваниитоком
проводников
электрическим током основано
устройство электрического освещения электронагревательных прибо
ров, электрических печей, измерительной и медицинской аппаратуры
различных типов и т. д.
Из всех видов искусственного освещения наибольшее распростра
нение получила электрическая лампа накаливания, изобретенная А.
Н. Лодыгиным в 1873 г. В такой лампе проводник под действием тока
нагревается до белого каления и, вследствие этого, излучает свет.
Основными частями современной лампы накаливания являются нить
накала и стеклянный баллон (колба).
Материалом для изготовления нити накала осветительных ламп
служит вольфрам (с примесью оксида тория и других элементов). Этот
металл обладает высокой температурой плавления (3660 ° ) и большой
механической прочностью.
Электрическое нагревание проводников не всегда оказывает полез
ное влияние. В проводах линий электропередач вследствие сильного
нагрева их при больших токах может создаваться опасность возникно
вения пожаров.
Во избежание чрезмерного нагрева линейных проводов, а также
различных обмоток электрических машин и аппаратов из изолиро
ванной проволоки, длSJ электрической аппаратуры установлены нормы
максимальных значений сил токов, пропускаемых по данному проводу
или обмотке.
,
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Ток, при котором устанавливается наибольшая допустимая температура провода, называется допусти
мым током.
'
103
Глава 10. Работа и мощность
Наибольшая допустимая температура зависит от изоляции провода
и способа его прокладки.
•
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
[!)�....... :_
на расположенный рядом QR-код.
..
Расчет
сечения проводов
1
Расчет проводов по формулам, основанным на законах нагрева,
очень сложен. На практике допустимое для данной силы тока сечение
провода опред�ляется по таблицам допустимых длительных токовых
нагрузок на провода и кабели (табл. 10.1), приведенным в Правилах
устройства электроустановок (ПУЭ).
Таблица допустимых длительных токовых нагрузок
Поперечное сечение провода,
мм 2
Допустимый ток в проводах, А
Аnпюм
иниевые
Медные
11
17
30
41
50
80
140
215
0,50
1
2,50
4
6
10
25
50
Таблица 10.1
-
24
32
36
55
105
165
ПРИМЕЧАНИЕ.
Провод выбирается такого сечения, чтобы допустимый
ток его был равен или больше заданного или расчетно
го тока. Учтите, из ряда предпочтительных величин се
чений (0,75; 1; 1,5; 2,5; 4; 6 мм2 и т. д.) для алюминиевых
проводов сечение выбирают на ступень выше, чем для
медных, так как их проводимость составляет примерно
62% от проводимости медных.
104
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Например, если по расчетам нагрузки для меди нужна величина
сечения 2,5 мм2 , то для алюминия следует брать 4 мм2 • Если же для меди
нужно 4 мм2 , то для алюминия - 6 мм2 и т. д.
Помимо нагрева проводов ток, проходя по ним, создает падение
напряжения, так как провода обладают сопротивлением. Если расстоя
ние между источником энергии и потребителем 1, то длина двух прово
дов, соединяющих источник энергии с потребителем, равна 21.
Сопротивление проводов сечением S из материала с удельным
сопротивлением р равно R = р (21/S), а падение напряжения в проводах
Uпров = IR = lp(21/S).
Таким образом, напряжение на зажимах потребителя Uпотр окажется
меньше напряжения в начале линии (источника) uисточ•
Разность напряжений в начале и в конце линии, равная падению
напряжения в проводах, называется потерей напряжения:
Uисточ - Uпот
р
=
Uпотерь = IR.
Любой приемник энергии очень чувствителен к изменениям напря
жения, т. е. отклонениям его от номинального значения.
Так, например, яркость лампы накаливания примерно пропорцио
нальна четвертой степени напряжения.
ПРИМЕР.
При понижении напряжения на 5% световой поток лам
пы накаливания уменьшается на 18,5%. А при повыше
нии напряжения на 5% сверх номинального вдвое сокра
щается срок ее службы.
Колебания напряжения для осветительной нагрузки не должны
превышать - 2,5+ 5%, а для силовой ±5% и иногда+ 10% номинального
значения.
Следовательно, допускаемая потеря напряжения в линии не должна
превышать тех же значений.
Задача расчета сводится к выбору такого сечения провода, при
котором обеспечивается нормальное рабочее напряжение на зажимах
потребителей электрической энергии, т. е. необходимое сечение про
водов линии S = 2pll/лuпотерь'
Найденное по этой формуле сечение, округленное до ближайшего,
большего стандартного, должно быть проверено на допустимый нагрев.
Для относительно коротких линий (осветительные сети промыш
ленных предприятий, общественных и жилых зданий) сечение прово-
105
Глава 10. Работа и мощность
дов выбирают в зависимости от допустимого нагрева, так как потеря
напряжения обычно оказывается меньше допустимой.
Мощность потерь в линии электропередачи равна:
дрпотерь= дUпотерь xf =
12R.
Для з'ащиты аппаратов, машин и приборов от чрезмерно больших
токов устанавливают предохранительные устройства (предохранители,
реле, автоматы), которые автоматически прерывают цепь тока, как
только его величина превысит норму.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ГЛАВА 11
РЕЖИМЫ ЦЕПИ
1
Характерные режимы
работы сети
Электрическо� цепи могут работать в различных режимах. Режимы
работы характеризуются значениями тока и напряжения. Режимов
может быть довольно много, так как, и ток и напряжение могут при
нимать любые значения.
Рассмотрим наиболее характерные режимы
работы электрической цепи с источником ЭДС, к
н
которому подключен электроприемник с регулируе
Е
мым сопротивлением� (рис. 11.1).
Пусть источник характеризуется постоянной
Рис.1.1.1..
ЭДС Е и внутренним сопротивлением Re = const.
Электрическая цепь
Ток в цепи изменяется при изменении сопро с источником ЭДС
тивления Rн электроприемника, который является и реzулируемь1м
сопротивлением
линейным элементом.
По второму закону Кирхгофа можно записать
u
Е = Rнl + Rel
где Rнl = U - напряжение на зажимах приемника, т. е. напряжение на
зажимах внешней цепи;
Rel - падение напряжения внутри источника ЭДС.
Так как приемник присоединен непосредственно к зажимам источ
ника ЭДС, то напряжение U одновременно является напряжением и на
его зажимах. Из уравнения Е = Rнl + Rel получаем, что U = Е - Rel.
107
Глава 11. Режимы цепи
Это уравнение, описывающее зависимость
напряжения внешней цепи от тока в ней, явля
ется уравнением внешней характеристики
источника ЭДС.
При условии Е = const и Re = const зависи
мость напряжения и тока является линейной.
Подобные режимы удобнее всего рассма
тривать, пользуясь внешней характеристикой
(рис. 11.2).
lном О,51кэ
lкэ
Рис.1.1.2. Внешняя
характеристика
источника ЭДС
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
им
холостогоРеж
хода
1
Режим холостого хода - это режим, при котором ток в цепи 1 = О,
что имеет место при разрыве цепи.
Как следует из уравнения Е = �1 + Rel, при холостом ходе напряже
ние на зажимах источника ЭДС U = Е.
Поэтому вольтметр - прибор с очень большим сопротивлением,
будучи включенным в такую цепь, измеряет ЭДС источника. На внеш
ней характеристике точка холостого хода обозначена Х.
1
Но нальный
ми
им
режлюбой
Номинальный режим будет тогда, когда источник ЭДС или
другой элемент цепи работает при значениях тока, напряжения и мощ
ности, указанных в паспорте данного электротехнического устройства.
Номинал�ные значения тока 1ном • напряжения Uном и мощности Рном
соответствуют самым выгодным условиям работы устройства с точки
зрения экономичности, надежности, долговечности и т. п.
На внешней характеристике точка, соответствующая номиналь
ному режиму, обозначена Н.
108
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
е им
жоткого за ыкан ия
ко
Р р
м
Режим короткоrо замыкания - это режим, когда сопротивление
приемника равно нулю, что соответствует соединению разнопотенциаль
ных зажимов источника ЭДС проводником с нулевым сопротивлением.
Из уравнения Е = �1 + Rel следует, что ток в цепи в любом из режи
мов 1 = Е/(Rн + Re)•
При коротком замыкании цепи, когда Rн = О, ток достигает мак
симального значения lкэ = E/Re, ограниченного внутренним сопротив
лением Re источника ЭДС, а напряжение на зажимах источника ЭДС
U=RJ= О.
Значению тока lкэ и напряжению U = О соответствует точка кз на
внешней характеристике источника ЭДС.
Ток короткого замыкания может достигать больших значений,
во много раз превышая номинальный ток. Поэтому режим короткого
замыкания для большинства электроустановок является аварийным
режимом.
1
Согласованный
ре им
ж
Соrласованный
режим источника ЭДС и внешней цепи имеет
место, когда сопротивление внешней цепи � = Re .
В согласованном режиме ток в цепи lcor = E/(Rc + Re) = О,Slкэ, т. е.
в два раза меньше тока короткого замыкания.
ЭДС источника Е уравновешивается двумя равными по значению
падениями напряжения, обусловленными сопротивлением внешней
цепи и внутренним сопротивлением, т. е. U = O,SE.
Точка, соответствующая согласованному режиму, на внешней
характеристике обозначена С.
1
Соотношение м�щностей
в электрическои цепи
Пользуясь предыдущей схемой, умножим все члены уравнения
Е = �1 + Rel на I получим уравнение баланса мощностей электрической
цепи ре = рпотр + рпотери• где
Ре - мощность источника ЭДС (источника электроэнергии);
Рпотр - мощность, потребляемая электроприемником;
рпотери - потеря мощности в источнике электроэнергии.
109
Глава 11. Режимы цепи
Записав Рпотр = Ш = Rl2 = E2Rj(R,. + Re) . получим зависимость мощ
ности приемника от его сопротивления при Е = const и Re = const.
Мощность Рпотр определяется в режиме холостого хода, когда 1 = О, и
в режиме короткого замыкания, когда U = О, равна нулю.
Следовательно, зависимость Рпотр и I при изменении тока I от О
до Iкэ имеет максимум. Этот максимум соответствует согласованному
режиму, когда R,. = Re.
Таким образом, приемник потребляет максимальную мощность
при согласованном режиме, когда Rн = Re.
С учетом этого равенства Rн = Re из формулы Р потр = UI = RP =
= E2Rj(R,. + Re)2 определим значение мощности Рпотр. макс или мощности
Рпотр. согл в согласованном режиме:
2
рпотр. макс = рпотр. соrл = E2R/(2Re)2 = E2/(4Re).
Мощность Ре согл• развиваемая источником электроэнергии в согла
сованном режиме, если учесть
lcor = Е/(� + �) = О, 5 1кэ •
ре согл= Е lcorл = E2/(2Re)•
Наибольшую мощность источник электроэнергии развивает при
коротком замыкании, когда ток достигает наибольшего значения.
В этом случае Ремакс = Еlкэ = Е2/Rе Мощность источника в согласованном режиме в два раза меньше
его максимальной мощности.
Коэффициент полезного действия (КПД) источника электроэнергии
в согласованном режиме
'10 = рпотр. сог/Ресоrл = 0, 5 .
Из-за такого низкого значения КПД, обусловленного большими
потерями мощности и энергии в источнике питания и сетях, согласо
ванный режим в промышленных установках не применяют.
Однако этот режим имеет преимущество перед другими режимами,
заключающееся в том, что при Е = const мощность приемника дости
гает наибольшего значения.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Поэтому согласованный режим применяют в цепях с ма
лыми токами (схемы автоматики, электрических изме
рений, связи), т. к. в них КПД не имеет решающего зна
чения.
110
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Р, п
п= 1
п=О,5
Рпотрмакс
о
lкэ
Puc.11.J. Графики зависимостей Ре,
рпот,- рпотерь и п от тока в цепи
Зависимости Р е ' Р потр' Р потерь
и '1 от тока в цепи показаны на
(рис. 11.3). При их построении
принималось во внимание, что
Е = const и Re = const.
Зависимость (Ре и 1) от EI имеет
линейный характер.
Потери мощности в источнике
электроэнергии квадратично зависят
от тока, причем при токе короткого
замыкания
рпотерь = Rеlкэ = ReE /R/ = E /Re = ре макс•
Наибольшее значение мощность электроприемника Рпотр макс имеет
при согласованном режиме, т. е. при 1 = О,51кэ ·
Так как КПД
2
2
2
'1 = Рпот/Ре = (Ре - pnO'_l'epJ/Pe = 1 - Rel/E = 1 - 1/Iкэ,
то зависимость '1 и I линейна.
При номинальном режиме КПД много выше, чем при согласован
ном режиме.
ПРИМЕЧАНИЕ.
/
Для большинства промышленных источников электроэнергии при номинальном режиме '1 = 0,8-0,9.
'
Следовательно, Iном = (О,1-О,2)1кэ, т. е. номинальный ток во много
раз меньше тока короткого замыкания.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
111
Глава 11. Режимы цепи
Расчет мощности и КПД в цепи постоянного тока
с переменным сопротивлением и источником
компьютерного блока питания
Рассмотрим изменения тока, напряжений и мощности в цепи с
одним переменным сопротивлением� При выполнении эксперимента
необходимо хорошо представлять,
какие особенности реализуются в
R1=4,7кOм
электрической цепи (рис. 11.4).
60Oм
500Oм
Рассмотрим схему. В первую
1000Oм
2000Oм
очередь поставим вольтметр на изменение падения напряжения на источнике питания + 12 В, от + 12 В провод
Рис.11.4. схема для определения
изменения тока, напряжений
идет на переменное сопротивление
и мощности
4, 7 кОм, параллельно ему включен
вольтметр, чтобь1 измерять падение напряжения на нем. Далее идет
постоянный резистор на 330 Ом и через амперметр на минус питания.
Включим приборы. Амперметр подключен на выводы резистора.
Им же мы будем измерять значения тока в разных случаях. Т. е. перед
тем как включить блок питания, мы отключаем провод от блока пита
ния, чтобы замерить сопротивление на переменном резисторе. Прибор
ставим на сопротивление, запишем самое малое значение 60 Ом на
переменном резисторе. Прибор подсоединяем на место, ставим при
бор в режим вольтметра и включаем блок питания.
Записываем показания в табл. 11.1.
Изменения тока, напряжений и мощности в цепи
с одним переменным сопротивлением
№опыта
1. R, = О
2. R 1 = 60 Ом
3. R, = 500 Ом
4. R 1 = 1000 Ом
5. R, = 2000 Ом
Е1
в
12,03
12,03
12,03
12,03
12,03
Результаты опыта
Uo
1
в
ма
U1
Таблица 11.1
Ro
r
в
ОМ
ом
---
0,03
0,02
11,96
1,64
0,4
390
11,97
6,92
830
0,009
0,005
11,97
11,97
10,2
0,4
0,4
0,4
8,85
Расчетные величины
Ро
Р.
рrт··
Вт
Вт
h
0,9
0,3704
0,1702
0,37
0,17
0,99
1330 0,00001 0,10001
2330 0,00001 0,06001
0,1
0,06
0,999
0,999
0,0004
0,0002
При резисторе с сопротивлением 60 Ом ток равен 0,03 мА:
• падение напряжения на источнике составляет 11, 96 В;
• падение напряжение на резисторе составляет 1,64 В.
Далее поочередно меняем величину сопротивления на резисторе и
записываем полученные показания в табл. 11.1.
112
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
При резисторе с сопротивлением 5 00 Ом 1 = 0,02 мА:
• падение напряжения на источнике составляет 11,97 В;
• падение напряжение на резисторе составляет 6,92 В.
При резисторе с сопротивлением 1000 Ом 1 = 0,009 мА:
• падение напряжения на источнике составляет 11,97 В;
• падение напряжение на резисторе составляет 8,85 В.
После того как мы записали все показания в табл. 11.1, можно при
ступить к расчетам:
Ro = (U05 - U02 )/(15 - 12 ) = (11,97 - 11,96)/(0,005 -0,03) = 0,01/0,025 = 0,4 Ом;
Рпотр2 = UI = RJ2 = E2 R/(Rн + �)2 = 12,032 х390/(390 + 0,4)2 = 0,37 Вт;
Рпотрз = 0,17 Вт;
Рпотр4 = О,1 Вт;
361w
Рпатрs = 0,06 Вт;
n 1
2
2
n 0,9999
рпотрмакс = рпотрсогл = E R/(2Re ) =
2
2
n 0,999
= Е /(4�) = 12,03 /(4х0,4) = 90,5 Вт;
=
=
;
)
О
+
R
/(R
Jcor E c e
,5Jкз
ресогл = Еlсогл = Е2/(2�) = 12,032 /(2хО,4) =
180w
= 180 Вт;
n 0,5
Ремакс = Еlкз = E2/Re = 12,032/0,4 = 361 Вт;
90,5w
'1 О = р потрсогJРесогл = 0,5 ;
2
2
2
0,37
;
/R
=
=
=
рпотерь �J\з �E e Е � = ремакс
2
Рпотерь2 = О,4х0,03 = 0,0004 Вт;
о 0,03
Рпотерьз = 0,0002 Вт;
15а
30а
Рпотерь4 = 0,0001 Вт;
Рис.11.5. Графики тока,
Рпотерьs = 0,0001 Вт;
напряжений и мощности
ре = рпотр + р потери;
Ре2 = 0,37 + 0,0004 = 0,3704 Вт;
Pes = 0,06 + 0,00001 = 0,0604 Вт;
'1 = рпот/Ре = (Ре - рпотерJ/Ре = 1 - �l/ E = 1 -1/lкз ;
'1 2 = 1 - 0,03/30 = о, 999;
'1 5 = 1 - 0,005 /30 = о, 9999.
=
=
=
=
ГЛАВА 12
ХИМИЧЕСКИЕ
источники
Первое
знакомство
1
Растворы солей и кислот в воде или в каком-либо другом раство
рителе проводят электрический ток и называются электролитами или
проводниками второго рода в отличие от металлических проводни
ков, называемых проводниками первого рода.
Электрический ток может проходить через среды, имеющие элек
трически заряженные частицы, обладающие способностью переме
щаться.
При растворении солей и кислот в воде или в каком-либо ином рас
творителе (этиловый спирт, бензин, бензол и др.) часть молекул рас
падается на две части, называемые ионами, причем одна часть имеет
положительный заряд, другая - отрицательный заряд.
Пусть в сосуд с электролитом погружены две металлические пла
стины, называемые электродами, которые при помощи проволочных
проводников присоединены к источнику энергии постоянного тока.
Вследствие разности потенциалов между электродами через электро
лит будет протекать ток.
Прохождение тока через электролит сопровождается химическим
процессом, называемым электролизом. Находящиеся в электро
лите ионы, притягиваясь к электродам, двигаются в противополож
ных направлениях: положительные ионы - к катоду, а отрицательные
ионы - к аноду.
Подойдя к катоду, положительные ионы получают от него недо
стающие им электроны и образуют электрически нейтральные атомы.
114
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
На аноде происходит обратный процесс: отрицательные ионы отдают
аноду свои избыточные электроны.
При прохождении электрического тока через электролит на элек
тродах выделяется определенное количество веществ, содержащихся в
виде химического соединения в электролите.
'"'\,f!::,
�
(
---
•'
'-.:..:)
•.С&':-·."
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Первый закон
Фарадея
Зависимость выделенного вещества от силы тока устанавливается
двумя законами Фарадея. Первый закон Фарадея сформулирован так..
ЗАКОН.
Количество вещества, выделившегося на электродах
при прохождении тока через электролит, прямо про
порционально количеству электричества, прошедшему
через электролит.
При прохождении одного кулона электричества из электролита
выделяется определенное количество массы вещества, которое назы
вается электрохимическим эквивалентом данного вещества.
В практических расчетах для определения количества электриче
ства удобнее пользоваться не кулонами, а ампер-часами (А-ч).
Так как один кулон равен ампер-секунде, то между ампер-часом и
кулоном имеет место следующее соотношение:
1 А-ч = 3600 А-с = 3600 Кл.
Электрохимический эквивалент К выражается в граммах, отнесен
ных к одному ампер-часу количества электричества (г/А-ч), т. е. это
количество массы вещества, выделившегося из электролита и выражен
ное в граммах, при прохождении через электролит одного ампер-часа
количества электричества.
115
Глава 12. Химические источники
.��
.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик .
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Второй закон
Фарадея
1
Второй закон Фарадея гласит: при одном и том же количестве
электричества, протекающего через различные электролиты, количе
ства массы веществ, выделившихся на электродах, пропорциональны их
химическим эквивалентам.
Из сопоставления 1-го и 2-го законов Фарадея вытекает, что элек
трохимические эквиваленты К пропорциональны их химическим экви
валентам, т. е.
К/а 1 = К/а2
=
Кзfа3
=
....
Следовательно, отношение электрохимических эквивалентов к их
химическим эквивалентам является величиной постоянной и равной
К/а = 3,72/100 = 0,0372.
Итак, второй закон Фарадея может быть выражен так
К = ахО,0372.
Электролиз получил широкое применение в различных отраслях
промышленности: в гальванопластике, гальваностегии, для очистки
(рафинирования) металлов и др.
Гальванические
элементы
1
Проводники первого рода (твердые) и второго рода (жидкие элек
тролиты) совместно используются в гальванических элементах, служа
щих источниками постоянного тока.
В гальванических элементах (рис. 12.1) во время их работы проис
ходит движение ионов и оседание на электродах элемента, выделяюще
гося из электролита вещества.
116
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Простейшим гальваническим элемен
том является медно-цинковый.
В стеклянный сосуд, наполненный
-�;=-1�0
раствором серной кислоты в воде, погру
-�� 1-=.-=...
-�=1-=--=жены
медная и цинковая пластины, кото
2
Zn · = 1 -=- Cu '
рые
представляют
собой положительный и
1
.= сu
- zп
--i--отрицательный
полюсы
элемента.
-_1n§Q4_-_
CuS04
При замыкании цепи элемента каким
либо проводником внутри этого элемента
Рис.12.1. Простейший
гальванический элемент
будет проходить ток от цинковой отрицательной пластины к медной положительной, а во внешней цепи от мед
ной к цинковой.
Под действием тока внутри элемента положительные ионы водо
рода движутся по направлению тока, отрицательные ионы кислотного
остатка - в противоположном направлении.
Соприкасаясь с медной пластиной, положительные ионы водорода
отдают ей свои заряды, а водород в виде пузырьков газа скопляется на
ее поверхности.
В это же время отрицательные ионы остатка серной кислоты отдают
свои заряды цинковой пластине. Таким образом, происходит непре
рывный заряд пластин элемента, поддерживающий разность потенци
алов (напряжение) на его зажимах.
Выделение водорода на медной пластине элемента ослабляет его
действие - поляризует элемент.
Явление поляризации состоит в том, что накапливающийся на
положительном электроде водород создает в совокупности с металлом
электрода дополнительную разность потенциалов, называемую элек
тродвижущей силой поляризации. Эта ЭДС направлена противопо
ложно электродвижущей силе элемента.
Кроме того,пузырьки водорода, покрывающие часть медной пла
стины, уменьшают ее действующую поверхность, а это увеличивает
внутреннее сопротивление элемента.
Поляризация в рассмотренном элементе настолько значительна,
что делает его непригодным для практических целей.
Для устранения явления поляризации в состав элемента вводят
поглотитель (деполяризатор), который предназначен для поглощения
водорода и не допускает его скопления на положительном полюсе.
Деполяризаторами могут служить химические препараты, богатые
кислородом или хлором.
Электродвижущая сила медно-цинкового элемента равна 1,1 В, а вну
треннее сопротивление в зависимости от времени работы - 5-10 Ом.
2
Т+
=-=
Т+
Глава 12. Химические источники
117
В угольно-цинковом элементе положительным полюсом служит
угольная пластина, а отрицательным - цинковый стержень.
Деполяризатором в этом элементе является спрессованная под
большим давлением смесь, называемая агломератом. Она состоит из
перекиси марганца и графита.
В качестве электролита в угольно-цинковом элементе применя10т
водный раствор хлористого аммония.
Электродвижущая сила угольно-цинкового элемента 1,4-1,5 В в
начале разряда при среднем значении 0,9-1,1 В, а внутреннее сопро
тивление в зависимости от конструкции элемента - 0,25 ...О, 7 Ом в
начале разряда и 1,4-5 Ом в конце.
Угольно-цинковые элементы выпускаются в виде так называемых
сухих элементов «стаканчик» и галетного типов, весьма удобных для
переноски и перевозки. В сухих элементах типа «стаканчию> положительный полюс с агломератом помещают
+
внутри цинковой коробки, которая служит
Цинковый
отрицательным полюсом элемента.
анод
Пространство между стенками цинковой
Графитовый
коробки и агломератом заполняют пастой,
катод
состоящей из раствора хлористого аммония
Влажная паста
из NH.CI, Mn02
и картофельной муки (рис. 12.2).
и угля
Над агломератом укладывают картон
ную прокладку, на которую насыплют прослойку опилок; сверху опилки закрывают Рис.1.2.2. Сухой элемент типа
«стаканчик,,
прокладкой.
Затем элемент заливают смолой, в которую вставляют трубку,
назначение - удалять образующиеся внутри элемента газы.
На выходящий из смолы угольный электрод насаживают медный
колпачок с винтом и гайкой для присоединения проводника.
К верхней части цинковой коробки (отрицательному полюсу) при
паивают изолированный гибкий проводник. На дно коробки уклады
вают изолирующую прокладку.
В галетном элементе отрицательным электродом является цинко
вая пластина, положительным - спрессованный в виде галеты порошок
двуокиси марганца с углем.
Между электродами помещают картонную пластинку, пропитан
ную раствором нашатырного спирта.
Наружная поверхность цинковой пластины покрыта слоем кани
фоли с частицами графита для электропроводности.
В качестве изоляции применяют хлорвиниловые пленки.
Галетные элементы компактны и их активные материалы (особенно
цинк) используются лучше, чем в элементах «стаканчик».
118
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Аккумуляторы
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Аккумулятором (рис.12.3) называется прибор, обладаю
щий способностью накапливать и сохранять в течение
некоторого времени электрическую энергию в резуль
тате химических процессов.
В аккумуляторе, как и в гальваническом
элементе, электрический ток является след
ствием химических процессов.
Но в отличие от аккумулятора, в галь
ваническом элементе получающиеся хими
ческие соединения не могут быть вторично
разложены и приведены в первоначальное
состояние током постороннего источника. ·
Puc.12.J. Современные
аккумуляторы
ПРИМЕЧАНИЕ.
/
�
Поэтому гальванические элементы называются первичными, а аккумуляторы - вторичными или обратимыми.
'
,
Повторные заряд и разряд не только не вредят аккумулятору, но
даже улучшают его свойства, так как в работе участвуют все более -глу
бокие слои пластин электродов.
В зависимости от состава электролита аккумуляторы могут быть
кислотными и щелочными.
Глава 12. Химические источники
119
Простейший кислотный аккумулятор состоит из двух свинцо
вых пластин (электродов), погруженных в электролит, которым служит
вода с небольшим добавлением серной кислоты.
Постоянный ток постороннего источника, проходя через электро
лит, разлагает его на составные части.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Внутри электролита возникает движение положительных ионов
водорода Н2 к пластине, соединенной с отрицательным зажимом источ
ника тока, и отрицательных ионов кислорода О к пластине, соединен
ной с положительным зажимом источника тока.
В результате электролиза окисляется свинец на положительном
электроде и образуется губчатый свинец на отрицательном электроде.
Если аккумулятор отключить от источника тока и замкнуть на
какой-нибудь приемник энергии, то аккумулятор сам станет источни
ком тока подобно гальваническому элементу, у которого электродами
служат пластины, отличающиеся друг от друга по химическому составу.
Электролитом в кислотных аккумуляторах, как указывалось выше,
служит раствор кислоты определенной плотности.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Плотностью раствора называется число, показываю
щее, во сколько раз масса этого раствора больше массы
воды того же объема.
При составлении раствора для аккумуляторов серную кислоту
тонкой струей наливают в воду. Нельзя вливать в серную кислоту
воду, так как произойдет бурное разбрызгивание кислоты, которая
может причинить ожоги. Вода для электролита должна быть дистил
лированной.
ЭДС аккумулятора зависит от плотности электролита и не зависит
от его размеров и номинальной емкости. В процессе заряда и разряда
аккумулятора плотность электролита не остается постоянной, в связи
с этим изменяется как его ЭДС, так и напряжение на его зажимах.
120
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
График изменения напряжения
кислотного аккумулятора (рис. 12.4):
1 - при заряде, 2 - при разряде.
u
2,6
2,4
2,2
2,0
1,8
О
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
1,.,....-
'
2
1 2 З 4 5 6 7 8 9 10 11
t
Рис.1.2.4. График изменения
напряжения кислотного
аккумулятора
Количество электричества, которое аккумулятор мо
жет отдать при разряде определенным током до низ
шего допустимого напряжения, называется его емко
стью.
Емкость равна произведению разрядного тока в амперах на про
должительность времени разряда в часах и выражается в ампер-часах.
Емкость аккумулятора зависит от количества активной массы, вели
чины тока и температуры.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Под номинальной емкостью понимают то количество
электричества, которое отдает полностью заряжен
ный аккумулятор при 10-часовом режиме разряда и
температуре 25 °С.
Таким образом, аккумулятор отдает номинальную емкость, разря
жаясь в течение 10 ч током, численно равным 0,1 величины его номи
нальной емкости.
При увеличении раэрядноrо тока емкость аккумулятора умень
шается, так как поверхность пластин покрывается сернокислым свин+ 1 цом и затрудняет доступ электролита к вну
тренним слоям активной массы.
При понижении температуры увеличи
вается вязкость электролита, что таюке затруд
няет его доступ к внутренним слоям активной
массы и уменьшает емкость аккумулятора.
Для увеличения емкости аккумулятора
Рис.1.2.5. Схема соединения
несколько
одноименных пластин соединяют
пластин кислотного
аккумулятора
параллельно (рис. 12.5).
1-
Глава 12. Химические источники
121
Каждая группа положительных и отрицательных пластин работает
как одна большая пластина, площадь которой равна сумме площадей
параллельно соединенных пластин.
Так как положительные пластины должны находиться между отри
цательными, число отрицательных пластин всегда на одну больше
числа положительных.
При этом условии обе стороны положительных пластин вступают
во взаимодействие с электролитом (при односторонней работе поло
жительные пластины коробятся и при соприкосновении с отрицатель
ными пластинами может произойти короткое замыкание).
Стационарные кислотные аккумуляторы
изготовляют в стеклянных или керамических
сосудах (рис. 12.6). Аккумуляторы больших
емкостей имеют сосуды деревянные, выложен
ные внутри свинцом или кислотостойким изо
ляционным материалом.
Кислотные аккумуляторы применяют на
электротехнических установках стационарного
типа и на автотранспорте. В качестве перенос
Рис.11.6. Кислотный
ных аккумуляторов используют преимуще
аккумулятор
ственно щелочные аккумуляторы.
Щелочные
аккумуляторы
1
Сосуды щелочных аккумуляторов' сваривают из тонкой листовой
стали и с наружной стороны никелируют (рис. 12. 7). В центре крышки
сосуда имеется отверстие для заливки аккумуляторов электролитом.
ЭДС щелочных аккумуляторов зависит от состояния активной
массы пластин. От температуры и плотности электролита ЭДС зави
сит незначительно и только при низких температурах, близких к нулю,
она резко изменяется. Напряжение в конце
заряда аккумулятора равно 1,8 В, по оконча
нии заряда - 1,5-1,55 В. ЭДС разряженного
аккумулятора - 1,3 В.
Достоинства щелочных аккумуляторов:
• они не требуют тщательного ухода;
• не боятся сотрясений;
• могут длительно оставаться в разреРис. �1.1. щелочные
женном состоянии;
аккумуляторы
122
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
• выносят короткие замыкания, которые для кислотных аккумуля
торов представляют большую опасность;
• саморазряд у щелочных аккумуляторов меньше, чем у кислот
ных.
В зависимости от материала электродов щелочные аккумуляторы
могут быть кадмиево-никелевые, железно-никелевые, серебряно-цин
ковые, злато-цинковые и газовые.
Применение в массовом масштабе злато-цинковых аккумуляторов
ограничивается их высокой стоимостью.
Газовые аккумуляторы отличаются легкостью и дешевизной, но
технология их производства разработана еще недостаточно.
Наиболее широкое распространение получили кадмиево-никеле
вые (КН) и железоникелевые (ЖН) аккумуляторы, электролитом кото
рых служит раствор едкого кали в воде; плотность электролита 1,2.
По своему устройству и электрическим данным аккумуляторы КН и
ЖН незначительно отличаются друг от друга.
Активную массу запрессовывают в брикеты (пакеты), а затем из
брикетов собирают отдельные пластины. У аккумуляторов типа ЖН
отрицательных пластин на одну больше, чем положительных.
У аккумуляторов типа КН положительных пластин на одну больше,
чем отрицательных. Один из полюсов аккумулятора соединяется с сосу
дом (у ЖН - отрицательный, а у КН - положительный полюс).
Серебряно-цинковый аккумулятор представляет собой пластмас
совый сосуд, в котором помещены положительные и отрицательные
электроды, составленные из _отдельных пластин. Отрицательные элек
троды, изготовленные из пластин окиси цинка, заключены в защит
ные пакеты из материала, который хорошо пропускает электролит, но
задерживает металлические частицы. Положительные пластины изго
товлены из серебра.
Для составления аккумуляторной батареи или батареи гальваниче
ских элементов несколько элементов соединяют последовательно, т. е.
катод первого аккумулятора соединяют с анодом второго, катод вто
рого - с анодом третьего и т. д. Получившиеся таким образом свобод
ные электроды, а именно, анод первого элемента и катод последнего
являются соответственно положительным и отрицательным полюсами
аккумуляторной батареи.
При определении ЭДС аккумуляторной батареи из n кислотных
аккумуляторов или гальванических элементов с ЭДС одного элемента
Е0 и внутренним сопротивлением Ro ЭДС батарее и Е = nE0 и внутреннее
сопротивление R = nR0 •
Глава 12. Химические источники
123
ПРИМЕЧАНИЕ.
Последовательное соединение элементов используется
для увеличения напряжения.
Аккумуляторы, как и гальванические элементы, можно включать
параллельно, для чего положительные и отрицательные полюсы всех
элементов соединяют между собой отдельно. Общие положительный и
отрицательный полюсы являются полюсами батареи.
Если батарея состоит из m параллельно соединенных элементов, то
ее ЭДС Е == Е0 , а внутреннее сопротивление R == RJm.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Параллельное соединение аккумуляторов и элементов
применяют в том случае, если от батареи требуется
получить при малом напряжении ток, превышающий до
пустимый ток одного аккумулятора или элемента.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Рассмотрим выполнение работ с аккумуляторными батареями.
1
Приведение щелочных аккумуляторных батарей
в рабочее состояние
В качестве электролита для щелочных аккумуляторных
батарей
пригоден раствор едкого натрия или едкого калия. Электролит, а также
твердую щелочь, предназначенную для его приготовления, необходимо
хранить в герметически закрытых сосудах.
Смену электролита в аккумуляторньiх батареях производят не реже
одного раза в 3 года, но если емкость батареи заметно снижается, то
электролит подлежит смене ранее указанного срока.
Электролит заливают через чистую стеклянную, эбонитовую или
фарфоровую воронку.
124
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ВНИМАНИЕ.
Металлические воронки применять запрещается, так
как это может вызвать короткое замыкание внутри
аккумулятора.
После двухчасовой пропитки проверяют уровень электролита.
Установив нормальный уровень электролита, аккумуляторные батареи
включают на заряд.
Аккумуляторные батареи, хранившиеся с электролитом не более
года, разрешается вводить в эксплуатацию без смены электролита, если
он соответствует по плотности условиям работы.
Если же батареи хранили электролитом больше года, то перед вво
дом в эксплуатацию необходимо сменить электролит.
-
�,�
•
1
:;;:,
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Приготовление электролита
для щелочных аккумуляторных батарей
Для растворения едкого калия или едкого натрия нужна дистиллиро
ванная вода. Лишь в крайнем случае ее можно заменить дождевой водой,
собранной с чистой поверхности, или водой от таяния чистого снега.
При пользовании твердыми щелочами берут:
а) для получения электролита плотностью 1,19-1,21 одну весовую
часть едкого калия на три весовые части воды;
б) для получения электролита плотностью 1,25-1,27 однувесовую
часть едкого калия на две весовые части воды.
Щелочь растворяют в чистой стальной или чугунной посуде.
ВНИМАНИЕ.
Запрещается пользоваться оцинкованной, луженой,
алюминиевой, медной, керамической и свинцовой
посудой, а также посудой, уже применявшейся для
Глава 12. Химические источники
125
приготовления электролита свинцовых аккумуля
торных батарей, так как даже ничтожно малое ко
личество кислоты разрушает щелочные аккумуля
торные батареи. Приготовление электролита для
щелочных и кислотных аккумуляторных батарей в
одном помещении запрещается.·
Нужное количество воды наливают в сосуд, затем небольшими
кусками кладут твердую щелочь и перемешивают ее в воде стеклянной
палочкой или стальным прутиком. Приготовленному электролиту дают
остыть и отстояться 3-12 ч, после чего сливают осветлившуюся часть,
пригодную для заливки в аккумуляторы.
Если применяют жидкую щелочь, ее разбавляют водой до требуе
мой плотности. Раствору дают отстояться и остыть ДО 30 ° С.
Составной электролит приготовляют так: к каждому литру готового
раствора едкого калия плотностью 1,19-1,21 прибавляют при тщатель
ном перемешивании 20 г моногидрата лития. В каждый аккумулятор после
заливки электролита вливают несколько капель вазелинового масла.
При изготовлении электролита чаще всего пользуются состав
ными щелочами (смесь едкого калия и едкого лития), которые постав
ляются в герметической посуде в твердом или жидком виде (плот
ность не менее 1,41).
Порядок приготовления электролита из готовых смесей зависит
от того, в каком виде, твердом или жидком концентрированном, нахо
дятся щелочи.
При пользовании твердыми смесями на 1 кг калиевой составной
щелочи берут 3 л воды, а на 1 кг натриевой составной щелочи - 5 л воды.
Вскрыв банку с твердой щелочью, содержимое ее небольшими пор
циями (во избежание сильного разогревания) кладут в сосуд с водой,
перемешивают.
Все содержимое банки необходимо растворить одновременно.
При пользовании жидким концентратом к 1 л калиевой щелочи
плотностью 1,41 добавляют 1 л воды, а к 1 л натриевой щелочи плотно
стью 1,41 доливают 1,5 л воды.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
126
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ПРИМЕЧАНИЕ.
Плотность калиевого электролита при температуре
25 °С должна быть 1,19-1,21; натриевого составного
электролита -1,11-1,19.
1
',
Проверка плотности эле�тролита
аккумуляторных
батареи
Плотность электролита
измеряют при помощи денсиметра, кото
рый обычно градуируется по плотности от 1,08 до 1,32. Для определе
ния плотности электролита в аккумуляторную банку через горловину
крышки опускают свободный конец эбо
нитовой трубки денсиметра, а затем сжи
мают его резиновый шар.
1,10
Измерение плотности электролита
1,20
аккумуляторных батарей представлено
1,30
на рис. 12.8. При отпускании шара в сте
клянный сосуд всасывается электролит в
количестве, достаточном для того, чтобы
в нем мог свободно плавать ареометр.
Плотность электролита определя
ется глубиной погружения ареометра и
Рис.12.8. Измерение плотности
электролита аккумуляторных
указывается цифрой на шкале ареометра,
батарей
до которой он погружен в электролит.
ПРИМЕЧАНИЕ.
При замерах необходимо следить, чтобы ареометр не
прилипал к стенкам сосуда.
После замеров электролит необходимо вылить обратно в тот же
аккумулятор, из которого он взят.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение <<Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
127
Глава 12. Химические источники
э
Прове рка у ровн я лектролит�
акк умуляторных батаре и
11
Электролит должен перекрывать пластины аккумулятора не менее
чем на 5 мм и не более чем на 12 мм. Уровень электролита определяют
при помощи стеклянной трубки
диаметром 5-6 мм с метками по
высоте 5 и 12 мм.
Проверка уровня электролита
аккумуляторных батарей (рис. 12.9):
1 -пластина;
11-уровень электролита над Рис.12.9. Проверка уровня электролита
пластинами.
аккумуляторных батарей
-
,�_,,
,�..t::\
с,,/�
,
:'/>;
,,;у
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
•
.
С
1
мена электролита
щелочных аккумуляторов
Смену электролита необходимо производить в следующем порядке:
• разрядить аккумуляторную батарею нормальным током в течение
8 ч до 1 В на аккумулятор;
• вылить старый электролит;
• промыть аккумуляторы дистиллированной водой;
• залить аккумуляторы электролитом несколько повышенной плот
ности (например, 1,22 вместо 1,19), так как она снизится из-за раз
бавления водой;
ВНИМАНИЕ.
Эту операцию необходимо выполнить сразу же после
предыдущей, поскольку аккумуляторы, промытые дис
тиллированной водой, запрещается, во избежание кор
розии, оставлять без электролита.
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
128
• через 2 ч после заливки аккумуляторов электролитом проверить
плотность электролита и довести ее до требуемой нормы;
• произвести усиленный заряд.
-
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
r��
1
(;)-�
Заряд и разряд
щелочных аккумуляторных батарей
В зависимости от состояния щелочных аккумуляторных батарей
применяют следующие виды заряда: нормальный; усиленный; уско
ренный; формовочный.
Заряд аккумуляторных батарей по нормальному (основному)
режиму производится током нормального режима в течение 7 часов в
соответствии с паспортными данными.
ВНИМАНИЕ.
r
'
При нормальном режиме заряда изменять силу зарядного тока запрещается.
'
/
Величина зарядного тока нормального режима равна току разряда
в течение 4 ч. Усиленный заряд производится в течение 6 ч током нор
мальной величины, а затем в течение 6 ч током, равным половине нор
мальной величины.
Усиленный заряд применяют:
• при введении в эксплуатацию новых или хранившихся в сухом виде аккумуляторных батарей;
• при проведении контрольно-тренировочных циклов;
• при смене электролита;
• в случае разряда аккумуляторных батарей ниже допустимого раз
рядного напряжения.
Глава 12. Химические источники
129
ПРИМЕЧАНИЕ.
Ускоренный заряд допускается в случае крайней необ
ходимости и производится в течение 2,5 часа током
вдвое большим нормальной величины, а затем в течение
2 часов током нормальной величины.
Формовочный заряд применяют к новым аккумуляторным бата -'
реям, подвергшимся переборке и ремонту.
Порядок выполнения формовочного заряда:
• заряжают аккумуляторные батареи током нормальной величины в
течение 6 ч, а затем в течение 6 ч током, равным половине нор
мальной величины;
• разряжают батарею в течение 4 ч разрядным током 8-часового режима;
• производят нормальный заряд.
Никеле-железные аккумуляторные батареи разрешается заряжать
током, величина которого меньше нормальной, соответственно уве
личивая время заряда. Снижать ток более чем вдвое не разрешается
(исключение - буферный режим).
Заряжать аккумуляторные батареи необходимо при открытой
крышке батарейного ящика и вывернутых пробках. Во время заряда
аккумуляторных батарей необходимо следить:
• за постоянством величины зарядного тока;
• за температурой электролита, не допуская превышения 45 ° С для
составного электролита, 40 ° С для раствора едкого натрия и 30 ° С
для раствора едкого калия.
Замер температуры аккумуляторов выполняется стеклянными
ртутными термометрами, опускаемыми в электролит.
СОВЕТ.
После заряда аккумуляторных батарей настоятельно
рекомендуется протереть насухо крышки и закрыть
вентиляционные пробки, покрыть техническим вазели
ном или залить парафином..
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
130
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Разряд аккумуляторов разрешается производить до напряжения:
1,1 В- в течение 8 часов и более длительном режиме; 1,0 В- в течение
5 ч; 0,8 В ---:- в течение 3 ч; 0,5 В- в течение 1 ч.
1
Контрольно-тренировочный цикл
щелочных
аккумуляторных
Если щелочная
аккумуляторнаябатарей
батарея длительно не используется
(например, батарея аварийного освещения), то она становится «вялой»,
т. е. при заряде полностью не заряжается, а при разряде не отдает пол
ной емкости.
Для восстановления ее работоспособности необходимо провести
контрольно-тренировочный цикл.
Порядок цикла:
• производят усиленный заряд в течение 6 ч током нормальной ве
личины и в течение 6 ч током, равным половине нормального;
• производят разряд в течение 8 часов током нормального режима
до напряжения 1 В на зажимах каждого аккумулятора;
• производят заряд в течение 6 часов током нормального зарядного
режима;
• производят разряд в течение 8 часов током нормального режима
до 1 В на зажимах каждого аккумулятора.
По данным последнего разряда определяют емкость аккумулятора.
В процессе разряда через каждый час измеряют напряжение каждого
аккумулятора, а при достижении напряжения 1, 1 В то же самое проде
лывают через каждые 15 мин.
Как только напряжение на каком-либо аккумуляторе достигнет 1 В,
его выводят из разряда досрочно.
Для этого прерывают разряд, отсоединяют междуэлементные сое
динения выводимого элемента и ставят перемычку, после чего продол
жают разряд остальных аккумуляторов.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Аккумуляторы, емкость которых на 20% меньше, чем у
остальных, подлежат замене исправными.
Емкость определяют по выражению С= Iраэр
х
tраэр•
Глава 12. Химические источники
131
Для проведения контрольно-тренировочного цикла требуется спе
циальное оборудование, позволяющее поддерживать постоянной вели
чину разрядного тока.
При отсутствии такого оборудовании для устранения «вялости»
аккумуляторных батарей следует 2-3 раза разрядить их до напряжения
1 В на аккумулятор с последующим зарядом.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Приведение кислотных аккумуляторных батарей
в рабочее состояние
1
Для приведения кислотных аккумуляторных батарей в рабочее
состояние:
• очистить батареи от пыли и ползучей соли, очистить и смазать ва
зелином зажимы и междуэлементные соединения;
• приготовить электролит;
• вывернуть пробки, снять находящиеся под ними герметизирую
щие диски и залить элементы электролитом; температура электро
лита перед заливкой не должна превышать 25 ° С;
• через 4-6 ч после заливки электролита измерить напряжение с
помощью аккумуляторного пробника, уровень электролита и тем
пературу его во всех аккумуляторах; если слой электролита над
предохранительным щитком сепараторов имеет толщину менее 10
мм, необходимо долить электролит; температура его должна быть
при этом не выше 30 ° С;
• произвести заряд аккумуляторных батарей.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
132
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Приготовление электролита
для кислотных аккумуляторных батарей
Для приготовления электролита пригодна только чистая аккуму
ляторная серная кислота. Использовать техническую серную кислоту
запрещается.
Готовят электролит в фарфоровой или эбонитовой посуде, обяза
тельно чисто промытой дистиллированной водой.
Сначала в сосуд наливают дистиллированную воду, а затем тонкой
струйкой осторожно льют кислоту, помешивая раствор чистой стеклян
ной или эбонитовой палочкой.
ВНИМАНИЕ.
л
(�л_и т_ь_в_к_ и_с _от_у _в_о_ду_за_п_р_е_щ_а_е_т_с_я_. -------�)
Плотность электролита измеряют денсиметром. Она должна быть
в пределах 1,28 г/см3 .
Приготовленный электролит должен остыть. Электролит вливают в
аккумуляторы через стеклянную или эбонитовую воронку.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
аря и ра ря
д КИСЛОТН�IХ
д лятозрных
Заккуму
батареи
•
- ..
..
;.а.
[!l,iiil'-1
.
.
В зависимости от состояния кислотных аккумуляторных батарей
разрешается применять три вида заряда:
• нормальный (основной);
• формовочным (первый);
• контрольно-тренировочный.
Нормальный заряд производится током нормального зарядного
режима, в соответствии с паспортом аккумуляторных батарей.
Глава 12. Химические источники
133
При отсутствии паспорта принимают ток, равный току 10-часового
режима разряда.
Формовочный заряд ведут током, величина которого зависит от
типа аккумуляторной батареи и указана в ее паспорте.
Режим заряда должен быть двухступенчатым. Заряд током первой
ступени ведут до напряжения 2,4 В на один аккумулятор. После этого
величину тока уменьшают вдвое и доводят заряд до конца.
Заряд кислотной аккумуляторной батареи производят до тех пор,
пока не наступит обильное газовыделение («кипение))) во всех акку
муляторах, а напряжение и плотность электролита останутся постоян
ными в течение 3 ч, что служит признаком конца заряда.
Во время заряда кислотных аккумуляторных батарей необходимо
вести наблюдение:
• за величиной зарядного тока;
• за температурой электролита аккумуляторов, измеряя ее каждый
час (в случае если температура достигнет 45 °С, зарядный ток не
обходимо уменьшить вдвое или прекратить заряд до тех пор, пока
температура не СНИЗИТСЯ ДО 30 °С);
• за плотностью электролита, измеряя ее на второй ступени заряда
каждый час;
• за исправностью вентиляции.
Если в конце заряда плотность превысит норму, то доливают дис
тиллированную воду, а если плотность окажется ниже нормы, то доли
вают электролит плотностью 1,4 г/см3.
,
\.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Кислотные аккумуляторные батареи необходимо заряжать при вынутых пробках.
'
У батарей, работающих в «буферном)) режиме, а также у стартер
ных батарей, автоматически подзаряжающихся от генератора, пробки
можно i_2 вынимать при условии еженедельной прочистки имеющихся
в них вентиляционных отверстий.
После окончания заряда необходимо:
• протереть все наружные поверхности аккумуляторов;
• очистить от окислов зажимы и междуэлементные соединения, сма
зать их тонким слоем технического вазелина;
• прочистить вентиляционные отверстия;
• через 3-4 ч (когда окончится газовыделение) завернуть пробки.
134
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Разряд кислотных аккумуляторов допускается до напряжения, ука
занного в инструкции завода-изготовителя.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Контрольно-тренировочный цикл
кислотных
аккумуляторных
батарей не разряжается или разряд
Если аккумуляторная
батарея длительно
производится малым током (например, у батареи телефонной связи), то
мелкозернистый сульфат свинца переходит в крупнозернистый. Такая
аккумуляторная батарея приходит в негодность.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Во избежание этого следует периодически проводить
контрольно-тренировочный цикл.
Порядок цикла:
• заряжать батареи токами 1-й и 2-й ступени первого заряда до по
стоянства плотности электролита и напряжения в течение 3 ч;
• проверять плотность электролита во всех аккумуляторах и кор
ректировать в том случае, если плотность будет отличаться от нор
мальной;
• разряжать батареи током 10-часового режима, замеряя напряжения у
всех аккумуляторов каждый час, а в конце разряда каждые 30 мин.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Прекращать разряд следует при снижении напряжения
хотя бы у одного аккумулятора до 1,1 В.
ШАГ
111
МАГНИТНЫЕ
ЯВЛЕНИЯ
Глава 13. Магниты и их свойства
Глава 14. Закон полного тока
Глава 15. Явление гистерезиса
Глава 16. Электромагниты
Глава 17. Самоиндукция
Глава 1 В. Взаимоиндукция
ГЛАВА 13
МАГНИТЬI
И ИХ СВОЙСТВА
1
Первое
знакомство
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Магнетизм - это особое проявление движения элек
трических зарядов внутри атомов и молекул, которое
проявляется в том, что некоторые тела способны при
тягивать к себе и удерживать частицы железа, никеля
и других металлов. Эти тела называются магнитными.
Стрелка компаса, являющаяся магнитом, устанавливается в маг
нитном поле Земли так, что один конец ее указывает направление
на север и называется северным полюсом (N), а противоположный
конец - южным полюсом (S).
В зависимости от назначения магнитам придают различную форму:
прямоугольную, ромбическую, круглую и т. д. Магнит любой формы
имеет два полюса - северный и южный.
Если намагниченный стержень погрузить в железные опилки и
затем вынуть, то наибольшее количество опилок окажется притяну
тым к концам магнита, а в средней части, называемой нейтральной
линией, опилок не будет.
Если намагниченный стержень разделить на две части, то образу
ются два магнита с двумя разноименными полюсами на концах.
При дальнейшем дроблении на части намагниченного стержня
будут получаться отдельные магниты с северным и южным полюсами
на концах.
Глава 13. Магниты и их свойства
137
ВЫВОД.
Получить магнит с каким-либо одним полюсом (N или S)
невозможно.
Если, недалеко от северного N (или южного S) полюса какого-либо
магнита поместить стальной брусок, то он приобретает свойство притяги
вать железные предметы. При этом ближайший к полюсу N магнита конец
бруска будет южным полюсом S, а противоположный - северным N.
При расположении двух магнитов на некотором расстоянии один от
другого между их полюсами возникает сила взаимодействия, направ
ленная так, что одноименные полюсы взаимно отталкиваются, а разноименные при
тягиваются.
Вокруг всякого намагниченного тела
возникает магнитное поле, являющееся
материальной средой, в которой обна
руживается действие магнитных сил. На
рис. 13.1 магнитное поле изображается в
Рис. 13.1. Магнитное поле
виде магнитных линий, направленных от
северного полюса к южному.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Любая магнитная линия не имеет ни конца, ни начала
и представляет собой замкнутую кривую, так как се
верный и южный полюсы магнита неотделимы один от
другого.
При внесении в магнитное поле какого-либо тела оно пронизыва
ется магнитными линиями, которые определенным образом воздей
ствуют на поле. При этом различные материалы по-разному воздей
ствуют на магнитное поле.
В намагниченных телах магнитное поле создается при движении
электронов, вращающихся вокруг ядра атома и вокруг собственной оси.
Орбиты и оси вращения электронов в атомах могут находиться в раз
личных положениях один относительно другого, так что в различных
положениях находятся магнитные поля, возбуждаемые движущимися
электронами.
138
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В зависимости от взаимного расположения магнитных полей они
могут складываться или вычитаться. В первом случае атом будет обладать
магнитным полем или магнитным моментом, а во втором - не будет.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Материалы, атомы которых не имеют магнитного мо
мента, и намагнитить которые невозможно, называ
ются диамагнитными.
К ним относится абсолютное большинство веществ, встречающихся
в природе, и некоторые металлы (медь, свинец, цинк, серебро и другие).
Материалы, атомы которых обладают некоторым магнитным
моментом и могут намагничиваться, называются парамагнитными. К
ним относятся алюминий, олово, марганец и др.
Исключение составляют ферромагнитные материалы, атомы кото
рых обладают большим магнитным моментом и которые легко подда
ются намагничиванию. К таким материалам относятся железо, сталь,
чугун, никель, кобальт, гадолиний и их сплавы.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Магнитное попе
электрического тока
Вокруг проводника с током образуется магнитное поле, так что
свободно вращающаяся магнитная стрелка, помещенная вблизи про
водника, будет стремиться занять положение, перпендикулярное пло
скости, проходящей вдоль него. В этом легко убедиться, проделав сле
дующий опыт.
В отверстие горизонтально положенного листа картона вставляют
прямолинейный проводник (рис. 13.2, а) и пропускают через него ток.
Насыпают на картон железные опилки и убеждаются в том, что они
располагаются концентрическими окружностями, имеющими общий
центр в точке пересечения проводником картонного листа.
139
Глава 13. Магниты и их свойства
а
б
в
Puc.1.J.2. Проводник и картон с железными опилками:
а - без прохождения тока; б - в одном направлении; в - в обратном направлении
Магнитная стрелка, подвешенная на нити вблизи этого проводника,
займет положение, указанное на рис. 13.2, б. При изменении направ
ления тока в проводнике магнитная стрелка повернется на угол 180 ° ,
оставаясь в положении, перпендикулярном плоскости, проходящей
вдоль проводника (рис. 13.2, в).
В зависимости от направления тока в проводнике направление маг
нитных линий образуемого им магнитного поля определяется прави
лом буравчика, которое формулируется следующим образом.
ПРАВИЛО БУРАВЧИКА.
Если поступательное движение буравчика совпадает с
направлением тока в проводнике, то вращательное дви
жение его рукоятки указывает направление магнитных
линий поля, образующегося вокруг этого проводника.
Если по проволоке, согнутой в виде кольца, пропустить ток, то под
действием его также возникнет магнитное поле.
Проволока, согнутая спирально и состоящая из нескольких вит
ков, расположенных так, что оси их совпадают, называется соленоидом
(рис. 13.3).
Puc.1.J.J. Магнитное поле соленоида
140
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение ((Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Магнитное поле
соленоида
При прохождении тока через обмотку соленоида или один виток
проволоки возбуждается магнитное поле. Направление этого поля
также определяется правилом буравчика.
ПРАВИЛО.
Если расположить ось буравчика перпендикулярно пло
скости кольцевого проводника или вдоль оси соленоида
и вращать его рукоятку по направлению тока, то по
ступательное движение этого буравчика укажет на
правление магнитных линий поля кольца или соленоида.
,,
Магнитное поле, возбужденное током обмотки соленоида, подобно
магнитному полю постоянного магнита, т. е. конец соленоида, из кото
рого выходят магнитные линии, является его северным полюсом, а про
тивоположный конец - южным.
Направление магнитного поля зависит от направления тока и при
изменении направления тока в прямолинейном проводнике или в
катушке изменится также направление магнитных линий поля, воз
буждаемого этим током.
В однородном магнитном поле во всех точках поле имеет одина
ковое направление и одинаковую интенсивность. В противном случае
поле называется неоднородным.
r ;�
•
"
;Ji ',,
,,
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение ((Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Глава 13. Магниты и их свойства
141
Графически однородное магнитное поле изображают параллель
ными линиями с одинаковой плотностью, например, в воздушном
зазоре между двумя разноименными параллельно расположенными
полюсами магнита.
Проводник с током в магнитном поле.11
Магнитная индукция
Если проводник, по которому проходит электрический ток, внести
в магнитное поле, то в результате взаимодействия магнитного поля и
проводника с током проводник будет
перемещаться в ту или иную сторону.
Направление перемещения прово
дника зависит от направления тока в
нем и от направления магнитных линий
поля (рис. 13.4, а).
Допустим, что в магнитном поле
б
а
магнита NS находится проводник, рас
Рис. 13.4. Движение проводника
положенный перпендикулярно плоско
с током в магнитном поле:
сти рисунка; по проводнику протекает
а - магнитное поле полюсов
и тока проводника;
ток в направлении от нас за плоскость
б - результирующее магнитное поле
рис. 13.4.
ПРИМЕЧАНИЕ.
/
Ток, идущий от плоскости рисунка к наблюдателю, обозначается условно точкой, а ток, направляющийся за
плоскость рисунка от наблюдателя,- крестом. Всегда
все уходящее на изображениях обозначается крестом, а
направленное на «смотрящего» - точкой.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
'
•
Под действием тока вокруг проводника образуется свое магнитное
поле. Применяя правило буравчика, легко убедиться, что в рассматри-
142
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ваемом нами случае направление магнитных линий этого поля совпа
дает с направлением движения часовой стрелки.
При взаимодействии магнитного поля магнита и поля, созданного
током, образуется результирующее магнитное поле, изображенное на
рис. 13.4, б.
Густота магнитных линий результирующего поля с обеих сторон
проводника различна. Справа от проводника магнитные поля, имея
одинаковое направление, складываются, а слева, будучи, направлен
ными встречно, частично взаимно уничтожаются.
Следовательно, на проводник будет действовать сила, большая
справа и меньшая слева. Под действием большей силы проводник будет
перемещаться по направлению силы F.
Перемена направления тока в прово
днике изменит направление магнитных
линий вокруг него, вследствие чего изме
нится и направление перемещения прово
дника.
Для определения направления движе
ния проводника в магнитном поле можно
пользоваться правилом левой руки
(рис. 13.5), которое формулируется следу
в
ющим образом.
Рис. 13.5. Правило левой руки
ПРАВИЛО.
Если расположить левую руку так, чтобы магнитные ли
нии пронизывали ладонь, а вытянутые четыре пальца
указывали направление тока в проводнике, то отогнутый
большой палец укажет направление движения проводника.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, зависит
как от тока в проводнике, так и от интенсивности магнитного поля.
Глава 13. Магниты и их свойства
143
Основной величиной, характеризующей интенсивность магнитного
поля, является магнитная индукция В. Единицей измерения магнит
ной индукции является тесла (Тл = Вс/м2).
О магнитной индукции можно судить по силе действия магнит
ного поля на проводник с током, помещенный в это поле. Если на
проводник длиной 1 м и с током 1 А, расположенный перпендику
лярно магнитным линиям в равномерном магнитном поле, дей
ствует сила в 1 Н (ньютон), то магнитная индукция такого поля равна
1 Тл (тесла).
ПРИМЕЧАНИЕ.
Магнитная индукция является векторной величиной,
ее направление совпадает с направлением магнитных
линий, причем в каждой точке поля вектор магнитной
индукции направлен по касательной к магнитной линии.
Сила F, действующая на проводник с током в магнитном поле, про
порциональна магнитной индукции В, току в проводнике I и длине
проводника 1, т. е. F = В11.
Эта формула верна лишь в том случае, когда проводник с током рас
положен перпендикулярно магнитным линиям равномерного магнит
ного поля.
Если проводник с током находится в магнитном поле под каким
либо углом а, по отношению к магнитным линиям, то сила равна:
F = Bllsina.
Если проводник расположить вдоль магнитных линий, то сила F
станет равной нулю, так как а = О.
ГЛАВА 14
ЗАКОН
ПОЛНОГО ТОКА
11
я
н о
Маг ит движуща
с л
и а
Свойство тока возбуждать магнитное поле характеризуется маrни
тодвижущей силой (МДС), обозначаемой буквой F. Магнитодвижущая
сила распределяется вдоль замкнутой магнитной линии и равна току,
создающему магнитное поле, и измеряется в амперах, как и ток.
Намагничивающая сила прямолинейного проводника с током I равна
этому току, т. е. F = 1.
Для возбуждения более сильного поля ток пропускают по катушке
с числом витков w, и так как каждый виток катушки обладает намагни
чивающей силой F, то намагничивающая сила катушки F = wl ампер
(часто говорят «ампер-витков»).
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
·�
ь
Н пр же
я нност
а
м гн тного поля
и
аМагнитодвижущая
сила, приходящаяся на единицу длины маг
нитной линии, называется напряженностью магнитного поля, обо-
145
Глава 14. Закон полного тока
значается буквой Н = F/1, где 1- длина магнитной линии. Измеряется
в амперах на метр (А/м) или чаще в единицах в 100 раз больших
(1 А/см = 100 А/м).
ПРИМЕЧАНИЕ.
Напряженность магнитного поля, также как и магнит
ная индукция, является векторной величиной.
В изотропной среде (с одинаковыми магнитными свойствами во
всех направлениях) вектор напряженности магнитного поля совпадает
с направлением магнитной линии в данной точке.
Если физические условия вдоль всей длины магнитной линии оди
наковы, то определение напряженности поля очень просто.
В частности, вокруг прямолинейного проводника линии магнит
ного поля представляют собой окружности (см. ранее рис. 13.2), длина
каждой из которых 1 = 2лх, где х - радиус окружности с центром на оси
проводника, проведенный через рассматриваемую точку поля.
Условия во всех точках выбранной окружности одинаковы и напря
женность поля Н = l/2rrx, где rr = 3,14, т. е. по мере удаления от прово
дника напряженность поля уменьшается.
Это выражение можно записать в виде 1 = HI = H2rrx.
Если магнитное поле создано не одним, а w проводниками с
током 1, то магнитодвижущая сила
�1 = F = lw = HI = Н2пх.
Таким образом, магнитодвижущая сила вдоль контура равна пол
ному току, пронизывающему поверхность, ограниченную этим конту
ром. Полученное соотношение называется законом полного тока.
Если простейший контур длиной 1 = 2rrx пронизывается n прово
дами с токами 1 1 одного направления и m проводами с токами 12 про
тивоположного направления, то закон полного тока принимает следу
ющий вид:
F = nl 1
-
ml2 = HI = Н2пх.
В большинстве электротехнических устройств напряженность
магнитного поля вдоль магнитной линии изменяется в зависимо
сти от материала и сечения участков, через которые она проходит.
В этом случае магнитная линия делится на К участков, в пределах
каждого из которых напряженность магнитного поля можно считать
постоянной.
146
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Если магнитное поле возбуждается током 1, проходящим по
катушке с числом витков w, то закон полного тока для таких устройств
будет иметь следующую общую формулу:
�1 = wl= H1 l1
+
H2l2 + ... + Н)к,
т. е. намагничивающая сила равна сумме произведений напряженности
поля на длину соответствующих участков магнитной цепи.
В приведенной общей форме закон полного тока широко использу
ется для расчета магнитных полей электрических машин и аппаратов.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Магнитная_ проницаемость.
Магнитныи поток
Магнитная индукция, как и напряженность магнитного поля,- век
торная величина, в большинстве случаев векторы магнитной индукции
и напряженности имеют одинаковое направление.
Между магнитной индукцией и напряженностью поля существует
прямая пропорциональность, т. е.
В= РаН,
где µа - абсолютная магнитная проницаемость.
Абсолютная магнитная проницаемость, равная отношению маг
нитной индукции к напряженности магнитного поля, имеет размер
ность генри/метр (Гн/м = Вс/Ам) и для вакуума равна 4л10- 7 Гн/м.
Эта величина называется магнитной постоянной µ0 •
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Число, показывающее, во сколько раз абсолютная маг
нитная проницаемость µ0 данной среды больше маг
нитной постоянной µ0 , называется относительной
магнитной проницаемостью µ, или сокращенно маг
нитной проницаемостью, т. е. µ, = µ0/µо-
147
Глава 14. Закон полного тока
Для воздуха магнитная проницаемость µr принимается равной еди
нице, как и для всех тел, кроме ферромагнитных.
Что же касается ферромагнитных тел, то для них магнитная прони
цаемость значительно больше единицы и является для одного и того же
материала величиной не постоянной, а зависящей от магнитного состо
яния этого материала, т. е. от магнитной индукции ферромагнитного
тела, подвергнутого намагничиванию.
Для характеристики магнитных свойств ферромагнитных материа
лов служит зависимость между В и Н, изображенная графически в виде
кривой, называемой кривой намагничивания.
Для получения кривой намагничивания какого-либо материала
строят график, по горизонтальной оси которого откладывают величины
напряженности поля, а по вертикальной - величины магнитной индук
ции испытуемого материала.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Произведение магнитной индукции на величину какой
либо поверхности в магнитном поле, расположенной
перпендикулярно направлению магнитных линий, назы
вается магнитным потоком, пронизывающим эту по
верхность.
Обозначив магнитный поток буквой Ф, получим Ф = BS, где S площадь поверхности, пронизываемой магнитным потоком.
Если магнитная индукция В выражена в теслах, а площадь поверх
ности S - в квадратных метрах, то магнитный поток выражается в
веберах (Вб), т. е. 1 Вб = 1 Т xl м2 •
Например, если перпендикулярную магнитным линиям площадку в
0,5 м3 пронизывает магнитный поток Ф = 1 Вб, то магнитная индукция
В = 1/0,5 = 2 Тл.
!��;
.
•
.
·''
·'/:)
,f,
В качестве иллюстрации материала книги пред·
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ГЛАВА15
ЯВЛЕНИЕ
ГИСТЕРЕЗИСА
1 вокруг
Магнитные поля
проводников
Если два или несколько проводников, по которым проходят элек
трические токи, расположить параллельно, то эти проводники в зави
симости от направлений токов в них будут взаимно притягиваться или
отталкиваться.
Такое взаимодействие между прово
дниками происходит в результате возник
новения магнитного поля вокруг каждого
из проводников с током.
Представим себе два проводника аб и
вr, по которым проходят токи противопо
ложных направлений (рис. 15.1). Вокруг
проводников имеются магнитные поля.
Согласно правилу буравчика магнитные
линии этих полей направлены так, как ука
зано в нижней части рис. 15.1.
Если смотреть сверху вдоль проводни
Рис.15.1. Проводники аб и вг,
ков,
то вокруг проводника аб магнитные
по которым проходят токи
линии
направлены по часовой стрелке,
противоположных направлений
lJ
149
Глава 15. Явление гистерезиса
а вокруг проводника вr - против часовой
стрелки.
Таким образом, эти линии в простран
стве между проводниками имеют одинаковые
направления, и проводники будут взаимно
отталкиваться подобно тому, как взаимно
отталкиваются одноименные полюсы магнитов.
Если через те же проводники пропустить
токи одинаковых направлений (рис. 15.2),
то линии магнитных полей, возникающих
вокруг проводников, в пространстве между
проводниками получат направление в проти
воположные стороны, поэтому проводники
будут взаимно притягиваться.
Рис.15.2. Проводники аб и вz,
по которым проходят токи
в одном направлении
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Абсолютная
магнитная проницаемость
1
Сила взаимодействия между проводниками, по которым протекают
токи, прямо пропорциональна произведению этих токов 11 и 12, абсо
лютной магнитной проницаемости µ 0•
и также длине l (длине сближения), на протяжении которой про
водники идут параллельно, и обратно пропорциональна расстоянию
между проводниками а, т. е.
F =µ a )( l 1 )( l2 )( V2пa .
Если провода находятся в немагнитной среде, т. е.
7
µ а =µ 0 = 4п1О· )(В)(с/А)(м,
то сила взаимодействия между проводниками
F = 2)(1 1 )(I2 )(Val0·7 Н.
150
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Начальная кривая намагничивания определяет соотношения между
магнитной индукцией и напряженностью В и Н лишь для ферромаг
нитного материала, который не подвергался намагничиванию.
-
r ;�
1
&,
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
Электромагнит
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Соленоид, содержащий железный сердечник, называется
1� электромагнитом.
/
Если цепь (рис. 15.3), состоящая из источника тока Б (например,
из аккумуляторной батареи), переключателя П на два положения (1-2
и 3-4), реостата Р и электромагнита Э, разомкнута, то тока в обмотке
электромагнита Э нет.
Установим переключатель П на контакты 1-2 и введем полностью
сопротивление реостата. При этом в цепи появится небольшой ток и
проходить он будет в следующем направлении: плюс батареи Б, контакт
1, реостат Р, обмотка электромагнита Э, контакт 2, минус батареи Б.
В соответствии с величиной этого тока в элек
тромагните возникнет магнитное поле с некоторой
напряженностью На и магнитной индукцией Ва .
Применив правило буравчика, найдем, что маг
нитный поток в сердечнике электромагнита направ
лен справа налево, т. е. левый конец сердечника
является северным, а правый - южным полюсом
электромагнита Э.
Б
Отложим на горизонтальной оси (создадим гра
Рис.15.3. Схема
фик) в масштабе значение напряженности поля На,
намагничивания
стального сердечника
а на вертикальной - значение Ва .
151
Глава 15. Явление гистерезиса
+В
Восстановив перпендикуляры из
ве
точек отложенных значений на гори� ----u
u
Вв - в
зонтальнои и вертикальнои осях,
86
получим точку пересечения а, кота3
рая определит первую точку кривой
первоначального намагничивания
:
сердечника электромагнита.
:
Перемещая движок реостата Р ----+-----+�-�-���-н
и
: м:
+н
0
на н
нг нд не
вниз, будем уменьшать его сопротивление, вследствие чего увели
чится как ток в обмотке электро
магнита, так и напряженность маг
нитного поля.
-В
Рис. 15.4. Петля гистерезиса
r;1�
.
•
.
·(:J.:..,
"'{,"'
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Явление
гистерезиса
1
Построив указанным выше способом точки б, в, r, д и соединив их
между собой, получим кривую первоначальноrо намаrничивания
сердечника.
Эта кривая показывает, что магнитная индукция в начале намаг
ничивания увеличивается пропорционально напряженности поля (уча
сток О-а), затем рост ее замедляется, кривая делает перегиб (точка б) и
снова приближается к прямолинейной, но уже с небольшим наклоном
к горизонтальной оси.
На данном последнем участке увеличение напряженности поля
вызывает малый рост магнитной индукции, и дальнейший перевод
движка реостата Р практически не дает повышения магнитной индук
ции в сердечнике электромагнита. В этом случае говорят, что сердечник
достиг маrнитноrо насыщения.
152
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
С уменьшением напряженности намагничивающего поля электро
магнита магнитная индукция железного сердечника также начинает
уменьшаться, но остается несколько большей, чем в процессе намагни
чивания, при одних и тех же значениях напряженности.
При размыкании цепи ток в электромагните прекратится, но
индукция будет иметь некоторое значение, определяемое отрезком 0-э
(рис. 15.4).
Это указывает на то, что в сердечнике сохранился некоторый оста
точный магнетизм. Если дальнейшее размагничивание прекратить, то
железный сердечник окажется искусственным (постоянным) магнитом
и будет обладать остаточной магнитной индукцией.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Рассмотренное нами отставание уменьшения магнит
ной индукции от уменьшения напряженности магнит
ного поля называется гистерезисом.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Чтобы железный сердечник не имел остаточного магнетизма, необ
ходимо подвергнуть его перемагничиванию, т. е. намагничиванию в
обратном направлении. Для этого нужно переключатель П (рис. 15.З)
перевести на контакты 3-4.
При таком положении переключателя в обмотке электромагнита
возникает ток противоположного направления, а именно:
плюс батареи Б ➔ контакт 3 ➔ обмотка электромагнита Э ➔
реостат Р ➔ контакт 4 ➔ минус батареи Б.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Согласно правилу буравчика под действием этого тока
в электромагните возникает магнитное поле, направ
ленное слева направо, т. е. противоположно магнит
ному потоку остаточного магнетизма, которое будет
размагничивать сердечник.
153
Глава 15. Явление гистерезиса
р ии а
Коэ ц т вн
си яа
л
1
Постепенно передвигая движок реостата, достигнем положения,
при котором напряженность магнитного поля электромагнита пред
ставит собой величину, определяемую отрезком О-и (рис. 15.4). Такому
значению напряженности будет соответствовать магнитная индукция
в сердечнике электромагнита, равная нулю, т. е. сердечник перестанет
быть магнитом.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Значение напряженности поля, при котором сердечник
размагничивается, называется коэрцитивной (задержи
вающей) силой.
r:1;,
с
;i>
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
е
rис е Пеэитлсяа
р
Провести полный цикл перемагничивания можно так: т
1
• уменьшить ток в обмотке электромагнита от какого-то наибольше
го значения до нуля;
• изменив направление тока, увеличить его до начальной наиболь
шей величины;
• после этого опять уменьшить до нуля;
• затем вторично, переменив направление, довести его до началь
ной величины;
При этом значения магнитной индукции будут изменяться по кри
вой, называемой петлей rистерезиса.
При перемагничивании на преодоление трения между молекуляр
ными магнитиками расходуется некоторое количество энергии, нося
щее название потерь на гистерезис.
154
ЭЛЕ КТ РОТЕ ХН И КА. От азов до создания практических устройств
Эта энергия, превращаясь в тепло, нагревает перемагничиваемые
ферромагнитные материалы (части аппаратов).
.
,;:\
.
•
(_.. (':)
1
<["'
л стр ии
книги
1.:.1
1.:.1
лага посмотреть видеоролик.
•
•
Для автоматического
ю
цперехода к страни е запустите
ю Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
:f"�
наксмартфоне
и наведите егоц камеру
r=,
ачестве ш, (планшете)
о
материала
В
пред- L!J:
•
IC"'--L�
.,..
на расположенный рядом QR-код.
Особенности
ферромагнитных материалов
Ферромагнитные материалы имеют большую магнитную прони
цаемость и обладают свойством намагничиваться, что объясняется
следующим.
Непрерывное движение электронов в любом веществе можно рассма
тривать как внутримолекулярные токи, возбуждающие магнитное поле.
Поскольку электроны не только движутся вокруг ядра, но и враща
ются вокруг собственной оси, возникает также магнитное поле, вызван
ное вращением электронов. Причем это магнитное поле значительно
сильнее поля, вызванного движением электронов вокруг ядра.
В неферромаrнитных веществах магнитные поля, вызванные
вращением электронов вокруг собственной оси, в каждом атоме вза
имно уравновешиваются, и тело не обладает свойством намагничи
ваться.
В ферромагнитных материалах магнитные поля, образованные
вращательным движением электронов, не уравновешены благодаря
особому строению атомов.
Под действием этих полей в теле возникают намагниченные обла
сти, подобные мельчайшим магнитикам.
При отсутствии внешнего магнитного поля магнитики располо
жены беспорядочно и ферромагнитное тело не проявляет магнитных
свойств.
При намагничивании железного сердечника некоторые магнитики
под действием напряженности намагничивающего поля начинают
поворачиваться так, что северные полюсы их постепенно обращаются в
одну сторону, а южные - в другую, затем с увеличением напряженности
намагничивающего поля поворачиваются и остальные молекулярные
магнитики.
Глава 15. Явление гистерезиса
155
Рис.15.5. Намагничивание железного сердечника
В железном сердечнике, доведенном до магнитного насыщения,
молекулярные магнитики расположены так, как это видно на рис. 15.5.
-
(;�
•
С. ,....._,
.,/'./
•.,:...
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
ГЛАВА 16
ЭЛЕКТРОМАГНИТЬI
1
Полярность
электромагнита
Свойство электрического тока создавать магнитное поле широко
используется на практике. Железный или стальной стержень, помещен
ный внутрь соленоида, при пропускании тока по соленоиду приобре
тает магнитные свойства.
Стержень магнитотвердой стали вследствие большой величины
коэрцитивной силы, свойственной этому материалу, в значительной
мере сохраняет магнитные свойства после исчезновения тока.
Полярность электромагнита можно определить по правилу бурав
чика, приведенному ниже.
ПРАВИЛО.
J::,
/
Северный полюс электромагнита находится с той его
стороны, где ток для наблюдателя, смотрящего на ко
нец электромагнита, идет против часовой стрелки, а
южный - где направление тока совпадает с направле
нием движения часовой стрелки.
В устройствах электроники и связи часто применяют поляризован
ные электромагниты, у которых либо сердечник, либо якорь, либо оба
вместе представляют собой магниты.
Неполяризованный электромагнит притягивает свой якорь неза
висимо от направления, посылаемого в его обмотку тока. Работа же
поляризованного электромагнита зависит от направления тока в его
обмотке.
157
Глава 16. Электромагниты
Так, например, в прямом поляризованном электромагните ток
одного направления усиливает магнитное поле его сердечника, а дру
гого - ослабляет.
Электромагниты нашли широкое применение в подъемных и тор
мозных устройствах, для закрепления в станках стальных обрабатыва
емых деталей, в электроавтоматах, реле и других устройствах.
Электромагнитная
индукция
1
Представим себе два параллельных проводника аб и вr, располо
женных на близком расстоянии один от другого (рис. 16.1). Проводник
аб подключен к зажимам батареи Б; цепь включается ключом К, при
замыкании которого по проводнику проходит
ток в направлении от а кб. К концам же прово
дника вr присоединен чувствительный ампер
метр А, по отклонению стрелки которого судят
о наличии тока в этом проводнике.
Если в собранной таким образом схеме
замкнуть ключ К, то в момент замыкания цепи
Рис.16.1.. Цепь разомкнута
(рис. 16.2, а) стрелка амперметра отклонится,
свидетельствуя о наличии тока в проводнике вr; по прошествии же
небольшого промежутка времени (долей секунды) стрелка амперметра
придет в исходное (нулевое) положение (рис. 16.2, б).
Размыкание ключа К опять вызовет кратковременное отклонение
стрелки амперметра, но уже в другую сторону, что будет указывать на
возникновение тока противоположного направления (рис. 16.3).
Подобное отклонение стрелки амперметра А можно наблюдать и в
том случае, если, замкнув ключ К, приближать проводник аб к прово
днику вr или удалять от него.
Приближение проводника аб к вr вызовет отклонение стрелки
амперметра в ту же сторону, что и при замыкании ключа К, удаление
К�Б
a ---7:Jб
L
г
_,.К�Б
a ---7:Jб
L
т----1 Т
'-----i-
�F----------'-
а
'------1-
l
�F----------'-
г
Б
а���б
lc:::::: �
т----1
'-----i-
�1----------'-
б
Рис.16.2. Цепь замкнута:
а - начальный момент замыкания цепи;
б - замкнутое состояние цепи
Puc.16.J. Момент
размыкания цепи
г
158
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
,;';i
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
'
(;У'
.:,
Рис.16.4. Соленоид
♦
1
Puc.16.S.
Момент введения
постоянного
магнита
Рис.16.6. Момент
выведеншi
постоянного
магнита
проводника аб от проводника вг повлечет за собой
отклонение стрелки амперметра, аналогичное откло
нению при размыкании ключа К.
При неподвижных проводниках и замкнутом
ключе К ток в проводнике вг можно вызвать измене
нием величины тока в проводнике аб.
Аналогичные явления происходят и в том случае,
если проводник, питаемый током, заменить магнитом
или электромагнитом.
Так, например, на рис. 16.4 схематически изобра
жена катушка (соленоид) из изолированной прово
локи, к концам которой подключен амперметр А.
Если внутрь обмотки быстро ввести постоянный
магнит (или электромагнит), то в момент его введения стрелка амперметра А отклонится (рис. 16.S).
При выведении. магнита будет также наблюдаться
отклонение стрелки амперметра, но в другую сторону
(рис. 16.6).
ПРИМЕЧАНИЕ.
Электрические токи, возникающие
при подобных обстоятельствах, на
зываются индукционными, а причина,
вызывающая появление индукционных
токов, электродвижущей силой ин
дукции.
Эта ЭДС возникает в проводниках под действием
изменяющихся магнитных полей, в которых находятся
эти проводники.
Направление ЭДС индукции в проводнике, пере
мещающемся в магнитном поле, может быть опреде
лено по правилу правой руки, которое формулиру
ется так.
1S9
Глава 16. Электромагниты
ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ.
Правило правой руки
Если правую руку распо
ложить ладонью к север
ному полюсу так, чтобы
большой отогнутый па
лец показывал направле
ние движения проводника,
то четыре пальца будут
указывать направление
ЭДС индукции (рис.16.7).
Рис.16.7. Правило правой руки
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение ((Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
Направление индукционного тока, а следовательно, и ЭДС индук
ции определяют также по правилу Ленца, которое формулируется сле
дующим образом.
ПРАВИЛО ЛЕНЦА.
ЭДС индукции имеет всегда такое направление, что соз
данный ею индукционный ток препятствует причине,
ее вызывающей. Величина ЭДС индукции, возникающей в
замкнутом проводнике, пропорциональна скорости из
менения магнитного потока, пронизывающего контур
этого проводника.
Таким образом, если магнитн:ь1й поток, пронизывающий контур
замкнутого проводника, уменьшился на величину дФ в течение дt
секунд, то скорость уменьшения магнитного потока равна дФ/дt.
Это отношение и представляет собой величину ЭДС индукции е,
т. е. е = -ЛФ/дt.
160
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ПРИМЕЧАНИЕ.
Знак минус указывает на то, что ток, созданный ЭДС
индукции, препятствует причине, вызвавшей эту ЭДС.
Возникновение ЭДС индукции в замкнутом контуре происходит
как при движении этого контура в магнитном поле, так и при измене
нии магнитного потока, пронизывающего неподвижный контур.
Если контур имеет w витков, то «индуктированная>> ЭДС
е = -wЛФ/Лt.
Произведение числа витков и магнитного потока, пронизывающих
их, называется потокосцеплением '1' = wФ, следовательно, «индуктиро
ванная» в катушке ЭДС
е = -wЛФ/ Лt = -Л'1'/Лt.
Эта формула, выражающая закон электромагнитной индукции,
является исходной для определения ЭДС, индуктируемых в обмотках
электротехнических машин и аппаратов.
Когда контур охватывается лишь частью магнитного потока, вели
чина ЭДС индукции зависит от скорости изменения не всего потока, а
лишь части его.
Допустим, что прямоугольный замкнутый кон
тур
абвr,
стороны которого равны 1 и h, находится
осххх
�::
:::хххх 1
в магнитном поле, магнитная индукция которого
><><h
h><>< во всех точках равна В (Тл) и направлена за пло
• )( )(
)( )( х
скость рис. 16.8.
,. ,. б nnrinmnnnn. а ,. ,.
Пусть контур, оставаясь в плоскости рисунка,
перемещается с равномерной скоростью сверху
вниз и в течении tc выходит за пределы магнит
Рис.1.6.8.
ного поля (рис. 16.8).
Замкнутый контур,
перемещающийся
Так как контур абвr перемещается вниз,
8 магнитном поле
то магнитный поток, пронизывающий контур,
уменьшается. Следовательно, направление ЭДС индукции совпадает с
вращательным движением рукоятки буравчика, ввинчиваемого вдоль
магнитных линий, т. е. по часовой стрелке.
Величина этой ЭДС индукции определится из следующих соображе
ний. Площадь, ограниченная контуром проводника, S = lh. Магнитный
поток, пронизывающий контур проводника, Ф = BS.
)( )()()()()()()()()()()()()()()(
)( )()()()()()()( )()()()( )()()()(
ХХА
)( )()(
)( )( V
,..)()(
)()()(
V)C)(
)()()(
)()(""
)()()(
"")()(
Глава 16. Электромагниты
161
Чтобы уйти за пределы магнитного поля, т. е. чтобы изменить маг
нитный поток от Ф до нуля или на величину ЛФ = Ф, требуется, чтобы
Лt =t.
Следовательно, Е =ЛФ/Лt =Ф/t или Е = Blh/t.
Частное от деления пути h, пройденного проводником, на время t
представляет собой скорость движения этого проводника. Обозначив ее
буквой v, получим Е = Blv.
Если в этой формуле магнитная индукция В выражена в теслах,
длина 1 - в метрах и скорость v - в метрах на секунду (м/с), то ЭДС
индукции выражается в вольтах.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Эта формула справедлива лишь в том случае, если про
водник перемещается в магнитном поле в направлении,
перпендикулярном магнитным силовым линиям поля.
Если проводник пересекает магнитные линии под каким-либо
углом, то Е = Blv)(sina, где а - угол между направлением движения
проводника и направлением вектора магнитной индукции (магнит
ных линий).
Вихревые
токи
1
Индукционные токи возникают не только в и�олированных прово
дниках и обмотках, но и в сплошных металлических массах генерато
ров, электромагнитных аппаратов и механизмов, которые подверга
ются действию изменяющихся магнитных полей.
Эти токи, названные вихревыми, вызывают дополнительные
затраты энергии, превращающейся в тепло, нагревающее части при
боров.
Вихревые токи, оказывающие вредное влияние, устраняют путем:
• специальной сборки сердечников;
• применения для их изготовления магнитомягких сортов стали.
Сердечники электромагнитных устройств (трансформаторов, дрос
селей, электродвигателей и т. д.) собирают из тонких листов стали,
покрытых бумагой, окалиной или изолирующим лаком.
Однако полностью избежать нагревания, обусловленного вихре
выми токами, невозможно, и в тех случаях, когда нагревание может
162
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
достичь высоких степеней, прибегают к искусственному охлаждению
приборов. Например, мощные трансформаторы помещают в бак с мас
лом, которое хорошо отводит тепло.
Потери энергии от вихревых токов зависят не только от свойств
материала, в котором они возникают, и толщины стальных пластин, из
которых собран магнитопровод аппарата или машины, но также от маг
нитной индукции и скорости ее изменения.
В некоторых случаях вихревые токи оказывают положительное
влияние. Так, например, на использовании вихревых токов основана
работа индукционных электродвигателей, индукционных электропечей
для плавки металлов, индукционных электроизмерительных приборов
(счетчики электроэнергии), сушка древесины, закалка металлов и др.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ГЛАВА17
САМОИНДУКЦИЯ
Что такое
самоиндукция
1
Как известно, при изменении магнитного потока, пронизыва
ющего виток проволоки, в этом витке возникает ЭДС индукции.
Подобное явление наблюдается и в том случае, когда проходящий по
витку ток изменяется по величине или направлению. Такой процесс
возникновения электродвижущей силы индукции называется само
индукцией.
Самоиндукцию можно наблюдать, например, при размыкании и
замыкании цепи тока. В момент размыкания вследствие исчезновения
магнитного потока в цепи индуктируется ЭДС самоиндукции, которая
стремится поддерживать неизменное значение тока.
В момент замыкания магнитный поток, создаваемый проходящим
по цепи током, увеличивается, а появляющаяся ЭДС самоиндукции
препятствует нарастанию тока.
Таким образом, при замыкании цепи вследствие противодействия
ЭДС самоиндукции ток не может мгновенно достигнуть полной величины,
а при размыкании также вследствие противодействия ЭДС самоиндукции
исчезновение тока в цепи наступает не мгновенно, а постепенно.
В некоторых случаях, например, в измерительных приборах и при
изготовлении реостатов, необходимо устранить самоиндукцию.
Чтобы устранить самоиндукцию, проволоку, применяемую для изго
товления реостата, сгибают вдвое и в таком виде навивают на каркас.
'� Uii1
164
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
а
Рис.17.1.
Бифилярная
обмотка
При этом магнитное действие одного витка унич
тожается действием соседнего и результирующий маг
нитный поток, образуемый током, протекающим по
обмотке, будет равен нулю.
Следовательно, в такой обмотке не будет самоин
дукции (рис. 17.1). Безындукционная обмотка называ
ется бифилярной.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение ((Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Самоиндукция
в прямолинейных проводниках
ПРИМЕЧАНИЕ.
Явление самоиндукции присуще не только обмоткам, но
и прямолинейным проводникам.
к
а
••••••••••
••••••••••
����
)(Jl()()(JI()()()()( )(
w
В этом случае ЭДС самоиндукции +G
:::: ф::::
вызывается магнитным потоком, воз
в •••••••••• г
никающим в контуре, ограниченном
••••••••••
двумя проводниками или проводником
Рис.17.2. Контур, ограниченный
и землей, если последняя составляет
двумя проводниками
элемент цепи (рис. 17.2).
Пусть два прямолинейных проводника аб и вr включены в цепь
батареи Б с помощью ключа К. При замыкании ключа в цепи возникает ток.
В первые моменты после замыкания ключа К контур, составленный
проводниками аб и вr, будет пронизываться увеличивающимся магнит
ным потоком Ф, магнитные линии которого (по правилу буравчика), ока�
жутся направленными в пределах контура - за плоскость рисунка, а вне
контура - из-за плоскости рисунка.
)()(JCJCJCXXXX )(
@j
165
Глава 17. Самоиндукция
Под действием нарастающего магнитного потока Ф в замкнутой
цепи возникает ЭДС самоиндукции, которая будет направлена про
тив вращательного движения рукоятки буравчика, т. е. навстречу току
батареи Б.
Если замкнутый проводник состоит из одного витка проволоки, то
магнитный поток Ф, пронизывающий контур этого проводника при
постоянной магнитной проницаемости, пропорционален току 1, про
ходящему по проводнику.
Обозначив коэффициент пропорциональности буквой L, можем
написать следующее равенство: Ф = LI или L = Ф/1.
Величина L называется индуктивностью данного проводника.
Если рассматриваемый нами замкнутый контур состоит не из
одного витка, а представляет собой обмотку, содержащую ui витков,
охватывающих один и тот же магнитный поток Ф, то индуктивность
такой обмотки L = uiФ/1 = '1'/1.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Единицы
индуктивности
ПРИМЕЧАНИЕ.
/
Единицей индуктивности является генри (Гн). Один генри - это индуктивность такой цепи, в которой при
равномерном изменении тока на один ампер в секунду
индуктируется ЭДС самоиндукции в один вольт.
1
'
Одна тысячная доля генри называется милигенри (мГн), 1 Гн = 1000 мГн.
Если в цепи, обладающей индуктивностью L, ток в течение дt (с)
изменяется на величину дl (А), то в такой цепи возникает ЭДС само
индукции eL = - Lдl/Лt.
Знак минус в этой формуле указывает на то, что при уменьшении
тока (приращение дl отрицательная величина) ЭДС самоиндукции
положительна и наоборот.
166
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Расчет
самоиндукции
Намагничивающая сила F = wl возбуждает магнитное поле, которое
встречает на своем пути магнитное сопротивление, равное Rм = 1/PaS, где:
1- длина магнитного пути, м; S - сечение этого пути, м2 ;µ0 - абсолютная
магнитная проницаемость среды, в которой замыкается магнитный поток.
По аналогии с электрической цепью закон Ома для магнитной
цепи запишется в следующем виде:
Ф = F!Rм = wl/Rм и '11 = wФ = w21/Rм
Следовательно, индуктивность
L = '11/1 = w2/Rм = PaSw2/I.
Магнитная цепь катушки состоит из двух участков: внутри катушки;
вне катушки.
Магнитное сопротивление состоит также из двух частей: из вну
треннего Rм•в и наружного Rм.н сопротивлений. Определить сопротив
ление вне катушки Rм.ндля расходящегося в пространстве магнитного
потока очень сложно.
Если длина катушки lк значительно больше ее диаметра dк (lк>>dк),
то магнитным сопротивлением наружного участка можно пренебречь
и считать индуктивность катушки равной:
Lк = w21Rм.в =µ0Sw2/I = 4п)(10- 1Sw2/I.
Если катушка помещена на замкнутьтji стальной магнитопровод
(дроссель), относительная магнитная проницаемость материала кото
рогоµ, то индуктивность дросселя L = 4 п 10-1µ8 w2/I.
-
r;�
V
Jj.✓
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
•
.
В случае, когда в магнитопроводе дросселя сделан немагнитный
зазор длиной 13 , м, индуктивность дросселя
где lc _.: длина средней магнитной линии по стали сердечника дросселя, м.
167
Глава 17. Самоиндукция
Расчет
катушек индуктивности
1
Рассмотри расчет катушек индуктивности (однослойных, цилин
дрических без сердечника). Индуктивность катушки зависит от ее гео
метрических размеров, числа витков и способа намотки катушки.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Чем больше диаметр, длина намотки и число витков
катушки, тем больше ее индуктивность. Если катушка
наматывается плотно виток к витку, то индуктив
ность ее будет больше по сравнению с катушкой, намо
танной неплотно, с промежутками между витками.
Когда требуется намотать катушку по заданным размерам, но нет
провода нужного диаметра, то при намотке ее более толстым прово
дом надо несколько увеличить, а тонким - уменьшить число витков
катушки, чтобы получить необходимую индуктивность.
Все приведенные выше соображения справедливы при намотке
катушек без ферритовых: сердечников.
Расчет однослойных цилиндрических катушек производится по
формуле
L = D2n2/(45D + 1001),
где L - индуктивность катушки, мкГн; D - диаметр катушки, см; 1длина намотки катушки, см; n - число витков катушки.
При расчете катушки могут встретиться два случая:
• по заданным геометрическим размерам необходимо определить
индуктивность катушки;
• при известной индуктивности определить число витков и диаметр
провода катушки.
В первом случае все исходные данные, входящие в формулу,
известны, и расчет не представляет затруднений.
ПРИМЕР.
'
Определим индуктивность катушки, изображенной на (рис.17.3),
��
для этого подставим в формулу
все необходимые величины:
□�
dnp = 20/20 = 1 мм
2
L = 1,8 х2021(45х1,8 + 10Ох2)
Puc.17.J. Определение
= 4,6 мкГн.
,'---------------�"
индуктивности катушки
/
=
168
ЭЛЕ КТ РОТЕ ХН И КА. От азов до создания практических устройств
Во втором случае известны диаметр катушки и длина намотки,
которая, в свою очередь, зависит от числа витков и диаметра провода.
Поэтому расчет рекомендуется вести в следующей последователь
ности. Исходя из конструктивных соображений, определяют размеры
катушки, диаметр и длину намотки, а затем рассчитывают число витков
по формуле
.J5L(9D + 20/)
n=-----.
D
После того как будет найдено число витков, определяют диаметр
провода с изоляцией по формуле
d = 1/n,
где d - диаметр провода, мм;
1- длина обмотки, мм;
n - число витков.
ПРИМЕР.
Нужно изготовить катушку диаметром 1 см при дли
не намотки 2 см, имеющую индуктивность 0,8 мкГн.
Намотка рядовая виток к витку.
Подставив в последнюю формулу заданные величины, получим:
n=
.J5x0, 8(9x1+20x2)
=l4.
Диаметр провода d = 20/14 = 1,43 мм.
Если эту катушку наматывать проводом меньшего диаметра, то
нужно полученные расчетным путем 14 витков разместить по всей
длине катушки (20 мм) с равными промежутками между витками, т. е.
с шагом намотки.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Индуктивность данной катушки будет на 1-2% мень
ше номинальной, что следует учитывать при изготов
лении таких катушек.
При намотке в случае необходимости более толстым проводом, чем
1,43 мм, следует сделать новый расчет, увеличив диаметр или длину
намотки катушки.
169
Глава 17. Самоиндукция
Возможно, также придется увеличить и то и другое одновременно,
пока не будут получены необходимые габариты катушки, соответству
ющие заданной индуктивности.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Следует заметить, что по приведенным выше форму
лам рекомендуется рассчитывать такие катушки, у
которых длина намотки l равна или больше половины
диаметра.
Если же длина намотки меньше половины диаметра D/2, то более
точные результаты можно получить по формулам
L = D2n2/10 (4D + 111);
.Jl 0L(4D + 11/)
n=-----D
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ГЛАВА18
ВЗАИМОИНДУКЦИЯ
11
Переходные процессы в цепи,
содержащей индуктивный элемент
При включении цепи, содержащей сопротивление и индуктивность,
ток не сразу достигает своего установившегося значения 1 = U/R, так
как индуктируемая ЭДС самоиндукции eL = -Lдi/дt противодействует
изменению тока, задерживая его увеличение.
При постепенном возрастании тока в окружающем пространстве
возникает магнитное поле, и в нем происходит накопление части энер
гии, израсходованной источником тока.
Когда ток в цепи достигает установившегося значения 1 = U/R, его
возрастание прекращается, и ЭДС самоиндукции исчезает (рис. 18.1).
Таким образом, в переходном процессе напряжение источника
электроэнергии затрачивается не только на преодоление сопротивле
ния R, но и на преодоление ЭДС самоиндукции, т. е.
U = iR + (-eJ = iR + Lдi/дt.
Умножив это уравнение напряжения на iдt,
получим энергетическое уравнение цепи:
Uiдt = i2R дt + Liдi.
Рис.1.8.1.. Переходной
процесс
Левая часть этого уравнения выражает
энергию, сообщаемую источником электриче
ской цепи за время дt.
Первый член правой части уравнения опре
деляет энергию, израсходованную на нагрев
сопротивления R за то же время дt.
Глава 18. Взаимоиндукция
171
Второе слагаемое правой части уравнения выражает энергию, нака
пливаемую в магнитном поле за время Лt при увеличении тока на Лi, т. е.
ЛWм = LiЛi = 'РЛi.
Если в магнитном поле нет ферромагнитных '1'
материалов, то магнитный поток Ф, а, следова
тельно, и потокосцепление 'Р прямо пропорцио
'1'
нальны силе тока 1.
Линейная зависимость потокосцепления от
тока графически изображена на рис. 18.2 пря
мой линией, проходящей через начало координат
и образующей с осью тока угол а, зависящий от Рис.1.8.2. линейная
зависимость потовыбранного масштаба для 'РФ и 1.
На графике изменение энергии магнитного косцепления от тока
поля 'Р Лi изобразится заштрихованной площадью.
В момент, когда магнитнь1й поток достигнет значения Ф = (&)1/Rм,
соответствующего установившемуся значению тока 1 = U/R, ЭДС само
индукции исчезает, и накопление энергии в магнитном поле прекра
щается.
Накопленная в магнитном поле энергия Wм (Дж) при -возрастании
тока в цепи на графике выразится суммой всех площадок 'Р Лi при изме
нении тока от О до установившегося значения 1, т. е. площадью прямоу
гольного треугольника с катетами 'Р и 1, т. е. Wm = '111/2 = LI2/2.
При некоторых расчетах нужно знать запас энергии в единице объ
ема магнитного поля, называемый удельной энерrией маrнитноrо
поля. Заменив в предыдущей формуле 'Р = (&)Ф = (&)вs и (&)1 = Н1, получим:
W.jlS = W.jV = ВН/2,
где V = IS - объем, занимаемый равномерным магнитным полем, м3•
Рассмотренное нами явление образования индукционных токов в
параллельных проводниках называется взаимоиндукцией.
Взаимоиндукция наблюдается не только в моменты возникновения
и исчезновения тока, но и при всяком его изменении.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
172
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Причины возникновения
ЭДС взаимоиндукции
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Появляющаяся в подобных случаях ЭДС в цепях, непо
средственно не содержащих источников тока, называ
ется ЭДС взаимоиндукции.
Возникновение ЭДС взаимоиндукции объясняется тем, что контур
замкнутого проводника пронизывается изменяющимся магнитным
потоком, который создается током, проходящим по соседнему прово
днику (рис. 18.3).
Допустим, имеется два контура 1
и 2, состоящие каждый из одного зам
кнутого витка. При прохожд'ении тока
1 1 по контуру 1 от какого-либо источ
ника (не показанного на рис. 18.3) воз
буждается магнитный поток Ф 1 ; кото
рый частично пронизывает и контур 2.
Очевидно, что величины как всего
магнитного потока Ф 1 , так и его части
Ф2 , пронизывающей контур 2, пропор
циональны току 1 1 •
Рис.18.J. Схема к возникновению ЭДС
Таким образом, соотношение
взаимоиндукции в замкнутых витках
между потоком Ф2 и током 1 1 можно
представить в виде следующего равенства: Ф 2 = М1 1 , где М - некото
рый коэффициент, зависящий от геометрических размеров контуров и
их взаимного расположения.
Этот коэффициент называется коэффициентом взаимной
индукции.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ШАГ
IV
ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
Глава 19. Получение синусоидальной ЭДС
Глава 20.Активное и индуктивное сопротивление цепи
Глава 21.Активное и емкостное сопротивление цепи
Глава 22. Колебательный контур
ГЛАВА 19
ПОЛУЧЕНИЕ
СИНУСОИДАЛЬНОЙ ЭДС
1
Получение перем!нной
электродвижущеи
силы
Постоянный ток в металлах, как известно, представляет собой
установившееся поступательное движение свободных электронов
(рис. 19.1) по схеме, рассмотренной на рис. 19.2.
1• • • • • • • • • • •1
Рис.19.1. Поступательное движение свободных
электронов
Рис.19.2. Схема
постоянного тока
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Если электроны вместо поступательного совершают
колебательное движение (рис.19.3), то ток периодиче
ски, через ровные промежутки времени, изменяется кок
по величине, ток и по направлению по схеме (рис.19.4) и
называется переменным.
Переменный ток обладает способностью трансформироваться
(изменять напряжение с помощью трансформаторов), что обеспечивает
экономичную передачу электрической энергии на большие расстояния.
Кроме того, двигатели переменного тока отличаются простотой
устройства и малыми габаритами. Поэтому переменный ток применя
ется очень широко, и почти вся электрическая энергия вырабатывается
генераторами переменного тока.
175
Глава 19. Получение синусоидальной ЭДС
1• • • • • • • • • • •1
Рис.19.З. Колебательное движение свободных
электронов
Рис.19.4. Схема переменного
тока
В магнитном поле электромагнита NS, возбуждаемом постоянным
током в его обмотке, помещен виток из проводников 1 и 2. Концы витка
соединены с металлическими кольцами, изолированными как друг от
друга, так и от корпуса, и вращающимися вместе с витком (рис. 19.5).
1
Ф1(9)
�
Рис.19.5. Схема устройства простейшего генератора
переменного тока
На кольцах установлены неподвижные щетки, с помощью которых
виток может быть замкнут на сопротивление внешней нагрузки.
Предположим, что магнитное поле между полюсами N и S равно
мерно, т. е. магнитная индукция по величине и направлению всюду
одинакова.
За время одного оборота плоскость витка описывает угол в 360 ° .
Разобьем этот угол на восемь равных частей по 45 ° каждая и рассмо
трим, как будет изменяться магнитный поток, пронизывающий кон
тур витка, при его переходе из одного положения в другое в процессе
вращения. Отдельные положения витка относительно магнитного поля
показаны в верхней части рис. 19.5.
Начнем рассматривать с момента, когда плоскость витка располо
жена перпендикулярно направлению магнитных линий (положение 1).
В этот момент контур витка пронизывается наибольшим магнит
ным потоком, величину которого обозначим Ф 1 •
Движение проводников витка происходит в вертикальном направ
лении, совпадающем с направлением магнитных сило.вых линий.
Следовательно, проводники не пересекают магнитных линий. Потому
магнитный поток, пронизывающий контур витка, не изменяется, и ЭДС
равна нулю.
176
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Начиная с этого положения, проводники 1 и 2 �итка, двигаясь по
окружности, перемещаются под углом к направлению магнитных
линий и пересекают их. Пересеченные магнитные линии оказываются
вне витка и, следовательно, магнитный поток, пронизывающий контур
витка, уменьшается. Так как величина этого магнитного потока изме
няется, то на основании закона электромагнитной индукции в витке
возникает ЭДС индукции.
При переходе плоскости витка из положения I в положение 11,
т. е. при повороте на угол 45 ° , ЭДС индукции возрастает до некоторой
величины, определяемой отношением изменения магнитного потока
от Ф 1 до Ф2, т. е. Ф 1 - Ф2, к времени Лt, в течение которого происходит
изменение (рис. 19.6).
ЭДС в витке имеет следующее направление (положение 11): в про
воде 1 - за плоскость (рис. 19.6), а в проводе 2 - из-за плоскости
этого рисунка.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Условимся считать это направление ЭДС положитель
ным.
В таком случае величину ЭДС, действующую в замкнутой цепи
витка в момент прохода его через положение 11, мы должны отложить
в виде некоторого отрезка, как это показано на диаграмме, в нижней
части рис. 19.6.
2
I
Ф
l
1
о·
о
·
1
2
Ф
2
о
I
11
45·
1
45
11
.
Ф 3=0
1
о
90
•
4
Ф
о
111
IV
90"
135"
135
2
1
5
Ф
180
02
1
V
1
Ф
6
о
2
7
Ф =О
225'
11
VI
225"
о
VII
ФВ
о
I
270
VIII
315"
270"
Рис.19.6. Временная диаграмма
е
315
1
2
1
9
Ф =Ф
о
1
(IX) 1
"
3 60
1
360'
Глава 19. Получение синусоидальной ЭДС
177
При переходе плоскости витка из положения II в положение 111,
т. е. при повороте еще на угол 45 ° , магнитный поток, пронизываю
щий контур витка, уменьшившись до нуля, изменится на величину
Ф2 -О= Ф2 •
Так как в данном случае магнитный поток изменится больше, чем
при переходе витка из положения I в положение 11, то ЭДС в витке,
когда он находится в положении 11, больше ЭДС, соответствующей
положению 11.
Поэтому ЭДС, соответствующую положению 111 витка, когда пло
скость его находится под углом 90 ° к направлению исходного поло
жения, мы должны отложить в виде отрезка большей величины, чем
предыдущий.
Этот отрезок, как и предыдущий, отложен на диаграмме выше
горизонтальной оси потому, что в обоих проводах 1 и 2 электродви
жущая сила имеет положительное направление, т. е. в проводе 1 - за
плоскость рисунка, а в проводе 2 - из-за плоскости рисунка, в чем
нетрудно убедиться, применив правило правой руки.
Во время дальнейшего вращения плоскости витка ЭДС в нем
будет уменьшаться, оставаясь положительной. Когда плоскость витка
повернется на 180° от начального положения и займет положение V,
ЭДС в нем уменьшится до нуля, несмотря на то, что магнитный поток,
пронизывающий контур витка, также как и при положении 1, имеет
наибольшую величину.
После перехода плоскости витка через положение V направле
ние ЭДС индукции в нем изменяется: в проводе 1 - из-за плоскости
рисунка, а в проводе 2 - за плоскость рисунка (рис. 19.6_.
По мере поворота витка ЭДС в нем по абсолютной величине уве
личивается. В момент прохода витка через положение VII ЭДС имеет
наибольшее значение, равное по абсолютной величине, но противо
положное по знаку ЭДС в витке при положении 111.
При дальнейшем вращении витка ЭДС в нем по абсолютной вели
чине уменьшается и, наконец, при повороте плоскости витка на 360°
от начального положения становится равной нулю. С этого момента
процесс изменения ЭДС повторяется аналогично описанному выше.
Соединив вершины отрезков, выражающих величины ЭДС для
отдельных положений плоскости витка, плавной линией, получим
так называемую временную диаграмму, представляющую собой
синусоиду.
178
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Переменная ЭДС и ток, изменяющиеся согласно указан
ной кривой, называются синусоидальными.
Таким образом, величина ЭДС, индуктируемой в проводнике,
перемещающемся 1;: равномерной скоростью в однородном магнит
ном поле, зависит:
• от угла между н
влением магнитных линий;
• направлением движения этого проводника.
/';�
!":
t:i;
1
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Синусоидальная
движущая сила
Переменный синусоидальный ток проходит в цепи под действием
синусоидальной электродвижущей силы.
Электродвижущая сила индукции, возникающая в прямолиней
ном проводнике, пересекающем магнитные линии (рис. 19.7), выра
жается следующей формулой:
е = Blvxsina,
где В - магнитная индукция; 1 - длина провод
ника; V - скорость его перемещения.
При вращении замкнутого проводника в
магнитном поле легко подсчитать величину
ЭДС, индуктируемой в этом проводнике, зная,
на какой угол а повернулась плоскость прово
дника от исходного положения перпендику
лярно направлению магнитных линий.
Максимального значения или, как говорят,
амплитуды, ЭДС достигает в тот момент, когда
угол а = 90 ° .
б
N
Рис.19.7. Схема
перемещения проводника
под углом к направлению
магнитных линий
Глава 19. Получение синусоидальной ЭДС
179
Обозначив амплитуду ЭДС через Em, найдем: Em = Blv.
Через амплитуду можно выразить мгновенное значение ЭДС в
произвольный момент, когда стороны замкнутого проводника пере
секают магнитные линии под некоторым углом а, а именно: е = Emsina.
Угол а в данном случае называется фазовым уrлом ЭДС, или
фазой.
Электродвижущая сила генератора переменного тока, также как
в цепях постоянного тока, уравновешивается падениями напряже
ния на внутреннем сопротивлении генератора и сопротивлении
внешней цепи.
Ту часть ЭДС, которая уравновешивается во внешней цепи, назы
вают напряжением генератора и обозначают его мгновенное зна
чение буквой u, а максимальное (амплитуду) - буквой Um.
Для определения мгновенного значения электродвижущей
силы е амплитуду Em надо умножить на синус фазового угла (фазы) а.
Построим радиус-вектор Оа (рис. 19.8), рав
ный (в масштабе напряжения) величине ампли
туды Em . Будем вращать его против часовой
стрелки с постоянной частотой вращения (это
направление вращения принято считать положи
тельным). При этом конец вектора опишет неко
торую окружность с радиусом Em.
Допустим, что через некоторое времемя t (с)
Векторная
отрезок повернулся на угол а и занял положе- Рис.19.В.
диаграмма
ние Об. Опустив перпендикуляр из конца отрезка
Об на вертикальный диаметр, получим прямоугольный треугольник
ОВб. Из этого треугольника находим: ОВ = Emsina.
Сопоставляя полученное равенство с уравнением е = Emsina,
убеждаемся, что отрезок ОВ представляет собой мгновенное значение
ЭДС, соответствующее фазовому углу а.
Способ изображения ЭДС, токов и напряжений в виде прямых
линий определенной длины·и определенного направления (так назы
ваемых векторов) широко применяется в теории переменных токов.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Соотношение между отдельными электрическими ве
личинами и их взаимное расположение на плоскости,
выраженное графически в форме векторов, называется
векторной диаграммой.
180
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Промежуток времени, необходимый для совершения пе
ременной ЭДС полного цикла своих изменений, называ
ется периодом колебаний или сокращенно периодом.
Период обозначается Т и измеряется в секундах.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Число периодов в одну секунду (или величина, обратная
периоду) называется частотой колебаний или сокра
щенно частотой.
Частота обозначается f = 1/Г и измеряется в герцах (Гц). Так как
в рассмотренной нами диаграмме радиус Оа, равный Em, в течение
одного периода Т описывает угол а = 2п = 360° , то отношение 2п/Г
является углом, описываемым тем же радиус-вектором в одну секунду.
Следовательно, отношение 2п/Г выражает собой угловую частоту
вращения радиус-вектора.
Угловая частота обозначается греческой буквой w (омега) и
равна: w = 2п/Г.
Если w представляет собой угол, описываемый радиус-вектором за
одну секунду, то за время t угол а, описываемый тем же радиус-векто
ром и называемый, как мы уже знаем, фазой, будет равен: а = wп/Г.
Так как один полный оборот совершается радиус-вектором в
течение Т, с, то между частотой и периодом существует соотношение
f = 1/Г или Т = 1/f.
Подставляя вместо Т его значение в формулу для w, получим: w = 2пf.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
•
.
.
ГЛАВА 20
АКТИВНОЕ
И ИНДУКТИВНОЕ
СОПРОТИВЛЕНИЕ ЦЕПИ
Активное сопротивление
в цепи переменного тока
1
Рассмотрим явления, происходящие во внешней цепи с неко
торым резистором. Если сопротивление постоянному току цепи
равно R 1 , то при протекании по этой цепи переменного тока сопро
тивление ее возрастает и станет равным некоторой величине R.
Опыт показывает, что с увеличением частоты переменного тока
сопротивление R возрастает.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Сопротивление проводника (не обладающего ни индук
тивностью, ни емкостью) переменному току называется
активным сопротивлением.
Поскольку активное сопротивление проводника
возрастает с увеличением частоты, то это явление,
возникающее вследствие поверхностного эффекта,
имеет существенное значение при высоких частотах.
Д11я пояснения поверхностного эффекта разделим Рис. 20.1. Проводник,
разделенный на
мысленно прямолинейный провод по всей его длине
концентрические
на ряд концентрических цилиндров с равновеликими
окружности
кольцевыми, поперечными сечениями (рис. 20.1).
Если по такому проводу протекает постоянный ток, то очевидно,
что плотность тока, т. е. число ампер на один квадратный сантиметр
сечения, во всех кольцах будет одинакова, а вокруг каждого из них
возникает постоянное магнитное поле.
182
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Таким образом; воображаемые нами концентрические прово
дники окажутся окруженными замкнутыми потоками, причем по
мере приближения к оси провода потоки, охватывающие эти прово
дники, складываясь, будут увеличиваться.
Допустим, что по тому же проводнику протекает переменный ток.
В этом случае возникающие вокруг воображаемых нами цилиндри
ческих _проводников магнитные потоки будут также переменными.
Следовательно, на основании закона электромагнитной индук
ции в каждом из цилиндрических проводников будут появляться ЭДС
самоиндукции, увеличивающиеся по мере приближения рассматри
ваемых проводников к оси провода.
Таким образом, при переменном токе возникающие переменные
магнитные потоки в самом проводе наводят ЭДС, противодействую
щие основному напряжению, приложенному к-концам провода.
Это противодействие будет тем больше, чем ближе рассматривае
мое сечение к оси провода. В результате этого ток в сечении провода
распределяется не с одинаковой плотностью, а с увеличивающейся
плотностью от оси к поверхности провода.
Явление поверхностного эффекта как бы уменьшает полезное
сечение провода, и, следовательно, увеличивает сопротивление R.
•
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
[!],
на расположенный рядом QR-код.
�
...
При частоте тока 50 Гц (применяющейся в промышленной элек
тротехнике) и небольшом поперечном сечении проводника поверх
ностный эффект незначительно увеличивает сопротивление, а
потому практически активное сопротивление проводников можно
считать равным их сопротивлению постоянному току.
При токах высоких частот разница между указанными сопротивлениями становится значительной.
Допустим, что к зажимам цепи (рис. 20.2) от гене
ратора подается напряжение, изменяющееся по сину
соидальному закону, т. е. u = Umsinwt.
Рис. 20.2. Цепь
Ток, протекающий в любой момент, определится
переменного
по
закону
Ома как частное от деления мгновенного
тока с активной
значения напряжения и на активное сопротивление R,
нагрузкой
т. е. i = u/R.
m
Глава 20. Активное и индуктивное сопротивление цепи
183
Подставляя вместо u его значение из предыдущего :Выражения,
получим:
i = Un/Rsin(l)t.
Это равенство указывает на то, что ток может быть графически
изображен как в виде вектора, так и в виде синусоидальной кривой
(рис. 20.3).
Puc.10.J. Векторная и волновая диаграммы для напряжения и и тока /
Обозначив амплитуду тока Im, т. е. Im = Un/Rm, получим для мгновенного значения тока i следующее выражение: i = In/Rsin(l)t.
Для начального момента (начала периода), когда t = О, фаза (l)t = О.
Следовательно, u = Umsin(l)t = О и i = lmsin(l)t = О.
Таким образом, начала синусоид, изображающих напряжение и
ток, совпадают с началом периода. Вектор напряжения Um и вектор
тока Im должны быть начерчены горизонтально, вправо от точки О,
причем вектор Um - в масштабе напряжения, а вектор Im - в мас
штабе тока.
Как видно из временных диаграмм, ток и напряжение одновре
менно равны нулю. Они одновременно достигают своих максималь
ных значений (амплитуд) и одновременно меняют знак при переходе
через нулевые значения. Такие одновременные изменения напряже
ния и тока указывают на то, что они совпадают по фазе.
Следовательно, если внешняя цепь содержит лишь активное
сопротивление и не обладает ни индуктивностью, ни емкостью, то
напряжение, приложенное к этой цепи, и ток, проходящий в ней,
совпадают по фазе.
1
Действующие значения
напряжения
представ
иi=и
Imsinu1t,
Как мы уже знаем, величины u = Umsin(l)tтока
ляя собой мгновенные значения напряжения и тока, относящиеся к
отдельным моментам, не определяют значения тока за некоторый
промежуток времени.
184
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Поэтому для суждения о величине переменного тока его прирав
нивают к величине такого эквивалентного постоянного тока, кото
рый, протекая по такому же сопротивлению что и переменный ток,
производит одинаковое с ним тепловое действие. Т. е. за один и тот
же промежуток времени (за время одного или нескольких перио
дов Т) выделяет одинаковое количество тепла.
Такая величина переменного тока называется действующей.
Очевидно, что действующее значение тока меньше амплитудного.
Отношение между амплитудным значением I переменного
тока и его действующим значением I равняется
= 1,414, т. е.
1 = Iп/-Л = 0,7071m.
Подобные соотношения относятся к действующим значениям
напряжения U и ЭДС Е, т. е. Um = UJ2 = 1,41xU и Em = 1,41хЕ или
U = О,707 Um и Е = О,707 Em.
Приборы, предназначенные для измерения напряжения и тока,
а именно: вольтметры и амперметры, дают показания действующих
значений соответственно напряжения и тока.
Например, если вольтметр показывает напряжение перемен
ного тока 110 В, то максимальное значение этого напряжения равно
J1i
110 -Л= 155,54 в.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Катушка индуктивности
в цепи переменного тока
Допустим, что переменное напряжение с амплитудой Um прило
жено к зажимам катушки с индуктивностью L (Г) и настолько малым
активным сопротивлением R, что им можно пренебречь (рис. 20.4, а).
ПРИМЕЧАНИЕ.
Если бы вместо переменного напряжения мы приложили к той же катушке постоянное напряжение, то ввиду
ничтожности активного сопротивления ток в цепи до
стиг бы очень большой величины.
Глава 20. Активное и индуктивное сопротивление цепи
185
б
а
в
Индуктивность в цепи тока
Рис.10.4. Индуктивность в цепи переменного тока:
а - схема; б - векторная и волновая диаграммы разности фаз (сдвиг фаз) тока
и ЭДС самоиндукции; в - векторная и волновая диаграммы для тока и ЭДС
При переменном напряжении ток в катушке будет иметь мень
шую величину. Это объясняется тем, что при переменном напря
жении в катушке возникает также переменная ЭДС самоиндукции,
которая складывается геометрически с приложенным напряжением
и в результате сказывает влияние на ток (рис. 20.4, б).
Как известно, ЭДС самоиндукции выражается формулой
eL = -L дi/дt.
Ток в цепи, содержащей индуктивность L, протекает под дей
ствием напряжения источника энергии и и ЭДС самоиндукции eL,
возникающей в цепи вследствие изменения тока, т. е. i = (u + eJ/R,
откуда
u = (-eJ
+
iR.
Так как в нашем случае R = О, то u = -eL = L дi/дt, где дi/дt - ско
рость изменения тока во времени.
В момент t ток в цепи i = Imsinwt, а спустя очень малый отрезок вре
мени дt ток будет i + дi = Imsinw (t + дt).
Следовательно, за этот отрезок времени ток изменится на величину
дi = Im (sinw(t + дt) - sinwt).
Синус суммы sin(wt + wдt) =sinwt coswдt + coswtsinwдt, причем
косинус очень малого угла wдt равен единице (coswдt = 1), а синус этого
угла равен соответствующей дуге (sinwдt = wдt).
На основании этого получим:
дi = Im (sinwt + wдt coswt - sinwt) = lmwдtcoswt.
186
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Скорость изменения синусоидального тока дi/дt = Imwcosw1 и про
порциональные этой скорости ЭДС самоиндукции и напряжение источ
ника энергии
u = - eL = ImwL coswt = lmwLsin(wt + 90 °).
Векторная диаграмма показывает, что между током и ЭДС самоин
дукции существует разность фаз (сдвиг фаз). Ток опережает ЭДС само
индукции по фазе на угол q> = 90 ° (рис. 20.4, в).
Амплитуда ЭДС самоиндукции ELm ' пропорциональная скорости
изменения тока во времени, в зависимости от угловой частоты "' и
амплитуды переменного тока 1м выражается формулой ELm = wLim .
Из этой формулы видно, что при неизменной индуктивности L ЭДС
самоиндукции увеличивается с возрастанием угловой частоты w, т. е с
увеличением частоты переменного тока f.
u
Действующее значение ЭДС самоиндукции EL =
о· i }
(V-J2)xwL = wLI, где 1- действующее значение тока.
qi, =9
о
Поскольку ЭДС самоиндукции отстает по фазе
от тока на угол 90 ° , и напряжение, приложенное к
(1)2=90
зажимам катушки, преодолевает действие ЭДС, т. е.
EL
направлено к ней противоположно, это опережает
ток по фазе на угол 90 ° . Это изображено на вектор- Рис.10.5. Векторная
диаграмма
ной диаграмме (рис. 20.5).
опережения
Векторная диаграмма показывает, что в цепи с напряжением тока°
индуктивностью без активного сопротивления напря- по фазе на угол 90
жение, приложенное к этой цепи, опережает ток по фазе на угол q> 1 = 90 ° ,
причем ток таюке опережает ЭДС самоиндукции по фазе на угол q>2 = 90 ° .
Действующее значение напряжения, приложенного к индуктивно
сти, U = wLI, откуда 1 = U/wL.
Полученная формула представляет собой выражение закона Ома
для цепи переменного тока, обладающей индуктивностью.
Величина wL называется индуктивным сопротивлением, обо
значается XL и измеряется в омах.
Итак, XL = wL.
Как видно из этого выражения, индуктивное сопротивление возрастает с увеличением частоты тока.
°
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ГЛАВА21
АКТИВНОЕ
И ЕМКОСТНОЕ
СОПРОТИВЛЕНИЕ ЦЕПИ
а
б
а
о-�-------
Рис. 21.1. Цепь
переменного тока,
содержащая активное
сопротивление и
индуктивность:
а - схема;
б - векторная диаграмма;
в - треугольник
сопротивлений
Цепь переменного тока,
содержащая активное и индуктивное
сопротивления
Электрическая цепь с одним лишь индуктив
ным сопротивлением в действительности невоз
можна, так как всякая обмотка, помимо индук
тивного сопротивления, обладает также актив
ным сопротивлением.
Поэтому рассмотрим случай, когда при
емник, включенный в цепь переменного тока,
имеет активное сопротивление R (рис. 21.1, а)
и индуктивность L, т. е. индуктивное сопротив
ление XL .
Допустим, что по цепи проходит перемен
ный ток с частотой, соответствующей угловой
частоте u1 = 2пf, и с действующим значением 1,
что начальная фаза тока равна нулю и ток изо
бражается вектором 1 (рис. 21.1, б), располо
женным горизонтально.
188
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Ток 1, проходя по активному сопротивлению R, создает падение
напряжения Ua = IR. Напряжение на активном сопротивлении совпа
дает по фазе с током. Поэтому вектор напряжения Ua на диаграмме
построен по направлению вектора тока 1.
ПРИМЕЧАНИЕ.
/
1
'
Напряжение U0 называется активным падением напря- ]
жения.
Так как рассматриваемая нами цепь обладает и индуктивностью,
то для преодоления ЭДС самоиндукции потребуется напряжение
UL = IXL.
ПРИМЕЧАНИЕ.
/
1
1
'-
Напряжение UL называется индуктивным падением на- ]
пряжения.
./.
Напряжение на индуктивности опережает по фазе ток на 90 ° .
Поэтому вектор напряжения UL построен под углом 90 ° в сторону
опережения (против часовой стрелки). Следовательно, напряжение
на зажимах цепи равно геометрической сумме векторов
ua = IR и UL = IXL.
Сложив эти векторы геометрически, получим вектор напряже
ния U, определяющий своей величиной и направлением действую
щее значение напряжения генератора в цепи. Вектор I отстает от век
тора U на некоторый угол, обозначенный нами Ч'.
Кроме того, вектор U является гипотенузой прямоугольного треу
гольника Оаб, называемого треугольником напряжений.
Катет треугольника Оа равен Ua, а катет аб равен UL.
Поэтому мы можем написать:
u2 = u2л + U\ или u2 = (IR)2 + (IXJ2 = 12 (R2 + x2J.
Извлекая квадратный корень из обеих частей последнего равен
ства, находим:
Глава 21.Активное и емкостное сопротивление цепи
189
откуда
ПРИМЕЧАНИЕ.
Эта формула представляет собой выражение 3акона
Ома для цепи переменного тока, содержащей активное
и .индуктивное сопротивления.
Знаменатель в данном выражении обозначается Z и называется
полным сопротивлением цепи:
ПРИМЕЧАНИЕ.
Основываясь на этом равенстве, можно построить
прямоугольный треугольник (рис.21.1, в) с катетами R
и XL = wL и гипотенузой Z, называемый треугольником
сопротивлений цепи, содержащей активное и индуктив
ное сопротивления.
Из треугольника сопротивлений можно определить угол сдвига
фаз '11 между напряжением, приложенным к цепи, и током в ней:
COS<p =
R
R
- = --;=====
Z ,JR 2 +(roL)2•
Зная R и Z, нетрудно по cos<p определить угол <р.
':�
,
:,
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
190
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Емкость
в цепи переменного тока
При включении конденсатора емкостью С (рис. 21.2, а) под
постоянное напряжение U он заряжается, а на его обкладках сосредо
точиваются равные, но противоположные по знаку количества элек
тричества: Q = CU.
Если заряженный конденсатор отключить от источника тока, то
он,· сохраняя заряд, будет обладать некоторым напряжением Uc.
Соединив обкладки заряженного конденсатора между собой
через какое-либо сопротивление R (рис. 21.2, б), можно убедиться (с
помощью измерительного прибора) в том, что конденсатор, разряжа
ясь, дает кратковременный ток через сопротивление R.
Направление тока в цепи при разряде конденсатора противопо
ложно направлению тока при заряде.
Если рассматривать процессы, происходящие в цепи, содержащей
конденсатор и источник переменного тока с синусоидальным напря
жением u = Umsinwt, то нетрудно заметить, что эти процессы сводятся
к периодическому заряду и разряду конденсатора.
Допустим, что генератор переменного тока замкнут на конден
сатор. Представим изменение напряжения на зажимах генератора на
временной диаграмме (рис. 21.2, в) в виде синусоидальной кривой
абвrд, а вектор напряжения Um на векторной диаграмме расположим
горизонтально.
Обратимся к формуле Q = CU и применим ее к рассматриваемому
нами случаю заряда конденсатора переменным током.
QR _l_ct-g
а
б
Емкость в цвпи переменного тока
в
Рис. 11..1. Цепь, содержащая емкость:
а - заряд конденсатора; б - разряд конденсатора;
в - векторная и волновая диаграммы напряжения и тока
Глава 21. Активное и емкостное сопротивление цепи
191
Очевидно, что за очень малый промежуток времени Лt напря
жение на зажимах генератора изменится также на малую величину,
которую обозначим Лu.
Вместе с тем за тот же промежуток времени Лt генератор отдает
конденсатору количество электричества, равное ЛQ.
Таким образом, наша формула для очень малого промежутка вре
мени Лt может быть написана в виде ЛQ = С Лu.
Деля обе части равенства на Лt, получим ЛQ/Лt = С Лu/Лt.
Левая часть равенства представляет собой отношение количества
электричества ЛQ, перешедшего от генератора к конденсатору за
время Лt, к этому времени.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Если дQ выразить в кулонах, а дt - в секундах, то отно�
шение дQ/дt представит собой количество электриче
ства, перенесенное в одну секунду и выраженное в куло
нах, т. е. будет мгновенным значением тока i, выражен
ным в амперах.
Значит, последнее равенство можем написать в виде i = С Лu/Лt.
Если напряжение синусоидально u = Umsinwt, то за время Лt оно
изменится на величину Лu = Um (sinw(t + Лt) - sinwt].
В этом выражении sinw(t + Лt) =sinwt coswЛt + sinwЛt coswt, и так
как угол wдt очень мал, то синус его равен дуге, а косинус - единице
(sinwдt = wдt, coswдt = 1), на основании чего
Лu = Um (sinwt + wдt coswt - sinwt) и Лu/Лt = Umwcoswt.
Следовательно, через емкость проходит переменный ток
i = СЛu/Лt = UmwCcoswt = UmwCsin(wt + п/2), т. е. ток синусоидален
и опережает по фазе приложенное напряжение на четверть периода
(п/2 = 90 °).
Максимальное значение переменного тока можно выразить через
емкость:
lm = UmwC.
Действующее значение тока в цепи, содержащей конденсатор:
1 = (UмfJ2) wC = UwC = U/(1/wC).
Полученная формула представляет собой выражение закона Ома
для цепи переменноrо тока, обладающей емкостью.
192
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Величина 1/wC называется емкостным сопротивлени
ем, обозначается Х, и измеряется в омах, т. е. Х, = 1/wC.
-
��
•
.
:21·:->
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1 содержащая
Цепь-переменного тока,
активное и емкостное сопротивление
Допустим, что по цепи (рис. 21.3, а), содержащей активное сопро
тивление R и конденсатор емкостью С, протекает переменный ток с
угловой частотой wи действующим значением 1.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Для простоты будем считать,
что начальная фаза тока рав
на нулю и ток изображается
вектором 1 (рис. 21.3, 6), распо
ложенным горизонтально.
а
= _IR
a_
U_a_
___.,,..
o-....-_
<р
U=IZ
Ток 1, проходя по активному сопротивле
нию R, создает падение напряжения:
Ua = IR.
Напряжение на активном сопротивлении
совпадает по фазе с током. Вектор напряже
ния Ua, как мы уже знаем, называется актив
ным падением напряжения.
Рассматриваемая нами цепь, помимо
активного сопротивления, обладает также
и емкостным сопротивлением Хе = 1/wC.
Поэтому ток 1, проходя через конденсатор с
б
0
б
Uc = IXc
�:с = -1
roC
z�
б
в
Рис. 21.J.Активное
сопротивление и емкость
в цепи переменного тока:
а - схема;
б - векторная диаграмма
напряжения и тока;
в - треугольник сопротивлений
193
Глава 21. Активное и емкостное сопротивление цепи
указанным емкостным сопротивлением Хе, создает еще напряжение
uc = IXC.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
'
Напряжение U, называется емкостным падением напряJ
1 жения.
/
Как мы уже знаем, напряжение на конденсаторе отстает по фазе
от тока в нем на угол 90 ° . Поэтому на векторной диаграмме вектор
напряжения Uc построен повернутым под углом 90 ° в сторону отста
вания (по часовой стрелке).
Следовательно, напряжение на зажимах цепи должно быть равно
геометрической сумме векторов Ua и Uc.
Сложив эти векторы геометрически, получим вектор U, опреде
ляющий своей величиной и направлением действующее значение
напряжения.
Вектор I опережает вектор U на некоторый угол, обозначенный
нами '1'. Кроме того, вектор U является гипотенузой прямоугольного
треугольника О Аб, называемого треугольником напряжений.
Катет треугольника Оа равен Ua = IR, а катет аб равен Uc = IXc, т. е.
U2 = U2A + U2c, или U2 = (IR)2 + (IXC)2 = 12 (R2 + Х2 ).
с
Извлекая квадратный корень из обеих частей последнего равенства, находим:
.J
U = IR 2 + Хе2 , откуда 1- .JR 2u+ 2
Хе
u
+(�)'.
=--=====
✓
R'
Последняя формула представляет собой выражение закона Ома
для цепи переменного тока, содержащей активное и емкостное
сопротивления. Знаменатель в данном выражении, обозначаемый Z,
называется полным сопротивлением цепи:
z = .JR2 + х� =
R 2 + ( rolC)
2
Основываясь на этом равенстве, мы можем построить прямоу
гольный треугольник (рис. 21.3, в) с катетами R и�= 1/wC и гипоте
нузой Z, называемый треугольником сопротивлений цепи, содер
жащей активное и емкостное сопротивления.
194
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Из треугольника сопротивлений можем определить угол сдвига
фаз q> между током в цепи и напряжением, приложенным к ней:
R
R
cosq, = - = --;::::====
z R2 +(rolCJ.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
1
Цепь переменного тока, содержащая активное,
индуктивное и емкостное сопротивления
Рассмотрим цепь переменного тока,
состоящую из включенных последовательно:
активного сопротивления R (рис. 21.4, а),
индуктивности L и конденсатора емко
стью С. Под действием приложенного напря
жения U протекает ток 1.
Напряжение U должно покрыть (компен
сировать) падение напряжения на активном
сопротивлении u. = IR, на индуктивном
сопротивлении UL = IwL и на емкостном
сопротивлении Uc = 1/wC.
Построим векторную диаграмму для
этих напряжений (рис. 21.4, б). Отложим
ток I в виде горизонтального отрезка и по
его направлению отложим активную состав
ляющую напряжения u. = IR, имея в виду,
что она совпадает по фазе с током.
Так как индуктивная составляющая
напряжения UL опережает ток I по фазе на
угол 90 ° , восстановим к направлению тока
перпендикуляр и на нем отложим индук
тивное падение напряжения UL = IwL в виде
отрезка аб.
�
а
б
Xc
=I
00� i UL =lroL
лR
о_..__Ua=IR
_____
б
о
1
roC
:L = -
=Х
а
в
Рис. 2J.4. Активное
сопротивление,
индуктивность и емкость
в цепи переменного тока:
а - схема;
б - векторная диаграмма;
в - треугольник сопротивлений
195
Глава 21. Активное и емкостное сопротивление цепи
Емкостное падение напряжения Uc отстает от тока I по фазе на
угол 90 ° , поэтому из конца отрезка аб (из точки б) опустим к вектору
тока перпендикуляр и на нем отложим Uc = IwC в виде отрезка бв.
Соединив теперь точки О и в, получим суммарный вектор Ов,
который своей величиной и направлением определит напряжение U,
приложенное к рассматриваемой нами цепи.
Прямоугольный треугольник Оав называется треуrольником
напряжений для цепи, содержащей активное, индуктивное и емкост
ное сопротивления, соединенные последовательно.
Катет ав представляет собой разность индуктивного UL и емкост
ного Uc падения напряжения: Следовательно, можем написать такое
равенство:
или
откуда
u2 = u2А + (UL - uс>2 '
U2 = (IR)2 + (lwL - l/wC)2 = l2 [R2 + (wL - 1/wC)2],
U = 1JR2
+( roL--roC-1 )', или 1 =
U
JR' +(roL- ro\C)'
Последняя формула представляет собой выражение закона Ома
для цепи переменноrо тока, содержащей активное, индуктив
ное и емкостное сопротивления.
Знаменатель в этом выражении обозначается Z и называется
полным сопротивлением цепи:
2
z = J�R+_(_ro_L___ro_lc_)_2.
Основываясь на данном равенстве построим прямоугольный тре
угольник Оаб (рис. 21.4, в) с катетами R и wL - 1/wC и гипотенузой
Z, называемый треуrольником сопротивлений цепи, содержащей
активное, индуктивное и емкостное сопротивления.
Из треугольника сопротивлений можем определить угол сдвига
фаз (разность фаз) между напряжением и током в цепи:
R
R
COS<p
=
z
=
JR +( roL- �с)''
'
196
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Рассмотрим частный случай последовательного включения
активного, индуктивного и емкостного сопротивлений, когда раз
ность сопротивлений XL - � = wL - 1/wC равна нулю, т. е. wL - 1/wC =
О, или wL = 1/wC.
Решая уравнение относительно угловой частоты w, величину кото
рой для этого случая обозначим w0, найдем w2oLC = 1, или
=-1-
ro0
Jfs:
Угловая частота w0 называется резонансной угловой частотой.
При этой частоте ток в цепи определяется одним лишь активным сопро
тивлением R, т. е; 1 = U/R и достигает наибольшей величины.
Угол сдвига фаз между напряжением и током при резонансе стано
вится равным нулю, так как cos<p = 1, а именно:
COS<p = R/R =
1.
Рассмотренный нами случай называется резонансом напря
жений, так как при этом напряжения на зажимах конденсатора U c и
индуктивного сопротивления UL могут значительно превышать напря
жение, приложенное к цепи.
Напряжения U L и U c равны и сдвинуты по фазе на половину
периода, т. е. в любой момент времени эти напряжения равны и проти
воположны по знаку.
Следовательно, в любой момент времени мгновенные мощности
в реактивных участках также равны и противоположны по знаку, т. е.
увеличение энергии магнитного поля в катушке индуктивности проис
ходит в результате уменьшения энергии электрического поля конден
сатора, и наоборот, а генератор расходует энергию на активное сопро
тивление.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ГЛАВА22
КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ
КОНТУР
Параллельное соединение ветвей с активными
сопротивлениями и двумя индуктивностями
1
Допустим, что две параллельные ветви подключены к зажимам
генератора переменного тока Г (рис. 22.1, а) с напряжением U.
Одна ветвь обладает активным сопротивлением R1 и индуктивностью L1 , а другая - соответственно R2 и L2 .
�
Если угловая частота генератора - w, то
полные сопротивления Z 1 и Z2 первой и вто1
......-----.....z
рой ветви равны:
!
2
Z 1 = ,JR� + (roL i } ;
Z2 = ,JR; + (roL2)
2
а
•
а
Токи 11 и 12 на основании закона Ома пред
ставляют собой следующие величины:
U
.
I -�1
2
- Z 1 - ,JR� + (roL,) '
u
u
12 = -, = ---;=====
Z2
2
,JR; + (roL2)
б
Рис. 22.1. Параллельное
•
соединение сопротивлений:
а - схема;
б - векторная диаграмма
198
о
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
u
Так как в каждой ветви, помимо актив
ных сопротивлений, содержатся индук
тивные сопротивления, то токи в ветвях
I1р
отстают по фазе от напряжения U на углы
<р 1 и <р 2, определяемые по их косинусам из
равенства
COS<p l = R/Z 1 ; COS<p 2 = R/Z2 lp -----------B соответствии с этим на рис. 22.1, б
Рис. 22.2.Активное и реактивное построена векторная диаграмма, на котосоставляющие токов
рой напряжение U показано в виде отрезка
Оа, а токи 11 и 12 - в виде отрезков Об и Ов.
Ток I в неразветвленной части цепи представляет собой геомет
рическую сумму токов 11 и 12 •
Поэтому для определения тока I на диаграмме токи 1 1 и 12 сло
жены геометрически. В результате указанного сложения получен
вектор тока I в виде отрезка Or, который своей величиной и направ
лением, определяет величину и направление тока I в неразветвлен
ной части цепи.
Угол <р является углом сдвига фаз между напряжением U и
током 1.
Величину тока I и угла сдвига фаз <р можно найти вычислением.
Для этого каждый из токов 11 и 12 раскладывают на два слагаемых, из
которых одно будет направлено по вектору напряжения U (рис. 22.2),
а другое - перпендикулярно ему.
Первое из указанных слагаемых называют активной составляю
щей тока, а второе - реактивной составляющей тока.
Обозначив составляющие тока 11 - активную 11л и реактивную 11р ,
а составляющие тока 12 - активную 12л и реактивную 12р, запишем:
I2а
I1а la
11 л = l 1 cos<p 1 ; 11 Р = l 1sin<p 1 ;
12л = '12cos'I' <р2 ; 12Р = l2sin<p2.
Ток в неразветвленной части цепи:
2
I = J(I la + I 2a) + (I 1 p + I 2
J 2 = JI� + I�
1
где 18 = l 1 a + l2a u lp = l lp + l2p•
Величины l8 , IP представляют собой соответственно активную и
реактивную составляющие тока I в неразветвленной части цепи.
Косинус угла сдвига фаз <р между напряжением U и током I опре
делится из равенства cos<p = IJI.
199
Глава 22. Колебательный контур
Параллельное соединение реактивных сопротивлений
с индуктивностью и емкостью
Рассмотрим очень важный случай парал
лельного соединения двух ветвей, когда одна
из них содержит активное сопротивление R и
индуктивность L, а другая - конденсатор емко
стью С (рис. 22.3, а).
Напряжение генератора Г, приложенное к
точкам а и б, равно U при угловой частоте (а).
Очевидно, что в ветви с индуктивностью ток
11
u
= ---;:=====
,JR 2 + (roL)2
-
1
1
с
о
12
а
в
1
1
2=UooC
д
Ua
г
lc
и отстает по фазе от напряжения U на угол '1' 1•
В ветви с конденсатором ток
б
12 = U/(1/(a)C> = u(a)c.
Ток 12 опережает напряжение U по фазе на Puc.11.J. Параллельное
соединение индуктив
угол 90° , что показано на векторной диаграмме
ности и емкости:
(рис. 22.3, б). По горизонтальной оси отложено а - схема; б - векторная
диаграмма
напряжение в виде отрезка Оа.
Под углом q, 1 в сторону отста�ания (по часовой стрелке от напря
жения U) построен отрезок Об, на котором отложен ток 1 1 •
Затем под углом q,2 = 90° в сторону опережения (против часовой
стрелки) от напряжения U построен отрезок Ов и на нем отложен ток 12•
Сложив геометрически векторы токов 1 1 и 12 , получим вектор
тока I в, неразветвленной части цепи. Отрезок Or определяет вели
чину тока 1, а угол '1' - угол сдвига фаз между напряжением U и током
1 в неразветвленной части цепи.
Из этой диаграммы видно, что если бы не было ветви с конденсато
ром С, подключенной параллельно ветви с активным сопротивлением R
и индуктивностью L, то ток в цепи равнялся бы 11 . Наличие же конден
сатора С снизило ток в неразветвленной части цепи до величины 1 < 1 1 •
Резонанс
токов
1
Если подобрать емкость С так, чтобы Ов = бд, т. е. чтобы U(a)C =
= l 1sinq, 1 , то ток I в неразветвленной части цепи достигнет минималь
ной величины, а угол (а) станет равным нулю. Такой случай называется
резонансом токов.
200
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Так как при резонансе токов в неразветвленной части цепи ток
имеет минимальную величину, то потери в соединительных про
водах и в обмотках генератора переменного тока минимальны;
Подключение конденсатора параллельно цепи, обладающей актив
ным и индуктивным сопротивлениями, повышает cosq>.
При параллельном соединении конденсатора емкостью С и
катушки с индуктивностью L и малым активным сопротивлением,
которым можно пренебречь (R = О), токи в ветвях будут определяться
следующим образом:
• в ветви с индуктивностью IL = U/(a)L;
• в ветви с емкостью Ic = U/1/(a)C = U(a)C.
Подберем индуктивность L и емкость С так, чтобы токи IL и Ic
были равны, т. е. чтобы U/(a)L = U(a)C.
Отсюда определяем резонансную угловую частоту
1
=
COo
и резонансную частоту
LC
-
1
f0 -JLc.
2тт
В ветви с емкостью ток Ic опережает напряжение U по фазе на
угол 90 ° , а в ветви с индуктивностью ток IL отстает от напряжения U
по фазе на угол 90° .
Ток I в неразветвленной части цепи равен нулю, так как токи Ic и IL,
одинаковые по величине, направлены противоположно. При идеаль
ном резонансе ток в неразветвленной части цепи равен нулю, тогда
входное сопротивление цепи, состоящей из параллельно соединенных
индуктивности и емкости, равно бесконечно большой величине.
=
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
201
Глава 22. Колебательный контур
1
Принцип действия
колебательного
контура
Если конденсатор зарядить до некоторого
напряжения
U и зам
кнуть на индуктивную катушку (рис. 22.4, а), то в замкнутом контуре
возникнет ток, и конденсатор будет разряжаться через катушку.
rot
Рис. 22.4. Колебательный контур:
а - схема; б - временная диаграмма
При этом электрическая энергия, запасенная в конденсаторе, будет
переходить в энергию магнитного поля катушки.
В начальный момент, когда напряжение на конденсаторе велико,
ток и магнитное поле катушки возрастают быстро.
В индуктивности возникает ЭДС самоиндукции EL, «уравновеши
вающая» напряжение U на конденсаторе.
В процессе разряда конденсатора напряжение на нем понижа
ется. В момент, когда напряжение уменьшится до нуля, ток в контуре
достигнет максимального значения, т. е. магнитное поле катушки ста
нет наибольшим.
Затем ток в цепи начнет уменьшаться, и ЭДС самоиндукции,
изменив направление, будет заряжать конденсатор (с противопо
ложной полярностью) до наибольшего значения ЭДС самоиндукции,
соответствующего моменту, когда ток уменьшится до нуля.
При этом энергия магнитного поля катушки вновь вернется к
конденсатору. Затем опять начнется разряд конденсатора, но направ
ление тока разряда будет противоположно «начальному», так как
напряжение на конденсаторе изменило полярность.
Таким образом, в цепи происходит процесс периодического
изменения тока и напряжения с резонансной частотой (рис. 22.4, б):
1
fo =-J[c,.
21t
202
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Такая цепь называется колебательным контуром.
Ток в контуре и напряжение на нем с течением времени умень
шаются, так как помимо реактивных сопротивлений в цепи имеется
и активное сопротивление провода, который является обмоткой
индуктивной катушки.
В активном сопротивлении провода выделяется энергия, преоб
разующаяся в тепло и нагревающая провод. Поэтому энергия, запа
сенная в конденсаторе и переходящая в энергию магнитного поля
индуктивной катушки, а затем обратно в конденсатор, с каждым
периодом постепенно убывает, что приводит к затуханию колебаний.
ШАГ
V
ТРЕХФАЗНАЯ
СИСТЕМА
ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Глава 23. Трехфазный генератор
Глава 24. Включение нагрузок в трехфазную сеть
Глава 25. Исполыование вращающегося магнитного поля
ГЛАВА 23
ТРЕХФАЗНЫЙ
ГЕНЕРАТОР
1
Работа
трехфазного генератора
Ранее рассмотрены свойства однофазного переменного тока.
Однако однофазная система неэкономична вследствие несовершенства
однофазных электрических машин.
Так, например, при одинаковых габаритах, массе активных матери
алов (стали и меди) и потерях энергии мощность однофазной машины в
1,5 раза меньше мощности трехфазной машины. Поэтому для электри
фикации используется трехфазная система переменного тока.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Трехфазной системой переменного тока или просто
трехфазной системой называется цепь или сеть пере
менного тока, в которой действуют три ЭДС одинако
вой частоты, но взаимно смещенные по фазе на одну
треть периода.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Отдельные цепи, составляющие трехфазную систему,
называются фазами.
Глава 23. Трехфазный генератор
205
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Если ЭДС во всех трех фазах имеют одинаковую ампли
туду и сдвинуты по фазе на одинаковый угол, то такая
система называется симметричной.
Впервые в мире передача энергии трехфазным током была осу
ществлена русским ученым М. О. Доливо-Добровольским в 1891 г.
На рис. 23.1 показана схема устройl
ства простейшего двухполюсного трехфаз
ного генератора. В пазах статора (неподz ,,,.
вижная часть машины) расположены 'v
катушки А,-Х, В-У и C-Z, оси которых
сдвинуты в пространстве на одну треть
окружности (120°).
Внутри статора помещается ротор
в,
(вращающаяся часть машины), представ
ляющий собой двухполюсный электро
х
магнит, питаемый постоянным током,
1
возбуждающим магнитное поле.
Рис. lJ.1. Схема устройства
Ротор приводится во вращение какимпростейшего трехфазного
генератора
либо двигателем. Магнитное поле, вращаясь вместе с ротором, пересекает проводники катушек, заложенных
в пазах статора, и индуктирует в этих катушках ЭДС, изменяющиеся
синусоидально.
Однако синусоиды ЭДС фаз ел, е8 и ее будут сдвинуты одна по отно
шению к другой на 1/3 периода.
На рис. 23.2 показаны кривые изменения ЭДС в катушках А-Х, В-У
и C-Z и положения ротора, соответствующие положительному макси
муму ЭДС Em в этих катушках.
Пусть положительный максимум ЭДС Em в катушке А-Х наступает
в момент, когда сторона А окажется против центра северного полюса, а
сторона Х - против центра южного полюса.
Положительный максимум ЭДС Em в катушке В-У наступит в тот
момент, когда центр северного полюса окажется под проводником В.
Для этого ротор должен повернуться на 2/3 окружности (120 ° ), что
соответствует промежутку времени, равному 2п/3 периода.
Положительный максимум ЭДС Em в катушке C-Z наступит через
1/3 периода после такого же максимума в катушке В-У, что соответ
ствует дальнейшему повороту ротора на Vs окружности.
206
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
2тt/З
2тt/З
2тt/З
Рис.13.1. Кривые изменения ЭДС в трехфазной обмотке генератора
ПРИМЕЧАНИЕ.
При нагрузке генератора на зажимах катушек А-Х, В-У
и C-Z устанавливаются напряжения, называемые фа3-
ными.
ев
·<.·, : \,
,
ее
\!,,
Em
(J)!
ед
,
,
I
,t.\
1 \
!
•
(J)!
Puc.13.J. Положения ротора при работе генератора
207
Глава 23. Трехфазный генератор
Если нагрузка отсутствует (холостой ход), фазные напряжения
равны ЭДС, индуктируемым в катушках статора (рис. 23.3).
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
•
IЖI...
.
Соединение
обмоток генератора
1
В трехфазном генераторе (рис. 23.1) с тремя независимыми одно
фазными цепями их электродвижущие. силы имеют одинаковые ампли
туды и сдвинуты по фазе на 1/3 периода.
К каждой паре зажимов обмотки статора генератора можно под
ключить провода, подводящие ток к нагрузке, и получить несвязан
ную трехфазную систему (рис. 23.4, а). Обмотки генератора соединяют
между собой в звезду или в треугольник.
При соединении обмоток генератора звездой (рис. 23.4, б) концы
всех трех фаз соединяют в общую точку О, а к началам подсоединяют
провода, отводящие энергию в сеть.
ПРИМЕЧАНИЕ.
/
Эти три провода называются линейными, а напряжение
между любыми двумя линейными проводами - линей
ным напряжением Uл.
А
Uл
а
б
в
Рис. 2J.4. Соединение звездой и несвязанная трехфазная система:
а - несвязанная трехфазная система; б - соединение обмоток генератора звездой;
в - векторная диаграмма
'
208
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ПРИМЕЧАНИЕ.
От общей точки соединения концов (или начал) трех
фаз (от нулевой точки звезды) может быть отведен
четвертый провод, называемый нулевым.
Напряжение между любым из трех линейных проводов и
нулевым проводом равно напряжению между началом и
концом одной фазы, т. е. фазному напряжению UФ.
Обычно все фазы обмотки генератора выполняются оди
наковыми, так что действующие значения ЭДС в фазах
равны, т. е. ЕА - Е8 = Ее .
Если в цепь каждой фазы генератора включить нагрузку, то по этим
цепям будут проходить токи.
В случае одинакового по величине и характеру сопротивления всех
трех фаз приемника, т. е. при равномерной нагрузке, токи в фазах будут
равны по величине и сдвинуты по фазе относительно своих напряже
ний на один и тот же угол <р.
Как максимальные, так и действующие значения фазных напряже
ний при равномерной нагрузке равны, т. е. UA = UВ = UC.
Эти напряжения сдвинуты по фазе на 120 ° , как показано на век
торной диаграмме (рис. 23.4, в). Напряжения между любыми точками
схемы (рис. 23.4, б) соответствуют векторам (рис. 23.4, в) между теми
же точками.
Так, например, напряжение между точками А и О схемы (фазное
напряжение UA) соответствует вектору А-О диаграммы, а напряжение
между линейными проводами А и В схемы - вектору линейного напря
жения А-В диаграммы.
По векторной диаграмме легко установить соотношение между
линейным и фазным напряжениями.
Из треугольника АОа можно записать следующее соотношение:
�Uл = U Ф cos30 ° = U �, откуда
Uл =.JзU Ф или U Ф =.JзUл.
Т. е. при соединении обмоток симметричного генератора звездой
линейное напряжение в Jз = 1, 73 раза больше фазного.
Из схемы (рис. 23.4, б) видно, что при соединении обмоток гене
ратора звездой ток в линейном проводе равен току в фазах генератора,
т. е. Iл = IФ.
209
Глава 23. Трехфазный генератор
На основании первого закона Кирхгофа ток в ну_�ево_!VI 1!.РО�оде
равен геометрической сумме токов в фазах генератора 1 0 = 1 А+ 1 в+ 1 с·
При равномерной наrрузке токи в фазах генератора равны между
собой и: сдвинугы по фазе на 1/3 периода. Геометрическая сумма токов трех
фаз в таком случае равна нулю, т. е. в нулевом проводе тока не будет.
Поэтому при симметричной нагрузке нулевой провод может отсут
ствовать.
При несимметричной нагрузке ток в нулевом проводе не равен
нулю. Обычно нулевой провод имеет меньшее поперечное сечение, чем
линейные провода.
При соединении обмоток генератора треугольником (рис. 23.5, а)
начало каждой фазы соединяется с концом другой фазы. Таким обра
зом, три фазы генератора образуют замкнутый контур.
б
а
о
Рис.13.5. Соединение треугольником:
в
а - схема соединения обмоток генератора треугольником;
б - векторные диаграммы напряжений и токов в фазах;
в - векторная диаграмма фазовых и линейных токов
ПРИМЕЧАНИЕ.
Так как ЭДС в фазах генератора равны и сдвинуты на
1/3 периода по фазе, то геометрическая сумма их рав
на нулю и, следовательно, в замкнутом контуре трех
фазной системы, соединенной треугольником, никакого
тока при отсутствии внешней нагрузки не будет.
Линейные провода при соединении треугольником подключаются
к точкам соединения начала одной фазы и конца другой. Напряжение
между линейными проводами равно напряжению между началом и
КОНЦОМ одной фазы.
Таким образом, при соединении обмоток генератора треугольни
ком линейное напряжение равно фазному, т. е. Uл = UФ.
При равномерной нагрузке в фазах обмоток генератора проходят
равные токи, сдвинутые относительно фазных напряжений на одина
ковые углы ф, т. е.
210
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Векторная диаграмма фазных напряжений и токов изображена на
(рис. 23.5, б).
Приняв направление фазных и линейных токов за положительное,
которое указано на рис. 23.5, а, на основании первого закона Кирхгофа
для мгновенных значений токов можно написать следующие выраже
ния:
iл = iлв - iCA; iв = iвс - iлв; ic = iCA - iвс·
Так как токи синусоидальны, заменим алгебраическое вычитание
мгновенных значений токов геометрическим вычитанием векторов,
изображающих действующие значения токов:
-
-Iл - -I
-
-
- - - -
в CA; Iв = Iвс - Iлв; Ic = I CA - Iвс·
Ток Iл линейного провод} А о_пределится геометрической разностью векторов фазных токов Iлв и I СА.
Для п�строения вектора линейного тока Iл изобразим вектор фаз
ного тока !.лв на (рис. 23.5, в) в виде отрезка Оа, а из точки а построим
вектор -: Iел (отрезок аб), равный и противоположно направленный
вектору Iсл (рис. 5.5, б).
В�ктор, соединяющий начало вектора Iлв (точка О)_с концом век_ _
тора I СА (точка б), является вектором линейного тока Iл.
Аналогично могут быть построены векторы линейных токов Iв и I с·
Из векторной диаграммы, показанной на рис. 23.5, в, легко опреде
лить соотношение между линейными и фазными токами при соедине
нии обмоток генератора в треугольник.
Из треугольника Оав можно записать:
Iл
=
IФ
- . мI Ф_!_ Iл =
= I Ф .Jз ,откудаi --vЗ
-1,73I Ф,
л
2
соsЗОо
2
т. е. при соединении обмоток генератора в треугольник линейный ток
в .Jз раз больше фазного (при равномерной нагрузке).
r''�
•
Jт
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR•код.
ГЛАВА 24
ВКЛЮЧЕНИЕ НАГРУЗОК
В ТРЕХФАЗНУЮ СЕТЬ
Включение нагруэк�
эвеэдои
1
В предыдущей главе было отмечено, что трехфазный ток передается
четырех- или трехпроводной системой переменного тока. Потребители
энергии могут быть включены в сеть по схеме «звездю> и по схеме «тре
угольник».
Приемники энергии, включенные в четырехпроводную систему
звездой (рис. 24.1), одним проводом подсоединены к линейному про
воду, а другим - к нулевому.
Выше мы установили, что при соединении обмоток в звезду в слу
чае равномерной нагрузки соотношения между линейными и фазными
значениями напряжений и токов таковы:
Ток нулевого провода, равный
геометр!:!чечш� сумме токов трех
фаз, т. е. 1 0 = Iл+1 8+1с, при равномер
ной нагрузке равен нулю.
Следовательно, в нулевом про
воде ток проходить не будет, и надоб
ность в нем отпадает.
Uф
lл=lв
Uф
Uл
Рис. 24.1. Схема четырехпроводной
системы
212
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
вывод
Поэтому трехфазные двигатели переменного тока при
равномерной нагрузке включаются в сеть звездой без
нулевого провода.
ВНИМАНИЕ.
/
При неравномерной нагр-у3ке ток в нулевом проводе не
равен нулю, поэтому он обязателен в четырехпровод
ной системе, хотя его и выполняют обычно с меньшим,
чем линейные провода, поперечным сечением.
'
'
При отсутствии нулевого провода или его обрыва при неравномер
ной нагрузке возникает резкое изменение напряжения на фазах при
емника.
Так, если в фазе А нагрузки нет, а в фазах В и С нагрузки одинаковы,
то при отсутствии нулевого провода нагрузки в фазах В и С окажутся
включенными последовательно на линейное напряжение, которое
равномерно распределится между ними (из
д
условия равенства нагрузки).
Следовательно, сопротивление нагрузок
в фазах В и С окажется под напряжением,
равным половине линейного напряжения
(рис. 24.2), т. е.
Рис. 24.2. Векторная
диаграмма напряжений при
неравномерной нагрузке и
отсутствии нулевого провода
Uл Jз U
Uв =Uc =т=т
Ф.
Нейтральная точка звезды сместится
в точку О так, что напряжение фазы А
нагрузки окажется равным Uл = 1,5 UФ.
213
Глава 24. Включение нагрузок в трехфазную сеть
ВНИМАНИЕ.
\.
Таким образом, отключение нулевого провода при нерав
номерной нагрузке недопустимо. Поэтому нулевой про
вод выполняется всегда ((глухим,,, т. е. в нем не уста
навливают предохранителей, выключателей и т. д.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Включение нагрузки
треугольником
1
При включении приемников в сеть трехфазного тока по схеме
«треуrольник» каждая группа сопротивлений включается между двумя
линейными проводами {рис. 24.3).
А
а
Как выше было установлено, соотно
шения между линейными и фазными зна
чениями напряжений и токов при соеди
нении приемников энергии в треугольник с
таковы при равномерной нагрузке:
Uл = UФ и Iл = .JзIФ.
Рис. 24.J. Схема включения
ПРИМЕЧАНИЕ.
обмоток генератора и
приемников в треугольник
1
Очень ценным свойством четырехпроводной системы
является возможность получения двух различных на
пряжений.
Включив приемники энергии между линейными проводами и нуле
вым проводом, соединяют их в звезду {рис. 24.4). Эти приемники ока
жутся включенными на фазное напряжение.
Другую группу приемников соединим в треугольник так, что они
будут включены только между линейными проводами и окажутся под
линейным напряжением, большим в .Jз раз фазного.
214
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
� l3C5kill]
Четырехпроводная система
широко используется для электро
снабжения смешанных осветительно
силовых нагрузок. Осветительные
нагрузки включаются на фазное
UФ
напряжение, а силовые нагрузки
Рис. 24.4. Схема включения
(электродвигатели) - на линейное.
потребителей электроэнергии
в четырехпроводную сеть на фазное
Для трехфазнь�х систем спраи линейное напряжения
ведливы соотношения, выведенные
для однофазного переменного тока, IФ = UJZФ ; cos<p = RJZФ • где UФ, ZФ,
RФ - соответственно, напряжение, полное и активное сопротивления
рассматриваемой фазы.
,,;�
J;,
В качестве иллюстрации материала книzи пред- ·:J
;. •
. . :•
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
.
стите Приложение ((Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру [!] �
• •
•-на расположенный рядом QR-код.
1 Защита
трехфазной сети
предохранителями
АВ ба
с в
Защита трехфазной сети от токов корот
кого замыкания и перегрузки осуществля
ется плавкими предохранителями, вклю
Рис. 24.5. Схема проверки
ченными в линейные провода (рис. 24.5).
исправности
предохранителей
Если от трехфазной сети имеется ответ
контрольной лампой
вление в виде однофазной двухпроводной
линии, предохранители устанавливают в каждый токопроводящий про
вод. Проверку исправности и обнаружение поврежденного предохра
нителя производят контрольной лампой или неоновым индикатором.
В первом случае один конец контрольной лампы подключают к
нулевому проводу и щупом дотрагиваются до контактов а, б и в. Если
лампа каждый раз будет загораться, то напряжение есть во всех фазах.
Дотрагиваясь щупом до контактов r, д, е, проверяют предохрани
тели в фазах А, В, С. Если при подключении щупа к какому-либо кон
такту лампа не загорается, значит неисправен предохранитель в этой
фазе. Такой предохранитель необходимо заменить.
Проверку предохранителей с помощью неоновоrо индикатора
(рис. 24.6) производят аналогичным образом.
215
Глава 24. Включение нагрузок в трехфазную сеть
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Для проверки предохранителей
индикатор берут в руки так, чтобы
один из пальцев касался контактного
лепестка (это необходимо для создания
цепи, проходящей через емкость, обра
зованную между человеческим телом и
землей). Щупом дотрагиваются сначала
до контактов а, б, в, а затем до контак
тов r, д, е предохранителя.
G
шЗ 1 Щ8
i
11111
Резистор
Рис. 24.6. Индикаторы
ПРИМЕЧАНИЕ.
'
Если лампа индикатора не загорается при касании щупом какого-либо контакта, то предохранитель в дан
ной фазе неисправен и должен быть заменен.
�
Если приемники энергии включены на фазные напряжения (между
линейным и нулевым проводами), то при перегорании линейного пре
дохранителя отключится нагрузка в одной фазе. Тогда как в двух других
фазах нагрузки они будут оставаться nод фазным напряжением, и будут
работать нормально.
При включении потребителей на линейное напряжение (между
линейными проводами) в трех- или четырехпроводную трехфазную сеть
перегорание линейного предохранителя приведет к последовательному
включению двух приемников на линейное напряжение. И напряжение на
каждом приемнике окажется меньше номинальной величины.
Линейные напряжения в трехфазных сетях отличаются от фазных
в Jз = 1, 73 раза. Определять фазные и линейные напряжения можно
без вольтметра с помощью контрольной лампы небольшой мощности
(15-25 Вт).
Такие лампы выдерживают значительные кратковременные пере
напряжения и взрывобезопасны. Обычно контрольные лампы выби
рают на номинальное напряжение 220 В.
ГЛАВА 25
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ВРАЩАЮЩЕГОСЯ
МАГНИТНОГО ПОЛЯ
11
Мощность
трехфазной цепи
Мощность, потребляемая нагрузкой от сети трехфазного тока, равна
сумме мощностей в отдельных фазах, т. е.
р = РА + рв + ре•
При равномерной нагрузке мощность, потребляемая каждой фазой,
=
РФ UФIФcos(f), где UФ - фазное напряжение; IФ - фазный ток; COS(f) коэффициент мощности нагрузки.
Мощность, потребляемая всеми тремя фазами
Р = 3UФIФCOS(f),
При соединении приемников энергии в звезду соотношения между
линейными и фазными значениями напряжений и токов такие:
Uл = .JзUФ и Iл = IФ.
Следовательно, мощность, потребляемая нагрузкой от трехфазной сети
р=
з(�}
л COS(j) = .JзU лl л COS<p•
При соединении приемников энергии в треугольник соотношения
между линейными и фазными значениями напряжений и токов такие:
Uл = UФ И Iл = .JзIФ.
Глава 25. Использование вращающегося магнитного поля
217
Следовательно, мощность, потребляемая нагрузкой
р = зu л(
Jз-)cosq, = .Jзuлlл
COS<j).
Таким образом, при равномерной нагрузке мощность, потребляе
мая от трехфазной сети, независимо от способа включения нагрузки,
выражается следующей формулой:
Р = .JзU лlл COS<j).
Измерение мощности
в трехфазной сети
1
Для измерения мощности применяют специальные измерительные
приборы, называемые ваттметрами.
При симметричной или равномерной нагрузке мощность, потре
бляемая от трехфазной системы, может быть определена одним одно
фазным ваттметром.
В четырехпроводной системе (с нулевым проводом) токовая
обмотка ваттметра включается последовательно в один из линейных
проводов, а обмотка напряжения - между теми же линейным и нуле
вым проводами (рис. 25.1, а).
При таком включении ваттметр показывает мощность в одной
фазе РФ· Так как при равномерной нагрузке мощности фаз одинаковы,
то суммарная мощность трехфазной системы
составляет
Р = 3РФ.
При несимметричной нагрузке одного
ваттметра для определения мощности трех
фазной системы недостаточно. В четырехпро
а
водной системе необходимо применение трех
ваттметров: обмотки напряжений которых
включаются между нулевым и соответствую
щим линейным проводами.
Каждый ваттметр измеряет мощность
одной фазы. Мощность трехфазной системы
равна сумме показаний трех ваттметров, т. е.
р = Р1 + Р2 + Рз .
б
В трехпроводной системе при несимметрич
Рис.
25.1.
П
одключение
ной нагрузке наиболее часто используют схему
етров:
ваттм
двух ваттметров (рис. 25.1, б), которая не может а - в четырехпроводной
системе;
б - в трехпроводной системе
быть применена в четырехпроводной системе.
218
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В схеме двух ваттметров обмотки напряжений каждого ваттметра
соединены с входным зажимом обмотки тока и линейным проводом,
оставшимся свободным. Полная мощность трехфазной системы равна
сумме показаний ваттметров, т. е.
р = Р 1 + Р2 .
ПРИМЕЧАНИЕ.
При больших углах сдвига фаз между напряжением и то
ком показания одного из ваттметров могут оказаться
отрицательными, и для измерения мощности следует
изменить
направление тока в обмотке, переключив ее.
'В этом случае суммарная мощность равна разности показаний
ваттметров, т. е.
1
Измерение потребленной энергии
в трехфазной сети
Энергия в трехфазной системе измеряется как однофазными, так
и трехфазными счетчиками электрической энергии. Однофазные счет
чики включают в трехфазную сеть так же, как и ваттметры.
Трехфазные счетчики составляются из двух или трех однофазных
счетчиков, размещенных в одном корпусе и имеющих общий счетный
механизм. Они называются, соответственно, двухэлементными и
трехэлементными:
• в трехпроводной системе (без нулевого провода) применяют двух
элементные счетчики;
• в четырехпроводной системе (с нулевым проводом) применяют
трехэлементные счетчики.
Схема включения счетчика электрической энергии указывается на
съемной крышке, которой закрывается панель зажимов.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
219
Глава 25. Использование вращающегося магнитного поля
Вращающееся
магнитное поле
1
Действие многофазной машины переменного тока основано на
использовании вращающегося магнитного поля. Вращающееся маг
нитное поле создает любая многофазная система переменного тока, т. е.
система с числом фаз две, три и т. д.
Выше было отмечено, что наибольшее распространение получил
трехфазный переменный ток. Поэтому рассмотрим вращающееся маг
нитное поле трехфазной обмотки машины переменного тока.
На рис. 25.2, а и б показана простейшая трехфазная обмотка, вклю
ченная в сеть трехфазного тока. В статоре, собранном из листовой стали,
как это делается во всех машинах переменного тока, расположены три
обмотки, оси которых сдвинуты взаимно на угол 120 ° .
Каждая обмотка для наглядности изображена состоящей из одного
витка, находящегося в двух пазах статора. В действительности обмотки
б
+1
--
а
lд
lв
,,.-,•,.
./"
lc
'·
. , .,. , ... ..,
,.i,, ,
-�,
.
.
,
,
,
1
i \
в
Рис. 15.1. Простейшая трехфазная обмотка:
а - схема; б - разрез; в - кривые изменения токов в фазах
220
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
имеют большое число витков. Буквами А, В, С обозначены начала обмо
ток, а буквами Х, У, Z - их концы. Обмотки соединяют звездой или
треугольником.
По обмоткам проходят синусоидальные токи с одинаковыми
амплитудами (Im) и одинаковой частотой (w), фазы которых смещены
на 1/3 периода (рис. 25.2, в). Токи, проходящие в катушках, возбуждают
переменные магнитные поля, которые пронизывают обмотки в направ
лении, перпендикулярном их плоскостям.
Следовательно, средняя магнитная линия или ось магнитного поля,
создаваемого катушкой А - Х, направлена под углом 90 ° к плоскости
этой катушки (рис. 25.2, б). Направления магнитных полей всех трех
катушек показаны векторами Ва, Вв и Вс, сдвинутыми друг относи
тельно друга также на 120 ° .
ПРИМЕЧАНИЕ.
Условимся считать положительными направления то
ков в катушках от начала к концу обмотки каждой
фазы.
При этом в проводниках статора, подключенных к начальным точ
кам А, В и С, токи будут направлены на зрителя, а в проводниках, под
ключенных к конечным точкам Х, У, Z - от зрителя.
Положительным направлениям токов соответствуют положитель
ные направления магнитных полей, показанные на том же рис. 25.2, б
и определяемые по правилу буравчика.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение ((Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Направление результирующего
магнитного
поля
Направление
результирующего магнитного поля, созданного трех
фазной обмоткой, для различных моментов времени определим следу
ющим образом. В момент времени t = О ток в обмотке А-Х равен нулю,
в обмотке В-У - отрицателен, в обмотке C-Z- положителен.
221
Глава 25. Использование вращающегося магнитного поля
а
б
в
Рис. 25.3. Магнитное поле трехфазной обмотки в различные моменты времени:
t = О (а); t = t1 (б); t = t1 (в)
Следовательно, в этот момент тока в проводниках А и Х нет, в про
водниках С и Z он имеет положительное направление, в проводниках В
и У - отрицательное направление (рис. 25.3, а).
Таким образом, в выбранный нами момент t = О в проводниках С и
У ток направлен на зрителя, а в проводниках В и Z - от зрителя.
ПРИМЕЧАНИЕ.
При таком направлении тока согласно правилу буравчи
ка созданное магнитное поле направлено снизу вверх. В
нижней части внутренней окружности статора нахо
дится северный полюс, а в верхней - южный.
В момент t 1 в фазе А ток положителен, в фазах В и С - отрицате
лен. Следовательно, в проводниках Z, А и У токи направлены на зри
теля, а в проводниках С, Х и В - от зрителя (рис. 25.3, б) и магнитное
поле повернуто на 90 ° по часовой стрелке относительно своего началь
ного направления.
В момент t2 токи в фазах А и В положительны, а в фазе С ток
отрицателен. Следовательно, в проводниках А, Z и В токи направлены
на зрителя, а в проводниках У, С и Х - от зрителя и магнитное поле
повернуто еще на больший угол относительно начального направления
(рис. 25.3, в).
Таким образом, во времени происходит непрерывное и равномер
ное изменение направления магнитного поля, созданного трехфазной
обмоткой, т. е. магнитное поле вращается с постоянной скоростью.
В нашем случае вращение магнитного поля происходит по часовой
стрелке.
222
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Изменение направления вращения
магнитного поля
ПРАВИЛО.
Если изменить чередование фаз трехфазной обмотки,
т. е. изменить подключение к сети любых двух из трех
обмоток, то изменится и направление вращения маг
нитного поля.
На рис. 25.4 показана трехфазная обмотка, у которой изменено
подключение обмоток В и С к сети. Если рассмотреть магнитные поля
для ранее выбранных моментов времени t = О, t = t1 и t = t2 , то видно,
что магнитное поле вращается теперь против часовой стрелки.
а
в
б
Рис. 25.4. Магнитное пале трехфазной обмотки в различные моменты времени после
изменения чередования фаз: t = О (а); t = t1 (б); t = t2 (в)
Магнитный поток, создаваемый трехфазной системой переменного
тока в вышеописанной симметричной системе обмоток, является вели
чиной постоянной и в любой момент времени равен полуторному зна
чению максимального потока одной фазы, т. е. Ф = 3/2Фm.
Это можно доказать, определив результирующий магнитный
поток Ф для любого момента времени.
Например, для момента t 1 , когда wt 1 = 90°, токи в катушках имеют
такое значение:
iл = Imsin90° = Im ;
i8 = lmsin(90 - 120)0 = - (ln/2);
ic = lmsin(90 - 240)0 = - (In/2).
223
Глава 25. Использование вращающегося магнитного поля
вывод.
/
Следовательно, магнитный поток ФА обмотки А в выбранный момент имеет наибольшее значение и направ
лен по оси этой обмотки в положительном направле
нии (рис. 25.5).
'
Магнитные потоки обмоток В и С вдвое
меньше максимального и отрицательны, т. е.
направлены отрицательно вдоль осей этих
обмоток.
\
_...;.Фд __,
Найдем геометрическую сумму потоков
ФА,Ф.иФе .
Н апример, для момента времени t 1
результирующий магнитный поток
Фр= ФА + Ф8 cos60 ° + Фе cos60 ° , так как в
Рис. 25.5. Геометрическая
этот момент результирующий поток совпа
сумма потоков
дает с потоком ФА и сдвинут относительно
потоковФ. иФе на 60° .
Имея в виду, что в момент t1 магнитные потоки обмоток прини
мают значенияФА= Фm,Ф. =Фе= (l/2)Фrn результирующий магнитный
поток можно выразить так:
\
\
\
\
I
\
\
I
I
\
.;..;.
,_
\
\
\
Фр = Фm + (1/2)Фm cos60° + (1/2)Фm cos60 ° = (3/2)Фm.
В момент t = О результирующее магнитное поле было направлено
по вертикальной оси (рис. 25.4, а).
За время, равное одному периоду изменения тока в катушках,
магнитный поток повернется на один щ>лный оборот в пространстве
и будет вновь направлен по вертикальной оси также, как и в момент
t = о.
Если частота тока f, т. е. ток претерпевает f изменений в одну
секунду, то магнитный поток трехфазной обмотки совершит f оборотов
в секунду или 60 f оборотов в минуту, т. е. n = 60f, где n - частота вра
щения магнитного поля в минуту.
В качестве иллюстрации материала книги предлагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q,R-код.
224
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Мноrополюсные
обмотки
Мы рассмотрели простейший случай, когда обмотка имеет одну
пару полюсов.
Если обмотку статора выполнить так: провода каждой фазы будут
состоять из 2, 3, 4 и т. д. - одинаковых групп, симметрично располо
женных по окружности статора, то число пар полюсов будет, соответ
ственно, 2, 3, 4 и т. д. На рис. 25.6 показана обмотка одной фазы, состо
ящая из трех симметрично расположенных по
окружности статора катушек, и образующая
шесть полюсов, или три пары полюсов.
В многополюсных обмотках магнитное
поле за один период изменения тока повора
чивается на угол, соответствующий расстоя
нию между двумя одноименными полюсами.
Таким образом, если обмотка имеет 2, 3, 4
и т. д. пары полюсов, то магнитное поле за один
период изменения тока поворачивается на 1/2,
1/3, 1/4 и т. д. часть окружности статора.
Рис. 25.6. Схема обмотки
Обозначив буквой р число пар полюсов,
статора многополюсной
машины
найдем путь, пройденный магнитным полем
за один период изменения тока. Этот путь равен 1/р части окружности
статора. Следовательно, частота вращения в минуrу магнитного поля
обратно пропорциональна числу пар полюсов, т. е.
n = 60f/p.
Итак, частота вращения магнитного поля в минуту постоянна и равна
частоте тока, умноженной на 60 и деленной на число пар полюсов.
шлгVI
СИЛОВЫЕ
ТРАНСФОРМАТОРЫ
Глава 26. Устройство и работа трансформатора
Глава 27. Эксперименты с трансформаторами
ГЛАВА 26
УСТРОЙСТВО И РАБОТА
ТРАНСФОРМАТОРА
1 оОбщие
сведения
трансформаторах
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Трансформатором называется статический электро
магнитный аппарат, преобразующий переменный ток
одного напряжения в переменный ток той же частоты,
но другого напряжения.
Трансформаторы получили очень широкое практическое примене
ние при передаче электрической энергии на большие расстояния, для
распределения энергии между ее приемниками и в различных выпря
мительных, сигнальных, усилительных и других устройствах.
При передаче электрической энергии от электростанций к ее потре
бителям большое значение имеет величина тока, проходящего по про
водам. В зависимости от силы тока выбирают сечение проводов линии
передачи энергии и, следовательно, определяют стоимость проводов, а
также и потери энергии в них.
Если при одной и той же передаваемой
мощности увеличить напряжение, то ток в той
же мере уменьшится. Это позволит применять
провода с меньшим поперечным сечением
для устройства линии передачи электриче
ской энергии и уменьшит расход цветных
металлов, а также потери мощности в линии.
При неизменной передаваемой мощ
ности поперечное сечение провода и потери
мощности в линии обратно пропорцио
Рис. 26.1.. Трансформаторы
нальны напряжению.
227
Глава 26. Устройство и работа трансформатора
Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях син
хронными генераторами при напряжении 11-18 кВ (в некоторых слу
чаях при 30-35 кВ). Хотя это напряжение велико для непосредствен
ного его использования потребителями, однако оно недостаточно для
экономичной передачи электроэнергии на большие расстояния. Для
увеличения напряжения применяют повышающие трансформаторы.
Приемники электрической энергии (лампы освещения, электродви
гатели и т. д.) из соображений безопасности для лиц, пользующихся этими
приемниками, рассчитываются на более низкое напряжение (до 380 В).
Кроме того, высокое напряжение требует усиленной изоляции токопроводя
щих частей, что делает конструкцию аппаратов и приборов очень сложной.
Поэтому высокое напряжение, при котором передается энергия,
не может непосредственно использоваться для питания приемников,
вследствие чего к потребителям энергия подводится через понижаю
щие трансформаторы.
Таким образом, электрическая энергия при передаче от места ее
производства к месту потребления трансформируется несколько раз
(3-4 раза). Кроме того, понижающие трансформаторы в распреде
лительных сетях включаются неодновременно и не всегда на полную
мощность, вследствие чего мощности установленных трансформаторов
значительно больше (в 7-8 раз) мощностей генераторов, вырабатываю
щих электроэнергию на электростанциях.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Обмотки
трансформатора
1
Трансформатор имеет две изолированные обмотки,
помещенН1,1е на стальном магнитопроводе. Обмотка,
включенная в сеть источника электрической энергии,
называется первичной; обмотка, от которой энергия
подается к приемнику, - вторичной.
Обычно напряжения первичной и вторичной обмоток неодина
ковы. Если вторичное напряжение больше первичного, то трансформа-
228
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
тор называется повышающим, если же вторичное напряжение меньше
первичного, то понижающим.
Любой трансформатор может быть использован и как повышаю
щий, и как понижающий.
1
Принцип действия
трансформатора
Действие трансформатора основано на явлении электромагнит
ной индукции. Если первичную обмотку трансформатора включить
в сеть источника переменного тока, то по ней будет проходить пере
менный ток, который возбудит в сердечнике трансформатора перемен
ный магнитный поток. Магнитный поток, пронизывая витки вторич
ной обмотки трансформатора, индуктирует в этой обмотке ЭДС. Под
действием· этой ЭДС по вторичной обмотке и через приемник энергии
будет протекать ток.
Таким образом, электрическая энергия, трансформируясь, переда
ется из первичной цепи во вторичную, но при другом напряжении, на
которое рассчитан приемник энергии, включенный во вторичную цепь.
Для улучшения магнитной связи между первичной и вторичной
обмотками их помещают на стальном магнитопроводе.
Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопроводы транс
форматоров собирают из тонких пластин (толщиной 0,5 и 0,35 мм)
трансформаторной стали, покрытых изоляцией (жаростойким лаком).
Материалом магнитопровода является трансформаторная сталь
Э-42, Э-43, Э-43 А, Э-320, Э-330, Э-ЗЗОА и др.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Холоднокатаная сталь имеет высокую магнитную про
ницаемость (больше чем горячекатаная) в направлении,
совпадающем с направлением проката, тогда как пер
пендикулярно прокату магнитная проницаемость от
носительно низкая. Поэтому магнитопроводы из холоднокатаной стали делают так, чтобы магнитные линии
замыкались по направлению проката стали.
Магнитопроводы трансформаторов малой мощности изготов
ляют из ленты холоднокатаной стали.
В трансформаторах больших мощностей магнитопроводы
собирают из полос стали. Холоднокатаную сталь разрезают так, чтобы
229
Глава 26. Устройство и работа трансформатора
направление магнитных линий в собранном магнитопроводе совпа
дало с направлением прокатки стали.
У горячекатаной стали (Э-42, Э-43 и др.) магнитная проницаемость
одинакова во всех направлениях и при малых мощностях магнитопро
воды собирают из пластин Ш- или П-образной формы, которые штам
пуются из листовой стали.
Магнитопроводы однофазных
силовых трансформатора
1
В зависимости от формы магнитопровода и расположения обмо
ток на нем трансформаторы могут быть стержневыми и броневыми.
Магнитопровод стержневого однофазного трансформатора имеет два
стержня, на которых помещены его обмотки (рис. 26.2, а). Эти стержни сое
динены ярмом с двух сторон так, что магнитный поток замыкается по стали.
Магнит6провод броневого однофазного трансформатора
(рис. 26.2, б) имеет один стержень, на котором полностью помещены
обмотки трансформатора. Стержень с двух сторон охватывается (бро
нируется) ярмом так, что обмотка частично защищена магнитопрово
дом от механических повреждений.
Ленточные магнитопроводы из холоднокатаной стали подобны
стержневым (рис. 26.2, в) или броневым (рис. 26.2, z).
а
д
е
г
Рис.16.1. Магнитопроводы однофазных трансформаторов:
а - пластинчатый стержневай; б - пластинчатый броневой;
в - ленточный стержневой; г - ленточный броневой;
д - ленточный кольцевой; е - тороидальный
230
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ПРИМЕЧАНИЕ.
Трансформаторы большой мощности в настоящее
время изготовляют исключительно стержневыми, а
трансформаторы малой мощности часто делают бро
невыми.
Ближе к стержню магнитопровода располагается обмотка низшего
напряжения НН, так как ее легче изолировать от магнитопровода, чем
обмотку высшего напряжения ВН. Обмотку высшего напряжения изо
лируют от обмотки низшего напряжения прокладками, рейками, шай
бами и другими изоляционными деталями (чаще из электрокартона).
При цилиндрических обмотках поперечному сечению магни
топровода желательно придать круглую форму, так как в этом случае в
площади, охватываемой обмотками, не остается промежутков, не запол
ненных сталью. Чем меньше незаполненных промежутков, тем меньше
длина витков обмоток и, следовательно, масса обмоточного провода при
заданной площади поперечного сечения магнитопровода.
Однако магнитопроводы круглого поперечного сечения не делают.
Для изготовления магнитопровода круглого сечения надо было бы
собрать его из большого числа стальных листов различной ширины.
Поэтому у трансформаторов большой мощности магнитопровод
имеет ступенчатое поперечное сечение с числом ступеней не более 10.
Число ступеней сечения сердечника определяется числом углов в одной
четверти круга.
Для лучшего охлаждения в магнитопроводах и в обмотках мощных
трансформаторов устраивают охлаждающие каналы в плоскостях,
параллельных и перпендикулярных плоскости стальных листов.
В трансформаторах малой мощности поперечное сечение магни
топровода имеет прямоугольную форму и обмоткам придают форму
прямоугольных катушек.
При малых токах радиальные механические усилия, возникающие
при работе трансформатора и действующие на обмотки, будут малы,
так что изготовление обмоток упрощается.
1
Характеристики
трансформаторов
В паспорте трансформатора указывают его номинальную мощность
S, номинальные напряжения U 1 и U2 и токи 1 1 и 12 первичной и вторич
ной обмоток при полной (номинальной) нагрузке.
Глава 26. Устройство и работа трансформатора
231
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Номинальной мощностью трансформаторов называ
ется полная мощность, отдаваемая его вторичной об
моткой при полной (номинальной) нагрузке.
Номинальная мощность выражается в единицах полной мощно
сти, т. е. в вольт-амперах или киловольт-амперах. В ваттах и киловат
тах измеряют активную мощность трансформатора, т. е. ту мощность,
которая может быть преобразована из электрической в механическую,
тепловую, химическую, световую и т. д.
Сечения проводов обмоток и всех частей машины или любого
электрического аппарата определяются не активной составляющей
тока или активной мощностью, а полным током, проходящим по про
воднику, и, следовательно, полной мощностью.
Трансформаторы малой мощности имеют большую удельную
поверхность охлаждения, и естественное воздушное охлаждение явля
ется для них вполне достаточным.
Трансформаторы большой мощности устраивают с масляным
охлаждением, для чего помещают их в металлические баки, наполнен
ные минеральным маслом. Наиболее широко распространено есте
ственное охлаждение стенок бака трансформатора. Для увеличения
охлаждающей поверхности в стенки баков вваривают стальные трубы
или радиаторы.
Масло в баке трансформатора в процессе эксплуатации соприкаса
ется с окружающим воздухом и подвергается окислению, увлажнению
и загрязнению, вследствие чего уменьшается его электрическая проч
ность.
, Для обеспечения нормальной эксплуатации трансформатора необ
ходимо контролировать температуру масла, заменять его новым, про
изводить периодическую сушку и очистку.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
232
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Работа транс!орматора
под
нагруэкои
При холостом ходе трансформатора
(нагрузки нет) вторичная
обмотка его разомкнута, и ток в этой обмотке не проходит. В первичной
обмотке при этом проходит ток холостого хода fo, который много меньше
тока этой обмотки при номинальной нагрузке трансформатора.
Намагничивающая сила холостого хода l0w 1 возбуждает пере
менный магнитный поток, который замыкается по магнитопроводу
и индуктирует в первичной и вторичной обмотках ЭДС, зависящие
от числа витков этих обмоток w 1 и w2 , амплитуды магнитного потока
Фm (Вб) и частоты его изменения f.
Действующие значения ЭДС первичной Е1 и вторичной Е2 обмоток:
Е 1 = 4,44u> 1fФm ;
Е2 = 4,44u>2fФm.
Так как при холостом ходе во вторичной обмотке тока нет, то напря
жение на зажимах этой обмотки равно ЭДС, т. е. U2 = Е2 •
В первичной обмотке проходит небольшой ток холостого хода, и
напряжение этой обмотки незначительно отличается от ЭДС, т. е.
u1 = Е 1 .
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Отношение напряжений на зажимах первичной и вто
ричной обмоток трансформатора при холостом ходе
(без нагрузки) называется коэффициентом трансфор
мации и обозначается буквой п.
ВЫВОД.
Если в трансформаторе первичная и вторичная обмот
ки имеют различное число витков, то при включении
первичной обмотки в сеть переменного тока с напря
жением U1 на зажимах вторичной обмотки возникает
на ряжение Uz, не равное напряжению U1.
Если вторичную обмотку трансформатора замкнуть на какой-либо
приемник энергии (рис. 26.3), то во вторичной цепи будет прохо -:
Глава 26. Устройство и работа трансформатора
233
дить ток 12 , а в первичной обмотке - ток 1 1 •
Магнитодвижущие силы первичной и вто
ричной совместно возбудят в магнитопроводе
результирующий магнитный поток.
Пренебрегая падением напряжения в
Puc.16.J. Схема работы
сопротивлении первичной обмотки транс
трансформатора
форма тора и потоком рассеяния, можно
допустить при любой его нагрузке приближенное равенство абсолютных величин приложенного напряжения и уравновешивающей это
напряжение ЭДС первичной обмотки, т. е. U1 = Е 1 •
Поэтому при неизменном по величине приложенном напряжении
Ul будет приблизительно неизменной ЭДС Е 1 , индуктированная в пер
вичной обмотке при любой нагрузке трансформатора.
Так как ЭДС Е 1 зависит от магнитного потока; то и магнитный поток
в магнитопроводе трансформатора при любом изменении нагрузки
будет приблизительно неизменным и равным магнитному потоку при
холостом ходе Фm. Геометрическая сумма МДС первичной и вторичной
обмоток трансформатора при нагрузке равна МДС холостого хода, т. е.
i1W1
+
i2 W2
= io W1•
Из этого следует, что i1 w 1 = iow1 -i2 w2 или i1 = io- i'2, где l'z = l2(w2/w 1) =
- приведенный к первичной цепи ток вторичной обмотки.
Таким образом, при нагрузке трансформатора ток первичной
обмотки возбуждает магнитный поток в магнитопроводе с неизменной
амплитудой (составляющая 10) и уравновешивает размагничивающее
действие тока вторичной обмотки (составляющая l'z).
Ток 12 , проходящий по вторичной обмотке при нагрузке трансфор
матора, создает свой магнитный поток, который согласно закону Ленца
направлен встречно магнитному потоку в сердечнике и стремится его
уменьшить; это бы вызвало уменьшение ЭДС Е 1 и увеличение тока 11 •
Чтобы результирующий магнитный поток в сердечнике остался
неизменным, встречный магнитный поток вторичной обмотки должен
быть уравновешен магнитным потоком первичной обмотки.
= 12(1/n)
вывод.
При увеличении тока вторичной обмотки 11 возраста
ет размагничивающий магнитный поток этой обмот
ки. Одновременно увеличиваются как ток первичной
обмотки 11, так и магнитный поток, создаваемый этим
током.
234
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Так как магнитный поток первичной обмотки уравновешивает раз
магничивающий поток вторичной обмотки, то результирующий маг
нитный поток в сердечнике оказывается неизменным.
1
Соотношение напряжений
в обмотках трансформатора
В понижающем трансформаторе напряжение первичной
обмотки U 1 больше напряжения вторичной обмотки U2 в n раз, а ток
вторичной обмотки 12 больше тока первичной обмотки 1 1 также в n раз.
В повышающем трансформаторе имеет место обратное соотно
шение между напряжениями его обмоток и между токами в них.
Если, например, включить на полную нагрузку трансформа
тор, напряжения первичной и вторичной обмоток которого равны
U 1 = 220 В, U2 = 24 В, то при номинальном токе первичной обмотки
1 1 = 3 А, ток в.о вторичной обмотке
12 = 3х(220/24) = 27,5 А.
Таким образом, в обмотке с более высоким напряжением ток
меньше, чем в обмотке с более низким напряженцем. Обмотка с более
высоким напряжением имеет большее число витков и наматывается из
провода с меньшим поперечным сечением, чем обмотка с более низ
ким напряжением.
При работе трансформатора под нагрузкой в его первичной и вторич
ной обмотках проходят токи, создающие потоки рассеяния Фs1 и Фs2.
Эти магнитные потоки сцеплены только с витками той обмотки,
током которой они создаются, и всегда много меньше основного маг
нитного потока Фm , замыкающегося по магнитопроводу трансформа
тора (по стали), так как потоки рассеяния частично
проходят в немагнитной среде.
Потоки рассеяния индуктируют в обмотках ЭДС
рассеяния, которые в небольшой степени изменяют
напряжение вторичной обмотки трансформатора
Рис. 26.4. Условное при изменении его нагрузки.
обозначение работы
Условное обозначение работы трансформатора
трансформатора
показано на рис. 26.4.
235
Глава 26. Устройство и работа трансформатора
Многообмоточные
трансформаторы
1
Чтобы не устанавливать отдельный трансформатор на каждое
рабочее напряжение, целесообразно на одном трансформаторе иметь
несколько вторичных обмоток с различным числом витков.
Такие трансформаторы, называемые мноrообмоточными, широко
применяют в радиоприемниках, телевизорах, усилителях и другой
аппаратуре, требующей для питания несколько переменных напряже
ний различной величины.
Соотношения числа витков обмоток определяются их напряже
ниями, т. е.
1JJ.j1JJ1 = U.jU1; 1JJз/1JJ1 = U3U1 •
Ток в первичной обмотке равен суммарному току всех приведен
ных вторичных обмоток:
11 = l2U.jU1 + l3UJU1 + ....
Изменение тока в любой вторичной обмотке вызывает соответству
ющее изменение тока первичной обмотки. При этом несколько изменя
ются напряжения всех вторичных обмоток трансформатора, т. е. напря
жение любой вторичной обмотки зависит от тока как в этой обмотке,
так и в любой другой вторичной обмотке трансформатора.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ГЛАВА 27
ЭКСПЕРИМЕНТЬI
С ТРАНСФОРМАТОРАМИ
1
Трехфазные
трансформаторы
Трехфазные трансформаторы изготовляют главным образом
стержневыми. Схема построения магнитопровода трехфазного стерж
невого трансформатора показана на (рис. 27.1, а). Три одинаковых
однофазных трансформатора выполнены так, что их первичные и вто
ричные обмотки размещены на одном стержне сердечника, а другой
стержень магнитопровода каждого трансформатора не имеет обмотки.
Если эти три трансформатора расположились так, чтобы стержни,
не имеющие обмоток, находились рядом, то эти три стержня можно
объединить в один О (рис. 27.1, б).
а
А
б
в
с
в
Рис. 27.1. Схема построения трехфазного трансформатора:
а - три однофазных трансформатора;
б - три однофазных трансформатора обьединены в один магнитопровод;
в - схема трехфазного стержневого трансформатора
Глава 27. Эксперименты с трансформаторами
237
Через объединенный стержень О будут замыкаться магнитные
потоки трех однофазных трансформаторов, которые равны по вели
чине и сдвинуты по фазе на 1/3 периода.
Так как сумма трех равных по амплитуде и сдвинутых по фазе на
1/3 периода магнитных потоков равна нулю в любой момент времени
(Фа + Фв + Фе =О), то в объединенном стержне магнитного потока нет, и
надобность в этом стержне отпадает.
Таким образом, для образования магнитопровода достаточно
иметь три стержня, которые по конструктивным соображениям распо
лагаются в одной плоскости (рис. 27.1, в).
На каждом стержне трехфазного трансформатора размещаются
обмотки высшего и низшего напряжения одной фазы. Стержни соеди
няются между собой ярмом сверху и снизу.
Конструктивно обмотки трехфазных трансформаторов выполня
ются так же, как и однофазных. Начала фаз обмоток высшего напряже
ния обозначаются буквами А, В и С, а концы фаз - Х, У и Z.
Если обмотка высшего напряжения имеет выведенную нулевую
точку, то этот зажим обозначается буквой О.
Начала фаз обмоток низшего напряжения обозначаются строчными
буквами а, Ь, с, а концы фаз - х, у, z; о - вывод нулевой точки.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Обмотки трехфазных трансформаторов могут быть
соединены звездой и треугольником.
При соединении обмоток звездой концы (или начала) трех фаз
соединяются между собой, образуя нейтральную, или нулевую точку, а
свободные зажимы начал (или концов) трех фаз подключаются к трем
проводам сети источника (или приемника) электрической энергии
переменного тока.
При соединении обмоток треугольником начало первой фазы сое
диняется с концом второй, начало второй фазы - с концом третьей,
начало третьей фазы - с концом первой. Точки соединения начала
одной фазы с концом другой подключаются к проводам трехфазной
сети переменного тока.
Соединение обмоток трехфазных трансформаторов обозначается:
• звездой У;
• треугольником - Л.
Группы трехфазных трансформаторов обозначаются знаками сле
дующего вида У/У-0, У/Л-11 и т.д., где:
238
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
• знак перед косой линией показывает схему соединения обмоток
высшего напряжения;
• знак после косой линии - схему соединения обмоток низшего на
пряжения, цифра - угол между векторами линейных напряжений
обмоток высшего и низшего напряжения, выраженный числом
угловых единиц по 30°.
Так, первое обозначение группы показывает, что обмотки высшего
и низшего напряжения соединены звездой, причем обмотки низшего
напряжения имеют выведенную нулевую точку, и угол между векторами
линейных ЭДС обмоток высшего и низшего напряжения равен Ох 30°.
Группы трехфазных трансформаторов зависят от схем соединения
обмоток, обозначения зажимов фаз обмоток высшего и низшего напря
жения и направления намоток.
Если направление намоток витков обмоток высшего и низшего
напряжения одинаково, то ЭДС, индуктируемые в фазах обмоток выс
шего и низшего напряжения, совпадают по фазе; если же обмотки
имеют встречное направление намотки, то ЭДС фаз высшего и низшего
напряжения находятся в противофазе.
В стандартных схемах обмотки высшего напряжения соединены
звездой, так как при такой схеме фазное напряжение в Jз раз меньше
линейного, тем самым упрощается изоляция обмоток.
Обмотки низшего напряжения чаще соединяются треугольником,
так как при таком соединении трансформатор менее чувствителен к
несимметрии нагрузки фаз.
Обмотки низшего напряжения соединяются также по схеме звезда
с нулем, так как при такой схеме можно в четырехпроходной сети полу
чить два различных напряжения - линейное и фазное (например, 127
и 220 в, 220 и 380 В и т. д.).
Для увеличения мощности трансформаторной подстанции и для
упрощения резерва используется параллельное включение трансфор
матор�в, одним из непременных условий которого является принад
лежность их к одинаковым группам.
1
Эксперименты холостого хода
однофазного трансформатора
Для испытания трансформатора служат эксперименты холостого
хода и короткого замыкания.
При эксперименте холостого хода трансформатора (рис. 27;2) его
вторичная обмотка разомкнута, и тока в этой обмотке нет (12 = О).
Глава 27. Эксперименты с трансформаторами
239
Если первичную обмотку трансформатора
включить в сеть источника электрической
энергии переменного тока, то в этой обмотке
будет проходить ток холостого хода 10• В транс
форматорах больших мощностей ток холо
27.2. Схема опыта
стого хода может достигать значений порядка Рис.холостого
хода
5-10% номинального тока. В трансформаторах
трансформатора.
малых мощностей этот ток достигает значения
25-30% номинального тока.
Ток холостого хода 10 создает магнитный поток в магнитопроводе
трансформатора. Для возбуждения магнитного потока трансформатор
потребляет реактивную мощность из сети. Что же касается активной
мощности, потребляемой трансформатором при холостом ходе, то она
расходуется па покрытие потерь мощности в магнитопроводе, обусловленных гистерезисом и вихревыми токами.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Так как реактивная мощность при холостом ходе
трансформатора значительно больше активной мощ
ности, то коэффициент мощности cosq, его весьма мал
и равен 0,2-0,3.
По данным опыта холостого хода трансформатора определяется ток
холостого хода fo, потери в стали сердечника Рст и коэффициент транс
формации n. Ток холостого хода Io измеряет амперметр, включенный в
цепь первичной обмотки трансформатора.
При испытании трехфазного трансформатора определяется фазный
ток холостого хода. О потерях в стали сердечника Рст судят по показаниям
ваттметра, включенного в цепь первичной обмотки трансформатора.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Коэффициент трансформации трансформатора равен
отношению показаний вольтметров, включенных в цепь
первичной и вторичной обмоток.
240
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Эксперименты короткого замыкания
однофазного трансформатора
При коротком замыкании вторичной обмотки сопротивление транс
форматора очень мало, и ток короткого замыкания во много раз больше
номинального. Такой большой ток вызывает сильный нагрев обмоток
трансформатора и приводит к выходу его из строя. Поэтому трансформа
торы снабжаются защитой, отключающей его при коротких замыканиях.
При эксперименте короткого замыкания
(рис. 27.3) вторичная обмотка трансформатора
замкнута накоротко, т. е. напряжение на зажи
мах вторичной обмотки равно нулю. Первичная
обмотка включается в сеть с таким пониженным
напряжением, при котором токи в обмотках
Рис. 27.J. хема опыта
равны номинальным. Такое пониженное напря
короткого замыкания
жение называется напряжением короткого
трансформатора.
замыкания и выражается в процентах от номинального значения uк %.
По данным опыта короткого замыкания определяется напряже
ние короткого замыкания uк %, его активная U8 % и реактивная ux %
составляющие, потери на нагревание обмоток трансформатора Робм при
номинальной нагрузке и активное, реактивное и полное сопротивления
трансформатора при коротком замыкании Rк, Хк и Zк. Потери в обмот
-ках измеряются ваттметром.
Активное, реактивное и полное сопротивления короткого замыкания трансформатора определяются следующими выражениями:
Z - UK. R - Рк. х - lz 2 R2
к-v к- к·
к к --,
I
I2 •
где Uк, 1 и Рк - напряжение, ток и мощность, указываемые измерительными приборами, включенными в цепь первичной обмотки.
При испытании трехфазного трансформатора следует в приведен
ных выше выражениях подставить фазные значения напряжения, тока
и мощности. Напряжение короткого замыкания и его активная и реактивная составляющие равны:
U8
= (l8RjU8)xlOO%; Up = (l8XjU8)xlOO%; Uк = (l8ZjU8)xl00%,
где U8 и 18 - номинальные напряжение и ток первичной обмотки.
Глава 27. Эксперименты с трансформаторами
241
1
Определение рабочих свойав однофазных
трансформаторов
по при
данным
и к.з.
Свойства
трансформатора
работеэкспериментов
его под нагрузкойх.х.
могут
быть
определены непосредственным его испытанием. Если включить транс
форматор на какую-либо нагрузку и изменять ее, то по показаниям
приборов можно определить, каким образом будет изменяться напря
жение на зажимах вторичной обмотки и КПД трансформатора.
Однако при испытании трансформатора под нагрузкой происхо
дит очень большой расход электроэнергии (тем больший, чем больше
мощность трансформатора), и для создания активной, индуктивной и
емкостной нагрузок необходимо громоздкое оборудование (реостаты,
индуктивные катушки и конденсаторы).
Кроме этого, непосредственное испытание трансформатора дает
очень неточные результаты.
Рабочие свойства трансформатора могут быть определены по дан
ным опытов холостого хода и короткого замыкания. При этом требуется
сравнительно малая затрата энергии, отпадает надобность в громозд
ком оборудовании, кроме того значительно повышается точность изме
рений, чем при непосредственном испытании.
По данным опыта холостого хода измеряют напряжения на первич
ной и вторичной обмотках U 1 и U2 , ток холостого хода 10 и потребляе
мую при холостом ходе мощность Р0, которая расходуется на покрытие
потерь в стали магнитопровода, т. е. Рcr = Р0•
По данным опыта короткого замыкания, измеряют напряжение
короткого замыкания Uк, ток первичной обмотки, равный номиналь
ному lн, и мощность Рк• потребляемую трансформатором при опыте
короткого замыкания и расходуемую на покрытие потерь в обмот
ках при номинальной нагрузке, т. е. Робм = Рк• сопротивления (полное,
активное и реактивное) трансформатора при коротком замыкании Zк,
Rк и Хк, а также относительные значения напряжения короткого замы
кания �. его активной U и реактивной uP составляющих.
8
,
ПРИМЕЧАНИЕ.
При испытании трехфазного трансформатора все ве- ]
личины
определяются для одной фазы.
'
�
По данным экспериментов холостого хода и короткого замыкания
можно найти напряжение на зажимах вторичной обмотки и КПД транс
форматора при любой нагрузке.
242
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Процентное понижение вторичного напряжения при любой
нагрузке равно:
Лu % = ((U20 - U2)/U20)x 100 = � (U8COSq>2 + 1\,Sinq>2),
где � = 1/18 - коэффициент нагрузки; 1 - ток при выбранной нагрузке;
q>2 - фазный сдвиг между напряжением и током вторичной обмотки.
Напряжение вторичной обмотки при нагрузке U2 = U20(1 - Лu/100),
где U20 - напряжение при холостом ходе.
вывод.
Напряжение вторичной обмотки зависит не только от
величины, но и от характера нагрузки.
При индуктивном характере нагрузки напряжение понижается
с ростом нагрузки в большей степени, чем при чисто активной. При
емкостном характере нагрузки происходит повышение напряжения с
ростом нагрузки.
Задаваясь значениями � и q>2 , можно определить Лu и U2 при любой
нагрузке трансформатора, не подвергая его испытанию под нагрузкой.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Коэффициентом полезного действия (КПд) или отда
чей трансформатора называется отношение полезной
мощности трансформатора Р2 к мощности, потребля
емой им из сети источника электрической энергии Р1,
т. е. '1 = Р2/Р1 .
Потребляемая мощность Р 1 будет всегда больше полезной мощно
сти Р2, так как при работе трансформатора происходит потеря преобра
зуемой им энергии. Потери в трансформаторе складываются из потерь
в стали магнитопровода Рст и потерь в обмотках Робм·
Таким образом, потребляемую трансформатором мощность можно
определить следующим выражением:
p l = Р2 + рст + робм •
Полезную мощность трансформатора находят следующим образом:
• для однофазного
Глава 27. Эксперименты с трансформаторами
• для трехфазного
Р2
243
= Jзu 2I2 COS<j)z.
Следовательно, КПД можно определить для однофазного и трехфаз
ного трансформатора для любой нагрузки Р2 так:
'1 = (U2l2COS(f) 2)/(U2l2COS(f)2 + Рст + Робм)i
ПРИМЕЧАНИЕ.
Наибольший КПД трансформатора будет при нагрузке,
для которой потери в стали равны потерям в обмот
ках. У современных трансформаторов КПД очень высок
и достигает при полной нагрузке 95-99,5%.
Задаются полезной мощностью Р2 , например, О, 25, 50, 75, 100,
125% номинальной мощности, и для каждой из выбранных мощностей
определяют потери в трансформаторе.
Потери в стали магнитопровода Рст зависят от марки стали, из кото
рой выполнен сердечник, от частоты тока сети и магнитной индукции
в сердечнике.
Так как частота тока сети и магнитная индукция остаются неизмен
ными при работе трансформатора, то и потери в стали не зависят от
нагрузки и остаются постоянными.
Потери в обмотках расходуются на нагревание проводников этих
обмоток проходящими по ним токами и пропорциональны току во вто
рой степени. Таким образом, при нагрузке 0,5 от номинальной токи в
обмотках будут вдвое, а потери в обмотках в четыре раза меньшими,
чем при номинальной нагрузке. Задаваясь значениями COS(l)2 , опреде
ляют КПД при любой нагрузке трансформатора.
Параметры, определяе_мые в ходе эксперимента
холостого хода однофазного трансформатора
1
По результатам измерений, проведенных в эксперименте холостого
хода трансформатора (рис. 27.4), определить:
а) коэффициент трансформации трансформатора
n = U1нofll2нoмi
244
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
�
б) амплитудные значения магнитного
потока и магнитной индукции в сердеч
нике трансформатора
в
�
фm = Ulнo,j4,44f1W1j
Bm = Ф.JS,
Рис. 27.4. Схема холостого хода
где W1 - число витков первичной обмотки
трансформатора; s - площадь попе
речного сечения сердечника трансформатора (вычислить по дан
ным замеров);
однофазного трансформатора
n = 220/22,8 = 9,6;
Zm = U/10 = 220/0,026 = 8461 Ом
1
Параметры, определяемые в ходе эксперимента
короткого замыкания однофазного трансформатора
По результатам измерений эксперимента короткого замыкания
можно определить электрические потери мощности в трансформаторе
РЭНОМРК .
Таблица 27.1
Результаты измерений
№
U,B
2
3
Измерения
1,мд
1"мд
17
19
66,2
32
140
400
500
700
1000
о
1
4
5
28
о
о
90,В
112
Можно считать, что при эксперименте короткого замыкания вся
мощностьРк' потребляемая трансформатором, идет на нагрев обмоток
трансформатора, т. е. равна электрическим
потерям Рэ в проводах обмоток при номи
U=З2В
нальной нагрузке:
V
-з2в
I1=0,14
=Рэ +Рм =I;
1 номD'к = 140x140xD
·
.а'к = 19600ВтхD
.а'к,
=
zк u111o = 32/0,14 = 228 Ом.
Рк
.а
А
А
□
@::
Рис. 27.5. Схема опыта короткого
замыкания однофазного
трансформатора
245
Глава 27. Эксперименты с трансформаторами
Э�перименты наrруэки
однофаэноrо трансформатора
1
Полный расчет трансформатора возможен только при наличии
ваттметра. Схемы экспериментов приведены на рис. 27.6-27.8.
ffi
раллельно €ключение
1 лампы
хламп
6В, 15Вт)
(26В, 15 Вт)
оследовательно
2хламп
68, 15Вт)
11=73,4мА
12=300мА
U2=21,4В
11=123,5мА
12=800мА
U2=20,1В
11=60мА
12=200мА
U2=21,8В
Рис. 17.6. Схемы эксперимента с малыми нагрузками:
1 - последовательно 2х ламп (26 В, 15 Вт); 2 - включение 1 лампы (26 В, 15 Вт);
3 - параллельно 2х ламп (26 В, 15 Вт);
ffi П:
раллельно
2хламп
6В, 35Вт)
I1=123,5мА
I2=800мА
U2=20,1В
раллельно Эхламп:
2хламп (26В, 35Вт)
1 лампу (26В, 5Вт)
re
�B
I1=73,4мА I1=60мА
12=300мА 12=200мА
U2=21,4 В U2=21,8В
Рис. 17.7. Схемы эксперимента с большими нагрузками:
1 + 2 - параллельно 3х ламп: 2х ламп (26 В, 35 Вт)+ 1 лампу (26 В, 5 Вт);
3 - параллельно 2х ламп (26 В, 35 Вт)
араллельно включены
лампы: две (26В, 15Вт)
одна (26В, 5Вт)
re
�B
I1=137,5мА
I2=1000мА
U2=19,78
Рис. 17.8. Схема эксперимента с номинальной нагрузкой:
параллельно включены 3 лампы: две (26 В, 15 Вт) и одна (26 В, 5 Вт)
Автотрансформаторы
1
В конструктивном отношении автотрансформатор подобен транс
форматору. На стальном магнитопроводе помещены две обмотки,
выполненные из проводников различного поперечного сечения. Конец
одной обмотки электрически соединяется с началом другой так, что две
последовательно соединенные обмотки образуют общую обмотку выс
шего напряжения.
246
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Обмоткой низшего напряжения, являющейся частью обмотки выс
шего напряжения, служит одна из двух обмоток автотрансформатора.
Таким образом, между обмотками высшего и низшего напряжений авто
трансформатора имеется не только магнитная, но и электрическая связь.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Первичное напряжение подведено к зажимам А-х
первичной обмотки с числом витков w 1 • Вторичной
обмоткой является часть первичной а-х с числом вит
ков w2 (рис. 27.9).
При холостом ходе 12 = О, пренебрегая падением
напряжения в активных сопротивлениях обмоток,
можно записать уравнения равновесия ЭДС для пер
вичной и вторичной обмоток:
U1 = Е 1 = 4,,44(1) 1 fФm ;
U2 = Е2 = 4,,44(1)2fФm.
11
W1
а
U1
в.
W2
,t
U2 Zн
Рис. 27.9. Схема
понижающего
трансформатора
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Отношение напряжения первичной и вторичной обмо
ток при холостом ходе называется коэффициентом
трансформации автотрансформатора, т. е.
U/l)1 = w✓w1 = п.
Если вторичную обмотку автотрансформатора з�мкнуть на какой
либо приемник энергии, то во вторичной цепи будет проходить ток 12 •
Пренебрегая потерями энергии, мощность, потребляемую автотранс
форматором из сети, можно принять равной мощности, отдаваемой во
вторичную сеть, т. е.
Р = U1l 1 = U2l2•
Откуда 1/12 = w.jw 1 = 1/n.
Глава 27. Эксперименты с трансформаторами
247
ВЫВОД.
Таким образом, основные соотношения трансформато
ра остаются без изменения в автотрансформаторах.
В общей части обмотки а.;х, принадлежащей сети высшего и низ
шего напряжения, проходят токи 1 1 и 12, направленные встречно.
Если пренебречь током холостого хода, величина которого очень
мала то можно считать, что токи 1 1 и 12 сдвинуты по фазе на 180° и
ток 112 в части обмотки а-х равен арифметической разности токов вто
ричной и первичной цепей, т. е.
112 = 12 - 11
= 12
(1 - 1/n).
В понижающем автотрансформаторе ток 112 совпадает по направле
нию с током 12, в повышающем - направлен противоположно току 12 •
у��
.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
i,
✓
,
ПРИМЕЧАНИЕ.
Преимуществом автотрансформатора перед транс
форматором той же полезной мощности является мень
ший расход активных материалов - обмоточного прово
да и стали, меньшие потери энергии, более высокий КПД,
меньшее изменение напряжения при изменении нагрузки.
Масса провода обмоток автотрансформатора меньше массы про
вода обмоток трансформатора при одинаковых плотностях тока. Это
объясняется тем, что у трансформатора· на магнитопроводе имеются
две обмотки:
• первичная с числом витков w 1 , поперечное сечение провода кото
рой рассчитано на ток 11 ;
• вторичная с числом витков w2 , поперечное сечение провода кото
рой рассчитано на ток 12 •
248
ЭЛЕКТРОТЕХН_И КА. От азов до создания практических устройств
У автотрансформатора также две обмотки, но одна из них (часть
А-а) имеет число витков ((&) 1 - (&)2) из провода, поперечное сечение кото
рого рассчитано на ток 1 1 , а другая (часть а-х) с числом витков (&)2 из
провода, поперечное сечение которого рассчитано на разность токов
12 - 11 = l12 ·
Поперечное сечение и масса стали магнитопровода автотрансфор
матора также меньше сечения и массы стали магнитопровода транс
форматора. Это объясняется тем, что в трансформаторе энергия из пер
вичной сети во вторичную передается магнитным путем в результате
электромагнитной связи между обмотками.
В автотрансформаторе энергия из первичной сети во вторичную
частично передается путем электрического соединения первичной и
вторичной сети, т. е. электрическим путем. Так как в процессе передачи
этой энергии магнитный поток не участвует, у автотрансформатора
электромагнитная мощность меньше, чем у трансформатора.
Полезная мощность автотрансформатора при активной нагрузке:
Р2 = U2l2 .
Имея в виду, что 12 = 11 + 112, получим:
Р2 = U2l1 + U2l12 = рэ + Рм ,
где Рэ - мощность, электрически поступающая во вторичную обмотку;
Рм - электромагнитная мощность автотрансформатора, определя
ющая необходимый магнитный поток, поперечное сечение и массу
стали магнитопровода.
Эта мощность является расчетной или габаритной мощностью
автотрансформатора.
Наряду с преимуществами автотрансформаторов перед трансфор
маторами они имеют существенные недостатки:
• малое сопротивление короткого замыкания, что обусловливает
большую кратность тока короткого замыкания;
• возможность попадания высшего напряжения в сеть низшего на
пряжения из-за электрической связи между этими сетями.
ВНИМАНИЕ.
Наличие электрической связи между сетью источника
и приемника энергии делает невозможным применять
автотрансформатор в том случае, когда приемник
энергии имеет заземленный полюс (в выпрямительных
устройствах).
249
Глава 27. Эксперименты с трансформаторами
Достоинства автотрансформаторов будут выражены тем сильнее,
чем коэффициент трансформации ближе к единице. Поэтому авто
трансформаторы применяют при небольших коэффициентах транс
формации (n = 1-2).
В трехфазных сетях используют трехфазные автотрансформаторы,
обмотки которых обычно соединяются звездой.
Измерительные
трансформаторы
1
Измерительные трансформаторы делятся на две группы (рис. 27.10):
• трансформаторы напряжения;
• трансформаторы тока.
Их применяют в цепях перемен
ного тока для расширения пределов
измерения измерительных приборов
и для изоляции этих приборов от токо
проводящих частей, находящихся под
высоким напряжением.
Трансформаторы напряжения
конструктивно представляют собой
б
обычные трансформаторы малой мощ
ности. Первичная обмотка такого
трансформатора включается в два
линейных провода сети, напряжение
которой измеряется или контролиру
ется. Во вторичную обмотку вклю Рис. 17.10. Трансформаторы: тока (а);
напряжения (б)
чают вольтметр или параллельную
обмотку ваттметра, счетчика или дру
гого измерительного прибора.
Коэффициент трансформации трансформатора напряжения выби
рают таким, чтобы при номинальном первичном напряжении напряже
ние вторичной обмотки было 100 В.
'-
/�
.
•
.
[//�
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
250
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Режим работы трансформатора напряжения подобен режиму холо
стого хода обычного трансформатора, так как сопротивление вольтме
тра или параллельной обмотки ваттметра, счетчика и т. п. велико и
током во вторичной обмотке можно пренебречь.
Включение во вторичную обмотку большого числа измерительных
приборов нежелательно. Если параллельно вольтметру, включенному
во вторичную обмотку подсоединить еще один вольтметр или парал
лельную обмотку ваттметра, счетчика и т. п., то ток во вторичной
обмотке увеличится. Это вызовет падение напряжения на зажимах
вторичной обмотки, и точность показания приборов понизится.
Трансформаторы тока служат для преоб
разования переменного тока большой величины
в ток малой величины и изготовляются таким
образом, чтобы при номинальном токе первич
а
б
ной цепи во вторичной обмотке ток был 5 А.
Рис. 27.1.1. Схема
Первичная обмотка трансформатора тока
измерительных
включается
в разрез линейного провода (после
трансформаторов:
напряжения (а); тока (б) довательно с нагрузкой), ток в котором, измеря
ется; вторичная обмотка замкнута на ампер
метр или на последовательную обмотку ваттметра, счетчика и т. п., т. е.
соединена с измерительным прибором, имеющим малое сопротивле
ние (рис. 27.11).
]1[
t
,
ПРИМЕЧАНИЕ.
1 Режим работы трансформатора тока существенно отличен от режима работы обычного трансформатора.
'
/
В обычном трансформаторе при изменении нагрузки магнитный
поток в сердечнике остается практически неизменным, если постоянно
приложенно напряжение.
Если в обычном трансформаторе уменьшить ·нагрузку, т. е. силу
тока во вторичной обмотке, то и в первичной обмотке сила тока пони
зится, и если вторичную обмотку разомкнуть, то сила тока в первичной
обмотке уменьшится до тока холостого хода 10 •
При работе трансформатора тока его вторичная обмотка замкнута
на измерительный прибор с малым сопротивлением, и режим работы
трансформатора близок к короткому замыканию. Поэтому магнитный
поток в магнитопроводе трансформатора мал.
wдгVII
АСИНХРОННЫЕ
ДВИГАТЕЛИ
Глава 28. Устройство асинхронного двигателя
Глава 29. Принцип действия асинхронного двигателя
Глава JO. Применение асинхронных двигателей
ГЛАВА 28
УСТРОЙСТВО
АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
1
Общие сведения
об электрических машинах
Электрические машины широко применяют на электрических
станциях, в промышленности, на транспорте, в авиации, в системах
автоматического регулирования и управления, в быту.
Электрические машины преобразуют механическую энергию в
электрическую, и наоборот.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Машина, преобразующая механическую энергию в элек
трическую, называется генератором. Преобразование
электрической энергии в механическую осуществляет
ся двигателями. Любая электрическая машина может
быть использована как в качестве генератора, так и в
качестве двигателя.
Свойство электрической машины изменять направление пре
образуемой ею энергии называется обратимостью машины.
Электрическая машина может быть также использована для преобра
зования электрической энергии одного рода тока (частоты, числа фаз
переменного тока, напряжения постоянного тока) в энергию другого
рода тока. Такие электрические машины называются преобразовате
лями.
253
Глава 28. Устройство асинхронного двигателя
В зависимости от рода тока электроустановки, в которой должна
работать электрическая машина, они делятся на две катагории:
машины постоянного тока и машины переменного тока.
Машины переменного тока могут быть как однофазными, так и
мноfофазными. Наиболее широкое применение нашли трехфазные
синхронные и асинхронные машины, а также коллекторные машины
переменного тока, которые допускают экономичное регулирование
частоты вращения в широких пределах.
г;�
i'
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение (<Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Принцип действия
электрических машин
1
Принцип действия электрических машин основан на использо
вании законов электромагнитной индукции и электромагнитных сил.
Если в магнитном поле полюсов постоянных магнитов или электро
магнитов (рис. 28.1) поместить проводник и под действием какой
либо силы F 1 перемещать его перпендикулярно магнитным линиям,
то в нем возникает ЭДС, равная:
Е = Blv,
где В- магнитная индукция в месте, где находится проводник;
1 - активная длина проводника (та часть, которая находится в
магнитном поле);
v - скорость перемещения проводника в магнитном поле.
Направление ЭДС (на рис. 28.1 от зрителя за
плоскость чертежа), индуктируемой в проводнике,
определяется согласно правилу правой руки.
Если этот проводник замкнуть на какой
либо приемник энергии, то в замкнутой цепи
под действием ЭДС будет протекать ток, совпа
дающий по направлению с ЭДС в проводнике.
В результате взаимодействия тока в прово
днике с магнитным полем полюсов создается
F1
Рис. 28.1.. Схема,
поясняющая
принцип действия
электрической машины
254
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
электромагнитная сила F3, направление которой определяется по
правилу левой руки. Эта сила будет направлена навстречу силе,
перемещающей проводник в магнитном поле.
При равенстве сил F 1 = Fэ проводник будет перемещаться с посто
янной скоростью. Следовательно, в такой простейшей электрической
машине механическая энергия, затрачиваемая на перемещение прово
дника, преобразуется в энергию электрическую, отдаваемую сопротивле
нию внешнего приемника энергии, т. е. машина работает генератором.
Та же простейшая электрическая машина может работать двига
телем. Если от постороннего источника электрической энергии через
проводник пропустить ток, то в результате взаимодействия тока в
проводнике с магнитным полем полюсов создается электромагнит
ная сила F11, под действием которой проводник начнет перемещаться
в магнитном поле, преодолевая силу торможения какого-либо меха
нического приемника энергии.
Таким образом, рассмотренная машина так же, как и любая элек
трическая машина, обратима, т. е. может работать как генератором,
так и двигателем.
Для увеличения ЭДС и электромеханических сил электрические
машины имеют обмотки, состоящие из большого числа проводов,
которые соединяются между собой так, чтобы ЭДС в них были одина
ково направлены и складывались.
ЭДС в проводнике будет индуктирована таюке и в том случае, когда
проводник неподвижен, а перемещается магнитное поле полюсов.
1
Принцип действия
асинхронного двигателя
Наибольшее распространение среди электрических двигателей
получил трехфазный асинхронный двигатель, впервые сконструиро
ванный известным русским электриком М. О. Доливо-Добровольским.
Асинхронный двигатель отличается простотой конструкции и неслож
ностью обслуживания. Как и любая машина переменного тока, асинхрон
ный двигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Статором называется неподвижная
тором - ее вращающаяся часть.
часть машины, ро
'\
Глава 28. Устройство асинхронного двигаl'еля
255
Асинхронная машина обладает свойством обратимости, т. е.
может быть использована как в режиме генератора, так и в режиме дви
гателя. Из-за ряда существенных недостатков асинхронные генера
торы практически почти не применяются, тогда как асинхронные дви
гатели получили очень широкое распространение.
Многофазная обмотка переменного тока создает вращающееся
магнитное поле, частота вращения которого в минугу n 1 = 60f/p.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Если ротор вращается с частотой, равной частоте
вращения магнитного поля (п2 = n,}, то такая частота
называется синхронной. Если, ротор вращается с ча
стотой, не равной частоте вращения магнитного поля
(п2 ._ п,}, то такая частота называется асинхронной.
В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только
при асинхронной частоте, т. е. при частоте вращения, не равной частоте
вращения магнитного поля.
Частота вращения ротора
может очень мало отличаться
от частоты вращения поля, рукоятка
но при работе двигателя она
будет всегда меньше (n2 < n1).
Работа асинхронного
двигателя основана на явле
нии, названном «диск Араrо
Ленца» (рис. 28.2). Это явле Рис. 28.2. Схема, поясняющая принцип действия
асинхронного двигателя
ние заключается в следующем: если перед полюсами постоянного магнита поместить медный
диск, свободно сидящий на оси, и начать вращать магнит вокруг его оси
при помощи рукоятки, то медный диск будет вращаться в том же направ
лении. Это объясняется тем, что при вращении магнита его магнитное
поле пронизывает диски и индуктирует в нем вихревые токи.
В результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем
магнита возникает сила, приводящая диск во вращение.
ЗАКОН.
На основании закона Ленца направление всякого индук
тированноzо тока таково, что он противодействует
причине, его вызвавшей.
256
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Поэтому вихревые токи в теле диска стремятся задержать вращение
магнита, но, не имея возможности сделать это, приводят диск во враще
ние так, что он следует за магнитом. При этом частота вращения диска
всегда меньше, чем частота вращения магнита.
Если бы эти частоты почему-либр стали одинаковыми, то магнит
ное поле не перемещалось бы относительно диска и, следовательно, в
нем не возникали бы вихревые токи, т. е. не было бы силы, под дей
ствием которой диск вращается.
В асинхронных двигателях постоянный магнит замен вращаю
щимся магнитным полем, создаваемым трехфазной обмоткой статора
при включении ее в сеть переменного тока.
Вращающееся магнитное поле статора пересекает обмотки ротора
и индуктирует в них ЭДС. Если обмотка ротора замкнута на какое-либо
сопротивление или накоротко, то по ней под действием индуктируемой
ЭДС проходит ток.
В результате взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающимся
магнитным полем обмотки статора создастся вращающий момент, под
действием которого ротор начинает вращаться по направлению враще
ния магнитного поля.
Если предположить, что в какой-то момент времени частота вра
щения ротора оказалась равной частоте вращения поля статора, то
проводники обмотки ротора не будут пересекать магнитное поле ста
тора и тока в роторе не будет. В этом случае вращающий момент ста
нет равным нулю, и частота вращения ротора уменьшится по сравне
нию с частотой вращения поля статора, пока не возникнет вращающий
момент, уравновешивающий тормозной момент, который складыва
ется из момента нагрузки на валу и момента сил трения в машине.
Для изменения направления вращения ротора, т. е. для реверсиро
вания двигателя, необходимо изменить направление вращения маг
нитного поля, созданного обмоткой статора.
,
ПРИМЕЧАНИЕ.
Это достигается изменением чередования фаз обмоток статора, для чего следует поменять местами по
отношению к зажимам сети любые два из трех прово
дов, соединяющих обмотку статора с сетью.
'
Реверсивные двигатели снабжаются переключателями, при помощи
которых можно изменять чередование фаз обмоток статора, а, следова
тельно, и направление вращения ротора.
Глава 28. Устройство асинхронного двигателя
257
Вне зависимости от направления вращения ротора его частота n2 ,
как уже указывалось, всегда меньше частоты вращения магнитного
поля статора.
В качестве иллюстрации материала книги пред- 1.:.1
• •.
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
· :.
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру r:,
·
L!J.
на расположенный рядом Q.R-код.
Устройство
асинхронного двигателя
1
Сердечник статора (рис. 28.3) набирается из стальных пластин тол
щиной 0,35 или 0,5 мм. Пластины штампуют с впадинами (пазами),
изолируют лаком или окалиной для уменьшения потерь на вихревые
токи, собирают в отдельные пакеты и крепят в станине двигателя.
К станине прикрепляют также
боковые щиты с помещенными
на них подшипниками, на кото
рые опирается вал ротора. Станину
устанавливают на фундаменте.
В продольные пазы статора
укладывают проводники его
сердечник
обмотка
обмотки, которые соединяют между
станина
собой так, что образуется трехфаз
ная система. На щитке машины
Рис. 28.J. Устройство статора
имеется шесть зажимов, к которым
асинхронного двигателя
присоединяются начала и концы
обмоток каждой фазы.
Для подключения обмоток статора к трехфазной сети они могут быть
соединены звездой или треугольником, что дает возможность включать
двигатель в сеть с двумя различными линейными напряжениями.
Например, двигатель может работать от сети с напряжением 220
и 127 В. На щитке машины указаны оба напряжения сети, на которые
рассчитан двигатель, т. е. 220/127 В или 380/220 В.
258
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ПРИМЕЧАНИЕ.
Для более низких напряжений, указанных на щитке, об
мотка статора соединяется треугольником, для более
высоких - звездой.
m�
При соединении обмотки статора тре
угольником на щитке машины верхние
зажимы объединяют перемычками с ниж
ними (рис. 28.4). Причем каждую пару сое
диненных вместе зажимов подключают к
д
у
б
а
линейным проводам трехфазной сети.
Рис. 28.4. Соединение зажимов
Для включения звездой три нижних
на щитке двигателя при
зажима
на щитке соединяют перемычками
включении обмотки статора:
в
общую
точку, а верхние подключают к
треугольником (а); звездой (б)
линейным проводам трехфазной сети.
Сердечник ротора (рис. 28.5, а) также набирают из стальных пла
стин толщиной 0,5 мм, изолированных лаком или окалиной для умень
шения потерь на вихревые токи.
Пластины штампуют с впадинами и собирают в пакеты, которые
крепят на валу машины. Из пакетов образуется цилиндр с продоль
ными пазами, в которые укладывают проводники обмотки ротора.
В зависимости от типа обмотки асинхронные машины могут
быть двух типов:
• с фазными роторами;
• с короткозамкнутыми роторами.
В пазах ротора укладывают массивные стержни, соединенные на
торцовых сторонах медными кольцами (рис. 28.5, а). Короткозамкнутая
обмотка ротора выполняется по типу беличьеrо колеса (рис. 28.5, б).
Л1 Л2 ЛЗ
Л1 Л2 ЛЗ
а
медные кольца
б
Рис. 28.5. Ротор короткозамкнутого асинхронного двигателя:
а - устройство; б - обмотка
Глава 28. Устройство асинхронного двигателя
259
Часто короткозамкнутую обмотку ротора изготавливают из алюми
ния. Алюминий в горячем состоянии заливают в пазы ротора под дав
лением.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Такая обмотка всегда замкнута накоротко, и включение
сопротивлений в нее невозможно.
Фазная обмотка ротора выполнена подобно статорной, т. е. про
водники соответствующим образом соединены между собой, образуя
трехфазную систему.
Обмотки трех фаз соединены звездой. Начала этих обмоток под
ключены к трем контактным медным кольцам, укрепленным на валу
ротора. Кольца изолированы друг от друга и от вала, вращаются вместе
с ротором.
При вращении колец поверхности их скользят по угольным или
медным щеткам, неподвижно укрепленным над кольцами. Обмотка
ротора может быть замкнута на какое-либо сопротивление или нако
ротко, при помощи указанных щеток.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Двигатели с замкнутым ротором проще и надежнее в
эксплуатации, значительно дешевле, чем двигатели с
фазным ротором. Однако двигатели с фазным ротором,
как мы увидим ниже, обладают лучшими пусковыми и ре
гулировочными свойствами.
В настоящее время асинхронные двигатели выполняют преимуще
ственно с короткозамкнутым ротором и лишь при больших мощностях
и в специальных случаях используют фазную обмотку ротора.
260
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В России произ1юдят асинхронные двигатели мощностью от
нескольких десятков ватт до 15000 кВт при напряжениях обмотки ста
тора до 6 кВ.
Между статором и ротором имеется воздушный зазор, величина
которого оказывает существеннее влияние на рабочие свойства двигателя.
Наряду с важными положительными качествами - простотой кон
струкции и обслуживания, малой стоимостью - асинхронный двига
тель имеет и некоторые недостатки, из которых наиболее существен
ным является относительно низкий коэффициент мощности (cosq,).
У асинхронного двигателя cosq, при полной нагрузке может дости
гать значений 0,85-0,9; при недогрузках двигателя его cosq, резко
уменьшается и при холостом ходе составляет 0,2-0,3.
Низкий коэффициент мощности асинхронного двигателя объ
ясняется большим потреблением реактивной мощности, которая необ
ходима для возбуждения магнитного поля. Магнитный поток в асин
хронном двигателе встречает на своем пути воздушный зазор между
статором и ротором, который в большой степени увеличивает магнит
ное сопротивление, а, следовательно, и потребляемую двигателем реак
тивную мощность.
В целях повышения коэффициента мощности асинхронных двига
телей воздушный зазор стремятся делать, возможно, меньшим, доводя
его у малых двигателей (порядка 2-5 кВт) до 0,3 мм. В двигателях
большой мощности воздушный зазор приходится увеличивать по кон
структивным соображениям, но все же он не превышает 2-2,5 мм.
ГЛАВА 29
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
АСИНХРОННОГО
ДВИГАТЕЛЯ
1
Работа асинхронного двигател�
под нагруэкои
В рабочем режиме ротор двигателя вращается с частотой
n , мень
2
шей частоты n 1 магнитного поля статора, вращающегося в том же
направлении, что и ротор.
Поэтому магнитное поле, имеющее большую частоту, скользит
относительно ротора с частотой (об/мин), равной разности частот поля
и ротора, т. е. П5 = n1 - n2 .
Относительное отставание ротора от вращающегося магнитного
поля статора характеризуется скольжением S.
Скольжение представляет собой отношение разности частот враще
ния магнитного поля статора и вращающегося ротора к частоте поля
статора
S = n/n1 = (n1
-
n2)/n1 •
Эта формула определяет скольжение в относительных единицах.
Скольжение может быть таюке выражено в процентах:
S = ((n1 - n2)/n1 ))(100%.
Если ротор неподвижен (n2 = О), то скольжение равно единице или
100%.
Если ротор вращается синхронно с магнитным полем, т. е. с одина
ковой частотой (n2 = n1 ), то скольжение равно нулю.
262
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Таким образом, чем больше частота вращения ротора, тем меньше
скольжение.
В рабочем режиме асинхронного двигателя скольжение мало.
У современных асинхронных двигателей скольжение при полной
нагрузке составляет 3-5%, т. е. ротор вращается с частотой, незначи
тельно отличающейся от частоты магнитного поля статора. При холо
стом ходе, т. е. при отсутствии нагрузки на валу, скольжение ничтожно
мало и может быть принято равным нулю.
Частоту вращения ротора.можно определить из следующих соот
ношений:
D2 = D 1
-
D5 = D 1 (1 - S) = (60f/p) (1 - S).
Двигатель будет работать устойчиво с постоянной частотой враще
ния ротора при равновесии моментов, т. е. если вращающий двигателя
М будет равен тормозному моменту на валу двигателя �, который раз
вивает приемник механической энергии, например, резец токарного
станка. Следовательно, можно записать: М = �Любой нагрузке машины соответствует определенная частота вра
щения ротора n2 и определенное скольжение S.
Магнитное поле статора вращается относительно ротора с часто
той D5 и индуктирует в его обмотке ЭДС Е2, под действием которой по
замкнутой обмотке ротора проходит ток 12 •
Если нагрузка на валу машины увеличилась, т. е. возрос тормозной
момент, то равновесие моментов будет нарушено, так как тормозной
момент окажется больше вращающего.
Это приведет к уменьшению частоты вращения ротора, а, следова
тельно, к увеличению скольжения. С увеличением скольжения магнит
ное поле будет пересекать проводники обмотки ротора чаще, ЭДС Е2 ,
индуктированная в обмотке ротора, возрастет, а в результате как ток в
роторе, так и развиваемый двигателем вращающий момент.
Скольжение и ток в роторе будут увеличиваться до значений, при
которых вновь наступит равновесие моментов, т. е. вращающий момент
станет равным тормозному.
Также протекает процесс изменения частоты вращения ротора и
развиваемого момента при уменьшении нагрузки двигателя.
С уменьшением нагрузки на валу двигателя тормозной момент ста
новится меньше вращающего, что приводит к увеличению частоты вра
щения ротора или к уменьшению скольжения.
В результате уменьшаются ЭДС и ток в обмотке ротора, а, следова
тельно, и вращающий момент, который вновь становится равным тор
мозному моменту.
Глава 29. Принцип действия асинхронного двигателя
263
Магнитное поле статора пересекает проводники обмотки статора
и индуктирует в ней ЭДС Е 1 , которая уравновешивает приложенное
напряжение сети U1•
Если пренебречь падением напряжения в сопротивлении обмотки
статора, которое мало по сравнению с ЭДС, то между абсолютными
значениями приложенного напряжения и ЭДС обмотки статора можно
допустить приближенное равенство, т. е.
U1 = El"
Таким образом, при неизменном напряжении сети будет неизменна
и ЭДС обмотки статора. Следовательно, магнитный поток в воздушном
зазоре машины, также как в трансформаторе, при любом изменении
нагрузки остается примерно постоянным.
Ток обмотки ротора создает свое магнитное поле, которое направ
лено противоположно магнитному полю тока обмотки статора. Чтобы
результирующий магнитный поток в машине оставался неизменным
при любом изменении нагрузки двигателя, размагничивающее магнит
ное поле обмотки ротора должно быть уравновешено магнитным полем
обмотки статора. Поэтому при увеличении тока в обмотке ротора уве
личивается и ток в обмотке статора.
вывод.
/
Таким образом, асинхронный двигатель подобен трансформатору, у которого при увеличении тока во вторич
ной обмотке увеличивается ток в первичной обмотке.
'
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Вращающий момент
асинхронного
двигателя
Вращающий момент асинхронного двигателя
создается
при взаи
модействии вращающегося магнитного поля статора с токами в про
водниках обмотки ротора. Поэтому вращающий момент зависит как от
магнитного потока статора Фm, так и от тока в обмотке ротора 12 •
264
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Однако в процессе преобразования энергии (создании вращающего
момента) участвует только активная мощность, потребляемая маши
ной из сети. Вследствие этого вращающий момент зависит не от тока в
обмотке ротора 12 , а только от его активной составляющей, т. е. 12 xcos'1'2,
где '1'2 - фазный угол между ЭДС и током в обмотке ротора.
Таким образом, вращающий момент асинхронного двигателя опре
деляется следующим выражением:
М = С Фml2COS'l'2
где С - конструктивная постоянная машины, зависящая от числа ее
полюсов и фаз, числа витков обмотки статора и конструктивного
выполнения обмотки.
При условии постоянства приложенного напряжения магнит
ный поток остается также почти постоянным при любом изменении
нагрузки двигателя.
Таким образом, в выражении вращающего момента величины Фm и
С постоянны и вращающий момент пропорционален только активной
составляющей тока в обмотке ротора, т. е. М - l2cos'I'2 •
Изменение нагрузкц или тормозного момента на валу двигателя
изменяет частоту вращения ротора и скольжение, что вызовет изме
нение как тока в роторе 12 , так и его активной составляющей 12 cos'I'2 •
Можно ток в роторе определить отношением ЭДС к полному сопро
тивлению, т. е.
1
2
= Е2 =
R2
Е2
и cos q,2 =
Z 2 JR; +Х;
✓R; +Х;'
где Z2 , R2 и Х2 - полное, активное и реактивное сопротивления фазы
обмотки ротора.
Вместе со скольжением изменяется частота тока ротора. При непод
вижном роторе (n2 = О и S = 1) вращающееся поле с одинаковой часто
той пересекает проводники обмотки статора и ротора и частота тока в
роторе равна частоте тока в сети (f2 = f1 ).
При уменьшении скольжения обмотка ротора пересекается магнит
ным полем с меньшей частотой, так что частота тока в роторе умень
шается. Когда ротор вращается синхронно с полем (n2 = n1 и S = О), про
водники обмотки ротора не пересекаются магнитным полем, так что
частота тока в роторе равна нулю f2 = О. Таким образом, частота тока в
роторе пропорциональна скольжению, т. е. f2 = Sf1 .
Активное сопротивление обмотки ротора почти не зависит от
частоты, тогда как ЭДС и реактивное сопротивление пропорциональны
частоте, т. е. изменяются с изменением скольжения, и могут быть опре
делены следующими выражениями: Е2 = SE и Х2 = SX, где Е и Х - соот-
265
Глава 29. Принцип действия асинхронного двигателя
ветственно ЭДС и индуктивное соnротивление фазы обмотки непод
вижного ротора. Таким образом, имеем:
SE
1 2 = ---;=====; cos '112 =
✓R; +(SX)
2
и вращающий момент
R2
✓R; +(SX)
2
М2 = l2cos'l'2 = SER:/(R\ + (SX)2)
Следовательно, при небольших скольжениях (примерно до 20%),
когда SX мало по сравнению с R2 , увеличение скольжения вызывает
повышение вращающего момента, так как при этом возрастает актив
ная составляющая тока в роторе (l2cos'I'2).
При больших скольжениях (SX>R2) увеличение скольжения будет
вызывать уменьшение вращающего момента.
Таким образом, хотя и возрастает ток в
м
роторе 12 , но его активная составляющая l2cos'I'2
и, следовательно, вращающий момент умень
шатся вследствие значительного повышения
реактивного сопротивления обмотки ротора.
На рис. 29.1 показана зависимость враща
Sm
ющего момента от скольжения. При некотором
скольжении Sm (примерно 20%) двигатель разви
Рис. 29.1.. Зависимость
вращающего момента
вает максимальный момент, который определяет
асинхронного двигателя
перегрузочную способность двигателя и обычно в
от скольжения
2-3 раза превышает номинальный момент.
,
ПРИМЕЧАНИЕ.
Устойчивая работа двигателя возможна только на восходящей ветви кривой зависимости момента от сколь
жения (рис. 29.1), т. е при изменении скольжения в пре
делах от о до sm.
'
Работа двигателя на нисходящей ветви указанной зависимости,
(при скольжении S > Sm) невозможна, так как не обеспечивается устой
чивое равновесие моментов.
Если предположить, что вращающий момент был равен тормозному
(М = Мт) в точках А и Б, то при случайном нарушении равновесия момен
тов в одном случае оно восстанавливается, а в другом не восстанавливается.
Допустим, что вращающий момент двигателя почему-либо умень
шился (например, при понижении напряжения сети), тогда скольжение
начнет увеличиваться.
266
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Если равновесие моментов было в точке А, то увеличение сколь
жения вызовет увеличение вращающего момента двигателя, и он ста
нет вновь равным тормозному моменту, т. е. равновесие моментов вос
становится.
Если же равновесие моментов было в точке Б, то увеличение
скольжения вызовет уменьшение вращающего момента, который будет
оставаться всегда меньше тормозного, т. е. равновесие моментов не вос
становится и частота вращения ротора будет непрерывно уменьшаться
до полной остановки двигателя.
Если приложить к валу двигателя тормозной момент, больший мак
симального момента, то равновесие моментов нарушится, и ротор дви
гателя остановится.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Вращающий момент двигателя пропорционален ква
драту приложенного напряжения, ведь пропорциональ
ны напряжению и магнитный поток, и ток в роторе.
Поэтому изменение напряжения в сети вызывает значительное
изменение вращающего момента.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Рабочие характеристики
асинхронного двигателя
Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют
собой зависимости скольжения S, частоты вращения ротора n2 , раз
виваемого момента М, потребляемого тока 1 1 , расходуемой мощности
Р 1 , коэффициента мощности cos<p и кrщ 11 от полезной мощности Р2 на
валу машины.
Эти характеристики (рис. 29.2) снимаются при естественных усло
виях работы двигателя, т. е. двигатель нерегулируемый, частота тока
f1 и напряжение U1 сети остаются постоянными, а изменяется только
нагрузка на валу двигателя.
267
Глава 29. Принцип действия асинхронного двигателя
11
Р1
При увеличении нагрузки на валу дви s
..•••• ., ��J.cos,p
n2
,,..
гателя скольжение возрастает, причем при м
,, .. /-;r��
.
11/ /'
/ :п2
больших нагрузках скольжение увеличивается Р111
1
//
несколько быстрее, чем при малых.
А.,,--:,.,
При холостом ходе двигателя скольжение
,r·,., м
1
,,
1
очень мало (n2 - n1 или S - О).
Р2
.
,,,
•!
.
..
§
.
.........
При номинальной нагрузке скольжение
обычно составляет S = 3-5% (0,95).
Рис. 19.1. Рабочие
характеристики
Частота вращения ротора n2 = n1(1 - S) =
асинхронного двигателя
= (60f/p)x(l _ S).
При увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастает,
а частота вращения будет уменьшаться. Однако, изменение частоты
вращения при увеличении нагрузки от О до номинальной не qревышает
5 %. Поэтому скоростная характеристика асинхронного двигателя явля
ется жесткой - она имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.
Вращающий момент М, развиваемый двигателем, уравновешен
тормозным моментом М,. на валу и моментом М0 идущим на преодо
ление механических потерь, т. е.
L
,/
COS(j)
'1
••• "'/..
/ /
1
1
1
1
,
М = М,. + М0 = Р/02 - М0
· где Р2 - полезная мощность двигателя;
'12 - угловая скорость ротора.
При холостом ходе двигателя М = Мо с увеличением нагрузки на валу
вращающий момент также увеличивается, причем за счет некоторого
уменьшения частоты вращения ротора увеличение вращающего момента
происходит быстрее, чем увеличение полезной мощности на валу.
Ток 1 1 , потребляемый двигателем из сети, неравномерно изменя
ется с увеличением нагрузки на валу двигателя.
При холостом ходе cos<p мал, а ток имеет большую реактивную
составляющую.
При малых нагрузках на валу двигателя активная составляющая
статора меньше реактивной составляющей, поэтому активная состав
ляющая тока незначительно влияет на ток 1 1 , определяющийся в основ
ном реактивной составляющей.
При больших нагрузках активная составляющая тока статора ста
новится больше реактивной, и изменение нагрузки вызывает большое
изменение тока 1 1 •
Графически зависимость потребляемой двигателем мощности Р 1
выражается прямой линией, незначительно отклоняющейся вверх от
прямой при больших нагрузках. Это объясняется увеличением потерь
в обмотках статора и ротора с возрастанием нагрузки.
268
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Коэффициент мощности изменяется в зависимости от нагрузки
на валу двигателя следующим образом. При холостом ходе cosqi мал
(порядка 0,2), так как активная составляющая тока статора, обусловлен
ная потерями мощности в машине, мала по сравнению с реактивной
составляющей этого тока, создающей магнитный поток.
При увеличении нагрузки на валу cosqi возрастает (достигая наи
большего значения 0,8-0, 95) в результате увеличения активной
составляющей тока статора.
При очень больших нагрузках происходит некоторое уменьшение
cosqi, так как вследствие значительного увеличения скольжения и частоты
тока в роторе возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.
Кривая КПД '1 имеет такой же вид, как в любой машине или транс
форматоре. При холостом ходе КПД равен нулю. С увеличением
нагрузки на валу двигателя КПД резко увеличивается, а затем уменьша
ется. Наибольшего значения кrщ достигает при такой нагрузке, когда
потери мощности в стали и механические потери, не зависящие от
нагрузки, равны потерям мощности в обмотках статора и ротора, зави
сящим от нагрузки.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю iюсмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
ГЛАВА 30
ПРИМЕНЕНИЕ
АСИНХРОННЬIХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
Пуск в ход
асинхронных двигателей
1
При включении асинхронного двигателя в сеть перемен
ного тока по обмоткам его статора и ротора будут проходить токи, в
несколько раз больше номинальных. Это объясняется тем, что при
неподвижном роторе вращающееся магнитное поле пересекает его
обмотку с большой частотой, равной частоте вращения магнитного
поля в пространстве, и индуктирует в этой обмотке большую ЭДС. Эта
ЭДС создает большой ток в цепи ротора, что вызывает возникновение
соответствующего тока и в обмотке статора.
При увеличении частоты вращения ротора скольжение уменьша
ется, что приводит к уменьшению ЭДС и тока в обмотке ротора. Это, в
свою очередь, вызывает уменьшение тока в обмотке статора.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Большой пусковой ток нежелателен как для двигателя,
так и для источника, от которого двигатель получает
энергию. При частых пусках большой ток приводит к рез
кому повышению температуры обмоток двигателя, что
может вызвать преждевременное старение их изоляции.
'
/
270
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В сети при больших токах понижается напряжение, которое оказывает
влияние на работу других приемников энергии, включенных в эту же сеть.
Поэтому прямой пуск двигателя непосредственным включением
его в сеть допускается только в том случае, _когда мощность двигателя,
намного меньше мощности источника энергии, питающего сеть.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Если мощность двигателя соизмерима с мощностью
источника энергии, то необходимо уменьшить ток, по�
требляемый этим двигателем при пуске в ход.
Двигатели с фазным рото
ром обладают очень хоро
шими пусковыми свойствами.
Для уменьшения пускового
тока обмотку· ротора замы
кают на активное сопротив
ление, называемое пусковым
реостатом (рис. 30.1).
При включении такого
сопротивления в цепь обмотки
Рис. 30.1. Схема включения пускового реостата ротора ток в ней уменьшается,
в цепь фазного ротора асинхронного двигателя а, следовательно, уменьшаются токи как в обмотке ста
тора, так и потребляемый двигателем из сети. При этом увеличится
активная составляющая тока ротора и, следовательно, вращающий
момент, развиваемый двигателем при пуске в ход.
Пусковые реостаты имеют несколько контактов, поэтому можно
постепенно уменьшать сопротивление, введенное в цепь обмотки
ротора. После достижения ротором нормальной частоты вращения рео
стат полностью выводится, т. е. обмотку ротора замыкают накоротко.
При нормальной частоте ротора скольжение мало и ЭДС, индукти
руемая в его обмотке, также незначительна. Поэтому никакие добавоч
ные сопротивления в цепи ротора не нужны.
ВНИМАНИЕ.
/
Пусковые реостаты работают непродолжительное
время в процессе разгона двигателя и рассчитываются
на кратковременное действие. Если оставить реостат
'- включенным длительное время, то он выйдет из строя.
'
,1
271
Глава 30. Применение асинхронных двигателей
Двигатели с короткозамкнутым ротором при малой мощности их
по сравнению с мощностью источника энергии пускают в ход непосред
ственным включением в сеть.
При большой же мощности двигателей пусковой ток уменьшают,
понижая приложенное напряжение. Для понижения напряжения на
время пуска двигатель включают в сеть через понижающий автотранс
форматор или реакторы. При вращении ротора с нормальной частотой
вращения двигатель переключают на полное напряжение сети.
Недостатком такого способа пуска двигателя в ход является рез
кое уменьшение пускового момента. Для уменьшения пускового тока
в N раз необходимо приложенное напряжение понизить также в N
раз. При этом пусковой момент, пропорциональный квадрату напря
жения, уменьшится в № раз. Таким орразом, понижение напряжения
допустимо при пуске двигателя без
нагрузки или при малых нагрузках,
когда пусковой момент может быть
небольшим.
Часто двигатель пускают в ход
посредством переключения обмотки
статора со звезды на треугольник
(рис. 30.2). В момент пуска обмотку
статора соединяют звездой, а после
того как двигатель разовьет частоту
,
вращения, близкую к нормальной, ее
переключают треугольником.
При таком способе пуска двига
.______,
,,
теля в ход пусковой ток в сети умень
шается в три раза по сравнению с
Рис. 30.2. Схема пуска
пусковым током, который потре
короткозамкнутого асинхронного
блялся бы двигателем, если бы при двигателя с переключением обмотки
статора со звезды на треугольник
пуске обмотка статора была соедииена треугольником.
Этот способ пуска можно применять для двигателя, обмотка ста
тора которого при питании от сети данного напряжения должна быть
соединена треугольником.
л:
1
1
I
I
/
1
1
1
\
\
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
:л
272
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Двигатели с ул�чшенными
пусковыми
своиствамии надежность в эксплуатации двигателей
Простота конструкции
с короткозамкнутым ротором являются их существенным достоин
ством, благодаря чему они получили широкое применение в промыш
ленности. На эти двигатели имеют плохие пусковые характеристики.
Значительное улучшение пусковых характеристик асинхронных
двигателей с короткозамкнутым ротором достигается изменением
конструкции ротора: используют роторы с двойной короткозамкнутой
обмоткой и с глубокими пазами.
Ротор с двойной корот
козамкнут ой обмоткой
был впервые предложен
М. О. Доливо-Добровольским
в 1889 г. Он имеет две корот
козамкнутые
обмотки,
а
выполненные в виде бели
чьих клеток (рис. 30.3, а).
Число пазов верхней А
и нижней Б клеток может
Рис. JO.J. Схема устройства ротора:
быть одинаково или раз
а - с двайнай караткаэамкнутой обмоткой;
лично. Наружная обмотка А
б - с глубокими пазами
выполнена из стержней
малого поперечного сечения, а внутренняя обмотка Б - из стержней
большого поперечного сечения. Поэтому активное сопротивление
обмотки А оказывается значительно большим, чем активное сопротив
ление обмотки Б (RA>>R8).
Вследствие того что стержни внутренней обмотки Б глубоко погру
жены в тело ротора и окружены сталью, индуктивное сопротивление
внутренней обмотки значительно больше, чем индуктивное сопротив
ление внешней обмотки (Х8>>ХА).
Принцип действия этого двигателя состоит в следующем. В
момент включения двигателя в сеть ротор неподвижен и частота тока в
роторе равна частоте тока в сети f2 = f1•
Ток в обмотках А и Б распределяется обратно пропорционально их
полным сопротивлениям.
Глава 30. Применение асинхронных двигателей
273
ПРИМЕЧАНИЕ.
/
Так как реактивные сопротивления обмоток асинхронных машин значительно больше их активных сопротив
лений, то при пуске в ход распределение тока между об
мотками А и Б примерно обратно пропорционально их
индуктивным сопротивлениям.
'
Поэтому при пуске в ход ток в основном протекает по проводникам
внешней обмотки А, имеющей меньшее индуктивное и большее актив
ное сопротивление. Эта обмотка называется пусковой.
В рабочем режиме скольжение мало и, следовательно, частота тока
в роторе также мала (f2 "= О). Поэтому индуктивные сопротивления
обмоток не имеют значения и токи в обмотках А и Б обратно пропор
циональны их активным сопротивлениям.
Таким образом, в рабочем режиме ток в основном проходит по про
водникам внутренней обмотки Б, имеющим меньшее активное сопро
тивление. Эта обмотка называется рабочей. При такой конструкции
ротора увеличивается активное сопротивление его обмотки в момент
пуска в ход двигателя, что уменьшает пусковой ток и увеличивает
пусковой момент также, как включение пускового реостата в цепь фаз
ного ротора.
В двигателях с глубокими пазами на роторе короткозамкнутая
обмотка ротора выполняется в виде узких полос (рис. 30.3, б). При такой
конструкции обмотки происходит оттеснение тока к верхней части про
водников вследствие того, что нижние части проводников сцеплены с
большим магнитным потоком рассеяния, чем верхние части.
ВЫВОД.
Ток, проходящий по проводникам, стремится сконцен
трироваться преимущественно в верхней их части, что
равносильно уменьшению поперечного сечения или уве
личению активного сопротивления этих проводников.
Это явление оттеснения тока в верхние части проводников осо
бенно сильно сказывается в момент включения двигателя, когда частота
тока в роторе равна частоте тока сети и, следовательно, при пуске в ход
повышается активное сопротивление обмотки ротора, что увеличивает
пусковой момент.
При увеличении частоты вращения ротора частота тока в его
обмотке уменьшается, и ток более равномерно распределяется по сече-
274
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
нию стержней. При нормальной частоте вращения неравномерность
распределения тока по поперечному сечению стержней почти полно
стью исчезает.
Пусковой момент двигателей этого типа Мп = (1-1,5)Ми, а пуско
вой ТОК ln = (4-5)1и .
вывод.
В двигателях с двойной короткозамкнутой обмоткой
и с глубокими пазами пусковые моменты больше и пу
сковые токи меньше, чем у обычных короткозамкнутых
двигателей.
'
Однако рабочие характеристики этих двигателей несколько хуже,
чем обычных короткозамкнутых двигателей: несколько меньше cosqi,
КПД и максимальный момент, так как больше потоки рассеяния, т. е.
больше индуктивные сопротивления обмоток ротора.
1
Реrупирование частоты вращения
трехфазных
асинхронных
двигателей
Частота вращения
ротора определяется
следующим выражением:
n2 = n 1 (1 - S) = (60f/p)(l - S).
Из этого выражения видно, что частоту вращения ротора регулиро
вать изменением любой из трех величин, определяющих ее, т. е. изме
нением частоты тока сети f1 , числа пар полюсов р и скольжения S.
Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей измене
нием частоты тока сети сложно, так как необходим какой-либо регулиру
ющий преобразователь частоты или генератор. Поэтому этот способ не
имеет широкого применения.
Число полюсов машины может быть изменено, если на статоре име
ется несколько обмоток (обычно две) с различным числом полюсов или
одна обмотка, которую можно переключать на различное число полю
сов, или две обмотки, каждая из которых может переключаться на раз
личное число полюсов.
На рис. 30.4, а схематически показаны две обмотки одной фазы,
соединенные последовательно, которые могут быть переключены на
четыре полюса. Если изменить направление тока в одной из катушек,
включив ее встречно с другой, то обмотка может переключаться на два
полюса (рис. 30.4, б).
275
Глава 30. Применение асинхронных двигателей
При изменении числа полюсов обмотки ста
тора изменится частота вращения его магнитного
поля, а, следовательно, и частота вращения ротора
двигателя.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Этот способ регулирования часто
ты вращения асинхронного двигате
ля экономичен, но недостатком его
является ступенчатое изменение
частоты. Кроме того, · стоимость
такого двигателя значительно воз
растает вследствие усложнения об
мотки статора и увеличения габари
тов машины.
б
Рис. J0.4. Схемы
Регулирование частоты вращения изменением переключения обмотки
статора на разное
числа полюсов применяют в двигателях с короткочисло полюсов:
замкнутым ротором. В двигателях с фазным ротоа - четыре полюса;
6 - два полюса
ром этот способ не используется, так как приходится одновременно изменять число полюсов обмотки статора и число
полюсов обмотки вращающегося ротора, что весьма сложно.
Обычно встречаются двигатели с синхронными частотами враще
ния 500-750-1000-1500 об/мин. Такие двигатели имеют на статоре
две обмотки, каждая из которых может быть переключена на различное
число полюсов.
Скольжение можно изменять реrулировочным реостатом, введен
ным в цепь обмотки ротора, а также регулированием напряжения сети.
При регулировании напряжения питающей сети изменяется вра
щающий момент двигателя пропорционально квадрату напряжения.
При уменьшении вращающего момента уменьшится частота вращения
ротора, т. е. увеличится скольжение.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Регулировочный реостат включается в цепь обмотки
фазного ротора подобно пусковому реостату, но в от
личие от пускового он рассчитывается на длительное
прохождение тока.
276
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
При включении регулировочного реостата ток в роторе уменьшится.
Это вызывает снижение вращающего момента двигателя и, следова
тельно, уменьшение частоты вращения или увеличение скольжения.
При увеличении скольжения увеличивается ЭДС и ток в роторе.
Частота вращения или скольжение будет изменяться до восстановления
равновесия моментов, т. е. пока ток в роторе не примет своего началь
ного значения.
Этот способ регулирования частоты вращения может быть исполь
зован только в двигателях с фазным ротором. Несмотря на то, что
он является неэкономичным (так как в регулировочном реостате про
исходит значительная потеря энергии), этот двигатель имеет широкое
распространение.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу �
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
а.
1
Однофазные
асинхронные
Однофазные двигатели
асинхронные
двигатели широко применяют при
небольших мощностях (до 1-2 кВт). Такой двигатель отличается от
трехфазного тем, что на статоре его помещается однофазная обмотка.
Ротор однофазного асинхронного двигателя имеет фазную или корот
козамкнутую обмотку.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Особенностью однофазных асинхронных двигателей яв
ляется отсутствие начального или пускового момента,
т. е. при включении такого двигателя в сеть ротор его
будет оставаться неподвижным.
'Если же под действием какой-либо внешней силы вывести ротор
из состояния покоя, то двигатель будет развивать вращающий момент.
Отсутствие начального момента является существенным недостат
ком однофазных асинхронных двигателей. Поэтому они всегда снабжа
ются пусковым устройством.
Глава 30. Применение асинхронных двигателей
277
Наиболее простым пусковым устройством
являются две обмотки, помещенные на статоре,
сдвинутые одна относительно другого на поло
вину полюсного деления (90 ° электрических).
Эти обмотки катушек питаются от симметричной
двухфазной сети, т. е. напряжения, приложенного
к обмоткам катушек, равны между собой и сдви
1 1
нуты на четверть периода по фазе.
При таких напряжениях токи, проходящие по
катушкам, также сдвинуты по фазе на четверть А
пуск�ота
с
периода, что в дополнение к пространственному
сдвигу катушек дает возможность получить вра
Бб
щающееся магнитное поле.
При наличии вращающего магнитного поля Рис. JO.S. Схема пуска
двигатель развивает пусковой момент. В дей однофазного двигателя
включении в цепь
ствительности двухфазная сеть обычно отсут при
пусковой обмотки:
ствует, и пуск однофазного двигателя осущест
(а) индуктивности,
(б) емкости
вляется включением двух в одну общую для них
однофазную сеть.
Для получения угла сдвига фаз между токами в катушках, при
мерно равного ±п/2 (четверти периода), одну из катушек (рабочую)
включают в сеть непосредственно или с пусковым активным сопротив
лением, а вторую катушку (пусковую) - через индуктивную катушку
(рис. 30.4, а) или конденсатор (рис. 30.5, б). Пусковая обмотка включается только на период пуска в ход.
ПРИМЕЧАНИЕ.
/
В момент, когда ротор приобретает определенную ча
стоту вращения, пусковая обмотка отключается от
сети центробежным выключателем или специальным
' реле; двигатель работает как однофазный.
�
/
В качестве однофазного двигателя может быть использован любой
трехфазный асинхронный двигатель. При работе трехфазного двига
теля в качестве однофазного рабочая или главная обмотка, состоящая из
двух последовательно соединенных фаз, включается непосредственно в
однофазную сеть, третья фаза, являющаяся пусковой или вспомогатель
ной обмоткой, включается в ту же сеть через пусковой элемент - сопро
тивление, индуктивность или конденсатор.
Конденсаторный (двухфазный) двигатель представляет собой
однофазный асинхронный двигатель с двумя обмотками на статоре и
278
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
короткозамкнутым ротором. Вспомогательная обмотка рассчитана на
длительное прохождение тока и остается включенной не только при
пуске в ход двигателя, но и при работе.
При работе конденсаторного двигателя возникает вращающееся
поле, наличие которого улучшает его рабочие свойства в сравнении
с однофазными. При увеличении емкости конденсатора возрастает и
пусковой момент двигателя. Однако увеличение емкости батареи кон
денсаторов в рабочем режиме нежелательно, так как это ведет к сниже
нию частоты вращения и КПД двигателя.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
•
.
.
шлгVIII
СИНХРОННЫЕ
ДВИГАТЕЛИ
И ГЕНЕРАТОРЫ
Глава 31. Работа синхронного генератора
Глава 32. Работа синхронного двигателя
ГЛАВА 31
РАБОТА
СИНХРОННОГО
ГЕНЕРАТОРА
1
Схема
синхронного
генератора
В синхронных
машинах частота вращения ротора равна частоте
вращения магнитного поля статора и, следовательно, определяется
частотой тока сети и числом пар полюсов, т. е. n = 60f/p и f = pn/60.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Как и всякая электрическая машина, синхронная машина
обратима, т. е. может работать как генератором, так
и двигателем.
'
Электрическая энергия вырабатывается синхронными генераторами, первичными двигателями которых являются:
• либо гидравлические турбины;
• либо паровые турбины;
• либо двигатели внутреннего сгорания.
Обычно обмотки возбуждения получают энергию от возбудителя,
который представляет собой генератор постоянного тока.
Возбудитель находится на одном валу с рабочей машиной. Его
мощность составляет малую величину, порядка 1-5% мощности син
хронной машины, возбуждаемой им.
При небольшой мощности часто используются схемы питания
обмоток возбуждения синхронных машин от сети переменного тока
через полупроводниковые выпрямители.
Глава 31. Работа синхронного генератора
281
Простейшим генератором может быть виток из провода, враща
ющийся в магнитном поле (рис. 31.1). Магнитное поле возбуждается
током обмотки возбуждения, помещенной на полюсах статора N-S.
При вращении витка проводники пересекают магнитное поле, соз
данное между полюсами N-S, вследствие чего в витке будет индукти
роваться ЭДС.
Концы витка соединены с кольцами, вращающимися вместе с вит
ком. Если на кольцах поместить неподвижные щетки и соединить их с
приемником электрической энергии, то по замкнутой цепи, состоящей
из витка, колец, щеток и приемника энергии, пойдет электрический ток
под действием ЭДС.
Полученная в таком простейшем генераторе ЭДС будет непрерывно
изменяться в зависимости от положения витка в магнитном поле. Когда
проводники находятся под осями полюсов (рис. 31.1), то при враще
нии витка они пересекают в единицу времени наибольшее число линий
магнитного поля. Следовательно, в данный момент индуктируемая в
витке ЭДС будет иметь наибольшее значение.
В дальнейшем при повороте витка изменится число линий маг
нитного поля, пересекаемых в единицу времени проводниками. При
повороте витка на 90 ° в пространстве проводники будут перемещаться
в вертикальном направлении, совпадающем с направлением магнит
ных линий поля. Следовательно, проводники не пересекают магнитных
линий и ЭДС в витке равна нулю.
При повороте витка на угол, больший 90° , изменится направление
перемещения этих проводников в магнитное поле, а, следовательно, и
направление ЭДС, индуктируемой в витке.
Если магнитное поле между полюсами N и S распределяется равно
мерно, то ЭДС будет меняться во времени синусоидально. За один обо
рот витка в пространстве ЭДС, индуктируемая в нем, претерпевает один
период изменения.
Если виток вращается при помощи какого-либо первичного дви
гателя с постоянной частотой вращения n в минуту, то в этом витке
индуктируется переменная ЭДС с частотой f = n/60.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
282
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Ф1(9)
1·(IX)
3�
5
1dJ
1
V4
Ф2
О
45
90
Ф3
111
CD
45
90
135
1
Ф4
[h
90 135 180
Рис. 31.1. Схема работы
Глава 31. Работа синхронного генератора
1
Ф5
,�'
1
1
Фб
VI
180 225 270
�
Ф7
VII
225 270 315
OJ
1
Ф8
VIII
270 315 360
[J7
генератора переменного тока
283
284
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Устройство
синхронного генератора
Возникновение ЭДС в проводниках возможно как при перемещении
этих проводников в неподвижном магнитном поле, так и при перемеще
нии магнитного поля относительно неподвижных проводников.
В первом случае полюсы, т. е. индуктирующая часть машины,
возбуждающая магнитное поле, помещаются на неподвижной части
машины (на статоре), а индуктируемая часть (якорь), т. е. проводники,
в которых создается ЭДС, на вращающейся части машины (на роторе).
Во втором случае полюсы помещаются на роторе, а якорь - на ста
торе.
Выше мы рассмотрели принцип действия синхронного генератора с
неподвижными полюсами и вращающимся якорем. В таком генераторе
энергия, вырабатываемая им, передается приемнику энергии посред
ством скользящих контактов - контактных колец и щеток.
Скользящий контакт в цепи большой мощности создает значи
тельные потери энергии, а при высоких напряжениях наличие такого
контакта крайне нежелательно. Поэтому генераторы с вращающимся
якорем и неподвижными полюсами выполняют только при невысоких
напряжениях (до 380/220 В) и небольших мощностях (до 15 кВА).
Наиболее широкое применение получили синхронные генераторы,
в которых полюсы помещены на роторе, а якорь - на статоре.
Ток возбуждения протекает по обмотке возбуждения, которая пред
ставляет собой последовательно соединенные катушки, помещенные
на полюсы ротора.
Концы обмотки возбуждения соединены с контактными кольцами,
которые крепятся на валу машины. На кольцах помещаются неподвиж
ные щетки, посредством которых в обмотку возбуждения подводится
постоянный ток от постороннего источника энергии - генератора
постоянного тока, называемого возбудителем.
Устройство статора синхронного генератора аналогично устрой
ству статора асинхронной машины.
Ротор синхронных генераторов выполняют либо с явно выражен
ными (выступающими) полюсами, либо с неявно выраженными полю
сами, т. е. без выступающих полюсов.
В машинах с относительно малой частотой вращения (при большом
числе полюсов) роторы должны быть с явно выраженными плюсами
(рис. 31.2, а), равномерно расположенными по окружности ротора.
Полюс состоит из сердечника, полюсного наконечника и катушки
обмотки возбуждения, помещаемой на сердечнике полюса.
285
Глава 31. Работа синхронного генератора
N
а
б
Рис. J1.1. Ротор синхронной машины:
а - с явно выраженными полюсами; б - с неявно выраженными полюсами
Первичные двигатели синхронных генераторов с явно выражен
ными полюсами обычно представляют собой гидравлические турбины,
являющиеся тихоходными машинами.
При большой частоте вращения такое устройство ротора не может
обеспечить нужной механической прочности и поэтому у высокоско
ростных машин роторы выполняют с неявно выраженными полюсами
(рис. 31.2, б).
Сердечники роторов с неявно выраженными полюсами обычно
изготовляют из цельных поковок, на поверхности которых фрезеру
ются пазы. После укладки обмоток возбуждения на роторе пазы его
забиваются клиньями, а лобовые соединения обмотки возбуждения
укрепляются стальными бандажами, помещенными на торцовых
частях ротора. При такой конструкции ротора допускаются большие
частоты вращения.
Для генераторов с неявно выраженными полюсами первичными
двигателями обычно являются паровые турбины, принадлежащие к
числу быстроходных машин.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
286
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Работа синхр�нного генератора
под
нагруэкои
Если
синхронный генератор не нагружен, т. е. работает вхолостую,
то тока в обмотках статора нет. Магнитный поток полюсов, созданный
током возбуждения, индуктирует в трехфазной обмотке статора ЭДС.
При нагрузке генератора по обмотке статора протекает ток.
При симметричной нагрузке токи в фазах обмотки статора равны
и сдвинуты на 1/3 периода. Токи статора создают вращающееся маг
нитное поле, частота вращения которого n1 = 60f/p = n, т. е. магнитное
поле, созданное токами в обмотке статора, вращается синхронно с маг
нитным полем полюсов.
В обмотке статора синхронного генератора создается ЭДС, вели
чина которой зависит от магнитного потока полюсов.
Если магнитный поток полюсов очень мал, то и ЭДС также мала.
При увеличении магнитного потока возрастает и ЭДС машины.
i"
r
вывод.
При постоянной частоте вращения ротора ЭДС про
порциональна магнитному потоку, который возбужда
ется постоянным током, протекающим по проводни
кам обмотки возбуждения.
,
Если повысить ток в обмотке возбуждения, то возрастет и магнит
ный поток полюсов, что вызовет увеличение ЭДС машины.
Следовательно, изменение тока в обмотке возбуждения вызывает
соответствующее изменение ЭДС машины и позволяет регулировать
напряжение на зажимах генератора.
При холостом ходе синхронного генератора напряжение равно
ЭДС, индуктированной в обмотке статора.
При наrрузке rенератора напряжение не равно ЭДС, так как в
сопротивлении (активном и реактивном) обмотки статора возникает
падение напряжения.
А токи, проходящие по обмоткам статора, создают поток реакции
якоря, который воздействует на поток полюсов, так что при нагрузке
магнитный поток не будет равен магнитному потоку полюсов при холо
стой работе генератора.
Поэтому изменение нагрузки, т. е. тока в статоре генератора, будет
вызывать изменение напряжения на зажимах генератора в случае, если
ток в обмотке возбуждения остается неизменным.
287
Глава 31. Работа синхронного генератора
L!
емкостнаR
····-----;.
..::-:--·1.......
....
активнаR •
·· /••••
индуктивнаR
а
lв
lo
индуктивнаR
активнаR
\••••
��--=----..�····__,,.,,.
емкостнаR
б
Рис. JJ..J. Характеристики синхронного генератора:
а - внешние; б - регулировочные
На рис. 31.3, а изображены внешние характеристики синхронного
генератора при активной и реактивной нагрузках.
Эти характеристики показывают зависимость напряжения на зажи
мах генератора от тока нагрузки при неизменных частоте вращения
ротора и токе возбуждения.
Различный вид этих характеристик при активной, индуктивной и
емкостной нагрузках объясняется неодинаковым воздействием поля
реакции якоря на магнитный поток полюсов.
Для нормальной работы любого приемника электрической энергии
требуется постоянное напряжение сети. Чтобы обеспечить постоян
ное напряжение сети при изменении нагрузки в синхронном генера
торе, изменяют и ток возбуждения.
r
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Зависимость, показывающая, каким образом необходимо
изменить ток в обмотке возбуждения для того, чтобы
при изменении нагрузки генератора напряжение на его
зажимах оставалось неизменным, называется регулиро
вочной характеристикой (рис. J1..J, 6).
�
При активной нагрузке увеличение тока в статоре вызывает незначи
тельное понижение напряжения, так как реакция якоря уменьшает магнит
ный поток в малой степени. При этой нагрузке требуется незначительно
увеличить ток возбуждения для обеспечения постоянства напряжения.
При индуктивной нагрузке создается размагничивающее поле
реакции якоря, уменьшающее поток полюсов. Поэтому для постоян
ства напряжения (т. е. для постоянства результирующего магнитного
потока) необходимо в большей мере увеличить ток возбуждения для
компенсации размагничивающего поля реакции якоря.
288
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Uc
При емкостной нагрузке проис
ходит усиление магнитного поля, и
для постоянства напряжения следует
уменьшить ток возбуждения при уве
личении тока в статоре.
Наиболее часто синхронные гене
раторы работают на общую мощную
Er
сеть электростанции или энергоси
стемы. Напряжение такой сети Uc и
Рис. 31.4. Векторная диаграмма
частота тока в ней неизменны. ЭДС
синхронного генератора при
генератора er равна и противоположна
различных токах возбуждения
напряжению сети er = - uc.
Результирующее магнитное поле ФР статора, вращающееся с
частотой n 1 = 60f/p в пространстве, опережает напряжение Er на 90°
(рис. 31.4).
При неизменном напряжении сети Uc амплитуда магнитного
потока ФР результирующего магнитного поля статора также неизменна.
При активной нагрузке генератора ток статора I совпадает по фазе
с напряжением Ur. Поток реакции якоря Фя совпадает по фазе с током 1,
так что вектор тока в статоре I в другом масштабе определит вектор Фя .
Результирующий магнитный поток создается действием потока полю
сов Фm и потока реакции якоря Фя и может быть представлен геометри
ческой суммой этих магнитных потоков.
Изменение тока возбуждения генератора не вызывает изменения
его активной мощности, так как мощность, потребляемая им от первич
ного двигателя, остается неизменной (вращающий момент первичного
двигателя и частота вращения постоянны).
Поэтому активная составляющая тока статора постоянна и конец век
тора 1 (Фя) находится на прямой АВ, параллельной горизонтальной оси.
Если увеличить ток возбуждения, то возрастет поток полюсов Фm'•
вектор которого находится между прямой АВ и концом неизменного
вектора ФР.
В этом случае изменится как по величине, так и по направлению
вектор Г и Фя ·, т. е. ток окажется отстающим по фазе от напряжения
генератора.
При уменьшении тока возбуждения уменьшится также и поток
полюсов Фm "• что приведет к изменению тока в статоре 1" (Фя ") как по
величине, так и по фазе.
Таким образом, изменение тока возбуждения генератора, работаю
щего на мощную сеть, вызывает изменение реактивной составляющей
тока в статоре, т. е. изменяет реактивную мощность, вырабатываемую
генератором.
289
Глава 31. Работа синхронного генератора
а
б
в
Рис. 31.5. Угол между осями магнитных полей ротора и статора при меньшем (а),
большем (б) моментах первичного двигателя
и при работе синхронной машины двигателем (в)
Для изменения активной мощности необходимо изменить враща
ющий момент первичного двигателя, приводящего во вращение ротор
синхронного генератора.
Под действием вращающего момента первичного двигателя М 1
ротор машины с помещенными на нем полюсами приводится во вра
щение с частотой вращения в минуту n.
Результирующее поле статора вращается в том же направлении с
частотой n1 = n (рис. 31.5, а).
Следовательно, поле полюсов Фm и результирующее поле статора
ФР вращаются синхронно, оставаясь неподвижными друг относительно
друга, и между этими полями устанавлив�ется взаимодействие. В
результате создается электромагнитный тормозной момент Мэ, урав
новешивающий момент первичного двигателя.
При равновесии моментов М 1 = Мэ угол между осями магнитных
полей О остается неизменным.
Если увеличить момент первичного двигателя М 1' (рис. 31.5, б), то
он окажется больше тормозного, и ротор, получив некоторое ускоре
ние, начнет перемещаться относительно поля статора, вращающегося с
постоянной частотой n 1 = 60f/p (частота тока сети f постоянна).
При этом угол между осями магнитных полей ротора и статора 0 1
возрастет, увеличивая тормозной электромагнитный момент Мэ 'так,
что вновь восстановится равновесие моментов, т. е. М 1 ' = Мэ'.
Для включения генератора в сеть необходимо:
• одинаковое чередование фаз в сети и генераторе;
• равенство напряжения сети и ЭДС генератора;
• равенство частот ЭДС генератора и напряжения сети;
• включать генератор в тот момент, когда ЭДС генератора в каж
дой фазе направлена встречно напряжению сети.
Невыполнение этих условий ведет к тому, что в момент включения
генератора в сеть возникают токи, которые могут оказаться большими
и вывести из строя генератор.
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
290
При включении генераторов в сеть используют специальные
устройства - синхроноскопы.
Простейшим синхроноскопом являются три лампы накаливания,
включаемые между зажимами генератора и контактами сети. Лампь1
должны быть рассчитаны на двойное напряжение сети, и до включения
генератора будут одновременно загораться и погасать.
В момент, когда ЭДС генератора равна и направлена встречно
напряжению сети, лампы погаснут, так как напряжение на каждой
лампе равно нулю. При погасании ламп генератор включается в сеть.
До включения генератора в сеть ЭДС его измеряется вольтметром
и регулированием тока возбуждения устанавливают ее, равной напря
жению сети. Частота ЭДС генератора регулируется изменением частоты
вращения первичного двигателя.
-
;,�
�->
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов,,
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ГЛАВА32
РдБо·тд
СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Схожесть конструкции
двигателя и генератора
1
Синхронный двигатель не имеет принципиальных конструктивных
отличий от синхронного генератора. Таюке как и в генераторе, на статоре
синхронного двигателя помещается трехфазная обмотка, при включении
которой в сеть трехфазного переменного тока будет создано вращающееся
магнитное поле ФР, частота вращения в минуту которого n1 = 60f1/p.
На роторе двигателя помещена обмотка возбуждения, включаемая в
.сеть источника постоянного тока. Ток возбуждения создает магнитный
поток полюсов Фm. Вращающееся магнитное поле, полученное токами
обмотки статора, увлекает за собой полюсы ротора (рис. 31.5, в).
ПРИМЕЧАНИЕ.
/
\.
При этом ротор может вращаться только синхронно с
полем, т. е. с частотой, равной частоте вращения поля
статора. Таким образом, частота вращения синхронно
го двигателя строго постоянна, если неизменна часто
та тока питающей сети.
ал
лага посмотреть видеоролик.
Для автомати еского перехода к страни е запуц м
ю
и
ач т
сти юе Приложен е «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне ч(пл ншете) и наведите егоцка еру [!]
ии Q атери а книг пред- ••
В
■..
ес ве илл стра
• ·
накрасположенный
и рядом R-код.
т
а
м
292
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Достоинство
синхронных двигателей
Основным достоинством синхронных двигателей является воз
можность их работы с потреблением опережающего тока, т. е. двигатель
может представлять собой емкостную нагрузку для сети. Такой двига
тель повышает cos<p всего предприятия, компенсируя реактивную мощ
ность других приемников энергии.
Также как и в генераторах, в синхронных двигателях изменение
реактивной мощности, т. е. изменение cos<p, достигается регулирова
нием тока возбуждения. При некотором токе возбуждения, соответству
ющем нормальному возбуждению, cos<p = 1. Уменьшение тока возбуж
дения вызывает появление отстающего (индуктивного) тока в статоре,
а при увеличении тока возбуждения (перевозбужденный д:Qиrатель) опережающего (емкостного) тока в статоре.
Достоинством синхронных двигателей является также меньшая,
чем у асинхронных, чувствительность к изменению напряжения пита
ющей сети. У синхронных двигателей вращающий момент пропорцио
нален напряжению сети в первой степени, тогда как у асинхронных квадрату напряжения.
Вращающий момент синхронного двигателя создается в результате
взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем полюсов.
От напряжения сети зависит только магнитный поток поля статора.
1
с
Пу к
синхронных
двигателей
Синхронные двигатели выполняют преимущественно с явно выра
женными полюсами, и работают они в нормальном режиме с опережа
ющим током при cos<p = 0,8. Возбуждение синхронные двигатели полу
чают либо от возбудителя, либо от сети переменного тока через.полу
проводниковые выпрямители.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Пуск в ход синхронного двигателя непосредственным
включением его в сеть невозможен, так как при включении
обмотки статора в сеть создается вращающееся маг
нитное поле, а ротор в момент включения неподвижен.
'\
Глава 32. Работа синхронного двигателя
293
Для пуска в ход двигателя необходимо предварительно довести
частоту вращения ротора до синхронной частоты или близкой к ней.
В настоящее время исключительное применение имеет так назы
ваемый асинхронный пуск синхронных двигателей, сущность кото
рого заключается в следующем.
В полюсных наконечниках ротора синхронного двигателя уложена
пусковая обмотка,_ выполненная в виде беличьего колеса наподобие
короткозамкнутой обмотки ротора асинхронной машины. Обмотка статора
двигателя включается в трехфазную сеть, и пуск его производится так же,
как и пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
После того как двигатель разовьет частоту, близкую к синхронной
(примерно 95%), обмотка возбуждения включается в сеть постоянного
тока, и двигатель входит в синхронизм, т. е. частота ротора увеличива
ется до синхронной.
При пуске в ход двигателя обмотка возбуждения замыкается на
сопротивление, примерно в 10-12 раз большее сопротивление самой
обмотки.
ВНИМАНИЕ.
Нельзя обмотку возбуждения при пуске в ход оставить
разомкнутой или замкнуть накоротко. Если при пуске в
ход обмотка возбуждения окажется разомкнутой, то в
ней будет индуктироваться очень большая ЭДС, опасная
как для изоляции обмотки, так и для обслуживающего·
персонала.
'
�
Создание ЭДС большой величины объясняется тем, что при пуске в
ход поле статора вращается с большой частотой относительно непод
вижного ротора и с большой частотой пересекает проводники обмотки
возбуждения, имеющей число витков.
Работа синхронной машины с потреблением из сети переменного
тока дает возможность использовать ее в качестве компенсатора.
Компенсатором является синхронный двигатель, работающий без
нагрузки и предназначенный для повышения cosq> предприятия.
Конструктивно компенсатор отличается от синхронного двигателя
незначительно. Компенсатор не несет механической нагрузки, поэтому
его вал и ротор легче, а воздушный зазор меньше, чем у двигателя.
Основным недостатком синхронных двигателей является
потребность в источнике как переменного, так и постоянного тока.
294
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Потребность в источнике постоянного тока для питания обмотки
возбуждения синхронного двигателя делает его крайне неэкономич
ным при небольших мощностях.
Поэтому при малых мощностях синхронные двигатели с возбуж
дением постоянным током не находят применения и рассмотреть, на
примере, мы их не сможем.
r:�
'
1'
-
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
ШАГ
IX
МАШИНЫ
постоянного
ТОКА
Глава 33. Устройство генератора постоянного тока
Глава 34. Работа генератора постоянного тока
Глава 35. Способы возбуждения генератора
Глава 36. Регулировка частоты вращения
ГЛАВА 33
УСТРОЙСТВО
ГЕНЕРАТОРА
ПОСТОЯННОГО ТОКА
1
Простейший
генератор постоянного тока
Простейшим генератором является виток, вращающийся в магнит
ном поле полюсов N и S (рис. 33.1). В таком витке индуктируется пере
менная во времени ЭДС. Поэтому при соединении концов витка с кон
тактными кольцами, вращающимися вместе с витком, в нагрузке через
неподвижные щетки протекает переменный ток, т. е. такая машина явля
ется генератором переменного тока.
Для преобразования переменного тока в постоянный применяют
Глава , принцип действия которого состоит в следующем. Концы каж
дого витка (рис. 33.1) присоединены к двум медным полукольцам (сег
ментам), называемым коллектор
ными пластинами.
Пластины жестко укреплены на
валу машины и изолированы как
друг от друга, так и от вала. На пла
стинах помещены неподвижные
щетки, электрически соединенные с
приемником энергии.
При вращении витка коллек
торные пластины также вращаются
вместе с валом машины. Каждая из
R
неподвижных щеток соприкасается
Рис. JJ.1. Генератор постоянного тока
то с одной, то с другой пластиной.
Глава 33. Устройство генератора постоянного тока
297
ПРИМЕЧАНИЕ.
Щетки на коллекторе установлены так, чтобы они пе
реходили с одной пластины на другую в тот момент,
когда ЭДС, индуктируемая в витке, была равна нулю.
В этом случае при вращении якоря в витке индуктируется перемен
ная ЭДС, изменяющаяся синусоидально при,равномерном распределе
нии магнитного поля. Но каждая из щеток соприкасается с той коллек
торной пластиной и, соответственно, с тем из проводников, который
в данный момент находится под полюсом определенной полярности.
Следовательно, ЭДС на щетках знака не меняет, и ток по внешнему
участку замкнутой электрической цепи проходит в одном направлении
от одной щетки через сопротивление R к другой щетке. Однако, несмо
тря на неизменность направления ЭДС во внешней цепи, величина ее
меняется во времени, т. е. получена не постоянная, а пульсирующая
ЭДС. Ток во внешней цепи будет также пульсирующим.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Устройство
генератора постоянного тока
1
Если поместить на якоре два витка под углом 90 ° один к другому и
концы этих витков соединить с четырьмя коллекторными пластинами,
то пульсация ЭДС и тока во внешней цепи значительно уменьшится.
При увеличении числа коллектор
ных пластин пульсация быстро
уменьшается и при большом числе
коллекторных пластин ЭДС и ток
практически постоянны.
На рис. 33.2 показан общий
вид машины постоянного тока.
Неподвижная часть является
индуктирующей, т. е. создающей
магнитное поле, а в�а�ающаяся Рис. JJ.2. Генератор постоянного тока
часть - индуктируемои (якорем).
298
ЭЛ ЕКТРОТЕХНИКд: От азов до создания практических устройств
главные полюсы
станина
обмотка
возбуждения
станина
сердечник
полюсный наконечник
а
б
Рис. 33.J. Устройство статора машины постоянного тока:
а - схема статора; б - схема главного полюса
Неподвижная часть машины (рис. 33.3, а) состоит из главных полю
сов, дополнительных полюсов и станины. Главный полюс (рис. 33.3, б)
представляет собой электромагнит, создающий магнитный поток.
Он состоит из сердечника, обмотки возбуждения и полюсного нако
нечника. Полюсы крепятся на станине с помощью болта.
Сердечник полюса отливается из стали и имеет поперечное
сечение овальной формы. На сердечнике полюса помещена катушка
обмотки возбуждения, намотанная из изолированного медного про
вода. Катушки всех полюсов соединяются последовательно, образуя
обмотку возбуждения.
Ток, проходящий по обмотке возбуждения, создает магнитный
поток. Полюсный наконечник удерживает обмотку возбуждения на
полюсе и обеспечивает равномерное распределение магнитного поля
под полюсом.
Полюсному наконечнику придают такую форму, при которой
воздушный зазор между полюсами и якорем одинаков по всей длине
полюсной дуги.
Добавочные полюсы имеют также сердечник и обмотку.
Добавочные полюсы расположены между главными полюсами, и число
их может быть либо равным числу главных полюсов, либо вдвое мень
шим. Добавочные полюсы устанавливают в машинах больших мощно
стей; они служат для устранения искрения под щетками.
ПРИМЕЧАНИЕ.
В машинах малых мощностей добавочных полюсов
обычно нет.
Глава 33. Устройство генератора постоянного тока
299
Станину отливают из стали; она является остовом машины. На ста
нине крепят главные и добавочные полюсы, а на торцовых сторонах ее
- боковые щиты с подшипниками, удерживающими вал машины.
Вращающаяся часть машины (якорь) состоит из сердечника,
обмотки и коллектора (рис. 33.4, а). Сердечник якоря представляет собой
цилиндр, собранный из листов электротехнической стали. Листы изо
лируются друг от друга лаком или бумагой для уменьшения потер� на
вихревые токи. Стальные листы штампуют на станках по шаблону; они
имеют пазы, в которых укладываются проводники обмотки якоря.
В теле якоря делают воздушные каналы для охлаждения обмотки и
его сердечника. Обмотка тщательно изолируется от сердечника и закре
пляется в пазах деревянными клиньями.
Лобовые соединения укрепляются стальными бандажами. Все сек
ции обмотки, помещенные на якоре, включаются между собой последо
вательно, образуя замкнутую цепь, и присоединяются к коллекторным
пластинам.
Коллектор представляет собой цилиндр, состоящий из отдельных
пластин. Коллекторные пластины изготовляют из твердотянутой меди
и изолируют между собой и от корпуса прокладками из миканита.
Для крепления на втулке коллекторным пластинам придают форму
«ласточкина хвоста», который зажимается между выступом на втулке и
шайбой, имеющими форму, соответствующую форме пластины. Шайба
крепится к втулке болтами.
ПРИМЕЧАНИЕ.
'
Коллектор является наиболее сложной в конструктивном
отношении и наиболее ответственной в работе частью
машины. Поверхность коллектора должна быть строго
цилиндрической во избежание биения и искрения щеток. �
�
/
Для соединения обмотки якоря с внешней цепью на коллекторе
помещают неподвижные щетки, которые могут быть графитными,
угольно-графитными или бронза-графитными. В машинах высокого
напряжения применяют графитные щетки, имеющие большое пере
ходное сопрQтивление между щеткой и коллектором, в машинах ниэ
коrо напряжения- бронза-графитные щетки.
Щетки помещают в особых щеткодержателях (рис. 33.4, 6). Щетка, поме
щенная в обойме щеткодержателя, прижимается пружиной к коллектору.
На щеткодержателе может находиться несколько щеток, включен
ных параллельно. Щеткодержатели помещаются на щеточных болтах
пальцах, которые, в свою очередь, закреплены на траверсе.
300
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
@
щетка
Рис. :п.4. Якорь машины постоянного тока:
а - общий вид; б - щетка и щеткодержатель
Щеточные пальцы изолируются от траверсы изоляционными шай
бами и втулками. Число щеткодержателей обычно равно числу полюсов.
Траверса устанавливается на подшипниковом щите в машинах
малой и средней мощности или прикрепляется к станине в большой
мощности. Траверсу можно поворачивать и этим изменять положе
ние щеток относительно полюсов. Обычно траверса находится в таком
положении, при котором расположение щеток в пространстве совпа
дает с расположением главных полюсов.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение ((Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
1
Обмотки якорей
машины постоянного тока
Обмотки якорей машины постоянного тока изготовляют из изо
лированных медных проводов, а в машинах больших мощностей - из
шин прямоугольного поперечного сечения. Обмотки выполняются зам
кнутыми.
При изготовлении обмотки из шин прямоугольного поперечного
сечения (стержней) каждая секция может состоять из· двух активных
проводов (одновитковая секция). Из изолированного медного провода
секции обмоток изготовляют в виде катушек с определенным числом
витков (многовитковые секции).
В машинах постоянного тока наиболее широкое применение нахо
дят двухслойные обмотки, у которых в пазах якоря активные части сек
ций размещаются в два слоя.
о по тоянного тока
ог
о
Глава 33. Устр йств енерат ра с
301
Каждая секция обмотки состоит из двух актив
ных сторон, отстоящих друг от друга на расстоянии,
близком к полюсному делению,, т. е. расстоянию
между осями соседних разноизменных полюсов.
При таком расстоянии между активными про
Рис. :53.5. Секция
водниками (шаге обмотки) ЭДС, индуктирован
ные в этих проводниках, будут направлены в одну сторону, а ЭДС сек
ции будет иметь наибольшее значение, так как ЭДС ее активных сторон
складываются (рис. 33.5).
Одна активная часть секции находится в верхнем слое паза, дру
гая - в нижнем. При изображении развернутых схем обмоток актив
ные стороны, лежащие в верхнем слое паза, изображаются сплошной
линией, а стороны нижнего слоя - прерывистой. Концы секции соеди
няются как с другими секциями обмотки, так и с коллекторными пластинами.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Секции, образующие обмотки , соединяются между собой
так, чтобы индуктированные в них ЭДС были направле
ны согласно, т. е. в одну сторону.
Для этого начальные (конечные) проводники последовательно сое
диненных секций должны находиться в любой момент под полюсами
одинаковой полярности.
В зависимости от порядка соединения секций друг с другом
обмотки могут быть:
• параллельными (петлевыми);
• последовательными (волновыми).
На рис. 33.6 показана (толстой линией) одновитковая (а) и много
витковая (б) секции параллельной обмотки, состоящие из активной
части верхнего слоя паза 1 и нижнего слоя паза 1 + у1•
верхний
слой паза
верхний
слой паза
....',1+у1',
1
нижний
t----;--,... слой паза
а
Рис. 33.6. Секция простой параллельной обмотки:
(а) одновитковой, (б) многовитковой
302
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В этих обмотках последовательно соединяются между собой сек
ции начальные (конечные), активные стороны которых находятся под
одним полюсом в расположенных рядом пазах.
Таким образом, концы секции параллельной обмотки присоеди
няются к двум соседним коллекторным пластинам (1' и 2'). Причем в
многовитковых секциях к пластине 1' подключается начало первого
витка, а к пластине 2' - конец последнего витка, соединяемый с нача
лом следующей секции (рис. 33. 7).
'� J
Т:
S1 1
N2
Т:
S2 1
NЗ
_______
::� -----------------�:� -----------------�'�'�
·�)?
,
�-��з
-- ,�,
---- ' -------------- г -----
---
Рис. :п.7. Развернутая схема двух секций простой последовательной обмотки:
одновитковой (а); многовитковой (б)
Любая коллекторная пластина (например, 1 ') соединяется с двумя
активными проводами, в каждом из которых проходит ток одной
параллельной ветви обмотки iя. Так что между двумя щетками различ
ной полярности обмотка образует две параллельные ветви.
При параллельных обмотках число щеток должно быть всегда
равно числу полюсов 2 Р и, следовательно, число параллельных ветвей
2 А в этих обмотках равно числу полюсов, т. е. 2 А= 2Р (а = р).
При большом числе полюсов параллельная обмотка образует много
параллельных ветвей, что дает возможность понизить ток в одной
ветви и уменьшает поперечное сечение провода обмотки.
В последовательных обмотках начальные (конечные) активные
провода секций находятся под различными полюсами одинаковой
полярности.
Активные стороны первой секции находятся под полюсами N1 и S 1 •
Активные стороны второй секции, последовательно соединенной с пер
вой, находятся под полюсами N2 и S2 , третьей секции - под полюсами
N3 и S 3 и т.д.
После включения всех секций по окружности якоря соединяется
верхний проводник пары n - 1, лежащей рядом (обычно слева) с про
водником пары n, от которого начали обход обмотки.
Глава 33. Устройство генератора постоянного тока
303
Последовательно с верхним проводником пары n-1 включаем про
водники, лежащие под полюсами S 1 , N2 , S2 и т. д., по окружности якоря,
и заканчиваем проводником, лежащим рядом с проводником n-1.
Затем вновь соединяем пары проводников, находящиеся под раз
личными полюсами по окружности якоря и т. д., пока все проводники
не окажутся включенными в замкнутую цепь.
,
ПРИМЕЧАНИЕ.
Вне зависимости от числа полюсов простая последовательная обмотка образует две параллельные ветви,
т.е.1А=1.
'
Поэтому при любом числе полюсов машина может иметь только две
щетки, если обмотка якоря последовательная, причем эти щетки должны
помещаться на расстоянии 1/2Р части окружности коллектора.
Например, при р = 2 расстояние между щетками должно быть равно
четв!;!рти окружности коллектора. Это дает возможность делать доступ
ной для осмотра не всю окружность коллектора, а только ее часть.
Наличие только двух параллельных ветвей свидетельствует о том,
что в каждой ветви последовательно соединяется большое число актив
ных проводов и ЭДС машины может иметь большое значение. Поэтому
последовательные обмотки находят применение для машин высокого
напряжения.
В проводнике, перемещающемся в магнитном поле в направлении,
перпендикулярном направлению магнитных линий этого поля, созда
ется ЭДС, равная
е = Blv,
где В - среднее значение магнитной индукции, Т;
l - длина проводника, м;
v - скорость перемещения проводника, м/с.
На якоре машины укладывается большое число активных ликов,
которое обозначим буквой N. В каждой параллельной ветви обмотки
будет последовательно включено N/2a активных проводника.
Таким образом, ЭДС машины Е = N/2ae = N/2aBlv.
Скорость перемещения проводников в магнитном поле
V
= 2р, (n/60),
где 2р - число полюсов машины;. - полюсное деление; т. е. расстоя
ние между осями разноименных полюсов; n - частота вращения якоря
машины в минуту.
304
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Имея в виду, что произведение среднего значения магнитной
индукции В на осевую длину полюса l и на полюсное деление -r пред
ставляет собой магнитный поток одного полюса
Ф = Bl-r.
Получим для ЭДС машины следующее выражение:
Е
1
=
((pN)/(60 А)nФ.
С
ЭмД
ашины постоянного тока
Для каждой машины величины р, N и а постоянны, так что отноше
ние (pN)/(60a) представляет собой величину, постоянную для данной
машины. Следовательно, ЭДС машины постоянного тока определяется
следующим выражением:
Е = СnФ.
ЭДС машины постоянного тока равна произведению постоянной
конструктивной величины С на частоту вращения якоря в минуту n и
магнитный поток полюсов Ф.
Это выражение показывает, что для изменения ЭДС (или напряже
ния) машины необходимо изменить либо частоту вращения якоря, либо
магнитный поток полюсов.
Так как изменение частоты вращения двигателя, приводящего в
движение генератор, связано со значительными сложностями, то на
практике регулировку ЭДС и напряжения производят изменением маг
нитного потока, который зависит от тока в обмотке возбуждения. В
цепь обмотки возбуждения включают реостат для изменения тока воз
буждения.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
ГЛАВА 34
РАБОТА
ГЕНЕРАТОРА
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Магнитное поле
при нагрузке
1
При холостом ходе машины тока в якоре нет, и магнитное поле соз
дается намагничивающей силой полюсов. Оно симметрично относи
тельно оси полюсов и распределяется равномерно в воздушном зазоре
(рис. 34.1, а).
Предположим, что щетки установлены на геометрической ней
трали, т. е. на линии, проходящей через центр якоря и перпендикуляр
ной оси полюсов.
При нагрузке машины в обмотке якоря протекает ток, который
создает свое магнитное поле, которое, воздействуя на магнитное поле
полюсов, изменяет и искажает его. Т. е. по магнитной цепи замкнется
результирующий магнитный поток Фр под действием намагничиваю
щих сил полюсов и якоря.
Результирующий магнитный поток ФР не равен потоку полюсов Фm
при холостом ходе.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
Воздействие поля, созданного током в якоре при на
грузке машины, на магнитное поле полюсов называется
реакцией якоря.
306
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
���
1
1
А
1
1
Б N
1
1
���
�
Рис. 34.1. Магнитное поле машины постоянного тока:
а - магнитнае поле полюсов; б - магнитное поле якоря;
в - результирующее магнитное поле при нагрузке
Пропустим по проводникам обмотки якоря невозбужденной
машины ток от постороннего источника. Если такой ток протекал бы при
нагрузке машины, то создавалось бы магнитное поле якоря (рис. 34.1, б).
Это поле якоря замыкается в направлении, перпендикулярном оси полю
сов и называется поперечным полем реакции якоря.
Маrнитодвижущая сила якоря направлена:
• под одним краем полюса (под набегающим для генератора и под сбега
ющим для двигателя) встречно магнитодвижущей силе полюсов;
• под другим краем полюса (под сбегающим для генератора и под на
бегающим для двигателя) согласно магнитодвижущей силе полюсов.
вывод.
Следовательно, под одним краем полюса происходит
уменьшение, а под другим - увеличение магнитной ин
дукции.
Таким образом, при нагрузке машины результирующее магнитное
поле будет несимметрично относительно оси полюсов (рис. 34.1, в).
Т. е. поперечное поле реакции якоря перераспределяет магнитное поле
полюсов, ослабляя его под одним краем и усиливая под другим.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Глава 34. Работа генератора поаоянного тока
307
Поле реакции якоря также смещает физическую нейтраль, т. е.
линию, проходящую через центр якоря и перпендикулярную МДС
результирующего магнитного поля.
Коммутация
тока
ОПРЕДЕЛЕНИЕ.
/
'
Под коммутацией понимают переключение секции из
одной ветви обмотки в другую и происходящее при
этом изменение направления тока в ней.
1
'
/
При вращении якоря машины коллекторные пластины поочередно
соприкасаются со щетками, так что в определенные промежутки вре
мени секция или несколько секций замыкаются щеткой. Поскольку
переходное сопротивление между щеткой и коллекторной пластиной
мало, то замыкание секций близко к их короткому замыканию.
На рис. 34.2, а показана коммутируемая секция простой параллель
ной обмотки. В этой секции протекает ток одной параллельной ветви:
iя = 1/2а,
где 1 - ток нагрузки;
2а - число параллельных ветвей обмотки.
При вращении якоря его обмотка и коллектор перемещаются отно
сительно неподвижной щетки справа налево. В некоторый момент,
соответствующий началу коммутации, щетка соприкасается с коллек-
а
б
Рис. J4.2. Коммутируемая секция обмотки:
в
а - да начала коммутации; б - при коммутации; в - по окончании коммутации
308
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
торной пластиной 1, соединенной с двумя проводами обмотки, в каж
дом из которых проходит ток одной параллельной ветви.
Таким образом, через коллекторную пластину и щетку проходит
ток, равный сумме токов двух параллельных ветвей 2iя.
В выделенной нами секции ток равен току одной параллельной
ветви и в данный момент направлен против часовой стрелки.
В дальнейшем при вращении якоря щетка будет соприкасаться
с коллекторными пластинами 1 и 2, замыкая рассматриваемую нами
секцию (рис. 34.2, б).
В определенный момент щетка полностью перейдет на коллектор
ную пластину 2. Ток в этой секции изменит направление на обратное
(рис. 34.2, в). Т. е. секция переключится из одной параллельной ветви
в другую.
Время переключения секции, называемое периодом коммутации,
мало, и за это время в секции ток изменяется от + iя до - iя.
,,.......,_r\
••'•
,_,
'),
,,/;
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
При изменении тока в секции создается ЭДС самоиндукции, кото
рая может достигать сравнительно больших значений.
Кроме того, поскольку процесс коммутации происходит одновре
менно в нескольких секциях под всеми щетками, то в каждой секции
создаются ЭДС взаимоиндукции.
ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции, называемые реактивными
ЭДС, препятствуя изменениям тока, вызывают неравномерное распре
деление плотности тока под щеткой. Это является причиной образо
вания искрения, которое особенно интенсивно в момент размыкания
щеткой секции обмотки.
Чрезмерная плотность тока при наличии разности потенциалов
между щеткой и коллектором приводит к образованию дугового раз
ряда. Он ионизирует тончайшие слои воздуха, находящегося между
щеткой и коллектором и способствует развитию дуги.
Глава 34. Работа генератора постоянного тока
309
ВНИМАНИЕ.
Дуга может перейти к щетке другой полярности, образовав круговой огонь на коллекторе, и это приведет к
повреждению последнего.
•
•
•
•
'
Искрение щеток может быть таюке вызвано рядом других причин:
неровностью поверхности коллектора;
биением щеток;
загрязненностью поверхности коллектора;
наличием влаги на ней и т. д.
ВНИМАНИЕ.
Даже незначительное искрение щеток нежелательно,
так как увеличивается износ щеток и коллектора, а
также повышается его нагрев из-за увеличения пере
ходного сопротивления между щеткой и коллектором.
'
Наиболее эффективным способом улучшения коммутации является
компенсация реактивных ЭДС. Для этого в зоне коммутации, в кото
рой находятся активные стороны коммутируемых секций, необходимо
создать такое внешнее магнитное поле, при �отором индуктируемая в
секциях ЭДС вращения ev будет равна и противоположна реактивной
ЭДС er, т. е. ev = -er.
Для создания такого внешнего маг
�
нитного поля устанавливают дополни
+ +E·I' + +
+
+
тельные полюсы Nк и Sк, размещая их
между главными полюсами.
Если якорь (рис. 34.3) вращается
каким-либо двигателем в направлении
часовой стрелки, то в обмотке· якоря
индуктируется' ЭДС и при нагрузке про
ходит ток.
Направления ЭДС и тока в проводниках обмотки совпадают. На схеме
Рис. J4.J. полярность
выделены проводники 1 й 2 коммутидополнительных полюсов
в генераторах постоянного тока
руемой секции.
Реактивная ЭДС er, препятствуя изменениям тока в коммутируемой
секции, будет направлена в проводниках 1 и 2 встречно изменениям
тока. Для компенсации реактивной ЭДС в проводниках 1 · и 2 нужно соз-
310
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
дать ЭДС вращения ev = -er, для чего и установлены дополнительные
полюсы Nк И Sк.
ПРАВИЛО.
Полярность дополнительного полюса в генераторе
должна соответствовать полярности следующего за
ним в направлении вращения якоря главного полюса.
В двигателе полярность дополнительного полюса должна соответ
ствовать полярности предыдущего по направлению вращения якоря
главного полюса.
Обмотку возбуждения дополнительных полюсов соединяют после
довательно с обмоткой якоря для того, чтобы реактивная ЭДС была
компенсирована при любой нагрузке машины.
Для этой же цели магнитная цепь дополнительных полюсов нена
сыщенна, т. е. между сердечником якоря и дополнительным полюсом
создан сравнительно большой воздушный промежуток. Так как реак
тивная ЭДС пропорциональна току в якоре, то она компенсируется при
любой нагрузке машины в том случае, если ЭДС вращения также про
порциональна току нагрузки.
Поэтому магнитное поле в зоне коммутации должно изменяться
пропорционально току якоря.
ГЛАВА 35
СПОСОБЬI
ВОЗБУЖДЕНИЯ
ГЕНЕРАТОРА
Работа машины постоянного тока
в режиме генератора
1
Якорь генератора приводится во вращение каким-либо двигателем,
развивающим вращающий момент М 1 • При перемещении проводников
обмотки якоря в магнитном поле полюсов в них индуктируется ЭДС,
направление которой определяется правилом правой руки (рис. 35.1).
Если якорь вращается с частотой в минуту n, то в его обмотке индукти
руется ЭДС Е = СnФ.
Если обмотку якоря через щетки зам
кнуть на какой-либо приемник энергии Rн
�
'\.n
+ Е· lя +
(сопротивление нагрузки), то через этот
+ \\
+
'
+
+
приемник и обмотку якоря будет проходить
�
ток 1, направление которого в обмотке якоря
совпадает с направлением ЭДС.
�
В результате взаимодействия этого
тока с магнитным полем полюсов создается
электромагнитный момент М,, направление
которого определяется правилом левой руки.
Ан
Таким образом, развиваемый машиной
электромагнитный момент является тор
Рис. JS.1.. Схема работы
. моэным, направленным встречно направ- генератора постоянного тока
о
312
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
лению вращения якоря машины. Так что для вращения последнего
первичный двигатель должен развивать вращающий момент Ml доста
точный для преодоления электромагнитного тормозного момента, сле
довательно, машина потребляет механическую энергию.
В случае равновесия моментов, т. е. М 1 = М3, якорь машины враща
ется с неизменной частотой.
При нарушении равновесия моментов частота вращения якоря
начнет изменяться. Если почему-либо момент первичного двигателя
уменьшится, т. е. станет меньше электромагнитного момента генера
тора (М1 < М3), вращение якоря машины начнет замедляться. При этом
будет уменьшаться как ЭДС, так и ток в обмотке якоря, что понизит тор
мозной электромагнитный момент генератора.
В случае увеличения момента первичного двигателя (М 1 > М3)
частота вращения якоря, а также ЭДС и ток в его обмотке будут возрас
тать, что увеличит тормозной электромагнитный момент.
При нарушении равновесия моментов частота вращения якоря,
ЭДС и ток в его обмотке претерпевают изменения до восстановления
равновесия моментов, т. е. пока электромагнитный момент генератора
не станет равным вращающему моменту первичного двигателя.
Таким образом, любое изменение момента первичного двигателя,
т. е. потребляемой генератором мощности, вызывает соответствующее
изменение как электромагнитного момента генератора, так и выраба
тываемой им мощности.
Также при изменениях нагрузки генератора потребуется соответ
ствующее изменение момента первичного двигателя для поддержания
постоянства частоты вращения якоря генератора.
Ток обмотки якоря I при нагрузке генератора встречает на своем
пути сопротивление внешней нагрузки Rн, сопротивление обмотки
якоря R06 и сопротивление переходных контактов между щетками и
коллектором Rщ.
Обозначив через Rя внутреннее сопротивление машины, представ
ляющее собой сумму сопротивлений обмотки якоря и щеточных кон
тактов (R06 + Rщ), для тока в якоре можем записать следующее выраже
ние: 1 = Е/(Rя + Rн).
Сопротивление Rщ непостоянно и зависит от многих факторов:
величины и направления тока, состояния коллектора, силы нажатия
щеток на коллектор, частqты вращения.
Падение напряжения в щеточных контактах остается почти неиз
менным при изменениях нагрузки (принимается равным 2 В на пару
угольных и графитных щеток). Поэтому внутреннее сопротивление
машины Rя также непостоянно при изменении нагрузки генератора.
Глава 35. Способы возбуждения генератора
313
Так как IRn = U, где U - напряжение на зажимах генератора при
нагрузке, то получим следующее уравнение равновесия ЭДС для гене
ратора: U = Е - IRя .
Из уравнения равновесия ЭДС легко получить уравнение мощно
стей, т. е.
UI = EI - IRя ИЛИ Р2 = Р3 - РRя ,
где Р2 - полезная мощность генератора, отдаваемая потребителю элек
трической энергии;
Рэ - внутренняя или электромагнитная мощность генератора, пре
образованная им в электрическую;
PR� = Р00 - потери мощности в обмотке якоря и щеточных контактах.
При холостом ходе генератора электромагнитная мощность равна
нулю (Рэ = О), но для вращения якоря машины первичный двигатель
должен затратить некоторую мощность Р0, расходуемую на покрытие
потерь холостого хода.
Мощность РO складывается из механических потерь на трение в
подшипниках и трение о воздух вращающихся частей машины Рмех и
из потерь в стали на гистерезис и вихревые токи Рст•
В генераторах с самовозбуждением мощность РО включает также
мощность, затраченную на создание магнитного потока, т. е. на воз
буждение машины.
При нагрузке генератора первичный двигатель затрачивает мощность
Р1 = рэ + Ро.
Электромагнитный момент машины Мэ = РJw, где w = 2пn/60 раДt'с угловая скорость якоря.
Так как Р3 = EI и Е = (pN/60 А) nФ, то электромагнитный момент
машины опр_еделится следующим выражением: Мэ = (рN/2па) IФ.
Величины а, р и N постоянны для данной машины, поэтому выра
жение
рN/2па = К
представляет собой некоторый постоянный для данной машины коэф
фициент.
-
г_�
.
' $'
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер. QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
314
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
При этом электромагнитный момент равен: М3 = КIФ, т. е. электро
магнитный момент пропорционален произведению тока в якоре на
магнитный поток полюсов.
1 генераторов
Способы возбуждения
постоянного тока
Генераторы постоянного тока могут быть выполнены с магнитным
и электромагнитным возбуждением.
Для создания магнитного потока используют:
• в генераторах с магнитным возбуждением - постоянные магниты;
• в генераторах с электромагнитным возбуждением - электромаг
ниты.
Постоянные магниты применяют лишь в машинах очень малых
мощностей. Таким образом, электромагнитное возбуждение является
наиболее широко используемым способом для создания магнитного
потока.
При этом способе возбуждения магнитный поток создается током,
проходящим по обмотке возбуждения.
В зависимости от способа питания обмотки возбуждения генера
торы постоянного тока могут быть двух типов:
• с независимым возбуждением:
• с самовозбуждением.
При независимом возбуждении (рис. 35.2, а) обмотка возбуждения
включается в сеть вспомогательного источника энергии постоянного тока.
Дriя регулирования тока возбуждения 1и в цепи обмотки включено сопро
тивление �- При таком возбуждении ток 1и не зависит от тока в якоре 1.
Недостатком генераторов независимого возбуждения является
потребность в дополнительном источнике энергии. Поэтому генера
торы независимого возбуждения находят очень ограниченное при
менение только в машинах высоких напряжений, у которых питание
обмотки возбуждения от цепи якоря недопустимо по конструктивным
соображениям.
Генераторы с самовозбуждением в зависимости от включения
обмотки возбуждения могут быть параллельного (рис. 35.2, б), после
довательного (рис. 35.2, в) и смешанного (рис. 35.2, z) возбуждения.
У генераторов параллельного возбуждения ток мал (несколько
процентов номинального тока якоря), и обмотка возбуждения имеет
большое число витков.
При последовательном возбуждении ток возбуждения равен току
якоря и обмотка возбуждения имеет малое число витков.
315
Глава 35. Способы возбуждения генератора
а
в
z
Рис. 35.2. Схемы возбуждения генераторов постоянного тока: независимого (а);
параллельного (б); последовательного (в); смешанного {г)
При смешанном возбуждении на полюсах генератора помеща
ются две обмотки возбуждения - параллельная и последовательная.
Процесс самовозбуждения генераторов постоянного тока проте
кает одинаково при любой схеме возбуждения. Рассмотрим, например,
процесс самовозбуждения в генераторах параллельного возбуждения,
получивших наиболее шцрокое применение.
Какой-либо первичный двигатель вращает якорь генератора, маг
нитная цепь (ярмо и сердечники полюсов) которого имеет небольшой
остаточный магнитный поток Ф0 • Этим магнитным потоком в обмотке
вращающегося якоря индуктируется ЭДС Е0, составляющая несколько
процентов номинального напряжения машины.
Под действием ЭДС Е0 в замкнутой цепи, состоящей из якоря и
обмотки возбуждения, проходит ток l8 •
Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения wl8 (w- число вит
ков) направлена согласно с потоком остаточного магнетизма, увели
чивая магнитный поток машины Ф, что вызывает повышение как ЭДС
в обмотке якоря Е, так и тока в обмотке возбуждения l8 • Увеличение
последнего приводит к дальнейшему возрастанию Ф, что, в свою оче
редь, увеличивает Е и 18 •
Из-за насыщения стали магнитной цепи машины самовозбуждение
происходит не беспредельно, а до какого-то определенного напряже
ния, зависящего от частоты вращения якоря машины и сопротивления
в цепи обмотки возбуждения.
При насыщении стали магнитной цепи увеличение магнитного
потока замедляется, и процесс самовозбуждения заканчивается.
Увеличение сопротивления в цепи обмьтки возбуждения умень
шает как ток в ней, так и магнитный поток, возбуждаемый этим током.
Поэтому уменьшается ЭдС. и напряжение, до которого возбуждается
генератор.
316
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Напряжение так же, как и ЭДС, прямо пропорционально частоте,
вследствие чего с изменением частоты вращения изменяется и напря
жение, до которого возбуждается генератор.
--�
-
!�.
V
1
а�;;
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Характеристики
генераторов постоянного тока
Характеристики генератора определяют его рабочие свойства и
представляют зависимость между основными величинами, которыми
являются ЭДС в обмотке якоря Е, напряжение на его зажимах U, ток в
якоре 1, ток возбуждения l8 и частота вращения якоря n.
Характеристики представляют собой зависимости между двумя из
указанных основных величин при неизменных остальных. Эти зависи
мости имеют различный вид для генераторов разных типов.
Снятие всех характеристик машины производится при постоянной
частоте вращения якоря, так как при изменении частоты значительно
изменяются все характеристики генератора.
Характеристика холостого хода генератора представляет .собой
зависимость между ЭДС в якоре и током возбуждения, снятую при
отсутствии нагрузки и постоянной частоте вращения.
Для генераторов независимого возбуждения при отсутствии
нагрузки (холостой ход) ток в якоре равен нулю. ЭДС, индуктированная
в обмотке якоря, равна
Е = СnФ.
Поэтому при постоянной частоте вращения ЭДС окажется прямо
пропорциональной магнитному потоку.
ПРИМЕЧАНИЕ.
fvtoжнo сказать, что в измененном масштабе характе
ристика холостого хода представляет магнитную ха
рактеристику машины.
Глава 35. Способы возбуждения генератора
317
А
Е
При l 8 = О магнитная
цепь машины (главным обра
зом ярмо) имеет некото
lв
рый остаточный магнитный
поток Ф0 , который индукти
рует в обмотке якоря ЭДС Е
lв
(рис. 35.3, а). Эта ЭДС состав
ляет несколько процентов
а
б
(2-5%) номинального напря
жения машины.
Рис. JS.J. Характеристика холостого хода
генератора независимого возбуждения:
С увеличением тока в
а - при перемагничивании стали;
обмотке возбуждения возрасб - при изменении частоты вращения якоря
тают как магнитный поток,
так и ЭДС, индуктированная в обмотке якоря. Таким образом, при
постоянном постепенном увеличении l8 возрастает и ЭДС (кривая 1).
Если после снятия восходящей ветви от точки А начать постепенно
понижать ток возбуждения 18, то ЭДС также начнет уменьшаться, но за
счет гистерезиса нисходящая ветвь (кривая 2) пойдет несколько выше
восходящей ветви этой характеристики.
Изменяя l8 не только по величине, но и по направлению, можно
снять весь цикл перемагничивания стали машины.
Практически восходящая и нисходящая ветви магнитной харак-_
теристики имеют крайне незначительное расхождение, и за основную
характеристику принимается средняя зависимость (кривая 3).
На (рис. 35.3, б) показаны характеристики холостого хода, снятые
при различной частоте вращения якоря генератора.
Вращению якоря машины с номинальной частотой nн, указанной
в паспорте генератора, соответствует кривая 1. Для всех машин нор
мального типа точка номинального напряжения (точка А) находится на
перегибе магнитной характеристики.
Выбор точки номинального напряжения на линейном участке маг
нитной характеристики приводит к резким колебаниям напряжения на
зажимах генератора при нагрузке, так как незначительные колебания
магнитодвижущей силы вызывают резкое изменение ЭДС.
Выбор этой точки на пологом участке магнитной характеристики
приводит к ограничению регулирования напряжения на зажимах гене
ратора, так как для изменения ЭДС требуются очень большие измене
ния тока возбуждения.
При частоте вращения, отличной от номинальной частоты враще
ния якоря генератора, меняется характеристика холостого хода, так как
ЭДС пропорциональна частоте. При n' > nн характеристика холостого
318
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
хода расположится выше (кривая 2), а при n' < nн - ниже (кривая 3),
чем при номинальной частоте вращения.
Следовательно, при изменении частоты вращения якоря точка
номинального напряжения окажется либо на линейном (точка В), либо
на пологом (точка С) участке магнитной характеристики. Это вызывает
изменение всех характеристик генератора. Поэтому первичный дви
гатель для вращения якоря генератора надо выбирать так, чтобы его
частота вращения была близкой к номинальной частоте генератора.
Для генераторов параллельного возбуждения при холостом ходе
ток в якоре равен току возбуждения (1 = l8). Так как этот ток составляет
малую величину (несколько процентов номинального тока генератора),
то напряжение на зажимах машины при холостом ходе будет примерно
равным ЭДС. Характеристика холостого хода этого генератора практиче
ски совпадет с характеристикой генератора независимого возбуждения.
Однако весь цикл перемагничивания в генераторах параллельного
возбуждения снять нельзя. Ведь при изменении направления тока в
обмотке возбуждения магнитный поток ее будет направлен встречно
потоку остаточного магнетизма, и самовозбуждение генератора ока
жется невозможным.
Для генератора последовательного возбуждения характери
стика холостого хода смысла не имеет, так как при холостом ходе в
якоре и обмотке возбуждения ток равен нулю, и характеристика может
быть снята только по схеме независимого возбуждения.
Для этого обмотка возбуждения генератора должна быть включена
в сеть какого-либо независимого источника тока.
Для генераторов смешанного возбуждения характеристика
холостого хода совпадает с характеристикой генератора параллельного
возбуждения.
Внешняя характеристика представляет собой зависимость напря
жения на зажимах генератора от тока нагрузки. Эта характеристика
соответствует естественным условиям работы машины, т. е. машина
нерегулируема (сопротивление цепи возu
буждения
R8 постоянно) и снимается при
n-:-::-:---t.2_�
неизменной
частоте вращения.
Uн
Для генераторов независимого воз
буждения при постоянном R8 неизме
нен также и ток возбуждения l8• Внешние
характеристики такого генератора пока
о
заны на (рис. 35.4).
lн
Кривая 1 представляет собой внеш
Рис. JS.4. Внешняя
1
1
1
1
1
характеристика генератора
независимого возбуждения
нюю характеристику на понижение
напряжения, соответствующую току
Глава 35. Способы возбуждения генератора
319
обмотки возбуждения, при котором напряжение генератора равно
номинальному при холостом ходе.
С возрастанием нагрузки (тока I в якоре генератора) увеличивается:
• и падение напряжения в сопротивлении его обмотки;
• и размагничивающее действие реакции якоря.
Это вызывает понижение напряжения. При изменении нагрузки от
нуля до номинальной напряжение на зажимах генератора уменьшается
на величину дUпн ·
Характеристике на повышение напряжения (кривая 2) соответ
ствует такой ток возбуждения, чтобы при номинальной нагрузке гене
ратора напряжение на его зажимах было равно номинальному, после
чего нагрузка генератора уменьшается.
С уменьшением нагрузки (тока в якоре) также снижается как паде
ние напряжения в сопротивлении обмотки якоря и щеточных контак
тах, так и размагничивающее действие реакции якоря, что вызывает
повышение напряжения.
При изменении нагрузки от номинальной до О напряжение на
зажимах генератора увеличивается на величину дUпв·
За счет насыщения стали повышение напряжения меньше, чем
понижение, так как размагничивающее действие реакции якоря будет
сказываться тем сильнее, чем меньше степень насыщения стали.
В генераторах параллельного возбуждения при постоянном сопро
тивлении цепи возбуждения R8 ток возбуждения не остается постоян
ным, так как зависит от напряжения на зажимах генератора, которое
при изменении нагрузки меняется.
В генераторах независимого возбуждения увеличение нагрузки
вызывает понижение напряжения под воздействием падения напря
жения в сопротивлении машины и реакции якоря (кривая 1 на
рис. 35.5).
В генераторах параллельного возбуждения при уменьше
нии напряжения также уменьшается ток возбуждения, что вызывает
уменьшение магнитного потока и понижение
u
напряжения.
Следовательно, при увеличении нагрузки
напряжение на зажимах генератора этого
типа уменьшается в большей мере (кривая 2
на рис. 35.5), чем в генераторах независимого
возбуждения.
Уменьшение внешнего сопротивления
О
lк
lн
нагрузки вызывает увеличение тока до неко
Рис. JS.5. Внешняя
торого значения Iмакс• не превышающего характеристика генератора
номинальный ток более чем в 2-2,5 раза.
параллельного возбуждения
320
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
При дальнейшем уменьшении внешнего сопротивления ток умень
шается и при коротком замыкании будет значительно меньше номи
нального.
Понижение сопротивления нагрузки вызывает уменьшение тока
возбуждения, так как напряжение генератора понижается. Если ток
возбуждения уменьшился настолько, что машина оказалась размаг
ниченной, то ЭДС понижается в большей степени, чем сопротивление
нагрузки, что вызывает уменьшение тока в якоре.
При коротком замыкании генератора параллельного воз9ужде
ния ток Iв равен нулю, и обмотка возбуждения не создает магнитного
потока.
Поэтому в обмотке якоря будет ЭДС только от остаточного магнит
ного потока ЕО, имеющая малое значение, и, следовательно, ток корот
кого замыкания Iк будет также мал.
Внешняя характеристика на повышение напряжения у генера
тора параллельного возбуждения (кривая 3 на рис. 35.5) имеет такой же
вид, как у генератора независимого возбуждения.
Для генератора последовательного возбуждения внешняя характе
ристика показана на (рис. 35.6). В генераторах этого типа ток возбуж
дения равен току якоря (Iв = 1), и при холостом ходе (1 = О) в обмотке
якоря будет создана ЭДС ЕО за счет остаточного магнетизма.
u
11
_.:.iС увеличением нагрузки также возрас
,,, 2
тет ток в обмотке возбуждения, что вызывает
увеличение ЭДС (кривая 1 на рис. 35.6).
1
/
Напряжение на зажимах генератора при
:
l
нагрузке
меньше ЭДС вследствие падения
Еост
напряжения в сопротивлении машины и
о
lн
реакции якоря (кривая 2 на рис. 35.6).
Рис. JS.6. Внешняя
Таким образом, у генераторов последо
характеристика генератора
вательного возбуждения напряжение резко
последовательного
возбуждения
меняется с изменением нагрузки, поэтому
они не нашли применения.
В генераторах смешанного возбуждения возможно согласное и
встречное включение последовательной и параллельной обмоток.
При согласном включении обмоток возбуждения результирующая
магнитодвижущая сила, создающая магнитный поток, равна сумме
магнитодвижущих сил параллельной и последовательной обмоток, а
при встречном включении - разности этих магнитодвижущих сил.
На рис. 35. 7 показаны внешние характеристики генератора смешан
ного возбуждения. С увеличением нагрузки такого генератора уменьша
ется напряжение на его зажимах в результате падения напряжения в его
1
,,,
/
/
/
1
1
1
1
1
1
321
Глава 35. Способы возбуждения генератора
сопротивлении и реакции якоря. Однако с увеличением нагрузки возрас
тает таюке ток в последовательной обмотке возбуждения.
Поэтому при согласном включении обмоток увеличение нагрузки
вызывает увеличение магнитного потока и ЭДС обмотки якоря.
Если ЭДС с повышением нагрузки возрастает на величину, равную
понижению напряжения генератора, так как падает напряжение в его
сопротивлении и реакции якоря, то напряжение на зажимах генератора
будет практически оставаться неизменным при изменении нагрузки от
холостого хода до номинальной (кривая 1 на рис. 35. 7).
Такой генератор, называемый норu
мально возбужденным, не требует регу
лировки тока возбуждения при изменениях
нагрузки.
При уменьшении числа витков после
довательной обмотки ЭДС с возрастанием
нагрузки будет увеличиваться в меньшей сте
о
lк
lн
пени, и не будет компенсировать понижения
Рис. JS.7. Внешняя
напряжения. Поэтому напряжение на зажи
характеристика генератора
мах генератора бvдет
уменьшаться (кривая 2
1,
смешанного возбуждения
на рис. 35. 7), т. е. генератор недовозбужден.
Если чисrrо витков последовательной обмотки возбуждения больше,
чем то, которое соответствует нормальному возбуждению машины, то
генератор окажется перевозбужденным, и напряжение на его зажимах
будет возрастать с увеличением нагрузки (кривая 3 на рис. 35. 7).
При встречном включении обмоток возбуждения внешняя харак
теристика подобна внешней характеристике генератора параллельного
возбуждения (кривая 4 на рис. 35. 7), однако токи максимальный Iмакс и
короткого замыкания Iк у генератора смешанного возбуждения будут
меньше соответствующих токов генератора параллельного возбужде
ния в результате размагничивающего действия магнитодвижущих сил
последовательной обмотки.
Наиболее часто применяют генераторы нормально возбужденные,
а таюке перевозбужденные, позволяющие компенсировать падение
напряжения в линии, соединительных проводах и т. д. с тем, чтобы
напряжение на нагрузке оставалось постоянным при изменении тока.
Генераторы со встречным включением обмоток возбуждения не
обеспечивают постоянства напряжения и поэтому широкого приме
нения не нашли. Их используюt лишь в тех случаях, когда необходимо
ограничить токи коротких замыканий (например, при электросварке).
Регулировочная характеристика генератора представляет собой
зависимость тока возбуждения от тока нагрузки, снимаемая при постаянном напряжении на зажимах генератора.
1
1
1
1
1
1
1
1
322
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Регулировочная характеристика генератора показывает, в какой
мере следует изменить ток в обмотке возбуждения для того, чтобы
напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным при изме
нении тока нагрузки.
В генераторах независимого и параллельного возбуждения с увели
чением тока нагрузки необходимо увеличить ток возбуждения для того,
чтобы скомпенсировать падение напряжения на внутреннем сопротив
лении машины и размагничивающее действие потока реакции якоря.
В генераторах смешанного возбуждения (нормально возбужден
ных) напряжение при изменении нагрузки не претерпевает измене
ний, и, следовательно, необходимость регулирования тока возбуждения
отпадает, т. е. регулировочная характеристика в таких генераторах не
имеет смысла, так как ток возбуждения постоянен при изменениях тока
нагрузки.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
•
[!]
..
ГЛАВА 36
РЕГУЛИРОВКА
ЧАСТОТЬI
ВРАЩЕНИЯ
Работа машины постоянного тока
в режиме двигателя
1
При включении двигателя постоянного тока в сеть под действием
приложенного напряжения проходит ток как в обмотке якоря, так и
в обмотке возбуждения. Ток возбуждения создает магнитный поток
полюсов.
В результате взаимодействия тока в проводниках обмотки якоря
с магнитным полем полюсов создается вращающий момент, и якорь
машины приходит во вращение. Таким образом, электрическая энергия
преобразуется в энергию механическую.
Положим, что генератор параллельного возбуждения включен в сеть большой мощности (рис. 36.1).
Ток нагрузки генератора определяется следующим
выражением:
1 = (Е - U)/RA ,
где 1- ток в обмотке якоря;
Ар
Rя - сопротивление этой обмотки;
Е- ЭДС, индуктируемая в этой же обмотке;
U - напряжение сети.
Рис. J6.1. Схема
включения
Направление ЭДС и тока в активных проводах
генератора
якоря показано на схеме (рис. 36.2, а). Машина раз параллельного
вивает электромагнитный момент М3 , являющийся возбуждения в сеть
324
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Рис. J6.2. Схема работы машины постоянного тока в режимах:
генератора (а);двигателя (б)
тормозным, т. е. потребляет механическую энергию и вырабатывает
энергию электрическую.
Если понизить ток возбуждения, то уменьшится как магнитный
поток, так и ЭДС, индуктируемая в обмотке якоря. Это вызовет умень
шение нагрузки генератора.
Изменяя сопротивление регулировочного реостата, можно довести
ток возбуждения до такой величины, при которой ЭДС в обмотке якоря
будет равна напряжению сети (Е = U), а ток в якоре равен нулю. Т. е.
генератор работает вхолостую.
При токе возбуждения меньшем тока, соответствующего холостой
работе генератора, ЭДС обмотки якоря будет меньше напряжения сети,
и ток в якоре изменит направление на обратное (рис. 36.2, б).
При изменении направления тока в проводниках обмотки якоря
также изменится направление электромагнитного момента М3 разви
ваемого машиной, т. е. момент станет вращающим.
,
вывод.
Машина, потребляя электрическую энергию, вырабаты
вает энергию механическую, т. е. работает двигателем.
Если отключить первичный двигатель, то якорь машины будет про
должать вращаться под действием развиваемого электромагнитного
моментаМ3
При вращении якоря в проводниках его обмотки индуктиру
ется ЭДС, направление которой противоположно направлению тока.
Поэтому ее называют противо-ЭДС или обратной ЭДС.
•
325
Глава 36. Регулировка частоты вращения
Противо-ЭДС играет роль регулятора потребляемой мощности, т. е.
потребляемый ток изменяется вследствие изменения противо-ЭДС,
равной Е = СnФ.
Вращающий момент, развиваемый двигателем, Мэ = КIФ.
Приложенное напряжение уравновешивается противо-ЭДС и паде
нием напряжения в сопротивлении обмотки якоря и щеточных контак
тов. Следовательно, U = Е + IRя.
Ток в обмотке и частота вращения якоря определяются следую
щими выражениями:
1 = (U - Е)/Rя И n = (U - IRя)/СФ.
Направление вращения якоря двигателя зависит от полярности
полюсов и от направления тока в проводниках обмотки якоря. Таким
образом, для реверсирования двигателя, т. е. для изменения направ
ления вращения якоря, нужно либо изменить полярность полюсов,
переключив обмотку возбуждения, либо изменить направление тока в
обмотке якоря.
Обмотка возбуждения обладает значительной индуктивностью, и
переключение ее нежелательно. Поэтому реверсирование двигателей
постоянного тока обычно заключается в переключении обмотки якоря.
,,,,
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Пуск двигателей
постоянного тока
1
В начальный момент пуска в ход якорь двигателя неподвижен, и
противо-ЭДС равна нулю (Е = О). При непосредственном включении
двигателя в сеть в обмотке якоря будет протекать чрезмерно большой
ток Iпуск = U/Rя. Поэтому непосредственное включение в сеть допуска
ется только для двигателей очень малой мощности, у которых падение
напряжения в якоре представляет относительно большую величину и
броски тока не столь велики.
В машинах постоянного тока большой мощности падение напря
жения в обмотке якоря при полной нагрузке составляет несколько про
центов от номинального напряжения, т. е. IRя = (0,02-0,l)U.
326
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Следовательно, пусковой ток, в случае включения двигателя в сеть
с номинальным напряжением, во много раз превышает номинальный.
Для ограничения пускового тока используют пусковые реостаты,
включаемые последовательно с якорем двигателя при пуске в ход.
Пусковые реостаты представляют собой проволочные сопротивле
ния, рассчитываемые на кратковременный режим работы. Они выпол
няются ступенчатыми. Это дает возможность изменять ток в якоре дви
гателя в процессе пуска его в ход.
Схема двигателя параллельного возбуждения с пусковым рео
статом показана на (рис. 36.3, а).
n, Мэ
а
б
Рис. 36.J. Схема (а) и характеристики (б) двигателя параллельного возбуждения
Пусковой реостат этого двигателя имеет три зажима, обозначае
мые буквами Л, Я, Ш.
Зажим Л соединен с движком реостата и подключается к одному из
полюсов рубильника (к линии). Зажим Я соединяется с сопротивлением
реостата и подключается к зажиму якоря. Зажим Ш соединен с метал
лической шиной, помещенной на реостате (шунт).
Движок реостата скользит по шине так, что между ними имеется
непрерывный контакт. К зажиму Ш через регулировочное сопротивле
ние � присоединяется обмотка возбуждения. Вторые зажимы якоря и
обмотки возбуждения соединены между собой перемычкой и подклю
чены ко второму полюсу рубильника, включающего двигатель в сеть.
При пуске в ход включается рубильник и движок реостата перево
дится на контакт 1, так что последовательно с якорем соединено пол
ное сопротивление пускового реостата ПР, которое выбирается таким,
чтобы наибольший ток при пуске в ход Imax не превышал номинальный
ток более чем в 1,7-2,5 раза, т. е.
Rn = U/lmax - Rя•
Глава 36. Регулировка частот1;11 вращения
327
При включении двигателя в сеть по обмотке возбуждения также
проходит ток, возбуждающий магнитный поток. В результате взаимо
действия тока в якоре с магнитным полем полюсов создается пусковой
момент.
Если пусковой момент окажется больше тормозного момента на
валу двигателя (Мпуск > �), то якорь машины придет во вращение.
Под действием инерции частота вращения не может претерпевать
мгновенных изменений и будет постепенно увеличиваться. Вместе с
ней возрастает противо-ЭДС, и ток в якоре начнет уменьшаться. Это
вызывает уменьшение вращающего момента двигателя.
В рабочем режиме сопротивление пускового реостата должно быть
полностью выведено, так как оно рассчитано на кратковременный
режим работы и при длительном прохождении тока выйдет из строя.
Когда ток в якоре уменьшится до небольшого значения I in• движок
пускового реостата переводится на контакт 2. При этом сопротивление
пускового реостата уменьшится на одну ступень, что увеличит ток.
Сопротивление всех ступеней пускового реостата выбирают так,
чтобы при переводе движка реостата с одного контакта на другой ток в
якоре изменялся от� до 1мах •
С увеличением тока в якоре возрастает вращающий момент, вслед
ствие чего частота вращения вновь увеличивается. С увеличением
частоты вращения якоря возрастает противо-ЭДС, что вызовет умень
шение тока в якоре.
Когда ток в якоре достигает вновь наименьшего значения, движок
реостата переводится на контакт 3.
Таким образом, сопротивление пускового реостата постепенно
(ступенями) уменьшается, пока оно полностью не будет выведено (дви
жок реостата на контакте 5), и в рабочем режиме ток и частота вра�
щения якоря принимают установившиеся значения, соответствующие
тормозному �оменту на валу двигателя. Наименьший ток при пуске в
ход зависит от режима работы двигателя.
Если двигатель пускается при полной нагрузке, то I in = 1,118
rn
rn
•
ПРИМЕЧАНИЕ.
При пуске двигателя без нагрузки или при малых нагруз
ках пусковой ток может быть меньше номинального
тока двигателя.
Число ступеней пускового реостата зависит от разности Imax - I in•
Причем чем меньше разность этих токов, тем больше число ступеней.
Обычно пусковые реостаты имеют от 2 до 7 ступеней.
rn
328
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
При пуске двигателя реrулировочное сопротивление � в цепи воз
буждения доткно быть полностью выведено. Т. е. ток возбуждения доmкен
быть наибольшим, что дает возможность уменьшить пусковой ток.
Для пуска двигателя необходимо создать пусковой момент, боль
ший тормозного момента на валу. Так как Мпvск = КlпускФ, то для умень
шения пускового тока надо увеличить магнитный поток, т. е. увеличить
ток в обмотке возбуждения.
Металлическая шина пускового реостата соединена с зажимом 1.
Это необходимо для того, чтобы при отключении двигателя от сети не
было разрыва цепи обмотки возбуждения, имеющей значительную
индуктивность.
При отключении двигателя движок пускового реостата переводится
на холостой контакт О и рубильник отключается. При этом обмотка воз
буждения будет замкнута на сопротивление пускового реостата и якоря,
что дает возможность избежать перенапряжений и дугообразования.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Характеристики
двигателей постоянного тока
Рабочие свойства двигателей определяются их рабочими характе
ристиками, представляющими собой зависимости частоты вращения n,
вращающего момента М3 , потребляемого тока 1, мощности Р 1 и КПД 1'\
от полезной мощности на валу Р2•
Эти зависимости соответствуют естественным условиям работы
двигателя, т. е. машина не реrулируется, а напряжение сети остается
постоянным.
При изменении полезной мощности Р2 (т. е. нагрузки на валу) изме
няется также и ток в якоре машины, поэтому рабочие характеристики
часто строятся в зависимости от тока в якоре.
Зависимости вращающего момента и частоты вращения от тока
в якоре для двигателя параллельного возбуждения изображены на
(рис. 36.3, б). Частота вращения двигателя определяется следующим
выражением:
329
Глава 36. Регулировка частоты вращения
С увеличением нагрузки на валу двигателя возрастает таюке и ток в
якоре. Это вызывает увеличение падения напряжения в сопротивлении
обмотки якоря и щеточных контактах.
Так как ток возбуждения остается неизменным (машина нерегули
руема), то магнитный поток также постоянен.
Однако при повышении тока в якоре увеличивается размагничива
ющее действие п0тока реакции якоря и магнитный поток Ф несколько
уменьшится.
Увеличение IRя вызывает понижение частоты вращения двигателя,
а уменьшение Ф повышает частоту. Обычно падение напряжения вли
яет на изменение частоты в несколько большей степени, чем реакция
якоря, так что с увеличением тока в якоре частота уменьшается.
Изменение частоты вращения у двигателя этого типа незначи
тельно. Оно не превышает 5% при изменении нагрузки от нуля до
номинальной.. Т. е. двигатели параллельного возбуждения имеют жест
кую скоростную характеристику.
Вращающий момент двигателя определяется так: М3 = КIФ.
При неизменном магнитном потоке зависимость момента от тока в
якоре может быть представлена прямой линией. Но под воздействием
реакции якоря с увеличением нагрузки в некоторой степени умень
шится магнитный поток, и зависимость момента отклонится вниз от
прямой линии.
Схема двигателя последовательного возбуждения показана на
рис. 36.4, а. Пусковой реостат этого двигателя имеет только два зажима, так
как обмотка возбуждения и якорь образуют одну последовательную цепь.
Характеристики двигателя изображены на рис. 9.21, б. Частота вра
щения двигателя последовательного возбуждения определяется следу
ющим выражением:
n = (U-1 (Rя + �))/СФ,
где � - сопротивление последовательной обмотки возбуждения.
о
Мэ
а
б
Рис. :56.4. Схема (а) и характеристики (б) двигателя последовательного возбуждения
330
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В двигателе последовательного возбуждения магнитный поток
не остается постоянным, а резко изменяется с изменением нагрузки.
Это вызывает значительное изменение частоты вращения. Так как
падение напряжения в сопротивлении якоря и в обмотке возбуждения
очень мало в сравнении с приложенным напряжением, то частоту вра
щения можно приближенно определить следующим выражением:
n = U/CФ.
Если пренебречь насыщением стали, то можно считать магнитный
поток пропорциональным току в обмотке возбуждения, который равен
току в якоре.
вывод.
Следовательно, у двигателя последовательного воз
буждения частота вращения обратно пропорциональна
току в якоре и она резко уменьшается с увеличением на
грузки, т. е. двигатель имеет мягкую скоростную харак
теристику.
,
ВНИМАНИЕ.
С уменьшением нагрузки частота вращения двигате
ля увеличивается. При холостом ходе (1. = О) частота
вращения двигателя беспредельно возрастает, т. е.
двигатель идет в разнос. Таким образом, характерным
свойством двигателей последовательного возбуждения
является недопустимость сброса нагрузки, т. е. работы
вхолостую или при малых нагрузках.
�
Двигатель имеет минимальную допустимую нагрузку, составляю
щую 25-30% номинальной. При нагрузке меньше минимально допу
стимой частота вращения двигателя резко увеличивается, что может
вызвать его разрушение. Поэтому, когда возможны сбросы или резкие
уменьшения нагрузки, двигатели последовательного возбуждения не
применяют.
В двигателях очень малых мощностей сброс нагрузки не вызывает
разноса, так как механические потери их будут достаточно большой
нагрузкой для них.
Глава 36. Регулировка частоты вращения
331
Вращающий момент двигателя последовательного возбуждения,
учитывая пропорциональную зависимость между магнитным потоком
и током в якоре (Ф = C'I), можно определить следующим выражением:
Мэ = КIФ = К'12
где К' = КС', т. е. вращающий момент пропорционален квадрату тока.
Однако при больших токах сказывается насыщение стали и зависи
мость момента приближается к прямой линии.
ПРИМЕЧАНИЕ.
r
,
Таким образом, двигатели этого типа развивают боль
шие вращающие моменты, что имеет существенное
значение при пуске больших инерционных масс и пере�
грузках. Эти двигатели широко используют в транс
портных и подъемных устройствах.
.1
При смешанном возбуждении возможно как согласное, так и
встречное включение обмоток возбуждения.
Двигатели со встречным включением обмоток не нашли широкого
применения, так как они обладают плохими пусковыми свойствами и
работают неустойчиво.
Характеристики двигателей смешанного возбуждения занимают
промежуточное положение между характеристиками двигателей парал
лельного и последовательного возбуждения.
Реrулирование "частоты вращения
двиrателеи постоянного тока
1
Двигатели постоянного тока получили широкое распространение и
часто являются незаменимыми благодаря ценному свойству- возмож
ности плавно и экономично регулировать частоту вращения в широких
пределах.
Частота вращения якоря двигателя при любой схеме возбуждения
определяется следующим выражением:
n = (U - 1 (Rя - Rс))/СФ,
где � - сопротивление последовательной обмотки возбуждения (для
двигателя параллельного возбуждения Rc = О).
332
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Это выражение показывает, что частота вращения двигателя зави
сит от напряжения сети, сопротивления цепи якоря и магнитного
потока.
Частоту вращения регулируют путем изменения напряжения сети в
том случае, когда источником электрической энергии двигателя явля
ется какой-либо генератор.
Для регулирования частоты вращения двигателя изменением
сопротивления цепи якоря используют регулировочный реостат, вклю
ченный последовательно с якорем.
В отличие от пускового регулировочный реостат должен быть рас
считан на длительное прохождение тока. В сопротивлении регулиро
вочного реостата происходит большая потеря энергии, вследствие чего
резко уменьшается КПД двигателя.
Регулируют частоту вращения якоря двигателя изменением маг
нитного потока, который зависит от тока в обмотке возбуждения.
В двигателях параллельного и смешанного возбуждения для изме
нения тока включают регулировочный реостат, а в двигателях последо
вательного возбуждения для этой цели шунтируют обмотку возбужде
ния каким-либо регулируемым сопротивлением.
Последний способ регулирования частоты практически не создает
дополнительных потерь и экономичен.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ШАГ
Х
ПРАКТИКА:
ИНТЕРАКТИВНЬIЕ РАСЧЕТЬI
ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
Глава 37. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты номинального
тока автоматов
Глава 38. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты заземления дома
Глава 39. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты молниезащиты
дома
Глава 40. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты
для электродвигателей
Глава 41. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты мощности
электроприборов
Глава 42. ПРАКТИКА: расчеты для использования
светодиодных лент
Глава 43. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты светодиодных
лент и их блоков питания
Глава 44. ПРАКТИКА: расчеты освещения в помещении
Глава 45. ПРАКТИКА: расчет токовой нагрузки
квартирнои электросети
Глава 46. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты проводов и кабелей
Глава 47. ПРАКТИКА: расчеты при создании квартирного щитка
ГЛАВА 37
ПРАКТИКА:
ИНТЕРАКТИВНЫЕ РАСЧЕТЫ
НОМИНАЛЬНОГО ТОКА
АВТОМАТОВ
1
Упрощенный расчет
автоматического выключателя по мощности
Самый простой калькулятор подбора автомата (рис. 37.1) можно
найти на сайте, указанном ниже.
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для пров:дения практических расчетов предлагаю переити на страницу интерактивного колькулятора:
https://elektroshkola.ru/kalkulyatory/ •
·
onlajn-raschet-avtomata-po-moshhnosti/
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт- r:,
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-l(oд.
i!J.
.8
.
• .
ВНИМАНИЕ.
Для защиты бытовой электросети необходимо приме
нять автоматические выключатели с характеристикой
срабатывания «С», а для защиты электродвигателей автоматические выключатели с характеристикой сра
батывания «D».
Глава 37. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты номинального тока автоматов 335
Выбериrе тмn защищаемого зnекrрооборудования
1БwтoaaJt мепросе:тъ
Введите мощность • км110Ваnах
1·· Мощность, х.8т
Какую мощность вы указали?
8 МноА указана наксанальная разрешенная к использованию мощность (проектная
мощность, либо мощность указанная в догоwре электроснабжения)
О Мной указана суммарная мощность всех зnектроnриборов которые будуr
подключаться в электросеть защищаемую данным автоматом
О Мной указана мощность конкретмого зnектроnрибора (в случае, есnи данный
автомат Предназначен �Я защиты ОДНОГО электроприбора ИЛИ группы
электроприборов которые Вl<Jlючаются а сеrь одновременно)
Выберите напряжение сети
220 Вол•т
ikiiii!Ыi
Рис. 37.1. Простой калькулятор подбора автомата
Для работы с калькулятором выбираем тип защищаемого элек
трооборудования:
• бытовая электросеть -'-- в случае если расчет производится для ав
томата, который будет защищать электропроводку дома или квар
тиры;
• электродвигатель - в случае, если расчет производится для авто
мата, который будет защищать электродвигатель.
Указываем мощность электродвигателя или бытовой электросети (в
киловаттах, 1 кВт= lООО Вт).
Для БЫТОВОЙ СЕТИ дополнительно выбираем тип указанной
мощности:
• «Максимальная разрешенная к использованию мощность» если мощность взята из проекта (технических условий) на дом
(квартиру) или из договора на электроснабжения;
• «Суммарная мощность всех электроприборов, которые будут
включаться в электросеть» - в случае если указанная мощность
была получена путем суммирования мощностей всего электрообо
рудования в доме (квартире);
• «Мощность конкретного электроприбора» - в случае, если ука
занная мощность относится к одному электроприемнику, который
будет защищать рассчитываемый автоматический выключатель
(например, мощность стиральной машины, если на нее будет уста
навливаться отдельный автомат);
• «Мощность конкретного электроприбора» - в случае, если ука
занная мощность относится к суммарной мощности группы элек-
336
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
троприемников, включение которых происходит одновременно
(например, ряд светильников включаемых одновременно одним
выключателем).
Выбираем НАПРЯЖЕНИЕ СЕТИ:
• либо 220 В - для однофазной сети;
• либо 380 В - для трехфазной сети.
Нажимаем кнопку «РАССЧИТАТЬ».
В результате расчета мы получаем требуемый стандартный номи
нальньiй ток автоматического выключателя, который сможет обеспечить
надежную защиту электросети и электрооборудования. Стандартными
значениями номиналов автоматов являются:
0,5; 1; 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 40;
50; 63; 80; 100; 125; 160 и т.д.
1
Калькулятор для расчета тока нагрузки
для выбора автоматического выключателя
Вычислить ток нагрузки электроприборов (при известной пло
щади проводника) можно или вручную, или с помощью калькулятора
(рис. 37.2). Предоставляется возможность произвести расчет для одного
прибора или для группы. При этом в групповых расчетах учитывается
коэффициент спроса - величина, которая описывает, какая реальная
мощность потребляется в среднем.
Входныеданные------------------,1
МОЩМОСТЬ(Вт)/nппотребlmJul:
Кооффмцмент МОЩIЮСТII (cos+) / Кооффмцмент
cnpoe1:
:===-=--=--:::...�
! 1000
1 Одиночны� 1
�1D_9б__�
Наnр•женме сеп (В):
КПД(") :
Г"'"'"
То« меrру,.. (А):
Рис. 37.2. Интерфейс калькулятора тока нагрузки
Глава 37. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты номинального тока автоматов 337
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: https://wWW.elec.ru/calculators/
auto-breaker/
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код.
Введите значения в форму (рис. 37.2):
• суммарную мощность электрооборудования;
• тип потребителя;
• параметры сети (сколько фаз и напряжение).
Примерные значения коэффициента мощности бытовых элек
троприборов представлены в табл. 37.1, а электроинструмента - в
табл. 37.2.
Примерные значения коэффициента мощности
бытовых электроприборов
Наименование
Бойлер
Компьютер
Кофеварка
Лампы накаливания
Люминесцентные лампы
Обогреватель
Пылесос
СВЧ-печь
Стиральная машина
Телевизор
Утюг
Фен
Холодильник
Электроплита
Электрочайник
Таблица 37.1
Мощность, Вт
cos '1'
Таблица 22.1
350-700
650-1500
60-250
20-400
500-2000
500-2000
700-2000
1500-2500
100-400
1000-2000
600-2000
150-600
1200-6000
1500-2000
1
0,95
1
1
0,95
1
0,9
1
0,9
1
1
1
0,95
1
1
338
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Примерные значения коэффициента мощности
электроинструмента
Наименование
Таблица 37.2
Мощность, Вт
cos ql
600-3000
0,8
Вакуумный насос
1000-2500
0,85
Компрессор
700-2500
0,7
Перфоратор
500-1200
0,85
Электродрель
400-1000
0,85
Электромоторы
250-3000
0,7-0,8
Электросварка (дуговая)
1800-2500
0,3-0,6
Болгарка
ПРИМЕЧАНИЕ.
При расчетах для трех фаз к входным данным добавля
ется и КПД.
ГЛАВА 38
ПРАКТИКА:
ИНТЕРАКТИВНЫЕ РАСЧЕТЫ
ЗАЗЕМЛЕНИЯ ДОМА
Простой онлайн расчет
сопротивления заземления
1
Организация качественного заземления - обязательное условие
для домов, дач, новостроек и реконструированных зданий. Но ряд элек
триков делает это неправильно - просто вбивает несколько металличе
ских штырей (арматуры, например) в землю на 1,5 м и обваривают их
металлической полосой.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Теперь перейдем к расчету системы заземления! Правильно это
можно с помощью онлайн калькуляторов, пример которого представ
лен на рис. 38.1.
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора:
https://samelectrik.ru/raschet
soprotivleniya-zazemleniya-onlajn.html.
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код.
340
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Верхни\t сл ой rрунта
! Песок сит.но умажнемнwill (Я))
•1
,........, . ...... ....... ..... . .. ......, ...., .. , ........... .........J
КЛиматичесkИй коэффициент
[к.nl,lf,IIТМ'lllt�IIЭOHlll(81pт.-19,�---
Нижний слои грунта
j Пеtоо:с1111ьиоумDО11нныi1(1:iD)
Кo.nl-f-lecпo верт эаземлителеМ
! 1•ртмкалы11о1йэС1е1111КRn1>
ГЛ'f(lина вep»iero tлOR грукrа, н (М)
! 1
.!
Длина верти�ьноrо эаэемnитеJJА, L1 (М)
о.,
Глу(lина горюонтальноrо эаземлителА, h2 ("4)
Дnина сае.ц1оtнительной nалосы. L.З (м)
диаметр верn«альноrо 3аземлителА, D (м)
! 0.025
Ширина полки rорюонтальноrо эюемлителА. Ь (1,11)
10.04
Вычисюнь
Удельное электрическое сопротивление грунта
сопротивление одинО'lн□го верт эаземлителА
Д лина гориэонтальноrо эаземл ител я
Сопротивление горизонтального эюемлителА
Ot:lщee соnротимение растеканию 31\екrрического тока
Рис. 38.1. Внешний вид онлайн калькулятора для расчета заземлителя
Данный калькулятор позволяет быстро в режиме онлайн выполнить
расчет общеrо сопротивления системы заземления растеканию
электрическоrо тока (R).
ВНИМАНИЕ.
Калькулятор подойдет для расчетов в том. случае, если
используются вертикальные заземлители в виде элек
тродов.
Достоинства вертикальных заземлителей заключается в том, что
при использовании электродов можно достичь предельно низких зна
чений сопротивлений контура.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Чем меньше сопротивление R заземляющей системы,
тем меньше будет опасный потенциал на корпусе по
врежденного электроприбора, например, стиральной
машины.
Глава 38. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты заземления дома
341
Для расчета заполняем исходные данные в формуле и нажимаем
кнопку «ВЫЧИСЛИТЬ». После этого калькулятор выполнит онлайн рас
чет заземления.
В отчете вам будут предоставлены готовые значения:
• удельного сопротивления грунта;
• вертикального и горизонтального заземлителя;
• общее сопротивление растеканию электрического тока.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Все допустимые значения R заземляющего устройства
указаны в одной из самых главных книг для электриков ПУЭ. Например, при линейном напряжении 220 В однофаз
ной сети сопротивление заземляющего устройства не
должно превышать 4 Ом.
з з м ия
т
т о
с е
е ле
л
с е
ит чпя
т оисатв и з нз м, ра
ч rок унтура"
Онз айн-ра
з м яющ
е л е
е с
е л
а а
р
а
1
Этот расширенный калькулятор (рис. 38.2) содержит больше вво
дных данных,соответственно,позволяет получить более точные резуль
таты расчетов. Можно экспортировать их результаты в Word или сразу
распечатать.Это,безусловно,полезно.
ПАРАМЕТР
Расстояние от nоеерхностн земли до
серед1-1ны заземлителя
·���1
ЗНАЧЕНИЕ
•:=====�1
ШI ,=======,,
м
шт.
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;� 1
.;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;� 1
Рис. JB.1. Результат расчета заземления
342
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ВНИМАНИЕ.
Обратите внимание, что кнопка РАССЧИТАТЬ выполне
на в виде лампочки и находится над полем для ввода.
,1
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора:
https://online-electric.ru/zaz/
zaz.php
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код.
.
ГЛАВА39
ПРАКТИКА:
ИНТЕРАКТИВНЬIЕ РАСЧЕТЬI
МОЛНИЕЗАЩИТЫ ДОМА
1
Ручной расчет
эффективной молниеэащиты
Шаr 1. Определение высоты дома. По коньку крыши проводится
провод, образующий центральную линию токоотвода. Определяем
высоту расположения этой линии h. Эта практически высота дома
(рис. 39.1). Она является точкой отсчета при планировании всей
системы молниезащиты. В нашем случае высота дома составляет 12 м.
Шаr 2. Определение уrла защиты а. Диаграмма приведена на
рис. 39.2. Высота дома (в нашем случае 11 м) образует горизонтальную
ось диаграммы. После этого проводим вертикальную линию от значения
высоты h вверх до ее пересечения с кривой соответствующей категории
защиты (в нашем случае - III). Соответствующая точке пересечения пози
ция на вертикальной оси диаграммы сообщает нам значение угла защиты
а. В нашем случае он составляет 60 ° .
Шаr 3. Перенесите этот уrол на наш дом. Все включенные в дан
ную зону части дома защищены.
Шаr 4. Защита частей дома, находящихся вне уrла защиты.
Части дома, находящиеся вне зоны защитного угла, должны бь_1ть защи
щены отдельно. В нашем случае незащищенной является, во-первых,
труба. Она имеет диаметр 70 см, должна быть снабжена молниеот
водной мачтой длиной 1,50 м. Во-вторых, чердачные окна на крыше
снабжаются отдельными коньковыми проводниками. Окончания конь
кового провода должны выступать над крышей и быть загнутыми к
верху по длине на 0,15 м. Это необходимо для защиты выступающего
козырька дома.
344
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Диаметр трубы 70 см
Окончания конькового
провода (15 см)
/-т----�;:;:-:Ь--��:
Защита выступающего
козырька дома
Окончания конькового
провода (15 см)
К контуру
заземления
Граница элипса эффективной
молниеэащиты
Рис. J9.1.. Расчет эффективной зоны молниезащиты частного дома
1
130
:ео
h(м)
Рис. J9.2. График зависимости радиуса зоны защиты от высоты дома
ПРИМЕЧАНИЕ.
Это простейший расчет молниеэащиты дома. Он не
учитывает многих особенностей дома и участка, со
стояния почвы. Поэтому расчет в более сложных слу
чаях нужно доверить профессионалам. Это ваша без
опасность.
'1
,1
Глава 39. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты молниезащиты дома
345
В качестве иллюстрации fvlamepuaлa книги пред
лагаю nocfvlompemь видеоролик.
Для aвmofvlamuчecкoгo перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на Cfvlapmфoнe (планшете) i.J наведите его кafvleру
на расположенный pядofvl QR-код.
Интерактивные расчеты
мопниеэащиты
1
Примерные расчеты онлайн можно сделать с помощью сервиса,
адрес которого указан ниже.
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: https://online-eledric.ru/light/
light.php
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на cfvlapm
фoнe (планшете) и наведите кafvleру на QR-код.
Расчеты достаточно сложны, поэтому если вы не уверены в своих
знаниях, лучше обратитесь за помощью в проектировании молниеза
щиты к специалистам. Результат расчета молниезащиты представлен
на рис. 39.3.
Шаг 4 иа 4. Реэул1tтат1t1 расчета
Рис. 39.J. Результат расчета молниезащиты
ГЛАВА40
ПРАКТИКА:
ИНТЕРАКТИВНЬIЕ РАСЧЕТЬI
ДЛЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
1
Расчет конденсаторов
для подключения двигателя в однофазную сеть
Одной из основных задач, связанных с электродвигателями для
домашних электриков, является подбор номиналов пускового и
рабочего конденсаторов. При нормальной работе трехфазных асин
хронных электродвигателей с конденсаторным пуском, включенных
в однофазную сеть предполагается изменение (уменьшение) емкости
конденсатора с увеличением частоты вращения вала.
В момент пуска асинхронных двигателей (особенно, с нагрузкой
на валу) в сети 220 В требуется повышенная емкость фазосдвигающего
конденсатора.
-
r;
�
V
cJ<_,
(/";,
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
• Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Есть различные таблицы, правила и формулы, но сделать это можно
за несколько секунд, если воспользоваться одним из калькуляторов,
приведенных на рис. 40.1. Предложенный калькулятор предназначен
для вычисления емкостей двух параллельно соединенных конденсато
ров - пускового С п и рабочего С Р .
347
Глава 40. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты для электродвигателей
Изменением (уменьшением) общей емкости (отключением Сп по
окончании разгона двигателя) осуществляется двухступенчатое управ
ление. Расчет рабочей емкости производится по формуле:
• CP=2800)(1/U - если обмотки двигателя соединены ЗВЕЗДОЙ;
• СР=4800)(1/U - в случае соединения обмоток ТРЕУГОЛЬНИКОМ.
Ток I определяется отношением мощности двигателя Р к произве
дению 1,73, напряжения U, коэффициента мощности cos<p и коэффициента полезного действия 11:
1 =Р/1,73UТ] COS<p
ПРИМЕЧАНИЕ.
Таким образом, для точности расчета потребуется
ввод данных (последних двух параметров) с шильдика
электродвигателя. При отсутствии такой информа
ции, в соответствующие поля формы можно ввести
средние значения.
Емкость пускового конденсатора подбирается в 2-3 раза большая,
чем рабочая. В данном калькуляторе используется следующий расчет:
С п=2,5)(СР .
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов предла
гаю перейти на страницу интерактивного каль
кулятора: http:/lforum220.ru/capacitance.php
Запутите Приложение «Сканер QR и штрих
кодов» на смартфоне (планшете) и наведите ка
меру на QR-код.
•
.
.
..
Этот калькулятор прост в использовании и минималистичен. Для
расчета нужно ввести такие данные:
• мощность;
• напряжение в сети;
• КПД;
• коэффициент мощности двигателя.
ВНИМАНИЕ.
1 При ввод: данных в качестве десятичного разделителя
используите точку.
r
'
.,/
348
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
1 Треугольник • 1. Соединение обмоток двигателя, У/Д
[!�:о?:. :: :'
[i�i, · ::.
1
о.� :, ,: ,
о. 7
1
1
Мощность двигателя, Вт
Наnряже11ие
в сети, В
Jкоэффициент
мощности, cos<p
кnд двигателя, (значение от О до 1)
1 Рассчитать емкости ко�денсаторо!f \
52.68
[§. 7�
'
] Сброс f
.
Емкость рабочего конденсатора, мкФ
к ь nускоЕЮГО конденсатора, мкФ
�]:." ост
Рис. 40.1.. Простой калькулятор расчета
емкости пускового и рабочего конденсаторов
В результ�те получите емкости пускового и рабочего конденсатора.
По указанному ниже адресу вы найдете не только калькулятор, но и
отличное справочное пособие. В нем приведен большой объем инфор
мации, связанной с конденсаторным пуском трехфазных двигателей от
однофазной сети.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Расчет мощности и момента асинхронного
электродвигателя
Чтобы правильно подобрать двигатель к исполнительному меха
низму нужно рассчитать:
• какой крутящий момент должен быть на валу;
• необходимое количество оборотов.
Глава 40. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты для электродвигателей
Номинальная частота вращения (об/мин):
1480
Номинальная мощность (kW) :
11
Номинальный момент (Нм) :
70.98
349
Рис. 40.2. Калькулятор крутящего момента, оборотов и мощности
Это можно сделать онлайн на сайте, указанном ниже. Внешний
вид калькулятора крутящего момента, оборотов и мощности двигателя
представлен на рис.40.2.
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: http://WWW.servotechnica.spb.ru/
calculation/motorpower.html
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код.
Интересно и то, что при вводе двух параметров рассчитывается
третий, при этом рассчитываемая величина произвольна (может быть
любой).
';У'
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Онлайн расчет
мощности электродвигателя
1
Расчет мощности электродвигателя по току можно произвести с
помощью онлайн калькулятора, приведенного на рис. 40.3.
Полученный результат рекомендуется округлить до ближайшего стан
дартного значения мощности электродвигателей: 0,25; 0,37; 0,55; О,75; 1,1;
1,5; 2,2; 3;0; 4,0; 5,5; 7,5; 11; 15; 18,5; 22; 30; 37; 45; 55; 75 кВт и т.д.
350
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
1
1
1
Укажите номинальное напряжение
Напряжение, Вольт (127, 220, 380, 660 и т.д_)
Укажите номинальный ток
Ток электродвигателя в Амперах
Укажите коэффициент мощности (со5<р)*
Значение от О до 1
*при отсутствии данных укажите значение от О,75 до 0,85
Укажите КПД*
[ Значение от 1 до 100
*при отсутствии данных укажите значение от 70 до 85
;щ;;щ;;;
Рис. 40.3. Калькулятор расчета мощности электродвигателя
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Адрес этого и трех описанных далее интерак
тивных калькуляторов https://elektroshkola.
ru/kalkulyat ory/onlajn-raschet-xarakteristik
trexfaznyx-elektrodvigatelej/
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код.
Расчет мощности двигателя производится по следующей формуле:
P=v3Штicosq,
где: U - номинальное напряжение (напряжение, на которое подключа
ется электродвигатель);
1 - номинальный ток электродвигателя (берется из паспортных
данных электродвигателя, а при их отсутствии определяется
расчетным путем);
Т\ - коэффициент полезного действия - отношение электриче
ской мощности потребляемой электродвигателем из сети к
механической мощности на валу двигателя (принимается от
О,7 до 0,85 в зависимости от мощности электродвигателя);
cosq, - коэффициент мощности - отношение активной мощности
к полной (принимается от 0,75 до 0,9 в зависимости от мощ
ности электродвигателя).
Глава 40. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты для электродвигателей
351
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Расчет номинального
и пускового токов электродвигателя
1
Расчет номинального и пускового токов электродвигателя по мощ
ности можно произвести с помощью онлайн калькулятора, интерфейс
которого представлен на рис. 40.4.
Расчет номинальноrо тока двиrателя производится по следую
щей формуле:
lном=Р/У3ТJUCOSq>
где: Р - номинальная мощность электродвигателя (берется из паспорт
ных данных электродвигателя либо определяется расчетным
путем);
U � номинальное напряжение (напряжение, на которое подклю
чается электродвигатель);
т� - коэффициент полезного действия, т. е. отношение электри
ческой мощности потребляемой электродвигателем из сети
к механической мощности на валу двигателя (принимается
от 0,7 до 0,85, в зависимости от мощности электродвигателя);
cosq>- коэффициент мощности, т. е. отношение активной мощ
ности к полной (принимается от О,75 до О,9, в зависимости от
мощности электродвигателя).
Расчет пусковоrо тока электродвиrателя производится по фор
муле:
lпуск=lном х К
где: К - кратность пускового тока, данная величина берется из паспорта
электродвигателя, либо из каталожных данных
ПРИМЕЧАНИЕ.
В приведенном на рис. 40.4 онлайн калькуляторе кратность пускового тока определяется приблизительно,
исходя из прочих указанных характеристик электро
двигателя.
352
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Укажите нощносn, злектродвигателя • ки110Ваттах
i Мощностъ в килоВnтах
Укажите номинальное напряжение
! Напряжение, Вот.т (127,220,380, '660 и т.д.)
Укажите коэффициент мощности (coscp)*
i Значение от О до l
•при отсуrсn,,ии данных укажите значение:
от О,75до 0,8 - для двигателеА мощностью до 1,1 кВт
от 0,8 до 0,85- для двигателе�. мощностью 1,1- 7,5 кВт
от 0,85до 0,9 - для деиrателей мощностью более 7,5 кВт
Укажите кпд•
1 Значение от 1 до 100
*при отсутствии данных укажите значение:
от 70 до 75 - ДIIЯ двиrателей мощностъю до 1,1 кВт
от 75 до 80 -w,iя д!lигателей мощностью 1,1- 7,5 кВт
от 80 до 85-для двигателей мощностью более 7,5 кВт
IHblll\ЫF
1
Рис. 40.4. Калькулятор расчета номинального
и пускового тока электродвигателя по мощности
Расчет коэффициента
мощности электродвигателя
Интерфейс онлайн калькулятора расчета коэффициента мощно
сти (cosq>) электродвигателя представлен на рис. 40.5.
Укажите мощность электродвигателя в ки110Вапах
1 Моiцностъ в килоВllпllх
Укажите номинальное напряжение
1 Напряжение, Вольт (127, 220, 380, 660 и т -д.)
Укажите номинальный ток
1 Ток электродви�я в Aнnepllx
Укажите
кпд•
1 Значение от 1 до 100
•при отсутствии данных укажите значение:
от 70 до 75 - для двигателей мощностью до 1,1 кВт
от 75 до 80 - для двигателей мощностью,1,1 - 7,5 кВт
от 80 до 85 - для двигателей мощностью более 7,5 кВт
11·1111111·111
Рис. 40.S. Калькулятор расчета коэффициента мощности (cosq,) электродвигателя
Глава 40. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты для электродвигателей
353
Расчет cos<p (косинуса фи) двигателя производится по следующей
формуле:
COS<p=P/V3riUI
где: Р - номинальная мощность электродвигателя (берется из
паспортных данных электродвигателя либо определяется
расчетным путем);
U - номинальное напряжение (напряжение, на которое подклю
чается электродвигатель);
1 - номинальный ток электродвигателя (берется из паспортных
данных электродвигателя, а при их отсутствии определяется
расчетным путем);
т� .:..... коэффициент полезного действия, т. е. отношение электри
ческой мощности потребляемой электродвигателем из се·ти
к механической мощности на валу двигателя (принимается
от О, 7 до 0,85, в зависимости от мощности электродвигателя).
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Расчет коэффициента полезного действия
электродвигателя
1
Онлайн расчет КПД (коэффициента полезного действия) электро
двигателя представлен на рис. 40.6.
Расчет коэффициента полезного действия электродвигателя произ
водится по следующей формуле:
т� = Р/V3Ulcos<p
где: Р - номинальная мощность электродвигателя (берется из
паспортных данных электродвигателя либо определяется
расчетным путем);
U - номинальное напряжение (напряжение, на которое подклю
чается электродвигатель);
1 - номинальный ток электродвигателя (берется из паспортных
данных электродвигателя, а при их отсутствии определяется
расчетным путем);
cos<p- коэффициент мощности, т. е. отношение активной мощ
ности к полной (принимается от О, 75 до О, 9, в зависимости от
мощности электродвигателя).
354
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Укажите мощность ,лектродеигателя в км110Вапах
1 Мощность а ltиnоЕяlттах
Укажите номинальное напряжение
1 Нопря,.,,ние, Вольт (127, 220, 380, 660 и т.д.)
Укажите номинальный ток
[ Ток эnектродвигател" в AмnePl!X
Укажите коэффициент мощности (cosq,)*
[ Значение ОТ О ДО 1
"······-······ ·
*при отсутствии данных укажите значение:
от 0,75 до 0,8 - для двигателей мощностью до 1,1 кВт
от 0,8 до 0,85 - для двигателей мощностью 1,1- 7,5 кВт
от 0,85 до 0,9 - для двигателей мощностью более 7,5 кВт
11·1111111·111
1
Рис. 40.6. Калькулятор расчета
КПД (коэффициента полеэного действия) электродвигателя
Калькуляторы
для
самодельного
эпектровепосипеда
Тема
создания электровелосипедов
и даже электрификации автомо
билей в последние годы набрала широкую популярность. Это связано со
снижением цен на автономные источники электропитания и моторколеса.
,;�
В качестве иллюстрации материала книги пред- [!]
лагаю посмотреть видеоролик.
Для
автоматического перехода к странице запу·"
1
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов» =-==....,.._.,,._-_
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
��lfl:jl;:-0:
на расположенный рядом Q.R-код.
Если вы тоже собираетесь перевести свой велосипед на электротягу,
то вам будет полезен калькулятор, представленный на рис. 40. 7.
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: https://carbonblke.ru/calculator
elektrotransporta
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на Q.R-код.
Глава 40. ПРАКТИКА: интерактивньiе расчеты для электродвигателей
Входные данные
Полный вес транспортного средства, кг
Диа,.,етр тяговых колес, м
Кооф. аородин. conp. Сх
Площадь миделя, м2
Кооф. трения качения
@о]
0D
СЕ]
К ПД двигателя, %
КПД поправочный, %
Экспонента Пекерта АКБ
Напряжение АКБ, В
Емкость АКБ, Ач
·желаемый запас хода, км
Результаты расчёта
Скорость, кмlч
Мощность двигателя (мех.), Вт
Потре_бляемая мощность (ол.), Вт
Частота вращения колес, об/мин
Oo::::J
Энергопотребление, Втч/км
ою
о:ю
00
c:J
c:J
00
�
Сила тока, А
( 0.006)
CI]
Угол подъема, град.
5144
CJIO
355
Крутящий момент, Н· м
Скорость разряда АКБ
Расстоян�е (АКБ ???Ач), км
Время работы (АКБ ???Ач)
Емкость АКБ (???км), Ач
Скорость разряда АКБ
Рис. 40.7. Калькулятор расчета
технических характеристик для электровелосипеда
С его помощью можно рассчитать:
• емкость аккумулятора для преодоления необходимого расстояния;
• мощность, необходимую для достижения заданной скорости;
• скорость, которую будет способно развить транспортное средство
при заданной мощности;
• расстояние, которое проедет транспортное средство с учетом мно
гих значений;
• ток разряда;
•. энергопотребление и многое другое.
Для работы с калькулятором следует акцентировать внимание на
несколько понятий.
Полный вес транспортноrо средства - берется с учетом веса пас
сажиров и аккумулятора.
Коэффициент аэродинамическоrо сопротивления:
• велосипед с велосипедистом 0,7-1,15 (1,0- в среднем);
• легковой автомобиль 0,2-0,7 (0,35 в среднем);
• автобус 0,3-1,1 (0,7 в среднем).
ЧТО ЕСТЬ ЧТО.
площадь миделя - это площадь поперечного сечения
транспортного средства по направлению к движению.
Площадь миделя условно принимается:
• для горного велосипеда с велосипедистом- 0,4 м2;
• для дорожного велосипеда-0,65 м2 ;
356
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
• для шоссейного велосипеда - 0,32 м2;
• для легкового автомобиля - от 1,5 м2;
• для автобуса - от 4 м2•
Коэффициент трения кач�ния по ровному асфальту:
• горный велосипед (резина для бездорожья) или автомобиль -0,015;
• · дорожный велосипед - 0,006 (полуслик);
• шоссейный велосипед - 0,003 (слик 120PSI).
Коэффициент трения качения для горного велосипеда или
автомобиля:
• грунтовая дорога или твердый снег - 0,03;
• грязь - 0,1;
• песок -0,3.
КПД двигателя задается для установленной скорости и мощности.
Для электровелосипеда:
• режим максимального КПД (идеальный) -80-95%;
• поездка с частыми остановками и разгоном до максимума - 40-60%;
• езда на постоянной скорости, близкой к максимальной - 60-80%;
• невысокая постоянная скорость - 30-50%;
• медленная езда с остановками - 20-40%.
В данном случае скорость относительна и определяется процентом
потребляемой мощности от максимальной.
КПД поправочный может использоваться как корректирующий
коэффициент для более точного расчета времени работы и расстояния
с учетом реальных замеров.
Экспонента Пекерта - показатель «несовершенства» аккумуля
тора на больших токах нагрузки имеет такие значения (с возрастом
аккумулятора значение растет):
• качественные железофосфатные аккумуляторы-1,0;
• свинцово-кислотные - от 1,1 до 1,3 и более.
Расчеты пробега производятся для параметра «ЕМКОСТЬ АКБ».
Одновременно с этим можно вычислить необходимые характеристики
аккумулятора, задав ЖЕЛАЕМЫЙ ЗАПАС ХОДА.
Результаты расчета вычисляются для заданной механической
мощности двигателя (первая колонка) и заданной скорости (вторая
колонка).
Калькулятором можно пользоваться не только для электротранс
порта, электровелосипедов, электромобилей, но и для расчета характе
ристик транспортных средств на ДВС.
Также калькулятор будет полезен для расчета длительности работы
аккумулятора при разных нагрузках, в том числе не связанных с транс
портными средствами.
ГЛАВА41
ПРАКТИКА:
ИНТЕРАКТИВНЬIЕ РАСЧЕТЬI
МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИБОРОВ
Расчеты проиэводи_тельности
кухоннои вытяжки
1
Чтобы на кухне не было дыма и неприятных запахов при готовке
пищи нужно установить вытяжку подходящей производительности. Для
Э'tОГО можно использовать провести расчет онлайн на сайте (рис. 41.1).
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивно
го калькулятора: http://pree.su/kalkulyator
ventilyacii/rasschitat-vytjazhku-dlja-kuhni
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на Q.R-код.
ВНИМАНИЕ.
r
'
Будьте внимательны, с помощью калькулятора рассчи
тается именно производительность вытяжки, а не ее
мощность. Поэтому при покупке в магазине уточняйте
именно этот параметр.
,
Уровнем производительности вытяжки считается тот поток воздуха
метрах
кубических, который всасывается устройством на протяжении
в
358
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ПЛОЩАДЬ КУХНИ (M2J
16
ВЫСОТА ПОТОЛКА (М)
2.8
ВАРОЧНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ
0 ГАЗОВАЯ
@ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ
ВНИМАНИЕ!
Вытяжка теряет свою производительность
с каждым поворотом воздуховода!
ХОТИТЕ ЛИ ВЫ КОМПЕНСИРОВАТЬ ВОЗДУШНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ?
12 поворота
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ВЫТЯЖКИ ДЛЯ КУХНИ (М3/ ЧАС)
806.4
Рис. 41.1. Калькулятор расчета производительности вытяжки
часа. При приготовлении пищи в зависимости от количества испарений,
объем воздуха обновляется, или перерабатывается в помещении кухни
порядка 10-15 раз на протяжении часа.
Объемом обрабатываемого воздуха для расчета мощности стоит
считать границы помещения, т. е. четко ограниченное пространство,
где изолирующими элементами являются стены, потолки, окна и двери.
ПРИМЕЧАНИЕ.
В том случае, если дверь отсутствует (при наличии
арки), или практич�ски не используется, в расчетах сле
дует учитывать объем смежных помещений, примыкаю
щих непосредственно к кухне.
Довольно часто кухонное помещение может быть совмещено с дру
гими, например, столовой, гостиной и Т; д. Отсутствие двери ведет к
увеличению объема обрабатываемого воздуха, так как воздух смеши
вается, и запахи быстро распространяются в смежные помещения, что
ведет к повышению требований вытяжки по мощности.
Чтобы рассчитать вытяжку для кухни стоит учитывать сечение воз
духоводов. Традиционно в жилых помещениях при проектировании
Глава 41. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты мощности электроприборов
359
закладываются вентиляционные каналы диаметром 140 мм, или сече
нием 13Ох 130 мм. Максимальная пропускная способность воздуховода
диаметром 125 мм составляет 400 м3/ч, учитывая конструктивные осо
бенности воздуховодов:
• неровности внутренней поверхности;
• сужение каналов на стыках;
• повороты, смещение блоков между этажными пролетами.
При этом пропускная способность снижается еще больше.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q,R-код.
Расчет производительности вытяжки
для различных помещений
ЧТО ЕСТЬ ЧТО.
/
'
количество кубических метров воздуха, всасываемое вытяжкой в течение
часа в режиме отвода. В зависимости от интенсивно
сти испарений воздух в помещении обновляется или
перерабатывается приблизительно 10-15 раз в час.
Производительность вытяжки -
1
'
/
С помощью калькулятора, представленного на рис. 41.2, можно
произвести приблизительный расчет вытяжки, а также выбрать тип
помещения, в котором она будет установлена: ванная; туалет; кухня.
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора:
http://wpcalc.com/moshhnost
vytyazhki/
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на Q,R-код.
360
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Тип
помещения
Ванная
•
Площадь
помещения
16
м2
Высота
270
см
Рис. 41.2. Калькулятор расчета производительности вытяжки
Однако расчеты в данном случае производятся без компенсации
воздушного сопротивления.
1
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов» •
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Расчет
тепловой пушки
Тепловые пушки - это обогреватели с вентилятором. Иногда их
называют электрическими калориферами. Их чаще всего исполь
зуют для обогрева нежилых помещений: мастерских, гаражей, складов,
а также во время строительных работ и отогрева замерзших водопрово
дов. В зависимости от конструкции тепловые пушки могут быть одно
фазными или трехфазными.
с..)
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу- r
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Глава 41. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты мощности электроприборов
Помещение
361
·1
Склад
Склад
Стандартная конструкция с обычной темоизоляцией
1
Объем помещения, м
3
Температура окр. среды
Температура в помещении
1
1
1·
1
1
111111111111
j •с
1 'С
·1
·1
Рис. 41.J. Калькулятор расчета тепловой пушки
Но основным фактором при подборе такого обогревателя является
мощность. Именно она определяет количество тепла и температуру, до
которой получится прогреть помещение. Кроме мощности, на темпера
туру в помещении при обогреве влияет и теплоизоляция стен, и темпе
ратура на улице. Сделать расчет проще всего с помощью калькулятора
расчета тепловой пушки, интерфейс которого представлен на рис. 41.3.
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора:
http://wpcalc.com/moshhnost
teplovoj-pushki/
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код.
•
...
Расчеты
мощности ТЭНа
1
Современные производители в широком ассортименте выпускают
электрические водонагреватели, используемые в квартирах и частных
домах. Однако нередко возникает необходимость оборудовать на даче
или в летнем домике систему нагрева воды с использованием само
дельных устройств.
В связи с этим приходится выполнять расчет мощности ТЭНа,
чтобы водонагреватели, сделанные своими руками, работали макси
мально эффективно.
362
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов
до создания практических устройств
ЧТО ЕСТЬ ЧТО.
ТЭНом называется трубчатый электрический нагрева
тельный прибор, изготовленный в виде металлической,
стеклянной или керамической трубки, внутри которой
расположен нагреватель, как правило, это нить или спи
раль из нихрома. Пространство между нагревателем и
трубкой заполнено электрическим изолятором доста
точной теплопроводности, и обладающим высокими ди
электрическими свойствами устойчивым даже к очень
высоким температурам.
Нихромовый нагреватель, в свою очередь, обладает таким сопро
тивлением, чтобы обеспечить необходимую тепловую мощность и соот
ветствующую температуру на поверхности ТЭНа.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
СОВЕТ.
'"
ТЭН нужно подбирать не по принципу «чем больше тем лучше», а исходя из реальных нужд для вашего кон
кретного случая. Ведь если греть слишком большой объем
воды маломощным ТЭНом, то придется ждать слишком
долго, или, наоборот, - при нагреве пары литров воды
двухкиловаттным ТЭНом она будет быстро закипать.
В связи с этим нужно производить расчеты оптимальной мощности
ТЭНа. Сделать это можно при помощи онлайн калькулятора мощности
ТЭНа, интерфейс которого представлен на рис. 41.4.
Расчет мощности ТЭНа с помощью онлайн калькулятора выпол
няется с учетом объема бака самодельного водонагревателя. Кроме
того, учитывается:
• начальная и конечная (требуемая) температура воды;
• предполагаемое время нагрева.
Глава 41. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты мощности электроприборов
1
1 Масса нагреваемой воды, кг
1
1 Начальная температура воды, •с
1
1 Конечная температура воды, 0С
1
1 Желаемое время нагрева воды, мин
363
lfffW1!1D;mrtt:ttnt,тM �
1
Рис. 41..4.
1 НеобхФдимая мощность ТЭНа, кВт
Калькулятор расчета мощности ТЭНа
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивно
го калькулятора: https://electric-220.ru/news/ �-------.,.,��,.,
raschet_moshhnosti_tehna/201. 7-09-50-1.565
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (пла_ншете) и наведите камеру на Q.R-код.
,
ВНИМАНИЕ.
На точность результатов оказывает влияние фактическое напряжение электрической сети и особенности
конструкции конкретного ТЭНа.
'
Все эти исходные данные вводятся в онлайн калькулятор расчета
мощности. Основой всех расчетов служит формула, определяющая
математические показатели мощности:
Р=О,0011 xm(tk-tн)fГ,
где: Р- это мощность ТЭНа;
m - масса воды, подлежащей нагреву;
tctн - температура воды в начале и конце нагрева;
Т - время, необходимое для нагрева воды.
Следует учесть, что калькулятор позволяет вычислить мощность
нагревательного элемента без учета:
• потерь тепла, различающихся в соответствии с конструкцией той
или иной емкости;
• тепловых потерь из-за температуры окружающей среды;
• показателей фактического напряжения электрической сети, значи
тельно отличающиеся от предполагаемого номинала.
364
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ПРИМЕР.
Пониженное напряжение может привести к снижению
расчетной температуры рабочей поверхности ТЭНа.
Поэтому времени для нагрева одного и того же объема
воды потребуется значительно больше.
Во время расчетов в окне калькулятора «Объем нагреваемой воды»
может быть вставлено значение массы этой воды с учетом ее удельного
веса, составляющего примерно 1 г/см3 . Нередко вода для нагрева посту
пает из городских систем водоснабжения достаточно холодной. В этих
случаях предусмотрена ее начальная температура, которая составляет в
летний период примерно +15 °С, а в зимний период- примерно +7 °С.
Конечный результат расчетной мощности Р в формуле подходит
не только для одного ТЭНа, но и для нескольких элементов, соединен
ных параллельно.
Итак, для расчета нужно ввести:
• массу нагреваемой воды (условно 1 литр = 1 кг);
• разницу начальной и конечной температуры (с какой и до какой
температуры собираетесь нагревать);
• желаемое время нагрева воды.
Сравнительные результаты расчетов времени нагрева воды, изна
чально имеющей температуру 15 °С, для удобства использования све
дены в табл. 41.1.
Время нагрева воды,
изначально имеющей температуру 15
Мощность, кВт
10
0,75
1,0
1,5
2,0
3,0
28
21
14
10
7
°с
Таблица 41.1
Объем воды, п
80
50
Время нагрева воды,
изначально имеющеА температуру +15 °С, мин.
30
78
63
42
30
21
140
105
70
53
35
200
170
110
во
55
100
320
210
140
105
70
ГЛАВА42
ПРАКТИКА:
РАСЧЕТЬI
ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
СВЕТОДИОДНЫХ ЛЕНТ
Практические расчеты
с учетом светоотдачи светодиодной ленты
г;
';,
./.i--·✓
, ,//
:
1
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение ((Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Зная тип светодиодов и их количество, легко определить световой
поток.
ЧТО ЕСТЬ ЧТО.
Интенсивность светового потока - главная светотех
ническая характеристика, которая выражается в люме
нах на метр (лм/м). Величина светового потока опреде
ляется типом и количеством светодиодов, установлен
ных на одном метре ленты.
Пример № 1. На метре светодиодной ленты белого света установ
лено 30 свеТОДИ{)ДОВ типа LED-CW-SMD3528 (размер 3,5)(2,8 мм), имею
щий световой поток 5 лм каждый. Умножаем 5 лм на 30, получаем 150 лм.
366
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Для сравнения: такой световой поток излучает лампа накаливания
мощностью 10 Вт.
Пример №2. Если лента сделана на основе 30 светодиодов LED
CW-SMDS0S0 (размер 5)(5 мм), имеющий уже световой поток 12 лм, то
12)(30 = 360 лм.
Для сравнения: такой световой поток излучает лампа накаливания
мощностью 24 Вт.
ПРИМЕЧАНИЕ.
/
'-
Опытом применения ламп накаливания обладает каждый. Поэтому воспользовавшись вышеприведенной ме
тодикой легко определиться с типом, установленных
на ленте светодиодов, их количестве и длиной ленты.
А если длина ленты уже определена, то выполнить обратный расчет. Рассмотрим обратный расчет на кон
кретном примере.
'
Пример №3. Пусть нужно установить потолочное освещение в ком
нате размером 5 м )( 4 м. Периметр комнаты такого размера составит
5 + 4 + 5 + 4 = 18 м. Нужно создать мягкое и не очень яркое освещение.
Если использовать лампы накаливания, то суммарная их мощность
должна будет составлять порядка 200 Вт, световой поток от которой
составит 3000 лм (15 лм )( 200). Длина ленты должна быть равна длине
периметра комнаты, то есть 18 м. Для определения светового потока,
который должен излучать один метр светодиодной ленты, нужно раз
делить 3000 лм на 18 м. Получается 166 лм/м.
Для нашего случая подойдет лента с 30 светодиодами LED-CW
SMD3528 на метре длины. Расчет делался без учета.потерь на отражение
от потолка, а они составляют не менее 50%.
вывод.
Следовательно, для гарантированной освещенности
комнаты нужно выбрать ленту с большим в два раза
световым потоком.
Есть два варианта:
• или взять ленту с 30 светодиодами LED-CW-SMDS0S0;
• или взять ленту LED-CW-SМD3528, но уже в количестве 60 шт. на метре.
Первый вариант предпочтительнее, так как обеспечит гарантиро
ванный запас.
Глава 42. ПРАКТИКА: расчеты для использования светодиодных лент
367
ПРИМЕЧАНИЕ.
Для RGB и монохромных светодиодных лент расчет вы
полняется точно так же, как и для лент белого свечения.
Расчеты для подкл�чения
светодиодном ленты
ВНИМАНИЕ.
Светодиодная лента рассчитана на питание 12 В ±5%.
Если это условие не соблюдено, срок службы ЗНАЧИТЕЛЬНО
сокращается!
1
'
роизведем расчет сечения провода для подключения светодиодной
ленты. Выбор правильного сечения проводов в кабеле гарантирует, что
12 В, поступающие от источника питания либо управляющего устрой
ства, дойдут до потребителя питания без потери!
Если выбрать кабель сечением меньше чем нужно, то произойдет
потеря, и к ленте придет не 12 В ±5%, а меньшее значение. Это при
ведет к преждевременному выходу светодиодной ленты из строя!
Необходимо правильно подбирать кабель для ВСЕХ соединений!
СОВЕТ.
/
'
На сайте {http://wWW.LEDЬOx.com.uaJ в разделе «Светодиодные ленты» и «Блоки питания» есть калькуляторы сечения
проводов в кабеле, призванные помочь правильно выбрать
кабели для подключения.
'
�
Светодиодная лента потребляет небольшую мощность. Потребляемый
ток, при длине ленты в один метр, даже самой яркой SМD5050 (60), состав
ляет не более 1,2 А. Поэтому о сечении провода при подключении такого
отрезка ленты можно не задумываться, подойдет практически любой име
к,щийся под рукой многожильный провод.
При подключении ленты длиной 18 метров типа LED-CW-SMD5050
(30), суммарный ток потребления составит 10,8 А. Исходя из потре
бляемой мощности одного метра светодиодной ленты и напряжение
питания, рассчитали величину тока, который будет потреблять свето
диодные ленты разной длины популярных типов [http://ydoma.infoЛ.
Результаты сведены в табл. 42.1.
368
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Потребляемый ток светодиодными лентами
при напряжении питания 12 В
Тип
светодиодной
ленты
Таблица 42.1
Количество светодиодов на один
метр длины светодиодной ленты,
wт.
SMD3528
SMD5050
Потребляемый ток (А), на единицу длины
каждого типа ленты
4м
Sм
3м
1м
2м
30
0,2
0,4
0,6
0,8
1
60
0,4
0,8
1,2
1,6
2
120
0,8
1.6
2,4
3,2
4
30
0,6
1,2
1,8
2,4
3
60
1,2
1,8
2,4
3
4,2
Светодиодные ленты выпускаются максимальной длиной до 5 м.
Поэтому производителем должно быть обеспечено необходимое сече
ние дорожек, выдерживающее ток потребления светодиодной лентой.
За основу для разработки электромонтажной схемы подключения све
тодиодной ленты к источнику питания можно брать эту величину.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Исходя из экономических соображений, запас дорожек по
току нагрузки не превышает 20%.
Если устанавливается один мощный бок питания в значительном
удалении от лент, то целесообразно от блока питания протянуть пару
толстых проводов к светодиодным лентам. Подобрать необходимое
сечение провода для заданного тока можно по табл. 42.2.
Выбора сечения медного провода
для питания светодиодных лент
Максимальный
расчетный ток, А
Таблица 42.2
Требуемое сечений жил
медного провода, мм2
Диаметр жил провода,
мм
1
0,2
0,5
2
0,3
0,7
3
0,5
0,8
4
0,7
0,9
5
0,8
1
6
1
1,1
10
1,7
1,5
16
2,7
1,9
20
3,3
2,1
Глава 42. ПРАКТИКА: расчеты для использования светодиодных лент
369
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Расчеты блока �итания
для светодиоднои ленты
1
СОВЕТ.
Мощные блоки питания обычно имеют большие габа
риты и зачастую целесообразнее применить несколько
менее мощных блоков, размещая их в непосредственной
близости со светодиодными лентами.
В отличие от ламп накаливания, светодиодные ленты нельзя под
ключать непосредственно в бытовую электрическую сеть 220 В. Для них
нужно питающее напряжение постоянного тока величиной 12 В или
24 В. Напряжение питания указано по всей длине ленты.
Для получения необходимого напряжения применяют преобразо
ватели напряжения. Пока нет устоявшейся терминологии, их называют
по-разному: драйверы, адаптеры, преобразователи, блоки питания,
источники питания. Всеми этими словами называют одно устройство,
преобразующее сетевое напряжение переменного тока 220 В в напря
жение постоянного тока требуемой величины, для лент в зависимости
от типа, 12 В (используется часто) или 24 В (применяется редко, как
правило, в RGB лентах).
Для подключения одноцветной ленты необходимы: лента; блок
питания; диммер, если нужно (регулировать яркость); усилители (если
длина ленты больше, чем «тянет» диммер).
ВНИМАНИЕ.
Для выбора блока питания для светодиодной ленты
важна не только величина· постоянного напряжения на
выходе, а и величина тока, которую он сможет выдать
в нагрузку.
370
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Для выбора подходящего блока питания для конкретного случая
нужно узнать суммарную величину тока, которую будут потреблять все
установленные светодиодные ленты.
Как подобрать блок питания к ленте? Мощность блока питания рас
считывается по формуле:
риип = L )( р + 20%,
где: Риип - мощность импульсного блока питания;
L - длина отрезка светодиодной ленты (м);
Р - мощность 1 м светодиодной ленты, указана в техническом
основании;
20% - необходимый запас мощности.
СОВЕТ.
Не следует подбирать импульсный блок с запасом по
мощности более 50%, так как, в данном случае, вы полу
чите нештатный режим работы блока питания.
Пример №1: рассчитываем блок питания для корректной работы
30 м светодиодной ленты 3528/60.
Потребление 1 м ленты 3528/60 - 4,8 Вт, (потребление 1 м ленты
RISHANG 3528/60 - 6 Вт). Следовательно, мощность блока питания
должна быть не менее, чем:
30 м )( 4,8 Вт )( 1,25 = 180 Вт (для 3528/60).
30 м х 6 Вт х 1,25=225 Вт (для RISНANG 3528/60).
Пример №2: рассчитываем блок питания для корректной работы
светодиодной ленты LED-CW-SМDSOSO.
Обычно потребляемый ток метра ленты указывается в сопроводи
тельной документации, то если таковой нет, то не сложно расчет выпол
нить самостоятельно. Достаточно количество установленных светодио
дов умножить на ток потребления каждого из них.
Так как мы выбрали светодиодную ленту с установленными све
тодиодами типа LED-CW-SMD5050, длина ленты 18 м и на метре
длины по 30 светодиодов. Общее количество светодиодов получается
18 )( 30=540шт.
Один светодиод LED-CW-SMDS0S0 (табл. 42.3) потребляет ток
0,02 А, следовательно, суммарный ток потребления всей подсветки
составит:
540 х 0,02 А= 10,8 А.
Глава 42. ПРАКТИКА: расчеты для использования светодиодных лент
Потребляемый ток светодиодными лентами
при напряжении питания 12 В
371
Таблица 42.3
Количество светодиодов на один Потребляемый ток (А), на единицу дпины
Тип светодиодной метр
каждоrо типа пеиты
дпины светодиодной пенты,
пентъI
шт.
1м
3м
4м
Sм
2м
0,4
1
0,8
30
0,2
0,6
60
0,4
0,8
1,6
SMD3528
1,2
2
120
1,6
3,2
0,8
2,4
4
30
1,2
0,6
2,4
1,8
3
SMDS0S0
4,2
60
1,8
3
1,2
2,4
Следует учесть, что светодиоды при напряжении питания ленты
12 В подключаются по три последовательно через резисторы.
Поэтому расчетный ток нужно уменьшить в три раза. Но в одном
корпусе светодиода LED-CW-SMDS0S0 находиться три элементарных
светодиодов, поэтому полученный ток нужно умножить на 3.
10,8/3 х 3 = 10,8 А.
Итак, в результате расчетов определено, что потребуется блок пита
ния напряжением 12 В с током допустимой нагрузки до 10,8 А.
Рассчитаем мощность требуемого блока питания, умножив
напряжение на ток
12 В х 10,8 А= 130 Вт.
Получилось, что нужен блок питания мощностью 130 Вт.
СОВЕТ.
(f;:"
/
'-
Для надежной работы блока питания необходим 20%
запас по мощности. В результате потребуется блок
питания мощностью 156 Вт. Практически можно ис
пользовать любой блок питания, который удовлетворяет необходимым требованиям.
'
Пример №3: рассчитываем блок питания для корректной работы
ленты CW-SMDS0S0 с 30 светодиодами на метре длины. Для подсветки
потолка.
Потребляемая мощность метра светодиодной ленты (по табл. 42.4)
составляет 7,2 Вт. Умножаем 7,2 на 1 8 м, получается 129,6 Вт.
Полученный результат умножаем на коэффициент запаса 1,2 и получа
ется, что нужен блок питания, выдающий напряжение 12 В мощностью
156 Вт.
372
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Таблица 42.4
Характеристики светодиодных лент на напряжение 12 В
:а
Тип
светодиода
Размер
светодиода,
мм
ra
:i::
:i:: :s:
,:s:
1D �о
оо :i::
2,8•3,5
SMD5050
5,0•5,О
:о:
�e:Je�
� :i::
с :s: i::i
,:s:
o,:;
::E
�
:s:
о
ID ,a i::t.:
О r::i.O .а
1- 1- 1- 1Qj
�::Ее�
:Z:
30
60
120
30
60
2,4
4,8
9,6
7,2
14,4
150
300
600
360
7 20
����
::Ei::tj
:s: g :i::
,:;
�
:s:
lii 1:! 1-:i::
Qj
SMD3528
е
а: i ,:s:
ra,::i:ao
::Ео :i:: :i::
...
:t�g
,:;
:s:1:D
'2ira
1С1. :J С1.i:i
15 о :1: �
i:::: ::Е::Е u,:;
lii
1:!-'!
о
QI
QI
jj 1а: cm
ra ::Е •
а:
:i:: ra :s:
1-,:;
:i:: .а ra
:i::
t;
�
111 о
:i::
:J :о:
о
ra
:о:
(1'\ ::Е
:i::
:5
i5 :5
QI
10
20
40
24
48
СОВЕТ.
Для подключения лент с диодами Sfv1D5050 желателен
пассивный теплоотвод (или металлическая, или оцин
кованная полоса, или установка на теплопоглощающую
поверхность: камень, кирпич, бетон, металл) в связи с
тем, что лента Sfv1D5050 перегревает сама себя на
5-10 °С выше допустимой температуры. Если не снять
лишние градусы, то в результате перегрева лента
Sfv1D5050 в год будет терять 10-15% яркости!
ВНИМАНИЕ.
При последовательном подключении длина запитывае
мого фрагмента ленты не должна превышать 5 м (для
лент 5050 рекомендуется 3-4 м). Иначе в конце фраг
мента будет затухание, а в начале перегрузка!
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
ГЛАВА43
ПРАКТИКА:
РАСЧЕТЬI СВЕТОДИОДНЬIХ ЛЕНТ
И ИХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ
Мастер подбора светодиодной ленты
и блока питания
1
Для каждого конкретного случая необходимо правильно подобрать
светодиодную ленту и рассчитать блок питания. Для того чтобы опреде
лить какой тип ленты необходим для выпшщения поставленной задачи,
заполните поля:, приведенные в калькуляторе (рис. 43.1), используя
пояснения.
Мастер предложит конкретный тип ленты, укажет ее параметры и
стоимость, что очень удобно и просто.
А введя необходимую длину ленты в метрах, выберите параметры
блоков питания и контроллеров.
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: https://foton.ua/wizord.html
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на
смартфоне (планшете) и наведите камеру на
QR-код.
374
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Мастер подбора светодиодной ленты
ДnR тоrо, чтобы определить какой тип ленты 1ам подойдет , заполните поля, при1еденные ниже, используя пояснения.
[ 8НуТРи помещения
sмр зs2в (120 LEPЬn) 1р20 Econom
\ Стандартная
Светодиодная лента на
севтодиодах SMO 3528, 120
светодиодов на метр, белая
подложка, класс защиты IP20,
эконоw серия. Производитель
Lumex.{]gд�
[- Одноцветны�
*****ш
Расчl!т комплекта подключения светодиодной ленты
Укажите необходиwу�о длину ленты I метрах и
выберите параметры &10•01 nитанмя и 1онтроллеров.
Аnмнн• nенты:
GП]
Мощност.: 48 ВТ
1
бnоtСМnмtанм:
• Неr&рМIJИЧНWВ 0
• Герме1мчные
е
Рис. 43.1. Мастер подбора светодиодной ленты
и блока питания для нее
Расчет освещения
при использовании светодиодной ленты
Если необходимо организовать основное освещение помещения
с помощью светодиодной ленты, то не обойтись без сложных расче
тов и перевода значений светового потока в освещенность. Быстро
посчитать, сколько метров нужно для освещения помещения, можно
с помощью калькулятора светодиодной ленты для расчета освещения
(рис. 43.2).
Размеры помещения:
д,lмна, м: f 3
Ширина, м: f 4.
Нормы освещенности:
л:�
[ж.,,,,_�омеЩf!+lм•,150Lх
Ситовой n::к nен::
140
ОТ88Т. onТIIMlllliМM .......сrн
М8Тро8,.._ tlм.
Рис. 4J.2. Калькулятор светодиодной ленты для расчета освещения
375
Глава 43. ПРАКТИКА: расчеты светодиодных лент и их блоков питания
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: https://svetlovsem.ru/kalkulyator/
Запутите ((Сканер QR и штрих-кодов» на
смартфоне (планшете) и наведите камеру на
QR-код.
С помощью этого калькулятора можно получить приблизительно
количество метров ленты заданной мощности, необходимое для осве
щения комнаты. При этом можно выбрать тип помещения, которое
собрались освещать:
• жилое;
• учебное;
• рабочий кабинет;
• читальный зал.
Необходимо задать длину и ширину помещения, а также световой
поток ленты (измеряется в люменах), который можно узнать из данных
конкретной ленты (указаны на упаковке или уточнены при покупке).
Расчет блока �итания
светодиодном ленты
1
Светодиодные ленты плотно вошли в наш быт, но все равно у нович
ков возникают некоторые затруднения. В первую очередь, это касается
блока питания. Чтобы не утруждать себя расчетами и формулами, вос
пользуйтесь онлайн калькулятором мощности блока питания для све
тодиодной ленты (рис. 43.3). В помощь пользователю на странице при
ведена таблица типовых мощностей светодиодных лент разных типов.
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактив
ного калькулятора: https://autoell.ru/pages/
kalkulatorl/raschet_svetodlodov.php
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код.
u.,_.с..
IIIC'1C......
J115
7 Вт - Мощносrь 1 MfJJJNJ лвкrы
М-'&1---------,;
{<�30%)-Заnасмощностм
·з
1
1 1 с:,,________,J_дпя
1,;,:•
увеличеНИА срока службы !!Лака nктания
Необходимая длина
1
97.5 Вт - Общая мощносп. пенты
4.06 А-дпя (!пока питания 24v
8.13 А - дпя (!пока nита1А4я 12v
19.5 А-дпя (!пока nита1А4я 5v
Примерная тааnица мощности светодиодных лвнт:
Потребnяемая мощность
Тип свеrодиDД11
Количество
светодиодов на 1 метр
1 меrра пенты
SMD3528
SMD3528
SMD3528
SMD5050
SMD5050
SMD5050
60
120
240
30
60
120
4,8 Вт
9,6 Вт
19,2 Вт
7,2 Вт
15 Вт
25 Вт
Рис. 43.3. Калькулятор мощности блока питания
для светодиодной ленты
ГЛАВА44
ПРАКТИКА:
ИНТЕРАКТИВНЬIЕ РАСЧЕТЬI
ОСВЕЩЕНИЯ В ПОМЕЩЕНИИ
1
Калькулятор расчета
освещенности помещения
-
r:··�
а,
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Калькулятор освещенности в помещении поможет рассчитать
рекомендуемую мощность ламп для оптимальной освещенности раз
личных типов помещений или комнат, таких как гостиная, спальная,
кухня, площади комнаты, типа ламп, например, лампы накаливания,
люминесцентные лампы, галогенные или светодиодные, и их количе
ства (рис. 44.1).
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических
предлагаю перейти на страницу интерак
тивного калькулятора: https:/jwww.calc.ru/
osveshchennost-pomeshcheniya-kalkulyator.html
Запутите ((Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код.
11!"��.....1'6�
378
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Длина помещения
:
Ширина помещения:
Тип помещения:
Тип лампы:
Количество лам п:
.
.
�1=0==�1 м
5
м
1
�===---�
Спальня
Светодиодная Led лампа
5
"1
"1
'
r Расчет освещt;нности помещения ··
1
Рис. 44.1. Калькулятор расчета освещенности помещения
Калькулятор расчета
количества памп
Калькулятор расчета количества ламп поможет рассчитать количе
ство светильников с лампами различного типа, для достижения требу
емого уровня освещенности по методу коэффициента использования
светового потока, для помещений заданного размера и различными
коэффициентами отражений.
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: https://wWW.calc.ru/kolichestvo
lamp-kalkulyator.html
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на Q.R-код.
ГЛАВА45
ПРАКТИКА:
РАСЧЕТ
ТОКОВОЙ НАГРУЗКИ
КВАРТИРНОЙ ЭЛЕКТРОСЕТИ
1
Поговорим о цветах изоляции проводов,
которых будем
Правила устройствасечение
электроустановок
(ПУЭ) -рассчитывать
главный руково
дящий документ практика-электрика. В ПУЭ (издание 7-е, 2016) отме
чается, что цветовое обозначение нулевых защитных проводов произ
водится чередующимися продольными или поперечными полосами одина
ковой ширины (для шин от 15 до 100 МJИ) желтого и зеленого цветов.
Нулевые рабочие (нейтральные) проводники обозначаются бук
вой N и голубым (синим) цветом.
Совмещенные нулевые защитные и нулевые рабочие прово
дники должны иметь буквенное обозначение PEN и цветовое обозначение:
• голубой цвет по всей длине;
• желто-зеленые полосы на концах.
i/�
::)
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запустите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Можно выбрать, а затем и произвести монтаж электропроводки
проводом или кабелем без соблюдения требований к расцветке жил. Но
380
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
в дальнейшем это приведет к существенным трудностям при обслужи
вании и ремонте такой электропроводки. При этом процесс монтажа
электропроводки и подключения электроустановочных изделий будет
существенно осложнен.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Если для монтажа все же вынуждены использовать
бесцветные провода, например, марки ППВ (плоский
трехжильный с одинарной изоляцией), то у электриков
правилом хорошего тона принято считать заземляю
щим проводником среднюю жилу.
Следует помнить, что такое использование проводов и кабелей с
изоляцией одного цвета является нарушением ПУЭ (издание 7-е, 2016).
При выборе проводов и кабелей необходимо соблюдать требования
ПУЭ по окраске изоляции:
• нулевоrо рабочеrо проводника N - голубого цвета;
• нулевоrо защитноrо проводника РЕ - желто-зеленого цвета (че
редование желтых и зеленых полос).
Цвет изоляции фазных проводников L должен отличаться от
цвета нулевых. Тут существует много вариантов - красный, коричне
вый, серый, белый, черный. Вариант цветовой маркировки проводов
трехфазной сети представлен на рис. 45.1.
СОВЕТ.
Используйте для каждого участка электропроводки
свой цвет фазных проводников, а также разные цвета
изоляции жил для силовой и осветительной электро
проводки.
Желто-зеленый
РЕ
N
LЗ
L1
L2
Защитное
заземление
Ноль
ФазаЗ
Фаза 1
Фаза2
Рис. 45.1. Цветовая маркировка проводов трехфазной сети
Глава 45. ПРАКТИКА: расчет токовой нагрузки квартирной электросети
381
Ошибок в соединении участков электросети можно избежать, если
соединять:
• коричневый провод- с коричневым;
• синий провод - с синим и так далее.
Именно по этой причине в подавляющем большинстве кабелей
изоляция всех проводов отличается своим собственным цветом.
Также замечу, что провод, который окрашен в зелено-желтый цвет,
будет постоянно использоваться в качестве заземляющего, то есть его
нужно подсоединять лишь на клемму заземления.
-
,;�
,-
':�;,
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Прикидка сечения проводов
в зависимости от ожидаемой нагрузки
Уметь правильно рассчитать сечение прокладываемого кабеля дол
жен, прежде всего, электрик, поскольку при неправильном выборе сече
ния, электросеть долго не прослужит. В бытовых условиях данные зна
ния пригодятся всем, кто делает ремонт, меняет проводку, приобретает
новое электрооборудование, и при этом задумывается о надежности
работы электросети и собственной безопасности.
Точно подобранное сечение проводки обеспечит следующее:
• обеспечит длительную, бесперебойную работу вашей техники;
• исключит возможность возникновения пожаров;
• избавит от необходимости замены проводки;
• позволит избежать дополнительных затрат на приобретение изде
лия с большим сечением.
Стандартная квартирная электропроводка рассчитывается на мак
симальный ток потребления при длительной нагрузке 25 ампер. На
такую силу тока выбирается и автоматический выключатель, который
устанавливается на вводе в квартиру. Стандартная проводка выполня
ется медным проводом сечением 2,5 мм2 и 4,0 мм2 , что соответствует
диаметру провода 1,8 и 2,3 мм.
Ведь согласно требований п 7.1.35 ПУЭ сечение медной жилы для
квартирной электропроводки должно быть не менее 2,5 мм2 , чrо соот-
382
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ветствует диаметру проводника 1,8 мм и силе тока нагрузки 16 А. К
такой электропроводке можно подключать электроприборы суммарной
МОЩНОСТЬЮ ДО 3,5 кВт.
,
'
ВНИМАНИЕ.
Неправильные расчеты приведут к перегреву кабеля, что, в
свою очередь, приведет к разрушению изоляции и, как след
ствие, к замыканию и возгоранию. Грамотный расчет по
зволит избежать аварийной ситуации и больших затрат
на ремонт электропроводки и замены электроприборов.
�
/
Если по квартире проложено несколько линий питания, то это соот
ветствует современным требованиям. В этом случае от приборов защиты
электрических цепей, расположенных в квартирном щитке, идут отдель
ные кабели к потребителям каждой линии:
• на освещение (одна или несколько линий);
• на розеточные группы (одна или несколько линий);
• несколько линий на силовые потребители (бойлер, кондиционеры,
электроплиту, стиральную машину).
Такие меры повышают надежность сети электропитания, делают
линии независимыми, облегчает поиск неисправностей. Для современ
ной квартиры (дома), с разветвленной электрической системой элек
троснабжения, это очень важно.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение ((Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
Рассмотрим методику выбора сечения проводов . Его выбирают по
допустимой плотности тока.
ВНИМАНИЕ.
Допустимая плотность тока для медного провода не
должна превышать 8 Д/мм2.
383
Глава 45. ПРАКТИКА: расчетток ов ой нагрузк и к вартирной эле ктр осети
Например, если потребитель потребляет ток 10 А, то сечение про
вода должно быть не меньше 1,25 мм2 •
Существует стандартный ряд сечений провода:
0,75; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50 мм2 •
Провода нужно выбрать из стандартного ряда с округлением в
большую сторону. Провод сечением до 1,5 мм2 не применяется по сооб
ражениям механической прочности.
ВНИМАНИЕ.
'
Сечение жил кабелей и проводов должно подбираться по
максимальной загрузке жилы с учетом допустимой нор
мы максимального длительного тока.
�
Норма эта не является величиной постоянной. Она зависит от
количества жил в кабеле, типа изоляции и способа прокладки кабеля.
Рекомендованные предельно допустимые значения тока для наиболее
ходовых сечений медных кабелей в поливинилхлоридной или резино
вой изоляции приведены:
• в табл. 45.1 (для проложенных скрыто);
• в табл. 45.2 (для проложенных открыто, вне зависимости от коли
чества жил).
Предельно допустимые значения тока
для медных кабелей, проложенных скрыто
Количество кабеnеА и жип
ПредеnьиыА
ток,А
Кабеnь сечением 1,5 мм2
один двухжильный
четыре одножильных
три одножильных
ОДИН ДВУХЖИЛЬНЫЙ
два одножильных
Кабеnь сечением 2,5 мм2
один двухжильный
три одножильных
четыре одножильных
ОДИН ДВУХЖИЛЬНЫЙ
два одножильных
15
16
17
18
19
21
25
25
25
27
Таблица 45.1
Количество кабеnеА и жип
Предеnьнь1А
ток,А
Кабеnь сечением 4 мм2
ОДИН ДВУХЖИЛЬНЫЙ
четыре одножильных
ОДИН ДВУХЖИЛЬНЫЙ
три одножильных
два одножильных
Кабеnь сечением 6 мм2
ОДИН ДВУХЖИЛЬНЫЙ
четыре одножильных
один двухжильный
три-одножильных
два одножильных
27
30
32
35
38
34
40
40
42
46
384
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
1
Предельно допустимые значения тока
для медных кабелей, проложенных открыто
Количество кабелей и жил
1
1
Предельный
ток,А
Количество кабелей и жил
Кабель сечением 1,5 мм2
вне зависимости
от количества жил
Кабель сечением 2,5 мм
зависимости
от количества жил
1
1
1
Таблица 45.2
Предельный
ток.А
Кабель сечением 4 мм2
23
вне зависимости
от количества жил
2
Кабель сечением 6 мм
30
вне зависимости
от количества жил
41
2
50
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Выбор сечения медного провода
электропроводки по силе тока
ВНИМАНИЕ.
При выборе действует простое правило: чем сечение
провода больше, тем лучше, поэтому округляют резуль
тат в большую сторону.
r ;�
.
,
�}-·;
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Приведенные данные в табл. 45.3 основаны на опыте работы и гаран
тируют надежную работу электропроводки даже при самых неблагопри
ятных условиях ее прокладки и эксплуатации [http://www.ydom.ruЛ.
Вопрос различных вариантов прокладки проводки был рассмотрен
выше (табл. 45.1, табл. 45.2).
385
Глава 45. ПРАКТИКА: расчет токовой нагрузки квартирной электросети
Таблица 45.3
Зависимость сечения и диаметра медного провода от силы тока
Максимальный
nроrнозируемый ток,А
Провод или кабель
Стандартное сечение, мм2
Днаметр,мм
0,35
0,35
0,67
0,67
1
2
3
0,5
0,8
4
0,75
5
1
0,98
1,1
6
1,2
2
1,2
10
1,8
1,6
16
2,5
20
3
2
25
4
2,3
32
5
2,5
40
6
2,7
50
8
10
3,2
63
3,6
Приведу пример. Пусть у нас сечение кабеля 6 мм2 :
• при открытом способе его длительно-допустимый ток равен 50 А,
следовательно, автомат нужно ставить на 40 А;
• при скрытом способе его длительно-допустимый ток равен 34 А, в
этом случае автомат на 32 А.
При выборе сечения провода по величине тока не имеют значение:
• переменный это ток или постоянный;
• величина и частота напряжения в электропроводке.
Это может быть бортовая сеть автомобиля постоянного тока на 12 В
или 24 В, летательного аппарата на 115 В частотой 400 Гц, электропро
водка 220 В или 380 В частотой 50 Гц, высоковольтная линия электро
передачи на 10 ООО В.
Следует отметить, что на частотах более 100 Гц в проводах при
протекании электрического тока начинает проявляться скин-эффект,
заключающийся в том, что с увеличением частоты ток начинает «при
жиматься» к внешней поверхности провода.
ВНИМАНИЕ.
При этом фактическое сечение провода уменьшается.
Поэтому выбор сечения провода для высокочастотных
цепей выполняется по другим законам.
386
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Если не известен ток потребления электроприбором, но известны
напряжение питания и мощность, то рассчитать ток можно с помо
щью онлайн калькулятора, внешний вид которого приведенного на
рис. 45.2. На смартфоне и планшете его можно открыть и использовать,
просканировав QR-код, стоящий рядом с калькулятором «Определение
нагрузочной способности электропроводки 220 В, выполненной из алю
миниевого провода».
- -·· -- ....-
Потребляемая мощност..,
Вт:
1000
Напряжение питания, В:
220
[, Р�3с��т�ть потр�ляемБ,1й �ок j
•,--
,
�-�-.···
... .. .
�
•.
.
-
·�1
"J
Ток I = 4,55 А
Рис. 45.2. Внешний вид онлайн калькулятора,
определяющего силу тока по потребляемой мощности
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для автоматического перехода к странице
запустите Приложение ((Сканер QR и штрих
кодов» на смартфоне (планшете) и наведите
его камеру на расположенный рядом QR-код.
В давно построенных домах (и, возможно, в ряде построенных в
2019 году и позднее) электропроводка, как правило, выполнена из алю
миниевых проводов. Если соединения в распределительных коробках
выполнены правильно, срок службы алюминиевой проводки может
составлять и сто лет. Ведь алюминий практически не окисляется, и срок
службы электропроводки будет определяться только сроком службы
пластмассовой изоляции и надежностью контактов в местах присоеди
нения.
В случае подключения дополнительных энергоемких электро
приборов в квартире с алюминиевой электропроводкой необходимо
определить по сечению или диаметру жил проводов способность ее
выдержать дополнительную мощность. По приведенной информации
в табл. 45.4 легко сделать такую прикидку нужного диаметра (или сече
ния) кабеля (провода).
387
Глава 45. ПРАКТИКА: расчет токовой нагрузки квартирной электросети
Выбор сечения и диаметра алюминиевого провода
для предельной нагрузки
Таблица 45.4
Максимальная мощность
наrруэки, киловатт (ВА)
МаксимапьныА ток nри
дnитепьноА наrруэке, А
Сечение
провода, мм1
Диаметр.мм
3
3,5
4
4,6
5,3
5,7
6,8
8,4
12,1
14,3
16,5
14
16
18
21
24
26
32
38
55
65
75
2
2,5
3
4
5
6
8
10
16
25
35
1,6
1,8
2
2,3
2,5
2,7
3,2
3,6
4,5
5,6
6,2
Выбор сечения медного провода
по мощности для сети 2 20 В
1
Выбрать сечение провода можно не только по силе тока, но и по
величине потребляемой мощности. Для этого нужно составить пере
чень всех планируемых для подключения к данному участку электро
проводки электроприборов, определить, какую мощность потребляет
каждый из них по отдельности. Далее сложить полученные данные и
воспользоваться табл. 45.S.
Если мы выберем заниженное сечение кабеля -это приведет к его
перегреву, разрушению изоляции и далее к пожару, если вы прикоснетесь
к кабелю с поврежденной изоляцией, получите удар током. Если выбрать
сечение кабеля для дома или квартиры завышенным, это приведет к
увеличению затрат, а также возникнуть трудности при электромонтаже
кабельных линий. Ведь чем больше сечение кабеля, тем труднее с ним
работать, не в каждую розетку «влезет» кабель сечением 4 мм2 •
Выбор площади сечения и диаметра медного провода
по паспортной мощности потребителей для сети 220 В
Мощность эпектроnрибора, кВт
(кВА)
Стандартное сечение, мм1
Таблица 45.5
Диаметр.мм
0,1
0,35
0,67
0,3
0,5
0,7
0,9
0,35
0,35
0,5
0,75
0,67
0,67
0,5
0,98
388
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических уаройств
Таблица 45.4 (продолжение)
Мощность электроприбора, кВт
(кВА)
Стандартное сечение, мм2
Диаметр.мм
1
1,2
1,5
1,8
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
6
0,75
1
1.2
1,5
1,5
2
2,5
2,5
3
4
4
5
0,98
1,13
1,24
1,38
1,38
1,6
1,78
1,78
1,95
2,26
2,26
2,52
ПРИМЕЧАНИЕ.
1
Если имеется несколько электроприборов и для некото
рых известен ток потребления, а для других мощность,
то нужно определить из таблиц сечение провода для каж
дого из них, а затем полученные результаты сложить.
Выбор сечения медного провода по мощности
для бортовой сети автомобиля 12 В
Если при подключении к бортовой сети автомобиля дополнитель
ного оборудования известна только его мощность потребления, то
определить сечение дополнительной электропроводки можно с помо
щью табл. 45.6.
Выбор сечения и диаметра медного провода
по мощности для бортовой сети автомобиля 12 В
Таблица 45.6
Мощность электроприбора,
ваn(ВА)
Стандартное сечение, мм2
Диаметр.мм
10
30
50
80
100
200
300
0,35
0,5
0,75
1,2
1,5
3
4
0,67
0,5
0,8
1,24
1,38
1,95
2,26
389
Глава 45. ПРАКТИКА: расчет токовой нагрузки квартирной электросети
Таблица 45.5 (продолжение)
Мощностъ злектроnрнбора,
ваn(ВА)
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
Стандартное сечение, мм2
Диаметр.мм
6
8
8
10
10
10
16
16
16
2,76
3,19
3,19
3,57
3,57
3,57
4,51
4,51
4,51
1
Выбор сечения провода для подключения
электроприборов к трехфазной сети 380 В
При работе электроприборов, например, электродвигателя, под
ключенных к трехфазной сети, потребляемый ток протекает уже не по
двум проводам, а по трем и, следовательно, величина протекающего
тока в каждом отдельном проводе несколько меньше.•
,
ПРИМЕЧАНИЕ.
Это позволяет использовать для подключения электро1 приборов к трехфазной сети провод меньшего сечения.
'
./
Иллюстрирует сказанное табл. 45.6. Для автомата номиналом 16 А
в однофазной сети 220 В номинальной является мощность нагрузки
3,5 кВт. А для трехфазной сети (при соединении треугольником) - уже
18 кВт. Разница налицо!
Выбор автомата по мощности нагрузки,
сечению кабеля и по току
Таблица 45.6
Мощность нагрузки, кВт
Тиn подключения
Однофазное
3-х фазное
(треугольник)
3-х фазное (звезда)
Номинал автомата, А
Сеть 220 В
Сеть 380 В
Сеть 220 В
1
2
3
0,2
0,4
0,7
1,1
2,3
3,4
0,7
1,3
2
390
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Таблица 45.б (продолжение)
Мощность нагрузки, кВт
тип подключения
Номинал автомата, А
6
10
16
20
25
32
40
50
63
Однофазное
3-х фазное
(треугольник)
3-х фазное (звезда)
Сеть 220 В
1,3
2,2
3,5·
4,4
5,5
7
8,8
11
13,9
Сеть 380 В
6,8
11,4
18,2
22,8
28,5
36,5
. 45,6
57
71,8
Сеть 220 В
4
6,6
. , 10,6
13,2
16,5
21,1
26,4
33
41,6
ПРАВИЛО.
Для подключения электроприборов к трехфаэной сети
напряжением 380 В, например, электродвигателя, сече
ние провода для каждой фазы берется в 1,75 раза мень
ше, чем для подключения к трехфазной сети 220 В. Это
проиллюстрировано в правой части табл. 45.6.
ВНИМАНИЕ.
/
При выборе сечения провода для подключения электродвигателя по мощности следует учесть, что на шиль
дике электродвигателя указывается не потребляемая
электрическая мощность, а максимальная механическая
мощность, которую двигатель может создать на валу.
'-
'
./
Потребляемая электрическая мощность электродвигателем с учетом
КПД и cos q> приблизительно в два раза больше, чем создаваемая на валу.
Это необходимо учитывать при выборе сечения провода, исходя из мощ
ности двигателя, указанной в табличк�, закрепленной на двигателе.
ПРИМЕР.
Нужно подключить электродвигатель, потребляющий
мощность от сети 2,0 кВт. Суммарный ток потребления
электродвигателем такой мощности по трем фазам
составляет 5,2 А. Нужен провод сечением 1,0 мм1, с уче-
Глава 45. ПРАКТИКА: расчет токовой нагрузки квартирной электросети
391
r том вышеизложенного в Правиле выше 1,0 / 1,75 = 0,5 мм2• ,
'
Следовательно, для подключения электродвигателя мощ
ностью 2,0 кВт к трехфазной сети 380 В понадобится
медный трехжильный кабель с сечением каждой жилы
0,5 мм2•
�
Гораздо проще выбрать сечение провода для подключения трех
фазного двигателя, исходя из величины тока его потребления, который
всегда указывается на шильдике. Например, в шильдике на двигателе
указано:
• ток потребления двигателя мощностью 0,25 кВт по каждой фазе
при напряжении питания 220 В (обмотки двигателя подключены
по схеме «треугольник►>) составляет 1,2 А;
• при напряжении 380 В (обмотки двигателя подключены по _схеме
«звезда►>) - всего О, 7 А.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов» •
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Типовые сечения жи�
проводов и кабепеи
1
Сечение провода на освещение- не менее 1,5 мм2• Мощность
приборов освещения - не более 3 кВт. Автомат ставиться на ток не
более 16А.
Сечение провода на розеточные группы. Принято, что от одного
автомата подключать не более 5 розеток. Суммарная мощность нагру
зок этих розеток должна быть не более 5 кВт. Сечение провода для розе
ток -не менее 2,5 мм2• При этом автомат ставиться на ток не более 25 А.
На входе в квартиру сечение кабеля можно выбрать с приличным запа
сом -10 мм2• В большинстве случаев бывает достаточно 6 мм2•
392
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ПРИМЕР.
При напряжении в сети 220 В, провод сечением
2,5 мм2 способен выдержать ток до 27 А (мощность
5,9 кВт). Для защиты проводов и потребителей, в дан
ном случае, в качестве защиты устанавливают авто
мат, максимальный ток срабатывания которого должен быть не более 25 А. Тогда он действительно защи
тит провод.
СОВЕТ.
,
�
При проектировании электропроводки, необходимо учи
тывать и длину магистрали, которая будет питать ко
нечного потребителя.
�
/
Для защиты проводки от возгорания на входе всей квартирной
электросети применяется УЗО, назначение такого УЗО - пожарное,
так как величина дифференциального тока 300 мА. Выпускаются также
дифференциальные выключатели на токи 100 мА и меньшие номиналы.
Для защиты людей применяют УЗО с меньшими дифференци
альными токами 1О мА или 30 мА непосредственно в потенциально
опасные помещения. УЗО обычно защищают все розетки: на кухне, в
санузле, а в комнатах - по необходимости.
Осветительная сеть может быть разделена на зоны и не снабжена УЗО.
Разделение на зоны - очень удобное решение, а дополнительная защита
осветительной сети не требуется. Во-первых, отсутствует случайное сопри
косновение с электроприборами, а, во-вторых, подразумевается, что кор
пуса светильников вы соедините с РЕ проводом, со всеми вытекающими
плюсами такого подключения.
1
Расчет токовой нагрузки
для ОДИНОЧНОГО потребителя
Для того чтобы выбрать сечение кабеля и номинал автомата
защиты необходимо рассчитать предполагаемую нагрузку этой сети.
При расчете нагрузки электросети нужно помнить, что расчет токовой
нагрузки отдельного бытового прибора и группы из нескольких потре
бителей отличаются друг от друга.
Глава 45. ПРАКТИКА: расчет токовой нагрузки квартирной электросети
393
Давайте сначала произведем расчет токовой нагрузки и выберем
автомат защиты для однофазной электросети, 220 В для одиночного
потребителя. Для этого нужно вспомнить основной закон электротех
ники (закон Ома), посмотреть в паспорте на прибор его потребляемую
мощность и рассчитать токовую нагрузку.
Например: проточный водонагреватель на 220 В. Потребляемая
мощность 5 кВт.
Ток нагрузки можно рассчитать по закону Ома.
!нагрузки = 3000 Вт/220 В = 13,6 А.
вывод.
На линию для электропитания проточного водона
гревателя нужно установить автомат защиты номи
налом не менее 14А. Таких автоматов в продаже нет.
Поэтому выбираем автомат с большим ближайшим но
миналом - 16 А.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
р
е
r у
тт
Расчр ппып
оковойреби
на епеи
эк�
т
r у
т
о
А теперь давайте рассмотрим расчет токовой нагрузки
и выбор
автомата защиты в однофазной электросети 220 В для электропро
водки квартиры или группы в этой квартире.
ЧТО ЕСТЬ ЧТО.
,
Группа электропроводки - несколько потребителей,
подключенных параллельно к одному питающему кабе
лю от электрощитка. Для группы в квартирном элек
трощите или этажном щитке устанавливается общий
автомат защиты.
�
394
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ПРИМЕЧАНИЕ.
Расчет сети электрогруппы отличается от расчета
сети одиночного потребителя.
'Для расчета токовой нагрузки электрогруппы потребителей вво
дится так называемый коэффициент спроса (�), который определяет
вероятность одновременного включен·ия всех потребителей в группе в
течение длительного промежутка времени.
� = 1 соответствует одновременной работе всех электроприбо
ров группы. Понятно, что включения и работы всех электроприборов
в квартире одновременно практически не бывает. Есть целые системы
расчета коэффициента спроса для домов, подъездов. Для каждой квар
тиры коэффициент спроса различается для отдельных комнат, отдель
ных потребителей и даже для различного стиля жизни жильцов.
Например, коэффициент спроса для телевизора обычно равен 1, а
коэффициент спроса пылесоса равен О, 1.
Поэтому для расчета токовой нагрузки и выбора автомата защиты
в группе электропроводки коэффициент спроса влияет на результат.
Расчетная мощность группы электропроводки рассчитывается так:
ррасчетная = �
а х
прос
lнаrруэкн
рустановочная
= ррасчетна/220 В
В табл. 45. 7 приведены электроприборы одной небольшой квар
тиры. Рассчитаем токовую нагрузку для нее и выберем входной авто
мат защиты с учетом коэффициента спроса.
Таблица 45.7
Расчет приведенной мощности потребителей квартиры
Электроприборы
Освещение
Телевизор
Телевизор
Бытовая электроника
Холодильник
Посудомоечная машина
Стиральная машина
Утюг
Пылесос
Тепловентилятор
Коэффициент
спроса
Мощность
Приведенная
мощность
0,7
0,7
0,7
0,2
0,8
0,1
0,1
0,1
0,1
0,9
Р,Вт
800
160
150
200
150
300
380
800
400
800
�.вт
кс
560
112
105
40
120
30
38
80
40
720
395
Глава 45. ПРАКТИКА: расчет токовой нагрузки квартирной электросети
Таблица 45.8 (продолжение)
Электроприборы
Бойлер
Электробатарея
Другие потребители
Итоrо:
Коэффициент
спроса
Мощность
0,2
0,5
0,3
1500
1000
660
кс
0,32
Р,Вт
Приведенная
мощность
Р,Вт
8770
2843
300
500
198
Приведенная мощность в сети рассчитывается как сумма мощно
стей всех потребителей, умноженная на их коэффициент спроса.
Коэффициент спроса квартиры равен соотношению мощностей:
приведенной и полной.
Кс квартиры= 2842/8770 = 0,32.
Ток нагрузки рассчитывается из приведенной мощности:
Iн = 2843 Вт/220 В = 12,92 А.
Соответственно, выбираем автомат защиты на шаг больше: 16 А.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов,,
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
Расчет сечения кабелей
для различных групп электропроводки
1
Рассмотрим, как выбрать сечения кабелей для различных групп
электропроводки.
По приведенным выше формулам можно рассчитать мощность элек
тросети и значение рабочего тока в сети. Останется по полученным значе
ниям выбрать сечение электрического кабеля, который можно использо
вать для рассчитываемой проводки в квартире.
Правила устройства электроустановок ПУЭ (издание 7-е, 2016)
такую таблицу приводят (табл. 45.8). По таблице ниже ищем значение:
• расчетного тока нагрузки;
• расчетную мощность сети.
Затем выбираем сечение электрического кабеля.
396
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Таблица 45.8
Выбор сечения медного кабеля
Мощность, кВт
Дnя напряжения 220 В Дnя напряжения 380 В
Кабели, проложенные открыто 1
Сечение медных жил
кабеля,мм2
Ток наrруэки, А
0,5
0,75
1
1,5
2
2,5
4
5
10
16
25
35
11
15
17
23
26
30
41
50
80
100
140
170
2,4
3,3
3,7
5
5,7
6,6
9
11
17
22
30
37
6 ,4
8,7
9,8
11
15
19
30
38
53
64
14
15
19
21
27
34
50
80
100
135
3
3,3
4,1
4,6
5,9
7,4
11
17
22
29
5,3
5,7
7,2
7,9
10
12
19
30
38
51
1
1,5
2
2,5
4
5
10
16
25
35
Кабели, проложенные в трубе
нет
нет
ПРИМЕЧАНИЕ.
Данные в табл. 45.8 приводятся для медных жил кабе
лей, потому что использование кабелей с алюминиевы
ми жилами в электропроводке жилых помещений неже
лательно.
ГЛАВА46
ПРАКТИКА:
ИНТЕРАКТИВНЬIЕ РАСЧЕТЬI
ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ
Простейший онлайн калькулятор
расчета сечения проводов
11
Сечения медных и алюминиевых жил приведено на сайте «Сам
электрик» (рис. 46.1). Это простейший калькулятор расчета. Имеются
на сайте и таблицы с рекомендуемой площадью сечения провода.
· .. .
�квr
...............:· ·······
· .. .
. ••- -• -- . ... .-�-�--- ·· . . 1
ап
(
ВЫберите номинальное н ряжение:
.... · · · · · · Г
Укажите Ч'4СЛО фоз:
ВЫберите """'Р"ал жилы:
введите длину •--й линии:
У1Сажмте 1И1 rмнии:
-
-
1
j 1s
;Г
•1
Iм
- •;::гд=о 1=1<В====s.т
Рассчитать
Расчетное сеценме жилы мм2:
Ре�сомемдуемое сечение мм" :
Рис. 46.1. Простейший калькулятор расчета сечения проводов
Чтобы правильно выбрать маркировку провода либо силового
кабеля, первым делом, нужно рассчитать его сечение. Проще всего
использовать для этого специальную программу, в которую нужно вве
сти исходные данные:
• количество фаз;
• потребляемую мощность;
398
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
• номинальное напряжение;
• материал токоведущих жил.
Вводим необходимую информацию и нажимам кнопку
«ВЫЧИСЛИТЬ». Калькулятор в режиме онлайн отобразит расчетное и
рекомендуемое значение..
Особенностью этого калькулятора является то, что в расчетах он
выдает сечение с учетом длины. Поэтому результат может оказаться
значительно меньше, чем указан в таблице. В таком случае выбирайте
сечение, опираясь на них.
Если нужно рассчитать длинную линию (больше 30 метров), смело
можно использовать значения, предоставленные калькулятором. Для
удобства исходные данные вводятся по мощности, поэтому сразу
можно оперировать данными с шильников электрооборудования.
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
1
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: https://sameledrik.ru/raschet
secheniya-kabelya-2.html
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов,, на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код.
Онлайн калькулятор расчета кабеля по току и мощности
с учетом длины и способа прокладки линии
Более сложный и точный расчет кабеля по току или мощности
с учетом длины и способа прокладки линии можно произвести на
сайте «Элекон» (рис. 46.2). Калькулятор позволяет производить рас
чет сечение кабеля по току или мощности, исходя из параметров общей
нагрузки и поступающего напряжения. При этом учитываются усло
вия прокладки, материалы изготовления проводов, возможные потери
напряжения и критерии выбора проводника. Функционал раздела
позволяет также произвести расчет максимального тока и нагрузки на
проводник с заданными параметрами и выбрать устройства защиты
(автоматические выключатели, дифференциальные автоматы и УЗО).
Продвинутый калькулятор позволяет производить следующие рас
четы:
• расчет сечения по току/мощности (расчет сечения кабеля исходя из
мощности нагрузки или тока с учетом условий прокладки, материала
проводника и потерь напряжения, а таюке подбор кабеля, провода);
Глава 46. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты проводов и кабелей
399
• максимальный ток по сечению (определение максимального тока
и нагрузки на известный проводник):
• выбор устройства защиты (расчет автоматических выключателей,
УЗО и дифференциальных автоматов, а таюке их подбор).
..,..,__
аь__,...-,р
о•-
�,
МАJСС. nжnоачmию
�
�
о-•
�
,выю,УСТРСlflстu.ЗАЩитw
l'lpo8cwi8
•оо-... •·-
_______
·--�......._
__.._
8 ...r,pDIDRND
о ...о--
о-
о--
._._..._
FfiPiiiii8
Мn1П18О1!М.--(J»
'IMiiiiliiiPHIEF
Рис. 46.2. Продвинутый калькулятор расчета сечения проводов
Кроме того, при выполнении расчетов по току автоматически выда
ются сведения мощности в нагрузке и, наоборот, при расчете по мощ
ности автоматически - вычисляется ток. Это позволяет представить
приблизительные номиналы защитной аппаратуры для этой линии.
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: https://wWW.elcn.ru/calc/
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на Q.R-код.
Онпайн калькулятор расчета сечения кабеля
по мощности для переменного и для постоянного тока
1
При помощи калькулятора с сайта «Best-energy», представленного
на рис. 46.3, можно произвести расчет. сечения кабеля по мощности.
Его отличием является то, что он может производить расчеты как для
переменного, так и для постоянного тока.
400
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивно- .�м..._....,.�
го калькулятора: https://Ьest-energy.com.ua/
support/calc-caЫe
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) инаведите камеру на QR-код.
РАСЧЕТ СЕЧЕ НМА КА.БЕПЕЙ И ПРОВОДОВ ПО МОЩНОСТИ М ТОКУ
ВИД ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
81!ДJ"c.,i�IIICIITOT�WanU1pocн1&ce.1111111 �•мcnio6oP)IA08'11N1,
Вwбермтенд,оп:15
¾тacfl
n.r---111111:�uмpoco�-•&ny•l1JC8,l�НCIC'tll.
МАТЕРИАЛ ПРОВОДНИКОВ КА.БЕЛЯ
M.r�11npo8QЦИ-�--•C(N-•�n11нь.
&wбepar. .а,ермn вро�
eiч:i..:.
1 �-)f,IМIIW �- - � �111, 11О -f:o-. �cn81!1Cn. IIO�C
1!
�l81l!IICIC.��11бwto.«�11ii��.-..&n.11n�c:....,_ ___
.......
CYfllt1APHAR МОЩНОСТЬ ООДКЛЮЧА.ЕМОЙ НАГР.fЗКII
M�TI, Н�]IСМ дм (.-беfа on�al ас CJIN• ВО'!� МОЩIIОСП!М всu SIIКIJIORplidlqюa. �-- • ,тому
BIUIIITI IOOЩЖIO'I> >fМ'IIYJDI: [::J dh
НОМИНАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
В..М11т1 �•: �
��-��-"'8.-Рiбат���-
���==-�(А.�
тапько дпя ПЕРЕМЕННОГО ПЖА
c--ln"p(ICUfDlcвl1111:�
нeбmllllllliNOU.t!Orn! • � 11 �- � --..
КО8фф1ЩМ!П МОЩНОС'nl � � OПЮWl!tHIIII! .-icrlmfDi lнepn!II с no1t11oi. Дм /illOЩМ'WX 11orpe&пenefl )tЦЩlt;III! )'QUЖI 8
.U�� устроk,н. Д,., fiw-r IIOТ� СIК. пр1'111111611М \V8+1W:M 1.
KOltфф-Чlll!JIТMЩIIOC"lll<:05':�
СПОСОБ ПРОКПАДКИ КАБЕЛЯ
КОЛИЧЕСТВО НАГРУЖЕННЫХ ПРОВОДОВ В ГWЧКЕ
Дnll noc1'0МJIOl"O ТUU M�МII QМJIID'1<::1111 - llpo8CWI,&, ,1,11111 18р8М.Ммоr'О OAIIOфl.JЖIRI - фюllwiil 11 �- ДП111 Пl!реМеННОl'О
1рьф..-оm - tоя.1оП1 qi.пi-..
&wбepwтeшt11Nect1D�:
ltlмllDll8DU•DШl!l'IWIIМIOalW88 ..!J
Рис. 46.J. Калькулятор сечения провода
по мощности с сайта «Best-energy»
Кроме того, при расчетах он учитывает ряд других параметров:
• длину кабеля;
• количество проводов в пучке;
• способ прокладки;
• коэффициент мощности;
• количество фаз (для переменного тока).
Данный калькулятор хорош также тем, что позволяет корректно рас
считать сечение кабеля для сетей постоянного тока. Это особенно
актуально для систем резервного питания на основе мощных инвер-
Глава 46. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты проводов и кабелей
401
торов, где применяются аккумуляторы большой емкости, а разрядный
постоянный ток может достигать 150 ампер и более. В таких ситуа
циях учитывать сечение провода для постоянного тока крайне важно,
поскольку при заряде аккумуляторов важна высокая точность напряже
ния, а при недостаточном сечении кабеля могут возникать ощутимые
потери и, соответственно, аккумулятор будет получать недостаточный
уровень напряжения заряда постоянного тока. Подобная ситуация может
послужить ощутимым фактором сокращения срока службы батарей.
Калькулятор для расчета
падения напряжения в кабеле или проводе
1
Калькулятор поможет подобрать провода для подключения мощ
ной нагрузки, чувствительной к просадкам. Особенно актуально это для
автоэлектриков и тех, кто занимается автозвуком.
�-i-8
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов предлагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: https://WWW.asutpp.ru/raschet
padeniya-napryazheniya-v-kabele-provode.html
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт- ..;��
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код. 1:1�
Температура проводника:
J2oc (6BF)
Выбермте материаn квбеnя:
!медь
ВВllедмтв диаметр:
Введите дnмну:
Тмnсетм:
·1
1, в
1,0
1
1
1Переменный ток - 1 фаза
напряжение сети:
Tote
Падение наnряженмя:
Процент падения напряжения:
Соnропменме nроеоднмка:
Подача напряжения на конце кабеля:
!220
1,
1
1
1
1
л
1
1
1
1
1
1
·1
�
·1
!Футы •1
jв
\д
,[
в
"
Ом
в
Рис. 46.4. Калькулятор падения напряжения
402
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ВНИМАНИЕ.
Рассчитанное калькулятором падение напряжения дает
приблизительное значение и не гарантирует на 1()(]% точ
ный результат. Результаты могут меняться в зависимо
сти от реальных кабелей и проводов, различного удельного
сопротивления материала, количества жил, температуры
и погодных условий, места прокладки и так далее.
Приведу краткую инструкцию работы с калькулятором:
• выбираем из списка температуру кабеля (указана в градусах Цель
сия и Фаренгейта);
• указываем материал токопроводящей жилы (выбор из списка);
• вводим диаметр и длину провода (миллиметрах и мтрах, соответственно);
• выбираем тип электросети;
• задаем напряжение, соответствующее типу электросети (В);
• указываем ток нагрузки (А);
• нажимаем на кнопку «РАССЧИТАТЬ».
В результате мы получим информацию:
• о потерях (в вольтах и процентах);
• о сопротивлении данной магистрали (Ом);
• об уровне напряжения на нагрузке.
Отличительной особенностью этого калькулятора является то,
что он работает с данными не о сечении, а о диаметре проводника. Для
расчета доступно ряд материалов, таких как медь, алюминий, углероди
. стая и электротехническая сталь, золото, нихром, никель, серебро.
Поддерживаются как отечественные меры (метры, миллиметры),
так и западные (AWG, футы, дюймы). А в результатах вы получите не
только падение напряжение, но и сопротивление токопроводящей
жилы.
1
Простой калькулятор
для расчета сечения кабеля
Еще один калькулятор для расчета сечения кабеля отличается мини
мализмом, а, значит, простым интерфейсом (рис. 46.5). Осуществляет
расчеты как по току, так и по мощности:
• для медных проводников;
• для алюминиевых проводников.
Глава 46. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты проводов и кабелей
"
К.• 1 •У 1'11 f ,..,. 1( tl "il!<l';-JII"Ц;t!r IJ�• ilil!,< 1f'>' UK)
"
403
"
Т.•-'81)''8.с!l•('С):�
Cori,ouo-11��):P
Рис. 46.5. Простой калькулятор для расчета сечения кабеля
Учитываются количество фаз и напряжение, а также потери и тем
пература проводника.
С помощью данного онлайн калькулятора сечения кабеля, вы легко
сможете самостоятельно рассчитать сечение кабеля или-провода, кото
рый вам необходим для прокладки. Формат ввода в кабельном кальку
ляторе - Х.ХХ (разделитель - точка).
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: https://220gs.com/kalkillyator
rascheta-secheniya-kabelya
Запутите ((Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код.
404
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Продвинутый калькулятор
для подбора сечения кабельной продукции
Следующий калькулятор (рис. 46.6) - это скорее достаточно продвину
тый сервис для подбора сечения кабельной продукции.
В нем доступно на выбор три режима расчета:
• расчет сечения по нагреву и потерям напряжения;
• расчет нагрузочной способности по заданному сечению;
• расчет потерь по заданным параметрам линии
i Bwllop te4�Hм<I npoiю,u no "'l'Jl"'Y II nlYr�P,,111 HIПpll�Hlfll
!
..
Jf>�W,I.М, (L1234'f\
..... �
•1
.. ! j C)"ltTOW IIJl'Oll,ml no IIMIIMM
",._
.,._,,._,.
д.......
rn·;-�·�....
[����;�·з.4008
д,,,,,оu.,.,.
• "'"lth'
lil...:
• н.,,,�
•IIWI"
'-"(AB'N
·••
........
_._.._-B•JJU:/U
!IID,sм..ilho!
,..,.,,....,.�� • з,1с1�.1.
1110.5....2а..>
• ао"
······1
1_2a ____
r
� • c�:�:J
.... u_ • [
:Ввr •l
���)
4.-05.,.,1
illY•кn.wnк
11r--�,,,... nv.-.,,...
11.оо.
.......,_
Мrt•Mllll)U•
r.♦P•P)'&•A,'A.,.
Рис. 46.6. Калькулятор для подбора сечения кабельной продукции
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
II
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: http://allcalc.ru/node/507
�
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код.
.
IЖI
IЖI�
. •.
Результаты расчетов довольно обширны, учитывается ряд параме
тров, такой как кратность пусковых токов, автомат на линии и прочее.
Кроме того на сайте дается подсказка по выбору металлических или
гофрированных рукавов и кабельных вводов.
Глава 46. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты проводов и кабелей
405
1
Калькулятор для расчета
проводника предохранителя
Не всегда есть предохранитель нужного номинала, тогда приходится
ремонтировать сгоревший. В этом случае проводят расчеты проводника
под нужный ток. Расчет плавкой вставки предохранителя достаточно объ
емный, поэтому проще посчитать защитный предохранитель с·помощью
онлайн калькулятора по току. Как уже было сказано, его вы можете опре
делить, исходя из мощности. Такой калькулятор (рис. 46. 7) вы найдете по
ссылке, указанной ниже.
.
едь
1 М . ...
Материал:
'
···•- ··�·······
Ток (А):
Диаметр (мм):
10.342
Ближайшее значение AWG:
27Ga
'
1
Рис. 46.7. Калькулятор для подбора провода предохранителя
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: https://samelectrik.ru/diametr
provoda-dlya-plavkix-predoxranitelej.html
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код.
В исходных данных вам нужно ввести номинальный ток предохра
нителя и материал проводника (медь, алюминий, железо, константан,
олово, никелин). В результате вы получите диаметр проводника и бли
жайшее значение калибра проводов по зарубежной шкале AWG.
406
1 обогрева
Калькулятор для расчета
водопровода
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Промышленный электрообоrрев - это комплекс мер по защите
от промерзания трубопроводов, паропроводов, нефтепроводов, резер
вуаров, емкостей и технологического оборудования, транспортных
узлов и путепроводов, цеховых территорий, а также подогрев и под
держание заданных температурных режимов жидкостей и объектов.
Калькулятор, представленный на рис. 46.8, позволит рассчитать,
какой нужен кабель и какой длины для обоrрева водопровода.
Рассмотрим кратко принцип осуществления обогрева трубопро
вода. Для компенсации тепловых потерь вдоль трубы монтируется
наrревательный кабель.
ПРАВИЛО.
Погонная мощность тепловыделения кабеля должна
быть больше потерь тепла на погонный метр трубо
провода.
Основные параметры, влияющие на выбор мощности нагрева
тельного кабеля - теплопотери трубопровода, которые зависят от его
размера (диаметр и длина), разности температур, толщины и качества
наружной теплоизоляции.
Хlрнтермсrмкм тру6ы
Cnoi66 MOtlta)l(I: •
·C••P-
&внутри
Труба:•
t) eo.-onpoeOA
8 Ка11ми,аци11
Вы6Qр AMIМfTPI трубы:.
1 3/�. 2(),м
.....
(il Дренаж
•1
Xlp,1tt-s,мc:тltf(м ttмомtомцмм
Теп11оиэОJ1JЩИ� •
ToJIЩИ!'la tеnJЮи,омции; •
• 8CnetitHliЫR� (0.04 Вт/(м•I<))
Е) ПtНОПОЛИ)ТИJ!ен (0,038 Вт/{м,К))
--�
�
Ф Веести JСОзф. тen11onpoeoAHoqи ......___...,lh/(м,К)
�120__�lмм
Т.мn.,.туриыll р•мм
-
Тeмnep,rypa енучж трубы (Ди,nаэон от О АО +lO"Qr •
�lз __�l·c
�1-зо
__�l·с
Cnoco8lfl�••oц •
fili Руцtiой (6е, ftpt,tOCТlfl)
·T•PMO<rlt En Шlцtн,◄283 ру6,
Рис. 46.В. Калькулятор расчета греющего провода для водопровода
Глава 46. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты проводов и кабелей
407
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: http://wWW.teplydom.info/online-
kalkulyator/raschjot-stoimosti-obogreva-trub.html
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код.
Для расчета нужно ввести исходные данные для расчетов, такие как:
тип прокладки (внутри или снаружи);
тип трубопровода (водопровод, канализация или дренаж);
длина трубы и ее диаметр;
вид и толщину теплоизоляции;
способ управления (ручной или термостат).
В результате вы получите, какой нужен кабель и сколько его нужно.
Таюке будет определена его ориентировочная стоимость, если заказы
вать кабель на этом сайте.
•
•
•
•
•
Калькулятор для расчета
обоrрева водостоков и кровли
1
В холодное время года владельцы частных домов сталкиваются с
проблемой обмерзания кровельных скатов и замерзания внутри водо
стоков талой воды. Если эту проблему своевременно не решить, поя
вятся на крыше крупные сосульки и смерзшиеся комья снега.
Поэтому придумали обогрев водостоков. Это позволило предотвра
тить образование наледи. В зимние месяцы в большинстве регионов на
территории страны господствуют морозы и обильные осадки. В резуль
тате на кровле накапливаются большие массы снега. Повышение темпе
ратуры провоцирует сначала их подтаивание, а позже и активное таяние.
Днем растаявшая вода сбегает на края крыши и в водостоки. Ночью
она замерзает, что приводит к постепенному разрушению элемен
тов кровли и водостоков. Предотвратить все эти неприятности можно
только путем обеспечения беспрепятственного отвода растаявшей
воды. Это возможно только при условии обогрева краев кровли и водо
сточной системы (рис. 46. 9).
В большинстве случаев греющий кабель монтируется на кровельные
карнизы, внутри желобов водостока и в воронках, на участках стыков
фрагментов крыши, по линиям ендов. Кроме того, обогрев обязательно
должен присутствовать по всей длине водосточных труб, в водосборни
ках и дренажных лотках. Более подробно разобраться с этим вопросом,
408
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Рис. 46.9. Пример обустройства системы обогрева
посмотреть видео можно, перейдя по указанной ссылке: https://sovet
ingenera.com/kanaliz/k-drugoe/obogrev-vodostokov.htmI
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: https://cabelspb.ru/kalkulyator
kolichestva-i-stoimosti-kabelya
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код.
Кабель монтируется непрерывной петлей в водостоках, другими
словами расход кабеля на каждый водосток возрастает вдвое. Это
учтено в калькуляторе.
ВНИМАНИЕ.
Необходимая длина кобеля определеного типа может
превышать максимально допустимую длину создавае
мой электроцепи. В этом случае необходимо использо
вать несколько отрезков.
Глава 46. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты проводов и кабелей
409
Калькулятор дпя расчета
греющего кабеля теплого попа
1
Теплым полом называют современное, встроенное в пол оборудова
ние для электроотопления. Оно состоит из нескольких слоев, в центре кото
рых система электрических кабелей. Таюке присутствуют паровая, тепло и
гидроизоляция. Монтаж теплого пола может происходить с заливкой СТЯЖЮ1
или же на клеевое вещество. Далее этап выравнивание и само напольное
покрытие, согласно которому и подбирают конкретный вид теплых полов.
,.-..
e,J'\
:��)
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Система с электрическим подогревом включает в себя регулятор
температуры и электрический кабель. К недостаткам электрического
теплого пола можно отнести достаточное количество потребляемой
энергии из сети и излучение, которое «идет)) от кабеля.
Еще одним из недостатков теплого электрического пола является
отсутствие возможности сделать перестановку тяжелых предметов
мебели, т. к. крайне нежелательно ставить мебель на кабеле, это может
привести к нарушению его целостности.
Выделяют такие типы систем полов с электроподогревом:
• тип №1 - кабельные полы. За подачу тепла отвечает нагревательный
кабель, укладываемый на подготовленное основание. Монтаж кабеля
выполняется с использованием дополнительных крепежей или сетки;
• тип №2 - нагревательные маты. В этом случае, нагревательный
кабель помещен в специальный теплопроводящий мат и распола
гается внутри в виде «змейки)). Использование матов существенно
сокращает время на проектирование и монтаж кабеля;
• тип №3 -пленочные полы (инфракрасные). Обогрев осуществля
ется путем установки специальной ИК-пленки для теплого пола.
ПРИМЕЧАНИЕ.
fv1ы будем сейчас рассматривать именно тип №11, ка
бельные полы.
410
•
•
•
•
•
•
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Такая сисrема электрического кабельного теплого пола включает в себя:
нагревательный кабель;
провода соединительные;
регулятор, датчик температуры;
система защиты (устройства защитного отключения);
кабель для заземления (медный);
прочий материал: крепления, дюбель-гвоздь, демпферная лента,
мел (для разметки).
Виды наrревательноrо кабеля:
• резистивный кабель. Нагревательным элементом выступает жила,
отличающаяся повышенным сопротивлением. Благодаря этому со
противлению, ток, движущийся по кабелю, преобразуется в тепло
вую энергию;
• саморегулирующийся кабель. В этом случае обогрев происходит за
счет полимерной матрицы. Особенность саморегулирующего кабеля
заключается в том, что исключен перегрев. Такой вид кабеля отли
чает высокая стоимость, но и более длинный период эксплуатации.
Потребляемая мощность электрического теплого пола на 1 м 2
приведена в табл. 46.1.
Потребляемая мощность электриче�кого теплого пола
Назначение комматы
Оптимальная
мощность, Вт/м2
Назначение комнаты
Таблица 46.1
Оптимальная
мощность, Вт/м2
90-110
100-130
Коридор
Спальня
100-130
Ванная
120-150
Гостиная
100-130
Балкон
150-180
Прихожая
100-130
Кухня
Пример проекта теплого пола небольшой кухни с указанием места
расположения мебели, ключевых компонентов системы и основных
расстояний представлен на рис. 46.10.
Калькулятор, представленный на рис. 46.11, подойдет для расчета
длины греющего кабеля. Калькулятор размещен на сайте компании,
которая занимается продажей саморегулирующегося греющего кабеля
FINE Korea.
ПРИМЕЧАНИЕ.
/ С его помощью можно определить также модель, мощ- '
ность и метраж саморегулирующегося кабеля для обогрева
труб, кровли, пола и открытых или закрытых площадок.
Глава 46. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты проводов и кабелей
терморегулятор
холодный конец кабеля
Рис. 46.10. Пример проекта теплого пола кухни
Требуемая мощность обогрева
1
10
Вт/м2 1
Площадь
Рис. 46.11. Универсальный калькулятор греющего кабеля
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов пред
лагаю перейти на страницу интерактивного
калькулятора: https://cabelspb.ru/kalkulyator
kolichestva-i-stoimosti-kabelya
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на смарт
фоне (планшете) и наведите камеру на QR-код.
.411
412
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Калькулятор греющего провода ПНСВ
для
прогрева
бетона
Прогрев
бетона
с помощью греющего провода ПНСВ - удобная и
распространенная технология в строительстве. Ведь твердение бетона
при низких температурах воздуха существенно замедляется, и при ее
значениях ниже S ° C бетон необходимо прогревать. Прогрев бетона осу
ществляется специальным греющим проводом, укладываемым в кон
струкцию до ее бетонирования.
Используется для ускорения прогрева бетона монолитных кон
струкций в зимнее время нагревательный провод ПНСВ (провод
нагревательный со стальной жилой, с изоляцией из поливинилхлоридного
пластиката или полиэтилена).
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
Ji' стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Свойства ПНСВ таковы, что рабочий ток погруженного в бетон про
вода следует выбирать 14-16 А. При таком токе (14-16 А) провод ПНСВ
будет нормально работать в бетоне. Однако на воздухе при данном
токе провод ПНС быстро выходит из строя. Поэтому «холодные концы»
ПНСВ выполняются из провода АПВ-4 длиной 0,5-1 м. Для этого про
вод ПНСВ четко отрезают на отрезки определенной длины, чтобы ток в
проводе, погруженном в бетон, составлял 14-16 А.
Рассчитаем длину нагревательного провода ПНСВ одной
«нитки» для вашей железобетонной конструкции (рис. 46.12).
Такими «нитками» прогревочного провода ПНСВ укладываем вну
три вашей бетонной конструкции (рис. 46.13)
Введите напряжение греющего трансформатора
Вапы
Введите диаметр жилы ПНСВ (0.6, 1.1, 1 2, 1.4, 1.8, 2, 3, 4 мм)
мм
Характеристика вашей монапитной бетонной конструкции:
• армированная конструкция (с арматурой) li@ неармированная конструкция (беэ арматуры)
\ Рассчитать
j
Рис. 46.11. Калькулятор расчета длины
нагревательного провода ПНСВ одной «нитки»
Глава 46. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты проводов и кабелей
413
Провод ПНСВ 1,2 L=26 м
Рис. 46.13. Вариант укладки провода
ПНСВ внутри вашей бетонной
конструкции
Рис. 46.14. Вариант укладки провода
ПНСВ в «толстые» конструкции
Если железобетонная конструкция контактирует с грунтом (под
готовки под полы, фундамент и т. п.) - шаг витка нагревателей дол
жен составлять 50-150 мм. В местах подливках под колонны - шаг
150-200 м. В местных заделках - шаг 25-70 мм. Такая «нитка» провода
ПНСВ обогревает конструкцию толщиной 100 мм.
Если конструкция толще, то провода ПНСВ внутри вашей конструк
ции нужно укладывать в ярусы с шагом 80-100 мм по высоте (рис. 46.14).
Рассчитаем общую длину провода ПНСВ, требующегося для про
грева вашей железобетонной конструкции (рис. 46.15). Для расчета
потребуется ширина, высота и длина железобетонной конструкции (см.
рис. 46.14).
Напряжение прогрева = 75 В (третья ступень прогревочных стан
ций). Одной понижающей трансформаторной подстанцией типа СПБ-80,
КТПТО-80/86 обогревают 20-30 м3 бетона. Возможно, греть небольшие
объемы бетона трансформатором 380/36 В. Обычно для провода ПНСВ1,2 для КТПТО (то есть на 75 В):
• нитка - 28 м;
• отрезок для тройки - 17 м.
Подача напряжения осуществляется после окончания бетонирова
ния (температура заливаемого бетона в зимнее время должна быть не
ниже +5 °С).
Введите объем вашей ж/б конструкции:
Г---:J м•
Введите ширину вашей ж/б конструкции: � м
Введите высоту вашей ж/б конструкции 1 _______ J м
Введите КОЛ-ВО «НИТОК» провода ПНСВ,
необходимое для вашей ж/б конструкции:
C=:J шт.
Рис. 46.15. Калькулятор расчета общий длины провода ПНСВ, требующегося
для прогрева всей железобетонной конструкции
414
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Электропроrрев бетона ведется в три этапа:
• этап № 1 - разогрев бетона, при скорости подъема температуры не
более 10 °С/ч;
• этап №2 - изотермический прогрев, при этом максимальная тем
пература бетона должна быть не более 80 °С;
• этап №3 - остывание бетона со скоростью не более 5 °С/ч."
Подъем температуры бетона происходит за счет переключения
положений трансформатора с 55 В до 95 В при длине нагревательного
провода в бухте 28 м. Температуру прогреваемого бетона необходимо
контролировать электронным термометром.
ВНИМАНИЕ.
Отключение электропрогрева выполняется после набо
ра бетоном прочности 70 % от проектной.
На практике укладку проводов ПНСВ в бетонную конструкцию про
изводят соединением в «ТРЕУГОЛЬНИК» (рис. 46.16, а) или «ЗВЕЗДУ»
(рис. 46.16, б).
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение ((Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Соединение «ТРЕУГОЛЬНИК» создаем так:
• провода делим на три равные группы;
• провода каждой группы соединяем между собой параллельно;
• полученные три набора проводов соединяем концами в три узла и
подключаем к трем выходным зажимам станции.
а
Рис. 46.16. Укладка проводов ПНСВ
в бетонную конструкцию ТРЕУГОЛЬНИКОМ (а) и ЗВЕЗДОЙ (б)
415
Глава 46. ПРАКТИКА: интерактивные расчеты проводов и кабелей
При соединении нагрузки «ЗВЕЗДОЙ»:
• в конструкции устанавливаем набор «троек» - трех отрезков провода
равной длины, соединенных предварительно одним концом в узел;
• свободные концы всех «троек» соединяем в три узла и подключаем к
выходным зажимам трансформатора прогрева бетона.
Наборы нагревающих проводов см. в табл. 46.2.
Таблица 46.2
Варианты наборов нагревающих проводов
Трансформатор
nporpeвa бетона
Диаметр
ПНСВ,мм
Число «ниток•
(при L• 28 м)
Число «троек•
(при L11уча • 17 м)
1,2
24 (3 группы по 8 «ниток»)
14
1,4
21 (3 группы по 7 «НИТОК)))
12
2
9 (3 группы по 3 «нитки11)
5
3
3 (3 группы по 1 «нитки11)
2
СПБ-40
СПБ-63
СПБ-80
СПБ-100
Трансформатор 380/36
мощностью 6 кВт
Трансформатор 380/36
мощностью 2,5 кВт
Трансформатор 380/36
мощностью 2,0 кВт
1,2
39 (3 группы по 13 «ниток11)
22
1,4
33 (3 группы по 11 «ниток11)
19
2
15 (3 группы ПО 5 <<НИТОЮI)
8
3
6·(3 группы по 2 «нитки11)
4
1,2
48 (3 группы по 16 «нитою1)
28
1,4
42 (3 группы по 14 «ниток11)
24
2
18 (3 группы по 6 «ниток»)
10
3
9 (3 группы по 3 «нитки11)
5
1,2
60 (3 группы по 20 «нитою1)
35
1,4
51 (3 группы по 17 «нитою1)
29
2
21 (3 группы по 7 «нитою1)
12
3
12 (3 группы по 4 «нитки,1)
7
1,2
9
5
1,2
3
2
1,2
3
2
ONLINE КАЛЬКУЛЯТОР.
Для проведения практических расчетов предла
гаю перейти на страницу интерактивного каль
кулятора: http://WWw.promkaЬeLsu/calc/pnsv
Запутите «Сканер QR и штрих-кодов» на
смартфоне (планшете) и наведите камеру на
QR-код.
ГЛАВА47
ПРАКТИКА:
РАСЧЕТЬI ПРИ СОЗДАНИИ
КВАРТИРНОГО ЩИТКА
1
Расчет автоматических выключателей
при формировании квартирного щитка
Рассмотрим алгоритм расчета автоматов защиты квартирного щитка.
Во-первых, определяемся с нагрузками каждой линии, которые
нам надо питать. Сколько они потребляют по мощности, и, следова
тельно, ток какой величины будет течь через их питающую линию.
Для пересчета тока в мощность можно использовать самую обыч
ную формулу: Р = UI,
где Р - мощность, U - напряжение сети (220 В в нашем случае), 1 - ток.
Для тока будет так: 1 = P/U.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Данная формула справедлива только для резистивных
нагрузок типа ламп накаливания, нагревателей и пр. Но
на этот факт закроем глаза, т. к. мы делаем прикидоч
ный расчет.
Во-вторых, определяемся с видом и сечением кабеля. Смотрим
на общий суммарный ток, который нам требуется, и выбираем необхо
димый кабель по сечению:
• для открытой прокладки кабеля считаем, что необходим 1 мм2 ка
беля на каждые 10 А;
• для скрытой прокладки кабеля считаем, что необходим 1 мм2 кабе
ля на каждые 8 А.
Глава 47. ПРАКТИКА: расчеты при создании квартирного щитка
417
ПРИМЕЧАНИЕ.
Рассчитываем сечение и округляем его в сторону ближай
шего из стандартного ряда: 1,5; 2,5; 4; 6; 10. Автомат
выбираем на меньший ток срабатывания, чтобы он от
ключился раньше, чем выйдет из строя наш кабель.
В-третьих, при расчете и выборе автомата защиты учитываем вре
мятоковые характеристики срабатывания как по электромагнит
ному, так и тепловому расцепителю (рис. 47.1) ..
В-четвертых, следует помнить, что для безопасной эксплуатации
электропроводки нужно выбирать:
• для кабеля на 1,5 мм2 - автомат не более 10 А;
• для кабеля на 2,5 мм2 - автомат не более 16 А;
• для кабеля на 4 мм2 - автомат не более 25 А;
• для кабеля на 6 мм2 - автомат не более 32 А.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролиk.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Выбираем УЗО по номинальному напряжению
и номинальному току нагрузки
1
Рассмотрим теперь разновидности УЗО по номинальному напряже
нию и номинальному току нагрузки.
Если коротко, то номинальное напряжение Un составляет:
• 380 .В - для четырехполюсных УЗО (трехфазная сеть);
• 220 В� для двухполюсных УЗО (однофазная сеть).
ПРИМЕЧАНИЕ.
Допустимо применение четырехполюсных УЗО в режи
ме двухполюсных, т. е. в однофазной сети, при условии,
что изготовитель обеспечивает нормальное функцио
нирование тестовой цепи при этом напряжении.
1.13
1.45
Хвракrеристика В
60
40
20
�
s
6
4
1
1.:-
Хврапер11сУИU с
1 1 1 . 1 1 11 1 1 1 1 1
,�,
\i\
2
,;_
1
40
s
::;;
i:"й
20
1
' J"'."'fJ
10
"'·
6
4
1.:-
''
...
\
).,
2
1
.,,�,., ,., �,
...
:lttl 1111111 11
2
60
40
20
10
:а
�
s
6
4
,_
2
2
се ;:
1
1
.:�
6
4
10
4
0.2
i\ ;;,.
Q2
0.2
Q1
0.1
. ;;;
QОб
Q04
О.Об
0.04
ом
0.02
0�1
0.01
-
О.Об - Постоян.
0.04
ток
0.02
<• ;;·
�;: j
0.01
1
1.5
2
3 4
56
з.</
,;
5
о
+§]
6
10
0.6
0.4
..
значения номинальноrо TOIGI ---
111
....
о
'-ff,; ·�
Перемен.
ток
Постоян.
ток
tD
]:::,
;_·i�
''_
,,.,.,:; '
-·�� ,:r-,,
1.5
2
3
4 5 6
8
о
n
о
'\
:с
:s:
:о
'
'•
··�•;! '1:",
1
Крапюстъ
о
-t
'{1
7.5
Крапюстъ значения номинального тока ---
m
х
::r:
:s;:
:,,:;
)>
1�
20
Q6
Q4
0.1
о
--1
1
40
:·А ,;;
::> ;�•
-
2
0.6
0.4 � Перемен.
ток
\J.)
:::J
m
:,,:;
--1
20
11
1
40
Хвракrеристика D
120
10
10
:а
ll
1.13
:111 111111 111
120
120
•.....
1.45
1.45
1.13
::::J
"О
111
\.
10 15
20
1n
:,п
Кратность значения номинального тока .. --
Рис. 47.1. Характеристики срабатывания автоматических выключателей
для постоянного и переменного тока
о
:s:
.r.
11)
n
;,::
:s:
х
Q
"О
о
:s:,
Q
tD
419
Глава 47. ПРАКТИКА: расчеты при создании квартирного щитка
Нормами установлен также диапазон напряжений, в котором УЗО
должно сохранять работоспособность. Это имеет принципиальное зна
чение лишь для «электронных» УЗО, функционально зависимых от
напряжения питания (табл. 47.1).
Подбор УЗО в зависимости
от номинала защитного автомата
Разновидности У3O
по току нагрузки ln
Таблица 47.1
Ра:sновидностн :sащитноrо автомата
по току нагрузки,
рекомендованныii/ допустимыii
6
-/6
10
6/10
16
10/16
25
16/25
40
25/40
63
40/63
80
63/80
100
80/100
125
100/125
ПРИМЕЧАНИЕ.
Теоретически, разрешено иметь номинальный ток нагрузки УЗО равным или на ступень выше номинального
тока последовательного защитного устройства. Если
УЗО и автоматический выключатель имеют равные
номинальные токи, то при протекании тока, превыша
ющего номинальный, например, на 45 %, т. е. тока пере
грузки, этот ток будет отключен автоматическим вы
ключателем за время до одного часа. Это означает, что
этот период времени УЗО будет перегружено.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
, ,� Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
420
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Выбираем УЗО
по величине отключающего тока
Рассмотрим разновидности УЗО по номинальному отключающему
дифференциальному току IDn (по уставке) и номинальному неотключа
ющему дифференциальному току IDn0.
ЧТО ЕСТЬ ЧТО.
,-
'-
Уставка УЗО - это
ток, при превышении которого данное УЗО отключит цепь. С другой стороны - это макси
мальный ток, который может проходить через УЗО без
отключения цепи.
'
,1
Номинальный отключающий дифференциальный ток IDn (ток
уставки) выбирается из следующего ряда:
6 мА, 10 мА, 30 мА, 100 мА, 300 мА, 500 мА.
Реальное значение тока отключения определяется еще и номи
нальным неотключающим током утечки IDno и находится ниже
уровня уставки, поскольку номинальный неотключающий дифферен
циальный ток IDno УЗО, обычно, равен половине значения тока уставки:
lono = 0,5 lon·
Каждое конкретное УЗО имеет, как правило, определенное стабиль
ное значение отключающего тока, находящееся в указанном диапазоне.
СОВЕТ.
Чтобы избежать ложных отключений, следует учитывать
данное обстоятельство и сопоставлять реальное значе
ние отключающего тока с нормальным «фоновым» током
утечки в защищаемой электросети.
А как выбирают УЗО с нужной уставкой?
Уставку УЗО для каждого конкретного случая применения, теорети
чески, выбирают с учетом следующих факторов:
• значения существующего в данной электросети суммарного тока
утечки на землю , так называемого «фонового тока утечки»;
• значения допустимого тока через человека на основе критериев
электробезопасности;
• реального значения отключающего дифференциального тока УЗО,
которое в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50807-94 находится
в диапазоне 0,51 0n••.lon•
421
Глава 47. ПРАКТИКА: расчеты при создании квартирного щитка
ПРИМЕЧАНИЕ.
Согласно требованиям ПУЭ (7-е изд., п. 7.1.83) номиналь
ный дифференциальный отключающий ток УЗО должен
быть не менее чем в три раза больше суммарного тока
утечки защищаемой цепи электроустановки - fo- То
есть: 10n > = 3 /0 •
При отсутствии фактических (замеренных) значе
ний тока утечки в электроустановке ПУЭ (издание 7-е,
2016, п. 1.1.83) предписывает принимать ток утечки
электроприемников из расчета 0,4 мА на 1 А тока на
грузки, а ток утечки цепи из расчета 10 мкА на 1 м дли
ны фазного проводника.
Рекомендуемые значения l 0n (уставки) УЗО для диапазона номи
нальных токов 16-80 А представлены в табл. 47.2.
Рекомендуемые значения /Оп (уставки) УЗО
для диапазона номинальных токов 16-ВОА
Номинальный ток
нагрузки в зоне
защиты.А
16
25
40
63
80
Таблица 41.2
Рекомендуемые значений IDn (уставки), мА
при работе в зоне
при работе в зоне защиты
УЗО противопожарного
защиты группы
ОДИНОЧНОГО потребитепя
назначения на ВРУ
потребитеnей
30
30
30
30
100
30
30
30(100)
100
300
300
300
300
300
300
В некоторых случаях для определенных потребителей значение
уставки задается нормативными документами. В ГОСТ Р 50669-94
применительно к зданиям из металла или с металлическим каркасом
задается значение уставки УЗО не выше 30 мА. Временные указания
предписывают:
• для сантехнических кабин, ванных и душевых устанавливать УЗО
с током срабатывания: 10 мА, если на них вьщелена отдельная линия;
в остальных случаях, (например, при использовании одной линии для
сантехнической кабины, кухни и коридора) допускается использовать
УЗО с уставкой 30 мА (п. 4.15);
• в индивидуальных жилых домах для групповых цепей, питаю
щих штепсельные розетки внутри дома, включая подвалы, встроен
ные и пристроенные гаражи, а таюке в групповых сетях, питающих
ванные комнаты, душевые и сауны УЗО с уставкой 30 мА;
• для устанавливаемых снаружи штепсельных розеток• УЗО с
уставкой 30 мА (п. 6.5).
422
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
В ПУЭ (7-е изд. п. 7.1.84) рекомендуется для повышения уровня
защиты от возгорания при замыканиях на заземленные части на вводе
в квартиру или индивидуальный дом установка ПОЖАРНЫХ УЗО с
током срабатывания до 300 мА.
ВНИМАНИЕ.
УЗО с уставкой свыше 30 мА людей не защищает.
,,
ВНИМАНИЕ.
Нейтральный провод не должен быть заземлен после
УЗО (в контуре «под защитой УЗО»), он может быть за
землен до УЗО, но не после!
'
Существуют ли нагрузки, т. е. электрические устройства, которые не
будут работать в схеме с УЗО?
Нечасто, но встречаются. Так, если за (после) УЗО установлен насто
ящий (неполупроводниковый, не «авто»= гальванически развязанный)
трансформатор, то никакое УЗО на утечки из вторичного контура
трансформатора работать не будет.
СОВЕТ.
Если УЗО с уставкой 1 О мА срабатывает, то можно попробовать УЗО с уставкой 30 мА (но не выше, иначе оно
не будет защищать человека).
Y
-,./"',
•
'•ia-
..;/·)
•
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
[!)..
на расположенный рядом QR-код.
.
ШАГ
XI
СОЗДАНИЕ
ПРАКТИЧЕСКИХ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ
УСТРОЙСТВ
Глава 48. ПРАКТИКА: фомирование
квартирных электрощитков
Глава 49. ПРАКТИКА: подключение приборов учета
электроэнергии
Глава 50. ПРАКТИКА: подключение выключателей
и переключателей
Глава 51.. ПРАКТИКА: подключение ТЭНов в электросеть
Глава 52. ПРАКТИКА: устройство
и работа магнитных пускателей
Глава 53. ПРАКТИКА: нереверсивные пускатели
и электродвигатели
Глава 54. ПРАКТИКА: реверсивные пускатели
и электродвигатели
Глава 55. ПРАКТИКА: защита двигателей
. при помощи тепловых реле
ГЛАВА48
ПРАКТИКА:
ФОМИРОВАНИЕ
КВАРТИРНЬIХ ЭЛЕКТРОЩИТКОВ
1
Деление квартирной электросети
на группы
Большое количество энергоемких электрических приборов застав
ляет пересмотреть электрическую схему квартиры, разделив потреби
телей на группы. Наибольшее распространение получили три способа
деления квартирной электросети на группы:
• по видам потребителей- чаще всего удобно применять для ма
логабаритных квартир (на освещение, на розетки кухни, на конди
ционеры, розетка на стиральную машину, на бойлер, на остальные
розетки в квартире);
• по помещениям- целесообразно использовать в энергонасы
щенных крупногабаритных квартирах, образуя группы (зал, ком
наты, кухня, коридор, технические помещения);
• комбинированный вариант первого и второго способа.
В качестве иллюстрации материала книzи предлагаю. посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу- •
:'rt
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
· •
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру [!]
·
··
на расположенный рядом QR-код.
425
Глава 48. ПРАКТИКА: фомирование квартирных электрощитков
Электрическая схема
квартирного щитка
1
На рис. 48.1 приведена наглядная принципиальная схема квар
тирного щитка (с комментариями). Схема щитка выполнена для трех
проводной электрической сети при однофазном электрическом вводе
(система заземления TN-C-S).
В трехпроводной сети один провод выполняет функцию фазы L
(Line), второй - функцию рабочего нулевого проводника N (Neutral),
третий - провод защитного заземления - РЕ.
Вводной автомат защиты. Устройство, предназначенное для
защиты всей электросети от токов короткого замыкания, а также для
общего принудительного отключения помещения от электропитания.
Дифавтомат. Это электромеханическое устройство, объединяю
щее в себе автомат защиты от короткого замыкания и УЗО (устройство
защитного отключения) для защиты человека от поражения электриче
ским током, реагирует на ток утечки.
Электрический счетчик. Устройство для контроля расхода элек
троэнергии. Значение расхода показывает в кВт·час. По показаниям
электрического счетчика производится оплата за электричество.
Электросчетчики могут быть электромеханические (непрограммиру-
[ !
э,т:т� -;;-,
...----�---------РЕ
Qд,
,
:
L.•...•.........J
Общее УЗО
Отдельная разветвленная
группа с одним
дифференциальным
автоматом и двумя
однополюсными автоматами
N
,
-'-L
i QF1 !
,..•...•..•,
Вводной
однополюсной автомат защиты
Обозначение шин
подсоединения проводов
r··· ···· · .,
i
i
i
!
!
!
t ___ ________ ;
,:s; 2i >,
о
1- с:
:,: s с:
��е:
g��
о
са :i:
:,: ::;
С( о
о са
t;;
QF2
QFЗ
QF4
QF5
QFб
QF7
QF8 QF9
Рис. 48.1. Принципиальная схема квартирного щитка с комментариями (система
заземления TN-C-S)
426
ЭЛЕ.КТРОТЕХН И КА. От азов до создания практических устройств
емые) и электронные, которые могут, в ряде случаев, программиро
ваться.
Шины подсоединения проводов. Каждый электрический щит
комплектуется как минимум двумя шинами. Одна - для нулевых про
водов, вторая - для проводов заземления.
В щитке предусмотрены две отдельные функциональные
группы (справа на схеме, рис. 48.1). Одна группа - на два ответвле
ния, вторая - на три. Например, этот вариант подойдет для отдельных
функциональных групп ванной и кухни.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите ezo камеру
на расположенный рядом QR-код.
•
1!1..
. .·.
Электромонтаж квартирного щитка производится на основе
электрической схемы.
Если приобретать щиток в сборе, то должна ли прилагаться элек
трическая схема этого щитка.
А вот если предполагается монтировать щиток самостоятельно, то
нужно позаботиться, чтобы схема щитка делалась вместе с электропро
ектом. При наличии технического образования и некоторого опыта,
можно сделать схему электрощита самостоятельно. Приведу несколько
типовых вариантов схем и рассажу об их работе.
1
Эпектрощиток с однофазным вводом,
электросчетчиком, с применением УЗО
Рассмотрим простейший квартирный щиток с однофазным вводом,
наличием электросчетчика и с применением УЗО. Система заземления
TN-C-S.
Три линии: две идут на освещение (кабель 1,5 квадрата) и одна
линия идет на разеточные группы (кабель 4 квадрата). Система зазем
ления TN-C-S.
Для наглядности показаны марки кабелей и сечения проводов,
которые можно применить для отдельных кабельных линий (рис. 48.2)
427
Глава 48. ПРАКТИКА: фомирование квартирных электрощитков
ВВГЗх6 мм
,s L N
)S
s
(.J
:,:
а. s
1
"'
"
(.J
РЕ
<(
о
L{)
('")
ф
1
са
синий
РЕ
ВВГ Зх1 ,5 мм
ВВГЗх1 ,5 мм
ВВГЗх4 мм
Рис. 48.2. Схема простейшего квартирного щитка с однофазным вводом
и наличием электросчетчика, с применением УЗО
Электрощиток с однофазным вводом,
без электросчетчика, с применением дифавтомата
1
Рассмотрим простейший квартирный щиток с однофазным вводом,
без электросчетчика, с применением дифавтомата. Система заземле
ния TN-C-S.
Комплектация щитка стандартной квартиры представлена на
рис. 48.3. На вводе в квартиру устанавливается УЗО ВД63 с дифференци
альным током 30 мА последовательно с автоматическим выключателем
ВА63, которые могут быть заменены на дифавтомат Ад63. Всего запиты
вается четыре группы потребителей.
В данном случае это группы освещения и розеток, защищенных
тремя автоматическими выключателями ВА63 с номинальным током
16 А, и электрическая плита, которую защищает автоматический
выключатель с номинальным током 25 А.
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ВА63
ln = 40А
CD
о
�.D"�
...
:,: :::1
:,:
"ф
=1">-
СИНИЙ
х
:;;
CD
ф
::; о
ф CD
с:; о
"' а.
ф с:
:;;
х
:,:
ВА63
ln = 16А
"
..." а."'
.D ,
с:;
ф 1О
о
"
хо::
:;;
CD:,:
ф "'
с:; CD
>, "
:,: :,:
CD CD
о
"'
" "'
"'"' :,:"
::; §;;
э,:"'
... С!
:,:
ф :,:
С!
(.)
ВА63
ln = 16А
"'
... "
iо
Q.
:;;
:,:
(.)
!;,
:,: CD
:а�
. :,:
'"
"'
Соединительный
элемент входных
выводов защитных
аппаратов групповых
цепей
f)J g
""
," "',
ВА63
ln = 16А
ВА63
ln = 25А
ф
с:; с:
"'ф
i�
>� �
"'с:;
(.) ф
ф ...
с:; "'
ф
>- CD
" о
"'
""
... Q
��
!;;
�
о
:,:
о
Ф CD
::; о
ф а.
:,:
С! :,:
ф С!
:;;
CD
: N
синий :..................
о о
(.) CD
о
а.
с:
РЕ
[:
L_____________
:::::::::::..:J
---------Линии групповых цепей
Рис. 48.J. Схема простейшего квартирного щитка с однофазным вводом
и без электросчетчика, с применением дифавтомата
Иногда в отдельную группу выделяются стиральная машина или
кондиционер. В этом случае устанавливается автоматический выклю
чатель ВА63 с номинальным током 16 А.
11
Эпектрощиток с трехфазным вводом,
без электросчетчика, с применением дифавтомата
Рассмотрим небольшой квартирный щиток с трехфазным вводом,
без электросчетчика, с применением дифавтомата. Система заземле
ния TN-C-S.
Предназначен для мноrокомнатной квартиры. Схема представ
лена на рис. 48.4.
В данной схеме дифференциальный автоматический выключа
тель Ад63 устанавливается для защиты розеток кухни, где использу-
Глава 48. ПРАКТИКА: фомирование квартирных электрощитков
РЕ
N ----
а,
о
с::
х "'
:s; s
"' ...о
� i§
� �
� g1
о:
s
:,:
"'
а,
s
:,:
а,
"'
о.
>,
�
�а, :аа,
�
,s ,:s;
:s; :;;
:,:
:s; ()
()
о.
"'
"'
"'
s
c:r :,:
ф c:r
о
ug
о
о.
с::
,.
,:s;
:;;
:,:
ф
с::
ф
'"
,:s; ,:s;
s :;;
:,:
:s; с::
() ф
ЭЕ
...
,:s;
s
:,:
:s;
()
,:s;
:;;
с::
ф
ЭЕ
...
о
'о
.о:,:
с:: .о
ф с::
"' s "'
... "'
,:s; ,:s;
s
:,:
s
()
о.
"'
"'
1S
s
:,:
s
()
)S
...
:;;
с::
ф
ЭЕ
Q:,: о
...
�- ф�
�:
с::
ф
ЭЕ
ф
s
"'
()
ф
,:s;
s
:,:
s
()
,. :::r"'
� 6'"
а)"'
...s а,о
:,:
s "'
Соединительный
элемент входных
выводов защитных
аппаратов групповых
цепей
-----<.-----------+--+---+---�----- красный
--1-----t1---------+--+---+-------- зеленый
--1------11------+--------+--------t>-желтый
:::·::::: ::::::--:::: :::::::::::·::: :::::::·:::: ·::::::::::::::::·:::: · ::::::::::::::::::::::::::·::: ·· синий
.· :
:,:
c:r
о
а, ,:s;
:;;
о
о. :,:
ф
с::
ф с::
ф
...
--
� Q
::;
с::
�'" �:s;
...
:,:
ф
::;
ф
с::
"'
,:s;
:;;
:,:
.о
'
;�;;;:.::::
Соединительный
элемент нулевых
рабочих проводников
" :,:
о :::r
ф
"'
о.
�
.о
а,
ф
с::
>,
:,:
а,
о
::;
s
\
--- -- --------------------� нм
429
s
c:r
s
с::
ф
...
s "'
"
� Q
::;
� :а
а, а,
�
�
Линии групповых цепей
Рис. 48.4. Схема квартирного щитка с трехфазным вводом,
без электросчетчика, с применением дифавтомата
ется большое количество бытовой техники, и гидромассажной ванны.
Дифференциальный выключатель нагрузки ВД63 защищает другие
объекты: розетки и выключатели комнат, бытовую технику, освещение
санузлов.
Эпектрощиток с трехфазным вводом,
с электросчетчиком, с применением дифавтомата и УЗО
1
Рассмотрим большой квартирный щиток с трехфазным вводом,
с электросчетчиком, с применением дифавтоматов и УЗО. Система
заземления TN-C-S.
430
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
РЕ
ВА47-63
С63А
красный
зеленый
синий
В ыключатель
дифференциального тока
Соединительный элем ент входных выводов
защитных аппаратов групповых цепей
-
,:s;
,:s;
•
,:s;
j\
:,:
QJ
i:::
QJ
(')
,:s;
j\
:,:
QJ
i:::
QJ
(')
:,:
QJ
i:::
QJ
(')
6,_
j\
:,:
QJ
i:::
QJ
(')
'-'
,_
ЗОмА
,:s;
,_
j\
i:::
QJ
ЭЕ
>S
j\
:,:
QJ
i:::
QJ
(')
,:s;
j\
:,:
"'
'-'
а.
><
,:s; ,:s;
:s; j\
:,:
УЗО
:s; i:::
'-' QJ 32А
ЭЕ
,:s; ,:s;
:s; j\
:,:
Ад-32
:s; i:::
'-' QJ С16А
ЭЕ
ЗОмА
о
L..
о
:,:
,:s;
:s; ..а ..а
><
'-'
QJ �@
� :s: n,
:т ::r ><
'"t
ЭЕ
ВА47-63
С16А
"i '
!;; Q:,: о
::; !;i �,_
о
,_ j\ QJ
i:::
QJ
ВА47-63
С16А
,:s;
:s;
:,:
:s;
ВА47-63
С16А
:s;
q:
С20А
.
'
,:s;
,:s;
,:s;
:s;
:,:
'-'
j\
:,:
QJ
i:::
QJ
(')
,:s;
:s;
:,:
:s;
'-'
j\
:,:
QJ
i:::
QJ
(')
--··· .............. .....
'·------- -
L---
--
,:s;
,:s;
:s;
:,:
:s;
'-'
j\
:,:
...............
QJ
i:::
QJ
(')
,:s;
:s;
:,:
:s;
'-'
,:s;
,_
j\
>S
:s;
:,:
:s;
ЭЕ '-'
i:::
QJ
,:s;
,_
j\
i:::
QJ
.
,:s;
:s;
:,:
:s;
'-'
,:s;
:s;
:s;
. '-'
---- ---------- ---- -----ЭЕ ---------------·········
--- - - -- ----------- ------------
Линии групповых цепей
Рис. 48.5. Схема квартирного щитка с трехфазным вводом,
Глава 48. ПРАКТИКА: фомирование квартирных электрощитков
-------------\--------------------------------,
Пластиковый
корпус щита
Соединительный
элемент входных
выводов защитных
аппаратов групповых
цепей
;� ...,�. ··,� ·,� ····························;� ·;� ................. \·············r-}
5 � � :В
9- �
ВА47-63
* СЗ2
д
5 :В
*
,f'
УЗО
32А
ЗОмА
желтый
зелены0
красныи
синий
Соединительные
элементы
нулевых рабочих
проводников
Соединительный
элемент зажимов
нулевых защитных
проводников.а
также проводника
уравнивания
Линии групповых цепей
с электросчетчиком, с применением дифавтоматов и УЗО
431
432
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Схема группового распределительного щита для многокомнат
ной квартиры представлена на рис. 48.5. На вводе установлено УЗО
ВД63 с дифференциальным током 300 мА, так как естественный (фоно
вый) ток утечки электрооборудования может быть достаточно высоким
(вследствие большой протяженности электропроводки при установке
УЗО с меньшим током утечки возможны ложные срабатывания).
Первые три автоматических выключателя предназначены для защиты
осветительных цепей. Дифференциальный автоматический выключатель
Ад63 с дифференциальным током 10 мА используется для защиты элек
трооборудования ванной комнаты, так как во влажном помещении осо
бенно опасен контакт с токоведущими частями электроустановки.
Группа из УЗО ВД63 и трех автоматических выключателей ВА63
предназначена для защиты розеток. Трехфазный автоматический
выключатель ВА63 и УЗО ВД63 защищают мощных потребителей,
например, электроплиту или сауну. Последняя линия из одного УЗО
ВД63 и двух автоматических выключателей ВА63 предназначена для
защиты цепей, например, подсобного помещения.
1
Установка и монтаж
квартирно�:-о электрощитка
Монтаж электрощитка - процесс ответственный, и важную роль в
нем играет выбор места его установки. Давайте рассмотрим основные
этапы установки квартирного электрощитка.
Шаг 1. Выбирается место установки щитка. С точки зрения удоб
ства пользования квартирный электрощит стараются размещать ближе
к входу в помещение. Обычно его размещают возле входной двери, что
позволяет смонтировать щиток вблизи электроввода в квартиру.
По правилам электромонтажа щиток устанавливается на высоте
1,5-1,6 метра. После расстановки мебели к щитку должен быть свобод
ный доступ. И хоть хочется его спрятать куда-нибудь в шкаф, следует
помнить о пожарной безопасности.
Хотя с экономической точки зрения идеальным местом является
средина помещения. При таком расположении квартирного электро
щитка расходуется минимальное количество кабеля для электропро
водки.
Шаг 2. Выбор размеров щитка в соответствии с количеством
автоматов, которые планируется разместить в щитке. Решается, будет
ли стоять в данном щитке электросчетчик и другое необходимое обору
дование. Чем больше «начинки» планируется, тем больше должен быть
размер щитка.
Глава 48. ПРАКТИКА: фомирование квартирных электрощитков
433
Шаг 3. Выбирается вид щитка: для скрытой или наружной уста
новки. При скрытой установке выбивают в стене нишу и вмуровывают
щит в стену. При наружной установке закрепляют щит на поверхности
стены.
Шаг 4. Выбирается материал щитка: пластмасса или металл.
Шаг 5. Приобретается щиток, качественные автоматы (в свой
щиток я поставил Moeller), монтажный провод, шины.
Шаг 6. Производится монтаж корпуса. Так, в корпусе нужно
открыть перфорированные отверстия (рис. 48.6, а) для ввода электри
ческих кабелей (рис. 48.6, б). Если вы монтируете открытый электро
щиток можно его полностью собрать. Далее следует установить DIN
рейки для монтажа автоматов защиты, контактные шины для рабочих
б
/
г
Рис.48.6. Сборка электрощита:
а - перфорированные или отлитые отверстия для ввода кабелей;
б - ввод кабелей в щит; в - защелка автомата отвадится вниз,
верхняя часть надевается на рейку;
г - нижняя защелка фиксируется на рейке
434
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов-до создания практических устройств
проводов. Если нужно, установить электросчетчик. Полностью сделать
электромонтаж всех соединений в щитке.
Шаг 7. Сборка электрощита начинается с разделки кабелей. С
помощью ножа аккуратно снимаем наружную изоляцию с кабеля и
маркируем отдельные его жилы.
Шаг 8. Электощиток для скрытой установки помещается в заранее
подготовленную нишу. Затем щиток закрепляется в выбранном месте.
Его электромонтаж связан со штукатурными работами, а это доста
точно грязные работы. Поэтому скрытый элетрощиток лучше собирать
по месту. Подключаем «нулевые>> и «заземляющие» проводники к соот
ветствующим шинам.
Шаг 9. Производим установку автоматов на DIN-peйкy. Если в квар
тирном электрощите будут установлены дифреле либо дифавтоматы,
нулевые и фазные проводники защищаемых цепей подводим к этим
приборам.
К автоматам подключаем только фазные проводники соответ
ствующих потребителей.
СОВЕТ.
При монтаже квартирного электрощита рекомендую
использовать 10 А автоматы для защиты цепей осве
щения и 16 А для розеточных групп.
'
_,)
СОВЕТ.
Желательно установить устройство защиты от перенапряжении. Этот прибор проверяет качество элек
тропитания вашей квартиры или дома и отключает
его в случае сильного отклонения его от заданных па
раметров.
Шаг 10.И в завершении процесса сборки электрощитка устанав
ливаем внутреннюю крышу, производим на ней маркировку автома
тов и рисуем схему электрощита. Данную информацию размещаем на
внутренней стороне двери щитка.
435
Глава 48. ПРАКТИКА: фомирование квартирных электрощитков
Анатомия распределительного щита
с автоматами
1
Любого напугает количество проводов, когда открываешь перед
нюю крышку.
Давайте разберем все по порядку, а в конце нарисуем общую мон
тажную схему. Начнем сверху вниз.
НУЛЕВАЯ КОЛОДКА. «Нулевой» она
называется потому, что к ней подключается
нулевая жила, приходящая от вводного авто
мата. Как правило, нулевая жила большего
сечения и подключается под первый винт
(рис. 48.7).
,
ВНИМАНИЕ.
На «нулевой колодке» собираются все нули от проводов,
которые прокладываются по
квартире. Заземление сидит
здесь же, но на отдельной
колодке, и физически с нулем
никак не связано!
'
ФАЗНЫЕ ЖИЛЫ. Фазная жила
(рис. 48.8), приходящая от общего автомата,
подключается на вход первого автомата и
перемычками размножается по входам всех
автоматов распределительного щита.
А вот уже с выходов всех автоматов
фаза распределяется по распределительным
коробкам каждого помещения (рис. 48. 9).
Для примера показываю, как сделано у
меня:
• первые четыре автомата идут на освеще
ние;
• вторые четыре автомата идут на розетки;
• последние три автомата идут на две
сплит-системы и бойлер.
В данный момент они не используются и
поэтому выключены.
«Нулевая» колодка
«Нулевая жила»,
приходящая от
основного автомата
Рис. 48.7. Нулевая колодка
в щитке
Фазная жила от
основного автомата
Перемычка
Рис. 48.8. Фазная жила
в распределительном щитке
С выходов уходит на
дополнительные коробки
Рис. 48.9. Выходы
фаз автоматов в щитке
436
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Монтажная схема
двухпроводной электросети комнаты
Предлагаю рассмотреть работу и монтажную схему электрической
проводки на примере одной комнаты (рис. 48.10). От основного авто
мата «фаза» и «ноль» приходят в распределительный щит. Фаза i:юдклю
чается на вход первого автомата, а ноль - к «нулевой колодке>>.
Освещение. Автомат №1 рассчитан на освещение. С выхода авто
мата фазная жила заходит в распределительную коробку, где в точке
1 соединяется с одним концом провода, приходящего с нижнего кон
такта выключателя. С верхнего контакта выключателя фаза в точке
2 соединяется с другим концом провода, приходящим от лампы.
От «нулевой колодки» нулевая жила заходит в распределительную
коробку, где в точке 3 соединяется со второй жилой провода, приходя
щим от лампочки. И теперь если замкнуть контакт выключателя - лам
почка загорится.
Розетки. С розетками вообще легко. Автомат №5 рассчитан на под
ключение розеток. С выхода пятого автомата фазная жила заходит в
коробку, и в точке 4 соединяется с двумя другими жилами, приходя
щими от розеток.
L- фаза
N - ноль
•�
:s:
"
:,:
красный •�
:s:
1 1
1 1
.
1 1 Проводв 1 1
1 1 изоляции 1 1
1 1
"
:,:
>:S:
:s:
:i:
:s:
1 1
J:S:
"
са
Q.
�
" "
изоляции
Рис. 48.10. Упрощенная монтажная схема
двухпроводной электросети жилой комнаты
Глава 48. ПРАКТИКА: фомирование квартирных электрощитков
437
От «нулевой колодки>> нулевая жила за.ходит в распределительную
коробку, и в точке 3 соединяется с двумя другими жилами, приходя
щими от розеток. От каждой розетки тянется свой провод в распреде
лительную коробку.
В итоге получилось, что в распределительную коробку зашло
ШЕСТЬ проводов, и получилось ЧЕТЫРЕ скрутки. Таким образом, про
водка делается в каждом помещении.
Давайте теперь разберем монтажную схему электрической про
водки с заземлением. Хотелось бы знать, на каком этапе прокладыва
ется проводка, как проверять работоспособность схемы и используемое
оборудование.
Монтажная схема
трехпроводной электросети комнаты
1
В трехпроводной электросети (рис. 48.11). вместо обыкновенного
автомата ставится дифавтомат или к обыкновенному автомату добавля
ется УЗО, а также прибавляется проводник заземления «РЕ».
От дифавтомата или УЗО фаза и ноль приходят в наш распредели
тельный щит. Фаза подключается на вход первого автомата, а ноль к
«нулевой» колодке. Заземляющий провод, приходящий от общего рас
пределительного щита, подключается на отдельную «нулевую» колодку,
которая называется заземляющей и которая физически не связана с
нулем.
ВНИМАНИЕ.
/
'
Нулевая колодка и шина заземления между собой никак
не связаны.
'
/
От колодки заземления в каждую соединительную коробку тянется
провод заземления и из точки 5 разводится на розетки и светильники, а в
соединительной коробке добавляется еще одна скрутка.
СОВЕТ.
При прокладке новых линий электрической проводки
обязательно вешай бирки на начало и конец провода.
438
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
шина«РЕ•
L- фаза
N - ноль
РЕ - заземление
,:,;
,:,; :и
:,; i5
i "'�
(,,)
Рис. 48.1.1. Упрощенная монтажная схема трехпроводной
электросети жилой комнаты
ПРИМЕР.
r
'
Ведем линию для освещения от распределительного
щита в спальню. Значит, на обоих концах провода веша
ем бирку: «Спальня. Освещение».
'
/
Или тянем линию от выключателя. Конец, который будет находиться
в соединительной коробке, маркируем: «Спальня. Выключатель».
СОВЕТ.
Если проводку будешь тянуть медным проводом, то
скрутки обязательно паяй. Но прежде чем паять скрут
ки, проверь работу собранной схемы.
Теперь еще один момент. Для силового электрооборудования,
например, сплит-системы, нагревателя - электрическая линию от сво
его распределительного щита прокладывается сразу к розетке, в кото
рую будет включаться данное оборудование.
ГЛАВА49
ПРАКТИКА:
ПОДК ЛЮЧЕНИЕ
ПРИБОРОВ УЧЕТА
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Назначение
электросчетчиков
1
Электросчетчики применяют там, где осуществляется легальное
потребление электроэнергии и есть возможность экономить деньги,
отслеживая потребление электроэнергии за определенный промежуток
времени.
ЧТО ЕСТЬ ЧТО.
Электрический счетчик - электроизмерительный при
бор, предназначенный для учета расхода электрической
энергии переменного или постоянного тока, которая
измеряется в кВт·ч или А·ч.
Разнообразие большое: электросчетчики выпускаются однофазные
и трехфазные, однотарифные и многотарифные, прямого включения
(на ток от 30 А до 100 А) и через трансформаторы тока (при больших
токах).
Изначально выпускались только индукционные счетчики. Первый
же электронный счетчик был выпущен в Западной Европе в 1980 году, а
в России - в 1996 г. Тогда же вступил в силу ГОСТ 6570-96, сделавший в
России счетчики с классом точности 2,5 и током менее 30 А вне закона.
440
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Ресурс индукционного счетчика таков, что даже через 50 лет многие
образцы укладываются в заданный класс точности!
Разновидности электросчетчиков:
достоинство и недостатки
Конструктивно все электросчетчики можно разделить на группы:
индукционные (механические), электронные (цифровые) и гибридные
(комбинированные).
Достоинства индукционных счетчиков:
• надежны в эксплуатации;
• приспособлены к плохому качеству наших электросетей;
• срок «жизни» индукционного счетчика бо
лее долгий, чем у электронного;
• более низкая цена.
Недостатки индукцишmых счетчиков:
• низкий класс точности (2,0);
• рост погрешности при снижении нагрузки;
• нарушение метрологических характери
стик при быстропеременной нагрузке;
• слабая защита от хищения электроэнергии;
• повышенное собственное потребление по
цепям тока и напряжения;
• невозможность работать при температуре
Рис. 49.1. Так
ниже нуля градусов;
выглядит современный
•
необходимость
использования в точке уче
индукционный счетчик
та нескольких счетчиков по различным ви
дам энергии.
Электронные счетчики (рис. 49.2) рабо
тают за счет прямого измерения тока и напря
жения с передачей данных в цифровом виде на
индикатор и в память счетчика.
Достоинства электронных счетчиков:
• высокий класс точности (до 0,2);
• высокий класс точности сохраняется в ус
ловиях быстропеременных нагрузок;
• возможносrь работать по различным тарифам;
• возможность учета разных видов энергии
одним прибором;
Рис.-49.2. Так выглядит
•
возможность
измерений показателей ко
электронный однофаэный
личества и качества энергии и мощности;
счетчик
Глава 49. ПРАКТИКА: подключение приборов учета электроэнергии
441
• возможность длительного хранения данных и доступа к ним;
• возможность фиксации несанкционированного доступа и случаев
хищения электроэнергии;
• возможность дистанционного съема показателей по различным
цифровым интерфейсам;
• возможность расчета потерь;
• возможность создания современных АСКУЭ (автоматических си
стем учета электроэнергии);
• возможность учета одним прибором разных видов энергии в двух
направлениях;
• возможность работать при температуре ниже нуля градусов.
Недостатки электронных счетчиков:
• практически беззащитны от коммутационных и грозовых перепа
дов напряжения;
• имеют более высокую цену;
• менее ремонтопригодны.
Гибридные электронно-механические электросчетчики, объ
единяющие в себе элементы двух указанных выше групп, используются
достаточно редко.
Все электросчетчики различаются по количеству фаз: однофаз
ные и трехфазные. Для вь1бора нужно исходить от характера сети в
конкретном помещении. Чаще всего трехфазные счетчики рекомен
дуют устанавливать в коттеджах, больших загородных домах и в боль
ших квартирах, где заведены три фазы.
-
��
.
;;;,
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Технические параметры
электросчетчиков
•
•
•
•
•
Основные технические характеристики:
класс точности;
величина номинального напряжения;
величина номинального тока;
чувствительность электросчетчика;
интервал рабочих температур как правило от -40 до+ 55 'С;
1
442
·ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
• средний срок службы современных электросчетчиков составляет:
15 лет у электронных и 30 лет у индукционных;
• средняя наработка на отказ: у индукционных- 71000 часов, у
электронных- 90000 часов;
• межповерочный интервал: у индукционных- 6 лет, у электрон
ных- 1Олет;
• габаритные размеры и вес.
ЧТО ЕСТЬ ЧТО.
/
'
Класс точности - это процентное выражение наиболь-
'
шей допустимой относительной погрешности: 0,5; 1,0
ul,0%.
/
Это один из основных параметров электросчетчика. Класс точности
определен для нормальных условий работы:
• правильное подключение;
• равномерное распределение нагрузок по фазам;
• синусоидальная характеристика напряжения и тока (величина ко
эффициента линейных искажений не более 5%);
• номинальная величина частоты (50 Гц ±0,5%);
• величина отклонения значения номинального напряжения не более 1%;
• величина нагрузки в номинальных пределах;
• отсутствие влияния внешних магнитных полей;
• вертикальное положение электросчетчика.
ПРИМЕЧАНИЕ.
,r
Величина номинального напряжения счетчиков прямого и
с испольэован.ием трансформаторов тока должна соот
ветствовать номинальному напряжению сети, а счетчиков,
включенных с применением трансформаторов напряже
ния, - вторичному номинальному напряжению трансформаторов напряжения.
'
Номинальное напряжение указываются:
• у трехфазных счетчиков в виде произведения числа фаз на номи
нальные значения напряжения;
• у четырехпроводных счетчиков указываются линейные и фазные
напряжения: 3х380/220 В.
Глава 49. ПРАКТИКА: подключение приборов учета электроэнергии
443
Величина номинального тока так же указывается в виде произ
ведения числа фаз на номинальные значения тока -3/5 А.
Значение чувствительности счетчика выражается в процентах, а
определяется как наименьшее значение тока (в нормальных условиях),
который определяет нормальный отсчет. Величина порога чувствитель
ности не должна быть больше:
• 0,4% - для счетчиков класса точности 0,5;
• 0,5% -для счетчиков классов точности 1,0; 1,5; 2,0.
Передаточное число указано на лицевой панели:
• для индукционного -это число оборотов диска;
• для цифрового - количество импульсов, соответствующее едини
це измеряемой энергии.
ПРИМЕР.
450 оборотов диска определяют расход в 1 кВт·ч или
500 импульсов так же определяют расход в 1 кВт·ч.
Габаритные размеры и вес отражены в паспорте на изделие и
имеют значение в момент определения места расположения, способа
крепления изделия. Под каждый типоразмер предлагаются уже готовые
контейнеры, где все продумано и предусмотрено.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Принцип дейавия
однофазного индукционного счетчика
1
Принцип действия индукционных счетчиков основан на взаимо
действии переменных магнитных потоков с токами, индуктирован
ными ими в подвижной части прибора (в диске). Блок-схема однофаз
ного индукционного счетчика приведена на рис. 49.3.
Однофазный индукционный счетчик представляет собой измери
тельную ваттметровую систему. Он является интегрирующим (сумми
рующим) электроизмерительным прибором.
444
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Сеть
~220В
Датчик
тока
Устройство
перемножения
сигналов
Накапливающий
элемент
Средство
отображения
Датчик
напряжения
Нагрузка
Рис. 49.3. Блок-схема однофазного индукционного счетчика
Электромеханические силы взаимодействия вызывают движение
подвижной части. Алюминиевый диск может вращаться на оси О, с
которой через червячную и зубчатую передачи связан счетный меха
низм с цифрами, указывающими расход электроэнергии (рис. 49.4).
Так как счетчик должен учитывать расход электроэнергии, а он про
порционален произведению тока нагрузки I напряжения U, подведен
ного к нагрузке, и времени t, в течение которого нагрузка включена, то
конструкция счетчика должна иметь элементы, автоматически пере
множающие 1, U и t.
---'-�-1-t===='=} i
�
:,,.:
Рис. 49.4. Устройство однофазного индукционного счетчика
Глава 49. ПРАКТИКА: подключение приборов учета электроэнергии
445
ПРИМЕЧАНИЕ.
В общих чертах это достигается за счет того, что
диск счетчика вращается за счет электромагнитных
сил, которые создаются катушками.
Первая катушка включается в сеть последовательно и создает
силу, пропорциональную току 1. Вторая - включается параллельно и
создает силу, пропорциональную напряжению U. Поэтому частота вра
щения алюминиевого диска, расположенного между катушками, про
порциональна произведению U х 1.
Рассмотрим, как формируются показания?
При нулевой нагрузке диск неподвижен. С появлением нагрузки
диск начинает вращаться, причем тем быстрее, чем больше нагрузка.
Время вращения автоматически учитывается: чем дольше вращается
диск, тем больший путь совершается обоймами счетного механизма, а
на них написаны цифры, которые видны в окошечке на крышке счет
чика. На обоймах написаны цифры О, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Обоймы
закрыты щитком, и мы в ero окошечках видим только по одной цифре
на каждой из них.
Допустим, что алюминиевый диск счетчика начинает вращаться по
стрелке, когда во всех окошечках видны нули. Наблюдая за счетчиком, ты
увидишь, как самый правый нуль поднимется и исчезнет, уступая место
единице. Ее сменит двойка и т. д. А когда вместо 'девятки в окошечке
снова появится нуль, то в соседнем окошечке слева окажется единица.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Таким образом, полному обороту первого диска, считая
справа, соответствует 1/10 оборота второго диска, пол
ному обороту второго - 1/1 О оборота третьего и т. д.
Число зубьев червячной и зубчатой передач подобрано так, что
счетчик отсчитывает, как правило, киловатт-часы (цифры в черных око
шечках) и их доли (цифры в красном окошечке).
-
,;
1
';,
'J
.
Ji 7
,р ;.)
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
446
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Принцип действия индукционного
трехфазного электросчетчика
Индукционный трехфазный электросчетчик работает по тому же
принципу, что и однофазный. В индукционной системе подвижная
часть (диск) вращается во время потребления электроэнергии. Диск
вращается за счет вихревых токов, наводимых в нем магнитным полем
катушек счетчика. Магнитное поле вихревых токов взаимодействует с
магнитными полями катушек счетчика. Один из трех элементов счет
чика содержит два электромагнита:
• токовая обмотка включена в сеть последовательно;
• обмотка напряжения включена в сеть параллельно.
Между этими электромагнитами расположен вращающийся алю
миниевый диск. Его ось соединена:
• со счетным механизмом счетчика;
• со вторым диском, на котором установлено еще два (на две фазы)
элемента.
Третий диск отсутствует, ради экономии. Протекающие по обмот
кам электромагнитов токи создают магнитные потоки, под действием
которых у диска появляется вращающий момент.
Чем больше расходуется электроэнергии, тем больший ток в кон
тролируемой цепи и в токовой обмотке счетчика и тем больше момент
и скорость вращения диска.
Трехфазные электросчетчики на напряжение 380 В применяются в
основном для учета электроэнергии в индивидуальных домах и боль
ших квартирах с трехфазным вводом.
1
Принцип действия гибридного
электронно-механического счетчика
Ги бридные электронно-механические счетчики являются
«помесью» механических и электрических счетчиков: цифровой интер
фейс, измерительная часть электронного или индукционного типа. Они
включают в себя несколько узлов:
• схема счетчика;
• блок питания;
• корректирующие цепи и т. д.
Блок питания преобразует переменное входное напряжение в
низкое постоянное и обеспечивает питание электронных цепей счет
чика. Схема счетчика измеряет ток, который потребляется нагрузкой,
с помощью трансформатора тока (датчика), через который и проте-
Глава 49. ПРАКТИКА: подключение приборов учета электроэнергии
447
кает измеряемый ток. Другие блоки счетчика электроэнергии выпол
няют ряд различных функций: вывод показаний и управление через
Ethernet, WiMax, Wi-Fi, ZeegBee сети, управление дисплеем, термоком
пенсация счетчика, коррекция точности и т. п.
Счетчик состоит из микросхемы обработки, трех трансформато
ров тока, цепи питания, электромеханического счетного устройства и
дополнительных цепей.
В качестве регистра электроэнергии используется простое электро
механическое отсчетное устройство, в котором применен двухфазный
шаговый двигатель. Электропитание счетчика обеспечивает источ
ник, построенный на токовом трансформаторе и двухполупериодном
выпрямителе.
1
Принцип действия
электронного
Электросчетчик может быть построен
на базе электросчетчика
простейшего микро
контроллера. От такого счетчика требуется лишь измерение импульсов,
вывод информации на дисплей и защита при аварийных сбоях.
Получается, фактически, цифровой аналог индукционных (механи
ческих) счетчиков, рассмотренных выше.
Блок-схема простого электронного счетчика электроэнергии пред
ставлена на рис. 49.5.
Сигналы поступают через трансформаторные датчики на входы
микросхемы-преобразователя. С ее выхода снимается частотный сигСеть
-220 В
Датчик
тока
Флэш-ПЗУ
24СО1
(128байт)
Преобразователь
мощность-частота
КР1095ПП1
Микроконтроллер
MC68HC05KJ1
Датчик
напряжения
Контроллер ЖКИ
К1820ВГ2
Нагрузка
Рис. 49.S. Блок-схема простого электронного
однофазного счетчика электроэнергии
жки
448
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
нал, поступающий на вход микроконтроллера. Микроконтроллер скла
дывает количество пришедших импульсов, преобразовывая его для
получения количества энергии в Вт·ч.
По мере накопления каждой единицы, значение накопленной энер
гии выводится на монитор и записывается во FLАSН-память. Если про
исходит сбой, исчезновение напряжения сети, информация о накоплен
ной энергии сохраняется в памяти.
После восстановления напряжения эта информация считывается
микроконтроллером и выводится на индикатор, счет продолжается с
этой величины. Этот алгоритм потребовал менее 1 Кб памяти микро
контроллера. В качестве дисплея может использоваться простейший
6-... 8-разрядный 7-сегментный ЖКИ, управляемый контроллером.
В случае реализации мноrотарифноrо электросчетчика, устрой
ство должно обеспечивать обмен информацией с внешним миром по
последовательному интерфейсу. Интерфейс может использоваться для
задания тарифов, включения и установки таймера времени, получения
информации о накопленных значениях электроэнергии и так далее.
Блок-схема мноrотарифноrо электронного электросчетчика пред
ставлена на рис. 49.6.
Сеть
-220В
Датчик
тока
Энергонезависимый
Таймер/ОЗУ
D51884
Преобразователь
мощность-частота
КР1095ПП1
Микроконтроллер
MC6BHC05KL 16
Датчик
напряжения
Картридер
RS-485
Внешний
интерфейсный
канал
Нагрузка
Рис. 49.6. Блок-схема многотарифного электронного однофаэного электросчетчика
1
Установка
счетчика
По способу установки счетчики деляться на группы:
• классические, крепящиеся с помощью трех винтов (рис. 49.7, а);
• предназначенные для крепления на DIN-peйкy (рис. 49.7, б).
Глава 49. ПРАКТИКА: подключение приборов учета электроэнергии
449
@ ,--------- @
•
10101010101011
Отверстия
для крепления
а
Крепление
на DIN-peйкy
б
Рис. 49.7. Варианты крепления электросчетчиков:
а - крепление на три шурупа; б - крепление на 0/N-рейку
Счетчики с креплением на DIN-peйкy сейчас получают большее
признание из-за удобства монтажа счетчиков и меньшихгабаритов.
Место для размещения электросчетчика следует выбирать с особой
тщательностью, ведь условия окружающей среды могут повлиять на
. точность показаний.
ПРИМЕЧАНИЕ.
В самом общем виде требования к месту для размеще
ния электросчетчика таковы: помещение должно быть
отапливаемое, но температура не выше 40 °С, сухое,
без агрессивных примесей в воздухе.
Крепление электросчетчика должно быть выполнено таким обра
зом, чтобы его можно было демонтировать с лицевой стороны панели
(помним принцип максимального удобства для проведения различных
работ).
Испопьэование
трансформатора тока
1
В каких случаях необходима установка трансформаторов тока? Если
ожидаемая сила тока, проходящего через счетчик, выше максимально
допустимого значения для данного электросчетчика.
450
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ВНИМАНИЕ.
,r
"
Если производится установка трансформаторов тока,
то показания счетчика должны умножаться на коэф
фициент трансформации (к примеру, установка транс
форматора тока 100/5 А означает, что коэффициент
трансформации равен 20 и показания счетчика нужно
будет умножать на 20).
'
/
Трансформатор тока ТОП предназначен для понижения изна
чального тока до величины, используемой в цепях измерения, охраны,
управления и сигнализации. Такое номинальное значение тока вто
ричной обмотки 2 А, 5 А. Изначальные обмотки трансформатора тока и
напряжения включаются в цепь с измеряемым переменным и постоян
ным током, а во вторичную цепь включаются не измерительные приборы.
Ток, протекающий сообразно вторичной обмотке трансформатора тока,
равен определенному току первичной обмотки, деленному на другой коэф
ф�ент модификации. Вторичная такая обмотка токового трансформа
тора доткна быть солидно замкнуга на низкоомную нагрузку измеритель
ного устройства либо накоротко.
ВНИМАНИЕ.
При случайном либо умышленном разрыве цепи появля
ется прыжок напряжения, страшный для изоляции, на
ходящихся вокруг электроприборов и жизни техперсо
нала!
Электромонтаж при установке трансфор маторов тока осущест
вляется медным проводом или кабелем с минимальным сечением (не
более 10 мм2). Марки могут быть различными. Следует только соблюдать
условия, касающиеся механической прочности провода или кабеля.
ВНИМАНИЕ.
При электромонтажных работах не допускается ис
пользовать такие соединения проводов и кабелей, кото
рые невозможно осмотреть (к примеру, болтовое соеди
нение, скрутка).
Глава 49. ПРАКТИКА: подключение приборов учета электроэнергии
451
По завершении электромонтажных работ счетчик, клеммную
колодку, испытательную колодку, трансформаторы тока и напряжения
(если они имеются) следует опломбировать.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу �
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
�
на расположенный рядом Q.R-код.
Особенности включения счетчиков
и измерительных трансформаторов
,
\..
ПРИМЕЧАНИЕ.
Схемы включения индукционных и электронных электросчетчиков (рис. 49.8) абсолютно идентичны. Посадочные
отверстия для крепления обоих видов электросчетчиков
тоже должны быть абсолютно одинаковы.
1
'
Однако некоторые производители не всегда придерживаются этого
требования, поэтому иногда могут возникнуть проблемы с установкой
электронного электросчетчика вместо индукционного именно в плане
крепления на панели.
Зажимы токовых обмоток электросчетчиков обозначаются бук
вами Г (генератор) и Н (нагрузка). При этом генераторный зажим соот
ветствует началу обмотки, а нагрузочный - ее концу.
от - обмотка токовая
ОН - обмотка напряжения
L
PEN----'
а
К нагрузке
б
Рис. 49.8. Принципиальные схемы включения счетчиков в системе TN-C:
а - однофазного; б - трехфазного
452
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
СОВЕТ.
При подключении счетчика необходимо следить за тем,
чтобы ток через токовые обмотки проходил от их на
чал к концам.
Для этого провода со стороны источника питания должны подклю
чаться к генераторным зажимам (зажимам Г) обмоток, а провода,
отходящие от счетчика в сторону нагрузки, должны быть подключены к
нагрузочным зажимам (зажимам Н).
Для счетчиков, включаемых с измерительными трансформато
рами, должна учитываться полярность как трансформаторов тока
(ТТ), так и трансформаторов напряжения (ТН).
Это особенно важно для трехфазных счетчиков, имеющих сложные
схемы включения, когда неправильная полярность измерительных транс
форматоров не всегда сразу обнаруживается на работающем счетчике.
Если счетчик включается через трансформатор тока, то к началу
токовой обмотки подключается провод от того зажима вторичной
обмотки трансформаторов тока, который однополярен с выводом пер
вичной обмотки, подключенным со стороны источника питания. При
этом включении направление тока в токовой обмотке будет таким же,
как и при непосредственном включении.
Для трехфазных счетчиков входные зажимы цепей напряжения,
однополярные с генераторными зажимами токовых обмоток, обознача
ются цифрами 1, 2, 3. Этим определяется заданный порядок следования
фаз 1-2-3 при подключении счетчиков.
1
Прямые схемы подключения
электросчетчика
Прямая схема является наиболее простой и довольно распростра
ненной. Схемы представлены на рис. 49.9-49.10.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Если ток счетчика лежит в нормальных приделах ре
ально потребляемого тока, то подключают в этом
случае счетчики прямым способом (без дополнительных
трансформаторов тока).
Глава 49. ПРАКТИКА: подключение приборов учета электроэнергии
Три фазных и
нулевой провод
на этажном щитке
L 1 L2 LЗ PEN
Однофазный счетчик
::;
>S
,_с:
:;;
Q)
>S
>S
:,:
Q)
"'
а.
:;;
с:
Q)
м
15
:,:
(,)
"'
s
::;
s
::;
::;
s s
�м �м м� м�
>S
s
:,:
s
>S
>S
>S
>S
>S
:,:
:,:
:,:
:,:
:,:
о
(,)
>S
15
:,:
"'а.
(,)
"'
>S
s
15
15
15
15
7
7
а. о
а. о
о
о
,_ м
,_ м>,
>,
а. а.
а. а.
1,,
1,,
�
"'
CD
:,:
Q)
:,:
Q)
1,,
s
(,)
"':,:
"'
Q)
:,:
Q)
1,,
"':,:
453
Фаза и ноль
к квартирной
электросети
PEN
L1
в
,_
s
3"
"'м
,_
"'::;
о
,_
<(
а
>S
s
:,:
s
крае
НЫЙ
L
Вх.фаза
Вх.ноль
PEN111------------'
Вых. фаза
Вых.ноль
б
Рис. 49. 9.
Прямая схема включения однофазного электросчетчика
при двухпроводной линии TN-C:
а - демонстративная схема включения; б - принципиальная схема
Несмотря на огромное разнообразие выпускаемых электросчет
чиков, расположение клемм подключения у них у всех одинаковое. На
самой крышке закрытия клемм (с внутренней стороны) имеется нари
сованная схема подключения (на всякий случай, если забыли, как под
ключать электросчетчик).
После одобрения правильности и соответствия всем нормам, на
электросчетчике производится опломбировка. Она исключает возмож
ность самопроизвольной доделки или переделки как самого подключе
ния, так и изменения общей работы устройства учета.
454
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Три фазных,
нулевой и защитный
провод на этажном щитке
РЕ L1 L2 LЗ N
а
Трехфазный счетчик
'"21
"' '",_21 '"21 '"21 '""
"' "' "' "' "
,_
"' "'
"'
:1:
Q)
Q)
1
Q)
JIE
:,:
Q)
:,:
()
:,:
Q)
а.
()
зажимы
ш
О..
):S:
21
а.
"'
'""
"
б
:,:
()
крае ный
'""
"
:1:
()
зеле ный
,:s:
21
"' "'
:,:
()
:1:
Q)
Q)
"'
1:S:
Q)
()
"
"',_ "
21
ilE
:,:
'""
"
:,:
()
жел тый
L1
Вх. фаза1
L20-----------'
Вх. фаэа2
LЗ 0-------------�
Вх. фаэаЗ
IS
N 0--------------------'
Вых. фаза1
Вых. фаза2
Вых. фаэаЗ
Вх.ноль
Вых. ноль
РЕ-----------------------,(11
Вых. защитный
Вх. защитный
Рис. 49.10. Прямая схема включения трехфазного электросчетчика
при пятипроводной линии TN-S:
· а - демонстративная схема включения; б - принципиальная схема
ПРИМЕЧАНИЕ.
4)-;·
"
Те электросчетчики, что устанавливаются самими хо
зяевами для своих нужд и определенных целей (к примеру,
в одной квартире живут несколько семей и есть необ
ходимость учитывать потребленную электроэнергию
каждой из них) не подвергаются контролю организаций.
/
Глава 49. ПРАКТИКА: подключение приборов учета электроэнергии
455
Они расцениваются как обычные электротехнические устройства,
которые установлены в электрический щиток и работают на стороне
самого потребителя.
В многоэтажных жилых домах через кабель (провод) соответству
ющего сечения идет подсоединение фазы (фаз) к входным клеммам
электросчетчика. Между основной магистралью и счетчиком устанав
ливается рубильник или автомат. Он позволяет производить замену
устаревших либо не исправных электросчетчиков без напряжения на
вводе.
С выходных клемм электросчетчика электропитание ввода пода
ется на защитные и распределительные устройства. Фаза идет на УЗО,
автоматы, предохранители, а ноль обычно садится на общий клеммник.
Однофазный счетчик устроен таким образом, что все потребители
электроэнергии в квартире питаются от одного провода (фазы). В трех
фазных схемах потребители электричества разведены на группы, что
более безопасно. Для примера разберемся, как подключить электро
счетчик однофазный и трехфазный.
Схема подключения
однофазного счетчика
1
Под защитной крышкой, в нижней части прибора расположены
четыре клеммы (рис. 49.11):
• к крайней левой клемме, присоединяется приходящий фазный
провод;
• к клемме, следующей по порядку слева направо, присоединяется
отходящий фазный провод;
• к третьей слева клемме присоединяется приходящий нулевой про
вод;
• к последней, оставшейся клемме - отходящий нулевой провод.
На однофазном аппарате имеются четыре клеммы (на рис. 49.11
отмечены номерами). Через эти четыре клеммы осуществляется
подача электроэнергии в дом и связь общей электросетью. Для замены
прибора обесточьте квартиру и снимите старый счетчик. Закрепите в
подготовленное место новый прибор.
К клемме 1 присоедините фазный провод (чаще всего он красного
цвета, однако если есть сомнения, проверьте его индикаторной отверт
кой - индикатор должен загореться на фазном проводе).
К клемме 2 подключите фазный провод от сети помещения, первая
цепь готова.
456
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Нулевая
шина
синий
красный
синий
16А
32А
16А
••
• ' 32 А
� h:Э на
,s
,s
:,:
:,:
J5
"'
""' ""'
а.
"
'"'
"
:,:
"
а.
Освещение
'"'J5 '"'"'
""' "
а.
'"'"'
""'
:,:
:,:
J;'-';
Земляная
шина
ЗОмА
:,:
"
Розетки
Электрическая
плита
Рис. 49.11. Схема подключения однофазного счетчика
Аналогично подключаем к клеммам 3 и 4 нулевой провод от общей
и квартирной сети. Чтобы не ошибиться в монтаже сверяйтесь со схе
мой подключения электросчетчика (рис. 49.11).
1
Схема подключения
трехфазного счетчика
Переходим теперь к подключению электрического трехфазного
счетчика.
Под защитной крышкой снизу у трехфазного счетчика находятся
четыре пары клемм. В каждой паре левая клемма является входной, а
правая - выходной (рис. 49.12). Три фазных провода и рабочий нуле
вой подключаются к входным клеммам счетчика. С выходных клемм
фазные и нулевой провода отводятся на распределительный щит.
Трехфазный электросчетчик подключить немного сложнее, хотя
принцип тот же. Действуя по аналогии с подключением однофазного
457
Глава 49. ПРАКТИКА: подключение приборов учета электроэнергии
Трехфазный счетчик
Вводной
автомат
желтый
Вх. Фаза В зеленый
Вых. Фаза В зеленый
Вх. Фаза С красный
Вых. Фаза С красный
Вх. Ноль
Вых. Ноль
синий
синий
синий
кра�ный
Трезфазная
нагрузка (камин)
Освещение
Розетки
�t
со :,:
со
.,
ф :s:
�
:с: 3
РЕ
Стиральная
машина
синий
l ii
о.
Освещение
Розетки
1
1
Розетки
на кухне
Q со
о::,:
i::: :s:
�3
а
Q
:s:
:,:
1 СО
8. �
!;; а.
�
ф
i::: о
" о
"''°
Рис. 49.12. Схема подключения трехфазного счетчика
счетчика, подключаем провода. К клеммам 1, 3, 5, 7 присоединяем про
вода одного цвета из внешней сети, а к следующим клеммам, т. е. к 2, 4,
6, 8 провода одного цвета из домашней сети (рис. 49.12).
Таким образом, получится, что если к контакту 1 подсоединен крас
ный провод (фаза) из внешней цепи, то к контакту 2 нужно будет под
ключить фазный провод из домашних коммуникаций.
458
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
СОВЕТ.
Для безопасности входные провода лучше подключить
через четырехполюсный вводной автомат, а также по
ставить однополюсные автоматы для каждой группы
потребителей.
1
Практикум по подключению
трехфазного счетчика прямого включения
Рассмотрим, как подключить электросчетчик непосредственного
включения.На примере трехфазного счетчика непосредственного
включения «Энергомера» я расскажу и покажу в специально снятом
ВИДЕО, как его включить в трехфазную сеть. В принципе, схема под
ключения дается в руководстве по эксплуатации и дополнительно
изображена на корпусе счетчика, поэтому проблем с подключением
возникнуть не должно. Однако эти схемы имеют один минус - на
них не показано включение коммутационн ой аппаратуры.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов» •
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
�
на расположенный рядом Q,R-код.
11
'
::r ,
.
'а
',
' '
.t
�
',
·,
1•
•
1
•
Рис. 49.13. Готовые для подключения:
счетчик, два автоматических выключателя и нулевая шина
1
- .
.
Глава 49. ПРАКТИКА: подключение приборов учета электроэнергии
4S9
Для подключения нам понадобится: счетчик, два автоматических
выключателя и нулевая шина (рис. 5.13). Автомат, который будет стоять на
вводе (перед счетчиком), желательно установить четырехполюсный, чтобы
при необходимости или возникновении аварийной ситуации можно было
полностью отключить себя от линии.
Чтобы добраться до клеммной колодки необходимо открутить винт
(рис. 49.14, а) и снять нижнюю крышку (рис. 49.14, б). На рис. 49.14, а
винт обозначен кружком.
а
Рис.49.14. Снятие нижней крышки со счетчика:
а - винт крепления; б - крыщка снята, открыта клеммная колодка
Теперь подключим вводной автомат (рис. 49.15). С выходных клемм
автомата фазы А, В, С (белый провод) подключают на входные клеммы
счетчика 1-3-5, а ноль N (синий провод) - на клемму 7.
В процессе монтажа провод от изоляции очищают следующим
образом (рис. 49.16):
• конец провода, подключаемый к выходной клемме автоматиче
ского выключателя, очищают от изоляции на длину 8-10 мм;
• конец, подключаемый к клемме счетчика, очищают на длину 27-30 мм.
Рис. 49.15. Подключение вводного автомата
460
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
К клемме счетчика
Верхний винт
К выходной клемме
автоматического
выключателя
Нижний винт
Рис. 49.16. Подготовка
монтажных проводов
Рис. 49.17. Подключение
проводов к счетчику
При подключении провода к счетчику (рис. 49.17) откручивают оба
винта контактного зажима. Провод вставляют до упора, первым закру
чивают верхний винт. Легким подергиванием провода убеждаются, что
он плотно зажат. И если зажат хорошо, то затягивают нижний винт.
Если счетчик предполагается использовать в частном доме или квар
тире, то монтаж внутренних соединений выполняется медным проводом
сечением 4 мм2 • Использовать провод сечением свыше 4 мм2 нет смысла,
так как для домашнего потребителя Россеть более 15 кВт не дает. Кроме
того, по техническим условиям, вводной автомат разрешают устанавли
вать на нагрузку не более 25 ампер.
С выходных клемм счетчика 2-4-6 провода фаз А, В, С подключа
ются на входные клеммы автоматического выключателя (рис. 49.18), с
выхода которого трехфазное напряжение поступает в домашнюю элек
трическую сеть. С клеммы 8 нулевой провод N подключается к нулевой
шинке (рис. 49.19).
Рис. 49.18. Подключение выхода трех фаз счетчика
на трехфазный входной автомат
Глава 49. ПРАКТИКА: подключение приборов учета электроэнергии
461
Рис. 49.19. Подключение нулевого провода N к нулевой шине
Рис.19.20. Полная монтажная схема включения трехфазного счетчика
А вот как выглядит полная монтажная схема включения трехфазного счетчика (рис. 49.20).
Если подать напряжение на счетчик, то на его лицевой панели дол
жен зажечься световой индикатор СЕТЬ. А при подключении нагрузки
световой индикатор 600 imp/kW·h (или 400 imp/kW·h - в зависимости
от исполнения) должен мигать (рис. 49.21).
36803В М7 Р31
Рис. 49 .21. Светящиеся индикаторы на работающем счетчике
ГЛАВАSО
ПРАКТИКА:
ПОДКЛЮЧЕНИЕ
ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕЙ
1
Подключение
одноклавишного
выключателя
Рассмотрим схему включения (рис. 50.1). Фаза (коричневый цвет)
проводом 1 заходит в коробку и, соединяясь с жилой провода 2, под
ключается к нижнему (входному) контакту выключателя. С верхнего
(выходного) контакта пунктирной линией фаза проводом 2 заходит в
коробку и, соединяясь в коробке с жилой провода 3, приходит на лам
почку. Ноль (синий цвет) проводом 1 заходит в коробку и, соединяясь с
жилой провода 3, приходит на лампочку.
1---------------1
1
:
: Э
1
(коричневый) 1
Соединение
(скрутка)
(синий)
Ноль (синий)
Фаза (коричневый)
2
Распределительная
коробка
Рис. 50.1. Схема включения одноклавишного выключателя
Глава 50. ПРАКТИКА: подключение выключателей и переключателей
463
ВНИМАНИЕ.
Нулевая жила (ноль) от распределительной коробки
идет сразу на потолок к лампочке. К выключателю и от
выключателя на лампочку идет только фазная жила.
Так предусмотрено правилами и сделано в целях безопасной эксплу
атации осветительных приборов. Предусмотрено, чтобы при отключен
ном выключателе разрывалась именно фаза, а не ноль. Ведь при отсо
единении от нагрузки выключателем нулевого провода, осветительный
прибор остается под напряжением фазы, а это опасно и не удобно.
ВНИМАНИЕ.
При отключении выключателем нулевого, а не фазного
провода существенно увеличивается вероятность не
правильной работы и преждевременный выход из строя
некоторых видов ламп.
Речь идет о компактных люминесцентных и светодиодных лам
пах. При их подключени� фаза должна обязательно обрываться выклю
чателем. Ведь данные лампы имеют пусковые элементы, распознающие
фазу, даже без нуля, как сигнал к зажиганию лампы. При отсутствии
нуля, лампа конечно должным образом светиться не будет, так как не
хватит напряжения, но мигать будет точно.
Чтобы определить фазный провод достаточ�о воспользоваться
индикаторной отверткой. Засветившийся индикатор указывает на
наличие фазы.
ВНИМАНИЕ.
Перед работой индикаторная отвертка всегда должна
проверяться на исправность в месте, которое заведомо
находится под напряжением, например, в розетке.
Подключение
двухклавишного выключателя
1
В схеме включения двухклавишного выключателя (рис. 50.2) доба
вилась одна фаза и одна лампочка. Здесь фаза (коричневый цвет)
464
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Соединение
(скрутка)
1:
1,
11
(коричневый) , ,
,,,,
, , !коричневый)
....
Ноль (синий)
Фаза (коричневый)
Распределительная
коробка
�
:;;
а,
Q)
r
,,.:s;
Q.
о
Рис. 50.2. Схема включения двухклавишного выклю11ателя
проводом 1 заходит в коробку, и, соединяясь с жилой провода 2, под
ключается к нижним (входным) контактам выключателя.
С верхних (выходных) контактов фаза (на рис. 50.2 обозначен
путь пунктирной линией), размножаясь на две, проводом 2 заходит
в коробку, соединяется с жилами провода 3 и приходит на лампочки.
В зависимости от того, какой контакт выключателя замкнут, такая лам
почка и загорается. Ноль (синий цвет) проводом 1 заходит в коробку
и, соединяясь с жилой провода 3, приходит на лампочки.
ВНИМАНИЕ.
Если необходимо сделать 2 зоны освещения и одинар
ный выключатель заменить на двойной, то придется
тянуть еще одну ФАЗНУЮ жилу от выключателя - на
потолок к лампочкам.
Чтобы определить входной и выходные контакты выключателя,
достаточно взглянуть на его обратную сторону (рис. 50.3). У двойного
выключателя, как правило, имеются три вывода:
• два на одной стороне (наприме_р, Ll и L2) - выходные;
• один на противоположной стороне (например, L3) - входной.
Иногда входной контакт обозначают просто буквой L без цифр, а
выходные - стрелками, направленными наружу.
А если нет маркировки? Для определения назначения контактов,
если нет маркировки, можно воспользоваться измерительным при
бором, например, мультиметром. Делается этот так. Переводим муль
тиметр в режим ПРОЗВОНКА, и измерительными щупами касаемся
Глава 50. ПРАКТИКА: подключение выключателей и переключателей
Рис. 50.J. Маркировка фаз на
обратной стороне выключателя
465
Рис. 50.4. Определение входа и
выходом выключателя при помощи
мультиметра
на предполагаемый входной и один выходной контакты (рис. 50.4).
Включая и выключая клавишу выключателя, следим за показаниями
прибора. Если контакт замкнется, то мультиметр издаст звуковой сиг
нал, а на индикаторе появится вел11.чина сопротивления короткого
i�•
замыкания, то есть нули.
Теперь один щуп мультиметра оставляем на предполагаемом вход
ном контакте, а другим садимся на второй выходной контакт. И также
пробуем нажимать следующую клавишу выключателя. Если прибор
покажет нули и издаст звуковой сигнал, значит, мы все сделали пра
вильно, и входной контакт найден.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Подключение
трехклавиwного выключателя
1
Очевидно, что подключение трехклавишного выключателя мало
чем отличается от подключения двухклавишного. Отличие состоит
лишь в том, что для работы трехклавишного выключателя в схему
добавляется четвертая жила, по которой фаза с его третьего контакта
будет поступать к лампам третьей группы. Вот в принципе и все.
Если посмотреть на подключение выключателя с обратной стороны,
то на рис. 50.5 видно, что к нему подходит четыре жилы. По одной жиле
(в данном примере синего цвета) фаза L приходит на выключатель, а
по трем другим (коричневым) Ll, L2 и L3 фаза уходит на нагрузку.
466
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
С боковых сторон блока контактов
выключателя расположены клеммы
для подключения фазных жил. Входной
фазный L подключается со стороны оди
ночной клеммы, а выходные фазные Ll,
L2, L3 с противоположной стороны, где
таких клемм три (рис. 50.6).
Давайте разберем монтажную схему
подключения тройного выключателя.
Давай. Смотрим на монтажную
схему включения трехклавишного
выключателя (рис. 50. 7). Фаза L заходит
а
(синие)
Рис. 50.5. Подключенный в сеть
тройной выключатель с обратной
стороны
б
Рис. 50.6. Входная клемма для фазного провода L (а)
и выходные клеммы для фазных проводов L1, L2, LJ (б)
'il
Соединение
(скрутка)
N -Ноль (синий)
L-Фаэа (коричневый)
Распределительная
коробка
Рис. 50.7. Схема включения трехклавишного выключателя
Глава 50. ПРАКТИКА: подключение выключателей и переключателей
467
в распределительную коробку и в точке 1 соединяется с жилой провода,
уходящей на выключатель. Приходя к выключателю, фаза заходит на
его нижний входной контакт и на этом контакте находится постоянно.
С трех верхних выходных контактов выключателя фазные жилы Ll,
L2, L3 этим же кабелем уходят в распределительную коробку, где в точ
ках 2, 3, 4 соединяются с жилами провода, уходящего на потолок. На
потолке фазные провода Ll, L2, L3 подключаются к коричневым выво
дам ламп HLl, HL2, HL3.
Ноль N заходит в распределительную коробку и в точке 5 соединя
ется с жилой провода, уходящей на потолок. На потолке ноль подклю
чается к «синим» выводам цоколей, соединенным в одну точку, образуя
общий вывод.
А как работает схема люстры с трехклавишным выключателем?
Рассмотрим схему (рис. 50.8). При нажатии, например, правой кла
виши - правый контакт замыкается .. Фаза проводом.Ll поступает в
распределительную коробку, где через точку 2 и потолочный провод
попадает на коричневый вывод лампы HLl. И лампа загорается. Ноль N
(синияя жила) для всех ламп является общим.
ПРИМЕЧАНИЕ.
На верхние контакты выключателя фаза попадает толь
ко при замыкании контакта соответствующей клавиши.
1
1
1
1
1
Соединение
(скрутка)
1
1
1
г-------1
1
1
1
1
1
1
lt
1
1
N -Ноль (синий)
L -Фаза (коричневый)
Распределительная
коробка
L1
Рис. 50.8. Работа схемы при замыкании правого контакта
468
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
,----------;i
1
1
Соединение
(скрутка)
1t
1
N -Ноль (синий)
L -Фаза (коричневый)
Распределительная
коробка
Выключатель
Рис. 50.9. Работа схемы при замыкании среднего контакта
Теперь при нажатии средней клавиши средний контакт замыкается
(рис. 50.9). При этом фаза проводом L2 поступает в распределительную
коробку, где через точку 3 и потолочный провод попадает на коричневый
вывод лампы HL2. При этом лампа загорается.
Таким же образом работает и левый контакт выключателя. А при
одновременно нажатых трех клавишах будут гореть все лампы люстры.
1
Типовые ошибки подклю:ения
клавишных выключателеи
Речь идет о выключателях, имеющих более одной клавиши. Входящую
фазную жилу L иногда ошибочно подключают к одному из выходных
контактов выключателя (рис. 50.10). От этого нарушается нормальная
работа потолочного светильника: включение одной группы ламп воз
можно при условии, что на другую группу напряжение подано заранее.
Например. При ошибочном подключении входящей фазы L к
левому контакту двухклавишного выключателя Ll левая клавиша будет
работать в обычном режиме: при нажатии клавиши фаза через нижний
(входной) контакт заходит в распределительную коробку, затем через
точки 2, 6 попадает на люстру и зажигает пару HL2 и HL3. При размы
кании левой клавиши лампы гаснут.
Глава 50. ПРАКТИКА: подключение выключателей и переключателей
Провод в изоляции
469
r-------------------�
-..J
I
1 1
l
I
11
Потолок
\\\\\\\\\\\\\\\\\\ 1
N
(красный)
Потолок
1\\\\\\\\\\\
7
'"2i
""'
а.
:i:
�
Трехрожковая люстра
а
L
Распределительная
коробка
5
(красный)
1
1
IL-фаэа
1 N - ноль
1
;s'
2i
""'
а.
:i:
�
.+
7
;s' 6
:а
"'
Q)
:i:
"а.
:r
о
�
+
-
"
"
;s'
:i:
�
Трехрожковая люстра
б
Рис. 50.1.0. Неправильное подключение двухклавишнаго выключателя:
а - включена левая клавиша; б - включены обе клавиши
Работа правой клавиши _двухклавишного выключателя целиком
зависит от положения левой клавиши. Если левая клавиша включена,
то и правая работает, как положено: при нажатии правой клавиши фаза
через верхний контакт L2 и точки 3, 5 попадает на люстру и включает
лампу HLl. При отключении правой клавиши лампа гаснет.
470
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
1-------------------�
Провод в изоляции -.1
1
1
1
Потолок
L
(красный)
(L1)
�
1
1
IL-фаэа
1 N - ноль
Распределительная
коробка
l
I
1
1
\\\\\\\.'>\\\\\'»'»\ 1
J5
:,:
"'
�
Q.
i
в
5
�
J5
:,:
s
Q.
о
�
Потолок
i\\\\\\\\\\\
6
i
7
-
�
s
:,:
s
�
Трехрожковаi� люстра
Рис. 50.10. Неправильное подключение двухклавишного выключателя (продолжение):
в - включена правая клавиша
А если мы захотим оставить включенной только лампу HL 1 и разом
кнем левую клавишу, то погаснут все три лампы. Это объясняется тем,
что левой клавишей мы отключаем не только пару ламп HL2 и HL3, но
и разрываем входящую фазу L, которая через эту клавишу питает схему
освещения. Если же левая клавиша будет выключена, то мы вообще не
сможем включить лампу HLl.
Аналогичным образом будет работать и левая клавиша выключа
теля, если входящую фазу подключить на выходной контакт L2 правой
клавиши. В этом случае левая клавиша сможет зажигать лампы HL2 и
HL3 только при включенной правой клавише.
ВЫВОД.
,r
'"
При подключении входящей фазы L на верхние контакты выключателя L1 или L2 вся работа выключателя
будет зависеть от той клавиши, к выходу которой под
ключена фаза L.
'
/
Чтобы устранить подобные неисправности достаточно на
выключателе поменять местами входящую и выходящую фазы.
Глава 50. ПРАКТИКА: подключение выключателей и переключателей
471
Проверка правильности подключения
клавишного выключателя
,
СОВЕТ.
Перед тем как вешать люстру желательно предварительно проверить правильность подключения выклю
чателя.
1
'
Проверяем правильность подключения выключателя следующим
образом.
Шаr 1. При отключенной люстре индикаторной отверткой про
веряем наличие фазы L на входном контакте выключателя. Если она.
подключена на один из выходных контактов, то меняем ее местами с
жилой, подключенной на входной контакт выключателя. Перед тем, как
менять местами жилы, не забываем отключать напряжение 220 В.
Шаr 2. Включаем обе клавиши и индикаторной отверткой прове
ряем наличие фазы на потолочных проводах в точках 5 и 6. В точке 7
индикаторная отвертка ничего не должна показать, так как это нулевая
жила (рис. 50.11).
Шаr 3. Выключаем обе клавиши и индикаторной отверткой про
веряем отсутствие фазы на потолочных жидах в точках 5, 6, 7. На всех
трех проводах ничего не должно быть (рис. 50.12).
Шаr 4. Подключаем люстру к потолочным проводам.
Провод в изоляции
�-------------------1 1-----------------,
n отоnок
Потоnок
I
1 1
\\\'-"'\\\\\\\'>"\ 1 \\\\\\\
L
5
(красный)
1 L-фаза
1 N - ноль
Распределительная
коробка
�
L1
L2
7
� 6
21
:i:
1
Фаза есть
Фазы нет
{ t
:i:
1
Рис. 50.11. Проверка наличия фазы в потолочных проводах
при включенных клавишах выключателя
472
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Провод в иэояяции
1-------------------n
--1
1
1
1
L
1
Потолок
\\'\\\\\\\\\\\\\\\ 1
1
(красный)
�
"'а."
2j
:,:
�
5
1
Потолок
i\\\\\\\
1
7
� 6
"'
2j
Q)
т
s
�
s
�
�
:,:
а.
о
:,:
s
Фазы нет
Рис. 50.12. Проверка отсутствия фазы в потолочных проводах
при выключенных клавишах выключателя
Шаг 5. При наличии в люстре жилы с изоляцией желто-зеленого
цвета скручиваем ее с заземляющим проводником, выходящим из
потолка, и изолируем изолентой.
ПРИМЕЧАНИЕ.
'-
Как правило, заземляющие проводники имеют изоляцию
желто-зеленого цвета. Если заземляющего провода на
потолке нет, то провод в люстре просто изолируем и
убираем. А если заземляющий провод в люстре не пред
усмотрен, значит, изолируем защитный проводник на по
толке и убираем в сторону.
11
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
�-с
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
[!]
на расположенный рядом QR-код.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
.
.
. •·
.
Глава 50. ПРАКТИКА: подключение выключателей и переключателей
473
Устройство
проходного выключателя
1
Механизм переключения контактов проходного одноклавишноrо
выключателя практически такой же, как и у обычного двухклавишного.
Отличие состоит лишь в расположении и переключении контактов.
У двухклавишноrо выключателя (рис. 50.13, а) переключение
контактов независимое и осуществляется двумя клавишами, поэтому
контакты могут переключаться либо двумя клавишами одновременно,
либо отдельно каждой клавишей.
У проходного одноклавишноrо выключателя (рис. 50.13, б)
переключение контактов зависимое и осуществляется одной клави
шей, поэтому контакты переключаются одновременно.
а
б
Рис. 50.13. Расположение контактов двухклавишного выключателя (а)
и проходного выключателя (б)
Электрическая схема сист�мы
двух проходных выключателей
1
Проходной выключатель имеет два контакта, включенных после
довательно и образующих общую точку. Один контакт выключателя
всегда замкнут, а второй- всегда разомкнут (рис. 50.14).
Контакт
разомкнут
Общая
точка
Клемма
Контакт замкнут
Рис. 50.14. Электрическая схема проходного выключателя
474
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Контакты в
положение 1
Контакты в
положение 2
�[;]
а
3
2
б
Рис. 50.15. Контакты в проходном выключателе:
а - основные два положения при переключении;
б - нумерация контактов на проходном выключателе
При нажатии клавиши выключателя контакты переключаются:
• контакт, который был замкнут, размыкается;
• контакт, который был разомкнут, замыкается.
Такая работа контактов позволяет выключателю всегда быть гото
вым к включению или отключению освещения из любых двух мест
(рис. 50.15).
ВНИМАНИЕ.
/
Такая работа контактов требует особого включения в
схему освещения, поэтому проходные выключатели под
' ключаются строго по определенной схеме.
11
�
/
Схема подключения
двух проходных выключателей
На корпусе некоторых моделей выключателей обозначают выводы,
чтобы в процессе монтажа не прозванивать контакты. В моделе выклю
чателя, рассматриваемой в этой главе, выводы указаны стрелками
(рис. 50.16). Это удобно.
Рис. 50.16. Стрелочное обозначение контактов проходного выключателя
Глава 50. ПРАКТИКА: подключение выключателей и переключателей
475
А теперь рассмотрим основные этапы работы схемы подклю
чения двух проходных выключателей SAl и SA2, изображенные на
рис. 50.17-50.20.
Фаза L подключена к клемме 2 выключателя SAl, а к клемме
2 выключателя SA2 подключен центральный вывод лампы ELl.
Одноименные клеммы выключателей 1-1 и 3-3 соединены между собой
перемычками красного и зеленого цвета. Ноль N соединен с цоколем
лампы.
Давайте разберем работу схемы. В исходном состоянии выключа
телей лампа не горит. Фаза L проходит через контакт 2-3 выключателя
SAl и через перемычку зеленого цвета попадает на клемму 3 выклю
чателя SA2 и дальше никуда не идет, так как контакт 2-3 разомкнут
(рис. 50.17).
EL1
3
L
N
красный
красный
синий
Рис. 50.17. Схема подключения двух проходных выключателей:
исходное состояние, лампа не горит
При нажатии клавиши выключателя SA2 его контакты 1-2 и 2-3
переключаются, и контакт 1-2 размыкается, а контакт 2-3 - замы
кается. Тогда фаза L через замкнутый контакт 2-3 выключателя SAl
и перемычку зеленого цвета проходит замкнутый контакт 2-3
выключателя SA2 и с клеммы 2 поступает на лампу. Лампа светится
(рис. 50.18).
красный
3
L
N
красный
синий
красный
Рис. 50.18. Схема подключения двух проходных выключателей:
нажата клавиша SA2, лампа светится
476
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Теперь нажимаем клавишу выключателя SAl, и его контакты 1-2
и 2-3 переключаются, а лампа гаснет (рис. 50.19). Здесь фаза L через
замкнутый контакт 1-2 выключателя SAl и перемычку красного цвета
попадает на клемму 1 контакта 1-2 выключателя SA2 и дальше не
идет, так как контакт 1-2 разомкнут.
EL1
SA1
з
2
L
N
красный
синий
Рис. 50.19. Схема подключения двух проходных выключателей:
нажата клавиша SA1, лампа гаснет
Теперь если нажать клавишу выключателя SA2, лампа опять вклю
чится. Фаза L через замкнутый контакт 1-2 выключателя SAl, пере
мычку красного цвета и замкнутый контакт 1-2 выключателя SA2
попадает на лампу (рис. 50.20).
L
N
красный
красный
синий
Рис. 50.20. Схема подключения двух проходных выключателей:
нажата клавиша SA2, лампа светится
И независимо от того, каким из выключателей будет включена или
выключена лампа ее всегда можно включить или выключить любым
выключателем. Вот таким образом работают проходные выключатели.
Глава 50. ПРАКТИКА: подключение выключателей и переключателей
477
Монтажная схема системы
двух проходных выключателей
1
Теперь рассмотрим монтажную схему подключения с использо
ванием распределительной коробки (рис. 50.21). Фаза L заходит в
распределительную коробку и в точке 1 соединяется с жилой провода,
приходящей от клеммы 2 выключателя SAl. Одноименные клеммы
1-1 и 3-3 выключателей между собой соединены в точках 2 и 3. С
клеммы 2 выключателя SA2 жила провода уходит в коробку и в точке
4 соединяется с жилой провода, приходящей от вывода лампы. Второй
вывод лампы соединяется с нулем N в точке 5.
И теперь самое основное, что следует запомнить при монтаже про
ходных выключателей.
Распределительная
коробка
N синий
красный
L
синий
Провод в изоляции� · ·
красный l
Рис. 50.21. Монтажная схема системы двух проходных выключателей
ВНИМАНИЕ.
Если после сборки системы двух проходных выключате
лей освещение работает не так, как требуется, зна
чит, неправильно подключена клемма 2 выключателя.
Проверяй правильность подключения этой клеммы!
r�V';,
,.
\j;,�)
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
11
.
.
.
478
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Внешний вид и устройство
перекрестного выключателя
Познакомимся с устройством и схемой подключения перекрест
ного выключателя, предназначенного для совместной работы с
проходными выключателями для управления освещением из трех и
более мест. Внешний вид перекрестного выключателя представлен на
рис. 50.22.
Рис. 50.22. Внешний вид перекрестного выключателя в сборе:
а - с установленной клавишей; б - со снятой клавишей
Устройство перекрестного выключателя практически такое же, как
и устройство обычного двухклавишного выключателя, сразу и не отли
чить по внешнему виду. Он также имеет два контакта, такой же меха
низм переключения контактов, но отличается способом их переклю
чения (рис. 50.23).
Если у двухклавишного выключателя переключение контактов
независимое и оба контакта могут быть замкнуты или разомкнуты
одновременно, или же один контакт может быть замкнутым, а второй разомкнутым. То у перекрестного выключателя переключение обоих
контактов зависимое и происходит одновременно.
2 выхода
Рис. 50.23. Схема и устройство перекрестного выключателя
Глава 50. ПРАКТИКА: подключение выключателей и переключателей
479
Схема перекрестного
выключателя
1
Электрическая схема перекрестного выключателя изображается на
его корпусе с обратной стороны (рис. 50.24). Выключатель работает в
двух положениях и имеет два контакта, которые замыкаются и размы
каются одновременно. Первый контакт обозначен выводами 11-1, а
второй выводами 12-2.
Рис. 50.14. Изображение схемы
на корпусе автоматического выключателя
Схема выключателя выполнена таким образом, что в одном его
положении замкнуты выводы 11-'1 и 12-2, а в другом положении вывод 11 замкнут с выводом 2, а вывод 12 замкнут с выводом 1. Т. е.
происходит перекрестное переключение контактов.
На рис. 50.25 показано состояние контактов перекрестного выклю
чателя в первом положении, при котором фаза с вывода 11 проходит на
вывод 1, а с вывода 12 - на вывод 2. Стрелками указывается направле
ние движения фазы.
На рис. 50.26 контакты выключателя показаны во втором положе
нии, когда происходит перекрестное переключение. Сигнал с вывода 11
первого контакта попадает на вывод 2 второго контакта, а с вывода 12
второго контакта - на вывод 1 первого контакта.
Вот так происходит переброс контактов, и таким образом работает
перекрестный выключатель.
Контакты в положении 1
L1
L1
L2
L2
Рис. 50.15. Состояние
контактов перекрестного
выключателя в первом
положении
-
Контакты в положении 11
Рис. 50.16. Состояние
контактов перекрестного
выключателя во втором
положении
480
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Подключение
перекрестного выключателя
ВНИМАНИЕ.
Перекрестный выключатель работает только в ком
плекте с проходными ,ыключателями и в схемах осве
щения включается между ними.
Рассмотрим схему, изображенную на рис. 50.27. Фаза L подключа
ется на клемму 2 проходного выключателя SAl. С клемм 1 и 3 выклю
чателя SAl фазные жилы уходят на перекрестный выключатель SA2 и
подключаются на его клеммы Ll и L2. С клемм 1 и 2 выключателя SA2
фазные жилы уходят на второй проходной выключатель SA3 и подклю
чаются на его клеммы 1 и 3.
Ноль N соединен с цоколем лампы ELl, центральный контакт
лампы соединен с клеммой 2 проходного выключателя SA3.
красный
зеленый
красный
зеленый
EL1
SA2
SA1
SАЗ
3
3
2
L
N
красный
2
красный
синий
Рис. 50.27. Схема включения двух проходных
и одного перекрестного выключателя
Работа схемы в разных положениях
контактов выключателей
В исходном состоянии контактов, изображенных на первой схеме
(рис. 50.28), лампа светится. Фаза L через замкнутый контакт 2-3 про
ходного выключателя SAl зелень..1м проводом уходит на перекрестный
выключатель SA2 и через его замкнутый контакт L2-2 зеленым про
водом попадает на клемму 3 проходного выключателя SA3. С клеммы
3 через замкнутый контакт 2-3 фаза поступает на центральный контакт
лампы ELl, и лампа загорается.
Глава 50. ПРАКТИКА: подключение выключателей и переключателей
красный
L1
481
зеленый
красный
зеленый
SA1
L2
�А2
3
2
L
N
красный
красный
СИНИЙ
Рис. 50.18. Схема, в которой контакты находятся в исходном состоянии
Теперь, если нажать клавишу выключателя, например, SAl, его
контакт 2-1 замкнется, а контакт 2-3 - разомкнется, и лампа погаснет
(вторая схема, рис. 50.29). В этом случае фаза 1 пойдет через замкну
тый контакт 2-1 выключателя SAl, замкнутый контакт 11-1 выключа
теля SA2 и остановится на клемме 1 выключателя SA3, так как дальше
ей движения нет из-за разомкнутого контакта 2-1.
красный
L1
зеленый
красный
зеленый
SA1
SA2
EL1
3
2
L
N
красный
красный
синий
Рис. 50.19. Схема, в которой нажата клавиша выключателя SAl
При нажатии клавиши, например, выключателя SA3, его контакт
1-2 замыкается, а 2-3 размыкается, и лампа загорается (третья схема,
рис. 50.30). Здесь фаза 1 попадает на центральный контакт лампы
через замкнутые контакты 2-1 выключателей SAl и SA3, и замкнутый
контакт 11-1 выключателя SA2.
Если нужно опять выключить лампу, можно нажать клавишу выклю
чателя SA2. В этом случае произойдет перекрестное переключение его
контактов, и вывод 11 первого контакта замкнется с выводом 2 второго
контакта, а вывод 12 второго контакта замкнется с выводом 1 первого
контакта (четвертая схема, рис. 50.31).
482
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
красный
зеленый
красный
зеленый
SA2
SA1
.1
SАЗ
з
2
2.
красный
красный
L
с
й
н
N "-"- ;.;.;и .;.;..и;;.; _____________________,
Рис. 50.J0. Схема, в которой нажата клавиша выключателя SA3
красный
1-1
зеленый
красный
зеленый
EL1
2
L
N
красный
синий
2
красный
Рис. 50.31. Схема, в которой нажата клавиша выключателя SA2
Тогда фаза L пойдет через замкнутый контакт 2-1 выключателя
SAl, замкнутый контакт Ll-2 перекрестного выключателя SA2 и
остановится на клемме 3 выключателя SA3, так как его контакт 2-3
разомкнут.
Как видите, при любой комбинации положения контактов выклю
чателей мы всегда сможем включить и выключить свет с любого из них.
Вот таким образом работают в связке два проходных и перекрестный
выключатели.
Глава 50. ПРАКТИКА: подключение выключателей и переключателей
483
Монтажная
схема
1
На рис. 50.32 показан вариант монтажной схемы. Для подклю
чения проходных выключателей используется трехжильный провод, а
для подключения перекрестного можно применить два двухжильных
провода, либо один трехжильный и один двухжильный провода.
Все соединения производятся в распределительной коробке, и в
нашем случае получилось семь соединений (скруток). Клеммы 1 и 3
выключателя SAl соединены с клеммами Ll и L2 выключателя SA2 в
точках 2 и 3, а клеммы 1 и 3 выключателя SA3 соединены с клеммами
1 и 2 выключателя SA2 в точках 4 и 5.
Фаза L в точке 1 соединяется с клеммой 2 выкл1<;>чателя SAl.
Цоколь лампы ELl соединяется в точке 6 с клеммой 2 выключателя
SA3. Ноль N в точке 7 соединяется центральным контактом лампы. Вот
и весь монтаж.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR•код.
г--->S
l)S
l:JI
:,:
1 (.)
1�
1"'
L
N
красный
синий
Распред
коробка
1
-•j :,,., Провод в
:JI
ф
aj
:,:
:,:
2
7
1
L
(.) 1
1
ИЗОЛRЦИИ
6
красный
�1
"' 1
"'
З
4
5
-- '
1
EL1
Рис. 50.32. Монтажная схема
11
.
.
.
ГЛАВА 51
ПРАКТИКА:
ПОДКЛЮЧЕНИЕ ТЭНОВ
В ЭЛЕКТРОСЕТЬ
1
Принцип дейсrвия
ТЭНа
Трубчатые электрические нагреватели (ТЭН) предназначены,
для преобразования электрической энергии в тепловую. Они применя
ются в качестве основы в нагревательных устройствах (приборах) про
мышленного и бытового назначения, осуществляющих нагрев различ
ных сред путем конвекции, теплопроводности или излучения.
Трубчатые нагреватели можно размещать непосредственно в нагре
ваемой среде, поэтому сфера их применения достаточно разнообразна:
от утюгов и чайников до печей и реакторов.
ТЭН представляет собой электрический нагревательный элемент,
выполненный из тонкостенной металлической трубки (оболочки),
материалом для которой служит медь, латунь, нержавеющая и углеро
дистая сталь (рис. 51.1). Внутри трубки расположена спираль из них
ромовой проволоки, обладающая большим удельным электрическим
сопротивлением. Концы спирали соединены с металлическими выво
дами, которыми нагреватель подключается к питающему напряжению.
От стенок трубки спираль изолирована спрессованным электро
изоляционным наполнителем, который служит для отвода тепловой
энергии от спирали и надежно фиксирует ее в центре трубки по всей
Глава 51. ПРАКТИКА: подключение ТЭНов в электросеть
485
Наполнитель
Стенка трубки
длине. В качестве наполнителя Изолятор
используется плавленая окись
магния, корунд или кварцевый
песок. Для защиты наполни
Нихромовая
Металлический
теля от проникновения влаги
спираль
вывод с резьбой
из окружающей среды торцы
Рис. 51.1. Устройство ТЭНа
ТЭНа герметизируют термовла
гостойким лаком.
Гайка для
Выводы нагревателя изо
Трубка
крепления ТЭНа
лированы от стенок трубки и
жестко зафиксированы кера
м и ч е с к и м и изолят о р а м и
(рис. 51.2). Питающие провода
подключаются к резьбовым
концам выводов при помощи
Металлический
Гайки и шайбы для
гаек и шайб.
присоединения провода
вывод с резьбой
Работает ТЭН следующим
Рис. 51.2. Устройство выводной части
образом: при прохождении
ТЭНа
электрического тока по спирали, она, нагреваясь, нагревает наполнитель и стенки трубки, через
которые тепло излучается в окружающую среду.
При нагреве газообразных сред для увеличения теплоотдачи от
ТЭНов применяют их оребрение, выполненное из материала с хорошей
теплопроводностью.
:�П$Ш'�Ы!17�/
"'-
ПРИМЕЧАНИЕ.
Как правило, для оребрения используют стальную гоф
рированную ленту, навитую по спирали на внешнюю
оболочку ТЭНа.
Применение такого конструктивного решения способствует уменьше
нщо габаритных размеров и токовой нагрузке нагревателя.
Схемы включения ТЭН
в однофазную сеть
1
Трубчатые электронагреватели рассчитаны на конкретное значе
ние мощности и напряжения, поэтому для обеспечения номинального
режима работы их подключают к питающей сети с соответствующим
напряжением. Согласно ГОСТ 13268-88 нагреватели изготавливаются на
486
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
номинальные напряжения: 12,24,36,42,48,60,127,220,380 В. Однако
наибольшее применение нашли ТЭНы,рассчитанные на напряжение
127,220 и 380 В. Рассмотрим возможные варианты включения ТЭН в
однофазную сеть
1
Включение ТЭНа
в розетку
Вариант №1. ТЭНы мощностью не более lкВт (1000 Вт) можно
смело включать в розетку через обычную штепсельную вилку,так как
такой мощностью обладает основная масса электрических чайников и
кипятильников,которыми мы разогреваем воду. Схема представлена
на рис. 51.3.
(коричневый)
·(синий)
Рис. 51.J. Схема включения ТЭНа через штепсельную вилку в розетку
Вариант №2. Через обычную вилку можно включить парал
лельно два ТЭН,но у обоих нагревателей мощность должна быть не
более 1 кВт (1000 Вт), так как при параллельном соединении их общая
мощность увеличивается до 2 кВт (2000 Вт). Таким образом, можно
включить несколько нагревателей (рис. 51.4), но их общая мощность
должна составлять не более 2 кВт, а для включения в розетку необхо
димо использовать более мощную вилку.
(коричневый)
(синий)
(синий)
(коричневый)
Фаза
(синий) Н ль
о
(коричневый)
Рис. 51.4. Схема параллельного включения двух ТЭНов
через штепсельную вилку в розетку
Вариант №3. Включение ТЭНов последовательно. Бывает ситуация,
когда дома завалялись несколько нагревателей,рассчитанных на рабочее
напряжение 127 В. Выкинуть их рука не поднимается, а в домашнюю сеть
Глава 51. ПРАКТИКА: подключение ТЭНов в электросеть
487
(коричневый)
-110В
(коричневый) Фаза
(синий) Ноль
-110В
(синий)
Рис. 51.5. Схема последовательного включения двух ТЭНа
через штепсельную вилку в розетку
220 В не включишь. В этом случае нагреватели включаются последова
тельно (рис. 51.5), что дает возможность подавать на них повышенное
напряжение. При последовательном соединении двух нагревателей с
напряжением 127 В их мощность остается прежней, а общее сопротивле
ние увеличивается в два раза. Например, при включении двух нагревате
лей мощностью по 500 Вт их общая мощность составит 1ООО Вт.
Однако в этой схеме есть один недостаток: если выйдет из строя
любой из ТЭН, работать не будут оба, так как разорвется электрическая
цепь и прекратится подача питания.
При последовательном соединении двух нагревателей с рабочим
напряжением 220 В их общая мощность уменьшается в два раза, так
как из-за увеличения общего сопротивления каждый нагреватель будет
получать около 110 В вместо положенных 220 В.
Включение ТЭНа
через автоматический выключатель
1
Вариант №1. Будет удобнее, если на ТЭНы подавать напряжение с
помощью автоматического выключателя (рис. 51.6). Для этого необхок домовому щитку
-220В
L
N
L-Фаза
N - Ноль
(синий)
(коричневый)
Рис. 51.6. Схема включения ТЭНа
через однополюсный автоматический выключатель
488
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
димо в домовом (квартирном) щитке предусмотреть автомат. Или же
можно автомат установить непосредственно рядом с нагревательным
устройством. Подача и отключение напряжения будет осуществляться
включением/выключением автоматического выключателя.
Вариант №2. Следующий вариант включения нагревателей осу
ществляется двухполюсным выключателем (рис. 51.7). Это является
наиболее предпочтительным, так как в этом случае фаза и ноль разры
ваются одновременно, и ТЭН полностью отключается от общей схемы.
Напряжение подается на верхние клеммы выключателя, а к нижним подключается нагреватель.
l-Фаэа
N - Ноль
(синий)
(коричневый)
Рис. 51.7. Схема включения ТЭНа
через двухполюсный автоматический выключатель
Вариант №3. Если электрический нагреватель используется для
нагрева воды, а в доме проведено защитное заземление, то для защиты
от поражения электрическим током в случае пробоя изоляции нагре
вателя есть смысл установить УЗО или дифавтомат (УЗО + автоматиче
ский выключатель в одном корпусе).
В этом случае заземляющий проводник соединяют с корпусом ТЭНа
или подключают на специальный винт, закрепленный на корпусе емко
сти. Рядом с таким винтом изображают знак заземления. Рассмотрим
схему с дифавтоматом (рис. 51.8)
Защита с дифавтоматом работает следующим образом: при про
бое изоляции нагревателя на его корпусе появляется фаза, которая,
используя наименьшее сопротивление, «пойдет» по заземляющему
проводнику РЕ и создаст ток утечки. Если этот ток превысит уставку,
то дифавтомат сработает и отключит подачу напряжения. Если в цепи
произойдет короткое замыкание, то и в этом случае сработает дифав
томат и обесточит ТЭН.
Вариант №4. При использовании УЗО (рис. 51.9) между ним и
нагревателем необходимо установить дополнительный однополюс-
Глава 51. ПРАКТИКА: подключение ТЭНов в электросеть
489
РЕ
L-Фаза
N-Ноль
РЕ - Заземляющий проводник
Емкость
(синий)
(коричневый)
(желто-зеленый)
Рис. 51.8. Схема включения ТЭНа через дифавтомат
РЕ
L-Фаза
N- Ноль
РЕ - Заземляющий проводник
Емкость
(синий)
(коричневый)
(желто-зеленый)
Рис. 51.9. Схема включения ТЭНа через УЗО
и автоматический выключатель
ный автомат, который в случае короткого замыкания отключит подачу
напряжения на нагреватель и защитит УЗО от тока короткого замыка
ния. В случае пробоя изоляции УЗО отключит подачу напряжения.
490
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Работа ТЭН
в схемах реrупирования температуры
В схемах автоматического регулирования температуры питающее
напряжение на электрические нагреватели подается через контакты
пускателей, контакторов или термореле.
В совокупности связка НАГРЕВАТЕЛЬ-ТЕРМОРЕЛЕ или
НАГРЕВАТЕЛЬ-ТЕРМОРЕЛЕ-КОНТАКТОР представляет собой самый
простой регулятор температуры, который может использоваться для
поддержания температурного режима в помещениях или жидких сре
дах. Контактор применяют в схеме для размножения контактов и для
коммутации мощной нагрузки, на которую не рассчитаны контакты
термореле.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Термореле может работать в режимах НАГРЕВ или
ОХЛАЖДЕНИЕ, которые выбираются переключателем,
расположенном на лицевой стороне реле. Работу ТЭН
рассмотрим в режиме НАГРЕВ, так как именно этот ре
жим используется наиболее часто.
Вариант №1. Схема НАГРЕВАТЕЛЬ-ТЕРМОРЕЛЕ.
Питающее напряжение 220 В подается на входные клеммы двухпо
люсного автоматического выключателя (рис. 51.10). С выхода автомата
напряжение поступает на клеммы питания термореле Al и А2. Ноль
соединяется с клеммой термореле А2 и левым выводом нагревателя.
L-Фаэа
N-Ноль
Да"NИК
температуры
(коричневый)
(коричневый)
Рис. S1..1.0. Схема системы НАГРЕВАТЕЛЬ-ТЕРМОРЕЛЕ
Глава 51. ПРАКТИКА: подключение ТЭНов в электросеть
491
Фаза соединяется с клеммой термореле Al и перемычкой перебра
сывается на левый вывод контакта К 1 и постоянно присутствует на нем.
Правый вывод контакта Kl соединен с правым выводом нагревателя.
Датчик температуры подключается к клеммам Tl и Т2.
В исходном состоянии, когда температура окружающей среды выше
заданного значения, контакт реле Kl разомкнут и напряжение на ТЭН
не поступает. Как только температура опустится ниже заданного зна
чения, от датчика придет сигнал и реле даст команду на замыкание
контакта Kl. В этот момент фаза через замкнутый контакт Kl поступит
на правый вывод нагревателя и нагреватель начнет нагреваться. При
достижении заданной температуры от датчика опять придет сигнал и
реле разомкнет контакт Kl и обесточит нагреватель.
Вариант №2. Схема НАГРЕВАТЕЛЬ-ТЕРМОРЕЛЕ-КОНТАl{ТОР.
Питающее напряжение 220 В подается на входные клеммы двухпо
люсного автоматического выключателя (рис. 51.11). С выхода автомата
напряжение поступает на клеммы питания термореле Al и А2. Ноль
соединяется с клеммой термореле А2, выводом А2 катушки контактора
и нижним выводом нагревателя.
Фаза соединяется с клеммой термореле Al и перемычкой перебра
сывается на левый вывод контакта Kl и постоянно присутствует на нем.
Правый вывод контакта Kl соединен с выводом Al катушки контактора
и нижним силовым контактом контактора. Верхний силовой вывод
контактора соединен с верхним выводом нагревателя. Датчик темпе
ратуры подключается к клеммам Tl и Т2.
В исходном состоянии, когда температура окружающей среды выше
заданного значения, контакт реле Kl разомкнут и на ТЭН напряжение
(коричневый)
(коричневый)
Рис. SJ.H. Схема системы НАГРЕВАТЕЛЬ-ТЕРМОРЕЛЕ-КОНТАКТОР
492
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
не поступает. При опускании температуры ниже заданного значения от
датчика приходит сигнал, и реле замыкает контакт Kl. Фаза через зам
кнутый контакт Kl поступает на нижний вывод силового контакта и на
вывод Al катушки контактора.
При появлении фазы на выводе Al катушки срабатывает контактор,
его силовые контакты замыкаются и фаза попадает на верхний вывод
нагревателя и он начинает нагреваться. При достижении заданной тем
пературы от датчика опять придет сигнал, реле разомкнет контакт Kl
и обесточит контактор, который в свою очередь обесточит нагреватель.
' i�
.
�V'-',
'..:. '
1
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов;
на смартфоне (планшете) и наведите его камер)
на расположенный рядом QR-код.
(Ж!-:.".:11::1.:1,,:.�
· ·
1· :.=9!f ���j",
',11),i
r:, _...,.:"V1t,8,,;/...,
L!.I.!
Особенности включения ТЭН
в трехфазную сеть
Для включения в трехфазную электрическую сеть применяют ТЭНы
с рабочим напряжением 220 и 380 В:
• нагреватели с рабочим напряжением 220 В включают по схеме ЗВЕЗДА;
• нагреватели с напряжением 380 В включают по схеме ЗВЕЗДА и
ТРЕУГОЛЬНИК.
1
Схема соеди�ения ТЭН звездой
в трехфазнои сети
Рассмотрим схему соединения звездой, составленную из трех
нагревателей (рис. 51.12). На вывод 2 каждого нагревателя подается
соответствующая фаза. Выводы 1 соединены вместе и образуют общую
точку, называемую нулевой или нейтральной, и такая схема соединения
нагрузки называется трехпроводной.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Включение по трехпроводной схеме используется, когда
нагреватели или любая другая нагрузка рассчитаны на
рабочее напряжение 380 В.
493
Глава 51. ПРАКТИКА: подключение ТЭНов в электросеть
К.питающему напрRжению
НулеваR
точка
(коричневые)
2
2
№1
№2
№З
Рис. 51.12. Схема соединения ТЭН звездой в трехфазной сети
Вариант № 1. На рис. 51.13 показана монтажная схема трехпрово
дного включения нагревателей в трехфазную электрическую сеть, где
подача и отключение напряжения осуществляется трехполюсным авто
матическим выключателем.
В этой схеме на правые выводы нагревателей подаются соответ
ствующие фазы А, В и С, а левые выводы соединены в нулевую точку.
Между нулевой точкой и правыми выводами нагревателей напряжение
составляет 220 В.
Вариант № 2. Помимо трехпроводной схемы существует четы
рехпроводная, которая предполагает включение в трехфазную сеть
JA 11��
~380 В
НулеваR
точка
2
2
№1
№2
№З
Рис. 51.13. Монтажная схема трехпроводного включения ТЭНов в трехфазную сеть
494
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
нагрузки с рабочим напряжением 220 В (рис. 51.14). При таком вклю
чении нулевую точку нагрузки соединяют с нулевой точкой источника
напряжения.
2
№1
№2
№З
Рис. 51..1.4. Монтажная схема четырехпроводного включения ТЭНов в трехфазную сеть
(синий)
№1
№2
№З
Рис. 51..1.5. Схема включения, предусматривающая полное отключение ТЭНов от сети
495
Глава 51. ПРАКТИКА: подключение ТЭНов в электросеть
В этой схеме на правые выводы нагревателей подается соответству
ющая фаза, а левые выводы соединены в одну точку, которая подключена
к нулевой шине источника напряжения. Между нулевой точкой и выво
дами нагревателей напряжение составляет 220 В.
Вариант № 3. Если необходимо, чтобы нагрузка полностью отклю
чалась от электрической сети, то применяют автоматы «3+N» или
«3P+N», у которых включаются и отключаются все четыре силовых кон
такта (рис. 51.15).
1
Схема соединения ТЭН треуголь�иком
в трехфаэнои
сети
При соединении треугольником выводы нагревателей
соединяют
последовательно друг с другом. Рассмотрим схему включения трех
нагревателей (рис. 51.16). Вывод 1 нагревателя №1 соединяется с выво
дом 1 нагревателя №2; вывод 2 нагревателя №2 соединяется с выводом
2 нагревателя №3; вывод 2 нагревателя №1 соединяется с выводом 1
нагревателя №3. В итоге получилось три плеча - «а>>, «б», «с».
Теперь на каждое плечо подаем фазу: на плечо «а►> фазу А, на плечо
«В>> фазу В, ну и на плечо «с» фазу С (рис. 51.17).
б
а
а
с
с
2
№1
№2
Рис. 51.16. Схема включения трех
нагревателей треугольником
№З
№1
№2
№З
Рис. 51.17. Схема подачи питания с
трехфазного автомата защиты
496
1 НАГРЕВАТЕЛЬ-ТЕРМОРЕЛЕ-КОНТАКТОР
Трехфазная схема
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Давайте теперь рассмотрим пример схемы регулирования темпе
ратуры.
Вариант №1. Данная схема (рис. 51.18) составлена из трехпо
люсного автоматического выключателя, контактора, термореле и трех
нагревателей, включенных звездой.
Фазы А, В и С от выходных клемм автомата поступают на вход сило
вых контактов контактора и постоянно дежурят на них. К выходным
силовым контактам контактора подключены левые выводы ТЭНов, а
правые выводы соединены вместе и образуют нулевую точку, подклю
ченную к нулевой шине.
(коричневый)
(синий)
:s:
:,:
:s:
2
№1
№2
№З
Рис. 51.18. Трехфазная схема НАГРЕВАТЕЛЬ-ТЕРМОРЕЛЕ-КОНТАКТОР
с трехполюсным автоматом
Глава 51. ПРАКТИКА: подключение ТЭНов в электросеть
497
С выходной клеммы автомата фаза А поступает на клемму питания
термореле Al и перемычкой перебрасывается на левый вывод контакта
Kl и постоянно дежурит на нем. Правый вывод контакта Kl соединен с
выводом Al катушки контактора.
Ноль N с нулевой шины поступает на вывод А2 катушки контактора
и перемычкой перебрасывается на питающую клемму А2 термореле.
Датчик температуры подключается к клеммам Tl и Т2 термореле.
В исходном состоянии, когда температура окружающей среды выше
заданного значения, контакт реле Kl разомкнут, контактор обесточен и его
силовые контакты разомкнуты. При опускании температуры ниже задан
ного значения от датчика приходит сигнал, и реле замыкает контакт Kl.
Через замкнутый контакт Kl фаза А поступает на вывод Al катушки кон
тактора, контактор срабатывает и его силовые контакты замыкаются. Фазы
А, В и С поступают на соответствующие выводы нагревателей и нагреватели
начинают греться.
При достижении заданной температуры от датчика опять приходит
сигнал, и реле дает команду на размыкание контакта Kl. Контакт Kl
размыкается, и подача фазы А на вывод Al катушки контактора пре
кращается. Силовые контакты размыкаются, и подача напряжения на
нагреватели прекращается.
Вариант №2. Следующий вариант схемы включения нагревателей
отличается лишь применением трехполюсного автомата с отключаю
щимися тремя фазными и нулевым силовыми контактами (рис. 51.19).
ВНИМАНИЕ.
Чтобы не нагружать силовую клемму автомата необходимо предусмотреть нулевую шинку, на которой будут
собираться все нули.
Шинку устанавливают рядом с элементами схемы, и уже от нее
тянут нулевой проводник к четвертой клемме автоматического выклю
чателя.
При подключении ТЭН в трехфазную сеть, для равномерного распреде
ления нагрузки по фазам, необходимо учитывать общую мощность нагрузки
по каждой фазе, которая дОJDКНа быть одинаковой.
Какое из соединений использовать, выбирать тебе, так как между
схемами есть небольшие различия:
• при соединении звездой между нулем и любой фазой напряжение
равно 220 В, тогда как при соединении треугольником между дву
мя фазами напряжение равно 380 В;
498
ЭЛ ЕКТРОТ_ЕХН И КА. От азов до создания практических устройств
(коричневый)
(синий)
2
№1
№2
№3
Рис.51.19. Трехфазная схема НАГРЕВАТЕЛЬ-ТЕРМОРЕЛЕ-КОНТАКТОР
с четырехполюсным автоматом (три фазы и нулевой контакт)
• при большой мощности нагрузки рекомендуется использовать со
единение треугольником, так как при таком соединении уменьша
ется мощность;
• соединение звездой более щадящее к нагрузке.
�
у.)
":::,
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение <<Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
r:,
i!J)C.11+i.и�
на расположенный рядом Q.R-код.
ГЛАВА 52
ПРАКТИКА:
УСТРОЙСТВО И РАБОТА
МАГНИТНЫХ ПУСКАТЕЛЕЙ
Назначение
магнитных пускателей
1
Из названия «пускатель>> понятно, что он обеспечивает запуск чего
либо. Дело в том, что для приведения в движение различных механиз
мов широко используются трехфазные асинхронные электродвигатели
переменного тока мощностью 0,27... 100 кВт, а для управления асин
хронными электродвигателями служат магнитные пускатели (в
дальнейшем «пускатели»).
Промышленностью выпускаются пускатели постоянного и пере
менного тока. Но наибольшее применение получили пускатели пере
менного тока, так как в основной своей массе на производствах и в быту
используется оборудование, работающее от переменного тока.
Пускатели переменного тока предназначены:
• для пуска и разгона двигателя до номинальной скорости;
• для обеспечения непрерывной работы двигателя;
• для отключения питания и защиты двигателя и подключенных це
пей от рабочих перегрузок.
Однако из-за своей простоты в обслуживании и надежности в экс
плуатации пускатели стали применять очень широко и в других слу
чаях: в схемах дистанционного управления освещением; в схемах
управления компрессорами, насосами, кран-балками, тепловыми
печами, кондиционерами, ленточными конвейерами и т. д.
500
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Реально следует отметить три разновидности пускателей:
• нереверсивньrе пускатели осуществляют только пуск и остановку
электродвигателей;
• реверсивные пускатели осуществляют пуск, остановку и реверс
электродвиг�телей;
• пускатели с тепловым реле осуществляют защиту управляемых элек
тродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности.
ВНИМАНИЕ.
Сами по себе простые пускатели в большинстве случа
ев не предназначены для отключения токов коротко
го замыкания. Поэтому соответствующая защита от
коротких замыканий должна осуществляться частью
установки, в которой они работают. Но бывают и исключения.
ГОСТ Р 50030.4.1-2002 пускатели разделяет на две группы:
• пускатели с отдельными аппаратами защиты от коротких замыка
ний и встроенными аппаратами защиты от перегрузок;
• пускатели комбинируемые, с собственными аппаратами защиты
от коротких замыканий.
-,..F
/�''-�
V
1
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
-
Разновидности
пускателей переменного тока
Пускатель является комплексным аппаратом и состоит из комму
тационных устройств, необходимых ,цля пуска и остановки электро
двигателя, с защитой от перегрузок. Основными элементами пускателя
чаще всего являются электромагнитный контактор и тепловое реле,
внешний вид которых представлен на рис. 52.1.
501
Глава 52. ПРАКТИКА: устройство и работа магнитных пускателей
Рис. 52.1. Внешний вид тепловых реле (слева) и контактора (справа)
ПРИМЕЧАНИЕ.
Тепловые реле могут использоваться не во всех испол
нениях пускателей.
Разнообразие пускателей очень велико:
• открытого и пылевлагозащищенного исполнения;
• реверсивные и нереверсивные;
• с тепловой защитой и без нее.
Различают реверсивный и нереверсивный пускатели с контакт
ными системами и электромагнитным приводом типа ПМ12, ПМЕ,
ПМЛ, ПМА, КМИ.
Из импортных контакторов, используемых в нашей стране, можно
выделить (рис. 52.2):
• Siemens, АВВ, Schneider electric производства Германии;
• Legrand производства Франции.
Пускатели открытого исполнения не имеют защитной обо
лочки. Они устанавливаются внутри помещений электроустановок,
пмл
АВВ
SIEMENS
ПМ12
Рис. 52.2. Внешний вид отечественных и импортных контакторов
502
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
в закрытых шкафах,нишах станков и других местах,защищенных от
попадания пыли, влаги и посторонних предметов.
Пускатели защищенного исполнения имеют защитную оболочку
без уплотнения разъемных стыков. Оболочка защищает от случайного
прикосновения к токоведущим частям и от проникновения посторон
них предметов вовнутрь пускателя. Пускатели устанавливаются вну
три помещений электроустановок,в которых имеются незначительное
содержание пыли.
У пылевлаrозащищенноrо пускателя тщательно уплотнены места
сочленения кожуха с крышкой и сальниковые ввода, служащие для
ввода проводов. Такие пускатели
Защитная оболочка
используются в условиях повы
шенной запыленности и влаж
Тепловое
реле
ности,например,при наружной
установке,угольных шахтах.
На рис. 52.3 приведен при
мер нереверсивного пускателя
типа ПМЛ в защитной обо
лочке, выполненного с исполь
зованием контактора,теплового
Сальниковый ввод
Крышка
реле, кнопками «ПУСК - СТОП» и
одним вспомогательным замы
Рис. 52.J. Нереверсивный пускатель типа
ПМЛ в защитной оболочке
кающим контактом.
1
Контактор главный элемент пускателя
ПРИМЕЧАНИЕ.
Основными элементами пускателей являются электро
магнитные контакторы.
Нереверсивный пускатель открытого исполнения без тепловой
защиты представляет собой электромагнитный контактор, предназна
ченный для работы в электрической сети переменного тока напряже
нием до 660 В и частотой 50 и 60 Гц, способный коммутировать токи
нагрузки от 9 до 95 А.
Основной областью применения контакторов является:
• пуск, останов и реверсирование асинхронных электродвигателей с
короткозамкнутым ротором;
Глава 52. ПРАКТИКА: устройство и работа магнитных пускателей
503
• дистанционное управление цепями освещения, нагревательными
цепями и различными малоиндуктивными нагрузками.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Для защиты трехфазных асинхронных двигателей от
перегрева, перегрузок недопустимой продолжительно
сти или аварийного режима работы (заклинивание ро
тора, обрыв одной фазы и др.) контакторы могут рабо
тать совместно с темовыми реле.
Наиболее используемые серии контакторов ПМ12, ПМЕ, ПМЛ, ПМА,
КМИ являются «прямоходовыми» малогабаритными изделиями.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Основные части
контактора
Электромагнитные контакторы состоят из трех элементов:
• главных контактов;
• системы дугогашения электромагнитной системы;
• блока контактов.
Корпус контактора состоит из верхней
(подвижной) и нижней (неподвижной) частей,
изготовленных из литьевой термостойкой
пластмассы (рис. 52.4).
В верхней части контактора (рис. 52.5)
находится подвижная половинка магнитопро
вода (якорь) с жестко прикрепленной к ней
траверсой с подпружиненными подвижными
Рис. 52.4. Верхняя
«мостиковыми» контактами. Эта конструкция
и нижняя части
свободно перемещается по внутренним направ
электромагнитного
контактора
ляющим верхней части.
1
504
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Контактная пружина
Магнитопровод (якорь
мостиковые контакты
Рис. 51.5. Подвижная половина магнитопровода контактора
Здесь же в верхней части расположены три силовых и один вспомо
гательный неподвижные контакты, размещенные в отдельных ячейках
(рис. 52.6). С помощью винтовых зажимов к контактам подключаются
внешние цепи электрической схемы.
Нижняя часть контактора (рис. 52.7) состоит из трех элементов:
• катушки управления;
• возвратной спиральной пружины;
• неподвижного магнитопровода с короткозамкнутыми витками.
ПРИМЕЧАНИЕ.
,,-
'-
Короткозамкнутые витки необходимы для устранения
вибрации подвижной части магнитопровода, когда он
притянут к неподвижному.
Короткозамкнутые
витки
силовой контакт
Винтовой
зажим
Рис. 51.6. Расположение силовых
и вспомогательных контактов в
верхней части
Рис. 52.7. Нижняя половинка
магнитопровода
"
,/
Глава 52. ПРАКТИКА: устройство и работа магнитных пускателей
Катушка управления (рис. 52.8)
намотана медным проводом и имеет
определенное количество витков,рас
считанное на подключение управляю
щего напряжения, равного 24, 36, 42,
110,127,220,380,440,660 вольт.
Возвратная пружина (рис. 52.8)
устанавливается между верхней и
нижней частями контактора и слу
жит для удержания подвижной части
магнитной системы в верхнем поло
жении,а силовые и вспомогательные
контакты - в разомкнутом состоянии.
505
Неподвижный магнитопровод
Катушка
Возвратная пружина
Рис. 52.8. Внешний вид катушки,
возвратной пружины и неподвижной
части магнитопровода
ПРИМЕЧАНИЕ.
Эти перечисленные основные части имеются у всех ти
пов контакторов, хотя конструктивно могут отли
чаться от показанных на рисунках.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запущ.-:,, стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
1
Пр_инцип
При подаче напряжения питания в катушке возникаетдеиствия
магнитное
поле, под воздействием которого якорь преодолевает сопротивление
возвратной пружины и притягивается к неподвижному магнитопро
воду. Силовые контакты замыкаются (рис. 52.9) и подключают обмотку
электродвигателя к сети.
При отключении питающего напряжения катушка обесточится,
и якорь под действием возвратной пружины возвратится в исходное
положение. Силовые контакты разомкнутся (рис. 52.10) и отключат
нагрузку.
506
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Подвижные контакты
Контакты
разомкнуты
Контакты
замкнуты
Неподвижные контакты
Рис. 52.9. Силовые контакты
замкнуты
Рис. 52.10. Силовые контакты
разомкнуты
Таким образом, пуск, остановка или изменение направления вра
щения электродвигателя осуществляется подачей или прекращением
подачи питающего напряжения на катушку контактора.
1
Электрическая схема
электромагнитного контактора
Схематично контактор состоит из двух элементов:
• катушки управления;
• силовых контактов.
Различают три основные электрические схемы, используемые при
производстве контакторов (рис. 52.11). Рассмотрим эти схемы на при
мере серии КМИ (контактор малогабаритный переменного тока обще
промышленного применения) производства Российской фирмы IЕК.
Напряжение питания подается на выводы Al и А2 катушки.
Пунктирная линия, проходящая через все контакты, указывает, что они
замыкаются и размыкаются одновременно.
Силовыми контактами являются три пары нормально-разомкнутых
(замыкающих) контактов: 1/11-2/Гl; 3/12-4/Г2; 5/13-6/Г3.
Входное напряжение подается на зажимы 1/11, 3/12, 5/13, а выход
ное напряжение снимается с зажимов 2/Гl, 4/Г2, 6/Г3.
Контакты l3/lH0-14/lHO и 21/lНЗ-22/lНЗ являются вспомо
гательными и в схемах используются для реализации определенной
функции работы контактора.
ПРИМЕР.
Пара нормально-разомкнутых контактов 13/1НО-14/1НО
задействуется в схеме самоподхвата контактора.
Глава 52. ПРАКТИКА: устройство и работа магнитных пускателей
КМИ-10910...23210
КМИ-10911... 23211
КМИ-34012...49512
�1
�1
�1
2
��
4(Т2
l.,
3/L 2
o-------'i 6��LЗ
2�--2foL1
2�--2foL1
4/Т2
l.,
3/L2
o-------'i 6��3
14/�
� но
4/Т2
l.,
3/L2
o-------'i 6��3
22/1Н3
:
21/1Н3
�
507
14/1НО � 13/1НО
о------; --о
22/1Н3
1
21/1Н3
�
Рис. 52.11. Электрические схемы электромагнитных контак,торов
Пара 13/lHO-14/lHO является нормально-разомкнутым кон
тактом. В исходном состоянии контакт разомкнут, а при подаче на
катушку питающего напряжения контакт замыкается.
Пара 21/lНЗ-22/lНЗ является нормально-замкнутым контактом. В
исходном состоянии контакт замкнут, а при подаче на катушку пита
ющего напряжения контакт размыкается.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение ((Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Параметры
электромагнитных пускателей и контакторов
1
На боковой стенке контактора, как и у блока контактов, нанесена
информация об его электрических параметрах. Для удобства представ
ленная информация условно разделена на три сектора (рис. 52.12).
Сектор№l.
В первом секторе (рис. 52.13) дана общая информация о контак
торе и его область применения.
50 Гц - номинальная частота переменного тока, при которой воз
можна бесперебойная работа контактора.
Категория применения АС-3 - двигатели с короткозамкнутым
ротором: пуск, отключение без предварительной остановки.
508
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
·-к
11:
контакторритный
малогаб
а
КМИ-10910
50 Гц
АС 3. 1, 9 А
АС-1. 1" 25 А
Рис. 52.12. Параметры
контактора, указанные
на его корпусе
Рис. 52.13. Общие
параметры контактора
малогабаритного
Категория применения АС-1 - неиндуктивные или слабо индук
тивные нагрузки, печи, сопротивления (например, лампы накаливания,
ТЭНы).
ПРИМЕР.
/
'-
Пускатель категории применения АС-3 можно использовать для запуска и останова асинхронных двигателей
с короткозамкнутым ротором, используемых в лифтах,
ленточных конвейерах, элеваторах, компрессорах, насо
сах, кондиционерах и т. д.
'
,1
ПРИМЕЧАНИЕ.
Для характеристики коммутационной способности кон
такторов и пускателей переменного тока установлены
четыре категории применения, являющиеся стандарт
ными: АС1, АС2, АС3, АС4. Каждая категория применения
характеризуется значениями токов, напряжений, коэф
фициентов мощности или постоянных времени, условия
ми испытаний, установленных ГОСТ Р 50030.4.1-2002.
Ie 9А - номинальный рабочий ток. Это ток нагрузки, который в
нормальном режиме работы может проходить через силовые контакты.
В нашем примере этот сила тока составляет 9 А.
� 25А - условный тепловой ток (t 0 40 ° ).
�
509
Глава 52. ПРАКТИКА: устройство и работа магнитных пускателей
ЧТО ЕСТЬ ЧТО.
Условный тепловой ток - это максимальный ток, ко
торый контактор или пускатель может проводить в
В-часовом режиме так, чтобы превышение температу
ры его различных частей не выходило за пределы 40 °С.
Сектор№2.
В этом секторе (рис. 52.14) указана номиналь
ная мощность нагрузки, которую могут комму
тировать силовые контакты, и которая характери
зуется категорией применения АС3 и измеряется
в киловаттах. Например, через силовые контакты
можно пропустить нагрузку мощностью 2,2 кВт,
питающуюся переменным напряжением не более
230В.
l.J G-
АС-1 �Вт
230
22
-1
-100
660
� 'j
Рис. 52.14. Параметры
нагрузки через силовые
контакты
Сектор№3.
В третьем секторе показана электрическая схема пускателя:
катушка и четыре пары нормально разомкнутых контактов, из которых
три рабочих и один вспомогательный (рис. 52.15). От катушки через
все контакты проходит пунктирная линия, которая указывает, что все
четыре контакта замыкаются и размыкаются одновременно.
Рис. 52.15. Электрическая схема контактора
-
,:�
-
.':::,
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
:J;' стите Приложение ((Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
510
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Назначения и разновидности
кнопок управления
Кнопка «Стоп»
Кнопка «Пуск»
Управление катушкой контактора
производится с помощью кнопок управ
ления (рис. 52.16) или других аналогич
ных устройств, осуществляющих мгно
венную подачу или прекращение подачи
напряжения на катушку.
Кнопочный мост
Рис. 52.1.6. Внешний вид кнопок
управления и кнопочного поста
ПРИМЕЧАНИЕ.
Однако следует отметить, что в комплексных устрой
ствах автоматики управление катушкой контактора
может производиться при помощи контактов электро
магнитных реле или бесконтактных выходных элементов.
Кнопки управления различают по назначению, наличию замы
кающихся или размыкающихся контактов, форме и цвету толкателя.
Наибольшую популярность получили кнопки типа КЕОl 1, КЕО21, КЕО81,
предназначенные для работы в цепях переменного тока напряжением
до 660 В, постоянного тока напряжением до 440 В и токами до 4 А.
Установленные на общей панели или в одном корпусе, две, три и·
более кнопки образуют кнопочный пост или станцию (рис. 52.16).
1
Устройство
кнопок управления
Толкатель
Конструктивно кнопки
управления серии КЕ состоят
из таких частей:
• толкателя с возвратной
ПружИНОЙ
'
НеПОДВИЖНЫМИ Неподвижный
и подвижными контактами, перемещаемыми с по
мощью толкателя;
• винтовых зажимов, слу
жащих для подключения
внешних устройств.
На рис. 52.17 показана
кнопка типа КЕ в разобраннам состоянии.
контакт
Возвратная
пружина
Подвижный
контакт
Возвратная
пружина
Рис. 52.1.7. Кнопка типа КЕ
в разобранном состоянии
511
Глава 52. ПРАКТИКА: устройство и работа магнитных пускателей
Кнопка не нажата контакты замкнуты
Кнопка
Неподвижны е
«СТОП))
1
Кнопку «СТОП» легко отличить по тол
кателю красноrо цвета. Через контакты
кнопки осуществляется подача или пре
кращение
подачи напряжения питания в
Кнопка нажата Подвижные
схему управления контактором или пуска
контакты разомкнуты
контакты
телем. В кнопке используется нормально
Рис. 51.1.8. Положение контактов замкнутый (размыкающий) контакт.
кнопки в не нажатом и нажатом
В начальном положении, когда кнопка
состоянии
не нажата, подвижный контакт снизу
поддавливается пружиной и собой замыкает два крайних неподвиж
ных контакта, соединяя их между собой. И если кнопка установлена в
электрической цепи, то в этот момент через нее протекает ток. Когда же
необходимо разомкнуть цепь, то нажимают толкатель. При этом под
вижный контакт отходит от крайних неподвижных, и цепь размыкается
(рис. 52.18).
При отпускании кнопка возвращается в исходное положение, и ее
подвижный контакт опять замыкает собой крайние неподвижные кон
такты, восстанавливая электрическую цепь. При этом толкатель и под
вижный контакт возвращаются в исходное положение под действием
своих возвратных пружин, действующих снизу.
На рис. 52.19 схематично показана кнопка с парой контактов под
номерами 1-2 и 3-4, которые закреплены на вертикальной оси. В пра
вой части рисунка показано графическое изображение этих контак
тов, используемое на электрических принципиальных схемах.
Нормально разомкнутый (NO) контакт в нерабочем состоянии
всегда разомкнут, то есть, не замкнут. На рис. 52.19 он обозначен парой
1-2, и чтобы через него прошел ток контакт необходимо замкнуть.
Нормально замкнутый (NC) контакт в нерабочем состоянии всегда
замкнут, и через него может проходить ток. На рис. 52.19 такой контакт
Подвижная часть контакта
2
2
1
1
3
1
4
-----¾-
1 -2 - нормально разомкнутый контакт (NO)
3-4 - нормально замкнутый контакт (NC)
1-2 - нормально разомкнутый контакт (NO)
3-4 - нормально замкнутый контакт (NC)
Рис. 51.1. 9. Положение контактов
Рис. 51.10. Положение контактов
кнопки в исходном состоянии
кнопки в нажатом состоянии
512
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
обозначен парой 3-4, и чтобы прекратить прохождение тока через него,
надо контакт разомкнуть.
Теперь, если нажать кнопку (рис. 52.20), то:
• нормально разомкнутый контакт 1-2 - замкнется;
• нормально замкнутый 3-4 - разомкнется.
1 «ПУСК))
Кнопка
Кнопка «ПУСК» предназначена для подачи питающего напряжения
на катушку пускателя.В кнопке используется нормально-разомкнутый
(замыкающий) контакт, _при замыкании которого через кнопку проте
кает электрический ток. При нажатии на кнопку подвижный контакт
опускается и собой замыкает два крайних
Кнопка не нажата контакты разомкнуты
неподвижных контакта. Когда же кнопка
отпускается, то ее подвижный контакт
под действием возвратной пружины воз
вращается в исходное положение, и кон
Кнопка нажата контакть1 замкнуты
такты размыкаются (рис. 52.21).
Конструктивно пусковая кнопка
Рис. 52.21. Положение контактов
кнопки «ПУСК»
выполнена также как и стоповая. От стоповой кнопки она отличается только наличием нормально-разомкну
того контакта, который в исходном положении не замкнут.
Как правило, пусковые кнопки маркируют зеленым, желтым,
белым, синим или черным цветом.
ii
!'V
;�
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
j;'
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
•
[!]
. .
ГЛАВА 53
ПРАКТИКА:
НЕРЕВЕРСИВНЫЕ ПУСКАТЕЛИ
И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
Принципиальная схема подключени�
нереверсивных пускателеи
1
На.рис. 53.1 приведена типовая схема подключения нереверсив
ного открытого пускателя. Такая схема предназначена для включения и
отключения асинхронного электродвигателя, работающего от трехфаз
ного переменного напряжения 380 В. Для удобства понимания схема
разделена на две части: силовую часть и цепи управления.
В СИЛОВУЮ ЧАСГЬ входят:
• трехполюсный автоматический выключатель QFl;
• три пары силовых контактов l/Ll-2/Гl, 3/L2-4/Г2, 5/L3-6/Г3
контактора KMl;
• трехфазный асинхронный электродвигатель М.
г-----1
1
I
1
1
QF1
М
1 К 1
1
1
С
ТТ Т I
А
В
1
«Стоп»
SB1
-
N
•Пуск»
S82
КМ1
.,__-+---++-+-_,.,........_____,
1L 1 ЗL2 5LЗ
1
'---1---t-t-'
М
1
1
___,__
1 ______
1
13НО
С
14НО
Цепи управления
иловая часть
Рис. 53.1. Принципиальная схема подключения нереверсивного пускателя
514
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ЦЕПЬ УПРАВЛЕНИЯ получает питание от фазы А. В схему цепи
управления входят кнопка SBl «СТОП», кнопка SB2 «ПУСК», катушка
контактора КМ! и его вспомогательный контакт 13НО-14НО, вклю
ченный параллельно кнопке «ПУСК».
При включении автомата QFl фазы А, В и С поступают на зажимы
силовых контактов lLl, 3L2, 513 контактора КМ! и там остаются «дежу
рить». Фаза А через кнопку «СТОП» приходит на контакт N2 3 кнопки
«ПУСК» и на зажим 13НО вспомогательного контакта KMl.1 и также
остается «дежурить» на этих контактах. Схема готова к работе.
Как происходит срабатывание пускателя при нажатии соответ
ствующей кнопки? При нажатии на кнопку «ПУСК» фаза А попадает
на катушку контактора КМ!, контактор срабатывает, и все его кон
такты замыкаются. Трехфазное напряжение через выходные силовые
контакты 2!Гl, 4!Г2, 6!Г3 поступает на электродвигатель, и двигатель
начинает вращаться.
Теперь можно отпустить кнопку «ПУСК». Двигатель продолжит
работать, так как на вспомогательном контакте 13НО-14НО, включен
ном параллельно кнопке «ПУСК», реализована схема самоподхвата.
-
�
'!:::
1
.:;,
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу- •
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
Работа схемы
само подхвата
Схема самоподхвата (рис. 53.2) выпол
нена так, что после отпускания кнопки
«ПУСК» фаза А продолжает поступать на
катушку контактора, но уже через пару
13НО-14НО контактора, которая в данный
момент замкнута вместе с силовыми контак
тами. На рис. 53.2 стрелкой показано движение фазы А при отпущенной кнопке «ПУСК».
А
-
<<Стоп))
5В1
1
гr,
1
2
«Пуск))
з
!
S82
гr,
1
4
КМ1.1
-
N
А
t 1
Рис. SJ.2. Движение фазы А при
отпущенной кнопке ((ПУСК»
Глава 53. ПРАКТИКА: нереверсивные пускатели и электродвигатели
515
Если же не использовать самоподхват, то на время работы электро
двигателя или любой другой нагрузки, кнопку «ПУСК» придется дер
жать нажатой.
Чтобы остановить электродвигатель нужно нажать кнопку «СТОП)>:
• цепь разорвется;
• фаза А перестанет поступать на катушку контактора;
• возвратная пружина вернет подвижный магнитопровод в исход
ное положение;
• силовые контакты разомкнутся и отключат двигатель от питающе
го напряжения. Пускатель опять готов к пуску.
-�
v
f/2'
В качестве иллюстрации материала книги предлагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение <<Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
Монтажная схема
с реальными элементами
1
В качестве примера рассмотрим монтажную схему с реальными
элементами (рис. 53.3). Она будет немного отличаться от. принципи
альной схемы реализацией самоподхвата контактора.
Чтобы не использовать лишний проводник, для кнопки «ПУСК)>
устанавливают перемычку между выводом катушки и одним из ближ
них вспомогательных контактов. В данном примере перемычка распо
ложена между контактами А2 и 14НО (рис. 53.4).
Кнопка «Нол
Рис. 53.J. Монтажная схема подключения с
реальными элементами
Рис. 53.4. Расположение перемычки между
контактами А2 и 14НО
516
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
С противоположного вспомогательного
контакта 13НО, как и на принципиальной
схеме, провод ведется непосредственно на
контакт №3 кнопки <(ПУСК>> (рис. 53.5).
Рис. 53.5. Расположение
перемычки и подключение
второго вспомогательного
контакта 13НО
D
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
ГЛАВА 54
ПРАКТИКА:
РЕВЕРСИВНЫЕ ПУСКАТЕЛИ
И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
Назначение
реверсивных пускателей
1
Реверсивные пускатели (наряду с пуском, остановом и тепловой
защитой электродвигателя) изменяют его направление вращения
(реверс). Для этой цели в пускателях устанав
ливают два контактора, укрепленных на общем
основании (рис. 54.1), которые по очереди
включают электродвигатель:
• один - при одном направлении враще
ния;
• второй - при противоположном направ
лении.
Рис. 54.1. Внешний вид
реверсивного пускателя
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом Q.R-код.
S18
1
I
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
е
л
Уз
механической б окировки
л
Реверсивные пускатели имеют узел
механической блокировки (рис. 54.2),
который запирает в отключенном поло
жении подвижную систему одного из
контакторов, пока включен другой контактор. Таким образом, не допускается
Рис. 54.2. Механическая
блокировка
одновременное включение обоих контакторов, даже если одновременно будут нажаты обе кнопки «ВПЕРЕД» и
«НАЗАд».м При отсутствии такой блокировки произошло бы межфаз
ное замыкание.
11
Контактные
приставки
Иногда механическая блокировка реверсивных пускателей допол
няется электрической блокировкой. С этой целью нормально-зам
кнутый контакт одного контактора включается в цепь питания катушки
другого контактора, и наоборот. Таким образом, при включении кон
тактора, обеспечивающим направление вращения электродвигателя в
одном направлении, его нормально-замкнутый контакт размыкается,
и цепь катушки другого контактора остается разомкнутой даже при
включении пусковой кнопки.
Для обеспечения электрической блокировки совместно с контакто
рами используют контактные приставки типа ПКИ, ПКБ, ПКЛ, ПВЛ,
которые устанавливаются на каждый кон
тактор (рис. 54.3).
Приставка является механическим
устройством без собственного потребле
ния электроэнергии, коммутирующая сво
ими контактами электрические цепи. Она
предназначена для увеличения количества
вспомогательных контактов. Контактные
приставки выпускают на 2 и 4 группы кон
тактов, рассчитанные на коммутацию рабо
чего напряжения до 660 В переменного тока
Рис. 54.J. Контактная
приставка и ее расположение с частотой 50 Гц и 60 Гц и до 440 В постоянна контакторе
наго тока.
Глава 54. ПРАКТИКА: реверсивные пускатели и электродвигатели
519
ПРИМЕЧАНИЕ.
В приставке встроена подвижная контактная система,
которая при установке жестко связывается с контакт
ной системой контактора и становится с ним как бы
одним целым.
Крепится приставка в верхней части контакт!)ра, где для этого
предусмотреньi специальные полозья с зацепами. При подаче напря
жения питания на катушку контак
тора якорь втягивается и за собой
ПКИ-22
тянет контактную систему при
53
61
71
83
ставки, где одни ее контакты замы
каются, а другие - размыкаются.
На рис. 54.4 показано расположе
54 62
72 84
ние контактов приставки ПКИ-22.
При срабатывании приставки нор
мально-разомкнутые контакты (53Рис. 54.4. Электрическая схема
54) и (83-84) замыкаются, а нор
контактной прист_авки ПКИ-22
мально-замкнутые (61-62) и (7172) - размыкаются.
++-н
Схема включения
реверсивного пускателя
1
На рис. 54.5 изображена схема включения двух контакторов, обе
спечивающих реверс вращения электродвигателя. Для изменения
направления вращения в схему добавлена втора� цепь управления,
состоящая из кнопки SB3 и контактора КМ2.
ПРИМЕЧАНИЕ.
,r
За счет использования силовых контактов контактора
КМ2 изменилась подача питания на электродвигатель.
'
Для обеспечения электрической блокировки и защиты от межфаз
ного замыкания в силовой цепи перед катушками контакторов доба
вились два нормально-замкнутых контакта КМl.2 и КМ2.2, взятые от
контактных приставок, установленных на контакторах KMl и КМ2.
520
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ттт
в с
А
QF1
сtСТОП>>
SB1
SF1
г:,
'
«Влево»
S82
КМ1
КМ1.2
КМ2
14НО
•�право»
.
sвз
14НО
1ЗНО
Силовая часть
1
t<M1
2
.1зно
КМ2
КМ2.2
Цепь управления
Рис. 54.5. Принципиальная электрическая схема реверсивного пускателя
Исходное
состояние схемы
При включении автоматического выключателя QFl фазы А, В и С
поступают на входные силовые зажимы контакторов КМl и КМ2 и там
остаются дежурить.
Фаза А через автомат защиты цепей управления SFl и кнопку SBl
«СТОП» поступает на контакт №3 кнопок SB2 и SB3, зажимы 13НО
вспомогательных контактов КМl.1 и КМ2.1 контакторов КМl и КМ2, и
остается дежурить на этих контактах (рис. 54.6). Схема готова к работе.
А
в с
---
QF1
SF1
«Влево•
«Стоп»
SB1
г:,
КМ1
1ЗНО
t<M1
КМ1.2
КМ2
14НО
«Вправо»
sвз
1ЗНО
Силовая часть
КМ2.2
2
*
КМ2
N
14НО
Цепь управления
Рис. 54.6. Исходное состояние схемы реверсивного пускателя
Глава 54. ПРАКТИКА: реверсивные пускатели и электродвигатели
521
Монтажная схема включения
реверсивного пускателя с реальными элементами
1
На рис. 54. 7 изображена монтажная схема включения реверсивного
пускателя с реальными элементами.
На рис. 54.8 показан монтаж со стороны подключения нулевого
провода. Ноль заводится на второй вывод катушки контактора КМ 1 и
перемычкой уходит на вывод катушки контактора КМ2.
Питание катушки контактора КМ1 через контактную
приставку контактора КМ2 показано стрелками
�.
Фаза
Рис.12.7. Монтажная схема реверсивного
пускателя с реальными элементами
Ноль/'',
(перемычка
между катушками)
Рис.12.8. Вид на монтаж со стороны
подключения нулевого провода
Работа цепей управления
при вращении <<ВЛЕВО))
1
При нажатии кнопки SB2 фаза А через нормально-замкнутый кон
такт КМ2.2 поступает на катушку контактора KMl. Контактор срабаты
вает (рис. 54. 9):
• его нормально-разомкнутые контакты - замыкаются;
• нормально-замкнутые - размыкаются.
При замыкании вспомогательного контакта KMl.1 контактор
встает на САМОПОДХВАТ. А при замыкании силовых контактов КМl
фазы А, В и С поступают на соответствующие обмотки электродвига
теля, и двигатель начинает вращение в ЛЕВУЮ сторону.
Одновременно с этим вспомогательный контакт КМl.2, располо
женный в цепи питания катушки контактора КМ2, размыкается и не
дает последнему включиться, пока в работе контактор KMl. Таким
образом, работает электрическая блокировка.
522
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
А
в с
--
QF1
SF1
КМ2
<сСтоп))
SB1
r-:-1
'
2
КМ1
«Влево•
S62
.... r-:-1
1
КМ2.2'
КМ1
КМ1.2
КМ2
3
4
КМ1.1
«Вправо»
1ЗНО
Силовая часть
N
14НО
Цепь управления
Рис.12.9. Движение фазы при нажатии кнопки «ВЛЕВО»
Монтажная схема с реальными элементами,
отвечающая за команду «ВЛЕВО))
На рис. 54.10 показана часть монтажной схемы с реальными эле
ментами, отвечающая за команду «ВЛЕВО)).
�•:�Ф•аа
1
Рис. 54.10. Часть монтажной схемы, отвечающая за команду «ВЛЕВО»
Работа цепей управления
при вращении «ВПРАВО))
Чтобы задать вращение двигателю в противоположную сторону,
меняют местами фазы В и С. Для этой цели в схеме используется кон
тактор КМ2.
523
Глава 54. ПРАКТИКА: реверсивные пускатели и электродвигатели
Предварительно останавливают электродвигатель нажатием
кнопки «СТОП>>. При этом цепь разрывается, и фаза А перестает посту
пать на катушку контактора KMl. Возвратная пружина возвращает
якорь контактора в исходное положение, и силовые контакты размы
каются.Двигатель останавливается, а схема возвращается в исходное
состояние или ждущий режим.
При нажатии кнопки SB3 фаза А через нормально-замкнутый кон
такт КМl.2 поступает на катушку контактора КМ2, контактор срабаты
вает и используя свой вспомогательный контакт КМ2.1. встает на само
подхват (рис. 54.11).
Своими силовыми контактами КМ2 контактор перебрасывает
местами фазы В и С, при этом электродвигатель получает вращение в
правую сторону. Одновременно с этим контакт КМ2.2, расположенный
в цепи питания контактора КМ1, размыкается и не дает контактору КМ1
включиться пока в работе контактор КМ2.
А
В
С
N
• «Влево."
QF1 l=::t==t
2
КМ1
КМ2
«Вправо»
�
. КМ1.2
КМ2
---14но
3
4
КМ2,1
1зно
Силовая часть
Цепь управления
Рис. 54.11. Движение фазы при нажатии кнопки «ВЛЕВО»
Работа силовой части.11
Реверс вращения
При направлении вращения электродвигателя влево (рис. 54.12)
обвязка силовых контактов КМl выполнена таким образом, что при их
замыкании:
• фаза А поступает на обмотку (1);
• фаза В - на обмотку (2);
• фаза С на обмотку (3).
524
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Электродвигатель получает вращение влево, но при этом переброс
фаз не осуществляется.
При направлении вращения вправо (рис. 54.12) обвязка силовых
контактов КМ2 выполнена так, что при их срабатывании фазы В и С
меняются местами:
• фаза В через средний контакт попадает на обмотку (3);
• фаза С через крайний левый попадает на обмотку (2);
• фаза А остается на своем месте.
А
В
С
А
В
С
QF 1 �l==t
КМ2
КМ1
Движение влево
1
КМ2
КМ1
Движение вправо
Рис. 54.12. Работа схемы реверса вращения электродвигателя
Монтажная схема сиповой части.
Реверс вращения
На рис. 54.13 показан один из вариантов монтажной схемы с двумя
контакторами, обеспечивающими реверс вращения электродвигателя.
Фаза А белым проводом заходит на вход 1/11 контактора KMl
и перемычкой заводится на вход 1/Ll контактора КМ2. Выходы
2/Гl обоих контакторов также соединены перемычкой, и от выхода 2/Гl
контактора КМl фаза А поступает на обмотку (1) электродвигателя.
Фаза В красным проводом заходит на вход 3/12 контактора КМl
и перемычкой заводится на вход 5/13 контактора КМ2. С выхода
6/Г3 контактора КМ2 фаза перемычкой заводится на выход 6/Г3 кон
тактора КМl и встает на место фазы С. При включении контактора КМ2
фаза В с выхода 6/Г3 поступает на обмотку (3) электродвигателя.
Фаза С синим проводом заходит на вход 5/13 контактора KMl
и перемычкой заводится на вход 3/12 контактора КМ2. С выхода
4/Т2 контактора КМ2 фаза перемычкой заводится на выход
4/Г2 контактора KMl и встает на место фазы В. При включении кон
тактора КМ2 фаза С с выхода 4/Г2 поступает на обмотку (2) электро
двигателя.
Глава 54. ПРАКТИКА: реверсивные пускатели и электродвигатели
От автоматического выключателя QF1 ---+-
синий)
д
в, с
К электродвигателю_..-
Рис. 54.13. Вариант монтажной схемы с двумя контакторами,
обеспечивающими реверс вращения электродвигателя
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
525
ГЛАВА 55
ПРАКТИКА:
ЗАЩИТА ДВИГАТЕЛЕЙ
ПРИ ПОМОЩИ ТЕПЛОВЫХ РЕЛЕ
1
Назначение и задачи
электротеплового реле
ЧТО ЕСТЬ ЧТО.
Тепловое (электротепловое) реле представляет собой
устройство, срабатывающее под воздействием тепла
и предназначенное для защиты электродвигателя от
перегрузки, асимметрии фаз, затянутого пуска и закли
нивания ротора.
Основной задачей тепло
вых реле является не допущение
работы электродвигателя в ава
рийных режимах работы - не
давать его обмоткам нагреваться
до температуры, способной раз
рушить изоляцию обмоточного
провода.
Перегрев укорачивает срок
службы эле к т родв игателей.
Отечественной промышленно
стью выпускается достаточное
количество типов тепловых реле,
некоторые из них можно видеть на
рис. 55.1.
Рис. 55.1. Внешний вид
тепловых реле
Глава 5.5. ПРАКТИКА: защита двигателей при помощи тепловых реле
527
Срабатывание реле (замы
кание или размыкание его кон
тактов) происходит в результате
изменения положения специ
Изгиб при
альных элементов, с которыми
нагреве
связаны подвижные контакты 1 - Металл с высоким тепловым расширением
реле. Как правило, указанные эле 2 - Металл с низким тепловым расширением
менты изготавливаются из бимеРис. 55.2. Изгибание
биметаллической пластины
таллических пластин, каждая из
которых сварена из двух металлов, имеющих различный коэффици
ент линейного (теплового) расширения (рис. 55.2).
При нагреве такого элемента каждый из двух металлов удлиняется
на определенную величину, пропорциональную температуре и коэф
фициенту линейного расширения. А так как эти коэффициенты неоди
наковы, а металлы жестко связаны друг с другом, то биметаллический
элемент будет изгибаться в сторону металла имеющего меньший коэф
фициент теплового расширения. И чем больше нагреется пластина, тем
сильнее она прогнется.
В качестве иллюстрации материала книги пред
лагаю посмотреть видеоролик.
Для автоматического перехода к странице запу
стите Приложение «Сканер QR и штрих-кодов»
на смартфоне (планшете) и наведите его камеру
на расположенный рядом QR-код.
Варианты тепловых репе
по типу нагрева
1
В тепловых реле, устанавливаемых на магнитные пускатели, нагре
вание биметаллического элемента происходит в результате прохожде
ния электрического тока обмотки электродвигателя:
• либо через биметаллический элемент (реле с непосредственным
нагревом);
• либо по расположенному рядом с элементом нихромовому нагре
вателю (реле с косвенным нагревом);
• либо сразу по обоим элементам (реле со смешанным нагревом).
528
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Режимы работы
тепловых реле
При увеличении тока через обмотку электродвигателя нагрев биме
таллического элемента усиливается. И чем быстрее растет ток, тем
быстрее и сильнее нагревается пластина. Когда ток поднимется выше
номинального значения, температура пластины станет такой, что она
начнет изгибаться. Движение пластин через систему рычагов исполни
тельного механизма будет передаваться на подвижные контакты реле.
Это вызовет их размыкание или замыкание.
Размыкание контакта, установленного в цепи питания катушки
контактора, приведет к отключению контактора и прекращению подачи
питания на обмотки электродвигателя.
Если реле стоит в режиме АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ, то
после остывания биметаллического элемента вернутся в исходное
положение: исполнительный механизм; подвижные контакты реле.
При этом электрическая цепь восстановится, и контактор будет
готов к пуску.
Если же установлен РУЧНОЙ РЕЖИМ ВКЛЮЧЕНИЯ, то после каж
дого срабатывания перевод реле в исходное положение должен осу
ществляться ручным воздействием.
СОВЕТ.
1
Для правильной работы тепловой защиты реле реко
мендуется размещать в том же помещении, что и за
щищаемый электродвигатель. Не рекомендуется распо
лагать реле вблизи мощных источников тепла - печей,
систем отопления и т. д.
Конструкция и принцип действия
теплового реле
В качестве примера рассмотрим конструкцию одной фазы тепло
вого реле типа РТ (рис. 55.3).
Ток обмотки электродвигателя проходит через нагреватель (1).
Биметаллическая пластина (2) упирается в винт (3) защелки (4), препят
ствующей повороту рычага (5) под действием пружины (6). С рычагом
связан подвижный нормально-замкнутый контакт (7).
Глава 55. ПРАКТИКА: защита двигателей при помощи тепловых реле
3
529
2
Рис. H.J. Конструкция одной фазы теплового реле типа РТ (слева)
и его внешний вид (справа)
Размыкание контактов происходит тогда, когда изгиб биметалли
ческой пластины выводит защелку из зацепления с рычагом. После
остывания биметаллической пластины рычаг и защелку возвращают в
исходное положение нажатием на кнопку (8).
Тепловое репе серии ТРН:
назначение, устройство, внешний вид
1
Тепловые токовые двухполюсные реле серии ТРН открытого
исполнения общепромышленного применения предназначены для
защиты трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым
ротором от перегрузок недопустимой продолжительности. Реле выпу
скаются с номинальными токами тепловых элементов от 0,32 до 40 А на
напряжение до 500 В переменного тока с частотой 50 и 60 Гц и до 440 В
постоянного тока.
Реле монтируются вне электродвигателей и при срабатывании воз
действуют на цепь управления катушки контактора, вызывая отключе
ние электродвигателя.
Реле предназначены для встраивания в магнитные пускатели серии
ПМЕ и ПА-300, а также для установки в различных комплектных устрой
ствах станций управления электроприводами.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Все типы реле ТРН имеют одинаковую конструкцию и
отличаются только нагревателями, размерами силовых
зажимов и корпусов.
530
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Реле состоит из заключенных в
пластмассовый корпус и связанных
между собой:
• теплового элемента;
• эксцентрикового регулятора то
ка уставки;
• температурного компенсатора;
• защелочного механизма сраба
тывания;
• кнопки ручного возврата;
• одного подвижного нормально
замкнутого контакта мостико
вого типа.
На рис. 55.4 р ассмотрены
основные узлы теплового реле типа
ТРН-40.
1
Кнопка
ручного возврата
Регулятор
тока уставки
внешних силовых цепей
Сменный нагреватель'
Зажимы нормального замкнутого контакта
Рис. 55.4. Внешний вид и основные
элементы теплового реле ТРН
Тепловое репе серии ТРН:
принцип действия и электрическая схема
На рис. 55.5 показана электрическая схема реле. Напряжение
питания на обмотки двигателя подается через два биметаллических
элемента, обозначенные парами контактов 1-2, 3-4 (третья фаза на дви
гатель подается напрямую). Входное напряжение подается на зажимы 1
и 3, а выходное - снимается с зажимов 2 и 4.
ПРИМЕЧАНИЕ.
/
Пунктирная линия указывает на связь блока с подвиж
ным нормально замкнутым контактом.
После срабатывания реле нажатие
кнопки «ВОЗВРАТ» приводит в исходное
состояние исполнительный механизм и
подвижный контакт реле.
"
Рис. 55.5. Электрическая схема
реле ТРН
Глава 55. ПРАКТИКА: защита двигателей при помощи тепловых реле
S31
Тепловые репе серии ТРП:
"
назначение и устроиство
1
Тепловые реле серии ТРП предназначены для встраивания в м<1:гнит
ные пускатели серии ПА, а таюке для установки в различных комплектных
устройствах станций, управления электроприводами.
Тепловые токовые однопоПоводок реrулRТора
винты ДЛR креплениR
люсные реле серии ТРП открытого сменного нагревателR тока уставки
исполнения (рис. 55.6) с номинальными токами тепловых элементов
от 1 до 600 А работают с теми же
напряжения, что и реле ТРН. Они
также монтируются вне электро
инты длR подключениR
двигателей и при срабатывании Сменный нагреватель внешних
силовых цепей
В
Кнопка ручного возврата
воздействуют на цепь управле
Шкала тока уставки
ния катушки контактора, вызывая
отключение электродвигателя.
Реле состоит из заключенных в
пластмассовый корпус и связанных
между собой:
• теплового элемента;
• эксцентрикового регулятора
замкнутого контакта
тока уставки;
• кнопки ручного возврата;
Рис. 55.6. Внешний вид теплового реле
серии ТРП
• одного подвижного нормаль
но-замкнутого контакта.
Тепловые реле серии ТРП:
принцип действия и электрическая схема
1
На рис. 55. 7 изображена электрическая схема реле ТРП. Фаза пода
ется на обмотку электродвигателя через биметаллический элемент,
обозначенный парой контактов 1-2 (две другие фазы подаются на дви
гатель напрямую).
Входное напряжение подается на зажим 1,
озврат
1
а выходное снимается с зажима 2. Пунктирная г·· --��, В
линия указывает на связь блока с парой под ; 2 . ·f-------------- -
Е--{>--� r
1�
вижных нормально замкнутых контактов. При
срабатывании реле нажатие кнопки «ВОЗВРАТ» Рис. 55.7. Электрическая
схема реле ТРП
приводит исполнительный механизм и подвиж
ный контакт реле в исходное состояние.
.....
....J
532
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Электротепловые реле типа РТИ:
назначение, устройство и подключение к контактору
Электротепловые реле серии РТИ открытого исполнения (рис. 55.8)
являются электрическими устройствами общепромышленного приме
нения, имеющие собственное потребление энергии и выпускаются на
токи от О, 1 ДО 93 А.
Реле серии РТИ предназначены для защиты электродвигателей от:
перегрузки; асимметрии фаз; затянутого пуска; заклинивания ротора.
Реле серии РТИ устанавливаются непосредственно на контактор.
Своими медными штыревыми контактами реле подключается к
выходным контактам контактора, а электродвигатель, соответственно,
подключается к выходным контактам реле (рис. 55. 9).
Рис. 55.8. Внешний вид
электротеплового реле РТИ
Рис. 5.9. Подключение реле РТИ к
контактору
Внутри реле расположены исполнительный механизм и три незави
симых друг от друга биметаллических элемента, которые через систему
рычагов исполнительного механизма воздействуют на подвижные кон
такты реле.
В реле этой серии применен смешанный нагрев биметалличе
ского элемента, при котором ток проходит через нагревательный эле
мент, а затем через пластину.
Биметаллический элемент состоит из нагревательного элемента и
биметаллической пластины. Нагревательный элемент выполнен из них
ромовой проволоки, которая через изоляционный материал намотана
поверх пластины. Количество витков и сечение провода соответствует
номинальному току электродвигателя.
Нижней частью пластина жестко закреплена с выходным контактом
реле, а верхней подвижной частью связана с системой рычагов испол
нительного механизма. При прохождении тока выше номинального
значения нихромовая проволока раскаляется и нагревает пластину,
которая под действием тепла изгибается и своим движением приводит
в действие исполнительный механизм, который переключает подвиж
ные контакты.
Глава 55. ПРАКТИКА: защита двигателей при помощи тепловых реле
533
На рис. 55.10 показано внутреннее устройство теплового реле
серииРТИ.
Нихромовая проволока
Нагревательный элемент
(витки нихромовой
проволоки)
Биметаллическая
исполнительного
механизма
элементы
Рис. Н.1.0. Внутреннее устройство реле РТИ
В зависимости от величины протекающего тока в реле предусмо
трена уставка срабатывания по току, влияющая на силу изгиба пла
стины и регулирующаяся поворотным регулятором, расположенным на
панели управления реле. Необходимый ток уставки срабатывания уста
навливается вращением диска регулятора, совмещая значение тока (в
амперах) на шкале с отметкой на корпусе (рис. 55.11).
Помимо поворотного регулятора, на панели управления располо
жена кнопка «ТЕSТ)>, предназначенная для имитации срабатывания реле
при перегрузке. Нажатие этой кнопки включает индикатор срабатывания
и изменяет положение подвижных контактов:
• нормально-замкнутый (95-96) - размыкается;
• нормально-разомкнутый (97-98) - замыкается.
«Индикатор)) информирует о текущем состоянии реле. При нажа
тии кнопки «STOP)> контакты (95-96) - размыкаются, а контакты
(97-98) - остаются в разомкнутом состоянии.
534
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Прозрачная
крышка
Отметка
Индикатор
Кнопка «STOP»
Регулятор
уставки по току
Кнопка «TEST»
Подвижный
контакт
�9В
97
Переключатель
работы
«ручной-автомат»
Подвижный
контакт
�
Рис. 55.11. Передняя панель электротеплового реле РТИ
СОВЕТ.
При использовании в схемах сигнализации пары (97-98)
этот момент необходимо учитывать.
'\
Электротепловое реле может рабо
тать в ручном или автоматическом
режиме (по умолчанию стоит автома
тический режим). При повороте влево
переключатель синего цвета «RESET>>
выводится из зацепления и переходит
Рис. 55.12. Переключатель режимов
в режим кнопки (рис. 55.12), при нажа
реле (ручной и автоматический)
тии которой осуществляется ручное
включение реле.
При нажатии на переключатель и его повороте вправо реле пере
водится в автоматический режим. При этом переключатель входит в
зацепление и остается в нажатом положении.
Для предотвращения несанкционированного изменения уставки
реле используется прозрачная крышка, которая закрывает диск регуля
тора. При желании крышку можно опломбировать.
На электрической схеме (рис. 55.13) показано взаимодействие эле
ментов реле между собой. Напряжение питания на электродвигатель
подается через биметаллические элементы, обозначенные парами кон
тактов 1-2, 3-4, 5-6.
Входное напряжение подается на зажимы 1, 3, 5, а выходное напря
жение снимается с зажимов 2, 4, 6. Пунктирная линия указывает на
Глава 55. ПРАКТИКА: защита двигателей при помощи тепловых реле
связь блока с парами подвиж
ных размыкающих (95-96) и
замыкающих (97-98) контактов.
Кн о п к а м и «TE S T » и
«RESET» изменяется положе
ние подвижных контактов реле,
а кнопкой «STOP» изменяется
положение только размыкаю
щего (95-96) контакта.
S3S
Рис. 55.13. Электрическая схема
реле РТИ
Принципиальная схема подключения
нереверсивного пускателя с электротепловым реле
1
На рис. 55.14 приведена типовая схема подключения нереверсив
ного открытого магнитного пускателя. Данная схема предназначена для
пуска, останова и тепловой защиты асинхронных электродвигателей.
г - -;
1
1
QF 1
1
-в-
с1
Т Т Т
1
1
1L1 ЗL2 5LЗ
1 КМ1
«Стоп»
SB1
SB2
13НО
1
1 КК1
L_____.:..:
1
�l==Ф==l=::LJ
N
•(lуск»
КК1.1
·14НО
Цепи управления
КМ1 - контактор·
КК1 - электротепловое реле
Силовая часть
Рис. 55.14. Принципиальная электрическая схема подключения
нереверсивного пускателя
ПРИМЕЧАНИЕ.
От схемы подключения нереверсивного контактора она
отличается наличием электротеплового реле, что по
зволило дополнительно защитить двигатель от те
пловых и токовых перегрузок.
536
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Цепь управления получает питание от фазы А и нуля N. В схему
цепи управления входят:
• кнопка SBl «СТОП»;
• кнопка SB2 «ПУСК»;
• нормально-замкнутый контакт теплового реле KKl.1 с номерами
(95-96);
• катушка контактора KMl;
• вспомогательный контакт 13НО-14НО, включенный параллельно
кнопке «ПУСК».
В силовую часть входят:
• трехполюсный автоматический выключатель QFl;
• три пары силовых контактов (l/Ll-2/Гl), (3/L2-4/Г2), (5/L3-6/Г3)
контактора КМl;
• тепловое реле KKl, подключенное к выходу контактора КМl
К выходным контактам реле 2(1'1, 4(1'2, 6(1'3 подключен трехфаз
ный асинхронный электродвигатель М.
Рассмотрим теперь, как работает эта схема.
При включении автомата QFl фазы А, В и С поступают на входные
силовые контакты 1/Ll, 31/2, 5/L3 контактора КМl и там остаются «дежу
ритЫ>. Фаза А через кнопку «СТОП» приходит на контакт N2 3 кнопки
«ПУСК» и зажим 13НО вспомогательного контакта КМl,1 и также оста
ется «дежурить» на этих контактах. Схема готова к работе.
При нажатии на кнопку «ПУСК» фаза А попадает на катушку кон
тактора KMl, контактор срабатывает, и его контакты замыкаются.
Напряжение через выходные силовые контакты теплового реле 2(1'1,
4(1'2, 6(1'3 поступает на электродвигатель, и он начинает вращаться.
При возникновении перегрузки электродвигателя срабатывает
тепловое реле и своим нормально-замкнутым контактом 95-96 раз
рывает цепь питания катушки контактора КМl. Контактор обесточива
ется, и двигатель останавливается.
На рис. 55.15 показана монтажная схема подключения магнитного
пускателя с реальными элементами. С кнопки «ПУСК>> фаза подается на
зажим 95 контакта реле KKl, а затем с зажима контакта 96 фаза попа
дает на вывод Al катушки контактора КМl.
На рис. 55.16 представлен вид сверху на монтажную схему подклю
чения нереверсивного контактора и реле РТИ с реальными элементами.
Однако наибольшее распространение получила схема, в которой
контакт теплового реле разрывает ноль (рис. 55.17). Это связано с
удобством и экономичностью монтажа, так как ноль сразу заводят на
вход контакта теплового реле, а с выхода контакта реле бросают пере
мычку на катушку контактора (рис. 55.18). При таком включении эко
номится одна жила кабеля.
Глава 55. ПРАКТИКА: защита двигателей при помощи тепловых реле
537
Ноль
---- , -1
_,_J-Ф
Рис. 55.15. Монтажная схема
подключения нереверсивного
контактора и реле РТИ
А
QF1
1 КМ1
1
1 ТРН
1
В
Рис. 55.16. Вид сверху на монтажную
схему подключения нереверсивного
контактора и реле РТИ
С
ттт
•Стоп»
•Пуск
•
N
КМ1
S82
ТРН
ГТ"1
. -<
1L1 ЗL2 5LЗ
1ЗНО
'-=!==c..+--=i==...1
14НО
Цепи управления
l ___ :_ _ �
КМ1 - контактор
ТРН - тепловое реле
J Силовая часть
Рис. 55.17. Схема подключения нереверсивного пускателя
с разрывным нулем
Рис. 55.18. Вид на монтаж со стороны подключения нулевого провода
538
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
Схема подключения реверсивного пускателя
с эпектротеппов м реле
ы
На рис. 55.19 приведена схема включения реверсивноrо пуска
теля с электротепловым реле типа РТИ. От типовой схемы включения
реверсивного контактора она отличается лишь наличием нормально
замкнутого контакта реле ККl.1 в цепи управления катушкой, а также
тремя биметаллическими элементами KKl, через которые проходит
напряжение питания на обмотки электродвигателя.
При срабатывания теплового реле KKl от тока перегрузки элек
тродвигателя контакт реле KKl.1 разрывает цепь питания катушки.
Работающий в данный момент контактор обесточивается, и двигатель
останавливается.
тт т
А
QF1
В
С
13НО
Силовая часть
1
14НО
Цепи управления
Рис. SS.19. Электрическая схема подключения пускателя
с тепловым реле
ор
ы
теплового
репе
В б
Как известно, к тепловому реле пускателя предъявляется требова
ние обеспечения защиты электродвигателя от опасных перегрузок. В то
же время, по возможности, реле не должно отключать электродвигатель
при перегрузках, носящих кратковременный характер и не вызываю
щих нагрева электродвигателя, опасного для его обмоток.
В первую очередь, перегрев обмоток сказывается на сроке службы
изоляции проводов. Изоляция становится хрупкой, а ее электрическая
прочность резко снижается. При этом на поверхности изоляции возни
кают микротрещины, в которые проникает пыль и влага, из-за которых
может произойти пробой и выгорание части обмоток. См. табл. 55.1.
539
Глава 55. ПРАКТИКА: защита двигателей при помощи тепловых реле
Таблица 55.1
Сроки службы витковой изоляции статорных обмоток
Марка
провода
Тип
пропиточного
пака
ПЭВ-2
ПЭМ-2
пэтв
пед
Средниii срок службы часов при темпера,уре,
125
150
170
МЛ-92
МЛ-92
3724
2800
1526
1529
892
891
МГМ-8
-
МГМ-8
-
-
•с
190
210
2060
1535
-
6852
19824
-
4064
12586
ВНИМАНИЕ.
t,
r•
r
'-
Экспериментально установлено, что увеличение температуры на каждые 8...10 ° приводит к снижению срока
службы изоляции проводов в 2 раза, а в случае очень вы
сокой температуры изоляция вообще может загореться.
'
Допустимая температура, при которой изоляция обмоток двига
теля может длительно эксплуатироваться, зависит от класса изоляции
и исполнения электродвигателя. См. табл. 55.2.
Таблица 55.2
Значения допустимой температуры классов изоляции
Класс изоляции обмоток
Допустимая температура, •с
А
105
в
Е
F
н
120
130
155
180
Тепловое реле и номинальный ток биметаллического элемента
выбирают, исходя из пяти основных критериев.
КРИТЕРИЙ №1 - номинальный ток нагревательного элемента
должен быть не меньше номинального тока защищаемого электродви
гателя.
КРИТЕРИЙ №2 - для оптимального использования перегрузоч
ной способности электродвигателя ток срабатывания реле выбирают
на 15 ... 20% выше номинального тока двигателя.
Это связано с тем, что когда номинальный ток двигателя Iном и ток,
соответствующий границе срабатывания реле, одинаковы (рис. 55.20),
появляется значительная зона перегрузок (Б), где двигатель сильно пере-
540
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
10000
1000
1 - перегрузочная характеристика
электродвигателя
2 - защитная характеристика теплового
реле с границей срабатывания, равной
номинального току электродвигателя lн
3 - защитная характеристика теплового
реле с границей срабатывания 1,2 lн
А - зона недозащищенности двигателя
Б - зона перезащищенности двигателя
(.)
� 100
"'.,
�
'aj
'-'
10
1
lн
о+---�-�-����-
2
1,2
3
4 5 678
1
Ток срабатывания, кратность тока установки
Рис. 55.20. Графики перегрузочных
и защитных характеристик двигателя и реле
защищен: реле срабатывает раньше, чем температура двигателя достиг
нет предельно допустимого значения.
В то же время при больших перегрузках, соответствующих режиму
заторможенного электродвигателя, реле не обеспечивает своевремен
ного его отключения, образуя зону недозащищенности (А).
СОВЕТ.
Ток уставки тепловых реле следует устанавливать
выше номинального тока электродвигателя на 15.. .20%
с целью лучшего согласования защитных характери
стик реле и электродвигателя.
В этом случае защитная характеристика реле будет соответствовать
кривой (3), и наряду с уменьшением зоны перезащищенности возник
нут две зоны недозащищенности:
• одна, как и раньше, - в области больших перегрузок;
• другая - в области малых длительных перегрузок.
Появление зоны недозащищенности при малых длительных пере
грузках не представляет большой опасности для двигателя, так как двига
тель сам обладает некоторым запасом нагревостойкости, и превышение
тока на нескол�ко процентов выше номинального для него не опасно.
Глава 55. ПРАКТИКА: защита двигателей при помощи тепловых реле
541
СОВЕТ.
Но если такие перегрузки будут часто повторяться, то
правильным будет считать, что двигатель с данным
режимом работы не справляется и должен быть заме
нен более мощным, потому как надежность его работы
будет обеспечиваться лишь за счет теплового запаса.
Недозащищенность в области больших перегрузок может быть ском
пенсирована работой автоматического выключателя, в котором совме
щены: выключатель; защита от перегрузок и коротких замыканий.
ПРИМЕЧАНИЕ.
Защита от перегрузок осуществляется тепловым рас
цепителем, который при коротком замыкании отклю
чает двигатель без выдержки времени.
КРИТЕРИЙ №3. По защитной характеристике реле следует убе
диться: что при заданной кратности пускового тока электродвигателя
время срабатывания реле:
• не меньше, чем это необходимо для пуска электродвигателя;
• не превышает времени допустимой работы двигателя с пусковым
током.
Здесь же следует учитывать, что при разгоне двигателя пусковой
ток уменьшается.
КРИТЕРИЙ №4. Запас по регулировке тока (как в сторону увели
чения, так и в сторону уменьшения) должен быть, по возможности,
большим. Для этого на шкале уставки следует оставлять одно-два сво
бодных деления по обе стороны от положения регулятора, соответству
ющего выбранному току уставки.
Для реле серий ТРН, РТИ, РТЛ, РТТ влияние температуры окру
жающего воздуха не учитывается, так как в них присутствует темпе
ратурная компенсация. Для реле серий ТРП учитывают температуру
окружающего воздуха из-за отсутствия в них температурной компен
сации. Здесь же следует брать в расчет, что дополнительный нагрев реле
внутри оболочки пускателя защищенного или пылевлагозащищенного
исполнения также влияет на ток уставки.
КРИТЕРИЙ №5. При пусковых токах электродвигателя допуска
ется превышение температуры нагрева обмоток вдвое больше, чем при
номинальном режиме.
542
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. От азов до создания практических устройств
ПРИМЕР.
Допустим, что нагрев обмоток электродвигателя в но
минальном режиме работы составляет 60 ° С, а темпе
ратура окружающего воздуха 40 ° С. Тогда допустимая
температура нагрева обмоток в номинальном режи
ме будет равна 40 + 60 = 100 ° С, а при пуске составит
40 + (2 )( 60) = 160 ° с.
Однако тепловые реле не только защищают двигатель от коротких
замыканий, но и сами нуждаются в такой защите! Ведь при коротких
замыканиях в электрической цепи нагревательные элементы реле
могут сгореть раньше, чем отключится магнитный пускатель.
Это объясняется тем, что для нагрева биметаллической пластины
реле требуется определенное время, поэтому тепловые реле срабаты
вают с запозданием при токах в несколько раз превышающих номи
нальное значение тока уставки.
Можно сделать такие выводы:
• если для защиты электродвигателя используется тепловое реле, то
в схеме питания двигателя должен' быть предусмотрен автомати
ческий выключатель с электромагнитным расцепителем, который
при коротком замыкании отключит двигатель без выдержки вре
мени;
• если же установка автоматического выключателя не предусмотре
на, то нужно использовать предохранители с плавкими вставками,
превышающими номинальный ток теплового элемента в 4-5 раз.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
И РЕСУРСОВ ИНТЕРНЕТ
БартошА.И. Электрика для любознательных. -СПб.: Наука и Техника,
2019. -272 с., илл.
Ванюшин М.Б. Занимательная электроника и электротехника для
начинающих и не только... книга + виртуальный диск. -изд. 2-е, пере
раб. и доп. -СПб.: Наука и Техника, 2017. -352 с. , илл.
Ванюшин М. Б. Электротехника для любознательных. -СПб.: Наука и
Техника, 2017. -320 с., илл.
ГОСТ Р 50030.1-2007 (МЭК60947-1:2004)
Грундулис А.О. Защита электродвигателей в сельском хозяйстве.
2-е изд., перераб. и доп. -М.: Агропромиздат, 1988. -111 с.: ил.
Ермолаев И.Н. Магнитные пускатели переменного тока. - М.-Л.:
Госэнергоиздат. - 1961. -64 с. с черт. (Б-ка электромонтера. Вып. 43)
Мусин А.М. Аварийные режимы асинхронных электродвигателей и
способы их защиты. -М.: Колос.-1979. - 112 с., ил. (Б-ка сельского элек
трика)
Национальный стандарт Российской Федерации. Аппаратура распре
деления и управления низковольтная. Часть 1
Новодворец Л.А. Регулировка и настройка магнитных пускателей пере
менного тока. -М.: Энергия. -1974. - 88 с. с ил. (Б-ка электромонтера.
Вып. 395)
Шмаков С.Б. Профессиональные советы домашнему электрику. СПб.: Наука и Техника, 2014. -400 с. + цв. вкл. 8 с.
· Штерн М.И. Современная электросеть. Новые технические решения.
Книга+ видеокурс на DVD. - СПб.: Наука и техника, 2019. - 272 с., илл.
Штерн М.И. Современная электросеть. Практикум электрика.
Книга + видеокурс на DVD. - СПб.: Наука и техника, 2019. - 272 с., илл.
Штерн М.И. Современная электросеть. Управление силовыми нагруз
ками, освещением и не только... Книга + видеокурс на DVD. - СПб.: Наука
и Техника, 2020. - 272 с., илл.
Электронный электротехнический журнал «Я электрик!» http://electrolibrary.info/electrik.htm
http://museumrza.ru/
http://nvagrupp.ru/pme
http://sesaga.ru/
http://www.iek.ru/company/1/
http://www.LEDbox.com.ua
http://www.pml.ru/
http://www.ydom.ru/
https://domikelectrica.ru
https://edisons.com.ua
https://sovet-ingenera.com/kanaliz/k-drugoe/obogrev-vodostokov.html
Издательство «Наука и Техника»
КНИГИ ПО КОМПЬЮТЕРНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ,
МЕДИЦИНЕ, РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ
Уважаемые читатели!
Книги издательства «Наука и Техника» вы можете:
► заказать в нашем интернет-магазине БЕЗ ПРЕДОПЛАТЫ по ОПТОВЫМ ценам
www.nit.com.ru
• более 3000 пунктов выдачи на территории РФ, доставка 3-5 дней
• более 300 пунктов выдачи в Санкт-Петербурге и Москве, доставка - на следующий день
Справки и заказ:
• на сайте www.nit.com.ru
• по тел. (812) 412-70-26
• по эл. почте nitmail@nit.com.ru
► приобрести в магазине издательства по адресу:
Санкт-Петербург, пр. Обуховской обороны, д.107
М. Елизаровская, 200 м за ДК им. Крупской
Ежедневно с 10.00 до 18.30
Справки и заказ: тел. (812) 412-70-26
► приобрести в Москве:
«Новый книжный» Сеть магазинов
ТД «БИБЛИО-ГЛОБУС»
Московский Дом Книги,
«ДК на Новом Арбате»
Московский Дом Книги,
«Дом технической книги»
Московский Дом Книги,
«Дом медицинской книги»
Дом книги «Молодая гвардия»
тел. (495) 937-85-81, (499) 177-22-11
ул. Мясницкая, д. 6/3, стр. 1, ст. М «Лубянка»
тел. (495) 781-19-00, 624-46-80
ул. Новый Арбат, 8, ст. М «Арбатская»,
тел. (495) 789-35-91
Ленинский пр., д.40, ст. М «Ленинский пр.»,
тел. (499) i 37-60-19
Комсомольский пр., д. 25, ст. М «Фрунзенская»,
тел. (499) 245-39-27
ул. Б. Полянка, д. 28, стр. 1, ст. М «Полянка»
тел. (499) 238-50-01
► приобрести в Санкт-Петербурге:
Санкт-Петербургский Дом Книги
Буквоед. Сеть магазинов
Невский пр. 28, тел. (812) 448-23-57
тел. (812) 601:о-601
► приобрести в регионах России:
г. Воронеж, «Амиталь» Сеть магазинов
г. Екатеринбург, «Дом книги» Сеть магазинов
г. Нижний Новгород, «Дом книги» Сеть магазинов
г. Владивосток, «Дом книги» Сеть магазинов
г. Иркутск, «Продалить» Сеть магазинов
г. Омск, «Техническая книга» ул. Пушкина, д.101
тел. (473) 224-24-90
тел. (343) 289-40-45
тел. (831) 246-22-92
тел. (423) 263-10-54
тел. (395) 298-88-82
тел. (381) 230-13-64
Мы рады сотрудничеству с Вами!