/
Author: Георгиева С.C.
Tags: физика електротехника електричество електроника електрическо оборудване
Year: 1981
Text
С,ГЕОРГИЕВА
ЕАЕКТРОТЕХНИКА
С ОСНОВИ
НА ЕЛЕКТРОНИКАТА
УЧЕБНИК ЗАСПТУ
ЗА ВСИЧКИ
НЕЕЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИ
ПРОФЕСИИ
ТЕХНИКА
УДК 621.3(075.8)
Учебникът е предназначен за учениците от средните
професионално технически училища за неелектротехнически
професии, за които електротехниката е общотехнически
предмет. В учебника са застъпени много области от елек-
тротехниката. Поради малкия обем са разгледани накратко
осноени въпроси от електрическите вериги за однофазен и
трифазен променлив ток, най-използуваните електрически
измерителни апарати и електрически измервания. Опростено
са дадени принципате и особеностите на електрическите
машини и трансформаторы, електровакуумните и полупро-
еодниковите уреди. Засегнати са и въпроси от областта на
електрозадвижването, електроавтоматиката, производство-
то, пренасянето и разпределението на електрическата енер-
гия. Третирането на толкова широк кръг от въпроси цели
учениците да бъдат теоретически ориентирани по тях, ко-
ето може да се окаже необходимо при упражняване на
тяхната професия.
ЕЛЕКТРОТЕХНИКА С ОСНОВЫ НА ЕЛЕКТРОНИКАТА
Учебник за СП ТУ за всички неелектротехнически професии
Автор ннж. СНЕЖАНА СТОЕВА ГЕОРГИЕВА
Първо издание — допечатка
Рецензенти: инж. Иванка Венкова
ин ж. Мария Стоянова
Научен редактор инж. Богдана Симеонова
Художник Филип Малеев
Художник-редактор Мария Димитрова
Технически редактор Ж- Илиева
Коректор Анушка Димитрова
Дадена ва набор на 9. III. 1980 г.
Подписана за печат през м. апрнл 1981 г.
Иэляэла от печат през м. август 1981 г.
Формат 60/90/16
Печатни коли — 12,50
Иэдателски коли—12,50 УИК —12,51
п, 9534323311
КОД 03 4785-98-81
Тираж 45000+10
Цена 0,61 ли.
Държавио иэдателство „Техника", буя. Руски 6
Държавна печатница „Г. Димитров" — Ямбол
ф) Снежана Стоева Георгиева
е/о Jusautor, Sofia, 198]
37 (075)
ВМЕСТО УВОД
К ъ м учениците
В края на учебната година вие ще получите диплома за за-
вършено средно образование. В нея ще бъде записана вашата спе-
циалност. Но каквато и да е тя — шлосер, стругар, монтажник,
лаборант, където и да я упражнявате, каквото и да изучавате
по-нататък, вие ще се срсщате винаги с електротехниката —
науката за техническото приложение на електрическите и елек-
тромагнитните явления в практиката. На вас ще ви трябват
познания по електротехника, защото електричеството е нався-
къде. Трудно ни е да си представим как би изглеждало всичко около
нас без него. Ст обикновената отоплителна електрическа печка до
мощната електродъгова пещ за топене на руда, от батериика та
за джобно фенерче до атомната електрическа централа, от полу-
проводниковая изпраеител со портативная телевизор — всичко
е дело на електротехниката.
Там, където има механизация и автоматизация, ще срещнем
електротехниката. Ако надзърнем в едно металургично предприя-
тие, ще видим, че електротехническите съоръжения са навлезли
във всички фази на производството. Те са се велели с технологичнит
механизма в комплексна агрегата. Механизмите се задвижват се
електродвигатели, технологичнияпг процес се контролира и цп-
равляеа ст стстици електрически апарати. Ако се получи повре-
да в захранването с електрическа енергия — всичко замира. А
само преди около сто години в България за пръв път е произведе-
на електрическа енергия от малка централа с мощност 50 к w —
колкото консумират 25 нагревателни печки „Лъч“. След 9 септем-
ери е наи:ста енергетика и електропромишленост настъпва пре-
лом. По перспективен план започва изграждането на енергийната
сист ема на нашата страна. Днес само двата турбогенератора,
захранвани от единая реактор на атомната централа край
Козлодуй, произвеждат електрическа енергия с мощност 380 MV.
А през 1980 год. на глава от населението ще се пада над 2000 kWh
(киловатчаса) консумирана електрическа енергия годишно. Изгра-
диха се постепенно ВЕЦ „Пасарел“, ТЕЦ „Република'1, каскадата
„Белмекен — Сестримо", ТЕЦ „София", централите от Баташ-
кия водное илов път и много други.
За да познавате съвременната техника, а това е дълг за всекш
млад специалист, вие трябва да познавате електротехниката.
4
ГЛАВА ПЪРВА
ЕЛЕКТРИЧЕСКА верига за ПОСТОЯНЕН ток
В тазн и следващата глава ще направим преговор на всички
важни явления, електрични и магнитни величини, връзките меж-
ду тях, коиТс сте изучавали подробно по физика. На всеки по-
ставен въпрос отговорете първо сами. Ако не можете, прочетете
обясненията в учебника по физика, а след това — краткия отго-
вор тук. Така неусетно ще възстановите, затвърдите и доразбе-
рете този материал. А това е необходимо, за да усвоите пълно-
ценно и задълбочено следващите глави от учебника.
1.1. ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ТОК, СИЛА НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИЯ ТОК,
ЕЛЕКТРИЧЕСКА ВЕРИГА
Какво е електрическият ток? Фнзично явление, което не
можем да наблюдаваме пряко, но за което сидим по неговите
действия. Топлинно, защото проводниците се нагряват, химично,
защото киселините, солите и основите се разлагат под неговото
действие на съставните си части, и магнитно, защото пробна маг-
нитна стрелка, поставена близко до проводник, по който тече
ток, се отклонява от нормалното си положение север — юг. Каз-
ваме, че електрическият ток тече, или преминава, т. е. ние го
свързваме с движение на частици в една посока. И наистина
съгласно електронната теория електрическият ток е насочено
движение на електрически заредени частици (електрически това-
ри) под действие на силите на електрическото поле. За да се
прояви това явление, необходимо условие е да има налице сво-
бодни електрически заредени частици. В металите — това са
свободните електрони, несвързани с определен атом, конто се
движат безразборно при липса на електрическо поле. В електро-
литите — това са положителните и отрицателните йони, получени
в резултат на явлението електролитна дисоциация. В газовете —
това са йони и електрони, получени от йонизацията на газовите
молекули, а причина за йонизацията е допълнителна енергия,
която може да разкъса връзките в газовите молекули. Даже
през празното пространство — вакуума, може да протича ток,
ако чрез електронна емисия се осигурят електрони. Металите,
металните сплави и електролитнте се наричат проводници, защо-
5
то те в нормал но състояние съдържат електрнчески заредени
частник. Всички останали вещества в този смисъл не са провод-
ники, защото в тях нормално почти няма свободни електрнчески
заредени частици. При определени условия те могат да променят
свойствата си и да станат про-
водпици.
Наличието на електриче-
' ски заредени частици е необ-
П ходимото условие, за да се
|/? прояви явлението електри-
I чески ток, но това не е дос-
татъчно. Трябва да има при-
45 чина, която да ги кара да се
движат насочено — електри-
ческото поле. На практика
Фи 1.1. Електрическа верига това явление се реализира,
като създадем електрическа
верига (фиг. 1.1). Веригата се образува от източник на е. д. н.,
съединителни проводници и консуматор.
____________noeticтавлява източникът на е, д. н, ? Това е ус-
тройство, което преоб азува в електрическа енергия д у г ви
енергия — топлинна, химична, механична и др. Галваничните еле-
‘МЕИТТГ, акумулаторите, генераторите, термоелементите са източни-
ци на е. д. н. Всеки източник има две клеми (два полюса). На
едната клема винаги има излишък от електрони (това е минусът
на източника), а на другата клема — недостиг на електрони (то-
ва е плюсът на източника). Това става в резултат на явления,
конто се извършват вътре в източника. Ако включим волтметър
към клемите, тон ще измери потенциалната разлика между тях.
Тази потенциална разлика, както знаете, се нарича електродвиже-
що напрежение Е (е. д. н.) и е характерна величина за всеки
източник.
Какво представляла консиматорът? Устройство, което пре-
връща електрическата енергия в друг вид необходима за нас
енергия —тюпД1;пкя (кптлони. печки, пещи), светлинна~ (елек-^
тртИески лампи, прожектори), механична (двигатели и др~?У
Съединителните проводници, обикновено медни или алуминие-
ви, осъществяват връзката между източника и консуматора. В
електрическата верига може да са включени още много устройства
с различно предназначение: прекъсвачи — за включване и из-
ключване на електрическата верига, предпазители — за автома-
тично пзключване при ненормален режим, измерителни уреди —
волтметър, амперметър, ватметър, електромер и др. Но затворена
ли е електрическата верига, през нея протича електрнчески ток,
навсякъде се движат насочено електрнчески заредени частици
под действие на силите на полето, създадено от източника. За по-
сока на електрическия ток, която се означава върху електричес-
6
ките схеми, се приема посоката на движение на положително за-
редени частици, а те се движат към отрицателния полюс. Знаете,
че в металите това не е така, защото в тях се движат свободни
електрони към положителния полюс. Но тази посока е удобна,
защото причината (е. д. н., ксето има посока от „—“ на източ-
ника към „4-“ на източника) и следствието (токът) съвпадат по
посока (фиг. 1.1).
Не е достатъчно да познаваме същността на едно явление,
трябва да можем да го оценим количествено. Ако през две лампи
тече ток, то и двете ще светят, но ако едната е 100 W, а другата
25 W, вие сами знаете, че първата лампа ще свети по-силно,
зашото през нея тече „по-силен“ ток. И така:
Сила на електрическия ток се нарича количеството електри-
чество, което преминава през напречното сечение на проводника
за единица време:
където q е количеството електричество;
t — времето, за което то преминава през сечението на
проводника.
По-нататък тази величина ще я наричаме за по-кратко само
електрнчески ток или ток. Силата на електрическия ток се мери
с'единицата ампер, която е четвърта основна единица в системата СИ.
Ток, конто продължително време не се измени нито по голе-
мина, нито по посока, се нарича постоянен ток и се бележи с 7.
Неговата графика е права линия, успоредна на абсцисната ос.
1.2. ЗАКОНИ ПРИ ЕЛЕКТРИЧЕСКА ВЕРИГА ЗА ПОСТОЯНЕН ТОК
а) Закон и на Ом
Коя от четирите зависимости се нарича закон на Ом?
i=gu-\i=-^Au=ir-,
/у И 1
Стговсрът ей е категоричен. И четирите зависимости изразя-
ват по различен начин връзката между причина и следствие,
между напрежението в краищата на един консуматор и електри-
ческия ток, конто протича през него (фиг. 1.2). G е коефициент
на пропорционалност между тока и напрежението. Ако приемем,
че напрежението е един волт, получаваме, че I=G, т. е. прово-
димостта е равна на тока, конто ще премине през проводника. На
фиг. 1.3 е дадена графично връзката между I и V. Реципрочна-
та стой ноет на провод имостта е електрическото съпротивление
на проводника. Бележи се с R и е физична величина, която ха-
рактеризира способността на проводника да влияе върху си лата
7
на електрическия ток. Колкото е по-голяма проводимостта, токът
ще бъде по-голям, а съпротивлението на проводника по-малко.
От формулата
Фиг. 1.2. Опитна постановка Фиг. 1 3. Графично изобразяване на закон
на закон на Ом за частот елек- на Ом
трическа верига
се получава единицата за съпротивление, която се нарича ом в
чест на немския физик Ом (1787—1854), открил опитно закона.
Един проводник ще оказва съпротивление един ом (Q), котато
при напрежение в краищата му, равно на един волт (V), през
него преминава ток със сила, точно равна един ампер (А).
Опитно се установява, че съпротивлението зависи от дължи-
ната, сечението на проводника и материала, от който е изработен:
я-<4.
където I е дължината на проводника, т;
s — сечението на проводника, ш2;
р — специфично съпротивление — съпротивлението на
проводник с дължина /=1 ш, сечение s=l m2 при температура
20° С в Qm.
Ако знаем съпротивлението на един консуматор или провод-
ник, и тока, който протича през него, можем да изчислим напре-
жението в краищата му по формулата U=IR. Наричаме го пад
на напрежение в консуматора или проводника.
Законът на Ом може да се приложи и по отношение на из-
точника, който също представлява съпротивление за електричес-
кия ток. То се бележи с /?0. Тогава представлява пада
на напрежение в източника. Ако при затворена верига включим
волтметъра към изводите на източника, той измерва напрежение,
по-малко от неговото е. д. н. Тази разлика между електродвиже-
8
щото напрежение на източника и напрежението на изводите му
при затворена верига представлява именно пада в него:
Uo=Е- U—-Е= U+Uo.
Като заместим UG — IRC и U IR, получаваме
E=dR+lR^I(R+R0),
откъдето определяме силата на тока:
- R+Ro'
Тази зависимост се нарича закон на Ом за цялата верига,
защото в нея участвуват е. д. н. на източника и неговото съпро-
тивление.
6) Закони на Кирхоф
На фиг. 1-4 виждате начертани три електрически вериги. По
какво се различават една от друга? ГТьрвата верига представля-
ва само един затворен контур и токът навсякъде е един и същ,
тя е неразклонена верига. Втората и третата верига са разклоне-
ни, в тях има разклонителни възлови точки, в конто са свързани
повече от два проводника. Първи закон на Кирхоф се отнася за
възлова точка в разклонена електрическа верига. Токовете, конто
имат посока към възловата точка, е прието да се наричат входя-
щи, а токовете, конто имат обратна посока — изходящи.
Какво гласи първият закон на Кирхов?
Фиг. 1.4. Неразклоиени и разклонени електрически вериги
Сумата от входящите токове в една възлова точка е равна
на~сумаТТ“оТТ1 зходящите токове в същата възлова точка.
-За~вёриТатаТ13~фЯТТТГ4*
Един и същи ток може да бъде входящ или изходящ, зави-
си по отношение на коя възлова точка го определяме. Токът /
е входящ за възловата т. а, а изходящ за т. б.
9
За какво се отпася и какво гласи вторият закон на Кирхоф'?
Участъкът между две възлови точки се нарича клон. Колко
клона откривате на фиг. 1.4 б и фиг. 1.4 в? Ако тръгнем от т. а
и по проводят, път искаме да се върнем в т. а, то са възмож-
ни три пътя, наречени затворени контури. I контур—от т. а
през съпротивлението през източника и пак в т. а; II кон-
тур — от т. а през съпротивлението /?2, през източника и отнэво
в т. а; III контур — от т. а през съпротивлението Rx, през съпро-
тивлението и в г. а (фиг. 1.5).
Вторият закон на Кирхоф се отнася за един затворен контур
и гласи:
Алгебричната сума от електродвижещите напрежения в един
затворен контур е равна на алгебричната сума от йпадовете на
1ТаТГрежёнйя“в съгцияконтур: “
Да го приложим за всеки от контурите:
I контур — E—RRr-\-IRo,
II контур — E=J2R2+IRv;
III контур—0=/^!—l.zR2.
Да приложим закона и за веригата на фиг. 1.4 а:
д=//?+//?о__+/=
Фиг. 1.5. Три затворени контура на веригата от фиг. 1.4 б
Получаваме закон на Ом за цялата верига. Следователно той
е частей случай на втория закон на Кирхоф. За да се определят
знаците на е. д. н. и токовете, се приема обикновено една посо-
ка за положителна, например по часовниковата стрелка. Ако по-
10
сока та на е. д. н. или тока съвпада с тази посока, те са положи-
телни. Ако е обратна -— те са отринателни.
Определете клоновете, затворените контури и приложете за-
колите на Кирхоф за веригата на фиг. 1.4 в.
1.3. РАБОТА И МОЩНОСТ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИЯ ТОК
Знаем, че във всеки източник се извършва работа, за сметка
на конто се получава електрическа енергия. Можем да изчислим
полезната работа, защото напрежението в краищата на консума-
тора е равно на работата, конто извършва източника за пренася-
не на единица заряд през консуматора:
д
U=-±,A = Uq.
Като заместим q It, получаваме
7/2
A=Ult=PRt=~Dt.
г\
Ако разделим горните формули на времето, ще получим рабо-
тата, извършена за единица време, пли енергията, конто за еди-
ница време се превръща в друг вид енергия, т. е. мощността на
консуматора:
Р= А =ui=RR=
t t\
Ако извършената работа е един джаул, а времето — една
секунда, мощността е един ват (W= 's ). Използуват се следните
кратки взмерителни единици за мсщност: киловат kW=1000W;
мегават MW=10® W. Джаулът е малка единица за електрическа
енергия, затова в практиката се изпслзува много по-голямата
единица киловатчас — kWh.
Пример. Електрическа лампа с мощност 100 W е за напре-
жение 200 V. Колко е съпротивлението на лампата и каква енер-
гия ще консумира за 10 часа?
/=Д7=200=0’5 А’ R=^i =оД=400 S>
w=0,1.10=1 kWh.
Да разгледаме израза PRt. Това е познатата формула от фи-
зиката, наречена закон на Джаул—Ленц — електрическата
енергия в съпротивлението R се превръща в топлинна енергия.
Тъй като в системата СИ всички видове енергия се измерват в
джаулн, формулите за електрическа енергия и топлинна енергия
са еднакви.
ЛМЧНА >
Нейелчг ft J
11
Ако 7? е съпротивление на съединителни проводници, шнуро-
ве, кабели, изчислената по формулата топлина не се оползотво-
рява. Тя е вредна, повишава температурата на проводника и на-
грява изолацията му.
Какво представлява късото съединениг? Ако изолацията на
шнура на електрическата печка се повреди и двата проводника
се допрат, казваме, че е станало късо съединение. Токът минава
само през шнура — през мястото на допиране на дв'ата'прово/Ппц
ка, не минава през консуматора. Този ток, наречен ток на късо
Съедипенищ ще бъде много голям, защото съпротивлението ста-
ва много малко. Ще се отдели огромно 1<олйчёство'топлина и
'инсталацията може да се запали, или електромерът да се повре-
ди, ако не се прекъсне мигновено веригата от защитен апарат.
1.4. СВЪРЗВАНЕ НА СЪПРОТИВЛЕНИЯ (КОНСУМАТОРИ)
Колко начина на свързване на съпротивления познавате? Кое
свързване е последователно свързване, кое е паралелно свързване,
кое е смесено свързване?
Това, което знаете и трябва да знаете, ще систематизираме в
две колонки, за да може най-лесно да се разграничи последова-
телното свързване от паралелното свързване. Целта е една и съ-
ща — да се заместят свързаните съпротивления с едно единстве-
но съпротивление, но неговата стойност да бъде такава, че при
същото напрежение да тече от източника същият ток (т. е. мощ-
ността на веригата да остава същата).
Последователно свързване на
съпротивления (фиг. 1. 6)
Веригата е неразклонена — през
всички консуматори минава един
и същ ток.
Паралелно свързване на съп-
ротивления (фиг. 1.7)
Веригата е разклонена. Напре-
жението в краищата на консу-
маторите е едно и също.
Фиг. 1.6. Последователно
Общото съпротивление е равно
на сумата от съпротивленията:
7?— 7?14-7?2-|-7?34- . . .
свързване на съпротивления
Реципрочната стойност на
общото съпротивление е равно
на сумата от реципрочните стой-
кости на съпротивленията:
12
Ако съпротивленията са равни 1 __ 1 1 > J 1
м п на брой, R Ri Ri^ R$
Ако са равни и я на брой,
R-nRr.
Пример-. 100 съпротивления по 100 Q всяко са свързани един
път последователно, втори път паралелно. Колко е общото съпро-
тивление за двата слу-
чая?
При последователно
свързване 7?=100.
100=10 000 Q.
При паралелно свърз-
Фиг. 1.7. Паралелно свързване на съ-
противл'ения
паралелно към
ване ^=1оо=1
Виждате каква го-
ляма разлика се полу-
чава в резултат на раз-
личните начини на свър-
зване. Обикновено консуматорите се свързват
«едно и също напрежение. (Обяснете сами защо!)
1.5. ВЪПРОСИ ЗА САМОПРОВЕРКА
1. Защо металите имат електронна, а електролитите—йонна
проводимост?
2. Може ли да се измени вътрешният пад на един токоиз-
ТОЧНИК’’ '
3. Влияе ли се е. д. н. на токоизточника от силата на тока
във веригата?
4. Каква е измерителната единица за специфично съпротив-
ление?
Фиг. 1.8
5. Има ли разлика между е. д. н. на източник и напрежение
на изводите на източника?
Как са свързани трите съпротивления на фиг. 1.8? Опреде-
лете общото съпротивление, ако /?=30 S2?
13
7. Как ще се измени яркостта на лампите ,77т и Л2, ако се
включи трета лампа Л3 по схемата на фиг. 1.9. Подчертайте
верния отговор!
а) няма да се измени; б) ще се увеличи; в) ще се намали.
3 8. Как ще се измени токът I в съ-
Фиг. 1.9
щата схема при включване на третата
лампа?
а) няма да се измени; б) ще се уве-
личи; в) ще се намали.
/ 9. Какво става с тока, ако увели-
чаваме броя на последователно свър-
заните съпротивления,а напрежението
остава същото? Подчертайте верния
отговор!
а) намалява; б) увели чава се; в) ос-
тава същия.
•It 10. Какво става с общия ток, ако
увеличаваме броя на паралелно свър-
заните съпротивления към едно и съ-
що напрежение. Кой отговор е верни-
ят? Аргументирайте се!
а) увеличава се; б) намалява; в) ос-
тава същия.
11. Определите еквивалентного съпротивление на електриче-
ската верига, дадена на фиг. 1.10. Изчислете го, ако 7?=10 й. Из-
числете тока, ако t/=100 V.
Фиг. 1.10
£2' Реализирайте електрическа отоплителна печка с три сте-
пени на отопление, като използувате два нагревателни елемента
с равни съпротивления £\= /?2=40 й. За всяка степей определите
тока [и мощността, ако захранващото напрежение е t/=200 V.
14
ГЛАВА ВТОРА
ЕЛЕКТРОМАГНЕТИЗЪМ
2.1. МАГНИТНО ПОЛЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИЯ ТОК
Фиг. 2.1. Опит на Оерстед
Как се създава магнитно поле? Ако свържем проводник
към източник на ток и през него протече постоянен ток, то про-
странството около него придобива интересни свойства. Магнитна
стрелка, поставена близко до
проводника, се отклонива от
нормалното си положение
север -— юг така, както би
се отклонила, ако се намира
близко до постоянен магнит.
Това, както знаете, открива
Оерстед през 1819 година
(фиг. 2.1). Но електрическият
ток представлява насочено
движещи се заряди, следова-
телно магнитното поле се
създава само от заряди, кон-
то се движат за разлика от
електрическото поле, което се „създава от неподвижни заряди.
Ако прекъснем веригата, ток не тече, стрелката се връща в пър-
воначалното си положение, магнитното поле изчезва.
Как се изобразят магнитното поле? За да получим зрител-
на представа за магнитното поле, ние го изобразяваме с магнитни
силови линии. Те могат да се получат опитно с помощта на желез-
ки стърготини. Всяка желязна стърготина се превръща в малко
магнитче, на което магнитното поле оказва силово действие. За-
това те се подреждат по определен начин. Магнитната силова ли-
ния (индукционна) е такава линия в магнитното поле, допира-
телните; във всяка точка на която съвпадат по посока със силата,
която действува на северен магнитен полюс на магнитна стрелка,
поставена в тази точка. Те са непрекъснати затворени линии. Ще
разгледаме няколко магнитни полета и изобразяването им с маг-
нитни линии:
а) магнитно поле на праволинеен проводник
По-удобно е да се изследва полето само в една равнина, пер-
пендикулярна на проводника, защото във всички други равнини
то е същото. Тогава ще начертаем само сечението на проводника,
а тъй като токът през него може да тече в две посоки, ще въз-
приемем следните означения. Ако токът тече по проводника от
нас към листа, ще го означаваме с кръстче вътре в кръгчето, а
ако тече обратно — от листа към нас — с точка (фиг. 2.2). Опитно
15
с железни стърготини или с магнитна стрелка се установява, че
силовите линии представляват концентрични окръжности с цен-
тьр — оста на проводника. Посоката на силовите линии се опре-
дели със следноте
фиг. 2.2. Магнитно’поле на’’праволинееи
проводник с трк
практически. устано-
вило правило на сви-
тите пръсти на дяс-
ната ръка:
Ако обхванем про-
водника така, че па-
лецът да сочи посоката
на тока през него, то
свитите пръсти ще по-
казват посоката на си-
ловите линии (фиг. 2.2)..
б) магнитно поле на кръгов проводник (навивка)
Ако се огъне проводникът във формата на окръжност или
правоъгълник, се получава кръгов проводник (навивка) или пра-
воъгълна рамка. Магнитното поле се получава от наслагването на
магнитните полета на отдел-
Фиг. 2.3. Магнитно поле на кръгов
проводник (навивка) с ток
ки малки части на проводни-
'ка, конто могат да се прие-
мат за праволинейни про-
водники. Ако се направи раз-
$ рез, ще се получи магнитно-
то поле в една равнина и
за двете сечения поотделно
може да се приложи горис-
то правило. Това магнитно
поле е еднакво с$ магнитното
поле на къс пръчковиден по-
стоянен магнит (фиг. 2.3).
в) магнитно поле на соле ноид (бобина или намотка)
Последователно свързани навивки образуват соленоид или бо-
бина. Магнитното поле се по пучава от наслагването на магнит-
Фиг. 2.4. Магнитно поле на соленоид
(бобина)
ните полета на отделяйте на-
вивки. То прилича на магнитно
поле на дълъг пръчковиден по-
стоянен магнит (фиг. 2.4). За
определяне на посоката на си-
ловата линия се използува след-
ното правило:
16
Ако обхванем навивката или бобината така, че свитите пръсти
на дясната ръка да показват посоката на тока, то палецът ще
показва посоката на силовата линия.
2.2. Магнитим величини
Коя сила се нарича Лоренцова сила? Силата, с която магнит-
ното поле действува на електрон, конто се движи в него, се на*
рича Лоренцова сила. Когато проводник с ток се намира в маг-
нитно поле, то му оказва силово действие, т. е. поражда се си-
ла, наречена електродинамична, която е резултат от действието
на Лоренцовите сили върху насочено движещите се електрони.
Опитно се установява, че ако проводникът е поставен перпенди-
кулярно на силовите линии, то силата е перпендикулярна на
проводника и на силовите линии (фиг. 2.5). Посоката й зависи от
посоката на тока и от посоката на силовите линии и сеопределя
чрез правилото на лявата ръка:
Ако поставим дланта на лявата ръка така, че силовите линии
да я пробождат, а изправените пръсти да показват посоката на
тока, то палецът ще показва посоката на механичната сила (фиг.
2.5).
По големина силата е пропорционална на тока и на дължи-
ната на проводника:
F=B I I.
Б е коефициент на пропорционалност и се нарича магнитна
индукция. Характеризира силовото действие на полето в дадена
Фиг. 2.5. Силово действие на магнитното поле
точка. Приема се магнитната индукция да съвпада по посока със
силовата линия, ако е права линия, и да бъде допирателна към
силовата линия в дадена точка; ако не е права линия. Измерцтел-
ната единица в системата СИ е Тесла (Т). Магнитно поле, във
всички точки на което магнитната индукция има една и сына
2 Електротехннка с основ, на елект.
17
стойност, е однородно. То се изобразява с успоредни силови линии.
Ако в однородно магнитно поле определим броя на силовите
линии през площ, перпендикулярна на силовите линии, то полу-
чаваме количествената характеристика на магнитного поле, която
се нарича магнитен поток — Ф. Ако приемом през единица от
тази площ броят на силовите линии да е равен на магнитната ин-
дукция, то произведенного от магнитната индукция и площта опре-
делят магнитния поток през тази площ: Ф=В . s. Ако площта
е 1 т2, а магнитната индукция е 1 Т, то магнитният поток е един
Wb (Вебер).
От какво зависи магнитната индукция В? Ако магнитного
поле се създава от електрнчески ток, то може да се измени, ка-
то се измени силата му. Но при един и същи ток, например 5А,
полете ще бъде различно при прав проводник и ако сыцият про-
водник е навит като бобина. За да можем да отчетем точно вли-
янието на двата фактора — силата на тока и конфигурацията на
бобината, се въвежда величината напрегнатост на магнитного по-
е Н. Установено е, че за прав проводник /7=2^ , където R е
разстоянието от оста на проводника до точката, за която опре-
делимо стойността на Н. Отту к се получава измерителната еди-
А /ампер \
ница за Н m ^мегьр J
Но при един и същ ток, в една и съща точка магнитного по-
ле може да бъде различно сил но в зависимост от средата, в коя-
то съществува — въздух, желязо и др. Следователно магнитната
индукция зависи от две величини — едната отчита влиянието на
тока, който създава магнитного поле и пространственото разпреде-
ление на полето, а другата отчита реакцията на средата. Тогава
можем да запишем, че
В=уН,
където р е магнитната проницаемост на средата;
Ио — магнитната проницаемост на вакуум (и на въздух),
р
— относителната магнитна проницаемост — число, кое
то показва колко пъти магнитната проницаемост на дадена среда е
по-голяма от тази на вакуума.
2.3. НАМАГНИТВАНЕ НА ФЕРОМАГНИТНИ МАТЕРИАЛИ
Как се обяснява способността на феромагнитните матери-
алы (желязо, никел, кобалт, сплавите им и др.) да се намагнитват,
т. е. да усилеат външното магнитно поле, в което са поставе-
ни? Орбиталното движение на електрона около ядрото мо-
же да се оприличи на навивка с ток, която създава елементар-
но магнитно поле. Във феромагнитните вещества цели групи
18
молекули са с ориентирами в една посока елементарни магнитив
полета. Те образуват микроскопични намагнитени области. Пред-
станете си ги за простота като малки прави магнитчета. Резул-
тантно магнитно поле няма, защото те са безпорядъчно разполо-
Фиг. 2.6. Криви на намагнитване на феромаг-
нптни материали
жени и взаимно компенсират магнитните си полета. Изключение-
правят естествените магнитя, при конто тези намагнитени участъ-
ци са ориентирами в една посока и създават магнитно поле. Се-
га да видим как влияе външно магнитно поле на феромагнитен
материал, поставен в него. Знаем, че магнптното поле оказва си-
лово действие на навивка с ток. Следователи© тези елементарни
намагнитени области ще започнат постепенно да се подреждат
по посока на външното поле. Колкото е по-силно то (по-голяма
е напрегнатостта му), толкова по-голяма е степента на това ори-
ентиране, толкова по-силно собствено магнитно поле се създава.
Но когато всички елементарни Магнитки полета на феромагнитния
материал се подредят по посока на външното поле, получава се
максимално намагнитване, наречено насищане. Връзката между
магнитната индукция и напрегнатостта на полете може да се
представи графично и се нарича крива на намагнитване на феро-
магнитния материал (фиг. 2.6).
Естествено е да очакваме, че при намаляване на тока (И) по-
лете ще отслабва, магнитната индукция ще намалява, като ще по-
лучава същите стойкости, както при увеличаване на тока (Н).
Това обаче не става. Магнитната индукция следва измененията на
напрегнатостта с известно закъснение. Това закъснение се нарича
хистерезис. Дори когато напрегнатостта стане нуда, феромагнит-
19*
<ният материал притежава магнитни свойства. Тази индукция се
нарича остатьчна индукция (ВоСТ), а самото явление— остатъчен
магнетизъм. Ако извършим едно пълно намагнитване и размаг-
нитване на феромагнитния
материал по схемата, дадена
на фиг. 2.7, ще получим т.
нар. хистерезисен цикъл. За
да се унищожи остатъчният
магнетизъм, трябва да се
създаде обратно външно маг-
нитно поле, а това е възмож-
но, ако се смени посоката
Фиг. 2.7. Опитна постановка за намаг- на тока в бобината. Посте-
житване и размагнитване на феромагни- пенно С увеличаването на
тен материал Н(1), В намалява и при ня-
ка кв а стой ноет, наречена задържаща напрегнатост (//зад), магнит-
ната индукция става нула. Ако продължаваме да увелнчаваме тока,
започва ново намагнитване на материала с обратна посока на силови-
те линии. И отново ще се получи насищане, последвано от размаг-
нитване и т. н. (фиг. 2.8). Ако феромагнитен материал се на-
мира в променливо магнитно поле, той непрекъснато ще се на-
магнитва и размагнитва, в резултат на което в него се отдели
топлина. Тя не
се оползотворява
и понеже се полу-
чава за сметка на
електрическа енер-
гия, представля-
ва загуби, конто
се наричат хис-
терезисни загуби.
В зависимост
от вида на хисте-
резисния си ци-
къл феромагнит-
ните материали
се разделят на
Две групи:
а) магнитно
не к и — с тесен
Фиг. 2.8. Хистерезисен цикъл
хистерезисен ци-
къл и малки загуби (фиг. 2.9 а). Използуват се за магнитни
вериги на електрически машини;
б) магнит но твърди — с широк хистерезисен цикъл
(фиг. 2.9 б). Имат голяма остатьчна индукция и са подходящи
за изработване на изкуствени постоянни магнити.
20
3
Фиг. 2.9. Магнитно меки
феромагнитни
и магнитно твърди
материали
2.4. МЕХАНИЧНИ ЕЛЕКТРОДИНАМИЧНИ СИЛИ
Механичната сила, която действува на проводник с ток, по-
ставен в магнитно поле, се определи по формула и правило, даде-
ни в точка 2.2.
Фиг. 2.10. Навивка (рамка) с ток в магнитно поле
Интересно е действието на магнитното поле върху навивка с
ток. Нека навивката бъде с формата на правоъгълна рамка
21
(фиг. 2.10). Ако рамката е в положение а, то с правилото на из-
правените пръсти на лявата ръка определяме посоките на си-
лите. Те са две равни но големина сили, но с различии посоки.
Понеже действуват върху едно и също тяло — рамката, а са
6)
Фиг. 2.11. Взаимодействие между успоредни проводница с ток
на разстояние една от друга, те образуват двоица сили, под дей-
ствие на която рамката започва да се върти, в случая по посока,
обратна на .часовниковата стрелка. Рамката идва в положение б.
Силите вече’ (същите по големина и посока) действуват по една
права линия и само разпъват рамката. По инерция обаче тя гце
премине това положение. Но какво става сега? Макар че силите
22
оставят същите по посока, сменя се посоката на въртене, тя е
вече по часовниковата стрелка (в). В резултат на това рамката
ще направи няколко колебания и ще се установи в положение б,
което се нарича устойчиво равновесие. Какво да се направи, за
да продължи рамката да се върти все в същата посока? Ако се
смени посоката на тока в рамката, когато преминава през устой-
чивото равновесие, ще се сменят посоките на силите, а посоката
на въртене ще остане същата. Как да се осъществи това, ще по-
мислим, когато разглеждаме двигателя за постоянен ток.
Ако магнитното поле на постоянен магнит се замени с маг-
нитно поле на проводник с ток, ще се получи взаимодействие
между магнитните полета на двата проводника (фиг. 2.11). Да
разгледаме случая, когато токовете в двата проводника са с ед-
накви посоки. Ще означим проводниците с едно и две и ще све-
дем въпроса до познатия — действие на магнитно поле върху про-
водник с ток. Ще смятаме, че проводник 2 се намира в магнит-
ного поле на проводник 1 (а). С правилото на свитите пръсти на
дясната ръка определяме посоката на тази силова линия на про-
водника 1, която преминава през центъра на сечението на про-
водника 2. Сега вече прилагаме правилото на изправените пръсти
на лявата ръка и определяме посоката на силата К2, която дей-
ствува на проводника 2. Под нейното действие той ще се при-
ближи към проводника 1. Същите разсъждения могат да се напра-
вят, ако разглеждаме проводника /, поставен в магнитното поле
на проводника 2. Направете ги (фиг. 2.11 б)! Изводът е, че при
еднаква посока на токовете в двата проводника те взаимно се
привличат. По същия начин може да се установи, че при различ-
на посока на токовете проводниците взаимно се отблъскват. По
големина силата се определя чрез формулата
където I е дължината на проводниците, т;
а — разстояпието между тях, ш.
2.5. ЕЛЕКТРОМАГНИТНА ИНДУКЦИЯ
През 1831 год. Фарадей (английски физик) открива явлението
електромагнитна индукция. Каква е същността на това явление?
Вие знаете, че връзката между електрическите и магнитните яв-
ления е двустранна. От една страна, ^лектрическият ток съзлава
винаги магнитно поле, а от друга страна, е възможнп обратно-
го—_чрез магнитно поле да се възбуди в проводник е. д. н. и
гак. Именно такава хипотеза създава Фарадей*и опитн5~я~потвър-
ждава. По физика сте наблюдавали пораждане на е. д. н. в боби-
на при следните опитни постановки: а) като се приближава или
отдалечава постоянен магнит към бобината; б) като се приближа-
23
ва или отдалечава бобина с ток към другата бобина; в) като се
измени токът в съседна бобина (фиг. 2.12). Резултатът е една-
къв независимо от външното различие в опитите, защото причи-
ната е една и съща: магнитният поток, конто обхваща навивкдта
или бобината, се измени^.
Фиг. 2.12. Опитни постановки за демонстрация на явлението електромаг-
нитна индукция
Електродвижещото напрежение, което възниква, се нарича ин-
дуктирано е. д. н., а ако ве игата е затворена и протича ток
зи ток се .на ича индуктиран ток (във физиката се бележи с U*,
а ние ще го означаваме с Е, ако'е постоянно, и с с, ако е про-
менливо). По големина то е равно на скоростта на изменение на
обхванатия от навивката магнитен поток (формула на Фарадей —
Максуел):
където АФ е изменение™ на магннтния поток;
AZ— времето, за-което става това изменение.
А за бобина
ДФ
То е толкова по-голямо, колкото повече са навивките на бо-
бината (ш), защото те са съединени последователно. Промяната
на потока става едновременно за всички, индуктираните е. д. н. в
отделните навивки са еднакви и се събират.
Посоката на е. д. н. и тока се определи .от закона, на Ленги.
Посоката на индуктираното е. д. и. и на дротеклия под, .негау
во действие ток е такава, че те се противопоставят по някакъв
Пачин (чрез магнитното поле, механична сила или директно) на
причината, която ги създава. Или ио-просто казано, следствие™
се противопоставя на причината. Знакът минус във формулата
изразява закона на Ленц.
24
Фиг. 2.13. Получаване на променливо е. д. н. чрез електромагнитна индукция
25
2.6. ПОЛУЧАВАНЕ НА ПРОМЕНЛИВО Е.Д.Н.
ЧРЕЗ ЕЛЕКТРОМАГНИТНА ИНДУКЦИЯ
Фиг. 2.14. Правило на
изправените пръстени
на дясната ръка
Видяхме, че за да се индуктира е. д. н. в навивка, трябва не-
прекъснато да се измени магнитният поток, който тя обхвата.
Но как? Само нарастването е невъзможно, затова той обикнове-
но се измени циклично. Нека това да се реализира, като се вър-
ти правоъгълна рамка около оста си
л под действието на външни сили, напри-
/ // мер по посока на часовниковата стрел-
„ ка (фиг. 2.13). Полето ще изобразим с
някслко успоредни силови линии. В по-
ложение I рамката обхваща максима-
лен магнитен поток, а в положение II
тя не обхваща магнитен поток, защото
е успоредна на силовите линии. Следо-
вателно за времето, необходимо за за-
въртане на рамката от положение I до
положение II, -магнитният поток се е
променял непрекъснато, като е намаля-
вал. Индуктираното е. д. н. е с посока,
която се определи със закона на Ленц.
За проводниците 1 и 2 на рамката по-
просто е да използуваме произтичащо-
то от закона на Ленц правило на изправените пръсти на дяс-
ната ръка. Дефинирайте го сами, като внимателно разгле-
дате фиг. 2.14. В показва посоката на силовите линии, V показ-
ва скоростта и посоката на движение на проводника, а изправе-
ните пръсти показват посоката на индуктираното е. д. н. Но рам-
ката продължава да се върти и в положение III тя отново об-
хваща максимален магнитен поток. Така че от положение II
до положение III магнитният поток е нараствал. Индук-
тираното напрежение ще има обратна посока при намалява-
не на потока. Следователно то е променливо по посока. Просле-
дете какво става от положение III до положение V! Можем да
смятаме, че в случая причината за промяната на магнитния поток
е движението на рамката, защото, ако тя не се върти, той няма
да се изменя. Следствието — индуктираният ток ще създава соб-
ствено магнитно поле, което, като взаимодействува с външното
ноле, ще създава сили, конто ще пречат на движението на рамката
(определяме ги с правил ото на лявата ръка), т. е. ще се противо-
поставят на причината.
26
2.7. ДРУГИ СЛУЧАИ НА ЕЛЕКТРОМАГНИТНА ИНДУКЦИЯ
а. Самоиндукция
В разгледаните случаи навивката или бобината, в която се
индуктира е. д. н., обхваща магнитен поток, създаден от друг
източник. Но ког&то тя е свързана към източник и през нея прп-
тича ток, тя ще обхваща собствения си магнитен поток. Ако то-
кът е постоянен, и магнитният поток също е постоянен. Но ако
той се изменя, то и магнитният поток се. изменя и им а условия
за индуктиране на е. дн. в навивката или бобината от промяна-~
та на собствения магнитеТДоток. Този частей случаи на електро-
магнитна^йндукция се нарича самоиндукция — индуктиране на
е. д. н. в навивка или боби'на“вбледствие промяната на тока в нея.
Тъй като през навивката по начало , тече ток, индуктираното
е. д. н. няма да обуславя свой индуктиран ток, а ще се противо-
поставя на промените на тока, който тече през навивката. Когато
токът нараства, индуктираното е. д. н. съгласно закона на Ленц
ще има обратна посока на тока и ще пречи на нарастването му,
а когато токът намалява, ще има същата посока и ще пречи на
намаляването му.
Големината на е. д. н. на самоиндукция се определи със съ-
щата формула. Но тъй като магнитният поток е пропорционален
на тока, можем- да ги изразим така:
където
L е коефициент на пропорционалност между потока и тока, кой-
то, както знаете, се нарича коефициент на самоиндукция и зави-
си от броя на навивките в квадрат (на бобината), средата и раз-
мерите й. Измерителната му единица е хенри (Н).
6. Вихрови токове
Е. д. н. може да се индуктира не само в навивка и бобина, а
и във всяка нетоководеща метална част на електрическа маши-
на или апарат. Достатъчно е да е налице същото условие — през
тази част да преминава променлив ток. Това условие е нали-
це при въртенето на роторите на електрическите машини или
при преминаване на променливи магнитни потоци през непо-
движни магнитни вериги на трансформатори и апарати. Индукти-
ралота е. д. л<-ебуславя протичането на токове, конто се наричат
вихрови токове. Ако материалът е плътен, те са големи и са свър-
зани с отделяне на много топлина. Ако часта е магнитна верига
на електрическа машина, тази топлина не се оползотворява,
тя е вредна, защото загрява изолацията на машината. А по-
27
неже се пслучава га сметка на електрическа енергия, тя пред-
ставлява загуба на енергия. Но топлинното действие на вихрови-
те токове може да бъде полезно в индукционните пещи за то-
пене на метали.
на вихрови токове
Механичного им
действие се подчиня-
ва на закона на Ленц.
Ако вихрови токове се
индуктират в част,
която се движи в маг-
нитно поле, възник-
ва механична сила
от взаимодействие™
на вихровите токове с
магнитното поле, коя-
то се противопоставя
на • движението. Това
се използува за създа-
ване на противодейству-
ващ момент в никои
електроизмерителни апа-
рати.
Как се ограничиваю
вихровите токове? Това се
Фиг. 2.15. Възникване
а) в плътен феромагяитен материал.! б) в същия мате-
риал, нарязан на части
постига по два начина,
конто се прилагат одно-
временно: чрез приба-
вяне на силиций във феромагнитния материал, за да се увеличи
специфичного му съпротивление, и чрез разделяне на материала
на листове, успоредни на силовите линии на магнитното поле,
конто се изолират един от друг (фиг. 2.15)
2.8. ВЪПРОСИ ЗА САМОПРОВЕРКА
1. Каква е разликата между постоянен магн ит и електро-
магнит?
2. За един феромагнитен материал р,=1000, а за друг
= ГО ООО. Какво означава това?
3. Каква е разликата между магнитно меки и магнитно твър-
ди материали?
4. Ако в една бобина със 100 навивки за време AZ=O,1 s об-
хванатият магнитен поток се изменя с Дф =0,1 Wb, на колко е
равно индуктираното е. д. н.?
5. Полезни или вредни са вихровите токове?
6. Ще има ли самоиндукция при включване и изключване на
постояннотокова електрическа верига?
28
ГЛАВА ТРЕТА
ПРОМЕНЛИВ ток
3.1. ПОЛУЧАВАНЕ НА ПРОМЕНЛИВО Е.Д.Н. И ПРОМЕНЛИВ ТОК,.
ХАРАКТЕРНИ ВЕЛИЧИНИ, СТОЙНОСТИ
а. Получаваие на променливо е. д. н. й променлив ток
Установихме, че ако правоъгълна рамка се върти равномерно-
в еднородно магнитно поле (фиг. 3.1), индуктнраното е. д. н. е
променливо'. За едно пълно завъртане на рамката то нараства от
нула до една максимална стойност, намалява до нула, сменя по-
соката си, нараства отново
до същата максимална
стойност и намалява до
нула (фиг. 2.13). Ако това
променливо е. д. н. се пред-
стави графично, се получава
синусоида, следователно
индуктнраното е. д. н. се
измени в течение на време-
то по най-простия хармо-
ничен закон и може да се
фиг. 3.1. Получаваие на променливо
е.д.н. и променлив ток
запише така:
е~Еы sincof.
а=ф/е ъгълът, който рамката сключва с равнина, перпендику-
лярна на силовите линии, а о е ъгловата скорост, с която рамка-
та се върти.
Ек е максималната стойност на индуктнраното е. д. н.
За да се използува рамката като източник, тя трябва да се-
свърже към консуматор, но понеже тя се върти, това може да
се осъществи само чрез плъзгащ контакт. Изводите на рамката
се запояват към два пръстена, конто контактуват непрекъснато
към два неподвижни контакта, наречени четки, а към тях се
свързва консуматор (фиг. 3.1). Синусоидалното е. д. н. обуславя.
протичането на синусоидален ток, който може да се запише така:.
i=7M sintot
б. Характерни величини
Период (Т) — времето, за което е. д. н. или токът получават~
едно пълно изменений (фиг. 3.2). За една секунда е. д. н. или
токъ’Г може да се ИЗМё’ШГ много пъти. Това ще зависи от скорост-
та на въртене на рамката. Колкото повече пъти се завърти за
29
една секунда рамката, толкова повече пълни изменения ще полу-
чат е. д. н. или токът.
Честота (f) — броят на измененията на променливата елек-
трична величина за единица време. Тя се получава, като разде-
лим единицата за време — секундата, на времето за едно измене-
ние, т. е. на периода.
И така
Фиг. 3.2. Графика на синусоидално е. д. н.
Т •
Ако Т—\ s, то /=
=~~= 1 Hz (херц).
Това е измерителна-
та единица зачестота.
Ако 7=0,02 s,
то /=—^=50 Hz. Тази честота е стандартна честота. Генерато-
рите в електрическите централи създават напрежение с такава
честота.
В много области на електротехниката—телефонна техника,
радиотехника и др., се използуват напрежения и токове с много
по-големи честоти, конто е удобно да се записват като кратки на
херца:
kHz=103Hz; MHz=106Hz.
Тъй като © е ъгъл, изминат от рамката за единица време, то
на време Т отговаря ъгъл 2л. Тогава
2те О f
»=—-.= 2 л/.
Тази величина ще наричаме отсега нататък ъглова честота
вместо ъглова скорост, понеже е пропорционална на честотата.
в. Стойкости на синусоидалните електрнчески величиям
От формулите и от графиката се вижда, че във всеки момент
стойностите на синусоидалните електрични величини са различии,
затова говорим за стойност в даден момент — моментна стой пост.
Бележи се с малка буква: е, и, I, р (е. д. н., напрежение, ток,
мощност). Най-голямата моментна стойност се нарича максимал-
на стойност: Ем, 7М, 077 Рм- 'Гя~сёТ1блучавН~71ва ‘пъТй за единое*
риод с две противоположна посоки. При изчисленията за удоб-
ство заменяме променливата стойност с постоянна стойност, на-
речена ефективна стойност.
Ефективната стойност на променливия ток е стоиностха—ца
постоянен ток, конто би отдел гПГТГёДЖГсъпротивление за опреде-
'Иено тр|Еме-^акова~количество~~тбплйна~, каквбто ще отдели дей- '
30
ствителният променлив ток в същото съпротивление за същото
'м .
време.~—————-
Между ефективната и максималната стойност връзката е
следната:
Е Г и
Е=-=£-; /=-#-; U=-^.
V2 ^2 V2
Например един синусоидален ток с максимална стойност
14,1 А можем да заменим със стойносгта на постоянен ток 10 А.
Едно синусоидално напрежение с максимална стойност 310 V
можем да заменим с постоянно напрежение със стойност 220 V.
Скалите на електроизмерителните апарати са така градуирани,.
че по тях да се отчитат направо ефективни стойкости.
3.2. ВЕКТОРНО ИЗОБРАЗЯВАНЕ НА СИНУСОИДАЛНИ
ЕЛЕКТРНЧЕСКИ ВЕЛИЧИНИ
а. Фаза, фазова разлика
Разгледайте фиг. 3.3 а. Двете навивки не заемат едно и също
положение спрямо магнитните силови линии, затова, когато
е. д. н. в рамка 1 е нула, в рамка 2 има максимална стойност.
След като измине време, равно на една четвърт от периода, т. е.
рамките се завъртят на ъгъл 90° (-* ), в първата рамка е. д. н. ще
стане максимално, а във втората — нула. За такива две е. д. н
казваме, че не съвпадат по фаза или че между тях има фазова
Фиг. 3.3. Фазова разлика
а) две навивки, изместени на ъгъл в магнитно поле; б) графнчно изобразяване на
жндуктираиите е. д. и; в) векторно изобразяване на нндуктираннте е.д.и.
разлика (в случая двете е. д. н. са дефазирани едно спрямо дру-
ге с една четвърт от периода) (фиг. 3.36).
Казваме, че една електрическа величина изпреварва друга по
фаза, ако по-рано от нея получава положителната си максимална
31
стойност. И обратно — ако по-късно получава положителната си
максимална стойност, тя закъснява спрямо нея.
б. Изобразяване на синусоидалиите електрически •
величини чрез вектори
За удобство и простота ще въведем символичен начин за
изобразяване с вектори. Вместо да се-изобразява графично сину-
соида, начертава се само една отсечка в мащаб, равна на макси-
Фиг. 3.4. Изобразяване на променлива електрична величина с въртящ се
вектор
малната или на ефективната стойност. Тази отсечка-вектор се
върти с ъглова скорост, равна на ъгловата честота, в посока,
обратна на часовниковата стрелка. Проекциите й върху оста у
представляват моментните стойкости на величината (фиг. 3.4).
Те обикновено не ни интересуват, затова фиксираме вектора не-
подвижен.
Ако трябва да съпоставяме различии електрични величини,
свързани помежду си с определени зависимости, най-добре е да
ги изобразим като вектори с обща прилежна точка. Обикновено
единият вектор се начертава хоризонтален, а всички останали се
начертават в такова положение, което отговаря на фазовата им
разлика спрямо него. При векторното изобразяване дефазнра-
вею във време се превръща в ъгъл. На дефазиране с една чет-
върт от периода отговаря ъгъл ~ Двете е. д. н. от фиг. 3.3 се из-
образяват като два взаимно перпендикулярни вектора (фиг. 3.3 в).
Векторното изобразяване е много удобно, когато се налага да
се събират напрежения или токове. Използуват се познати прави-
ла за събиране на вектори — правило на успоредника или три-
ъгълника, когато са два, и правило на многоъгълника, когато са
повече от два. При събирането се получава ефективната стойност
на резултантната величина, а положението на вектора определи
дефазирането му спрямо другите вектори. Фазовата разлика се
бел ежи с
32
3.3. ВЕРИГИ С ЕДНО СЪПРОТИВЛЕНИЕ
Електрическата верига за променлив ток съдържа същите
елементи като тази за постоянен ток — източник на променливо
напрежение, консуматор, съединителни проводники, прекъсвачи,
предпазители, измерителни апарати и др. В схемите по-нататък
източникът ще го заменим с мрежово напрежение. Затова няма
да ни интересува е. д. н. на източника и неговото съпротивление.
Мрежата поддържа постоянно по-ефективна стойност напре-
жение.
Но тъй като токът е променлив, магнитното поле, което той
създава, също е променливо и непрекъснато ще възниква е. д. н.
на самоиндукция. Особено силно ще се проявява то, ако във
веригата има включени бобини и намотки с феромагнитни сър-
цевини. От друга страна, кондензатор, включен в променливо-
токова верига, не прекъсва веригата, а непрекъснато се зарежда
и разрежда. Поради тези две причини явленията в електрически-
те вериги за променлив ток са по-сложни. Налага се при всяка
верига да си изясним следните три въпроса:
1. 1\аква е фазовата разлика между подаденото напрежение
и тока във веригата?
2. Каква е връзката между ефективните стайности на тока
v напрежението? (закон на Ом за ефективните стойности).
Какой са мощностите във веригата?
3.3.1. Верига с активно съпротивление
Това е верига, в която няма включен кондензатор или боби-
на и за която можем да пренебрегнем самоиндукцията. Такава
верига реално съществува и тя се образува от консуматори, кон-
то представляват нагревателни елементи и в конто електрическата
енергия се превръща изцяло в топлина (или в топлина и светли-
на). Независимо че под действие на променливото напрежение
електроните се движат ту в една, ту в друга посока, топлина се
отделя през целия период. За такива консуматори казваме, че
притежават активно съпротивление и при честота f=50 Hz с
достатъчна точност можем да го изчислим по познатата формула
Я=р/-
* 1 лектроняка с снов, на електр.
< АИЧНА>
i » ЙСлИО ГЕКА
33
а) Фазова раз.чика между напрежението истока
и връзка между ефективните стойкости
на тска и напрежението
Тъй като подаденото напрежение е синусоидално, токът също
ще бъде синусоидален и ще следва неговите изменения. Ако ги
изобразим графично, виждаме, че те са едновременно нула и
Фиг. 3.5. Верига с активно съпротивление. Графично и векторно изобразя
ване на тока и напрежението
едновременно максимални (фиг. 3.5). Затова като вектори те
съвпадат. Във верига с активно съпротивление токът и напреже-
нието съвпадат по фаза (ср=О).
Когато и—U*, то i=Iu
I
R-
Като разделим на ^2 се получава връзката между ефективните
4 _t/M/V2 ______________, и .
стоиности: -------— —*7 — —
72 R 'kR
6) Мощности
Тъй като напрежението и токът са променливи, то мощност-
та също ще бъде променлива:
p—u.i—UuJsinw4/„ sirico/.
34
По-добре е да я изобразим графично (фиг. 3.6.) Графиката на
мощността е само положителна, което означава, че консуматорът
само приема енергия от
топлинна енергия. При
изчисленията тази про-
менлива мощност се за-
мени с постоянна мощ-
ност, която представл fl-
ea средната стойност на
моментната мощност:
P=U ./, W.
Както забел язвате,
формул ите, конто полу-
чихме, по нищо не се
различават от формули-
те, конто използуваме
источника (мрежата) и я превръща в
Фиг/3.6. Мощност във верига с активно со-
противление
при постояннотокова ве-
рига.
3.3.2. Верига с индуктивно съпротивление
Нека консуматорът представлява бобина, на която ще прене-
брегаем активного съпротивление (фиг. 3.7 а). Това е възможно
само при теоретична постановка, защото бобината е изработена
Фиг. 3.7. Верша с индуктивно съпротивление. Векторна диаграма
от проводник, който има определено съпротивление. Да се опи-
таме чрез разсъждения да разрешим трите осиовни въпроса.
3S
а) фазова разлика между напрежението и тока
Под действие на приложеното променливо напрежение през
бобината ще протича променлив ток, конто създава променливо
магнитно поле. Бобината ще обхваща собственна си променлив
Фиг, 3.8. Графики на тока, е. д. н. на самоиндукция и напрежението при
верига с Хь
магнитен поток и в нея непрекъснато ще се индуктира е. д. н.
на самоиндукция. По големина то зависи от скоростта на изме-
нение на тока, а посоката му се определи чрез закона на Ленц.
В първата четвърт от периода токът нараства, а е. д. н. eL ще
има обратна посока, за да пречи на нарастването му — графиката
му ще бъде под абсцисната ос, т. е. отрицателна (фиг. 3.8). Ко-
гато токът е максимален, е. д. н. ще бъде нула, защото изме-
нение™ на тока е най-бавно. А когато токът е около нулата,
е. д. н. ще бъде максимално, защото изменението му е най-бързо.
През следващата четвърт от периода токът намалява, но запаз-
ва посоката си. Е. д. н. на самоиндукция смени посоката си и
пречи на намаляваието на тока. Направете сами разсъжденията
за третата и четвъртата четвърт от периода. Очевидно е, че е. д. н.
на самоиндукция не съвпада по фаза с тока, а е дефазирано спря-
мо него с една четвърт от периода, като изостава от него. Но
защо ни интересува eL ? Съгласно втория закон на Кирхоф за
тази верига можем да запишем
u+eL =0(z7?-=0)—ш= — eL.
36
Във всеки момент приложеното напрежение ще бъде равно но
големина, но противно по посока на Q . Да изобразим величини-
тс векторно. Напрежението U изпреварва с ъгъл tiEl (фиг. 3.7 б).
Така по косвен път откриваме, че между тока и напрежението има
фазова разлика <р=-к-> като токът изостава спрямо напрежението
с една четвърт от периода.
б) връзка между ефективните стойности
на 1 и U (закон на Ом за ефективните стойнссти)
Тъй като приехме, че Д=0, формално бихме стигнали до из-
вода, че токът ще получи безкрайно голяма стойност, но това не
става. Токът пол^чава стойност, която зависи обратно пропор-
ционално от честотата и коефициента на самоиндукция на боби-
ната. Това е логично, защото колкото w и £ са по-гслеми, толко-
ва по-голямо е Ст и толкова повече пречи на измененията на тока,
затова той е по-малък. Следователно
l~u>L ~XL'
Xt=aL се нарича индуктивно съпротивление на бобината и
има измерителна единица Й, защото е отношение между напре-
жение и ток. Произведение™ от тока и индуктивного съпротив-
ление се нарича индуктивен пад — IXL .
в) мощност и
Ще изобразим пак графиката на моментната мощност. като
използуваме графиките на напрежението и тока (фиг. 3.9). Ко-
гато напрежението или
Виждаме, че моментна-
та мсщност е сину-
соида с двойно по-голяма
честота. В първ ата и
третата четвърт от пе-
риода, когато токът рас-
те, мощността е поло-
жителна, бобината при-
ема енергия от мрежа-
та. Тази енергия се
натрупва в нейното
магнитно поле. През
втората и четвъртата
четвърт от периода то-
кът намалява, мощност-
та е отрицателна — бо-
токът е нула, мощността също е нула.
и,1,р
Фиг. 3.9. Мощност във верига с индуктивно
съпротивление
37
бината играе ролята на източник и връща същото количество
енергия на мрежата. Полезна мощност в смисъл на нревръщане
на енергията в друг вид няма, тя е равна на нула. Максимална-
та стойност на моментната мощност се нарича реактивна мощ-
ност (индуктивна). Бележи се с Q и се измерва във волтампер
реактивен VAr.
3.3.3. Верига с капацитивно съпро» явление
(с кондензатор)
Ако се включи кондензатор към постоянно напрежение. то
той се зарежда и протича ток кратко време, докато напрежение-
то на изводите на кондензатора стане равно на приложеиото
напрежение. Зарядът, който преминава и се натрупва върху пло-
чите му, е пропорционален на напреженнето: q—CU, където С е
капацилгетът на кондензатора.
Но при включване на кондензатора към променливо напреже-
ние зарядът върху плочите му непрекъснато се изменя. Това
означава, че между източника и плочите му непрекъснато се
движат електрони ту в едната, ту в другата посока, т. е. проти-
ча променлив ток:
1 U ’
където Д</ е промяната на заряда върху плочите;
At — времето, за което става тази промяна.
а) фазова разлика между напреженнето и тока
Съгласно горната формула токът по големипа завися от това,
колко бързо се изменя зарядът. А зарядът следва изменението
на напрежението. Да разгледаме по-подробно какво става в от»
делните четвъртинки на периода (фиг. 3.10). В първата четвърт
от периода напрежението и зарядът растат, кондензаторът се за-
режда, ток тече от плюс към минус, а електроните се движат об-
ратно — от плочата, свързана с плюса, се изсмукват електрони и
тя се наелектризира положително. А на другата плоча се натруп-
ват електрони и тя се наелектризира отрицателно. Токът е най-
голям в началото, защото Aq е най-голямо (д и и се изменят най-
бързо около нулевата си стойност), а намалява, когато те се при-
ближават към максималните си стойкости, защото тогава Aq е
малко.
Във втората четвърт от периода, когато напрежението започ-
не да намалява, кондензаторът започва да се разрежда, токът
сменя посоката си, електроните се движат в обратна посока.
Плочите се отелектризират и когато [7=0, кондензаторът е на*
пълно разреден. Но в този момент С7 сменя посоката си и под
38
пегово действие електроните продължават да се движат в сыцата
посока, като кондензаторът се зарежда с противоположна по-
лярност на плочите, а токът тече в сыцата посока. В четвър-
Фиг. 3.10. Пронеси на зареждане и разреждане на кондензатор при включ-
ването му към променливо напрежение
тата четвърт от периода U започва да намалява и кондензаторът
отново се разрежда. Токът сменя посоката си.
От съвместното построяване на двете графики е очевидно, че
Фиг. 3.11. Верига с капацитивно съпротивле-
ние. Векторни диаграми
токът и напрежението не съвпадат по фаза. Токът по-рано по-
лучава положителната си максимална стойност, т. е. токът из-
39
преварва напрежението с една четвърт от периода. Ако ги изг-
образим като вектори, между тях ъгълът е (фиг. 3.11).
б) връзка между ефективните стойиости
на тока и напрежението
Когато честотата на приложеното напрежение е по-голяма*
токът ще бъде по-голям, защото за единица време повече заряди
ще преминават през напречното сечение на проводи иците. Кол ко-
то капацитетът на кондензатора е по-голям, толкова токът ще
бъде по-голям, защото зарядът q е пропорционален на капаците-
та. Затова
I=v)CU,
което може да се напише и така:
, U _ U , „ _ 1
1 ~ХС лс~<£-
и>с
Изразът в знаменателя се нарича капацитивно съпротивление,
бележи се с Хс и има измерителна единица Q, защото може да
се представи като отношение между напрежение и ток. Произ-
ведение™ от тока и капацитивното съпротивление се нарича
капацитивен пад — 1Хс
в) мощност I)
Както във веригата с индуктивно съпротивление, можем да
получим графиката на моментната мощност. Начертайте я сами!
Тя е пак синусоида с двойно по-голяма честота. Когато напре-
жението расте, кондензаторът се зарежда, мощността е положи-
телна, а той приема енергия от мрежата, която се натрупва в
електрическото поле между плочите му. Когато напрежението
намалява, кондензаторът се разрежда, мощността е отрицателна,
той връща същото количество енергия на мрежата. Полезната
мощност е нула и в тази верига максималната стойност на мо-
ментната мощност се нарича реактивна мощност (капацитивна).
3.4. ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕРИГИ ЗА ПРОМЕНЛИВ ТОК
С ПОСЛЕДОВАТЕЛНО СВЪРЗВАНЕ ПА АКТИВНО, ИНДУКТИВНО
И КАПАЦИТИВНО СЪПРОТИВЛЕНИЕ
Всички реалии вериги можем да представим като последова-
телно, паралелно или смесено евързване на R, Xl и Хс и да ги
разглеждаме като съставени от веригите, конто току-що изучих-
ме. Най-удобно е да се изобразяват величините векторно. При
последователно евързване за хоризонтален вектор се приема
40
токът, защото веригата е неразклонена и токът навсякъде е един
и същ в даден момент, а спрямо него се определи положението
на останалите величини като вектори. Тази постановка ни дава
възможност да изградим векторна диаграма, като използуваме
изводите от веригите с едно съпротивление.
3.4.1- Последователно евързване
на активно и индуктивно съпротивление
Така може да се представи всяка реална бобина (фиг. 3.12 а).
а) фазова разлива между напрежението н тока
Във веригата се получават два пада. Активният над съвпада
по фаза с тока, както във верига само с активно съпротивление.
Затова го начертаваме като вектор да съвпада с тока. Индуктив-
Фиг. 3.12. Верига с активно и индуктивно съпротивление, евързани после-
дователно. Векторна диаграма
л
ният пад е дефазиран на ~2 от тока и затова го начертаваме под
прав ъгъл спрямо вектора на тока, както при верига с индуктив-
но съпротивление. По правилото на триъгълника събираме двата
пада и получаваме приложеното напрежение. Виждаме, че между
тока и напрежението има фазова разлика, която е по-голяма от
пула и по-малка от ~ , като токът изостава от напрежението.
б) връзка между ефективните стойкости
на тока и напрежението
Получава се триъгълн ик на напреженията (фиг. 3.12 6), на
който двата катета са падовете на напрежение, а хипотенузата е
приложеното напрежение. Съгласно Питагоровата теорема можем
да напишем
41
Но тъй като U&=1.R n:UL=IXL, след заместването опреде-
лимо стойността на тока
U=JPR'+PXI=IJR2+Xl = IZ-^I=
V,
^"VF
R= -PQ.
/
Р- UaJ
Фиг. 3.13. Триъгълник на съпротивленията и триъгълник на мощное тит
Изразът в знаменателя се бележи с Z и се нарича пълно (при-
видно) съпротивление на веригата. Груба грешка е да се опреде-
ли пълното съпротивление, като се съберат различии по вид съ-
противления.
Пример. R=3 =4QZ#3+4^7S_Z=V32+4! = 5lQ.
Ако разделим триъгълника на напреженията на тока, получа-
ваме триъгълник на съпротивленията (фиг. 3.13 с) със страни,
съответно равни на:
От този триъгълник може да се определи
Z=>jRa+)PL; cos)j>== - z ; sin <p= J •
Виждаие, че фазовата разлика q> зависи само от съотношението
между съпротивленията на веригата.
в) МОЩНОСТИ
Ако страните на триъгълника на напреженията се умножат
по тока, се получава триъгълник на мощностите (фиг. 3.13 б).
Страните му са:
P=Ut.I\ q=^ul.i-, s—u.i-,
42
ё-—cos —U .I'i cos <p; -y-=sin <p—=U«/.sin <p.
Хипотенузата на тр ьгълника S—UI се нарича п ълна мощ-
ност на веригата и се измерва във волтампер VA, kVA, MV А.
Реалният кондензатор може да се представи като последова-
гелно свързване на активно и капацитивно съпротивление. Опи-
тайте се да направите в същия ред разсъждения и изводи за така-
н.1 верига!
3.4.2. Последователно свързване на активно, индуктивно
и капацитивно съпротивление
а) фазова разлика между напрежението и тока
А сега да свържем трите елемента последователно (фиг. 3.14 а)
и да построим вектор на диаграма. Активният пад съвпада с хо-
ризонталния вектор на тока, но другите два пада UL и IIс са де-
фазирани спрямо тока, като UL изпреварва тока с а 17с из»
остава оттока с —• Затова между двата пада фазовата разлика
е 180* (л). Ясно е, че при векторного събиране ще има частичка
Фиг. 3.14. Последователно свързване на активно, индуктивно и капацитивно
гъпротивление
•) електрическа аерига; О) вектараа диаграма ври Хд >Хс ; в) кекториа диаграма при
43
или пълна компенсация между тях. Да построим векторната диа-
грама, ако Х^е по-голям от Хс , от което следва, че индуктив-
ният пад е по-голям от капацитивния (фиг. 3.14 б). Редът на
събирането на векторите нека бъде следният: от края на вектора
на активния пад нанасяме вектора на по-големия, в случая индук-
тивния пад, от неговия край нанасяме (пренасяме го успоредно)
вектора на капацитивния пад. Началото на първия вектор свър-
зваме с края на третий вектор. Получаваме вектора на подадено-
то напрежение. Полученнят триъгълник на напреженнята има за
катети активния пад и разликата от индуктивния и капацитив-
ния пад. От векторната диаграма правим извода, че между U и
/ ще има фазова разлика, както във верига с R и Хс • Постройте
сами векторна диаграма, ако XL<Xc, и векторна диаграма, ако
XL=XC (фиг. 3.14 в).
б) връзка между ефективните стойности
иа тока и напрежението
От триъгълника на напреженнята (фиг. 3.14 6) следва, че
7/=^+(Ь^с)а-
Като заместим всеки пад с произведението от тока и съответ-
ното съпротивление, получаваме
и=JPR*+(JXL -ixcy=I jrz+(xl-xc)\
от което следва, че
J и и
~ ~ Z
в) мощности
Ако построим триъгълника на мощностите, получаваме същи-
те формули за активната, реактивната и пълната мощност, както
във верига с активно и индуктивно съпротивление:
P=UI cos(p, W; Q—U 7sin<p, VAr; S=(7/, VA,
x___________________x
само че sin <p— ---g-c-.
3.4.3. Резонанс на напрежения
За всяка верига, в която има индуктивно и капацитивно съ-
противление, може да се определи собствената честота на верига-
та по формулата
44
1
w = .
Vic
При тази честота индуктивного съпротивление е равно на ка-
пацитивното съпротивление и затова пълното съпротигпение е
равно само на активного съпротивление:
Z= +(^l-Ac)3 = >^+0=/?.
Токът във веригата става най-голям, защото съпротивлението
на веригата е най-малко:
Това състояние на веригата при последователно свързване се
иарича резонанс на напрежения. Ако кондензаторът се зареди
еднократно и веригата се остави без захранване от външен из-
точник, в нея настъпват свободно затихващи колебания. Понеже
има активно съпротивление, енергията постепенно се превръща в
топлина. Но ако веригата се захрани с напрежение, чиято често-
та е равна на собствената честота на веригата, то тя ще изпад-
не в резонанс с това напрежение и колебанията ще бъдат при-
нудителни — незатихващи. В това състояние на веригата между
напрежението и тока няма фазова разлика (фиг. 3.14 в), както
при верига само с активно съпротивление. От мрежата се консу-
мира само активна енергия, която се превръща в активного съ-
противление в топлина. Между магнитното поле на бобината и
електрическото поле на кондензатора се обменя реактивна енер-
гия, (източникът не участвува в обмяната на реактивна енергия
освен еднократна порция за зареждане на кондензатора).
Възникването на резонанс в електрическа верига, която не е
начислена да работа в условия на резонанс, може да бъде опас-
но. Защо? От една страна, токът нараства и може да се окаже
необикновено голям и да се отдели много топлина. От друга стра-
на, ако реактивните съпротивления са много големи по стойност,
реактивните падове също ще бъдат много големи и на изводите
на бобината и кондензатора ще се получат големи напрежения,
въпреки че подаденото напрежение е малко. Те могат да предиз-
викат пробив в изолацията на бобината или пробив през диелек-
грика на кондензатора. Затова собствената честота на веригата
трябва да е различна от честотата на захранващото напрежение.
42
3.5. ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ВЕРИГИ ЗА ПРОМЕНЛИВ ТОК
С ПАРАЛЕЛНО СВЪРЗВАНЕ НА АКТИВНИ
И РЕАКТИВНИ съпротивления
Нека свържем паралелно на бобина кондензатор и се опита-
ме да начертаем векторна диаграма за веригата (фиг. 3.15 а). За
първия клон всичко е известно — това е верига, която разгле-
Фиг. 3.15. Верига с паралелно евързване клонове. Векторна диаграма
дахме и за която чертахме векторна диаграма. Тъй като за два-
та паралелни клона напрежението е едно и също, ще го изобра-
зим като хоризонтален вектор. Токът 1г през бобината изостава
на ъгъл (рг от напрежението. Големината на този ъгъл завися от
съотношението между Я и Xl на бобината. Ако R е малко, а Х/л
е голямо, ъгълът е голям. През кондензатора под действие на
приложеното напрежение протича ток, който изпреварва с-£- на-
прежението Съгласно първия закон на Кирхоф общият ток е ра-
вен на геометричната сума от двата тока. Понеже сме ги изобра-
зили вектор но, имаме право да ги съберем векторно. Получа-
ваме ефективната стойност на общия ток (фиг. 3.15 б). Забеляз-
ваме, че той е дефазиран на по-малък ъгъл <р спрямо напрежение-
то. Кондензаторът поради противоположното влияние върху де
фазирането намалява ъгъла ф. Чрез подходящ подбор на капаци-
тета на кондензатора може да се измени големината на капаци-
тивния ток и е възможно общият ток да съвпадне по фаза с на-
прежението, т. е. по отношение на мрежата веригата е равностой-
на на верига само с активно съпротивление. Това състояние на
веригата се нарича резонанс на токове.
Тъй като намотката на един асинхронен двигател може да се
представи като последователно евързване на 7? и Хд , то винаги
токът през нея ще изостава спрямо напрежението на мрежата,
към която е включен двигателят. Можем да то определим по го-
лемина от формулата за активната мощност:
46
P=UI cos <p—>/= .. P .
T U cos^
При постоянна стойност на Р токът ще бъде обратно пропор-
ционален на cos <р. При малък cos <р токът ще бъде голям и в
проводниците, конто захранват двигателя, ще се получи голям
пад и големи загуби на енергия:
Д/’=/э7?пр,
където
7?пР е съпротивлението на проводниците.
Паралелно включеният кондензатор увеличава cos ф и по то-
ги начин токът намалява, намаляват и загубите на електрическа
«нергия.
3.6. ВЪПРОСИ ЗА САМОПРОВЕРКА
1. Каква е връзката между скоростта на въртене1 п на рамка
в магнитно поле и честотата на индуктнраното е. д. н.?
2. Защо о се нарича ъглова честота?
3. Колко е голямо Т, ако /==1000 Hz?
4. Изобразете векторно два синусоидални тока, между конто
има фазова разлнка=<р-^~. Съберете ги векторно! Направете съ-
щото, ако ф= и ако ефективните стойкости на двата тока са
Z1=72=10A. На колко е равна ефективната стойност на резул
татния ток?
5. Защо индуктивного съпротивление е право пропорционал-
ио на честотата, а капацитивното е обратно пропорционално на че-
стотата?
6. Колко е фазовата разлика между напрежението и тока при
резонанс на напрежения? Ако /7=220 V, а 7=10 А и веригата
е в резонанс, изчислете мощностите!
7. Какви измерителни единнци имат трите мощности — актив-
ната, реактивната и пълната?
8. Кога пълната мощност е равна на активната мощност?
1 Съгласно БДС 3952—73 и в съответствие с Между на родната система нз-
ыернтелни единнци (СИ) вместо велнчнната скорост на въртене (об/s, съот-
ветно об/min) се използува честотата на въртене s~1 (секунда на минус първа
степей — честотата на равномерно въртене, при която за време 1 s тялото
прави един оборот). Например скоростта на въртене 100 об/к съгласно новия
стандарт ще се запише — честота на въртене 100 s~1 или 1 OOys.
47
ЧЕТВЪРТА ГЛАВА
ТРИфАЗЕН ПРОМЕНЛИВ ТОК
Сьздател на трифазната система е руският инженер и учен
М. О. Долнво—Доброволски. Той разработва трифазния гене-
ратор, трифазния трансформатор, трифазния двигател и осъщест-
вява за първи път пренасяне на електрическа енергия чрез три-
фазна линия с високо напрежение.
4.1. ПОЛУЧАВАНЕ НА ТРИФАЗНА^СИСТЕМА ОТ Е.Д.Н.
Предстанете си, че вместо една навивка в постоянно магнит-
но поле се въртят три навивки или бобини, конто са разположени
върху обща част (ротор), но така, че осите им да са изместени ед-
2 .
на спрямо друга на (120°) (фиг. 4.1). Какви е. д. н. ще се ин-
дуктират в тях? Знаете, че те ще бъдат синусоидални напреже-
ния, с една и сыца честота, защото се въртят с една и съща ско-
рост. Техните максимални стойкости също ще бъдат равни, защо-
то зависят от едни и същи величини. А щом максималните стой-
кости са равни, ефективните стойкости също ще бъдат равни. Ще
се различават ли по нещо едно от друго тези три напрежеиия?
Нека ги изобразим съвместно графично (фиг. 4.2). Очевидно ег
трифаз на система от е.д. и, система
че те няма да получават в един
сималните си стойности, т. е. те
спрямо друго с х/3 от периода.
и същ момент нулевите си и мак-
ще бъдатфазово изместени едно
Как ще се изменят стойкое тите
48
на индуктираното напрежение за едно пълно завъртане на всяка
навивка? Проследете!
Намотките, в конто се индуктират тези три напрежения, се
наричат фази — фаза А, фаза В и фаза С. Началата на намотките
Фиг. 4.3. Векторна Фиг. 4.4. Несв7>рзана трифазна система
диаграма на е. д. н.
се отбелязват с началните главки буква А, В и С, а краищата —
с последните малки букви х, у, г. Тези три е. д. н. образуват сн-
метрична трифазна система.
Симетричната трифазна система се състои от три електродви-
жещи напрежения с равни максимални и ефективни стойкости, с
една и сына честота, но дефазирани помежду си с една трета от
периода — 120° (-*).
Удобно е да се изобразят векторно (фиг. 4.3).
Ако за произволни точки съберем ординатите на трите напре-
жения, винаги ще получаваме, че тяхната сума е нула. В това се
изразява основного свойство на всяка симетрична система от на-
прежения или токове.
Сумата от моментните стойности на величините е равна на
нула:
ел+^в+^с = 0-
Ако към всяка фаза се свърже консуматор, се получават три
отделни електрнчески вериги (фиг. 4.4). Следователно за пренася-
не на електрическата енергия до консуматорите се използуват
шест проводника. В зависимост от вида на консуматорите токо-
вете ще бъдат дефазирани на различен ъгъл от съответните на-
прежения. Определете за дадената на фиг. 4.4 диаграма какъв
характер — активен, индуктивен или капацитивен, ще имат вери-
гите. Такава трифазна система се нарича несвързана. Тя не се
използува, защото е неикономична. Обикновено трите фази на
генератора се свързват електрнчески помежду си.
4 Електротехннка с основ, на елека.
49
4.2. СВЪРЗАНА ТРИФАЗНА СИСТЕМА
4.2.1. Трифазна система, свързване в звезда
Ако краищата на трите фази на генератора се свържат в об-
ща точка, се получава свързване, наречено звезда — Y (фиг.
4.5). От началата А, В и С се извеждат проводници, наречени ли-
Фиг. 4. 5 Трифазна система на свързване в звезда
яейни/а бттобщата точка, наречена нулева, се извежда нулев про-
водник. От фиг. 4.4 се вижда, че нулевият проводник замени три
проводника. Обикновено нулевата точка се заземява, нейният
потенциал е равен на потенциала на земята (приет за нула) и
затова тя се нарича нулева, а проводникът — нулев. Тази три-
фазиа система е четирипроводникова. При това свързване се по-
лучават две различии по стойност напрежения. Да видим защо.
Ако свържем волтметъра между нулевия проводник и който и да
й от линейните проводници, той ще измерва напрежението, което
създава съответната фаза, затова то се нарича ф а з о в о — (7ф.
Ако свържем обаче волтметъра между кои да са два линейни про-
водника, то той ще измерва напрежение, което се образува от
две фазови напрежения. Това напрежение се нарича л и н е й н о.
Тъй като помежду си двете фази са свързани последователно,
но край с край (а това отговаря на свързване на постоянногоко-
ви източници „+“ с „+“ или „—“ с „—“), линейного напреже-
ние във всеки момент е равно на разликата между двете фазови
напрежения, конто садефазирани едно спрямо друго на 120°.
Лесно се установява, че <7Л= \/3 f/ф (ако £7ф==220 V, Дл=330
V). Посочете сами как трябва да свържем волтметъра, за да из-
мерим другите две фазови и две линейни напрежения! Възмож-
ността да се получат две различии по стойност напрежения е пре-
димство на свързването в звезда.
Ако към всяка фаза свържем консуматор, ще протекат три
тока. Токът, който тече през фазата на генератора и през съответ-
ния консуматор, се нарича фазов ток /ф,а тскът, който тече по
S0
линията — линеен ток 1Л. Очевидно е, че при това свъ рзване
фазовият ток е равен на линейния.
През нулевия проводник също тече ток, който ще бележим с
/0. На колко е равен този ток? Ако за нулевата точка приложим
първия закон на Кирхоф, ще получим, че токът през нулевия
проводник във всеки момент е равен на сумата от трите фазови
тока. Ако трите консуматора са напълно еднакви, например три
крупней с една и съща мощност, тогава трите фазови тока ще бъ-
дат с равни ефективни стойкости с една и съща честота, но ще бъ-
дат фазово изместени един спрямо друг с една трета от периода
(обяснете сами защо!). Тогава тези три тока образуват симетрич-
на трифазна система от токове и за нея важи основното свойство,
а именно 1л-Нв4-т’с =0. Следователно през нулевия проводник не
тече ток, той е излишен и вместо четири проводниците стават три.
Това е възможно при далекопроводите с високо напрежение за
пренасяне на електрическа енергия.
Трифазната мрежа, която използуваме, е четирипроводникова
с f/(i>=220 V и Uл=380 V, защото не е възможно да осигурим
едновременно включване на всички консуматори. През нулевия
проводник минава ток, който е по-малък от фазовия ток и зато-
ва сечението на нулевия проводник е по-малко от сечението^на
линейния проводник.
4.2.2- Трифазна система, свързване в триъгълник
Ако краят на първата фаза х се евърже с началото на втора-
та фаза В, краят на втората у с началото на третата С и краят
на третата z с началото на първата А, се получава затворена елек-
Фиг. 4.6. Трифазна система свърз-
ване в триъгълник
Фиг. 4.7. Линейни и фазови токор
при свързване в триъгълник
трическа верига от последователно евързани три източника, тъй
като всяка фаза е източник на е. д. н. От общите точки А, В и С
се извеждат три линейни проводника. Това свързване се нарича
61
триъгьлник (фиг. 4.6) — А. Както се вижда, то е трипроводни-
ково. Ако включим волтметъра между конто и да са два линейни
проводника, то той щеизмерва напрежението на коя и да е от
трите фази. Затова Un — U^. Като се включат коисуматори, про-
точат фазови и линейни токове, конто очевидно не са равни.
Защо? Наличието на възлови точки А, В и С, в конто се пресичат
три проводника, по конто текат две фазови и един линеен ток,
обяснява това. Като се използува първият закон на Кирхоф
за коя и да е възлова точка, лесно се установява, че линейният
ток във всеки момент е равен на разликата от двата фазови тока
(фиг. 4.7). Връзката между ефективните стойности на фазовия и
линейния ток е /л=\/3 /ф.
4.3. СВЪРЗВАНЕ НА КОИСУМАТОРИ
КЪМ ТРИФАЗНА МРЕЖА. МОЩНОСТИ
Обикновено в електротехническата практика фаза наричаме
не само съОтветната намотка, но и линията, която излиза от нея,
и консуматорът, включен към нея.
За осветителни и битови нужди консуматорите — електриче-
ски крушки, перални машиии, електрически печки, бойлери, вен-
тилатори, прахосмукачки и др., се изработват за номинално на-
прежение [/„=220 V и се включват между линеен и нулев провод-
ник. (Между фаза и нула, както обикновено се казва). В пред-
приятията обаче се използуват трифазни асинхронни двигатели,
трифазни синхронии двигатели, трифазни индукционни или съ-
противителни пещи, конто се включват към трифазната мрежя,
кат0 предварително трите им намотки или съпротивления се
свързват помежду си в звезда или в триъгьлник (фиг. 4.8).
За еднофазни коисуматори токът се изчислява, както при
. г ^Ф
еднофазна променливотокова верига: /ф= , ако консуматорът е
свързан между фаза и нула, както обикновено. За трифазен кон-
суматор, свързан в звезда, изчисляване се правй само за едната
фаза:
/ф=2*; 4=/ф-
За трифазен консуматор, свързан обаче в триъгьлник, фазо-
вият ток се изчислява по формулата /ф=-л» защото всяка фаза на
Иф
трифазния консуматор е свързана към линейното”напрежение на
мрежата. Линейният ток се изчислява по формулата /л =\/3 /ф-
Ако трифазната система е равномерно натоварена, то от вся-
ка фаза ще се консумира една и съща мощност. За да намерим
общата мощност, достатъчно е да умножим по три мощността
52
.на едната фаза. Тогава активната, реактивната и пълната мох-
мост могат да се начислят ко следните формулн:
Р=3(7ф/ф cos<p; ф=3£/ф/ф sin у; 5=3ф/ф.
«Фиг. 4 8. Свьрзване на ко нсуматори към трифазна мрежа
Вместо тези формулн в наръчницнте по електротехника могат
да се срещнат формулите
Р=\/3 £А/Л cos?; Q = \l3 Unln sin?; U„In.
Те се получават от първите, като фазовнте стойности се замес-
тят със съответннте линейни стойности при звезда или при три-
ъгьлник. Заместете тези стойности в първите формули и получе-
те вторите! Ако консуматорите са с различна мощност, то поот-
делно се изчисляват мощностите за всеки от тях и след това се
сумират.
4.4. ВЪРТЯЩО СЕ МАГНИТНО ПОЛЕ
Ако през бобина (намотка) тече постоянен ток, създава се маг-
нитно поле, което с течение на времето не се изменя. Силовите
линии запазват направление™, посоката и гъстотата си. Такова
магнитно поле наричаме постоянно. То може да бъде еднородно
и разнородно.
Ако токът през бобината е променлив (i = /Msinw/), магнитното
поле също ще бъде променливо и в течение на времето ще се из-
меня по големина и по посока. Когато токът е нула, няма да
има магнитно поле, когато токът е максимален, то ще бъде мак-
симално, когато токът смени посоката си, ще се смени и посо-
ката на силовите линии на магнитното поле съгласно правилото
53
на свитите пръсти на дясната ръка. Такова магнитно поле се на-
рича пулсиращо. То запазва направлението си, а се измена по
големина и по посока. Следователно една намотка създава или
постоянно, или пулсиращо магнитно поле. Ако завъртим един по-
стоянен магнит около ос, ще се получи друго магнитно поле, кое-
то не е нито постоянно, нито пулсиращо. Как да го наречем?
По големина то остава постоянно, но непрекъснато се измени на-
правлението на силовите линии, те се въртят с такава скорост,
с каквато ние въртим постоянен магнит. Можем да го наречем
въртящо се магнитно поле. Възможно ли е то да се получи не
чрез въртене на постоянен магнит, не за сметка на изразходвана
механична енергия, а за сметка на електрическа енергия на то-
кове, конто протичат през неподвижна бобини?
4.6.1« Въртящо се магнитно поле от двуфазен ток
Ако разположим две навивки под прав ъгъл (фиг. 4.9) и ги
захрапим с токове, конто съвпадат по фаза, резултатното маг-
нитно поле ще бъде пулсиращо, защото двата тока одновременно
волучават нулевите си и максималните си стойкости. Да захра-
ним навивките с токове, фазово изместени един спрямо друг с
една четвърт от периода (фиг. 4.10). Нека да разгледаме два мо-
Фиг. 4.9. Въртящо се магнитно поле, създадено от две навивки
мента 4 и 4- Когато токът в навивката тече от началото към
края й, ще приемем, че е положителен, а когато тече от края към
началото — отрицателен. В момента 4 токът в навивка В е
нула, тя не създава магнитно поле, а в навивка А е максимален
и създава магнитно поле, чиято посока бпределяме с правилото на
свитите пръсти на дясната ръка. Силовите линии са хоризонталнп
(фиг. 4.9 а}. За втория момент направете разсъжденията сами.
Силовите линии на полученото поле са вертикални (фиг. 4.9 б).
Следователно за време, равно на една четвърт от периода, маг-
ait(t)
Фиг. 4.10. Графики на токовете в двете навивки
л
нитните силови линии са се завъртели на ъгъл %.
Можем да направим извода, че за един период силовите линии
ще се завъртят на ъгъл 2 л. Следователно, за да се получи вър-
тящото се магнитно поле, е необходимо:
а) осите на намотките да не съвпадат, а да сключват помеж-
ду си ъгъл;
б) токовете през намотките да бъдат дефазирани във времето.
4.6.2. Въртящо се магнитно поле от трифазен ток
Сега да опитаме с три неподвижнп намотки, като изпълним
гор ните две условия. За симетрия трите навивки (в действител-
ност това са три намотки) са изместени една спрямо друга на
ъгъл (фш 4.11). Да ги свържем към трифазна мрежа. Гоко,
вете, конто ще протекат през тях, ще бъдат фазово изместени
един спрямо друг с една трета от периода (фиг. 4.12). Ще раз-
гледаме няколко момента — Щ /2, /3, за конто е характерно, че
токът в една от навивките е нула, а в същия момент в другите
две текат равни токове в противоположни посоки.
В момента токът в навивката А е равен на нула, но в дру-
гите две навивки текат равни токове. Токът iB е отрицателен, те-
че от края към началото на навивката, а в същия този момент
токът 1С тече от началото към края на навивката — той е поло-
жителен. Двете навивки създават резултатно магнитно поле, чии-
то силови линии са вертикални. Определяме ги пак с правилото
Z АИЧНд > 56
(ВИбАИОТЕКА)
на свитите пръсти на дясната ръка (фиг. 4.11 а). Направете сами
разсъжденията за момента t2 и момента А (фиг. 4.11 б и в). Ясно
е, че за една трета от периода силовите линии се завъртат на
Фиг. 4.И.
Въртящо се магнитно поле, създадено ототри навивки
пс-малък е пернодът, а честотата — по-голяма
ще се въртят силовите линии. Въртящото се
от фазите. Намотката на двигателя, която
фаза В на мрежата,
2к
ЪГЪЛ -А . Кол кото
«J
толкова по-бързо
магнитно поле се използува в асинхронните и синхроините маши"
ни и при никои измерителни апаратил!
Посоката на въртене на полето може да се смени, като се раз-
менят местата на две
е била свързана към
се свързва към фаза
С, а тази, която е
била свързана към
фаза С, се свързва
към фаза В.
Фиг. 4.12. Графики на токовете в трите навивки
4.5. ВЪПРССИ
ЗА САМОПРОВЕРКА
1. Коя трифазна
система е симетрич-
на? А коя е несимет-
рична?
2. Кои са според вас предимствата на трифазната система
пред еднофазната система?
3. Кога нулевият проводник е излишен?
4. Защо линейного напрежение при свързване звезда е по-
голямо от фазового?
5. Защо линейният ток при свързване триъгълник е по-голям
от фазовия ток?
6. Каква е разликата между пулсиращо и въртящо се магнит-
но поле?
7. Възможно ли е да се промени посоката на въртене на вър-
тящо се магнитно поле?
56
8. Знаете, че линейного напрежение е равно на разликата
между двете фазови напрежения. Тогава Ua =220—220=0. А
аолтметърът, включен между двете фази, показва 380 V. Къде
<е грешката? Обяснете!
ГЛАВА ПЕТА
ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ИЗМЕРИТЕЛНИ АПАРАТИ
И ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ИЗМЕРВАНИЯ
5.1. ОБЩИ ПОЛОЖЕНИЯ
За да контролираме състоянието на електрическите вериги,
трябва да познаваме стойностите на физичните величини, конто
го характеризират, т. е. да можем да ги измерваме. Технически-
те средства, с конто се извършват тези измервания, се наричат
електрически измерителни апарати. Във всеки апарат се сравня-
ва измерваната електрична величина с нейна стойност, предва-
рително приета за единица. Например, ако при измерване апа-
ратът показва 5А, числото 5 показва колко пъти измерваният
ток е по-голям от приетата единица ампер.
и) общи конструктивии елементи на апаратите
за непосредствен» оценка
Ще разгледаме апарати от магнитоелектричната, електромаг-
нитната и електродинамичната система. Измерителният им меха-
низъм се състои от неподвижна и подвижна част. Двете части
създават магнитни полета, от взаимодействието на конто се по-
лучават механични сили и въртящ момент. Под негово действие
подвижната част се завърта на определен ъгъл (фиг. 5.1). Тя се
монтира върху ос 1, която лагерува в подходящи лагери. Към
оста се закрепва стрелка 2 и единият край на плоска спирална
пружина 3, която създава противодействуващ момент. Върхът
на стрелката се движи над подходяще разграфена скала (фиг.
5.13), която представлява плочка от ламарина, картон или друг
материал, лакирана с бял лак, с нанесени деления и други необ-
ходими означения. Под деленията има прорез и огледало, в кое-
то се вижда образът на стрелката. Когато се отчита, трябва така
да се застане, че стрелката и образът й да съвпаднат.
За да показва стрелката винаги нулево деление преди измер-
ване, апаратът се снабдява със специално приспособление 4, на-
речено коректор (фиг. 5.1).
57
Важна част на всеки ап арат е приспособление™, чрез което
се избягват колебанията на стрелката преди установяването й в
равновесно положение, наречено успокоител. В различните сис-
теми апарати се използуват различии по принцип на действие ус-
покоители.
Фиг. 5.1. Стрелка с коректор и пружина
£б) грешки и клас на точност
При всяко измерване се допуска грешка, което се дължи на
несъвършенството на конструкцията на апарата и на други до-
пълнителни причини. Разликата между измерената от апарата
стойност на величината (ЛВВм) и действителната стойност (Адвйв»в)>
която е измерена с възможно най-точен апарат, се нарича абсо-
лютна грешка — Де:
Да ~ А изм~-А действ
А отношение™ на абсолютната грешка към максималната
стойност на величината, която апаратът може да измери, се на-
рича приведена относителна грешка. Обикновено тя се дав а в
процента:
. ’.1000%.
5,По допустим ата приведена грешка се определи класът на точ-
ност на апарата. Съгласно стандарта апаратите се разделят на
седем класа на точност: 0,1; 0,2; 0,5; 1, 1,5, 2,5 и 4. Например за
аварат с клас на точност 0,5 допустимата приведена грешка е
л0,5%. Апаратите с клас на точност 0,1 са най-точните, а с клас
на точност 4 — най-неточни и се използуват за груби ориентиро-
въчни измервания.
в) основнн характеристики на апаратите
Стойността на измерваната величина, която отклонява стрел-
ката до последното деление на скалата, се нарича обхват на апа-
рата. Апаратите могат да бъдат с един обхват или няколко об-
хвата. При многообхватните апарати върху скалата може да има
един ред деления или толкова реда деления, колкото обхвата има
апаратът. При всяко измерване трябва да се избере най-подходя-
щият обхват в зависимост от това, колко голяма очакваме да бъде
измерваната величина. Желаният обхват се избира с превключ-
вател или с включване на апарата във веригата чрез различии
клеми.
Тъй като обикновено стрелката показва скално деление — 10,
20 или 30, а не измерваната величина, то за да получим стой-
ността й, трябва да знаем колко е константата на апарата кл^за
всеки обхват
А
* макс
.
макс
където Амане е обхватът на апарата;
«маке — скалните деления.
Пример. Амперметър с два обхвата има един :ред деления —
ама«с=10 деления, АМакс—1 А за първия обхват, АМаК0 =>10 А за
втория обхват.
Определяме констаитите за двата обхвата'
^ =—=0,1 Л ; /гп=Л=Н А .
10 дел 10 дел
Обикновено електрическите апарати носят името на измери-
телната единица на величината, която измерват: амперметър,
волтметър, ватметър и т. н.
В зависимост от вида на тока, който може да протича през
апарата, апаратите се разделят на апарати за постоянен ток, апа-
рати за променлив ток, апарати за постоянен и променлив ток.
Всеки апарат има определено работно положение, при което
трябва да се извършва измерването: вертикално, хоризонтално и
наклонено. Системата на апарата, класът на точност, видът на
тока, знакът за работното му положение, изпитвателно напре-
жеиие на изолацията се означава със съответните условии знади
върху скалата на апарата. Те са дадени в таблицата (прило-
жение 3).
Вб
5.2. СИСТЕМИ ЕЛЕКТРНЧЕСКИ ИЗМЕРИТЕЛЯМ АПАРАТИ
5.2.1. Апарати от магнитоелектричната система
а) устройство
Неподвнжната част, както виждате на фиг. 5.2, представляв®
постоянен магнит 1 с полюсни накрайницн 3, конто образуват
цилиндрнчна въздушна междина. В нея е разположен цнлиндър 4
от мека стомана. Върху
цнлиндър а е поставе на
алуминиева" рамка, а вър-
ху нея е навита бобинка
5 от меден или алуми-
ниев проводник. Изводи-
те на бобинката се
свързват към две спирал -
ни пружинки 6, кон-
то са електрнчески изо-
лирани една от друга и-
са тоководещи ь части.
На оста 2 е разположена
стрелката 7, краят на
която се двнжи върху
скалата. Към оста са
прикрепени и двата края
на пружинките. Другнте
им два края са свърза-
ни към неподвнжната част
на апарата. Те са навита
в противоположни посокн
б) принцип на действие
Фиг. 5.2. Измерителен механизъм на апа-
рат от магнитоелектричната система Когато През бобин-
ката протече токът, кой-
то искаме да измерим, се получава взаимодействие между по-
стоянного магнитно поле и магнитного поле на бобинката. По-
раждат се, както знаете, две механични сили, равни по големина,
но противни по посока, конто създават въртящ момент. Тъй ка-
то силите зависят от величината, която искаме да измерим, то и
въртящият момент също зависи право пропорционално от нея:
Л1вр =/?!/.
При завъртане на рамката под действие на този въртящ момент
оста се завърта, едната пружина се натяга, другата се ра зтяга. В
60
стремежа си да се върнат в първоначалното си положение те
създават противодействуващ момент, чиято стойност е право про-
порционална на ъгъла на завъртане на оста (и на стрелката):
Mnp—k2a.
Бобинката се завърта дотогава, докато се изравнят двата мо-
мента. След заместването се получава
== *^2^ ОС г" 1\ ОС = kl.
«2
Следователно ъгьлът на отклонение на стрелката е пропор-
ционален на тока, конто протича през бобинката.
в) качества и приложение
Апаратите от тази система могат да се включват само в по-
стояннотокови вериги. Обяснете сами защо! Какво става с по-
соката на силата, като се смени посоката на тока? Комбинирани
обаче с изправители, те се използуват за измерване и в промен-
Фиг. 5.3. Измерителен ме-
ханизъм на апарат от елект-
ромагнитната система
ливотокови вериги.
Отличават се с висок клас на точност — 0,1 или 0,2. Не се
влияят от външни Магнитки полета, защото имат силно собс твено-
магнитно поле. Изработват се като амперметра, волтметри, ом-
метри, галванометри (галванометрпте са
апарати за измерване на много малки
токове, напрежения и количество елект-
ричество).
5.2.2. Апарати от електромагнитната
система
а) устройство (фиг. 5.3)
Неподвнжната част е бобина 7, краи-
щата на която са изведени на изводи-
те на апарата, а подвижната — плас-
тинка от феромагнитен материал 2,
ексцентрично закрепена върху оста на
апарата 3. Към оста е прпкрепена стрел-
ката 5 и единият край на против?-
действуваща пружинка 4. За успо-
кояване на колебанията на стрелката има въздушен успокоител
6 — кух цнлиндър, в който се движи бутало, свързано с оста на
апарата. Сгъстяването на въздуха в цилнндъра пречи на движе-
ние™ на буталото, амортизира колебанията на стрелката и тя за
кратко време се установява неподвижно.
61
б) принцип на действие
При протичане на ток през бобината се създава магнитно по-
ле, което намагнитва пластинката и тя също създава свое маг-
нитно поле, толкова по-силно, колкого по-голям е токът през
бобината. Двете магнитни полета си взаимодействуват, пораждат
се сили на привличане, но понеже пластинката е ексцентрично
вакрепена към оста, създава се въртящ момент, който я превър-
та на определен ъгъл. Въртящият момент е пропорционален на
квадрата на тока (защо?), а противодействуващият момент е про-
порционален на ъгъла на отклонение. Като заместим в равенство-
то на двата момента, получаваме
^пр=Л1в₽; Л1пР=Ааа, A1BP=V2; a=^'P=^kP.
^2
Следователно ъгълът на отклонение^на стрелкатаге пропор-
ционален на квадрата на тока.
в) качества и приложение
Те могат да се нзползуват за измерване на постоянен и про-
менлив ток. Промяната на посоката на тока не променя посоката
на силата, тъй като едновременно се променят двете магнитни
полета Имат просто устройство, затова са по-евтини. Те се влия-
ят от външни магнитни полета. Не се отличават с голяма точ-
ност, Използуват се предимно за технически измервания на про-
менливи токове и напрежения с промпшлена честота.
5-2.3. Апарати от електродинамичната система
а) устройство (фиг. 5.4)
В кухнната на неподвижна бобина 1 върху. ос е разположена
подвижна бобинка 2. Тя се включва в електрическата верига по-
фиг. 5.4. Измерителен механкзъм на апа-
рат от електродинамичната система
средством спиралните пружи-
ни 4. Към оста 3 е прикре-
пена стрелката 6 и успокои-
тел 5.
6) принцип на действие
Двете бобини могат да
се евържат последователно
или паралелно помежду си
или да се евържат в само-
стоятелни вериги—неподвиж-
ната последователно, а по-
движната — паралелно.
62
Магнитните полета, конто създават токовете през двете боби~
ни, са пропорционални на токовете. В резултат от взаимодей-
ствието между тези полета се създава въртящ момент, пропорцио-
нален на двата тока:
Af вр 2*
Подвижната бобинка се стреми така да се завърти, че осите
на магнитните полета да съвпаднат. Противодействуващият мо-
мент, както при другите системи, е пропорционален на ъгъла на
отклонение на подвижната част. При изравняване на двата мо-
мента движението на подвижната част (стрелката) се прекратява:
AfnP=AfBp, —
Следователю ъгълът на отклонение е пропорционален на про»
изведението от двата тока.
Ако бобините са свързани последователно, Тогава а =
=/г/г.
Ако са свързани паралелно, токовете са пропорционални на
напрежението, към което са включени. Затова a=kU2.
в) качества и приложение
Електродииамичните апарати могат да се включват в постоян-
нотокови и променливотокови вериги, защото при едновременна
промяна на токовете в двете бобини силата на взаимодействие
не изменя посоката си. Те се отличават с висок клас на точност
и затова се използуват при лаборатории измервания на промен-
ливотокови величини, като амперметри, волтметри и ватметри.
5.3. ИЗМЕРВАНЕ НА ТОК И НАПРЕЖЕНИЕ
а) измерване нн ток
Електрическият ток се измерва с амперметър, който се включ-
ва последователно на консуматора, токът през който искаме да
измерим (фиг. *5.5). Включването му не трябва да изменя тока
във веригата, затова собственото му съпротивление трябва да
бъде много по-малко от съ-
противлението на консумато-
ра. В никакъв случай ампер-
метърът не трябва да се включ-
ва направо към изводите на
източника или към мрежата,
защото през него ще протете
много голям ток и ще се пов-
реди.
Фнг. 5.5. Свързване на аьшерметьр
и волтметър
63
Ако токът, който искаме да измерим, е по-голям от обхвата
па амперметъра, се използуват специални малки съпротивления
с точно определена стой-
ност, конто се наричат
шунтове. Шунтът се
свързва паралелно на
амперметъра и през не-
го преминава по-голямата
част от тока, който иска-
ме да измерим. Така че
1А =1—1 и (фиг. 5.6).
Освен това =
Фиг. 5.6. Разширяване обхвата на амперметър Заместваме 7Ш С неговото
равно:
Решаваме по отношение на тока и получаваме
Числото т се нарича шунтов множител и показва по колко
трябва да се умножи показанието на амперметъра, за да получим
стойността на тока, който искаме да измерим. Обикновено т се
избира предварително със стойности 10, 100 и т. н. и след това
се определи стойността на съпротивлението на шунта по форму-
лата, като съпротивлението на амперметъра е известно. Един
•апарат може да е снабден с няколко шунта за различно разши-
ряване на обхвата му.
За разширяване на обхвата на амперметрите за променлив ток
се използуват токови измерителни трансформатори (т. 6.4).
6) измерване на напрежение
Напрежението в краищата на консуматор или на изводите на
източник се измерва с волтметър, който се включва паралелно
на консуматора или на източника (фиг. 5.5). Неговото собствено
съпротивление трябва да бъде голямо, за да не се отклонява през
него значителен ток и да се измени режимът на веригата. С та-
кава цел последователно на измерителния механизъм на волтме-
търа (който може да бъде съгцият, както на амперметъра) се
включва голямо съпротивление.
За разширяване на обхвата му се използува допълнително
съпротивление, което се включва последователно на волтметъра
(фиг. 5.7). Да разгледаме гюлучената верига:
<54
UV=IRV и Ud =IRd
Uy—Ry и U д=IRg
Събираме ги:
U=Uv-\-Ud «"//?{/+ IR<).
U,.
Заместваме тока с /= (Uv= IRV)
Kv
и получаваме
U= I(Rv+Rd) = Uv Rv^ = Uvn.
Kv
n се'нарича допълнителен множител и показва по колко тряб
ва да се умножи показанието на
волтметъра, за да се получи стой-
ността на напрежението, което ис-
каме да измерим. Обикновено пред-
варително се задават стойности
на п, например 100, 1000 и т. н.,
и по формула се определи стой-
ността на допълпителното съпро-
тивление.
При променлив ток обхватът
на волтметъра се разширява по-
средством напреженови измерител-
ни трансформатори (т.6.4).
Фиг. 5.7. Разширяване обхвата
на волтметър
5.4. ИЗМЕРВАНЕ НА СОПРОТИВЛЕНИЯ
В практиката много често се налага да се измерват съпротив-
ления с различна стсиесст — ст части на ома до стотици хи-
ляди ома. Това е довело до създаване на разнообразии методи
<а пряко и косвено измерване на съпротивления. Ще разгледаме
някои от тях.
а) измерване иа съпротивление чрез волтметър
и амперметър
Ако измерим напрежението в краищата на един консуматор
гока, който протича през него (фиг. 5.8), то можем да изчислим
съпротивлението./?х =—]. В зависимост от реда на евързване на
апаратите са Еъгмсжни две схеми, наречени схема V—А (фиг.
5.8 а) и схема А—V (фиг. 5.8 б). При двете схеми се допускат
1решки при измерването. При първата схема грешката се дължи
на това че волтметърът измерва освен пада в консуматора 7?х , но
Б Електротехника с основ, на електр.
65
и пада в амперметъра (IRa )• Грешката ще бъде по-малка, ако то
кът през консуматора е малък, т. е., ако измерваното съпротивле-
ние е голимо. Затова тази схема се използува при измерване на
олеми съпротивления.
Фиг 5.8. Измерване на съпротивление с амперметър и волтметър
о) V — А Схеме б) А — V схема
При втората схема амперметърът измерва сбора от токовете
през съпротивлението и през волтметъра. Ако съпротивлението
Rx е малко, през него ще мине много по-голяма част от тока и
грешката щебъде малка. Ако Rx и Ry са съизмерими (близки
по стойност), то токовете също ще бъдат близки по стойност и
амперметърът няма да измери действителния ток, който премина-
ва през R х. Затова тази схема е подходяща за измерване на мал-
ки съпротивления.
6) измерване на съпротивления с омметър
Фиг. 5.9. Омметър с последователна схема
та му ще зависят само от стойностите
Съпротивлението може да се измери с апарат от магнитоелек-
тричната система (милиамперметър), който може да се включи
последователно или паралелно на съпротивлението, което ще и -
мерваме. При последова-
телно свързване на апарата
(фиг. 5.9) през него ще
премине ток
и
Rx + ^an
Ако напрежението на
източника,който захранва
схемата и съпротивление-
то на апарата, са постоя н-
ни величини, показания-
U
на Rxy При 7?х—0,7 =
(накъсо свързани са клемите, между конто се евързва Rx ), токът
ще бъде максимален и амперметърът ще показва най-голям брой
66
деления. При Rx =оо (между клемите не е свързано съпротив-
ление) токът ще бъде равен на нула. На големите стойкости на
тока отговарят малки стонности на измерваното съпротивление
и обратно. Затова нулевого деление на омметричната скала е в
десния край на скалата. Анаратът се нарича омметър й е комплек-
туван със собствен източник на захранване (батерийка).
т) измерване на изолационно съпротивление
За измерване на съпротивлението на изолацията на намотките
на електрическнте машини, на изолацията на електрическите ве-
риги се използуват преносими уреди от магнитоелектрическата
система, комплектувани с източник на постоянно напрежение (ге-
нератор). Подвижната част на генератора се завърта с ръчка с
такава скорост, че анаратът да получи захранващо напрежение
около 1000 V. На изводите на апарата има две клемм с означе-
ние „линия" и „земя“. Преди нзмерването те се свързват накъсо,
върти се ръчката на генератора, при което стрелката трябва да
показва нула. След това при несвързани изводи стрелката трябва
да показва оо.
За измерване на изолационно съпротивление между два про-
водника на линията изводът „линия" се свързва към единия про-
водник, а изводът „земя" — с другая проводник (фиг. 5.10).
При измерване на изолационно съпротивление на проводник
или намотка спрямо земята се използува схемата на фиг. 5.11
като изводът „линия" се свързва към проводника или намотката,
Фиг. 5.10. Измерване на изолационно съпротивление
между два проводника с мег а омметър
э изводът „земя" се свързва със земята. При нзмерването прекъс-
вачите оставят включени, но консуматорите се изключват чрез
откачване на проводниците от изводните клемм и чрез отвиване
на електрическите лампи. Измерването се извършва при изклю-
67
чено напрежение. Състоянието на изолацията на електрическите
съоръжения непрекъснато трябва да се контролира. Нейното съ-
противление не трябва да спада под една предварително опреде-
лена, предписана стойност.
Фиг. 5.11. Измерване на изолационно съпротивление между I
проводник и земя с мегаомметър
г) измерване на съпротнвлеиие чрез мостова схема
Когато е необходимо едно съпротивление да бъде измерено с
голяма точност, се използува така нареченият мост на Уитстон.
Четири съпротивления, едно от конто е нензвестното Rx , а оста-
Фиг. 5.12. Мостова схема
iiRi=и Л^?3=/2/?3-
налпте три са регулируеми,
се свързват по схемата на
фиг. 5.12. В единия диагонал
между точките В и D се
включва измерителен апарат,
а между точките Л и С се
включва източник на постоян-
но напрежение. Чрез изме-
нение на съпротивленията
7?i, ₽2 и-7?3може да се по-
лучи такова състояние на
моста, при което токът през
уреда е 0 — нарича се равно
веско състояние на моста.
Това означава, че т. В и т.
D са с един и сын. потен-
циал, т. е. между тях няма
потенцпална разлика. Тога-
ва можем да запишем:
Uab=Uad и Ucb=Ucd',
Ако ги разделим почленно, получаваме
68
откъдето определяме стойността на неизвестного съпротивление:
Обикновено се регулира едното съпротивление, а отношение-
то между другите две се запазва постоянно, но то също може да
получава различии стой-
кости .
Пзработват се комбинира-
ни уреди, с конто може да
се измерва ток, напрежение,
съпротивление. На фиг. 5.13
виждате външния вид на та-
къв уред.
5.5. ИЗМЕРВАНЕ
НА МОЩНОСТ
а) измерване на мощност
в постояинотокова верига
Чрез измерването на нап-
режението в краищата на
консуматор и тока пр ез него
по формулата Р = UI може
да се изчисли консумираната
мощност. Използуватсе две-
те схеми V — А или А — V
(фиг. 5.8). При голямо съ-
противление на консуматора
се използува V—А схема, а
при малко съпротивление —
А—V поради изтъкнатите
соображения в т. 5.4, а имен-
но грешката при измерване-
то да бъде по-малка.
б) измерване иа мощиовт
с апарат
от електродинамичната
система — електродинами чей
ватметър (фиг. 5.14)
Фиг. 5.13. Комбиниран апараг
Неподвижната бобина 1
се включва последователно
на консуматора. Тя се изработва от проводник с голямо сечение,с
малък брой навивки и се нарича токова. Подвижната бобина 2 се
включва паралелно на консуматора. Тя се изработва от проводник
69
с малко сечение, с голям брой навивки и се нарича напреженова
(фиг. 5.14 а). Така се получават двете вериги на .ватметъра —
токова и напреженова. Ватметърът има четири извода. За да се
отклонява стрелката винаги надясно при включване на апарата,
Фиг. 5-14. Измерване на мощност сапарат от електродинамичната система;
а) евързване на бобшште; б) условно означение на ватметъра
токовете в двете бобини трябва да имат точно определени посоки.
За да не се сбърка при евързването на ватметъра, началните кле-
ми на двете бобини, конто трябва да се включват към източника,
се означават със звездичка и се наричат генератор ни (фиг. 5.14 б).
Въртящият момент, както знаем, е пропорционален на токовете
през двете бобини:
но /j=Z, а /,= ^.
Заместваме и получаваме
Л/Ер — Ry — k2P,
А тъй като противодействуващият момент е пропорционален
на ъгъла на отклонение на стрелката, при равенство на двата мо-
мента получаваме
МПр=Л1вр; P=AR
Следователно ъгълът на отклонение на подвижнага част
(стрелката) е пропорционален на мощността на консуматора.
в) измерване на мощност в промеилнвотокова верига
Ако се измерят напрежението и токът, се получава пълната
мощност S = U1, която е равна на активната (полезнага) само
ако консуматорът е активно съпрогизленяе.
70
Активната мсшност на еднсфазен консуматор се измерва с
електродннамичен ватметър, който се включва по същия начин,
както в постояннотокова верига.
Мощността на трифазен консуматор може да се измери с един
Фиг. 5.15 Измерване иа мощност в трифазна система
а) средин ватметър; б) с_три ватметъра
ватметър, като показанията му се умножат потри (фиг. 5.15с).
Мощността на неравномерно натоварена трифазна система (през
трите фази минават различии токове) се измерва с три вагметъ-
ра, конто се включват по схемата на фиг. 5.15 6. Общата мощ-
ност се получава, като се сумират показанията на трите ватме-
търа.
5.6. ИЗМЕРВАНЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКА ЕНЕРГИЯ
Ако трябва да определим енергията, която консумира консу-
матор с постоянна мощност, достатъчно е да измерим мощност-
та и да я умножим по времето, през което той е бил включен към
мрежата:
W=Pt, kWh.
Но как да се постъпи, ако трябва да се определи слектриче-
ската енергия, която изразходва за определено време едно дома-
кинство, един цех, цяло предприятие? Мощността не е постоянна,
защото не всички консуматсри работят едновременно. Използу-
ват се електрически апарати, конто сумират изразходваната за
определен период електриче ска енергия — електромери. Тъй като
захранващата мрежа е с п рсменливо напрежение, използуват се
изключително електромери за променлив ток от индукпионната
система.
71
а) устройстве на електромер
от индукционната система (фиг. 5.16)
Неподвнжната част на апарата представлява два електромаг-
нита 1 и 2. Бобината на единая електромагнит се включва пара-
лелно на консуматора, а бобината на другая — последователно на
консуматора. Подвиж
ната част 3 е лек
алуминиев диск, за-
крепен на ос, конто
може да се върти в
пространството меж-
ду двата магнита. За
създаване на проти-
водействуващ момент
се използува непод-
вижният постоянен
магнит 5.
Фиг. 5.16. Едиофазен електромер
б) принцип на действие
Токовете, конто
протичат през двете
бобини, създават два
променливи Магнитки
потока, конто преми-
нават прёз диска.
Те индуктират в него вихрови токове, конто създават също Маг-
нитки полета. От взаимодействието на магнитните полета на не-
подвижната и подвижната част се пораждат сили. Те обуславят
въртящ момент, пропорционален на мощността на консуматора.
Дискът започва да се върти и неговото движение би било уско-
рително, т. е. той би се въртял все по-бързои по-бързо, ако липс-
ва противодействие. Тук то се създава, като се използува постоян-
ният магнит, между полюсите на който се върти дискът. Като
пресича силовите му линии, в диска се индуктират вихрови то-
кове. Магнитною им поле взаимодействува с полето на постоян-
ная магнит и съгласно закона на Ленц се създава противодей-
ствуващ момент. При равенство на двата момента дискът ще се
върти равномерно:
= zWBp=/?1P; МпР=М; kin=klP—>n=^P=kP.
Броят На оборотите п за единица време е пропорционален на
мощността. Умножаваме по времето и получаваме
nt=kPt—>N=kWt.
72
Фиг. 5.17. Трифазен елект-
ромер — външен вид
Следователно броят на оборотите N за определено време е
пропорционален на консумираната електрическа енергия. Въпро-
сът се свежда до отчитане на тези обороти. За да сереалнзира то-
ва, всеки електромер е снабден с броячен механизъм, който се за-
движва от оста чрез зъбен предавате-
лен механизъм, а той регистрира брэят
на завъртанията на диска за определе-
но време. На капака на електромера
има прозорче, през което се виждаг
цифри (4)—това са показанияга на елек-
тромера. Консумираната за даден пе-
риод от време енергия, например един
месец, се определи като разлика ог
показанията му в края и началэгэ
на изтеклия период.
Например: в края па перио-
да огчитаме 1879;
в началото
на периода 1753;
изразходваната енерги.1
е 126 kWh.
На всяка единица от полученото чис
ло отговаря енергия 1 киловатчас (kWh)
Тъй като в едно предприятие едно-
фазните консуматори се свързват към
различии фази, необходимо е да се оп-
редели енергията, която се консумира
от всички фази. Още повече че към
същата мрежа се свързват и трифазни консуматори. В този слу-
чай енергията се измерва с три електромера, включена по схе-
мата на трите ватметъра (фиг. 5.16). Общата енергия е равна на
сумата от показанията на трите електромера. Вместо три може
да се използува един трифазен електромер, чипто показания на-
право дават изразходваната енергия (фиг. 5.17).
За да се поощри използуването на електрическа енергия през
нощните часове, се използува двойнотарифен електромер. Той
има два броячни механизма. Часовников механизъм в определен
час превключва оста на електромера към единая или другая бро-
ячен механизъм. Консумираната през нощта енергия се заилаща
двой но по-евтино.
5.7. ПОНЯТИЕ ЗА ИЗМЕРВАНЕ
НА НЕЕЛЕКТРИЧНИ ВЕЛИЧИНИ
Електрическите измерителни апарати са много точни, затова
се използуват за измерване на неелектрпчни величини — наляга-
не, дебелина, механични напрежения, деформации в материала,
73
ниво на течност, скорост. температура и др. Но тъй като електри-
ческите апарати измерваг само електрически вэличи ни, необхо-
димо е неелектрическата величина да бъде превьрната в електри-
ческа величина. Устройствата, конто осыцэствяват това, се нари-
чат иреобразуватели (датчики).
Ще разгледаме два преобравувателя:
а) реостатен преобразувател (фиг. 5.18)
Ако по някакъв начин изменението на величината, която иска-
ме да измерим, въздейетвува на съпротивлението на веригата,
ще се измени и токът във
Фиг. 5.18. Реостатен преоб-
разувател
веригата. А той се измерва с електри-
чески апарат — амперметър. Следова-
телно на всяко изменение на не-
електричната величина ще отговаря
изменение на измервания ток. Все-
ки реостат може да преобразува не-
електрична величина в съпротивле-
ние, ако положе нието на плъзгача му
се изменя при изменение на неелек-
тричната величина. Като пример мо-
жем да разгледаме измерване на
нивото на течност 2. Поплавъкът
1, който следи нивото, е свързан с
плъзгача на реостата. При покачва-
не на нивото плъзгачът се премества
нагоре, частта от съпротивлението,
включена във веригата на амперме-
търа, намалява, токът нараства. Ам-
перметърът дава по-голямо отклонение и по сила га на измере-
ния ток съдим за нивото в резервоара.
б) термоелектрически преобразувател (фиг. 5.19)
Два различии метала или
си край, образуват термэдвойка.
А №
Фиг. 5.19. Термоелектричен пре-
образувател
полупроводника, заяэгни в един ст
При загряздне на споените краи-
ща възниква е. д. и., което е
пропорционално на темпера-
турата на мястото на запое-
ните краища. Така термодвой-
ката се явява генераторен
преобразувател. Ако къмсво-
бодните краища ее свърже
мили вол тметър, неговите по-
казания ще бъдат пропорцио-
нални на температурата на
мястото, къд-ето се намират
74
споените краища. Такава комбинация от термодвойка и измерите-
лен апарат представлява термометър и може да се използува за из-
мерване температура в недостъпни места. На фиг. 5.20виждате вън-
шен вид на миливолтметър от магнитоелектричната система, кой-
Фиг. 5.20. Регулиращ трипозеционен миливолтметър
то се използува в комплект с термодвойка за измерване на темпе-
ратура в пещ. Върху скалата му има три стрелки. Едната е по-
казваща (отчита температура), а с другите две може да бъде ©съ-
ществено включване на вериги за управление.
5.8. ЕЪПРОСИ ЗА САМОПРОВЕРКА
1 . Спределете класа на тсчнсст, слстемата на апарата, ра-
ботното положение и вида на тока на апаратнте, дадени на фиг.
5.13 и 5.20!
2. Каква е рслята на шунта при амгерметрите?
3. Каква е рслята на дсптлнителното съпротивление при волт-
метрите?
4. Кея схема ше предпечетете — V-—А или А—V, ако трябва
да измерите малки съпротивления?
5. Ако стрелката на апарата показва 5 деления, а констанга-
та на апарата е _£л=100^ , определите стойността на измерения
ток в ампери!
6. Как се измерва изелапионно съпротивление?
7. Може ли с апарат от индукционната система да се измери
мощиост в постояинотокова верига?
75
5.0. ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 1
Измерване на ток, напрежение и съпротивление
I. Задачи за изпълнение
1. Да се образува електрическа верига от консуматор, регу-
лиращ реостат, амперметър и волтметър.
2. При различии положения на плъзгача на реостата да се из-
мери токът във веригата и напрежението в краищата на консу-
матора.
3. Да се изчисли съпротивлението на консуматора.
II. Необходими апарати и устройства
1. Амперметър от електромагнитната система.
2. Волтметър от електромагнитната система.
3. Вместо амперметър и волтметър може да се използу ва
комбиниран уред (авомет).
4. Източник на постоянно напрежение — галванична батерия
или токоизправително устройство.
5. Реостат.
6. Консуматор—електрически лампи, свързани паралелно,
нагревателен уред или реостат.
7. Съединителни проводници.
III. Практнческо изпълнгиие
1. По схемата на фиг. 5.21 се свързват елементите на елек-
трическата верига. Първо се свързва последователно на кон-
Фиг. 5.21. Схема за измерване на напреже-
ние, ток и съпротивление
суматора амперметъра
и реостата, а след
това паралелно на
консуматора се свър-
зва волтметъра. Об-
хватите на ампер-
метъра и волтметъра
трябва да бъдат по
големи от предпо-
лагаемите стойности на
тока и напрежението,
конто ще се измерват.
Реостатът трябва да е
изцяло включен (плъзгачът да бъде в крайне положение), за да
протече малък ток при включването.
2. Схемата се проверява от преподавателя и тогава чрез пре-
къевача се включва към източника (ако източникът е батерийка.
76 ‘ * *
* А
схемата се свързва направо към плюса и минуса й). Отчитат се
показанията на апаратите. Правят се измервания за няколко по-
ложения на плъзгача на реостата. Преди отчитането стрелките
на апаратите чрез коректора се установяват на нулево положе-
ние. Показанията на уредите се отчитат едновременно от двама
курсисти, и то така, че при уреди с огледална скала образът на
стрелката да съвпада със стрелката, за да се пзбегне грешно
отчитане.
3. Резултатите от измерванията се нанасят в долната таблица.
По закона на Ом за всяко измерване се изчислява съпротивле-
нието на консуматора:
№ по ред и, V Z, А и R- -f , Q
При работа с многообхватни уреди трябва да се определи
иредварително константдта на уреда (т. 5.1) за обхвата, с който
се работи:
I=kAat:, U=kya; kA —----------н-. kv=
am«kc ’
amakc;
a — отчетни деления по скалата;
kA — константа на амперметъра;
kv — константа за волтметъра.
При възможност могат да се направят
схема и V—A-схема и да се съпоставят
Съпротивлението може да се измери и
наличие на такива.
измервания при А—V-
получените резултати.
с омметър и мост при
ГЛАВА ШЕСТА
ТРАНС ФОРМАТОР И
6.1. ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ И УСТРОЙСТВО
НА ЕДНОФАЗЕН ТРАНСФОРМАТОР
а) принцип на действие
Ако през едната от две намотки, разположени близко една
до друга, тече променлив ток, в другата ще се индуктира е. д. н.,
защото тя ще обх-ваща създ-адения променлив магнитен поток.
77
/личНА \
(КИбЛИОТЕКл)
Този случай на електромагнитна индукция, известен като взаим-
на индукция, се използува при трансформатора—електромаг-
нитно устройство без подвижни части (фиг. 6.1).
Намотката, която се свързва към източника на променливо
Фиг. 6.1. Еднофазен трансформатор
напрежение, за да протече през нея променлив ток, се нарича
първпчна, а тази, в която се индуктира е. д. н. — вторична. Ин-
дуктираното е. д. н. ше бъдепроменливо по посока, със същата
честота, защото при нарастване на потока ще има една посока,
а при намаляването му ще сменя посоката си (съгласно закона
на Ленц). По големина ще се определи чрез познатата формула
за е. д. н. в бобина:
ДФ
e=~w м '
За да бъде ДФ значително, трябва максималната стойност на
магнитния поток да бъде голяма. Това е възможно, ако двете
намотки се поставят върху феромагнитна сърцевина, която ще
усили много пъти магнитного поле, създадено от първичната на-
мотка. Електродвижещото напрежение може да има различии
стойности в зависимост от броя на навивките (ад) на вторичната
намотка. Това определи и предназначенного на трансформатора.
При подаване на променливо напрежение с една стойност на пър-
вичната намотка да получим на изводите на вторичната намотка
променливо напрежение със същата честота, но с друга, по-голяма
или по-малка необходима стойност. Необходимо ли е това? Не-
мислимо е пренасянето на голямо разстояние на електрическата
енергия, произведена в електрическа централа, без помощта
на трансформатор. Един пример ще ни убеди в това.
Ако трябва да се пренесе мощност S=1000 kVA при
=400 V, токът ще бъде
78
7= 10^000 =2500 A.
Сече-иието на проводника трябва да бъде огромно, а предста-
вете сп каква загуба на електрическа енергия ще се получи при
такъв голям ток, като знаете, че загубите зависят от квадрата
«ia тока.
Да видим какво ще стане, ако същата мощност трябва да се
пренесе, след като трансформаторът е повишил напрежението от
400 V на 60 @00 V. Токът ще бъде
1000.1000 „ .
1 60 000 А‘
Виждате каква голяма разлика се получава. Колкото нз пэ-
голямо разстояние ще се пренася енергията, толкова по-високо
трябва да бъде напрежението, с което ще се пренася.
Освен това винаги когато напрежението на консуматора не
отговаря на напрежението на мрежата, като междинно звено се
използува трансформатор.
б) устройстве на едиофазеи трансформатор
За да се ограничат вихровите токове и явлениего хистерезис,
магнитопроводът се сглобява от пластини с определени размери
от магнитно мек феромагнптен материал — листова силициева ла-
марина с дебелина 0,35—0,5 mm (фиг. 6.2). Те се изолират една
от друга, като се лакират, окспдират или фосфатират. Частите,
върху конто се поставят намотките, се наричат ядра.
Намотките се изработват от меден или алуминиев проводник
с кръгло или правоъгълно сечение с добра изоляция между от-
делните навивки и спрям© магнитопровода. Обикновено всяка на-
мотка се състои от две части, конто се поставят върху двете яд-
ра. Намотката за високо напрежение се поставя върху намотката
3
ФиТ. 6.2. Пластини на еднофазен и трифазен трансформатор
ниско напрежение, за да се изолира по-добре от магнитопро-
вода. Изводите на намотката за високо напрежение се означават
с големи букви А, X, а изводите на намотката за ниско напре-
жение — с малки букви а, х. Трансформаторите с големи мощ-
79
ности се поставят в казан (кожух), пълен с трансформатор но
масло. Така се подобрява изолацията на намотките и по-добре
се охлажда трансформаторът. Кожухът има ребра, за да се уве-
личи охлаждащата повърхност (фиг. 6.3).
Фиг. 6.3. Външен вид на трифазен трансформатор
Номинални данни за всеки трансформатор са:
Номинална мощност — пълна мощност на изводите на вто-
ричната намотка, за която е изчислен трансформаторът в кило-
волтампера — kVA.
Номинално първично напрежение — напрежението, за което
е предназначена първичната намотка
80
Номинално вторично напрежение — напрежението, което се
получава от вторичната намотка при номинално първично напре-
жение и празен
ход на трансформатора.
6.2. РЕЖИЛ1И
6.2.1- Режим
НА
на
ЕДНОФАЗЕН ТРАНСФОРМАТОР
празен ход
намотка е включена към напрежение, а към
Ако първичната
вторичната не е включен консуматор, т. е. тя е отворена, транс-
форматорът е в режим на празен ход. Токът, който протича през
първичната намотка, се нарича ток на празен ход. Магнитният
поток, създаден от него, индуктира е. д. н. не само във вторич-
ната намотка, но и е. д. н. на самоиндукция в първичната на-
мотка. И двете е. д. н. са пропорционални на броя на навивкнте
на ъгъл g спря
на намотайте. E^w^, E2~w2 и са дефазирани
мо магнитния поток.
Да изобразим величините векторно (фиг. 6.4).
ход /0 съвпада по фаза със
Индуктираните напреже-
ния Ег и Е., изостават от
потока на ъгъл * . Напре-
жението на изводите на
вторичната намотка U2=E2.
Подаденото напрежение
е равно и в противофаза
на Elt за да го компэнеи-
ра. (Пренебрегваме падэ-
вете в първичната намот-
ка, защото токът на пра
зен ход 10 е малък по
стойност.) Тогава отноше-
нието на е. д. н. и Е2
е равно на отношението
Uy и U2 и е равно на от-
ношението на броя на на-
вивките на първичната и
вторичната намотка:
създадения от него
Токът на празен
магнитен погод.
Фиг. 6.4. Векторна диаграма на трансфор-
матор в режим на празен ход
W‘ = A
w2
Е2 и2
Това отношение се нарича коефициент на трансформация.
Мощността, която консумира първичната намотка, се превръ-
ща в топлина, която се отдели в магнитопровода поради хисте-
резиса и вихровите токове-загуби в стоманата. Загубите в намот-
6 Електротехника с основ, на електр.
81
ката при празен ход са малки и можем да ги пренебрегаем. Пре-
сбладават загубите от хистерезис, тъй като вихровите токове са
ограничени.
Тъй като токът /0 изостава от напрежението почти на ъгъл
2 , cos <р е много нисък — 0,2 до 0,3, и влияе неблагоприятно вър-
ху захранващата мрежа. Затова трансформаторисе не бива да се
•оставят да работят в режим на празен ход.
6.2.2. Работен режим на трансформатора
*Фиг. 6.5. Схема
за евързване на
трансформатор в
работен режим
Като включим консуматор към изводите на
вторичната намотка при включена първична
намотка към напрежение (фиг. 6.5), ще протече
ток 12. Той ще бъде дефазиран от напреже-
нието на ъгъл Ф2. чиято стойност завися от съ-
отношението между активного и индуктивного
съпротивление на консуматора. Вторичният
ток ще създаде активен и индуктивен пад във
вторичната намотка. Затова U2 няма да бъде
равно на Е2. Вторичната намотка ще създаде
свое магнитно поле, силовите линии на което
съгласно закон на Ленц ще бъдат с такава по-
сока, че да пречат на изменението на магнитно-
то поле, създадено от първичната намотка, т. е.
ще го намаляват. Но то няма да се измени (Ф
остава постоянен), защото през първичната на-
мотка при работен режим протпча ток, по-го-
лям, отколкото при празен ход, така че компен-
сира размагнитващото действие на вторична-
та намотка. Всяка промяна на вторичния ток
(натоварването) води до промяна на първич-
ния ток. И това е логично, защото колкого по-
голяма мощност отдава трансформаторът, тол-
кова по-голяма трябва да взема от мрежата.
Ако пренебрегаем загубите — мощността, коя-
то консумира първичната намотка, трябва да
бъде равна на мощността, която отдава вторич-
ната намотка. Затова приблизително пресмет-
нато, колкого пъти се повиши напрежението,
ако трансформаторът е повишаващ, толкова
пъти ще се намали токът във вторичната намотка.
«2
6.2.3. Режим на късо съединение
Ако изводите на вторичната намотка се свържат случайно
помежду си, т. е. съпротивлението на консуматора стане равно
на нула, ще настъпи ненормален опасен режим за трансформа-
тора, който се нарича режим на късо съединение. Тъй като вто-
ричният ток нараства, нараства и първичният ток. Те стават
10—20 пъти по-големи, отколкото при работен режим. Отдели
се много топлина, получават се големи електродинамични сили,
а това може да доведе до повреда на изолацията и механично
разрушаване на намотките, За да се изследват обаче пронесите,
конто се извършват в трансформатора при този режим, се прави
така нареченият опит на късо съединение. На първичната намот-
ка се подава такова понижено напрежение, че в двете намотки
да протичат номинал ните им токове. Понеже първичното напре-
жение Ur е малко, токът на празен ход е също много малък, ос-
новният магнитен поток също намалява много (5 % от потока
при празен ход), загубите в стоманата могат да се пренебрегнат,
тъй като са малки. Тогава мощността, която се консумира пр»
този опит, представлява загубите в двете намотки:
^Нам —+
6-2-4. Коефициент на полезно действие (к- п.д.)
на трансформатора
Отношение™ между отдадената вторична мощност и подаде-
ната първична мощност се нарича коефициент на полезно дейст-
вие на трансформатора:
= Р2 Р2 — отдадена;
' Рг—'Подадена.
Фиг. 6.6. Еиергийна диаграма на трансформатор
83
Pi е винаги по-голяма от Р2, защото в трансформатора се полу-
чават загуби в магнитопровода и в намотките (фиг. 6.5).
Pl ж Р2 + Per + Рн ам.
В съвременните трансформатори к. и. д. е доста висок и до-
стига при номинално натоварване 95—99,5%. На практика той се
определи за различна вторична мощност Р2=25, 50, 75, 100, 120%
от номнналната мощност. Загубите в стоманата не се изменят при
промяна в натоварването, понеже зависят от честотата и маг-
нитната индукция, а те са постоянни, но загубите в намотките за-
висят от квадрата на тока и силно се влняят от промените в нато-
варването.
6.3. ТРИФАЗЕН ТРАНСФОРМАТОР
За средни и малки мощности вместо три еднофазни трансфор-
матори се използува трифазен трансформатор (фиг. 6.7). На три-
те ядра на магннтопровода
се поставят по две намотки —- пър-
вична и вторична, конто образуват
едната фазана трансформатора Три-
те първични намотки и трите вторич-
ни намотки се свързват помежду си в
звезда пли триъгълник. Началата на
намотките се означават с буквите А,
В, С и а, Ь, с, а краищата—X, Y,
Z и х, у, z. Главните букви се из-
ползуват за намотките за високо на-
прежение, а малките букви — за на-
мотките за ннско напрежение. Най-
разпространени са следните свързва-
ния на намотките: а) първична —
звезда, вторична — в триъгълник;
б) първична звезда, вторична в звез-
да с изведен нулев проводник; в)
иървична—-звезда с'изведен нулев проводник, а вторична — в
триъгълник. Нафиг. 6.8виждате намотки на трифазен трансфор-
матор.
Режимите на празен ход, късо съединенне и работният режим
са еднакви с тези на еднофазнпя трансформатор.
84
Ф1 г. . . Намотки на трифазен трансформатор
6.4. СПЕЦИАЛНИ ТРАНСФОРМАТОРЫ
а) автотрансформатор
Различава се от обнкновения трансформатор по това, че вместо
две намотки има една намотка за високо напрежение, а част от
нея представлява намотката за ниско напрежение (фиг. 6.9).
Двете части на намотката се изпълняват от проводник с различ-
но сечение. Изработват се понижаващи автотрансформатори,
еднофазни и трифазни. При трифазните автотрансформатори на-
дютките се свързват в звезда.
85
Автотрансформатор ите са по-нкономнчни от обикновените
трансформатори при малки коефициенти на трансформация,,
близки до единица. Техен главен недостатък е електрическата
връзка между двете намотки. Използуват се за пускане на про-
Фнг. 6.10. Трансформатор
за електрозаваряване
менлпвотокови двигатели, за захранване на осветителни уред-
би, за лаборатории цели и др.
б) трансформатори за дъгова заварка
и дъгови пещи
Трансформаторът за дъгова заварка е понижаващ трансфор-
матор с първично напрежение 220 V или 380 V и вторично напре
хение 50—70 V на празен ход. Единият извод на вторичната
намотка се свързва с предмета за заваряване, а. другият—с
електрода (фиг. 6.10). При допира му до предмета се получава
късо съединение, протича много голям ток. При отдалена-
ването му между тях възниква електрическа дъга, която се под-
държа при 67=16—20 V. Заради големия ток вторичната на-
мотка се изработва с малък брой навивки. За да се ограничь
и регулира вторичният ток, последователно на вторичната вери-
га се включва бобина с желязна сърцевина с въздушен учас-
тък, чиято големина може да се изменя чрез преместване на под-
вижната част на ядрото (фиг. 6.10).
Дъговите електрически пещи за топене на метали се захран-
ват с ниско напрежение, затова се използуват понижаващи транс-
форматори с ниско вторично напрежение и гелям вторичен ток
от порядъка на хилиди ампери.
в) измерителни трансформатори
За да се разшири обхватът на апаратите за променлив ток,
те се включват към вторичната намотка на спеииални измерител-
ни трансформатори. Така се ностига изолиране на апаратите и
86
«а обслужващия персонал, ако напрежението е внсоко, като в
този случай вторичната намотка на трансформатора се заземява.
Напреженовият измерителен трансформатор (фиг. 6.11) е по-
яижаващ трансформатор, който работа в режим, близък до пра-
<>иг. 6.11. Напреженов
измерителен трансформатор
Фиг. 6.12. Токов изме-
рителен трансформатор
зен ход, защото волтметрите имат много гола лэ вътрешно съпро-
тивление и все едно че вторичната верига е отворена. Затова U} =
—kU2. Волтметърът измерва напрежението на изводите на вто-
ричната намотка, а като умножим това показание по коефициента
на трансформация, получаваме стойиостта на първичното напре-
жение, което искаме да измерим. Тези трансформатори се из-
работват за вторично напрежение 103 V. Скалите на апаратите
могат да се градуират предварително за сголнэстите на първич-
ното напрежение.
Първичната намотка на
токовия измерителен транс-
форматор се включва по-
«следователно в линията,
чийто ток искаме да из-
мерим. Затова тя се изра-
ботва от проводник с го-
лямо сечение и малък брой
навивки. Към вторичната
намотка, която е с по-го-
лям брой навивки, се
включва амперметър (фиг.
6.12). Тъй като неговото
Фиг. 6.13. Измерителни клещи
съпротивление е незначително, може да се смята, че транс-
форматорът работа в режим почти на късо съединение. Затова
Първичният ток се получава, като умножим показанията
на амнерметъра по коефициента на трансформация. Трансформа-
87
торите се изработват за вторичен ток 5 А. Важна особеност на
токовия трансформатор е, че не бива да се прекъсва вторичната
верига. Да си обясним защо! Вторичният ток става равен на ну-
ла. Първичният ток запазва стойността си, а магнитният поток
нараства. Във вторичната намотка се индуктира опасно по стой-
ност напрежение и в магнитопровода се отделя голямо количест-
во топлина от индуктираните вихрови токове. Затова във вторич-
ната верига не се поставя предпазител (ако предпазителят изго-
ри, веригата се прекъсва) и изводите на намотката винаги са
свързани накъсо или през амперметър.
За ориентировъчни измервания в практиката се използува
токов трансформатор във вид на клещи (фиг. 6.13). Те обхващат
проводника, токът през който искаме да измерим. При затваряне
на клещите се затваря магнитопроводът и амперметърът, вклю-
чен към вторичната намотка, отчита вторичния ток.
6.5. ВЪПРОСИ ЗА САМОПРОВЕРКА
1. Какво ще стане, ако първичната намотка на трансформа-
тора се включи към постоянно напрежение?
2. Ще се получи ли при трифазния трансформатор въртящо се
магнитно поле?
3. Как се намаляват загубите в магнитопровода?
4. Защо намотката за високо напрежение се поставя върху
намотката за ниско напрежение?
5. Какво отличава автотрансформатора от обикновения транс-
форматор?
6. ' Каква е разликата между напреженов и токов трансфор-
матор?
7. Защо се заземяват вторичните намотки на измерителните
трансформатори?
8. Защо при трансформатора се извършва опит на празен ход
и опит на късо съединение?
9. Какво би станало, ако във вторичната верига на токовия
трансформатор има предпазител и той прегори?
10. От какво зависят загубите в намотките на трансформато-
ра и как се определят?
88
ГЛАВА СЕДМА
ПОСТОЯННОТОКОВИ мАШИНИ
7.1. ОБЩИ ПОНЯТИЯ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСКИТЕ МАШИНИ
а. Обратимсст на електрическите машин и
Електрическата машина е преобразувател на енергия. Ако пре-
връща механичната енергия в електрическа, тя се нарича гене-
ратор, а ако превръща електрическата в механична—д ви-
га т е л. Тя може да бъде постояннотокова или променливотоко-
Фиг. 7.1а. Обратимост на електрическата машина
ва в зависимост от това, с какво напрежение се захранва (пос-
тоянно или променливо), ако е двигател и какво напрежение се
получава на изводите й (постоянно или променливо), ако е гене-
ратор.
Още Ленц в 1833 год. открива свойството обратимост на ед-
на електрическа машина — да работа като генератор или като
двигател. Независимо от това, как работа машината, в нея се
извършват две основни явления — електромагнитна индукция и
създаване на механична сила от взаимодействието на две маг-
89
нитни полета. За да си обясним свойството обратимост, ще раз-
гледаме най-опростена постановка на електрическа машина:
а) като генератор (фиг. 7.1 а).
Нека пак разгледаме въртенето
на рамка в магнитно поле под
действие на външни сили, кон-
то създават въртящ момент. В
нея ще се индуктира е. д. н.
Посоката му можем да опреде-
лим за по-лесно с правнлото на
изправените пръсти на дясната
б) като деигател (фиг. 7.1 б).
Ако същата рамка е поставена
неподвижЕЮ в същото магнитно
поле и чрез четките и пръсте-
ните се свърже към източник
така, че през нея да протече ток
в посочената на фигурата посо-
ка, вие знаете, че ще се съз-
дадат сили. Посоката им се оп-
ръка, като го приложим по от-
ношението на проводниците 1 н
2. При даденатз посока на вър-
тене е. д. н. в проводник 1 ще
бъде от нас нататък, а в про-
водник 2 към нас. Чрез пръсте-
ните и четкчге през консумато-
ра ще протече ток. Той ще
създаде свое магнитно поле,
ределя с правилото на изпра-
вените пръсти на лявата ръка.
Те създават въртящ момент,,
под действието на който рам-
ката ще се завърти в случая по
посока, обратна на часовнико-
вата стрелка. Но щом рамка-
та започне да се върти, пали-
це е условието за електромаг-
90
което ще взаимодеиствува с.външ-
яото магнитно поле. Като при-
ложим правилото на изправени-
те пръсти на лявата ръка, оп-
ределите силите, конто дейст-
вуват на проводниците 1 и 2.
Те създават електрсмагнитен
момент, който пречи на движе-
ние™ на рамката, съгласно за-
гон на Ленц — съпротивителен
момент. За да продължи рам-
ката да се върти, непрекъснато
1рябва да се преодолява това
противодействие, като се из-
вършва работа за сметка на из-
разходваната ме ханична енер-
гия;
нитна индукция — магнитният
поток, който обхваща рамката,
се изменя. Като приложим пра-
вилото на изп]авените пръсти
на дясната ръка за проводни-
ците 1 и 2, определяме по-
соката на индуктираното е. д. н.
То има обратна посока на то-
ка (на напрежението на из-
точника), затова се нарича про-
тиво-е. д. н. В скрита форма
тук пак се проявява законът
на Ленц. Е. д. н. пречи на про-
тичането на тока, защото ако
ток не протича, няма да се
създава въртящ момент, няма
да се върти рамката и няма да
се индуктира е. д. н. За да
протича ток в същата посока,
източникът трябва да компен-
сира непрекъснато това ин-
дуктирано е. д. н., т. е. да
дава електрическа енергия.
И така във всяка машина се поражда сила, която обуславя
електромагнитен момент и се индуктира е. д. н. Но дали момен-
тът ще върти машината или ще пречи на въртенето й и дали ин-
дуктираното е. д. н. ще обуславя ток или ще пречи на тока, за-
виси от това, каква енергия се изразходва — механична или
електрическа. При определени условия една машина, която е
работала като генератор, може да започне да работи като двига-
тел. Независимо обаче от възможността машината да работи ка-
то двигател или като генератор по конструктивни съображения
тя се проектора за работа като генератор и се нарича генератор
или за работа като двигател и се нарича двигател.
б. Принципно устройство на електрическа машина
Практическо приложение са намерили въртящите се електри-
чески машини. Те имат две основни части — неподвижна, наре-
чена статор, която представлява кух цнлиндър, и подвижна,
която се върти, наречена ротор. При различните машини тези
две части имат различно предназначение, оформление и наработ-
ка. Нормално роторът е вътрешната част на електрическата ма-
шина. Той е набит върху вал, който лагерува в лагери, закрепе-
ни по подходящ начин към неподвижната част на машината.
За да може да се върти роторът, между него и статора има раз-
91
стояние, наречено въздушна междина. Тя трябва да бъде малка
(под 0,5 mm), за да се създаде по-силно магнитно поле. Роторът и
статорът се изработват от феромагнитен материал. Тази от двете
основни части на електрическата машина, която създава основ-
ного магнитно поле, се нарича индуктор или полюсна система, а
намотката й се нарича възбудителна намотка. А тази част, в коя-
то се индуктира е. д. н., се нарича котва, а намотката й се нари-
ча котвена намотка. В котвената намотка се извършва преобра-
зуването на енергията.
Когато в машината има условия за възникване на вихрови то-
кове и явлението хистерезис, се използува магнитно мек листов
материал с примеси от силиций.
6. Номинални даиии
Тези стойности на електрическите величини, при конто маши-
ната работи нормално, при най-изгодни условия и допустима тем-
пература на нагряване на изолацията й се наричат номинални
данни и се отбелязват върху табелката на машината. Те се да-
ват от производителя на машината. Ето по-важните от тях:
UH — номинално напрежение.
За генератор — напрежението на изводите на генератора при
номинален товар. При трифазните генератори това е напрежение-
то на една фаза на генератора.
За двигател — напрежението на мрежата, към която трябва
да се включи двигателят, за да работи нормално. При трифазен
двигател това е линейного напрежение на мрежата.
Рк — номинална мощност (номинален товар)
Под товар на електрическа машина се разбира механичната
или електрическата мощност, която машината отдава при опре-
делени условия. за генератор — електрическата мощност на
изводите на котвената намотка, за която е изчислен генераторът.
При генератор за променлив ток това е пълната мощност на из-
водите му.
Рн за двигател — полезната механична мощност, която двига -
телят отдава на работния край на вала си и за която е изчислен.
Номинален ток — за генератор и за двигател това е токът,
изчислен по формулите:
Р Р«
/и = —Л*— —за по:толн нотокова /н = -------за променливотоко-
U м.,„иия. f-'cos Ф* ва еднофазва машина;
MiUlnlid,
/в = -------за трифазна
V3 <4COS * машина.
Номинален режим — когато машината работи при напрзжг-
ние, ток и мощност, равни на номиналните стойности.
i| — коефициент на полезно действие (к. п. д.) — огношение-
92
то на отдадената от машината полезна мощност към подадената
(консумираната). Във всяка електрическа машина част от подаде-
ната енергия не се оползотворява — тази част наричаме загуби
на енергия. Обикновено тя се превръща в топлина. Това е топ-
Лина, отделена в намотките на електрическата машина, в резул-
тат на топлинното действие на електрическия ток и в магнитна-
та система на машината от вихрови токове и хистерезисни явле-
ния. Има и механични загуби, конто се дължат на триене между
въртящите се части и въздуха и в лагерите на машината. Затова
не е възможно отдадената мощност да бъде равна на подадена-
та. Поради това к. п. д. е винаги по-малък от единица или по-
малък от 100%, ако се изрази в проценти:
където /32 е отдадената мощност;
Р1 — подадената мощност.
Стремеж при конструиране на машините е тези загуби да
бъдат малки, за да се икономиса енергия и за да не се загрява
изолацията на машината недопустимо.
л — номинална скорост на въртене — скорост на подвижна-
та част, която отговаря на номинален товар;
/ — номинална честота — само при променливотокова маши-
на. Обикновено това е честотата на мрежата. Генераторите на
електрическа енергия трябва да създават напрежение с /=50 Hz;
cos %— номинален cos <р (само при променливотокова машина).
При генератора той зависи от натоварването, а при двигателя —
завися от индуктивного и активного съпротивление на намотката.
7.2. ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ НА ПОСТОЯННОТОКОВА МАШИНА
а) като генератор
Видяхме, че когато рамка (навивка) се върти в магнитно по-
ле, индуктнраното е. д. н. е синусоидално. Като включим консу-
матора чрез четки и пръстени към изводите на рамката, през не-
го протича променлив синусоидален ток (фиг. 3.1). Какво да на-
правим, за да протича през консуматора ток в една посока, т. е.
да превърнем рамката от източник на променливо е. д. н в из-
точник на постоянно е. д. н.? Да създадем условия едната четка
винаги да бъде положително наелектризирана, а другата четка
винаги да бъде отрицателно наелектризирана. Това е възможно,
ако едната четка контактува винаги с този от двата проводника
1 и 2, който се намира под северния полюс, а другата четка — с
този, който е под южния полюс. За да се осъществи това, е необ-
ходим елементарен механичен превключвател, който ще свързва
проводниците ту с едната, ту с другата четка, когато те премина-
93
•ват през така наречената неутрална линия (линия, перпендику-
лярна на магнитните силови линии. Когато преминават през
нея, е. д. н. в навивката сменя посоката си). Затова е необходи-
мо вместо към два изолирани пръстена, изводите на навивката да
се запоят към две половинки на един пръстен, изолирани помеж-
ду си (фиг. 7.2 а, б). Така, докато се движи под севернпя полюс,
проводникът 1 ще контактува с четка Л, а докато се движи под
южния полюс — с четка В. Същото се отнася и за проводник 2 —
докато се намира под северния полюс, ще контактува с четка А,
а когато е под южния полюс — с четка В. Затова едната четка е
винаги положителна, а другата—отрицателна. През консума-
Фмг. 7.3. Изправено напрежение
л) при*две навивки; б)л.при осей навивки
тора ще протича ток в една посока, но пулсиращ. Ако навивките
са г.овече, например 2, разположени перпендикулярно една на
друга, токът през консуматора ще пулсира по-малко (фиг. 7.3а).
А ако са осем навивки, ще пулсира незначително, защото токо-
94
кете от отделимте навивки са дефазирани и като се съберат, пулей-
рането намалява (фиг. 7.3 б). При голям брой навивки, каквитс
в действителност имат генераторите, на изводите се получава
почти постоянно напрежение и през консуматора протича почти
постоянен ток. Вместо на две половинки пръетенът трябва да се
разреже на толкова пластинки, колкото е броят на проводници-
те. Те са изолирани помежду си и към всяка се запоява краят на
един проводник. Това устройство, което превръща генератора от
променливотоков в постояннотоков, се нарича колектор.
6) като двигател
Още в т. 2.4 виждаме, че ако през рамка тече постоянен ток,
то тя след няколко колебания ще застане в устойчиво равнове-
сие (прочетете го отново и разгледайте внимателно фиг. 2.10).
За да се запази посоката на въртящия момент, е необходимо да
се сменят посоките на силите, а това е възможно само ако се сме-
ни посоката на тока в рамката, когато тя преминава през неут-
ралната линия (фиг. 7.4 а, б). Това е възможно само ако провод-
никът 1 контактува ту с едната четка (когато е под северния по-
люс), ту с другата четка (когато е под южния полюс). Тогава
токът през проводника 1 и 2 ще бъде променлив или, с други ду-
ми казано, четката А ще контактува винаги с този от двата про-
водника, който се намира под северния полюс, а четка В с този
проводник, който се намира под южния полюс. Така, въпреки
че подаденото напрежение е постоянно, през навивката ще тече
Фжг. 7.4 а, б. Принцип на постояннотоков двигател
променлив ток. А това е възможно, ако се използува същият ме-
ханичен превключвател, както при генератора. Оказва се, че не
може да се реализира постояннотоков двигател без колектор.
Той е необходима част за всяка постояннотокова машина.
7.3. УСТРОЙСТВО НА ПОСТОЯННОТОКОВАТА МАШИНА
Фиг. 7.5. Части
постолннотоковата машина
на
а) Статор — основна част на статора е стоманеното тяло,
излито от чугун или изработено от дебела листова стомана (фиг.
7.5). Към него са заварени или отлети заедно с него крака за
свързване на машина-
та с основата, върху
която ще се постави.
Към тялото се при-
крепват с помощта на
болтове полюсите' на
машината (фиг. 7.6).
Те са два при двупо-
люсна машина и по-
вече при многополюс-
на машина. Най-мно-
го се изработват по-
люси от листова елек-
тротехническа лама-
рина. При събиране-
то на листовете в па-
кет се оформи полюс-
на приставка, която
осигурява необходи-
мого разпределение
на магнитните силови
линии. Върху полю-
сите се поставят по-
люсните бобини, кои-
то[се свързват помеж-
ду !си и образуват
възбудителната на-
мотка на машината.
Т я създава основного
магнитно поле. Боби-
ните се свързват по-
между си така, че да
ооособят редуването на полюсите. Изработват се от изолиран ме-
дей проводник. Към тялото се прикрепват и така наречените
лагерни щитове. Те носят лагерите, в конто лагерува валът на
машината.
б) Ротор — състои се от ротсрен пакет, вал и роторна (кот-
вена) намотка. Роторният пакет се наработка от електротехниче-
ска стомана с дебелина 0,5—0,35 mm. за да се намалят вихрови-
те токове, конто ще се индуктират при въртене на ротора (фиг.
7.7). При събиране на листовете в роторен пакет се оформят ро-
торните канали, в конто се поставят навивките на роторната на-
9G
мотка (фиг. 7.8). Навивката има два активни проводника, конто
трябва да се намират под два съседни разноименни полюса и
конто се свързват към две съседни колекторни пластинки. Чрез
тях навивките се свързват помежду си. Четките разделят намот-
ката на два паралелни клона.
роторами свързването й към колекторни пластинки
Валът е стоманен цнлиндър, който носи всички подвижни час-
ти — роторния пакет, роторната намотка и колектора.
в) Коле к тор — той е най-сложната и най-отговорна част на
машината (фиг. 7.9). Колекторните пластинки се изработват от
профилна мед. Те са с клиновидна форма (/) и са изолнранн ед-
_на от друга с миканитова изолация (2). В края си всяка пластин-
ка има издатък с прорез за запояване на проводниците на кот-
зената намотка. Колекторът се монтира на вала и се върти заед-
но с него.
7 Електрот-хаика с осьовв на електр.
97
г) Четки — Четкрте представляват графитни или въгленови
призми, закрепени на специално устройство-четкодържател, чрез
което е възможно да се регулира натискът им върху колектор-
ните пластинки. Те са най-малко две при двуполюсна машина,
Фиг. 7.9. Колектор
/) колекюрна пластинка; 2} изоляция; 3) втулка
диаметрално разположени на неутралната линия. При въртенето
на колектора колекторните пластини последователно контактуват
с четките.
7.4. ОСНОВНИ ЗАВИСИМОСТИ
ПРИ ПОСТОЯННОГОКОВАТА МАШИНА
а) Като генератор
Ако към изводите на котвената
намотка не е свързан консума-
тор, генераторът работа на пра-
зен ход — роторът се върти от
някакъв двигател и в намотката
се индуктира е. д. и., което по
големина може да се изрази
така:
където
п — скоростта на въртене на
ротора;
б) Като двигател
При включване на котвената
намотка към постоянно напре-
жение чрез четките през нея
съгласно закона на Ом проти-
ча токът
където
7?а е съпротивлението на кот-
вената намотка на двигателя.
Тъй като роторът е неподви-
жен в първия момент на включ-
98
Ф >— основен магнитен поток;
константа, чиято стойност
се определи от броя на навив-
ките, размерите и конструк-
цията на машината. Имаме пра-
во да изразим по този начин
е. д. н., защото колкото по-
бързо се върти роторът, тол-
кова по-бързо се изменя маг-
нитният поток, който обхваща
всяка навивка. Следователно
е. д. н. е пропорционално на
скоростта на въртене. От дру-
га страна, колкото е по-голям
магнитният поток, толкова по-
голямо ще бъде неговото изме-
нение по отношение на навив-
ката при постоянна скорост на
въртене. Следователно е. д. н. е
пропорционално и на големи-
ната на магнитния поток. При
включване на консуматор ве-
ригата се затваря и протича
ток |
Я+*а ’
където
е съпротивлението на кон-
суматора;
Ra — съпротивлението на кот-
вената намотка.
От взаимодействието на маг-
нитното поле на този ток и
основното магнитно поле се съз-
дава съпротивителен момент,
който е пропорционален на то-
ка и магнитния поток. За да
се върти роторът, външният
двигател трябва да преодоля-
ва непрекъснато това противо-
действие, като създава въртящ
момент, равен по стойност на
електромагнитния съпротиви-
телен момент
М=Мс.
ването, а 7?а е малко, този ток
ще бъде много по-голям от но-
миналния ток на двигателя.
Нарича се пусков ток. След
развъртане на ротора, както
знаете, се индуктира противо-
е. д. н. и токът намалява:
Въртящият момент на двигате-
ля се образува от взаимодействие-
то на основното магнитно поле,
и магнитното поле, което създа-
ва тока през котвената намотка,
затова може дасеизрази така:
и дело
км е константа, чиято стойност
се определи от броя на навив-
ките, размерите и конструкции-
те на машината.
Когато не е натоварен двига-
телят (към вала му не е свърза-
на работна машина), той рабо-
ти на празен ход. Въртящият
момент е малък, защото прео-
долява само триенето на под-
вижните части с въздуха и в
лагерите — това е собственият
съпротивителен момент. При на-
товарване на двигателя валът
му с® затормозва, забавя се
скоростта на въртене, противо-
е. д. н. намалява, токът нараст-
ва, нараства и електромагнит-
ният въртящ момент, докато
се изравни с общия съпроти-
вителен мом ент — собствения
Мо и на работната машина
/И2: М=МС=М2+МО. Всяка
промяна в натоварването на
двигателя води до промяна на
тока и до промяна на въртя-
щия момент.
/ЛИЧ Я А\
Jбийлиотек^)
7.5. ДОПЪЛНИТЕЛНИ ЯВЛЕНИЯ
В ПОСТОЯННОГО КОВ АТА МАШИНА
а) реакция на котвата
Посоката на силовите линии на магнитното поле, създадено
от тока, който протича през котвената намотка, може да се оп-
редели с правилото на свитите пръсти на дясната ръка (фиг.
7.106). Силовите му линии са перпендикулярни на силовите ли-
Фиг. 7.10. Реакция на котвата
а) магнитно поле при правей ход: 6) магнитно поле, създадено от котвена намотка; в) ре-
вултатио магнитно поле
нии на основното магнитно поле. Затова то се нарича напр^чнс
магнитно поле. В същност основното магнитно поле съществува
само при празен ход (фиг. 7.10 а). Двете Магнитки полета се на-
слагват и създават едно резултантно магнитно поле, което не е
нито надлъжно, нито напречно. То е несиметрлчно спрямо полю-
сите — под единия край на полюса е усилено, а под другия от-
слабено (фиг. 7.10 в). Това явление се нарича реакция на кот-
вата и е толкова по-силно изразено, колкото е по-голям токът в
котвената намотка. До какви последствия води то? Тъй като не-
утралната линия трябва да е перпендикулярна на силовите ли-
нии, тя не може да запази мястото си и се явява завъртяна на из»
вестей ъгъл спрямо първоначалното си положение. На същия
ъгъл би трябвало да се завъртят и четките на машината.
б) комутация
При работа на постояннотоковата машина между неподвиж-
ните четки и въртящия се колектор се получават искри. Това
може да се дължи на неравна повърхност на колектора, непра-
100
вилно подбрани четки, много малко или много голямо налягане
на четките върху колектора. Но по-често то се дължи на проне-
сите, конто стават при преминаване на всяка йавивка от единия
паралелен клон в другая паралелен клон на котвената намотка.
Тъй като краищата на всяка навивка са свързани към две съ-
седни колекторни пластини, то при движение на колектора чет-
ката ще контактува последователно с едната колекторна пла-
стинка, после с двете едновременно и накрая само с другата ко-
лекторна пластинка. Неизбежно ще има момент, в който четката
Фиг. 7.11. Комутация
едновременно^ ще се допира до две съседни колекторни пластинки
и навивката, която е свързана с тях, ще сеокаже свързана накъсо.
Изменението на тока в навивката, включена накъсо посред-
ством четките за времето на късото съединение, се нарича кому-
тация. Какво в същност е станало? Вижте внимателно фиг. 7.11.
В положение а четката се допира до едната колекторна пластин-
ка, токът има една посока. Следващият момент (положение б)
четката се е допряла до двете колекторни пластинки и навивка-
та е свързана накъсо. А след това в положение в е допряна до
пластинка 2 и токът тече през навивката в обратна посока. Тъй
като колекторът се движи бързо, за много кратко време токът
през тази навивка се измени много бързо и е налице условие за
самоиндукция. Съгласно закона на Ленц индуктнраното е. д. н.
пречи на нарастването и на намаляването на тока. В момента на
отделяне на четката от пластинките, свързани към съответната
навивка, токът няма да е нула-и се получава електрическа искра
между пластинките и четката. Това искрене е много вредно, за-
щото се получава нагар върху четките, те се износват по-бързо,
а е и опасно, защото може искрата да премине към другата чет-
ка и да се получи дъга. При надвишаване на определен!! по стан-
дарт норми искренето може да наруши нормалната работа на ма-
шината.
101
в) начини за намаляване вредного влияние на реакцията
на koiвата и комутацията
Върху статорною тяло между полюсите се закрепват допъл-
нителни полюси (фиг. 7.12). Възбудителната им намотка се свър-
зва последователно на котвената намотка и през нея преминава
целият котвен ток. Магнитного поле, което тя създава, индукти-
Фиг. 7.12. Допълнителни полюси на постоянно-
токова машина
ра в комутиращата навивка е. д. н., равно по големина и против-
но по посока на е. д. н. на самоиндукция, т. е. неутрализира го.
Чрез допълнителните полюси се намалява и влиянието на реак-
цията на котвата.
В генераторите с по-голяма мощност в полюсните приставки
се поставя компенсационна намотка, която се свързва последо-
вателно на котвената и създава винаги (при всеки товар) магнит-
но поле, обратно на котвеното магнитно поле.
7.6. НАЧИНИ ЗА СЪЗДАВАНЕ
НА ОСНОВНОГО МАГНИТНО ПОЛЕ
Много рядко само за малки мощности се използува магнитно
поле, създадено от постоянни магнитя (фиг. 7.13 а), защото то
не може да се измени по големина и по посока. Обикновено маг-
нитното поле се създава от възбудителна намотка, поставена
върху полюсите на статора. Ако тя се захранва от източник на
постоянно напрежение, казваме, че машината е с независимо въз-
буждане (фиг. 7.13 б). По-често обаче възбудителната намотка е
свързана електрнчески с котвената намотка. В зависимост от на-
чина на свързването й към котвената намотка машините биват с
последователно възбуждане (фиг. 7.13 в), ако е свързана после-
дователно, и с паралелно възбуждане, ако е свързана паралелно
(фиг. 7.13а). Машината може да бъде и със смесено възбуждане,
ако възбудителната намотка се състои от две части—едната,
102
свързана паралелно, а другата—последователно (фиг. 7.13 д).
Това различие в начина на свързване на възбудителната на-
мотка обуславя различии качества на машините. Възниква обаче
въпросът, как се осъществява явлението електромагнитна индук-
ция, ако машината е генератор и възбудителната й намотка не
е свързана към източник. Това е възможно само ако в магнит-
ната верига има слаб остатъчен магнетизъм. При завъртане на
Фиг. 7.13. Начин за създаване на основного магнитно поле
ротора в намотката се индуктира е. д. н. от това слабо магнит-
но поле. Тъй като възбудителната намотка е свързана към кот-
вената, през нея протича възбудителен ток, обусловен от това
малко по стойност е. д. н. Този ток при правилно свързване съз-
дава магнитно поле, еднакво по посока с полето от остатъчния
магнетизъм. То се усилва, е. д. н. се увеличава, токът през въз-
будителната намотка също нараства, усилва се магнитният поток
и т. н., докато се получи номинално е. д. н. и се установи нормален
режим на работа. Този процес се нарича самовъзбуждане на ге-
нератора. За да се реализира, необходимо е първоначално намаг-
нитване на машината чрез захранване на възбудителната намотка
от външен източник. Така се създава благодарение на явлението
хистерезйс остатъчен магнетизъм.
7.7. ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ПОСТОЯ И НОТО КО В АТ А
ЕЛЕКТРИЧЕСКА МАШИНА
За да се познават качествата на електрическата машина тряб
ва да се познават нейните характеристики. Те изразяват (обик-
новено в графичен вид) връзката между две величини, характери-
зиращи работата на машината при постоянни стойкости на оста-
налите величини.
103
а) характеристики иа генератор
За постояннотоковия генератор основни величини са: Е, I,
/Е, U на изводите при натоварване.
Ако не са включени коисуматори, ток не протича и при по-
стоянна скорост на въртене на ротора индуктиранэго е. д. н. за-
Фиг. 7.14. Режим на празен ход
а) електрическа схема; б) характеристика на празен ход
виси само от магнитния поток. Чрез изменение на възбудител-
ния ток се изменя магнитният поток и е. д. н. Тази зависимо ст
като всички характеристики се получава опитно и се нарича ха-
рактеристика на празен ход (E=f (1Ъ) ) (фиг. 7.14).
При /в=0 е. д. н. има малка стойност, която се получава от
остатъчния магнетизъм. При увеличение на /в магнитният пот ок
се увеличава и е. д. н. също се увеличава. Но понеже магнит-
ната верига се насища (спомнете си кривата на намагнитване на
феромагнитен материал), е. д. н. започва все по-бавно да се из-
меня, докато настъпи момент, от който нататък е. д. н. повече
не се изменя. Работната точка се избира в т. нар. коляно, тъй ка-
то това създава най-благоприятни условия за регулиране на на-
прежението.
При генератор с последователно възбуждане характеристнката
на празен ход не може да се построй, защото IB=Ia, а при пра
зен ход /а=0 (7а —ток през котвеИата намотка).
Вънлина характеристика. При включване на коисуматори
протича ток, получава се вътрешен пад в източника и напре-
жението на изводите на генератора намалява. Зависимостта на
напрежението от котвения ток се нарича Външна характеристика
на генератора (фиг. 7.15).
За да се получи опитно тази характеристика, се дава такава
104
стойност на възбудителния ток, при която U=E (при /а=0).
След това постепенно се натоварва генераторът.
В генераторите с независимо възбуждане напрежението на-
малява малко поради вътрешния пад (крива 1). При генератор с
паралелно възбуждане, като намалява напрежението, намалява и
възбудителният ток, магнитният поток и е. д. н. Затова напреже-
Фиг. 7.15. Натоварване на постояннотоков генератор (работен режим)
а) електрическа схема; 6) външна характеристика
нието намалява повече, отколкото при генератор с независимо
възбуждане (крива 2). При генератор с последователно възбуж-
дане, ако няма включен консуматор, е. д. н. на изводите е равно
на £ОСт. При натоварване расте възбудителният ток, расте маг-
нитният поток, расте е. д. н. и напрежението на изводите също
нараства. След като се насити магнитната верига (магнитният
поток остава постоянен), напрежението започва да намалява по-
ради влиянието на вътрешния пад (крива 3). Поради нестабилна-
та характеристика те не намират приложение.
При генератор със смесено възбуждане, ако последователната
и раралелната намотка се евържат така, че магнитните им пото-
ни да се сумират, напрежението на изводите на генератора ос-
тава почти непроменено при промяна в натоварването (крива 4).
Нарастването на е. д. н. от влиянието на последователната намот-
ка се компенсира от намале нието му поради влиянието на пара-
лелната намотка.
; б) характеристики иа двигател
От израза за противо-е. д. н. на двигател можем да опреде-
лим скоростта му на въртене:
105
Епр = kE пФ—п = •
Но противо-е. д. н. при п ромяна в натоварването непрекъснато
се изменя и можем да го изразим от израза за котвения ток:
U—E
— Env — U—IRZ.
Заместваме го горе и получаваме
Тази зависимост между скоростта на въртене и котвения ток се
нарича скоростна характеристика на двигателя и изразява влия-
нието на натоварването на двигателя върху неговата скорост на
въртене. В зависимост от начините на възбуждане на двигателя се
получават за различните ви-
дове двигатели различии ско-
ростни характеристики.
При двигател с независи-
мо възбуждане и с паралел-
но възбужда не магнитният по-
ток не зависи от котвения
ток, той е постоянен затова
при увеличение на натовар-
ването скоростта малко нама-
лява. (От напрежението се из-
важда вътрешният пад, който
дори при голям ток е малък).
Такава характеристика се на-
рича т в ъ р д а (фиг. 7.16 —
крива /).
Фиг. 7.16. Механични характеристи-
ки на постояннотоков двигател
При двигател с последователно възбуждане .магнитният поток
е пропорционален на котвения ток (преди-да се получи насища-
не). Затова при увеличаване на тока потокът се увеличава, а
скоростта на въртене намалява значително. При намаляване на
тока става обратного. При празен ход (ненатоварен двигател)
токът е почти нула, магнитният поток също, а скоростта на вър-
тене би се получила огромна (фиг. 7.16—крива 3). Затова то-
зи двигател никога не се пуска на празен ход, а винаги натова-
рен. Такава характеристика се нарича м е к а.
Каква ще бъде характеристиката на двигател със смесено
възбуждане? Тя ще бъде средна между двете разгледани харак-
теристики '(фиг. 7.16 — крива 2).
106
7.8. РЕГУЛИРАНЕ НА ОСНОВНИТЕ|ВЕЛИЧИ НИ
НА ПОСТОЯННОТОКОВА МАШИНА
а) като генератор
Пускане. Роторът на генератора се развърта от двигател, до-
като достигне номинална скорост на въртене. Постепенно с рео-
стат във възбудителната верига се увеличава възбудител ният ток,
докато се получи на изводите номиналната стойност на е. д. н.
на празен ход. След това постепенно генераторът се натоварва —
включват се консуматорите на електрическа енергия.
Регулиране на напрежението на изводите. Напрежението тряб-
ва да остава постоянно по стойност независимо от натоварване-
то, защото консуматорите са произведена да работят нормал-
но при постоянно напрежение. Тъй като напрежението спада по-
ради вътрешния пад и реакцията на котвата, за да се компен-
сира това спадане, може да се увеличава е. д. н. на генератора.
А това е възможно, като се изменя възбудителният ток, а чрез
него се изменя и основният магнитен поток. Съществуват схеми
за автоматично регулиране на напреже-
нието, при конто всяка промяна на напре-
жението води до съответна промяна на
възбудителния ток.
б) като двигател
Фиг. 7.17. Включване на
постояннотоков двигател
към мрежата
Пускане. Големият пусков ток, който
черпи постояннотоковият двигател при пу-
скането, е опасен не само за двигателя,
но и за консуматорите, свързани към съ-
щия източник, защото в този момент те
получават понижено напрежение. За да се
намали пусковият ток, се използува пус-
ков реостат, включен последователи о в
котвената верига (фиг. 7.17). Тогава пус-
ковият ток се определи от
/ _ . _______________
' пУск р 1 р
^3 1 ''пуск
Рп е съпротивлението на пусковия рео-
стат, което е така подбрано, че /ПуСК
да не бъде по-голямо от 1,5—2 /н.
В процеса на развъртане на ротора постепенно пусковият рео-
стат се изключва до нула. С намаляване на пусковия ток намаля-
ва и пусковият момент, затова при пускане възбудителният ток
трябва да има максимална стойност.
107
Регулиране на скоростта на въртене. Тъй като изведохме, че
скоростта на въртене е
може да се направи извод, че са възможни три начина за изме-
нение™ й: чрез изменение на напрежението, чрез изменение на
магнитния поток и чрез изменение на пада в котвената намотка.
На практика най-често се измени магнитният поток, като с ре-
гулировъчен реостат се измени възбудителниит ток. При дви-
гател с паралелно възбуждане той се включва последователно
на възбудителната намотка, а при двигател с последователно въз-
буждане — паралелно на възбудителната намотка. Тъй като въз-
будителнинт ток може само да се намалива, то и магнитниит по-
ток само намалива, а съгласно формулата скоростта на въртене
се увелнчава над номинал ната.
Спиране. Извършва се чрез изключване на двигателя от мре-
жата с прекъсвач. Ако двигателит трибва бързо да спре, се из-
ползува подходища спирачна система.
7.9. ПРИЛОЖЕНИЕ НА ПОСТОЯННОТОКОВАТА МАШИНА
а) като генератор
Генератор с независимо възбуждане. Използува се, когато
е необходимо регулиране на напрежението в широки граници
(например за захранване на възбудителната намотка на синхро-
нен генератор).
Генератор с паралелно възбуждане. Използува се най-много
за зареждане на акумулатори и в електрохимиита (например за
захранване на галванични вани в галванотехниката).
Генератор със смесено възбуждане. Използува се, когато има
специални изисквания по отношение на външната характери-
стика.
б) като двигател
Приложение™ на двигателя се определи от механичната му ха-
рактеристика. Тя изразява връзка между механични величини —
скорост на въртене и въртящ момент на двигателя. При двигатели
с паралелно и независимо възбуждане тя се покрива със скорост*
ната характеристика, защото М=Ф I, а Ф е постоянен. Меха-
нична характеристика от този вид се нарича твърда — скорост-
та на въртене се измени много малко при изменение на момента.
Тези двигатели се използуват, когато е необходимо плавно ре-
гулиране на скоростта в широки граници. Механичната характе-
108
ристика на двигател с последователно възбуждане е мека, подоб-
на на скоростната му характеристика. Тя е подходяща за слу-
чаи, при конто се изисква голям пусков момент, тъй като М~
==е£>1=Р, защото Ф=/. Използуват се за задвижване на електри-
Фиг. 7.1?. Външен вид на електрокарен тягов
двигател с последователно възбуждане за
V = 40 V, Р = 1,3 kW и п = 900 min-1
чески превозни средства и повдигателни механизми. Допускат
претоварване три пъти над номиналното.
Двигател със смесено възбуждане. Използува се за задвижване
на електрнчески превозни средства и на работай машини, конто
изискват голям пусков момент. Допускат претоварване и изиск-
ват регулиране на скоростта в широки граници.
Производство на постояннотокови машини. У нас се про-
извеждат постояннотокови двигатели за електрокари в завода за
постояннотокови машини „Георги Костов" в София. Те са с по-
следователно и смесено възбуждане. Постояннотокови микрома-
шини се произвеждат в завода в Ловеч. Те се използуват за ав-
томобилни генератори, за автомобилни вентилатори, бърсачки и
други. Двигатели за автомобилни стартери се произвеждат в за-
вода за стартерни двигатели — Сливен.
Постояннотокови машини се внасят и от Съветския сырз.
На фиг. 7.18 виждате външния вид на електрокарен тягов
двигател с последователно възбуждане за U — 40 V; Р = 1,3 kW;
п — 900 min ~1.
109
7.10. ВЪПРОСИ ЗА самопроверка
1. Защо електрическата машина е преобразувател на енергия?
2. Каква е разликата между генератор за променлив ток и
генератор за постоянен ток?
3. Защо роторът се изработва от листов материал?
4. Защо върху статора се поставят допълнителни полюси?
5. Защо двигателят има голям пусков ток?
G. Коя зависимост се нарича механична характеристика на
двигател?
7. Как се регулира скоростта на въртене на постояннотоков
двигател?
8. Каква е разликата между твърда и мека механична ха-
рактеристика?
9. Кои двигатели се използуват за задвижване на електро-
кари?
10. От какво зависи въртящият момент на постояннотокова
електрическа машина?
? ГЛАВА^ОСМА
Г АСИНХРОННИ МАШИНИ
Ще разгледаме асинхронната машина само като двигател, за-
щото като генератор тя не се използува. Асинхронният двигател
е изобретен от създателя на трифазната система М. О. Доливо-
Доброволски.
8.1. ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ
НА ТРИФАЗЕН АСИНХРОНЕН ДВИГАТЕЛ
Вече знаете, че две или три неподвижни намотки, чиито оси
„ 2~
Са изместени една спрямо друга на ъгъл 3 и през конто проти-
чат дефазирани с една трета от периода токове, създават вър-
тящо се магнитно поле (т. 4.5). То се върти със скорост, про-
порционална на честотата на захранващото напрежение. При
f = 50 Hz полето ще се върти със скорост п =3000 min "1(ако ма-
шината е двупол юсна).
Нека да представим това поле, чрез неговите полюси А и S,
конто се въртят по посока на часовниковата стрелка (фиг.
8.1). Ако в това магнитно поле се намира ротор с една навив-
110
ка, то тя ще бъде пресичана от неговите магнитна силови ли-
нии и в нея ще се индуктира е. д. н. Ако навивката е свър-
зана накъсо, през нея ще протече ток в същата посока, който
ще създаде свое собствено магнитно поле. От взаимодействие™
на двете магнитни полета ще се
породи механична сила и въртящ
момент, който ще завърти навивката.
В каква посока? И тук ще ни помогне
законът на Ленц. Тъй като при-
чината за индуктирането на тока е
пресичането на навивката от магнит-
ните силови линии на въртящото се
магнитно поле, само като се завърти
в същата посока, в която се върти
полето, ще се попречи на причината.
Затова токът и силата ще имат да-
дената на фиг. 8.1 посока. Дали на-
вивката ще достигне скоростта на
полето? Да допуснем, че това е стана-
ло. Но тогава навивката и полето ще
се въртят с една и съща скорост,
е. д. н. в нея няма да се индуктира,
няма да протече ток, няма да се по-
роди механична сила и навивката ще
Фиг. 8.1. Принцип на асинх-
ронен двигател
изостане от полето. А щом
се върти с по-малка скорост, ще се пресича от силовите линии, ще
има е. д. н., ток, ще се породи механична сила. Можем да напра-
вим извода, че роторът на асинхронния двигател ще се върти
винаги с по-малка скорост от скоростта на полето, неедновре-
менно с него или както се казва, асинхронно. Затова
тези двигатели се наричат асинхронни.
8.2. УСТРОЙСТВО НА АСИНХРОННИЯ ДВИГАТЕЛ
а) статор (фиг. 8.2)
Тялото на статора се излива от стомана или е заварена сто-
манена конструкция. Статбрният пакет се събира от щанцовани
дискове електротехническа стомана с дебелина на листовете 0,5
mm, при което се образуват каналите за статорната трифазна
намотка. Тя се изработва от чиста електролитна мед. На клем-
ното табло на двигателя се извеждат началата и краищата на
трите намотки.
б) ротор
Роторната сърцевина също се изработва от листова електро-
техническа ламарина. При събирането им в пакет се оформят ро-
I А 1
торните капали. На фиг. 8.3 се вижда роторен и статорен диск.
Роторите на асихронните двигатели се изпълняват в два вариан-
та — накъсо съединен ротор и навит ротор.
При двигатели за малка и средна мощност роторната намотка
представлява кафез от медни пръчки, иоложени в каналнте на
Фиг. 8.2. Части на^асинхронен двигател
роторен лист
I
Фиг. 8.4. Разрез на асинхронен двига-
тел с накъсо съединен ротор с алуми-
ниева намотка
112
роторната сърцевина Те
се свързват помежду Си с
помощта на два пръстена,
към конто се заваряват.
Особено много се изпол-
зува алуминиева намотка,
получена чрез запълване
на каналите на ротора с
разтопен алуминий (фиг.
8.4). Едновременно се от-
ливат и страничните свър-
зващи пръстени и венти-
лацибнни лопатки за ох-
лаждане на двигателя. Та-
къв ротор се нарича накъ-
со съединен ротор. При
навитая ротор в .роторни-
те канали се поставят
проводници на трифазна
намотка, подобна на ста^~
торната. Трите й извода
се свързват помежду си в
звезда, ~а друШтё три сё~
запояват~ към три медни~
пръстена, изолирани един
от~друг и закрепени вър-
~ху~~Баэта'~нгГ двигателя. Три
неподвижни медни или въ-
гленови четки контактуват
с пръстените (фиг. 8.5), а
към четките се свързват
три регулируеми съпро-
тивления, свързани помеж-
ду си. По този начин мо-
же да се изменя активно-
го съпротивление на ротор-
ната верига.
8.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ
НА АСИНХРОННИЯ ДВИ-
ГАТЕЛ
В момента на включва-
не на статорната намот-
ка на двигателя към три-
фазната мрежа въртящото
се магнитно поле с най-го-
Фиг. 8.5. Асинхронен двигател с навит ротор
8 Електровика с основ, на елект.
113
ляма скорост пресича неподвнжната още роторна намотка. Затова
индуктираното в нея е. д. н. Е2 и гток 12 получават най-големите
си стойности. Този голям ток, който можем да наречем вторичен
ток, предизвиква протичането на голям първичен ток през статор-
ната намотка, защото. асинхронния двигател можем да го сравним
с трансформатор, чиято вторична намотка (роторната) е свър-
зана накъсо. Нарича се пусков ток, както при посгояннотоковия
двигател. Но въпреки големия пусков ток пусковият въртящ мо-
мент на обикновения асинхронен двигател с накъсо съединен
ротор не е голям. Това означава, че той не може да се пуска нато-
варен. Защо пусксвият момент е малък? Знаем, че. въртящият
момент на постояннотоковата машина е пропорционален на статор-
нид поток и роторния ток. Въртящият момент на асинхронния
двигател зависи още и от cos <р2:
М =Ф/2 cos ф2.
q>2 е фазовата разлика между £2 и /2, а /2 cos <р2 е проекция-
та на тока /2 върху Ez и представлява полезната част от тока-
Стойността на ъгъла <р2 се определи от съотношението между
активного и индуктивного съпротивление на роторната намотка.
Активного й съпротивление е постоянно, а индуктивного съпро-
тивление, тъй като е честотно зависимо (XL = wL), измени непре-
къснато стойността си, защото непрекъснато се измени честотата
на индуктирания роторен ток (тя зависи от скоростта, с която по-
лете пресича роторната намотка). То е най-голямо в момента на
пускане на двигателя (и = 0), защото тогава честотата на ротор-
ния ток е най-голяма. Ъгълът <р2 е голям, a cosg е малък и пуско-
вият момент е малък въпреки големия пусков ток. С постепенно-
го развъртане на ротора индуктивного съпротивление намалива,
ъгълът ф2 намалява, cos ф2 расте и въртящият момент расте, въп-
реки че роторният ток намалява (роторният ток и индуктивного
съпротивление намаляват, защото скоростта, с която силовите
линии пресичат въртящия се вече в същата посока ротор, е по-
малка). На фиг. 8.6 виждате, че при по-малък роторен ток и при
по-малък ъгъл проекцията на роторния ток е по-голяма, откол-
кото при по-голям ток и по-голям ъгъл. Въртящият момент про-
дължава да расте с развъртане на ротора и достига една макси-
мална стойност Ммакс, след което започва отново да намалява
(защото роторният ток вече много намалява, a cos ср2 по-бавно
расте и определяйте е влиянието на роторния ток) (фиг. 8.7). Ако
роторът достигне скоростта на полето (и = nJ, въртящият мо-
мент би станал равен на нула, защото роторният ток ще стане
нула. Ако завъртим тази графика на ъгъл -g- , получаваме ме.
ханична-та характеристика на асинхронния двигател п — f (М)
114
(фиг. 8.8). Тази скорост, на която отговаря максимален момент,
се нарича критична скорост на ротора.
Ако към вала на двигателя не е свързана работна машина,
той работи в режим на празен ход. На статорните му намотки е
Фиг. 8.6. Векторна диаграма и триъгълник на съпротив-
ленията на роторната намотка на асинхронен двигател
подадено напрежение, роторът му се върти с най-голяма скорост,
близка до синхронната (на полето — nJ. Въртящият момент на
двигателя е малък, защото преодолява само собствения му съпро-
тивителен момент /Ио, създаден от триене на въртящите се части
Фиг. 8.7. Графика на въртящия
момент
Фиг. 8.8. Механична характери-
стика
в латерите и във въздуха. При свързване на работна машина
(натоварване на двигателя) валът се затормозва, роторът намаля-
ва скоростта си. Е. д. н. Ё2 и роторният ток /2 нарастват, увели-
чава се въртящият момент и се изравнява с общия съпротивителен
момент — на работната машина /И2 и собствения момент на дви-
115.
гателя 7И0. При равенство на двата момента двигателят хсе вър-
ти равномерно. Асинхронният двигател отдава по-голяма ме-
ханична мощност за сметка на по-голяма електрическа мощност,
която консумира (както при трансформатора).
Връзката между скоростта на ротора и отдаваната от двигате-
ля механична мощност е скоростната характеристика на двигате-
ля (фиг. 8.9). Тя е твърда, както на двигател с паралелно въз-
буждане. Зависимостта на въртящия момент и на cos <р са изоб-
разени на същата фигура. Интересна е зависимостта на cos <р от
мощността (от натоварването на двигателя). Той е най-малък при
празен ход — 0,2 до 0,3, а при номинално натоварване има стой-
ност над 0,85. Защо? Вижте фиг. 8.10. Ако приемем, че напреже-
нието не се изменя, то реактивната мощност, която взема двигате-
лят от мрежата, също няма да се измени (понеже магнитният
поток не се изменя). Колкото е по-натоварен двигателят, толкова
по-голяма активна мощност
черпи от мрежата. Ъгълът ср
е по-малък, a cos <р е по-го-
лям.
Въртящият момент е пра-
во пропорционален на отда-
дената мощност, но ако дви-
гателят се натовари със
съпротивителен момент, ра-
вен или по-голям от макси-
фиг. 8.10.
мал ния, който той може
да развие, той спира. Претоварващата способност на един двига-
тел се оценява с коефициента на претоварване /г=я "® .
Ми
116
8.4. ПУСКАНЕ НА АСИНХРОНЕН ДВИГАТЕЛ
Всеки двигател има клемно табло, върху което са изведени на-
чалата и краищата на трите фази на статорната намотка. По стан-
дарт те се означават така: началата с Сх, С2, С3> а краищата със
Фиг. 8.11.
Клемно табло'на асинхронен двигател
С4, С5 и С6 (фиг. 8.11 с) По наше желание можем да ги свържем
или в звезда, или в триъгьлник. За да ги свържем в звезда, доста-
тъчно е да свържем трите начала или трите краища с две метал-
ни пластинки. А за да ги свържем в триъгьлник, два по два свърз-
ваме всеки горен с долей извод — начало с край. От останалите
свободни три извода се извеждат проводници за евързване към
трифазната мрежа (фиг. 8.11 б, в).
Но как да решим кой начин на евързване да изберем, преди
да включим двигателя към мрежата? Трябва да се съобразяваме
с линейното напрежение на мрежата и номиналното напрежение на
едната фаза на статорната намотка на двигателя. Напрежението,
което получава една фаза, не бива да бъде по-голямо от посоченото
върху табелката, за да не се повреди изолацията на намотката. У
нас мрежата е, както знаете, с ил = 380 V и 1/ф = 220 V. Ако
номиналното напрежение на една фаза е 220 V, намотката трябва
да се евърже в звезда (Л), но ако номиналното напрежение на една
фаза е 380 V, намотката трябва да се евърже в триъгьлник (А).
Най-често на табелката се означава линейното напрежение на
мрежата и начинът на евързване на намотката. Например означе-
нието Л 380 V показва, че двигателят ще се евърже в звезда към
мрежа с U„ = 380 V, а ако означението е А 380, двигателят ще се
евърже в триъгьлник към мрежа с Un — 380 V.
117
Независимо как е свързана статорната намотка, при включва-
нето на двигателя към мрежата през нея ще протече пусков ток.
Още веднъж ще повторим, че както при трансформатора, за да
се компенсира размагнитващото действие на вторичния (ротор-
Фиг. 8.12. Пускане на асинхронен дьитател
а) директно пускане; б) пускане с превключвател
ния) ток, статорната намотка черпи също голям ток, макар че той
трае кратко време (след развъртане на ротора /2 намалява и
също намалява). С топлинното си действие и с големия пад, кой-
то създава в мрежата, той е опасен. Затова само двигателят с
малка мощност се включва директно към мрежата (фиг. 8.12 а).
Двигател с по-голяма мощност се включва дйректно само към
мрежа с гол яма мощност.
За да се намали пусковият ток, асинхронните двигатели с накъ-
со съединен ротор се пускат, като на статорната намотка се подава
понижено напрежение. Това се осъществява по два начина — като
двигателят се захранва от вторичната страна на- автотрансформа-
тор (фиг. 8.13), който впоследствие се изключва, или като ста-
торната намотка се превключва от звезда при пускане в триъгъл-
ник при развъртане на ротора. Това се осъществява със специален
превключвател, но само ако статорната намотка е оразмерена
нормално да работа в триъгълник (фиг. 8.12 6).
При двигатели с малка мощност активного съпротивление на
ротора е голямо и затова въпреки големия пусков ток пусковият
118
фиг. 8.13.Пускане на асинхронен
двигател с автотрансформатор
момент е задоволителен. Но при двигатели с големи мощности
проводниците на роторната намотка са с голямо сечение (защо?),
активного им съпротивление е малко и пусковият момент също
•е малък (<р2 е голям, cos <р2 е малък). За да се увеличи пусковият
момент, се правят изменения
в конетрукцията на ротора,
чрез конто се постига увеличе-
ние на активного му съпротив-
ление. Използуват се ротори с
дълбоки канали или с две отдел-
яй накъсо съедииени намотки.
Асинхронният двигател с
навит ротор се пуска, катопред-
варително в роторната верига
посредством четките се включ-
ват пускови съпротивления —
пусков реостат. Така се постига
намаляване на роторния ток, а
това означава, че намалява и
пусковият ток. Постепенно се
намалява съпротивлението на
пусковия реостат и когато ро-
торът достигне номинална ско-
рост на въртене, реостатът на-
пълно се изключва, като кон-
тактните пръетени се свързват
накъсо със специално устройст-
во. Но при тези двигатели пус-
ковият момент не е малък. По-
ради по-голямото активно съпротивление на в еригата се намалява
<р2, а се увеличава cos ср2 и въртящият момент.
8.5. РЕГУЛИРАНЕ НА СКОРОСТТА НА ВЪРТЕНЕ
НА АСИНХРОНЕН ДВИГАТЕЛ
Ако на статора има две отделяй трифазни намотки или една
всяка фаза на която се състои от две части, чрез евързването им
по различен начин е възможно да се измени броят на чифтовете
полюси на въртящото се магнитно поле и по този начин да се на-
мали скоростта на въртене скокообразно. Ако двете части се евър-
жат последователно, се получават четири полюса (фиг. 8.14 6),
и л = 1500 min-1, а ако се евържат паралелно (фиг. 8.14 а), се
получават два полюса и п = 3000 min -1.
Скоростта на въртене на ротора може да се измени, като се
измени скоростта на въртящото се поле чрез изменение на че-
стотата на захранващото напрежение. Затова е необходим преоб-
разувател на честота или захранване на двигателя със специален
119
генератор, на който може да се регулира честотата. Перспективно
е използуването на статични полупроводникови преобразуват ели
на честотата.
При двигателите с навит ротор се постига лесно и плавно ре-
Фиг. 8.14. Регулиране на скоростта на въртене чрез изменение на чифтове
полюси
гулиране на скоростта на въртене чрез регулировъчен реостат,
който, както пусковият реостат, се включва в роторната верига
чрез пръстени и четки. За разлика от пусковия реостат той се из-
числява за продължителна работа. Този начин не е икономичен
поради голямата загуба па енергия в реостата, затова се използу-
ва преди всичко при кратковременна работа. Например при асин-
хронни двигатели, конто задвижват повдигателни кранове.
Ако разменим изводите на две от фазите на статорната три-
фазна намотка, ще се смени посоката на въртене на въртящото
се магнитно поле, а с това ще се смени и посоката на въртене на
ротора. Това се извършва със специален превключвател. Изключ-
ването на двигателя от мрежата става чрез прекъсвач.
8.6. ЕДНОФАЗЕН АСИНХРОНЕН ДВИГАТЕЛ
Ако се прекъсне едната фаза на включен към мрежата три-
фазен асинхронен двигател (например поради изгаряне на пред-
пазителя), той се превръща в еднофазен, защото намотката му е
образувана от последователното свързване на двете здрави фази
и се оказва включена към линейного напрежение на мрежата
(фиг. 8.15). Двигателят продължава да се върти в същата посо-
ка. Но ако предварително се прекъсне фазата и тогава се включи
120
създава пулсиращо,
Фиг. 8.15. Трифазен дви
гател, оставен да работи
на две фази
двигателят към мрежата, неговият ротор остава неподвижен. То-
ва означава, че двигателят няма начален пусков момент. Да си
обясним защо. През статорната намотка, която се е превърнала в
еднофазна, протича променлив ток, който
а не въртящо се магнитно поле. Това пул-
сиращо поле може да се представи като
две еднакви магнитни полета, въртящи се
в противоположни посоки с една и съща
скорост, пропорционална на честотата на
пулсиращото поле (фиг. 8.16).
Ако роторът е неподвижен, двете поле-
та индуктират равни е. д. н. с противни
посоки и £ре3=0. Въртящ момент няма.
Като се завърти роторът в дадена посока с
външна сила, едното от двете полета, кое-
то се върти в същата посока, обуславя
много по-голям въртящ момент, отколкото
обратного поле. И затова роторът се вър-
ти в посоката, в която действува по-голе-
мият въртящ момент.
~ За ’задвижване на домакински уреди
като изпълнителни механизми в автома-
тиката, в някои уреди с малка мощ-
ност, конто изискват захранване от ед-
нофазна мрежа, се изработват еднофазни
асинхронни двигатели, чийто принцип е същият, както на опи-
сания трифазен двигател, оставен да работи на „две фази“. Ста-
торната намотка е една и се поставя в каналите на две трети от
периферията на статора. Роторната намотка е свързана накъсо.
За да се създаде пусков
чиято ос е изместена на
използува
момент, се
спрямо работната
90*
помощна намотка,
намотка. Последо-
Фиг. 8.16. Представяне на пулсиращо поле като две въртящи се полета
вателно на помощната намотка се включва кондензатор или ак-
тивно съпротивление, а тя се свързва паралелно на работната
намотка (фиг. 8.17). Получава се въртящо магнитно поле от две
намотки, захранени с дефазирани токове. То пресича роторната
121
.8.17. Еднофазен асин-
хронен двигател с конден-
затор в пусковата намотка
намотка, индуктира в нея е. д. и. и ток, в резултат на което се
получава пусков въртящ момент. Като се развърти роторът, пуско-
вата намотка се изключва.
За целите на автоматиката се използуват асинхронни микро-
двигатели. Приложение намират двигателите с кух немагнитен ро-
тор от алуминиева сплав. Въртящият
момент се образува от взаимодействие-
то на въртящс поле, създадено от две-
те намотки на статора, свързани в
паралел, и индуктираните в ротора вих-
рови токове. Изработват се за /=1000
Н и п=3000 min -1. При необходимост
от още по-високи обороти се използуват
двигатели с масивен ротор, за да има
достатъчна механична якост. Асинхрон-
ните еднофазни двигатели имат по-ни-
сък коефициент на полезно действи е
и по-нисък cos ср от трифазните дви-
гатели.
8.7. ВЪЗМОЖНИ ЧЕСТО[СРЕЩАНИ ПОВРЕДИ
В АСИНХРОННИТЕ ДВИГАТЕЛИ ft’REi
1. Двигателят е включен в мрежата, но не се върти.
Причини—
изгорели предпазители, прекъсване ча някои от захранващите
проводници или голямо претоварване на двигателя.
Фиг. 8.18. Външен вид на асинхронен двигател с накъсо съединен ротор
122
: 2. Двигателят се загрява недопустимо. Причини — късо съеди-
ненве в статорната намотка, повишено напрежение на -мрежата
или претоварване на двигателя.
3. Двигателят се върти с намалена скорост. Причини — прето-
варване, прекъснат проводник в роторната намотка, понижено на-
прежение.
Причините се откриват чрез преглед и чрез измерване на на-
прежението и тока. Асинхронни двигатели се произвеждат в за-
вода за асинхронни двигатели — Троян, СТЗ „Басил Коларов41 —
София, ЗАД — Пловдив.
8.8. ВЪПРОСИ ЗА САМОПРОВЕРКА
1 Защо двигателят се нарича асинхронен?
2. Защо роторът се върти по посока на полето?
3. Защо роторът изостава от полето?
4. Защо пусковият ток е голям?
5. Защо пусковият момент е малък?
6. Как се намалява пусковият ток?
7. Защо асинхронният двигател прилича на трансформатор?
8. Каква е ролята на пусковата намотка на еднофазния асин-
хронен двигател?
8.9. JIAbOPATQPHA РАБОТА № 2
Свързване и пускане на асинхронен двигател
с накъсо съединен ротор
I. Задачи за изпълиеиие
1. Да се изучи конструкцията на трифазен асинхронен двига-
тел с накъсо съединен ротор.
2. Да се свържат намотките в звезда и в триъгълник.
3. Да се провери състоянието на изолацията с мегаомметър.
4. Да се пусне директно асинхронният двигател и се устано-
ви, че 7п>7н.
5. Да се смени посоката на въртене.
6. Да се остави двигателят да работи на две фази.
II. Необходими апарати и съорьжения
1. Трифазен асинхронен двигател с малка мощност с накъсо-
съединен ротор.
2. Амперметър от електромагнитната система.
3. Трифазен лостов прекъсвач.
4. Мегаомметър.
123
III. Практическо изпълнение
1. При възможност се отвинтват винтовете, конто прикреп-
ват лагерните капаци към тялото на статора. Внимателно се из-
важда роторът, като между статора и ротора се вкарва тънък
лист от картон, за да се предпази роторната и статорната повърх-
ност от нараняване. Разглеждат се внимателно частите, след което
двигателят се сглобява отново.
2. Изводите на клемното табло се свързват първо в звезда, а
после в триъгълник по схемата на фиг. 8.11, като се използу-
ват проводникови метални мостчета за свързване.
3. С мегаомметър се проверява изолацията между фазите и
между фаза и корпус, както е посоченб в т. 5.4 г (фиг. 5.10 и
фиг. 5.11).
Съпротивлението на изолацията Трябва да отговаря на усло-
вието
/?и35= 10004Л.
4. Чрез лостовия триполюсен прекъсвач двигателят се включ-
ва на празен ход, свързан в звезда към трифазната мрежа. Ам-
перметърът, включен към една от фазите, трябва да има обхват,
6—7 пъти по-голям от номиналния ток I» .
Директното пускане се осъществява по схемата на фиг. 8.12 а.
В момента на пускането се отчита пусковият ток. След раз-
въртане на ротора се измерва токът на празен ход.
5. След изключване на двигателя от мрежата се сменят ме-
стата на два от захранващите проводници и двигателят отново
се включва. Сменя се посоката на въртене на статорното въртя-
що се магнитно поле, в резултат на което се сменя и посоката
на въртене на ротора на двигателя.
6. През време на работа на двигателя се прекъсва едната фа-
за чрез изваждане на предпазителя, включен в същата фаза. Дви-
гателят продължава да се върти в същата посока.
ГЛАВА ДЕБЕТА
СИНХРОНИИ МАШИНИ
Синхронната машина е променливотокова машина, която е об-
ратима и може да работи като генератор и като двигател.
124
9.1. ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ '
а) синхронен генератор
Ако една навивка се върти в магнитно поле с два по люса,
индуктиранотое. д. н.е с честота /=60. Но ако’на статора има
повече полюси, например четири (два
чифта полюси), за едно завъртане
на навивката в нея ще се получат
две пълни изменения на индуктираното
е. д. н. — все едно, че навивката е
направила две завъртания в магнит-
но поле с два полюса. От това сле-
два, че честотата му ще бъде два пъ-
ти по-голяма. Ако полюсите са 6 (три
чифта полюси) — ще бъде три пъти по-
голяма. Така че имаме право да на-
пишем , че
/ =б” , където р е брой на чифтовете
полюси.
Ако скоростта на въртене п е постоянна, честотата също ще
бъде постоянна. Електрическа машина, в която честотата на ин-
дуктираното е. д. н. е пропорционални на скоростта й на върте-
не, се нарича синхронна.
Ако вместо една навивките са три, вместо едно ще се индук-
тират три е. д. н. (знаем всичко за тях от глава четвърта — три-
фазни системи). Машината от еднофазна се превръща в трифазна.
По-удобно е обаче от конструктивна и експлоатационна гледна
точка трите навивки (в действителните машини това са намотки)
да се разположат неподвижно в каналите на статора на машина-
та, както при асинхронната машина, а магнитното поле да се съз-
дава от ротора (фиг. 9.1). Тогава извеждането на електрическа
енергия ще става чрез неподвижни контактни съединения, а не
чрез пръстени и неподвижни четки. При затваряне на веригите
през консуматори ще протекат три тока и както при асинхрон-
ната машина, те ще създадат въртящо се магнитно поле. Само
че това поле се върти със скорост, еднаква със скоростта на ро-
тора, т. е. синхронно с него.
б) синхронен двигател
Знаем, че въртящият момент във всеки двигател се създава
от’ взаимодействието на две магнитни полета. Това трябва да очак-
ваме и при синхронната машина, ако я захраним с електриче-
ска енергия. Еднотополе ще се получи, като се евържат трите
125
намотки на статора към трифазна мрежа — те създават позна-
тото въртящо се поле. А другого поле се създава от ротора, кой-
то можем да си представим като постоянен магнит или електро-
магнит. Но ако постъпим така, роторът остава неподвижен. За-
що? Вижте фиг. 9.2. Ста-
Фиг. 9.2. Защо синхронният двигател
няма пусков момент
торного магнитно прле се
върти с голяма скорост
при която срещу полюси-
те на ротора застава ту
едноименен, туразноименен
магнитен полюс на ста-
торного поле (въртящото
поле пак си го представя-
ме като два полюса, кой-
то бягат пб периферията
на статора). Получават се
ту сили на отблъскване,
ту сили на привличане.
в резултат на което роторът остава неподвижен.
Но ако машината е работала като генератор и се прекъсне
механичната връзка с двигателя, който я върти, роторът не спи-
Ра, а продължава да се върти в същата посока, като машината
започва да взема енергия от мрежата, вместо да отдава, т. е. тя
се превръща в двигател.
Можем да направим извода, че машината няма пусков момент
както еднофазният асинхронен двигател. Но ако предварително се
развърти например от външен двигател, така че разноименните
полюси при близки скорости да имат възможност да останат един
срещу друг, да се вкопчат един в друг (представете си ги като
две зацепени' зъбни колела), то тогава роторът ще следва движе-
ние™ на статорного поле, ще се върти в такт с него, одновремен-
но с него — синхронно.
9.2. УСТРОЙСТВО НА СИНХРОННА МАШИНА
а) статор
Статорът на синхронната машина не се различава по устрой
ството си от статора на асинхронната машина. Ако машината
е генератор, трите намотки се свързват помежду си в звезда, за-
щото фазного напрежение е ^3 пъти по-малко от линейного на-
прежение и изолацията се оразмерява за по-малко напрежение.
126
Фиг. 9.3. Статор и ротор на генератор
б) ротор
Валът на синхронния генератор се свързва|с’,валарна двигате-
ля, който ще го завърти. Затова скоростта на генератора ще съв-
пада със скоростта на двигателя., Ако генераторът работи във
водна централа, той се върти от водна турбина (нарича се хи-
дрогенератор) или от двигател с вътрешно горене, ако работи в
Фнг. 9.4. Разрез на ро-
тор с четнри полюса
7—полюс; 2 — възбудителна
намотка
Фнг. 9.5. Разрез на дву-
полюсен ротор
дизелова централа. А те не могат да развият висока скорост (60—
750 min-1). При такава скорост, за да се получи в генератора
е. д. н. с промишлена стандартна честота 50 Hz, роторът трябва да.
127
бъде с повече от два полюса. Да проверим: ако п е равно на 750
min-1, a f — 50 Hz, то колко полюса трябва да има роторът? Из
ползуваме формулата
е рп f . 60 50.60 . ,
/= 60------— Р = -7Г-=-75о^ г4 чифта-
Роторът трябва да има осей полюса — четири северни и четири
южни. Такъв ротор се нарича многополюсен (фиг. 9.4).
Ако обаче генераторът работи в топлоелектрическа централа,
валът му е свързан с парна турбина, чиято скорост на въртене
е голяма (нарича се турбогенератор). У нас се използуват турбо-
генератори със скорост на въртене п = 3000 min -1. В този слу-
чай роторът ще бъде само с два полюса (фиг. 9.5):
60 f 3000 , * .
Р=— = 3000 чифт-
При такава скорост се пораждат големи центробежни сили,
затова роторът се изработва без изпъкнали полюси, а скрити.
Роторът е цилиндричен, изкован от цяло парче стомана, а с фре-
за по дължината му се издълбават капали, в конто се поставя
възбудителната намотка.
Синхронните двигатели са обикновено многополюсни, затова
роторите им се изработват явнополюсни.
Възбудителната намотка обикновено се захранва от постоян-
нотоков генератор, наречен възбудителка (фиг. 9.6 а). Роторът
й е набит върху вала на синхронната машина и се задвижва от
същия двигател. Възбудителната намотка може да се захрани и
°/ %
Фиг. 9.6. Захранване на възбудителната намотка
а) с постоянно напрежение; б) с променливо папрежение'чрез токоизправнтел
с променливо напрежение чрез токоизправнтел (фиг. 9.6 б). Ако
машината е генератор, в роторната сърцевина трябва да има оста-
тъчен магнетизъм. Индуктнраното променливо е. д. н. от оста-
тъчния магнетизъм след изправянето му от токоизправнтеля се
128
подава на възбудителната намотка посредством неподвижии чет-
ки и пръстени, към конто са запоени краищата й. През нея про-
тича възбудителен ток, усилва се магнитното поле, увеличава се
индуктнраното е. д. н. и т. н. Прсцесът протича както при по-
стояннотокова машина. Ако машината е двигател, възбудителната
намотка може да се захрани пак по същата схема чрез токоизпра-
вител от трифазната мрежа, към която се включва статорната
намотка на синхронния двигател.
9.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ НА СИНХРОННАТА МАШИНА
9.3.1. Характеристики на синхронен генератор
а) характеристика на празен ход
Тя изразява връзката между индуктнраното е. д. н. и възбу-
дителния ток (токът, който тече през възбудителната намотка).
Тя има същия вид както характеристиката на празен ход на пос-
тояннотоковия генератор (фиг. 9.7).
б) външна характеристика
При включване на кснс}матср напрежението на изводите на
всяка фаза намалява, понеже се получава спад в намотките на ге-
нератора. При индуктивен товар (двигатели, бобини) спадът е по-
голям, защото се получава освен активен и индуктивен пад. На
фиг. 9.8 виждате графично изобразана зависимостта между на-
прежението на изводите и тока в статорната намотка при активен
(крива 7) и при индуктивен (крива 2) товар.
Фиг. 9.7. Характеристика на
празен ход
Фиг. 9.8. Въишна характеристика
в) регулировъчна характеристика
За да се осигури постоянно по стойност напрежение на изво-
дите на генератора при различии натсварвания, необходимо е то
да се регулира. Това се остществява, като се изменя възбуди-
& Електротехника с основи на електр.
129
телният ток. Зависимостта между него и тока през статорните-
намотки се нарича регулировъчна характеристика (фиг. 9.9). При
увеличаване на натоварването
Фиг. 9.9. Регулировъчна харак-
теристика
(тока) възбудителният ток също
трябва да се увеличава, за да се
увеличи магнитният поток, е. д. н.
и напрежението на изводите, чрез
което се компенсира спаданетс-
му. Това може да става автома-
тично, като се използуват специ-
ални схеми за автоматично регу-
лиране.
9.3.2. Характеристики
на синхронен двигател
От принципа на действие на
синхронния двигател, следва, че
скоростта му на въртене винаги
на скоростта на въртящото се маг-
ще бъде една и съща, равна
нитно поле, независимо от натоварването му (независимо от съп-
ротивителни-я момент на работната машина). Затова механичната
му характеристика — връзката между п и М, е права линия, ус-
поредна на абсцисната ос (фиг. 9.10). Тя е подходяща за задвиж-
ване на механизми и машини, конто не изискват регулиране на
скоростта на въртене.
При празен ход двигателят преодолява само триенето в лаге-
рите и триенето на въртящите се части във въздуха. Въртящият
момент е равен на съпротивителния момент, който е малък и по-
Фиг. 9.10. Механична харак-
теристика
Фиг. 9.11. В.аимно разположение иа по-
люснте при празен ход и при натоварване
люсите на статорното и роторното поле са точно един срещу друг
(фиг. 9.11а). Като се включи работа а машина, съпротивител-
ният момент нараства, получава се изоставане на полюсите на
статора, нс те продължават да се привличат и роторът продъл-
130
жава да се върти със същата скорост. Но ако еъпротивителният
момент стане доста голям, възможно е роторните полюси да се от-
къснат от статорните, тогава роторът изостава и двигателят спира.
9.4. ВКЛЮЧВАНЕ НА СИНХРОННА МАШИНА КЪМ МРЕЖАТА
S-4.1. Включване на синхронен генератор
в паралелна работа
Обикновено в електрическите централи синхронните генерато-
ри са няколко и те работят съвместно, паралелно, което означава,
че изводите им са свързани към общи проводници, наречени ши-
ни. Такава работа дава възможност при повреда на един генера-
тор електроснабдяването да не прекъсва, докато бъде заменен с
друг. Освен това, когато намалява консумацията на електрическа
енергия, никои генератори се изключват, за да работят останалите
с номиналния си к. п. д.
За да се включи един генератор в паралелна работа към друг
генератор или по-добре към общата мрежа, трябва предварително
да се извърши неговото синхронизиране. А това означава пред-
варително да се осъществят следните условия.
а. Да се изравнят честотата на напрежението на генера-
тора и на мрежата (на шините, към който ще го включваме и
към който вече са включена и работят други генератори).
б. Напреженнята на съответните фази на генератора и на
мрежата да съвпадат по фаза и да бъдат с равна ефективни стай-
ности.
в. Фазите на генератора и на мрежата да бъдат с еднаква
последователност (тези, който ще се евържат).
Или казано по-просто, векторите на напреженнята на генера-
тора трябва напълно да съвпадат с векторите на напреженнята
на мрежата, към която го включваме (фиг. 9.12).
Ако тези условия не се спазят, в момента на включване на
генератора протичат големи токове, свързани с механично и топ-
линно действие.
Използуват се два начина за синхронизиране—точно
синхронизиране и грубо синхронизиране.
Ще разгледаме един от начините за точно синхронизиране, наречен
„метод на тъмно“ (фиг. 9.13). Три лампи се свързват към едноимен-
ните фази на генератора и мрежата. Паралелно на една от лампите
се свързва волтметър с 0 в средата на скалата. Изменя се скорост-
та на въртене (п) и големината на възбудителния ток (/в), докато
лампите угаснат. А те угасват, защото всяка от тях се захранва
от разликата на две фазни напрежения, а когато са ейазени всич-
ки условия, тя е нула (защото те съвпадат по фаза). В същност
131
лампите изгасват при 2Б— 20% ст .номиналното си напрежение,.
затова за по-точно улавяяе на момента се използува и волтметър
Генераторът трябва да се включи, когато лампите са изгаснали
и той показва нула. В ствременните електрнчески централи се
Фиг. 9.12. Векторна диаграма на нап-
реженията при точна синхронизация
Фиг. 9.1,3. Точно синхро ни-
зиране по „метод на тъмно"
използуват схеми с автоматично синхронизиране и всчогванз в
паралелна работа.
Грубого синхронизиране (самосинхронизиране) се извършва,
като предварително се развъпта генераторът от първичния дви-
гател до синхронна скорост. През това време възбудителната на-
мотка е затворена през активно съпротивление. Генераторът се
включва в мрежата и веднага се подава на възбудителната намот-
ка постоянно напрежение, при което той влиза сам в синхронизъм.
Само синхронизирането може да се извършва от нискоквалифици-
ран персонал. Получава се краткотраен ток, около три и половина
пъти по-голям от номиналния.
0.4.2. Пускане на сиихрэнгн двигатди
Видяхме, че синхронният«двигател няма пусков момент и вклю-
чен направо към мрежата, двигателят не тръгва. Но какво пречи
да се постави в каналите на полюсните накрайници на ротора
още една намотка, която да се свърже накъсо. Тогава при включ-
ване към мрежата двигателят ще работи както асинхронен дви-
гател с ротор накъсо и може да се включва по същите схеми: ди-
ректно, с превключвател, с автотрансформатор. След като роторът
достигне до скорост, близка до синхронната, на выбудителна-
та нахмотка се подава постоянно напрежение, протича възбуди-
телен ток, оформят се полюсите на ротора, конто се привличат
132
от полюсите на статорното въртящо се магнитно поле и двигателят
се превръща в синхронен, т. е. роторът се върти едновременно
с полето. В пусковата намотка е. д. н. вече не се индуктира. Обяс-
нете защо!
0.5. КАЧЕСТВА И ПРИЛОЖЕНИЕ НА СИНХРОННИТЕ МАШИНИ
а) като генератор
Ако посетите атомната централа край Козлодуй, централите
от Баташкия водносилов път, ако влезете в големпте машинни за-
ли, вне ще познаете огромните агрегати-турбогенератори или хид-
Флг. 9.14. Външен вид на синхронен генератор
рогенератори. Те превръщат в електрическа енергия енергията
на падащата вода, енергията, отделена при разпадане на атомно-
го ядро, топлинната енергия, отделена при изгаряне на камеэните
въглнща. В целия свят за получаване на електрическа енергия се
използуват синхронии генератора. На фиг. 9.14 внждате синхро-
нен генератор с хоризонтален вал, произведен в СТЗ „В. Кола-
ров" — София.
б) като двигател
Синхронният двигател има висок к. п. д., висок cos о, твърда
механична xapai геристика. Изработва се за различии мощности и
се използува за задвижване на вентилатори, помни, компресори,
мелници, дробилки, прокатай нерегулируеми станове и др. Техен
Г АИЧИА\
недостатък е необходимостта от източник на постоянно напрежение
за захранване на възбудителната намотка. Особено перспективни
са еднофазните синхронии двигатели с малка мощност, използува-
ни в автоматиката и телемеханиката, радиолокацията, звукоза-
пис, в медицински и битови апарати.
9.6. ВЪПРОСИ ЗА САМОПРОВЕРКА
1. Защо наричаме тези електрически машини синхронии?
2. Защо намотайте са разположени на статора, а роторът съз-
дава магнитното поле?
3. Защо се изработват многополюсни ротори?
4. Каква е разликата между турбогенератор и хидрогенератор?
5. Сравнете по принцип на действие и по устройство синхрон-
ния и асинхронния двигател!
ГЛАВА ДЕСЕТА
ПРОМИШЛЕНА ЕЛЕКТРОНИКА
10.1. ПРЕДМЕТ И ЗНАЧЕНИЕ
НА ПРОМИШЛЕНАТА ЕЛЕКТРОНИКА
Фиг. 10.1. Опит на Едисои
Още в края на миналия век американският изобрэгагел Еди-
сон се натъкнал на интересно, неизвестно тогава явление. Той из-
следвал свойствата на лампите с наже-
___________________ жаемажичка, конто в начал ото били би-
тумни (съвременните лампи сазапълне-
ни с инертен газ). За целта вътре в
лампата запоил допълнигеяэн и етален
електрод и наблюдавал какво става
при подаване на напреже.ше между
двата електрода — металната жичка на
лампата и допьлнигелния електр од(фиг.
10.1) . И открива, че в образуваната
електрическа верига от лампата двата
електрода и източника т ок протича са-
мо ако металната жичка е свързана
към “ на източника, а допълнител-
ният електрод—към на източ-
ника (при положение, че металната
жичка е нагрята до висока температура, понеже е свързана към
друг източник и при нея протича ток, от който тя се нагрява).
Така Едисон открива принципа на действие на електроваку-
умната лампа, без да разбере и използува това явление. А за
134
нас сега това е съвсем просто за обяснение — нагрятата жич-
ка става източник на термоеелектронна емисия. Отделените елек-
трони се привличат от положителния електрод, преминават през
вакуума и във веригата протича електрически ток.
С устройството на електровакуумната лампа се занимава елек-
трониката. Това е отрасъл от науката и техниката, в който се
разглеждат устройства, свързани с движение на електрони и йони
в трудно ироводими среди — вакуум, разреден газ, полупровод-
ници. А промишлената електроника както самото име подсказва,
разглежда тяхното използуване за нуждите на промишлеността.
Внедряването им създава големи възможности за автоматизация
на производствените процеси и оттам — за рязко повишаване на
производителността на труда.
В нашата страна промишлената електроника се развива отско-
ро, но с бързи темпове. Завод „Електроника11, развойното пред-
приятие „Органотехника11, Заводътза пзчислителна техника, Заво-
дът за аналитични уреди и др. създават български електронни уст-
ройства. Незаменими елементи в тях са полупроводниковите уре-
ди — германиеви и силициеви диоди, транзистори и др., конто се
отлнчават преди всичко с малки размери, голяма трайност и прос-
та експлоатация. Има случаи обаче, при конто е по-целесъобразно
да се използуват електронните лампи. Свързани в различии схеми,
полупроводниковите и електронните уреди се използуват широко
за измерване на различии величини, контрол на технологични про-
цеси, управление на електрически двигатели и в различии авто-
матични устройства. Ето защо отново, въпреки че сте ги изуча-
вали по физика, трябва да разгледаме елементите, от конто се
изгражда най-слсжното електронно устройство: диод, триод, по-
лупроводников диод и полупроводников триод (транзистор).
10.2. ВАКУУМНИ ЕЛЕКТРОННИ ЛАМПИ
Известно ви е, че за да се преодолев в метал привличането
между свободните електрони и положителните йони на кристал-
ната решетка, е необходима допълнителна енергия. За различни-
те метали тази необходима енергия е различна. Ако металът се
загрява, топлинната енергия е именно тази допълнителна енер-
гия, която дава възможност някои електрони да придобият по-
голяма скорост и да се отделят от металната повърхност. Това
явление се нарича термоелектронна емисия. Отделените електро-
ни обаче остават близко до метала, защото след тяхното излитане
той се наелектризира лоложително и ги привлича обратно. Така
близко до металната повърхност се получава пространствен от-
рицателен заряд — електронен облак.
Ще разгледаме по-подробно двуелектродната и триелектрод-
ната ламла, в конто се използува явлението термоелектронна
емисия.
135
а) двуелектродна лампа — вакуумен диод.
В балон от стъкло, от който е изтеглен въздухът, са поста-
вени два електрода. Електродът, който се нагрява и е източник на
електрони, се нарича катод. Той се изработва от труднотопим
Фиг. 10.2. Двуелектрод-
на лампа
Фиг. 10.3. Двуелектродна лампа
а) анодна верига; б) условно означение на лампа с катод
с директно отопление; в) условно означение на лампатл
с инднректно отопление
метал във вид на вертикален метален цилиндър, покрит от вън-
шната страна с вещество (например бариев или стронниев окис),
което излъчва много голям брой електрони при по-ниска темпе-
ратура, отколкото частият метал. Вътре в катода е разположен
изолиран проводник, който се свързва към източник на напреже-
ние (постояннотоков или променливотоков). Топлината, която се
отдели от протеклия ток, загрява катода. Тези катоди са с не-
пряко действие, но има катоди и с пряко действие — токът мина
ва през самая катод. Предпочитат се първите. Веригата, образу-
вана от катода и източника, се нарича отоплителна верига или
само отопление на катода.
Другият електрсд се нарича анод и представлява метален
цилиндър, конто обхваща катода (фиг. 10.2). На фиг. 10.3 е по-
казана принципната схема и условного означение на диод с катод
с пряко и катод с непряко действие.
Ако подадем напрежение между двата електрода-, като плюса
свържем с анода, а минуса — с катода, между тях се създава
електрическо поле. Анодът привлича електроните, веригата се
затваря, протича ток, наречен аноден ток (означената посока е
техпическата —тя е обратна на действителната посока, в която се
движат електроните). Зависимостта между анодния ток и анодното
напрежение се нарича анодна характеристика
(фиг. 10.4). При малки анодни напрежения само никои от елек-
троните успяват да преодолеят отблъекването на електрОнния об-
лак и да преминат към анода. Като се увеличи напрежението, по-
лете между електродите става по-силно и все посече електрони ус-
136
пяват да достигнат анода. Ако продължим да увеличаваме напре-
жението, ще стигнем до такава стойност, при която всички отделе-
ни електрони преминават към анода. По-голям аноден ток не
може да се получи. Този най-голям ток се нарича ток на насища
не. Ако катодът се загрее допо-
висока температура, ще се по-
лучи допълнителна електронна
емисия и токът ще нарасне. В
съвременн:гге лампи с окисни
катоди не се стига до насища-
не, защото те имат голяма тер-
моелектроннз емисия.
Какво ще стане, ако вклю-
чим лампата обратно — анодът
се свързва с минуса на източ-
ника, а катодът—с плюса на
източника. А.нодът ще отблъск-
ва електроните и ток няма да
ч>нг. 10.4. Вилгамяернз хчрзхг.-ри -
тика на диод
протича или както се казва,
лампата се запущва. И тз.кз през лампата ще протича ток са-
мо тогава, когато анодът е положителен :прямо катода. Ако
свържем лампата към източник на променливо напрежение, ток
ще,протича само когато анодът е положителен спрямо катода,
т. е. диодът има едкэпосочна проводимост. Това му свойство
определи неговото п; -ложение —- токоизправител.
б) триелектродна лампа вакуумен триод
Ако в двуелектродната лампа се постав и трети електрод и
неговият потенциал се изменя, Създава се възможчост да се изменя
анодяият ток. За да оказва той най-голямо влияние, трябва да
бъде разположен близко до като-
да и да не пречи на прёмилава-
нетс на електрони към анода. Тр-
зи трети еле град се нарича р е-
щетка нв съвре ленните лам-
пи се израбогва във вид на спи-
рала от молибденов или никелов
проводник, навнвките на която се
укрепват върху, иетална стойка
(фиг. 10.5). Нафиг. 10.0 виждате
условного означение на триелек-
тродната лампа и включването на
източници към анодната и решетъч-
ната верига.
Да проследим по-подробно
влиянието па решегката. Между
Катод
Фиг. 10.5. Устройство на триелек-
тродна лампа (триод)
137
решетката и катода се включва източник, който създава така па-
рен еното решетъчно напрежение. Ако на решетката се подале по-
ложителен потенциал, се създава допълнително поле, съвпадащо
«с полето между анода и катода. Решетката подпомага електроните^
Фиг. 10.6. Триелектродна лампа
а) условно оэначение; б) анодна и решетъчна верша
Фиг. 10.7. Решетъчна харак-
теристика на триод
по-голям брой електрони успяват да преминат към анода и анод-
ният ток се увеличава. При свързване на решетката с отрицател-
ния потенциал се получава обратен ефэкт. При някаква стойност
на този потенциал електрони въобще не преминават към анода,
въпреки че той е положителен—рэшетката.нэ им позволява да пре-
минат, тя е отрицателю наелектризирана и ги отблъсква. Следова-
телно ток не протича или, както се казва, лампата „се запушва“.
Зависимостта между анодния ток и напрежението на решетката се
нарича решетъчна характеристика (фиг. 10.7). Тя
се по лучава опитно при постоянно анодно напрежение, като се да-
ват различии стойкости на потенциала на решетката. Най-ценного
при тази лампа е, че с много малка промяна’на решетъчнэто на-
прежение се постига промяна на анодния ток. Решетката се явява
чувствителен управляващ електрод. Тази лампа намира голямо
приложение в усилвателите, електронните релета и автогенера-
т орите на електрнчески трептения.
10.3. ПОЛ)УПРОВОДНИЦИ
а) собствеиа и примесна проводимост на полупроводници
Вие знаете, че полупроводниците са вещества с кристалла
структура, със специфично електрическо съпротивление от поря-
дъка на 10~5 до 10е Пт (над 108 Пт —това са диелектриците,
под 10“8 Пт—металите). Химичните елементи германий, сили-
ций, селен, телур, много окиси, сулфиди и други съединения на
138
Химичните елементи спадат към групата на полупроводниците.
При температура, близка до абсолютната нула, тяхната кристална
решетка е идеал на — свободни електрони няма. Валентните елек-
трони на атомите се свързват помежду си с така наречената двой-
Фиг. 10.8. Кристална решетка на германий
а) идеална решетка; б) поправяне на електроииМдупки
ноелектронна връзка. Да вземем за пример четиривалентните
атоми на германия. За да се запълни електронната обвивка, са
необходими осем електрона,
затова германиевият атом се
свързва с четири съседни ато.
ма, така че всеки електрон
принадлежи едновременно на
два атома (фиг. 10.8 а). Тази
връзка е устойчива при ниска
температура. При увеличава-
не обаче на температурата
атомите започват да трептят
с по-големи амплитуди и след-
ствие топлинните удари, кон-
то се получават, някои връз-
ки се разкъсват. Така се ос-
вобождават електрони, конто
започват да се движат хао-
тично (фиг. 10.86). Мястото
Посока на дЬижекие на елеигронитР
Фиг. 10.9. Движение на електроните
и д; пките
обаче на отделилия се електрон остава свободно и може да се зае-
ме от друг електрон, който освобождава своею място. Това сво-
бодно място, което се появява в обвивката на различии атоми,
е прието образно да се нарича „дупка".
139
Ако към кристала се приложи напрежение, наличните свобод-
ни електрони започват да се движат насочено към този край на
полупроводника (който е свързан с плюса) под действие на си-
Фиг 10.10. Получаване на примесна проводимост
а) получаване на електронна проводимост; фпо.чучавапе на дупчеста проводимост
лите на полето.* Но дуиката също се движи, само че в посока,
обратна на посоката, в която се движи електронът. към този
край на полупроводника, който е свързан с минуса на източника.
А тя се движи така, защото, както се вижда от фиг. 10.9, елект-
роии последователно запълват освободеното празно място и се
създава клюзията, че то се премества към минуса, както би се
движил свободен положителен заряд. Затова движението на
„дупките" се възприема като движение на положително заредени
частини. Така в чистите полупроводници откриваме два вида
проводимости — електронна и дупчеста. Тя се нарича собствена
проводимсст на полупроводника и с увеличяване на температу-
рата тя расте, но все пак е малка.
Проводимостта на полупроводника рязко се влияе от приме-
сите. Един голям антимон, прибавен към 108 атома чист полупро-
водник, намалява специфичного му съпротивление повече от чети-
ри пъти, т. е. увеличава проводимостта му. Освен това примесите
оказват влияние върху характера на проводимостта — тя може да
стане преобладаващо електронна или преобладаващо дупчеста.
Ще съпоставим влиянието на различните примеси върху про-
водимостта на чист германии.
Нека да разгледаме германиев
кристал, един от атомите на
който е заменен с атом на анти-
Разглеждаме същия германиев
кристал, но един от атомите му
е заменен с атом на елемента
140
мон, който e петгалентен (фиг.
10.10 а). Четирите електрона на
антимона се свързват със съ-
седните германиеви атоми и об-
разуват двойке електронна връз
ка. Но пстият няма с какво
да се евърже и остава свобо-
ден. Така в германия се полу-
чава преобладаваща електрон-
на проводимост и тя може да
бъде 20 000 пъти по-голяма от
собствената проводимост. По-
лупроводник с такава прово-
димост се нарича полупровод-
ник тип л.
индий, който е тривалентен
(фиг. 10.106). За да може ин-
дият да се евърже с четирите
съседни атома и да създаде ус-
тойчива осемелектронна обвив-
ка, му липсва един електрон,
който се набавя от електронна-
та обвивка на друг германиев
атом от основната кристална
решетка. На мястото на този
електрон се образува дупка.
Така в полупроводника се по-
лучава преобладаваща дупче-
ста проводимост. Такъв полу-
проводник се нарича полупро-
водник тип р.
б) термкстори л фотссъпротивления
Собствената проводимост на полупроводниците се влияе от
външни фактори (нагряване, облъчване), конто увеличават енер-
гията на някои електрони я стават причина да се разкъсат някои
двойни електронни връзки, при което проводимостта им рязко на-
раства. Такива полупроводници се наричат термосъпротивления
(термистори) и фотосъпротивления. Те са основни елементи в тер-
морелегата и фоторелетата, конто се използуват широко в авто-
мата ката.
Термисторите се използуват и за измерване на температура
поради силно изразената зависимост от температурата. Намират
приложение за най-разнообразии измервания на температури в
биологията — температура на животни, на вътрешни органи, на
растения, а също и в техниката — за измерване на температури
на машинни лагери и др. Термисторът има вид на малко топче,
което се поставя там, където искаме да измерим температурата.
Нагряването му става от тока, който преминава през него, или
се загрява от топлината на околната среда. Включва се във верига
с омметър, чиято скала е направо разграфена в градуси. Фотосъ-
противлението представлява пластинка от стъкло или керамика,
върху която е нанесен полупроводников слой. Когато тя се осве-
ти, проводимостта й силно нараства, увеличава се токът във вери-
гата, в която е свързана или включена, а този ток задействува
някакъв изпълнителен механизъм.
в) електрсвиодупчест р—п-преход
Ако към един полупроводник тип п или тип р се приложи на-
прежение, то ще протича ток независимо от поляритета на из-
141
Г '
I
I
I
I
I
I
I
j
I
I
I
I
I
I
точника. Големината на тока ще се обуславя от примесната про-
водимост, а при по-високи температури — и от собствената про-
водимост. Комбинацията обаче от два полупроводника с различен
тип проводимост
притежава съвсем други свойства и се нарича
електрони о-д упчест преход.
Той не се създава чрез просто механично
допиране на два проводника, а се получава
в един кристал в резултат на специална тех-
нология.- От полупроводника тип п в полу-
проводника тип р преминават електрони
поради разликата в тяхната концентрация—
получава се своеобразна електронна дифу-
зия. В резултат на това полупроводникът
тип п се наелектризира положително, а по-
п се наелектризира отрицателно. На грани-
S np
~ Р §
n
Фиг. 10.11. Електрон-
нодупчест преход
При такова свързване (фиг.
10.126) полето, създадено от
източника, съвпада по посока
и подсилва спиращото му дей-
ствие. Ток не протича или про-
тича много слаб ток, който се
нарича обратен тэк. Това включ-
ване се нарича включване на
р—п-прехода в обратна посо-
ка.
лупроводникът тип
цата между двата полупроводника възниква електрическо поле,
което пречи на по-нататьшното преминаване на електрони. При
изравняване на силите на дифузията, конто карат електроните
да преминават, и силите на възникналото електрическо поле на-
стъпва равновесие. Като имаме пред вид това, можем да просле-
дим поведението на прехода при прилагане на напрежение в краи-
щата му. Нал,ице са две възможности. Полупроводникът тип р да
се свърже с плюса на източника, а полупроводникът тип п — с
минуса на източника. И обратно. Ще разгледаме какво става при
двете свързвания.
При свързване на полупровод-
ника тип р с плюса на източ-
ника, а на полупроводника тип
п с минуса на източника (фиг.
10.12а) полето, създадено от
източника, има обратна посо-
ка на полето, създадено от
р—п-прехода. То не спира, а
подпомага дифузията на елек-
трони. Във веригата протича
ток. Това включване се нари-
ча включване в права посока.
Ако подаденото напрежение
само през едната полувълна (когато полупроводникът тип р е с
отрицателен потенциал). През другата полувълна ток няма да
протича. Това действие на прехода се нарича изправително дей-
ствие и устройствата, в конто се използува, се наричат токоиз-
правители.
Как практически се получава р —п преходът? На пластинка
от германцев кристал с електронна проводимост се запоява кап-
ка индий (фиг. 10.13). В момента на запояването поради висока-
та температура 450—550°С индиевите атоми дифундират в герма-
e променливо, ток ще протича
142
ешевия кристал и когато сплавта изстива, се образува слой от
германий с дупчеста проводимост. Между двата слоя се получава
р—n-преход. Дебелината на прехода е много малка от порядъка
на Ю"4—10"5 ст. Единият електрод е индий, а другият калай, за-
Фиг. 10. ^ЛВключване на р—п-прехода{към напрежение
а) права посока; 6} обратна посока
поен към германиевия кристал. Полученото устройство се нари-
ча германиев диод. По подобен начин се получава и силициев ди-
од. Силициевата пластинка с електронна проводимост се сплавя с
алуминий. В резултат на проникването на
иеговите атоми в пластинката се получава
слой с дупчеста проводимост. Силициевите
диоди допускат по-голямо повишение на тем-
пературата спрямо германиевите, обаче по-
лучаването на свръхчист силиций е свърза-
но с големи трудности и тяхното изработва-
не е по-скъпо.
г) полупроводников триод (транзистор)
Фиг. 10.13 Образуване
на р—п-п реход
Комбинацията, получена от два р—п-пре-
хода, притежава интересни свойства. Обра-
зува се от германиев или силициев крис-
тал, в който чрез специална технология се постига двете крайни
области да имат дупчеста проводимост, а средната облает да има
електронна проводимост. Така в кристала се обособяват два р —
л-прехода. Да подадем на единия преход напрежение в права
посока („+“ на източника евързваме с р-областта, а „—“ —с
л-областта)- На другия преход — напрежение в обратна посока
р-областта се свързва с „—•“ на източника, а п-областта — с
на източника) (фиг. 10.14). В левия преход поради подаденото
напрежение в права посока преминават електрони в р-областта
и Дупки в n-областта. Ако п-областта беше широка, щеше да се
получи ток, както при полупроводниковия диод, но тази средна
облает е много тясна и дупките успяват да преминат през нея до
втория р — n-преход и оттам да се предвижат към минуса на из-
143
точника. Този преход спира електроните, но не спира дупките и
те преминават през n-областта към минуса на източника. Средната
част се нарича база, частта, свързана с плюса на източника, —
емитер, а с минуса на другия източник — к о л е к т о р.
Фиг. 10.14. Полупроводников триод
Емитерът снабдява чрез базата колектора с дулки и осигурява
протичането на ток във веригата база-колектор. Този ток обаче
зависи от тока, преминал през веригата емитер-база. Съществува
пропорционални зависимост между емитерния и колекторния ток.
Ако подадем променливо напрежение между емитера и базата,
колектбрният ток ще повтаря тези промени, а в товарного съпро-
тивление, което се включва във веригата база-колектор, ще се
получи променлив пад.
Колекторът е аналог на анода на триелектродната лампа, еми-
терът е аналог на катода, а базата е аналог на решетката. Напре-
жението между емитера и базата пграе ролята на управляващо
напрежение, както напрежението между решетката и катода в
триелектродната лампа. Характеристиките и параметрите на тран-
зистора приличат на характеристиките и параметрите на три-
електродните лампи. И приложение™ им е същото — като усллва-
тели и генератори на електрически трептения. Плоскостният тран-
зистор се получава, като от двете страни на германцев кристал с
електронна проводимост се запоява по капка индий. Така от двете
страни се получава р — п-преход.
За създаване на тока в емитера е необходимо малко напре-
жение, защото той е включен в права посока и съпротивлението
му е малко. Но появата на този ток предизвийва промяна в съ-
противлението на колекторния преход, намалява голямото му
съпротивление и обуславя колекторния ток.
10.4. ОСНОВНИ ИЗПРАВИТЕЛНИ СХЕМИ
За всички разгледани устройства с еднопосочна проводимост —
вакуумни и полупроводникови диоди, се използуват едниисъщи
144
схеми за изправяне на променлнвия ток. Затова Hie ги разгледа-
ме само изпълнени с полупроводников!! диоди.
а) Еднополупериодна схема
Вече знаем, че през р— м-г.рехода протича ток само когато
е включен в права посока, а не протича — когато е включен в
обратна посока. В схемите ще използуваме символичного услов-
но означение на полупроводнцковия диод (фиг. 10.15).
Фиг. 10.15. Волт-aiuiepna характеристика на полупроводников токоизпра-
Фиг. 10.16. Еднополупериоден токоизправител
а) схема; 6) графика на вапрсжепието и тока
Токоизправителят се включва обикновено към вторичната на-
мотка на понижаващ трансформатор (фиг. 10.16 а), чието напре-
жение отговаря на напрежението, което може да се приложи към
токоизправителя. Ток ще протича само в течение на едната полу-
10 Електр©техника с осмоби на електр.
145
юълна, когато диодът се оказии включен в права посока. Когато
се смени поляритетьт, диодът се запушва и ток не протича. То-
кът през консуматора тече в една посока, но пул сира (фиг. 10.166).
Затова тази схема почти не се използува.
б) Двуполупериодна схема
Прекъсването на тока може да се избегне, ако се използуват
два полупроводникови диада, свързани по схемата на фиг. 10.17.
Консуматорът се свързва между изведената средня точка на вто-
£>ичната намотка на трансформатора и общата точка на двата
сона и през него тече ток, т
Фиг. ^ОДДХхЧма на Фиг. 10.18. Графики на напрежението и тока
двунолупериоден то-
коизправител
диода. Единият край на всеки диод е свързан към вторичната на-
мотка на трансформатора, а другият — към консуматора. По та-
къв начин всеки полупериод единият диод е включен в права по-
. е. те се редуват —единият работи,
другият почива, след това обратно.
А тъй като веригата на тока и в два
та случая се затваря през консумато-
ра, през него тече пулейращ ток през
целия период (фиг. 10.18). Тази схе;
ма се използува при изправители с
малка мощност.
/?
•Фиг. 10.19. Мостова токоиз-
правителна схема
в) Мостова схема
Четири диода са включени в ра-
мената на моста по посочения на
фиг. 10.19 начин. Единият Диагонал
на моста се захранва направо от
мрежата или от вторичната намотка на трансформатора, а към дру-
гая диагонал се включва консуматорът. Диодите работят съвместно
два по два. Да проследим пътя на тока през Двата полуперио-
да на променливото напрежение. Когато точка а има положителен
потенциал спрямо точка б (I полупериод), диодите 1 и 2 са
146
включени в права посока. Токът преминава от точка а през диод /„
през консуматора, през диод 2 в точка б — веригата се затваря.
Диодите 3 и 4 през това време са запушени. През втория полупе-
риод, когато точка б има положителен потенциал спрямо точка а,
пътят на тока е следният: от точка б през диод <3, през консумато-
ра, през диод 4 и в точка а веригата се затваря. Получава се съ-
щият ефект, както при предната схема, но не е задължително да
се използува трансформатор.
г) Трифазна изправителна схема
Във всяка фаза на вторичната намотка на трифазен трансфо -
матор се включва по един диод, а между изведената нулева точ-
ка на трансформатора и общата точка на диодите се включва кон.
Фиг. 10.20. Трифаз-
на токоизправителна
схема
Фиг. 10.21. Мостова
трифазна токоизпра-
вителиа схема
суматорът (фиг. 10.20). Ток протича през този токоизправнтел,
към който в даден момент се пада най-голямо напрежение в права
посока. Така че всеки токоизправнтел работи през една трета от
периода. Получават се по-малки пулсации, отколкото при дву-
полупериодната схема. .
Най-малки пулсации се получават при трифазната мостова схе-
ма на Ларионов (предложена от съветския професор Ларионов)
(фиг. 10.21). Тази схема се използува при голяма мощност и висо-
ко напрежение. За изглаждане на пулсациите, когато е необхо-
димо, се използуват така наречените електрически филтри, конто
представляват комбинация от капацитет и индуктивност.
147
д) Едиспслупериодна схема с вакуумеи диод
Ако към анода и катода се подаде променливо напрежение,
през лампата ще тече ток само когато анодът е положителен спря-
мо катода. Ток ще протича само през половинката от периода,
а през другата половинка няма да протича. В резултат на това
през консуматора ще протича пулсиращ, прекъснат ток. В краи-
щата на консуматора се получава пад на напрежение. Катодът се
отоплява от напрежение, получено от вторична отоплителна намот-
ка на същия трансформатор, който захранва анодната верига.
10.5. ЕЛЕКТРОННИ УСИЛВАТЕЛИ
Много често в различии автоматични системи за управление и
регулиране, в автоматични задвижвания и в различии апаратури
се налага много малки напрежения или токове (да ги наречем
сигналы) да се увеличат многократно. Устройствата, конто извър-
шват това, се наричат усилватели. Ако те са изпъднени с елек-
тронни лампи или транзистори, се наричат електронни усилватели
(има машинни усилватели, магнитни усилватели и др.). Ако напре-
жението, ксето се подава на усилватели, наречем входно, а това,
ксето получаваме на изводите му — изходно, отнсшението между
двете се нарича коефициент на усилване на напрежението
и показва колко пии изходното напрежение е по-голямо от вхед-
ното. Ако входною напрежение е синусоидално с определена чес-
тота, изходното трябва да бъде също синусоидално със същата
честота. Вески усилвател усилва напрежението в определен често-
тен обхват. В прсмишлената електроника се използуват нискочес-
тотнп усилватели да честота от няколко десетки херци до някол-
ко десетки килохерци.
а) Лампов усилвател
Най-разпространеният лак пов усилвател е със съпротивително-
капацитивна връзка. Той се стличава с простота и голям коефи-
циент на усилване. Ще разгледаме най-простата схема на усилва-
тёл с една триелектредна лампа. Между решетката и катода се
подава напрежение, което се нарича преднапрежение, като мину-
сы’ е евързан с решетката. Неговата стойност е предварително
условие за правилно функщцониране на усилватели, защото тя
определи работната точка върху решетъчната характеристика на
лампата — точка а (фиг. 10.22). Тя трябва да бъде в средата
на линейната част на характеристиката. Преднапреженизто може
да се създаде чрез отделен източник на постоянно напрежение
или да се получи автоматично, без да се включва източник. То
се получава, като между катода и общи я минус се включи съпро-
тивлението RK (фиг. 10.23). Анодният ток, който протича през
148
анодната верига, създава в него пад, минусът на който се подава
на решетката на лампата. Паралелно на съпротивлението се включ
ва кондензатор Ск, за да мине през него променливият ток, а през
съпротивлението да премине само постоянен ток.
Фиг. 10.22. Принцип на елекгронен хснлвател
Да проследим какво ire стане, ако подадем променливо сину-
соидално напрежение и-ежду решетката и катода. Потенциалът
на решетката непрекъснато ще се изменя. Ще се изменя непрекъс-
нато и аподният ток, който, както знаем, при постоянно анод-
но напрежение завися само от потенциала на решетката. На
фиг. 10.22 е показана графиката на входното напрежение и гра-
фиката на съотгетствуващия му аноден ток. Разбир-а се, в анодна-
та верига на лампата тече сборът от постоянния ток 1О (който
тече, преди да се подаде С'р) и променливия ток ta (който се обус-
лавя от Up).
Като се включи в анодната верига подходяще съпротивление,
наречено товарно или работно, в краищата му се получава пад
от анодния ток. Ако то има голяма стойност, то и падът в края
щата му ще бъде голям. Обикновено усилването, което се полу-
чава с една лампа (едно усилвателно стъпало), не е достатъчно.
Затова полученото изходно напрежение се подава на решетката
149
на втора лампа, а усиленото от втората лампа изходно напреже-
ние се подава на решетката на трета лампа и т. н. Коефициентът
на усилване е равен на произведението от коефициентите на усил-
ване на отделяйте стъпала. Включеният кондензатор не позво-
Фиг. 10.24. Усилвател с трансфор
маторна връзка
Фиг, 10.23. Усилвател със съпротиви-
телнокапацитивна връзка
лява да премине към второто стъпало постоянен ток (конденза-
торът е безкрайно голямо съпротивление за постоянния ток). То-
зи кондензатор се нарича разделителен кондензатор Ср. Разгле-
даната схема се нарича лампов усилвател със съпротивително-
капацитивна връзка между съседните стъпала. Съпротивлението
7?р се поставя, за да не се запуши лампата от е/тгктроните, конто-
се задържат върху решетката през положителния полупериод,
на приложеното входно напрежение. През него те изтичат към
катода, който обикновено е заземен.
На фиг. 10.24 е даден усилвател с трансформаторна връзка
между двете стъпала (второто не е дадено). Каква е според вас
ролята на трансформатора? Тази схема има висок коефициент на
усилване, защото в коефицпента на усилване на усилвателя се
включва и, коефициентът на трансформация на трансформатора,
който е повишаващ. Във вторичната намотка на трансформатора
се индуктира напрежение само от променливия ток, който тече
в анодната верига на лампата.
б) Транзисторен усилвател
В промишлената електрощика се използуват и транзисторна
нискочестотни усилватели. Те притежават един недостатък — тем-
пературата на околната среда оказва силно влияние върху каче-
ствата им. Но въпреки това в много електронни апаратури тран-
зисторните усилватели изместват ламповите поради големите си
предимства — малки размери и тегло, малка консумирана мощ-
ност, дълъг живот, устойчпвост на удари и вибрации, липса на
отоплителна верига за катода.
150
Ще разгледаме най-простата схема на транзисторен усилвател,
наречена схема с обща база (фиг. 10.25). Тъй като разгледахме
принципа на р—- и — р-преход и разграничихме отделните елемен-
ти —емитер,'база и колектор, можем направо по схемата да си
обясним действието на усилвате-
ля. Между емитера и базата е
включен източник в права посока
(Ее), а между базата и колекто-
ра е включен източник в обрат-
на посока (Ек). Съпротивлението
7?! се поставя, за да установи
предварително подходящ емитерен
ток преди подаване на входното
напрежение (сигнала), т. е. да се фиг цй^Транзистореи усилвател
определи работната точка от ха-
рактеристиката на транзистора.
След като се подаде Т7Вх, емитерният ток се изменя в такт с не-
го. А знаем, че колекторният ток повтаря изменение™ на еми-
терния ток. В товарното съпротивление, което е много голямо,
той създава пад, който е именно изходното усилено напрежение.
То е толкова пъти по-голямо от входното, колкото приблизително
7?! е по-голямо от 7?т, а по вид е същото, със същата честота. Тази
схема осигурява усилване по напрежение. С други схеми може да
се постигне усилване по ток. Кондензаторът Ср се поставя, за да
бъде изходното напрежение променливо, защото кондензаторът
не пропуска постоянен ток.
1&561 ЕЛЕКТРОНЕН ГЕНЕРАТОР НА НЕЗАТИХВАЩИ
ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ТРЕПТЕНИЯ (АВТОГЕНЕРАТОР)
Той е необходима част на много електронни апаратури. Пред-
иазначението му е да произвежда променлив ток с висока често-
та. Основен елемент в него е електронната лампа или транзисто-
рът. Затова те биват лампови и транзисторни. Засега ламповият
генератор има най-щироко приложение, но в бъдеще и транзис-
торният ще намери своето място. Основните закономерности са
еднакви при двата вида. Те се отличават с малката си мощност
(до няколко вата), ток от порядъка на милиампери, напрежение
до 50 волта, Произвеждат се за честоти от 100 Hz до 1012 Hz. За
разлила от обикновените генератори електрическата енергия при
тях се получава без разход на механична енергия за сметка на
постояннотокова електрическа енергия.
Най-широко използуваните автогенератори са така наречените
LO-& в то ге не р атор и, защото основна част в тях е треп-
тящият кръг с капацитет и индуктивност. Освен трептящия кръг
в схемата са включени: а) електронна лампа —обикновен триод,
с източник за загряване на катода (отопление на лампата)/о)бо-
151
бина за обратна връзка, която осъщестгява връзката между треп-
тящия кръг и лампата; в) източник на постоянно напрежение в
анодната верига на триода.
Трите елемента заедно не поззоляват възнпкналите в трептя-
щия кръг електрнчески трептения да затихнат. Схемата може да
Фиг. 10.26. Трептящ кръг
Фш. 10.27. Автогенератор на незатихва-
щи трептения
работа с преднапрежение и без преднапреженпе. Дадената на
фиг. 10.27 принципна схема се разлнчава от схемата на усилвате-
ля по това, че на мястото на товарного съпротивление е включен
трептящ кръг и още по това, че между рещетката и катода на лампата
не се подава променливо напрежение. Тясе различава от схемата,.
която сте разглеждали по физика, само по това, че трептящият
кръг е свързан паралелно, а не последователно на източника на
анодно напражение.
За да разберем принципа на генератора, трябва " познйваме.
свойствата на трептящия кръг (фиг. 10.26). Да ги припомним!
При включване на прекъсвача към клема 1 кондензаторът ще се
зареди до напрежението на източника. Ако след това затворим
прекъсвача към клема 2, в образуваната верига от кондензатора
и бобината ще започне да тече променлив ток поради разрежда-
нето на кондензатора. Тъй като той е променлив, ще индуктира
в бобината е. д. и. на самоиндукция. Когато напрежението на
кондензатора стане равно на 0, източник става бобината. Немно-
го е. д. н. поддържа тока в същата посока, докато кондензато-
рът се зареди с обратна полярност. Кондензаторът отново е из-
точник, но токъг вече сменя посоката си и явлението ее повтаря.
Понеже в реалния трептящ кръг е неизбежно наличието на ак-
тивно съпротивление (бобината е изработена от проводник, съе-
динителните проводници също имат съпротивления), то посте-
пенно част от първоначално вложената енергия за зареждане на
кондензатора намалява', тъй като се превръща в топлина в актив-
ного съпротивление. Затова постепенно колебанията затихват, ам-
плитудата на тока намалява. Ако е възможно точно в момента,
когато токът е максимален, да включим прекъсвача в първоначал-
152
ното му положение към източника за кратко време, конденза-
торът ще се дозареди от източника до първоначалната стойност.
Това би трябвало да става всеки път, когато токът преминава през
макснмалната си стойност. Но това практически е невъзможно
с механичен превключвател. На помощ идва електронната лампа.
Тя е именно помощникът, който включва за миг кондензатора и
го дозарежда. Но да видим как става това! При разреждане на
кондензатора през бобината за обратна връзка възниква е. д. н.
в резултат на електромагнитна индукция, което е приложено меж-
ду катода и решетката на лампата. Тя се отпушва и през нея за-
почва да тече аноден ток, който дозарежда кондензатора. По то-
зи начин се възстановяват загубите на електрическа енергия.
Следователно индуктираното е. д. н. управлява анодния ток. То-
зи процес се повтаря многократно през време на работата на ге-
нератора. Капацитетът на кондензатора е променлив, за да можем
да изменяме собствената честота на трептящия кръг, която е
1
ш =—----,
v'LC
Така се измени и честотата на генерирания от генератора промен-
лив синусоидален ток.
Ламповите генератори широко се използуват при индукцион-
ного нагр.яване на метали и нагряване на диелектрици от токове
•с висока честота. Те създават тези токове. В металите по индук-
тивен път те индуктират вихрови токове с желаната честота, от
отделената топлина на конто те се разтопяват. При нагряване на
диелектрици диелектрикът може да се постави между плочите
на кондензатора от трептящия кръг. Нагряването се дължи на
диелектричните загуби, конто са толкова по-големи, колкото е
по-голяма честотата. Високочестотното нагряване е едно от голе-
мите приложения на електрониката за целите на промишленост-
та. Генераторите се използуват още за потучаване на механични
ултразвукови трептения, необходими за механична обработка на
гвърди и крехки метали, в дефектоскопията, измерителната тех-
ника и др.
10.7. СТАБИЛИЗАТОР НА НАПРЕЖЕНИЕ
За да работяг нормално електронните устройства, те трябва
да ее захранват с напрежения, конто да не се влияят от проме-
ните на тока, т. е. да бъдат стабилни. Наличието на колебания
на напрежението води до грешкп в измерителните устройства и
пречи на правилната работа на апаратурите. Стабилизаторите на
напрежение са именно устройствата, конто са предназначени да
поддържат неизменна стойността на захранващото напрежение
при изменение на напрежението на захрапващата мрежа и при из-
менение на стойността на товарного съпротивление. За тази
153
цел най-подходящ е силициевият диод. От неговата волт-ампер-
на характеристика се вижда (фиг. 10.28), че при голямо
обратно напрежение обратният ток започва рязко да нараства,
при което напрежението повече не се променя. Тази част от
Фиг. 10.28. Волт-амперна характерце
тика на стабилизатор
Фиг. 10.29. Схема на включване на
стабилизатор
характеристиката отговаря
на явлението пробив. Следо-
вателно нормалната му ра-
бота протича в състояние
на пробив. Ускорени от сил-
но електрическо поле, дуп-
ките и електроните разкъс-
ват валентните връзки в ато-
мите, появяват се нови елек-
трони и дупки, конто от своя
страна, като се ускорят, раз-
късват други атоми. Получа-
ва се лавина отзаредени час-
тици, в резултат на което
токът рязко нараства. За-
това силициевият диод, на-
речен стабилотрон, се
включва не в права посока,
както ако е токоизправител,
а в обратна посока (фиг.
10.29), Консуматорът се
включва паралелно на ста-
билизатора. Произвеждат се
за напрежение от 5 до 100 V
и токове от 0,1 — 2 А. Те
притежават висока механич-
на якост, малки разбери и
могат да работят в широк
темпепатурен интервал.
ГЛАВА ЕДИНАДЕСЕТА
ЕЛЕКТРОЗАДВИЖВАНЕ И АПАРАТИ ЗА УПРАВЛЕНИЕ
Всеки от вас е посещавал строителни обекти, заводи, виждал
е огромните подемни кранове, ескаваторите, струговете, фрезите,
бормашините. Това са производствени механизми, конто извърш-
ват определени дейности, операции. В тях можем да открием три
елемента: работна машина, предавателен механизъм и двигател..
154
Двигателят обикновено е електрически. Предавателният механи-
'зъм предава движението от двигателя на работната машина чрез
зъбни колела, ремъчна предавка или по друг начин. Съвкупност-
та от електрически двигател, предавателен механизъм и апара-
тите, чрез конто се управлява двигателят (пускане, спиране, регу-
лиране скоростта на въртене и др.), се йарича електрозадвижва-
ме. Чрез него електрическата енергия се преобразува в механична.
При по-елементарни работай машини като битови уреди (пра-
хосмукачки, перални и др.), малки стругове, бормашини, вентила-
тори се използува един електрически двигател, комплектуван в
едно цяло с работната машина.
При по-сложни работни машини, конто имат повече работай
органи (работен орган е тази част, която извършва определена
операция със своите инструмента), се използува многодвигателно
задвижване. Всеки работен орган се задвижва от отделен двига-
гел — например прокатан станове, металорежещи машини, подем-
ни кранове и др.
П.1. ТОВАРНИ ДИАГРАММ НА РАБОТНА МАШИНА
Изборът на двигателя, който ще задвижва работната машина,
се прави, след като работната машина е проектирана и е извест-
на нейната товарна диаграма. Какъв вид ще има тя, зависи от
Фиг. 11.1. Товарна диаграма на работна машина
<я)при продъл жителей постоянен товар; фпря прзкъснат постоянен товар
това, какво точно ще извършва работната машина. Ето например
на фиг. 11.1 са показани две товарни диаграмм за съществуващи
на практика товари. Първата товарна диаграма (а) е на помпа,
която работи непрекъснато в помпена станция, като преодоля-
ва постоянно съпротивление. Такъв товар се нарича продължи-
телно постоянен. Другата товарна диаграма (б) е яа работна ма-
шина, която също преодолява постоянно съпротивление, но р.а-
<ЛИЧНА А
(бНБЛИ<165 к л
боти на интервалы. Определено време работи (/р), след което след-
па пауза — не работи (4), след това отново работи и т. н. При
други работай машини товарът е променлив, като пзмепението-
му може да бъде плавно.
11.2. НОМИНАЛНИ РЕЖИМИ НА РАЕОТА
НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИТЕ ДВИГАТЕЛИ
Режимът на работа на работната машина определи режима на
работа на електрическия двигател, конто ще я задвижва. Преди
включване на двигателя към напрежение температурата му се
приема равна на температурата на околната среда. При включ-
ването му тя се изменя. Понеже двигателят притежава топлинна
инерция, промяната на температурата му не става скокообразно,
а постепенно. Причина за загряване на двигателя са загубите,
конто се получават в него при работа. Те са равнн на разликата
между подадената и отдадената .мощност. Дължат се на явлението
хистерезис, вихрови токове и отделяне на топлина в намотайте
на двигателя. В началото топлината изцяло се изразходва за по-
вишаване на температурата му. След като има вече разлика между
температурата на двигателя и температурата на околната среда,
една част от топлината се излъчва в околната-среда. Тази част
е толкова по-голяма, колкото разликата в температурите е по-
голяма. След известно време цялата топлина, която се отделя в
двигателя, се излъчва в околното пространство, затова темпера- I
турата на двигателя повече няма да се увеличн — настъпва топ-
линно равновесие. Колкото натсварването е по-голямо, т. е. кол-
кото отдаваната от двигателя ?/ ханична мощност е по-голяма и
в него се получават повече загуби, толкова при по-висока темпе-
ратура настъпва топлинното равновесие. Разликата между темпе-
ратурата на двигателя и температурата на околната среда, която
се приема 40°С, се нарича прегряваце и се бележи с т. Температу-
рата, която отговаря на топлинното равновесие, трябва да бъде
по-ниска от допустимата температура за изолацията на двигателя.
Тази допустима температура е различна за разлпчните изолацион-
ни матернали.
Ще разгледаме трите номинални режима, в конто може да ра-
боти един двигател 'несграничено дълго време, без температурата
му да надмине допустимата за изолацията му стойност.
а. Режим на продължителна работа — режим, при конто
двигателят работи с постоянно външно натоварване и продължи-
телност, достатъчна, за да се получи топлинно равновесие. За та-
къв режим са оразмерени да работят повечето от произвеж-
даните двигатели. За този режим трябва установеното прегрява-
не (ту) да бъде по-малко или равно на допустимого прегрява-
не (тд) за изолацията на двигателя (фиг. 11.2).
б. Режим на кратковременна работа — режим, при който
156
двигателят работи при постоянно външно натоварване с
продължителност (/р'. конга' из е достатъчна за достигане
на топлинно раъновеене. След това следва нзключване на
двигателя с продължителност (С), достатъчна за охлаждане па
двигателя до студено
състояние (фиг. 11.3).
За този режим тря-бза
достигнатото прегря-
ване в края на работ-
ния период (тк ) да
бъде по-малко или раз-
но на допустимото (тд).
За този режим се про-
извеждат двигатели, за
конто са стандартизи-
рани и продължител-
ностите на tp = 10, 30,
60 и 90 min. Кол кото
по-голямо е tp, толко-
ва по-малка е номи-
нал ната мощност Рн.
в. Режим на по-
енюрно-кратковременн а
работа. Режим, при
който двигателят работи
при постоянно външно
натоварване с определе-
на продължителност (/р),
която не е достатъчна
за достигане на топлин-
нэ равновесие. След то-
ва следва изключва не с
продължителност на пау-
зата (/0), също недо-
статъчна за охлаждане
на двигателя до темпе-
ратурата на околната
среда. За този режим
стандартът определи
шест включвания в час.
Фиг. 11.3. Нагряване на двигашля при ре-
жим на кратковременна работа
Времето за целия цикъл е /ц=10тш. От фиг. 11.4 се вижда, че
всяко следващо включване става при по-високата стойност, откол-
кото предишното включване. След изтичане на определено време
прегряването на двигателя преди всяко нзключване достига до
една и съща стойност тмаКС, а всяко включване се извършва при
тмнн. Максималисте прегряване тмаКС трябва да бъде винаги по-
малко или равно на допустимото пре гряване (тд) за изолацията.
157
Фиг, 11.4, Нагряване на двигателя при режим на повторно-кратковременна работа
258
Величината, която обединява tf и to се нарича относителна продъ л
жителност на работа (ОПР)
ОПР= /р .100%.
ГР“ГГО
Приетите стандартен стойкости за ОПР са 15, 25, 40 и 60%
при tu = 10 min. Следователно всеки двигател има четири номи-
нални режима. Всеки от тях се определи чрез една от дадените
стойкости на относителната продължителност на работа и съот-
ветната мощност.
11.3. ИЗБОР НА ДВИГАТЕЛ ЗА РАБОТА
ПРИ ПОСТОЯНЕН ТОВАР
За всяка работна машина трябва да изберем двигател, оразме-
рен да работи в същия режим, в който работи работната машина
с номиналните си данни или близки до тях, и да има защитно из-
пълнение, подходяще за околната среда, в която ще работи.
а) При продължителен режим — номиналната мощност на из-
брания двигател трябва да бъде равна или възможно най-близка,
но по-голяма от мощността, която той трябва да отдава на вала
си, за да се изпълни товарната диаграма на работната машина.
б) При кратковременен режим — избраният двигател освен
горното условие трябва да има стандартна продължителност, рав-
на или по-голяма от тази, с която работи работната машина.
Същото се отнася и за повтор но-кратковременен режим.
Тези условия се наричат условия за избор на двигателя по
нагряване и гарантират неговата икономична и сигурна работа.
Спазвайки ги, избираме двигателя от съответен каталог по мощ-
ност. Напрежението, към което ще се включи двигателят, трябва
да съответствува на номиналното му напрежение, а номиналната
му скорост на въртене — на изискваната от работната машина
скорост.
Избраният двигател трябва да може от състояние на покой
да приведе в движение работната машина и да не сире при въз-
никване на максимален съпротивителен момент. Ако някое от те-
зи две условия не е изпълнено, трябва да се избере следващият
по мощност двигател, макар че в топлинно отношение той няма
да бъде използуван оптимално.
Важен въпрос е също и изборът на вида на двигателя — по-
стоянного ков, синхронен или асинхронен. Това също зависи от
изискванията на работната машина. Ориентировъчно това може
да стане от специални таблици в зависимост от вида на товара.
Ако няма специални съображения, винаги се предпочита асин-
хронен двигател с накъсо съединен ротор, тъй като е най-евтин
и сигурен в експлоатация.
15S
11.4. ЕЛЕКТРИЧЕСКИ АПАРАТИ ЗА ЗАЩИТА
Електрическите апарати са съоръжения за включване и из-
ключване, контрол, управление и защита на консуматорите и из-
точниците на електрическа енергия. Ще разгледаме апарати, чрез
конто се включва, изключва и превключва електрическа верига.
По предназначението си те се разделят на апарати за защита и
апарати за управление и автоматика.
а) Термобмметално реле
Предназначение — да изключва електрическата верига при
повишаване на тсмпературата.
Устройство и принцип на действие. Основен елемент е пла-
стинката от два метала (термобиметал) с различии топлинни кое-
фициенти на линейно разширение. По'ради това при нагряване тя
се огъва в една посока.
Ако в единия си край е
неподвижно закрепена,
при огъването свободни-
ят н край ще се премес-
ти и ще въздействува вър-
ху друга част. Обикновено
термобиметалът действува
като блокиращ елемент.
На фиг. 11.5 е показано
как може да се осъществи
това. Термобиметалът 1
подпира лостчето 2 и прекъсвачът Зе включен, а пружината 4 е
опъната. При определена температура термобиметалът се огъ-
ва, освобождава лостчето, то се превърта около оста си иод дей-
ствие на пружината 5 и освобождава прекъсвача. Под действие
на пружината 4 той прекъсва веригата.
б) Стопяем предпазител
Предназначение — да прекъсва електрическата верига при
протичане в нея на ток на късо съедикение или при продължи-
телно претоварване. Ще разгледаме така наречения витлов пред-
пазител, който се употребява за защита на отделки консуматори
или крайни разклонения на мрежата ниско напрежение (380/
220 V).
Устройство и принцип на действие. Патронът на предпазите-
ля (фиг. 11.6) представлява порцеланово тяло 1, в което има ка-
нал. През него мннава стопяема вложка 3 (калиброван провод-
ник от сребро, мед или цинк), запоен към метални фланци. При
ток, по-голям от допустимия за вложката, от отделената топлина
160
тя се стопява и веригата се прекъсва. Нишката 2 също се стопява,
при което пружинката 4 изхвърля знака 5. Така установяваме,
че предпазителят е „изгорял“. Патронът се закрепва в порцелано-
ва основа, като се поставя порцеланова капачка, чрез която се
завинтва към порцелановата основа.
Към основата са свързани проводници-
те на линията, която предпазителят ще
защитява. След изгаряне патронът се
сменя с нов, като смяната може да
стане под напрежение. Изработват се
за номинални токове до 63 А. За мре-
жи с високо напрежение се използуват
предпазители за високо напрежение,
конто действуват на същия принцип.
в) автоматичен въздушен прекъсвач
Предназначение. Да включва (ръчно)
електрическа верига при нормална ра-
бота и да изключва автоматично при
настъпване на ненормални режими —
късо съединение, претоварване, пони-
жено напрежение. Могат да изключват
токове до 2000 А.
Устройство и принцип на дейст-
вие. На фиг. 11.7 е дадена опростена
схема на еднополюсен автоматичен пре-
късвач. Да проследим пътя на тока
от проводник 1, в долната контактна
стойка 2, през ножа 3 в горната кон-
тактна стойка 2, в намотката 4 на
електромагнита и в проводника 5. Кога-
то токът достигне стойността, при коя-
то автоматът трябва да прекъсне вери-
гата, притегателната сила на електро-
магнита е достатъчно голяма и котвата
8 се изтегля. Лостът се превърта около
приложната си точка, освобождава за-
хапания издатък на ножа (подвижния
контакт под действие на пружината 6
пре късва веригата при горната непод-
вижна контактна стойка 2.
11 Електротехвнка с основа на елсктр.
ФиК 11.6. Патрон
на стоп я ем пред-
пазител
Фиг/П 1.7.)Схема
полюсеа автомати
късвач
едно-
чен пре-
161
11.5. НЕАВТОМАТИЧНИ АПАРАТИ
а) ръчен лостов прекъсвач
Предназначение. Използува се за ръчно включване и изключ-
ване на електрнчески консуматори в постояннотокови и променли-
вотокови електрнчески вериги за напрежение до 500 V и токове
>лфиг. 11.8. Схема на ръ-
чен лостов прекъсвач
до 1000 А. Изработват се еднополюсни,
двуполюсни и триполюсни прекъсвачи.
Устройство и принцип на действие. На
изолационна основа 1 (фиг. 11.8) са
монтирани [неподвижни метални стойки.
Към тях са свързани чрез съединителни
проводници изводите на консуматора. Шар -
нирно към едната стойка 3 се закрепва
контактът 4, който чрез изолационна дръж-
ка 5 се вмъква между пластинките на
втората контактна стойка 2. Така посред-
ством шарнирния контакт (нож) се осъ-
ществява електрическа връзка между два-
та неподвижни контакта. За да бъде кон-
тактът плътен, неподвижните контактни
пластини се изработват от пружиниращ
материал. Прекъсвачът се задвижва директ-
но с дръжка или от
разстояние .чрез лостова система.
б) пакетен прекъсвач
Предназначение. Да включва, изключва и превключва електри-
чески вериги в мрежи с ниско напрежение. Израбэгва се еднопо-
люсен, двуполюсен и триполюсен за токове от 10—400 А.
Устройство и принцип на действие. Състои се от една или
няколко контактни секции, конто се свързват в пакет. Какво пред-
ставлява една контактна секция. Върху неподвижен пръстен 1
от изолационен материал са закрепени два неподвижни контакта
2, към конто се свързват посредством винтове проводниците на
линията, която искаме да включим (фиг. 11.9). Подвижният кон-
такт 4 е закрепен върху (вал с квадратно сечение 3. На същата
плоскост са закрепени шайби от фибър 5, конто помагат бързо да
изчезне искрата, която се получава при разделяне на контактите.
Включването става ръчно чрез завъртане на подвижната част на
90°, при което подвижният контакт свързва двата неподвижни
контакта. При една секция прекъсвачът е еднополюсен, при две
секции—двуполюсен, при три Секции—триполюсен, което оз-
начава, че едновременно се включват вместо една, две или три
електрнчески вериги. На фиг. 11.10 е показано как се включва
трифазен асинхронен двигател с пакетен прекъсвач.
162
в) контролер
Предназначение. Използува се за ръчно включване, изключва-
не и превключване на голям брой електрнчески вериги в опреде-
лена последователност.
Устройство и принцип на действие. В зависимост от конструк-
цията биват барабанни и палцеви. Барабанният контролер се
състои от подвижни контакта, конто представляват части от мед-
ли пръстени с различна дължина, закрепени върху вал от изола-
ция на пакетен прекъс-
вач
Фиг. 11.10. Включване
на трифазен асинхронен
двигател с пакетен пре-
късвач
ционен материал, разместени на различии ъгли един спрямо друг.
Неподвижните контакта са закрепени към неподвижна изолаци-
онна основа и са пружиниращи. Към тях се свързват проводници,
конто свързват контролера с управляваното устройство. При вър-
тене на вала подвижните контакта в определена последователност
се опират в неподвижните и така се осъществява включване и из-
ключване на различии електрнчески вериги. Барабанният кон-
тролер работи при неголямс число включвания в час. На фиг. 11.11
виждате барабанен контролер, произведен в ЗЕС „Искра" —
София.
г) .реостати
Предназначение. Когато разглеждахме електрическите маши-
ни — грнератори и двигатели, установихме, че изменението на
напрежението, тока, скоростта се постига в чрез изменение на
съпротивлението, включено в роторната или статорната верига.
За да се осуществи това, се изработват електрнчески апарати,
конто се наричат реостати. Основната им част е активно съпро-
163
Фиг. 11.11. Въишен вид на
барабанен контролер
тивление, което може да се изменя
от нула до определена стойност. Ре-
остатите биват метални и водни.
Устройство. Металните реостати
се изработват от стандартни съпро-
тивителни |елементи — жични, лен-
тови, щанцовани, отлети и др., от
материал с голямо специфично съ-
противление — фехрал, константан-
нихром и др. Когато съпротивле-
нието тря ва да се изменя плавно,
използуват се метални реостати с
плъзгач. Върху изолационна основа
е навит жичен електросъпротивите-
лен материал, върху който се плъз-
га пружиниращ контакт — плъзгач.
Изводните клеми са три, като третата
клема е изводната клема . на плъзга-
ча. Свързването на реостата се оп-
редели от неговата функция — дали
ще изменя тока във веригата (фиг.
11.12 с) или подаденото напрежение
(фиг. 11.12 6). Във втория случай на
консуматора се подава .напрежение
в зависимвст от положение™ на
плъзгача (пада на напрежение , в
частта от { реостата, включена във
веригата).
. ,Металните реостати с превключва-
тел (наречени още стьпални) се из-
работват от жични, щанцовани или
отлети елементи. Превключвателят
Фиг. П.12. Свързване на реостат в електрическа верига
а) като сопротивление; б) като потенциометър
164
най-често въртящ се върху контактам пластини плъзгач, към кои
то са свързани съпротивителните елементи.
Водният реостат представлява съд с вода, в който са потопени
стоманени електроди. Съпротивлението се изменя чрез потопяв!-
нето на електродите на различна дълбочина в течността.
Върху всеки реостат се посочват съпротивлението му и токът,
който продължително време може да протича през него.
11.6. АВТОМАТИЧНИ АПАРАТИ
а) релета
Електрическото реле е апарат, предназначен за защита на
електрически устройства от ненормални режими — претоварване,
къси съединения, понижаване на захранващото напрежение и за
управление в схемите за автоматичного им управление. Всяко ре-
ле е така конструирано, че да може да изпълни следните три функ-
ции:
а. Да възприеме една величина (сила на електрическия ток,
напрежение, налягане, мощност, температура) и да я преобразу-
ва в друга величина, подходяща за работата му. Тази величин
се нарича входна величина. В зависимост от вида й релето бива
реле за ток, реле за напрежение, реле за мощност и т. н. Да видим
как изпълнява тази функция устройството на фиг. 11.13. Вход-
ната величина е токът /х, който тече през бобината 2 на електр -
магнита. Ако бобината се включва
директно в линията, чийто ток ис-
каме да бъде входна величина, реле
то е с пряко действие (първично) а
ако се присъединява чрез междинен
елемент (например токоз трансфор-
матор), релето е с непряко действие
(вторично). В случая ще приемем,
че релето е първично. Този ток на-
магнитва феромагнитната сърцевина
1, в резултат на което се поражда
притегателна сила толкова по-голя-
ма, колкото токът е по-голям. Мо-
жем да смятаме, че токът се преобра фиг п 13 Електромагнитно реле
зува в механична сила.
б) В релето трябва да се извърши сравняване на преобразува-
ната входна величина с предварително зададена стойност. В кон-
кретния разглеждан от нас случай зададената стойност се опреде-
ли чрез натягане на пружината 5, която държи подвижната шар-
нирно закрепена част 3 (наречена котва) в отворено положение и
създава противодействуваща сила. Когато входната преобразу-
ваща величина получи стойност, равна или по-голяма от зададена-
165
та стойност, релето ще задействува (в случая, когато притегател-
ната сила, която е пропорционална на тока, стане равна или по-
голяма от противодействуващата сила на пружината).
в. При задействуване на релето неговият изпълнителен еле-
мент се задвижва, в резултат на което контактите му променят
положение™ си. Ако са
Фиг. 11.14. Характеристика на реле
били отворени (наричат
се нормално отворени
контакти), те се затва-
рят. Този случай е да-
ден на фиг. 11.13. Това
става, като закрепените
към подвижната част
контакти 4 при притег-
лянето й се допират до
неподвижните контакти
6. Веригата, в която са
включени контактите,
се затваря и в нея про-
тича ток. Но възможно
е и обратного — преди
задействуване на реле-
то контактите са били затворени (нормално затворени контак-
ти) и при преместване на подвижната част те се отварят. В
много случаи релетата имат повече от една контактна система.
Величината, която се изменя скокообразно при задействуване на
релето, се нарича изходна величина. При разглеждания случай
това е токът /2 във веригата, която се включва или изключва
от релето.
Връзката между входната и изходната величина се нарича
характеристика на релето. Тя би изглеждала, както е показано
на фиг. 11.14 (при реле с нормално отворени контакти). Когато
токът стане равен на предварително зададената дтойност 713аД г
токът в управляваната от релето верига става равен на /2.
Електронно реле. За да се повиши чувствителността на елек-
тромагнитното реле, то се комбинира с електронна лампа. Боби-
ната на електромагнитното реле е включена в анодната верига
на лампата (фиг. 11.15). Нормално през лампата протича ток,
който не може да задействува релето. Но при увеличаване на
напрежението между катода и решетката (входната величина)
потенциалът на решетката се увеличава, анодният ток се увелича-
ва и когато стане равен на тока на задействуване на електромаг-
нитното реле, то отваря или затваря контактите във веригата.
Когато е необходимо да има разлика във времето между по-
даване на сигнала в момента на задействуване на електромаг-
нитното реле, се използува реле за време. Контактната му система
трябва да промени положение™ си известно време след подаване
166
на сигнала. Този интервал от време между сигнала и затваряне
или отваряне на контактите му се нарича времезадръжката на
релето. Достатъчно е в разглежданата схема за електронно реле
да се включи един кондензатор С (фиг. 11.16). Времето за зареж-
дане или разреждане на кондензатора е времезадръжката на ре-
Фиг. 11.15. Електронно реле
лето. Кондензаторът е включен в решетъчната верига на триелек-
тродната лампа. При затворен прекъсвач кондензаторът се зареж-
да до напрежението, което е приложено между решетката и катода
на лампата. То е така подбрано, че лампата да бъде запушена.
След като се отвори прекъсвачът К, кондензаторът започва да се
разтоварва през съпротивлението К, потенциалът на решетката
намалява и при достигане на определена стойност през лампата
започва да тече ток. Този аноден ток постепенно нараства и когато
стане равен на тока на задействуване на електромагнитното .реле,
контактите му се отварят или затварят. В схемите за защита и
управление с условии знаци се означават бобината на релето и
контактите му.
б) контактор
изключвания
Луск Стоп
Фи?Л 1.17. Схема на бутон „пуск" и
„стоп“
Предназначение. Апарат за чести включвания и
на консуматори в постояннотокова и променливотокова електри-
ческа верига, без защита срещу
претоварване и късо съедине-
ние. Съвременните контактори
могат да извършват до 2000
включвания и изключвания в
час.
Устройство. По своето уст-
ройство контакторът пр илича на
електромагнитното реле с пряко
действие. Контактната му систе-
167
ма е оразмерена за по-големи токове. Управлението на контакто-
ра се осъществява чрез оперативна верига, образувана от бобина-
та на електромагнита и два бутона: единият — с нормално отво-
рени контакта, а другият — с нормално затворени контакти. А Те
Фиг. 11.18. Принцип на действие на триполюсен контактор
обикновено представляват общ комплект (фиг. 11.17). При на-
тискане на „пуск“ намотката на контактора се включва, контакте-
рът задействува, като освен главните му контакти се задействуват
и допълнителни контакти к. Като отпуснем бутона (който е със
остава захранен през допълнител-
ните контакти к. При натискане
на бутона „стоп“ веригата на на-
мотката на контактора се пре-
късва и контактор ът изключва.
Ще разгледаме принципа на дей-
ствие на триполюсен контактор
(фиг. 11.18). Като се натисне бу-
тонът „пуск", бобината на контак-
тора се захранва от фаза В и С,
през нея протича ток, подвижною
част се привлича, превърта лос
та, а заедно с него и подвижните
контакти, конто се допират до
неподвижните. Трифазният дви-
гател се включва към мрежата.
При натискане на бутона „стоп“ се прекъсва веригата на боби-
ната на контактора, токът през нея става нула, подвижната
част се връща в първоначалното си положение, контактите се раз-
делят— двигателят се изключва от мрежата. На фиг. 11.19 е
168
дадена схема, в която всички елементи са означени с техните
условии знаци. Проследете по схемата действието на контактора.
'Въздушнн контактори се произвеждат в ЕАЗ — Пловдив.
Контакторът за променлив ток влиза като съставна част в
комплексно устройство, състоящо се от един или повече контак-
тори, бутон за управление, термобиметални релета, стопяеми
гаредпазители, което се нарича магнитен пускател.
11.7. СХЕМА ЗА АВТОМАТИЧНО УПРАВЛЕНИЕ НА ДВИГАТЕЛ
Нека сега да разгледаме една схема за релейно-контакторно
управление на трифазен асинхронен двигател с навит ротор с
шусков реостат в роторната.верига. Използувани са три контак-
тора и две релета за време със закъснение при включване. Да
проследим действието на схемата (фиг. 11.20). При натискане на
бутона „пуск“ се захранва бобината на контактора К, който зат-
варя контактите си и по този начин подава напрежение на ст -
торната намотка на двигателя. В роторната верига в този момент
са включени всички съпротивления — по две свързани последова-
телно към всяка фаза. Едновременно с контактора К' получава
захранване бобината на релето за време 1РВ, но то включва своя
контакт след известно време. При затваряне на неговия контакт
контакторът 1У получава захранване и неговите контакти 1У се
затварят. Към роторната верига остават включени по едно съ-
лротивление към всяка фаза.
Едновременно с контактора
1У получава захранване и
бобината на релето за време
2РВ, но то е със закъснение
и включва своя контакт 2РВ
след известно време. Тогава
бобината на контактора 2У
получава захранване, той
затваря контактите си и ро-
торната намотка е накъсо свър-
зана. Така се осъществява
пускането на двигателя. Спи-
рането става, като се натис-
ке бутонът „стом“, чрез което
се прекъсва веригата н а бо-
бината на контактора К, не-
говите контакти К се отва-
рят и двигателят се изключ-
фиг. 11.20"Схематна релейно-контактор-
по управление на^ асинхронен двигател
1ва от мрежата. Изключването
.му води до изключване на релето 1РВ, а то до изключване на 1У,
2РВ и 2У, с което схемата е подготвена за ново пускане.
169
11.8. ВЪПРОСИ ЗА САМОПРОВЕРКА
1. Какви фактори влияят върху набора на двигателя?
2. Каква е разликата между кратковременен и повторно крат- ]
ковременен режим на работа?
3. Каква е разликата между контролер и контактор?
4. Каква е разликата между електромагнитно и електронно'
реле?
5. Каква е разликата между лостов прекъсвач и пакетен пре-
късвач?
ГЛАВА ДВАНАДЕСЕТА
ОСНОВНИ ВЪПРОСИ ОТ ЕЛЕКТРОАВТОМАТИКАТА
12.1. ПОНЯТИЕ ЗА АВТОМАТИЧНА СИСТЕМА, АВТОМАТИКА,
АВТОМАТИЗАЦИЯ
Разгледайте внимателно фиг. 12.1. На нея схематично е да-
ден регулаторът на нивото на водата в парния котел, създаден
преди около двеста години от руския изобретател Ползунов. Ни-
вото на водата Н трябва да се поддържа постоянно в процеса на
работа на парния котел. То се изменя поради промяна на топлин-
ния режим на нещата и консумацията на пара. Как да се поддържа
това ниво постоянно без участието
Фиг. 12.1. Регулатор на ниво на Пол-
зунов
на човека? Вие схващатё ведна-
га как остроумно е решен
въпросът. Използува се по-
плавък П, който винаги стой
на повърхността на водата,
затова той следи нивото —
издига се при покачването
му и слиза. надолу при по-
нижаването му. Той е свър-
зан посредством щанга към
единия край на лоста, а към
другия край на лоста е свър-
зан клапанът РК. От поло-
жение™ на клапана завися
притокът на вода в парния
котел. При покачване на ни-
вото поплавъкът се издига нагоре и чрез лостовата система при-
тваря клапана. Количеството на постъпващата вода намалява.
При спадане на нивото протича обратният процес.
Да разгледаме още една схема, дадена на фиг. 13.2, по която
може да се осъществи 'регулиране на температурата в топлинен
170
сбект (например електрическа пет с електрически нагревател
(Н). Температурата се измерва с термодвойка,-е. д. н. на изводите
на която е пропорционално на температурата в пещта. Тя зах-
ранва бобинката на миливолтметър от магнитоелектричната сис-
тема. Положението на
стрелката зависи от е. д.
н., т. е. от температурата.
На стрелката е закрепена
пластинка П. На лост с
показалец (з) са закрепени
електрическа лампа и фото-
съпротивление (какви свой-
ства има то?), което е
свързано последователно с
бобинката на релето (Р) и
източника на постоянно
напрежение.
Да си обясним как дей-
ствува устройството!
Задаващата стрелка (з) > L._2L_---------------------------।
с лампата и фотосъпротив- ~
лението се установява на Фиг.»12!|2. Регулатор на температура
желаната температура. Koj
гато тя е по-ниска, лам.
пата осветява фотосъпротивлениетО) неговата проводимост е голя-
ма, токът е голям, релето е включено и контактът К е затворен —
нагревателят е под напрежение. Когато температурата расте,
стрелката се премества, и когато се достигне зададената стойност,
пластинката застава между лампата и фотосъпротивлението, като
пречи на осветяването му. Проводимостта му намалява, токът
намалява, контактът К. се отваря и се прекъсва веригата на нагре-
вателя. След това температурата започва да намалява и протича
обратният процес. Проследете го!
В двете разгледани схеми функниите на човека са поети от
автоматичен регулатор. Регулират се различии физични величи-
ни— ниво и температура, с различии средства, но се постига
една и съща цел. И в двете схеми можем да разграничим две ос-
новни части — управлявана (парен котел, електрическа пещ) и
управляваща — поплавък с лостова система и стрелка, фотосъп-
ротивление и реле. Те образуват автоматична система — съвкуп-
ност от две взаимно свързани и взаимодействуващи си по точно
определен начин части без непосредствено участие на човека. Той
е взел участие в настройката, като определи какво ниво или как-
ва температура ще се поддържат постоянни. С теорията и построя-
ването на автоматичните системи се занимава специален отрасъл
от науката и техниката, който се нарйча автоматика, а използу-
ване на методите и средства та на автоматиката за осъществяване
на автоматизирано производство се нарича автоматизация.
171
co
СЧ
s
e
12.2. ОСНОВНИ ПОНЯТИЯ В ЕЛЕКТРОАВ-
ТОМАТИКАТА
Управляваната част на автоматичната сис-
тема се нарича«обект на управление (ОУ). По
физическата си природа те са различии —
генератор, парен котел, двигател, електри-
ческа пещ, атомен реактор, прокатен ^стан,.
производствен процес и др. - -J
Върху обекта ’на управление се оказва
преднамерено въздействие, чрез което се по-
стига определена цел. Нарича се управлява-
що воздействие (управление). Ако е осъщест-
вено без участие на човека, се нарича авто-
матично управление.
]Управляващата част на.автоматичната си-
стема, чрез която се осъществява управля- 1
ващо въздействие върху обекта, се нарича 1
управляващо устройство (УУ).
Физичните величина, конто трябва да се I
изменят по определен начин или да се под-
държат постоянна в процеса на управление^
се наричат управляема величина (регули-
руема) — скорост на въртене, температура,,
налягане, напрежение и др. В двете раз- |
гледани схеми управляеми величини са ни-
вото на водата и температурата в пещта.
Външното влияние, което не по наше 1
желание изменя изходната величина, се 1
нарича смущаващо въздействие. Например
промяната в натоварването на генератора е I
смущаващо въздействие, което изменя нап-
режението на изводите му.
• Външното влияние, което определи кол-
ко трябва да бъде зходната величина или
как трябва да се изменя тя в процеса на,
управление, се нарича задавашр въздействие. I
То се получава обикновено от специално уст-
ройство. В схемата на фиг. 12.1 предвар -
телно чрез дължината на щангата се опреде- i
ля необходимого ниво, което трябва да се
поддържа неизменно в парния котел.
С правоъгълници можем да означим обек-
та на управление и управляващото устрой-
ство, а със стрелки — различимте по
въздействия (фиг. 12.3).
172
is
вн2
Фиг. 12;4. Регулиране по
смущаващото , въздействие
12.3. КЛАССИФИКАЦИЯ НА АВТОМАТИЧНИТЕ СИСТЕМИ
Автоматичните системи могат да се класифицират по различии
принципи.
а) по задачата на управление
— Автоматична система за стабилизация (автоматични ре-
гулатори). Осигуряват постоянна стойност на изходната велич i-
на. Разгледаните системи на фигура
12.1 и 12.2 са именно такива.
— Автоматична система с програм-
ма управление. Осигуряват изменението
на изходната величина по точно опре-
делен известен закон. Тези системи на-
мират голямо приложение при управ-
ление на лифтове, прокатил станове и
др. Програмата може да се зададе чрез
магнитен завис или с перфокарти. СЬз-
дадени са коппрнп управляващи устройства, конто обработват де-
тайли по предварително изготвен образец. Програмата се за-
писва на лента, като записът се извършва в процеса на обработ-
ване на първия детайл. С подходяще устройство той се преобра-
зува в реални премествания и по този начин се обработва нагла-
сеният предварително суров материал, от който ще се получи
след изпълнение на програмата исканнят детайл.
— 'Автоматична следящи системи. Осигуряват изменения на
изходната величина по неизвестен предварително закон. Следя-
шите системи се използуват в автоматите-телескопи, в електрон-
ноизчислителните моделиращи устройства и др. Те точно възпроиз-
веждат изменящ се по произволен закон ъгъл, скорост на въртене и др
Ако трябва да се следи изменението на ъгъл, автоматичната си-
тема така трябва да действува, че ъгълът на завъртане на оста
на обекта непрекъснато да следи измененията на задаващото уст-
ройство.
б) в зависимост от принципа на управлението:
— Автоматична система с въздействие по смущението. Спе-
пиално устройство измерва стойността на смущението, превръща
го обикновено в електрически сигнал и го предава на управлява-
щото устройство. То въздействува на управлявания обект так
че да компенсира влиянието на смущението. Ето един пример:
Нека обектът на управление да бъде постояннотоков генера-
тор. Напрежението на изводите му трябва да се поддържа посто-
янно независимо от промяната в натоварването, която е смуща-
ващо въздействие. Това може да се постигне чрез възбудителна
намотка ВН2, свързана последователно на котвената намотка. Тя
създава магнитен поток, пропорционален на котвения ток и съпо
сочен с магнитния поток, създаден от Когато натоварването
се увеличи, котвеният ток нараства, нараства магнитният пото
173
иараства индуктираното е. д. н., което компенсира намаляванет
на напрежението (поради увеличаването на вътрешния пад). Таз
схема позволява да се отстрани влиянието само на едно смуща-
ващо въздействие — промяната в натоварването.
— Автоматична система с въздействие по отклонението. Уп
равлението се извършва в зависимост от разликата между де -
ствителната стойност на изходната величина и зададената стойност
независимо от броя и вида на смущаващите въздействия.
— Автоматична система с комбинирано управление — изпол-
зуват се и двата принципа.
12.4. АВТОМАТИЧНА СИСТЕМА СРЕГУЛИРАНЕ ПО ОТКЛОНЕНИЕТО
(ПРИНЦИП НА ОБРАТНАТА ВРЪЗКА)
По-голяма част от а втоматичните системи се изграждат на
гози принцип, затова ще се сирем по-подробно на него.
Ще разгледаме същия пример — автоматично регулиране на
нивото на водата в резервоара, но чрез електрическа схема (фи-.
Фиг. 12.5. Регулиране по откло-
нението
12.5). Регулируемата величина
(нивото) се измерва чрез попла-
вък, който е свързан с плъзгача
на потенциометъра Зададена-
та стойност на нивото се опреде-
ли от положението на плъзгача
/72- Тези две напрежения Щ и U2
се сравняват и на усилвателя се
подава тяхната разлика AU=U1—
-U2.
УсиленотО; напрежение захран-
ва двигателя, който посредством
редуктор измени положението на
клапана, чрез който се опреде-
ли количеството постъпваща вода
в резервоара.
Ако нивото отговаря па зада-
дената стойност, двете напреже
ния са равни. На усилвателя не
се подава напрежение и двигате-
лят е неподвижен. Ако внезапно
се увеличи количеството на из-
тичащата вода (Q2)> нивото на во-
дата започва Да спада, поплавъ-
надолу плъзгача /?!. Щ намаляв ,
кът слиза надолу и придвижва
появява се разлика, двигателят започва да се върти и клапанът
се отвар я повече, увеличава се притокът на вода Qi и нивото се
възстановява. Ако разходът на вода намалява, ще протече обрат-
ният процес. Проследете го! От разгледания пример става ясно,
174
че за да се осъществи регу-
лиране по този принцип, е
необходим да се свърже из-
ходът на системата с входа.
Това свързване се нарйча
обратна връзка.
Принципът на обратната
връзка е универсален. Той
действува по един и същ на-
чин независимо от характера
на смущенията и вида на
системата. В зависимост от
параметъра, чрез който се
осъществява обратната връз-
ка, различаваме обратна
връзка по напрежение, по
ток, по сксрост и др. Прин-
ципът на обратната връзка е
характерен не само за техни-
ческите системи, но и за жи-
вите организмы.
Функциите на системата
могат да се систематизират
така:
а) да се измери изходна-
та величина и да се преоб-
разува в друга величина,
обикновено електрическа,
ако е необходимо;
б) да се сравни измерена-
та стойност на изходната
величина със зададената стой-
ност;
в) да се изработи управ-
ляващо въздействие в съот-
ветствие с разликата между
двете стойности.
Оттук произтича необхо-
димостта от следните основ-
ни елементи:
1. Измерителен елемент.
Измерва изходната величина
и я преобразува в друга,
по-удобна за въздействие.
(Скоростта в напрежение, на-
прежението в сила и т. н.)
Фиг. 12 6. Основна функционална схема за автоматично регулиране с обратна връзка
175
2. Сравнителен елемент. Осъществява сравняването на дей-
ствителната стойност на изходната величина със зададената стой-
ност.
3. Изпълнителен елемент. Устройство, което осъществява не-
обходимого въздействие върху изходната величина.
В някои автоматични системи има и усилвател — междинно
звено между сравнителния и изпълнителния елемент. В уснлвате-
ля се получава само количествена промяна (спомнете си електрон-
ния усилвател!), но входната и изходната величина са еднакви
по вид.
Всички елементи на автоматичната система могат да се изобра-
зяват условно с правоъгълници. Така се получава основната
функционална схема на система за автоматично регулиране с об-
ратна връзка, дадена на фиг. 12.6.
Разглежданата система се нарича затворена система на управ-
ление, защото сведенията за изходната величина се подават на
входа на управляващото устройство. Изработва се управляващо
въздействие и по същия затворен път се въздействува върху из-
ходната величина. Разгледаните системи за регулиране на нивото
на водата и автоматичната система за регулиране на температу-
рата в електрическата пещ са затворени. А схемата за релейно-
контакторно управление на асинхронния двигател и автоматична-
та система за регулиране на напрежението по смущаващото въз-
действие са отворени системи.
12 .5. ВЪПРОСИ ЗА САМОПРОВЕРКА
1. На фиг. 12.7 е дадена схема на автоматична система за ре-
гулиране на скорост, наречена пентробежен регулатор на Уат.
Обяснете как дейст-
Фиг. 12.7. Регулатор на скорост на Уат
вува!
2. Каква е разли-
ката между смущава-
щото и управлява-
щотэ въздействие?
3. Обяснете прин-
ципа на обратната
връзка!
4. Какви елменти
има в една автома-
тична система?
5. На фиг. 12.8 е
дадена схема за автоматично регулиране на температурата чрез
контактен термометър. Опитайте се да обясните как действува
първо сами, а ако не можете, прочетете долния текст.
Живачният контактен термометър КТ е поставен в топлинния
обект (пещ, която се нагрява от електрически нагревател Н). Ве-
176
ригата му може да се прекъсне чрез живачната ампула А. При
отклоненията й от хоризонтално положение живакът се разделя
и веригата се прекъсва. В контактния термометър е поставена
тънка волфрамова жичка. Положението й се изменя в зависимост
от това, каква стойност на тем-
пературата трябва да се под-
държа в пещта. Когато се до-
стигне тази температура,жива-
кът се допира до жичката,
включва се бобината на релето,
тя привлича желязната сърцеви-
на, която наклонява живачна-
та ампула, чрез която се пре-
късва веригата на нагревателя.
Когато температурата намаля-
ва, настъпва обратният процес.
Проследете го!
Фиг. 12.8
Двата процеса се повтарят непрекъснато, като температур ат i
се колебае около зададената стойност.
ГЛАВА ТРИНАДЕСЕТА
ПРОИЗВОДСТВО, ПРЕНАСЯНЕ И РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ
НА ЕЛЕКТРИЧЕСКАТА ЕНЕРГИЯ
13.1. ОБЩИ СВЕДЕНИЯ ЗА ПРОИЗВОДСТВОТО
НА ЕЛЕКТРИЧЕСКА ЕНЕРГИЯ
Електрическата енергия се произвежда в промишлени пред-
приятия, наречени електрически централи, чрез последователно
превръщане на енергията на природните изтбчници на енергия.
В зависимост от тях централите се разделят на: водноелектрйч-
ни централи (ВЕЦ), термоелектрични централи (ТЕЦ), атомни
електрични централи (АЕЦ), дизелови електрични централи и др.
а) ВЕЦ
Използува се кинетичната енергия на течаща вода, която за-
движва водна турбина, а водната турбина е непосредствено свър-
зана с вала на синхронния трифазен генератор. Строят се при
реки, конто имат голям и продължителен наклон или при язо-
вири. Мощността на централата завися от водния пад и водния
дебит. Те произвеждат евтина електрическа енергия, не запраш-
ват околната среда, след като мине през турбините водата може
да се използува за напояване. Но те могат да се строят само близ-
12 Електротехника с основи на електр.
177
/~ Ah Iha \
I ш<КА»1ОТГ' КА 1
ко до водни източници, конто обикновено са далеч от консумат -
рите на енергия, а това оскъпява пренасянето й.
б) ТЕЦ
Използува се топлината, която се отдели при изгарине на
различии видове твърди горива. У нас се използуват нискокало-
рични каменни въглшца. При изгарянето им в горивна камера се
Фиг. 13.1. Принципна схема на термоелектрическа централа
I) генератор; 2) трен котел; 3) паропровод; 4) парна турбина; 5) кондензатор с охлади-
г ел на кула; 6, 7, 8—нагнетдтелни помпи; 9) резервоар; 13) допълнителна вод»
отдели топлина, която загрява вода в парен котел 2. Образувана-
та пара в специален паронагревател допълнително се нагрява и
по паропровод 3 се подава към парпата турбина 4. Турбината е
свързана с вала на трифазния синхронен генератор 1. След като
мине през турбината, парата се събира в кондензатор- 5, където
се втечнява и след подгряване се подава в парния котел за ново
нагряване (фиг. 13.1). В много централи парата се използува за
отопление. Те се наричат топлофикационни централи. Строител-
ството на тези централи е евтино и бързо, но техен недостатък
е необходимостта от транспорт на твърдото гориво, поради което
електрическата енергия е скъпа. .
в) АЕЦ
Използува се топлинната енергия, която се отдели при разпа-
дане на атомното ядро на природния уран, обогатен с примеси от
изкуствени изотдпи. Устройството, в което се извършва регули-
руемата верижна ядрена реакция, се нарича атомен реактор. То е
най-скъпата част на централата. В останалата си част атомната
централа принципно не се различава от топлинна централа. Най-
голямото й предимство е малкият разход на гориво, но то е много
скъпо. От един килограм уран се отдели топлина, колкото от изга-
f .
178
рянето на 3000 тона качествени каменни въглшца. Атомната цен-
трала не замърсява въздуха с пепел и вредни газове, но е необхо-
дима сложна биологична защита, за да се предпази обслужващият
персонал от радиоактивни облъчвания. У нас с помощта на
съветски специалиста бе изградена АЕЦ „Козлодуй11. Сега тя дава
мощност 880 мегавата (MW). До 1980 година ще се разшири с още
2 реактора.
13.2. ПРЕНАСЯНЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКА ЕНЕРГИЯ
Обикновено електрическите централи работят съвместно. Та-
ка се получава електроенергийната система — съвкупност от елек-
трически централи, електрически и топлинни мрежи, консумато-
ри на електрическа и топлинна енергия, свързани с общ режим и
непрекъснат процес на производство, разпределение и консума-
ция на електрическа енергия. Предимствата на електроенергийна-
та система пред изолирано работещите централи е огромно. Оси-
гурява се най-икономичен режим на електрическите централи,
най-пълно използуване на техните мощности, произведената енер-
гия е най-евтина и се осигурява редовно електроснабдяване на
консуматорите.
Електрическата система е част от енергийната система, в която
влизат: генераторите, електрическите подстанции, електропрово-
дите за високо, средне и ниско напрежение, трансформаторнл-
Електрижуиц. мрежа
_Електрущсксь система,________________________
уф
Фиг.'13.2. Прннципна схема на електрическа система
те постове и консуматорите на електрическа енергия. На фиг. 13.2
виждате прннципна схема на електрическа система. Електриче-
ската мрежа обхваща всички носочени елементи безгенераторите.
Страните от социалистическия лагер постепенно свързват енер-
гийните си системи. Така се изгражда единна енергийна система,
чрез което се създават условия за обмен на електрическа енергия
и се увеличава сигурността на електроснабдяването. Да просле-
дим всички етапи от производството и пренасянето на електричес-
179
ката енергия до разпределението й между консуматорите. Чрез
кабел генераторът се свързва с разиределителен възлов пункт,
наречен шинна система""йЛТГ самб~генераторни шиниГ~Напреже-
нието на генераторните шини е стандартизирано и може да бъде
400 V, 6 300 V, 1 050 V,-15 750 и 21 000 V в зависимост от мощ-
ността на генератора. За да се пренесе енергията икономично, не-
обходимо. е„да. се повиши напрежението чрез силови "трансформщ
трри. Това става в съвременните_централи с голяма мощност и
високо'напрсжение като непосредствено слеУ генератор ните пшни-
следва^повишаваща нодсганцйяГТя се намира близко до"сграда-~
та на центр алата. Ако с условии означенйя~на чертеж" нанесем
електрическите съоръжения и връзките между тях, получаваме
така наречената съединителна схема. Тя може да се начертае ед-
нолинейно, като веригите на трите фази се заместват с една линия.
На фиг. 13.3 е показана такава схема на централа и повишаваща
подстанция. Основните съетавни части на една подстанция с а
разпределителни шини за двете напрежения — високото и ниско-
то, повишаващи или понижаващи трансформатори и апарати за
защита, измерване, контрол и управление. На фиг. 13.4 е дадена
схема на понижаваща подстанция. Шините и включените към тях
съоръжения и апарати образуват разпределителното устройство
(РУ) на централата или подстанцията. Разпределителните уст-
ройства биват закрити до 35 kV и открити за напрежение над 35
kV. Според начина на изпълнение на монтажа те са:
Фиг. 13.3. Принципна схема на цен-
трала и повишаваща подстанция
РУ - ВУ
РУ- .4И
» Т ! ♦ Г
Фиг. 13.4. Принципна схема на
понижаваща подстанация
а) класическо изпълнение — отделиите съоръжения са ком-
плектовани на самия обект — централа 'или подстанция;
б) комплектни разпределителни устройства — електрическите
съоръжения се поместват в специални метални шкафове в заво-
дите и се доставят готови на обекта, където се осъществяват връз-
180
Фиг. 13.5. Външен вид на разпределително устройство
ките помежду им. Современна тенденция в усъвършенствуванет
на електроразпределителните уредби е все по-пцдрокото използу-
ване на КРУ (фиг. 13.5);
в) капселовани разпределителни уредби — електрическите съо-
ръжения работят в изолационна среда — елегаз, вместо във въз-
дух, затова се поставят в херметически затворени кожуси. Те се
изработват за напрежения, по-големи от HOkV. Елегазът е е-
рен хексафлуорид с 5 пъти по-голяма плътност от въздуха. В
елегаз може да се изгаси при атмосферно налягане дъга със 100
пъти по-голям ток, отколкою във въздуха. Използуването на еле-
газ като изолационна среда дава възможност да се намали обемът
на разпределителните устройства.
Фиг. 13.7, Стоящ и висящ изолятор
След шините високо напрежение на подстанцията следват
електропроводите високо напрежение. Те биват въздушни и ка-
белни. Въздушният електропровод се състои от стълб, проводни-
ци и изолатори. За напрежение до 110 kV представляват стомано-
решетъчни конструкции (фиг. 13.6). Проводниците са алуминиеви
или стоманено-алуминиевис подходяще стандартно сечение. Про-
водниците са отделени от стълба посредством стоящи или висящи
изолатори (фиг. 13.7). Броят на изолаторите зависи от.;. напреже-
нието и вида на стълба.
182
13.3. ЕЛЕКТРОСНАБДЯВАНЕ НА ПРОМИШЛЕНИ ПРЕДПРИЯТИЯ
Фиг< 13.8. Електрическа схема на транс-
форматореи пост
Електроснабдяването на промишлените предприятия може да
стане по два начина: направо от енергийната система или от
енергийната система и собствена електрическа централа, ако пред-
приятието е голямо. Малко предприятие се захранва от понижа-
ваща подстанция с малка мощност, наречена трансформаторен
пост. Трифазният силов трансформатор в трафопоста понижава
напрежението до U = 400 V. Вторичната му намотка е свързана
в звезда, нулевата точка е заземена и е изведен нулев проводник.
Първичната намотка се свързва към електропровода чрез раз-
единител (апарат за високо напрежение, който служи за видимо
прекъсване на връзката с електропровода, когато се налага да се
извърши ремонт). Изводите на вторичната намотка се свързват
към разпределителните шини, ниско напрежение с лостовия пре-
късвач. Предпазителите Пр1 и Пр2 осигуряват необходимая за-
щита при ненормален режим (фиг. 13.8). От разпределителното
устройство (РУ) тръгват линии, конто захранват цеховите раз-
пределителни табла, таблата за захранване на битови коисуматори
(жилища) или таблото за улично осветление. Висока линия може
да се изключи чрез лос-
тов прекъсв-ач и се защи-
щава от стопяем предпа-
зител.
Ако предприятието е
толямо и има собствена
понижаваща подстанция,
то от нея излизат линии,
конто захранват цехови
трафопостове, а те понижа-
ват напрежението до О =
=400 V. Предвижда се
пад, за да получат консу-
маторите номинално на-
прежение 380 (220) V.
Най-често предприятията
се захранват от енергий-
ната система с V = 20 kV.
Електрическата мрежа
за разпределение на енер-
гнята на територията на
предприятията и населени-
те места се изпълнява с
кабели. Кабелът представ-
лява един или няколко изолира ни проводника с обща защитна
обвивка. Обикновено са трижилни в мрежите с напрежение до
35 kV и четирижилни (три фазн и нула) в мрежите ниско
183
напрежение (фиг. 13.9). Кабелите се изработват от медни или алу-
миниеви проводници. Те се поставят в специални, изкопани в
земята канали.
За осыцествяване на кабелната мрежа се използуват две прин-
ципно различии схеми:
Фиг. 13.9. Външен вид на кабел
а) радиални схеми (фиг. 13.10). Всички цехови трафопостове
или табла н. н. се захранват от отделим самостоятелни линии-
При повреда на една не се нарушава електроснабдяването на ос-
таналите.
20 к С
Фиг. 13.10. Радиална схема Фиг, 13.11. Магистрална'схема
б) магистрална схема (фиг. 13.11). От понижаващата под-
станция тръгва една линия,— магистрали, от която чрез отклоне-
ния се захранват цеховите трафопостове или таблата н. н. При.
повреда в магистралата се нарушава електроснабдяването на.
184
всички. Предимството й е, че се използуват по-малко апарати..
Електрическата мрежа в цеха пренася и разпрсделя енергията
от цеховото табло до всеки консуматор. Те също се изпълняват-
по радиална и магистрална схема. При магистралните схеми ши-
роко приложение намират шиноп роводите — голи, неизолира-
ни алуминиеви или медни проводници, положени на изолатори,
по стеките и колониите на цеховото помещение. Те са подходящи
за машиностроители!! заводи, където често се налагат реконструк-
ции, защото са евтини и сигурни в експлоатация.
Мрежите за вътрешно осветление се изпълняват с изолирани
проводници.
За повишаване на cos ср към цеховото табло паралелно се
включва кондензаторна батерия.
13.4. ОПРЕДЕЛЯНЕ СЕЧЕНИЕТО НА ПРОВОДНИЦИТЕ
И ИЗБОР НА ПРЕДПАЗИТЕЛ
От цеховото табло н. н. консуматорите се захранват с провод-
ници и кабели. Проводниците, конто захранват освеглителните
тела, образуват осветлителната инсталация, а проводниците, кон-
то захранват двигатели, електрически пещи и други, образуват
силовата инсталация.
За определяне сечението на проводници за осветлителната ин-
сталация в промишлено предприятие се прави начисление, опре-
дели се общата инсталирана мощност:
КиНСТ ~ Рг+Р2+Р3+ . . .,
а след това изчислителната мощност РКЗч , като се умножи Р„нси
с коефициента на едновременност ке, тъй като всички лампи не
са включени одновременно:
Р\‘.^Ч~^еРИНСТ-
р
Изчисляваме /НЗч по формулата /изч = J1—и от таблица в
наръчник по електротехника определяме какво сечение отговаря
на този ток. Избраното сечение трябва да бъде такова, че падът
на напрежение, който се получава в захранващия проводник, да
не бъде по-голям от 2,5% при номинално захранващо напрежение.
Какво сечение трябва да има проводникът или кабелът, кой-
то захранва двигателя? То може да се определи също от таблица
от наръчник по електротехника, като се знаят номиналните Дан-
ии на двигателя. Нека избраният двигател по т. 11.3 бъде трифа-
зен асинхронен двигател обикновено изпълнение с накъсо съе-
динен ротор за продължителна работа. От наръчник или каталог
за избрания двигател вземаме номиналните му данни:
PH = 22kVV; лн = 1470 min-1; /Н = 41,9А; = 90,5о/0; cosyH=0,88
185
През захранващият кабел ще протича ток /н = 41,9 А. Този
ток ще отдели топлина, която ще загрява изолацията на кабела.
Максималната температура, до която ще се загрее тя при дости-
гане на топлинно равновесие, трябва да бъде по-малка от допус-
тимата температура за изолацията. Например за кабели с гумена
или пластмасова изолация тя е 65°. Във всеки наръчник по елек-
тротехника има таблици, в конто са дадени стандартните сечения
на проводниците в зависимост от токовете, конто се допуска да
протичат през тях, за да се изпълни горното условие. От такава
таблица отчитамё, че $ — 10 mm2 при /дОП = 50 А за проводник
с каучукова изолация, меден.
След това опрёделяме пусковия ток: /п = 7,5 /н = 314 А.
Двигателят трябва да се защищава от късо съединение от сто-
пяем предпазител. Как да определим какъв предпазител да'избе-
рем? Те също са стандартизирани по номиналния ток на вложка-
та. Но предпазителят не трябва да изгори от пусковия ток, който
трае малко време. Затова токът на вложката се определи така:
-а = 1,6-е2,5 и стойността му се избира в зависимост от условията
на пускане на двигателя — дали се пуска на празен ход или на-
товарен и колко време трае пусковият процес. Ако приемем, че
а- 2,5, което означава, че двигателят се пуска на празен ход, по-
лучаваме
/вл = -?V—=125 А.
х ,О
Ще вземем патрон със стопяема вложка с /вл.н =125 А.
Така избраната вложка ще издържи този ток и няма да пре-
късне веригата при пускане на двигателя.
Ако разстоянието от таблото до двигателя е много голямо,
трябва да се провери какъв вид на напрежение се получава в зах-
ранващия кабел. Ако той е по-голям от 5%, рри положение, че
захранващото напрежение е равно на номиналното, трябва да се
избере сечение с една степей по-голямо.
13.5. ЕЛЕКТРИЧЕСКО ОСВЕТЛЕНИЕ
13.5Д . Свет линии величини
Светлинното излъчване на източниците на осветление се по-
лучава по два различии начина:
а) чрез нагряване до висока температура — температурно из-
лъчване;
б) чрез използуване на явлението електролуминесценция.
186
От общото излъчване на един източник окото оползотворява
само видимите лъчи, затова при създаване на източници стреме-
жът е те да излъчват само такива лъчи.
Тази част от лъчистата енергия, която излъчва светлоизточни-
кът в пространството за една секунда и която се възприема от
окото като светлина, се нарича сеетлинен поток. Единицата за
светлинен поток е лумен (1m).
Отношението между светлинния поток и пространствения ъгъл,
в който ее излъчва този поток, се нарича сила на светлината.
Измерителната единица е кандела (cd).
Плътността, с която светлинният поток се разпределя върху
осветяваната повърхност, се нарича осветеност. Измерителната
единица е луке (1х). Измерва се с уред луксметър.
Отношението между излъчения в пространството светлинен
поток към изразходваната за излъчвансто му електрическа енер-
гия определи икономичността на един източник и се нарича свет-
лоотдаваемос т. Измерва се в
лумен/1ш
ват I w
13.5.2 . Светлинни източници
а) лампа с нажежаема жичка (фиг. 13.12)
В стъклена колба 4 е поставена нажежаема жичка от волфрам»
навита във вид на спирала. (Волфрмът има висока температу-
Фиг. 13.12. Лампа с
нажежаема жичка
Фиг. 13.13. Луминесцентна лампа
ра на топене и голяма механична якост.) Тя е окачена на молиб-
денови държатели, закрепени върху стъклена колонка. Чрез ни-
187
келови електроди краищата на спиралата се свързват с цокъла
на лампата. .Колбата е запълнена с инертен газ, който не позво-
лява бързото разпрашване на жичката. Колбата е залепена към
метален в интов цокъл, наречен Едисонов цокъл. Единият край
на жичката е запоен към винтообразната част на цокъла, а дру-
гият — към металната пъпка 6.
Средната трайност на тези лампи е 1000 часа.
б) луминесцентна лампа (фиг. 13.13)
В стъклена тръба, запълнена с разреден газ (аргон или неон),
са запоени волфрамови спирални електроди, с нанесен върху тях
слой от бариев окис. В тръбата има и малко количество живак,
а вътрешната й повърхност е покрита с луминофор. Ако тръбата
се включи към U = 220 V, тя няма да свети. Необходимо е пред-
варително загряване на електродите, за да могат да емитират
електрони. За тази цел се включва така нареченият стартер 7
(фиг. 13.13). Той представлява малка лампа с тлеещ разряд, еди-
ният електрод на която е свита биметална пластинка. Подаденото
напрежение V = 220 V запалва стартера, а от топлината, която
се отделя в него, биметалната пластинка се изправя и се допира
до другия електрод. Токът рязко нараства и загрява волфрамо-
вите електроди. Междувременно биметалната пластинка изсти-
ва, понеже липсва тлеещ разряд, свива се и прекъсва веригата.
В момента на прекъсване в последователно включената бобина се
индуктира е. д. н., което заедно с мрежовото напрежение е при-
ложено към електродите на лампата и е достатъчно за запалване-
то й. В нея се получава електрически заряд — електрони излитат
от електродите и йонизират газа. Живакът в тръбата от топлина-
та се изпарява, а ускорените електрони бомбардират живачните
пари, в резултат на което те излъчват ултравиолетови (невидими)
лъчи. Тези лъчи попадат върху луминофора и той започва да све-
ти*— неговите излъчвания са в граничите на видимия спектър.
Стандартните луминесцентни лампи се класифицират в 5 гру-
бо според вида на светлината—топла, топлобяла, бяла, студе-
нобяла и дневна. При нормални условия и правилна експлоатация
луминесцентната лампа има живот 6—10 пъти по-голям от този
на лампата с нажежаема жичка.
13.5.3 . Електроосветителни тела
Обикновено светлоизточниците се използуват в комбинация с
оснетителни тела. Осветителното тяло заедно с приспособленията
за закрепване се нарича осветлителна арматура. Осветлителната
арматура се състои от разсейвател, рефлектор и корпус. Разсейва-
телят намалява яркостта на лампата. Рефлекторът представлява
метална повърхност с дифузно или насочено отражение и пре-
188
разпределя най-рационално светлинния поток. Корпусът пред-
ставлява защитна обвивка, която предпазва лампата от вредно
въздействие на околната среда — влага, прах, механични удари.
Осветлителните тела за далечно действие се наричат прожектори,
а за близко действие — осветлители. Според начина на закрепване
към тавана или стените различаваме следните осветлителни ар -
матури: пендели и полилеи за високи тавани, плафэниери за нис-
ки тавани, аплици за стени, настолни лампи за маса.
Според начина на осветяване на обекта освэялението мэжз да
<бъде днректно (пряко), полупряко, смесенэ, полунапрякэ и н е-
пряко.
Получава се чрез използуване на различил оззэтлителни тела.
На фиг. 13.14 са дадени сенките, конго се получават от един ци-
«линдър при различните видове осветления. Огсечкиге със стрел-
ки изразяват в мащаб силата на светлината в сьэтвэгната посока.
За улично осветление се използуват живачни, натриеви и метало-
халогенни лампи.
13.6. ТЕХНИКА НА БЕЗОПАСНОСТТА
Ако имате фазомер, как ще огкриеге фазага и нулата на кон-
такта? Знаете, че фазомерът е малка нэонэва лампичка, която
светва, щом се допре единият й извод до фазата, а не свети, когато
е допрян до нулата. Опасно ли е да допрете с една ръка фазата,
а с другата — нулата. Опасно е, защото вие са включвате като
съпротивление 7?ч в електрическата верига и съгласно закона
на Ом през вас ще премине ток
, U г,
(— —— съпротивление на човека.
189
Колко голям ще бъде този ток, зависи от напрежението и от
съпротивлението на човека, а то варира в широки граници и
включва в себе си съпротивлението на кожата на мястото на до-
пиране до проводника и на човешкото тяло. Навлажняване, з -
мърсяване и изпотяване на кожата силно го намаляват.
Променлив ток 10 mA и постоянен ток 50 Ат се счита т за без-
опаски, но ток 100 mA, преминал през човека, е смъртоносен.
Въз основа на най-малкото възможно съпротивление R4 = 600 £2
и ток / =20 mA може да се изчисли, че
U = RI = 600.0,020=12 V
е напълно безопасного напрежение. При нормални условия за бе-
зопасно напрежение се смята напрежение U = 36 V. Тъй като
опасността се определи от стойността на тока (токът е свързан:
с химично и биологично действие върху човешкия организъм),
особено значение има върху какво е стъпил човек —- направо вър-
ху земята върху под, с какви обувки и т. н., защото тогава токът
ще бъде по-малък. Какво напрежение ще се получи, зависи от
пътя на тока. Най-опасен е, когато минава между ръка и крак
или между двете ръце, защото тогава минава през сърцето. Зна-
чение има и честотата на тока. Най-опасен е ток с f = 50 Hz. То-
кове с честота, по-голяма от 500 kHz, са безопасни и се използу-
ват в медицината.
Кога има опасност човек да попадне под напрежение? Най-
често срещани случаи са следните:
а. Ако по невнимание се допре до проводник, по който тече
ток (тоководеща част) или ако се намира на такова разстояние
от проводник с високо напрежение, че е възможно да прескочи
искра (човекът е вторият електрод).
б. Ако се допре до метални нетоководещи части (корпуси на
електрически машини, Казани на трансформатори, канани на пре-
късвачи и др.), конто поради повреда на изолацията са под на-
прежение.
в. Ако стъии близо до мястото на допрян до земята поради
повреда фазов проводник. Между двата крака може да се получи
опасно напрежение.
За да се избегне първият случай, неизолираните тоководещи
части се поставят нависоко или се ограждат с плътни или мре-
жести прегради, ако са за високо напрежение. Всички, конто по-
стъпват на работа в производствени предприятия, се запознават
с инструкциите по техника на безопасността и с личните защит-
ни средства, конто, ако е необходимо, трябва да се използуват.
Тъй като винаги съществува възможност да се докоснат при
работа от обслужващия персонал или от други хора метални не-
190
тоководещи части, предварително се извършва обезопасяване по
следните два начина:
а) предпазно заземяване — използува се при мрежи и уредби
с напрежение над 1000 волта и при мрежи и уредби до хил яда
<>иг. 13.15. Предпазно заземяване
Фиг. 13.16 Предпазно зануляване
волта с изолирана нула (несвързана със земята). Нетоководещп
те части се свързват със земята чрез специално заземително уст-
ройство (фиг. 13.15). То се състои от заземител — метална плоча
или тръба, поставена дълбоко в земята, и заземителен проводник,
който я свързва със заземяваната част. Съпротивлението на за-
земителното устройство се контролира чрез измерване и то не
трябва да надминава предписаната стандартна стойност.
а) предпазно зануляване — използува се в четирипорводнико-
еите мрежи с напрежение 380/220 V. При тях нулевата точка на
източника е заземена (в трансформаторния пост е заземена нулева-
та точка на вторичната трифазна намотка). Зануляването пред-
ставлява свързване на металната нетоководеща част на съоръже-
нието с нулевия проводник на мрежата (фиг. 13.16). Ако се по-
вреди изолацията и фазов проводник се допре до металната част,
образува се електрическа верига — фазата на мрежата, метална-
та част, до която е допряна, нулевия проводник и фазата. Протича
ток на късо съединение и предпазителят в съответната фаза пре-
късва веригата, след което металната част вече не е под напреже-
ние.
Затова на нулевия проводник не се поставя предпазител ни-
то прекъсвач, защото, ако той изключи, зануляване няма. При
трифазни консуматора се изтегля нулев проводник специално за
зануляване. А при еднофазни консуматори се изтегля още един
нулев проводник освен работния. Освен в трафопоста на няколко
места в мрежата за по-голяма сигурност се прави повторно зазе-
мяване на нулевия проводник.
Заземяването на един, а зануляването на други съоръжения,
свързани към една и съща мрежа, не се допуска, защото е опасно.
И все пак, ако въпреки всички мерки се случи нещастие? Тряб-
ва да се реагира бързо. Преди всичко да се прекъсне токов ата
верига — чрез прскъсвач, предпазител, прекъсване на проводни-
ка с изолиращ инструмент, издърпване на пострадалия. Ако има
парализа на дишането, веднага трябва да се направи изкуствено
дишане. То се прилага задължително, дори когато няма признаци
за живот до идване на лекар.
13.7. ВЪПРОСИ ЗА САМОПРОВЕРКА
I. Каква е разликата между радиална и магистрална схема?
2. Каква е разликата между сила на светлината и осветеност?
3. Защо на нулевия проводник не се поставя предпазител ?
4. Каква е разликата между предпазно заземяване и предпаз-
но зануляване?
5. За какво служи стартерът при луминесцентната лампа?
6. Напрежението или токът е опасен за човека?
7. Защо не трябва сами да поставяте жичка в патрона на|из-
горял предпазител?
192
Приложение 1
ИЗВАДКИ ОТ МЕЖДУ НА РОДНАТА СИСТЕМА ИЗМЕРИТЕЛНИ ЕДИНИЦИ
Величини Означение на величината -Г Измермтелыа единица Означение на измерителиа- та единица
Дължина Време Маса Механична сила Работа (енергия) ] Мощност ! Сила на ел. ток 1 Потенциал Напрежение Е. Д. н. Капацитет Ел. съпротивление Ел. проводимост Специфично съпротивле- ние Напрегнатост на магнит- ното поле Магнитна индукция Магнитен поток Магнитна пронипаемост Коефициент на самоин- дукция Магнитодвижешо напре- жение Ъглова скорост (ъглова честота) 1 t т F A(W) Р I Ф и Е С R G Р Н В ф и L им о метър секунда килограм маса Нюток Джаул Ват Ампер Волт Волт Волт Фарад Ом Сименс Омметър Ампер метър Тесла Вебер Хенри метър Хенри Ампер радиан секунда । m S kg N J W A V V V F a s 2 m A m T Wb H m H A rad v-=s~1
СЗ Електротехника с основи^иа електр.
193
Приложение 2
Условии графични означения за ел. съоръжения, използувани в ел. схеми
Наименование Означение
Химичек токоизточник Електрическо съпротивление -=|р- я к
Електрическа лампа
Регулируемо съпротивление (реостат)
Амиерметър, волтметър, ватметър
Постояннотокова електрическа машина
Еднополюсен, двуполюсен, триполюсен
прекъсвач
«6 ,2 .<У
Постоянен ток — общо означение
Променлив ток — общо означение
Заземление
194
Продолжение на приложение 2
Наименование Означенна
Токоизправител —м—
Автоматичен прекъсвач за напреже- жение до 1000 V 4, 1 /•
Прекъсвач за високо напрежение 0
Разединител за високо напрежение
Намотка на реле или контактор _J L— V
Включващ контакт на контактор
Включващ контакт на реле z
Н агревателен елекент на термобиме- тално реле
Контакт на реле за време със за- дръжка при включване
195
Продължение на приложение 3?
Наименование Означение
Възбудителна намотка на постоянно- токова машива (индуктивно съпро- тивление) Бутон с включващ контакт със само- възвръщане (пуск) Бутон 1 с изключващ контакт със са- мовъзвръщане (стоп) Еднофазен трансформатор Си лов трансформатор — прннципна '] схема Трифазна електрическа машина — об- що означение Асинхронен двигател с накъсо съе- динен ротор Асинхронен двигател с навит ротор Нулев проводник о о i ? i с б ш & ш
196
Приложение S>
Означения върху скалите на измервателните
апарати
Условно означение на апарата А, т A ,V, mV, Q , М О. , W ,k WP
Означение на системагпа на апарата 0 Ф Маенитоелектри- Електромаг- Електровииамич- ческа нигна на
Клас на точност 0, 1 ; 0,2 ; 0,5;1; 1,5; 2.5; 4.
Вид на тока постоянен — или = променлив постоянен и променлив
Нормално ра- достно положе- ние на апарата вертикално ± хоризонтално 1 1 наклонено под 60° 1
изпит-оателно
напрежение на
изолацията
на апарата
2kV или
197
СЪДЪРЖАНИЕ
Вместо увод................................................... 3
Глава първа
Електрическа верига за постоянен ток
1.1. Електрнчески ток, сила на електрическия ток, електрическа ве-
рига....................................................... 5
1.2. Закони при ел. верига за постоянен ток................ 7
1.3. Работа и мощност на електрическия ток . ..............11
1.4. Свързване на съпротивления............................12
1.5. Въпрос за самопроверка................................13
Глава втора
Електромагнетизъм
2.1. Магнитно поле на електрическия ток...................
2.2. Магнитки велнчинн.....................................17
2.3. Намагнитване на феромагнитнн материали................18
2.4. Механичии електродинамични сили.......................21
2.5. Електромагнитиа индукция..............................23
2.С. Получаване на променливо е. д. н. чрез електромагнитиа ин-
дукция................................................. 26
2.7. Друга случаи на електромагнитиа индукция..............27
2.8. Въпроси за самопроверка........'.................... 28
Глава трета *
Променлив ток
3.1. Получаване на променливо е. д. и. и променлив ток, характерни
величини, стойкости...................................... 29
3.2. Векторно изобразяване на синусоидалнн електрнчески »ели-
лнчини.....................................................31
3.3. Вериги с едно съпротивление...........................33
3.4. Ел. вериги за променлив ток с последователно свързване на ак-
тивно, индуктивно и капацитивно съпротивление ............ 40
3.5. ЕЛ. вериги за променлив ток. Вериги с паралелно свързване на’
активни и реактивни съпротивления ........................ 46
3.6. Въпроси за самопроверка...............................47
Глава четвърта
Трифазен променлив ток
4.1. Получаване на трифазна система от е. д. н.............48
4.2. Свързана трифазна система.............................50
4.2.1. Трифазна система, свързване в звезда.............50
4.2.2. Трифазна система, свързване в триъгълник.........51
4.3. Свързване на консуматори към трифазна мрежа. Мощности . . 52
4.4. Въртящо се магнитно поле..............................53
4.5. Въпроси за самопроверка...............................56
198
Глава пега
Електрнчески измернтелни апарати и електрнчески измервания
5.1. Общи положения............................................... 57
5.2. Системи електрнчески измернтелни апарати......................59
5.3. Измерване на ток и напрежение.................................63
5.4. Измерване на съпротивления....................................65
5.5. Измерване на мощност .........................................69
5.6. Измерване на електрическа енергия.............................71
5.7. Понятие за измерване на неелектрични величини.................73
5.8. Въпрсси за самопроверка.......................................75
5.9. Лабораторка работа № 1—76................................... 76
Глава шеста
Т рансформатори
6.1. Принцип на действие и устройство на еднофазен трансформа-
тор ...............................................................77
6.2. Режим на работа на еднофазен трансформатор....................81
6.3. Трифазен трансформатор........................................84
6.4. Специални трансформатори......................................85
6.5. Въпроси за самопроверка.......................................88
Глава седма
Постояннотокови машини
7.1. Общи понятия за електрическите мншини........................89
7.2. Принцип на действие на постояннотокова машина................93
7.3. Устройство на постояннотокова машина.........................96
7.4. Основни зависимости при постояннотокова машина...............98
7.5. Допълнцтелнн явления в постояннотоковата машина.............100
7.6. Начини за създаване на основного магнитно поле..............102
7.7. Характеристики на постояннотокова машина.................. 108
7.8. Регулиране на основните величини при постояннотокова електри-
ческа машина....................................................108
7.9. Приложение на постояннотоковата електрическа машина.........108
7.10. Въпроси за самопроверка................................... ПО
Глава осма
Асинхронни двигатели
8.1. Принцип на действие на трифазен асинхронен двигател..........ПО
8.2. Устройство на асинхронния двигател..........................111
8.3. Характеристики на асинхронния двигател......................113
8.4. Пускане на асинхронен двигател..............................117
8.5. Регулиране на скоростта на въртене на асинхронен двигател . . .119
8.6. Еднофазен асинхронен двигател...............................120
8.7. Възможно често срещани повреди в асиихронннте двигатели . . . 122
8.8. Вънрос за самопроверка......................................123
8.9. Лабораторка работа № 2......................................123
Глава девета
Синхронии елемеити
9.1. Принцип на действие.........................................125
9.2. Устройство на синхронна машина..............................126
9.3. Характеристики на синхронна машина..........................129
9.4. Включване на синхронна машина към мрежата.................131
9.5. Качества и приложение на сннхроннага машина.................133
9.6. Въпроси за самопроверка.....................................134
199
Глава десета
Лромишлена електроника
10.1. Предмет и значение на промишлената електроника.......134
10.2. Вакуумни електронни лампи............................135
10.3. Полупроводники. . 138
10.4. Основни изправителии системи.........................144
10.5. Електронни усилватели................................148
10.6. Електронен генератор на иезати.хващи електрически трепте-
ния..................................................... 151
10.7. Стабилизатор на напрежение...........................153
Глава единадесета
ЕЕлектрозадвижване и апарати за управление
11.1. Товарни диаграми на работна машина...................155
11.2. Номинални рс-жими на работа на електрическите двигатели . 156
11.3. Избор на двигател за работа при постоянен товар......159
11.4. Електрически апарати за защита. . . . ...............160
11.5. Незвтематични апарати................................162
11.6. Автоматични апарати..................................165
11.7. Схема за автоматично управление на двигател..........169
11.8. Въпроси за самопроверка..............................170
Глава дванадесета
Ссновии въпрсси от електрсавтсматиката
12.1. Понятие за автоматична система, автоматика, автоматизация . 170
12.2. Основни понятия в електроавтоматиката................172
12.3. Класификания на автоматичните системи................173
12.4. Автоматична система с регулиране по отклоиението .... 174
12.5. Въпроси за самопроверка..............................176
Глава тринадесета
Производство, пренасяне и разпределеиие
на електрическата енергия
13.1. Общи сведения за производството на електрическа енергия . . 177
13.2. Пренасяне на електрическа енергия....................179
13.3. Електроснабдяване на промишлени предприятия..........183
13.4. Определяне на сечението на проводника и избор на предпази-
тел.......................................................185
13.5. Електрическо осветление..............................186
13.6. Техника на електробезопасността......................189
13.7. Въпроси за самопроверка..............................192
Приложения
Приложение I •— Извадки от между иародната система измерителни еди-
нили..........................................................193
Приложение II — Условии графически означения на електрическите съо-
рт.жения................................................... 194
П р и л о ж е и и е III............................-...........197
'Л , .
200
Z ЛИЧ НА \
(библиотека)