Физика для всех. Электроны - Китайгородский А.И.
Скачать (прямая ссылка):
W** IU cos tf. Увеличение Cos ф — задача инженера-электрика.
ТРАНСФОРМАТОРЫ
Вы приобрели холодильник ЗИЛ. Продавец вас предупредил, что холодильник рассчитан на напряжение в сети 220 вольт. A у вас в доме сетевое напряжение 127 вольт. Безвыходцое положение? Ничуть. Просто придется сделать дополнительную затрату и приобрести трансформатор.
Трансформатор — очень простое устройство* которое позволяет как повышать, так и понижать напряжение. Он состоит из железного сердечника, на который
4 139
надеты две обмотки (катушки). Число витков в катушках разное.
Подключим к одной из катушек сетевое напряжение. С помощью вольтметра мы убедимся в том, что на концах другой обмотки появится напряжение, отличающееся от сетевого. Если первичная обмотка % имеет W1 витков, а вторичная W2, то отношение напряжений будет:
U2 . W2
Таким образом, трансформатор будет повышать( напряжение, если первичное напряжение подведено к катушке с меньшим числом витков, и понижать в обратном случае.
Почему так получается? Дело в "том, что весь .магнитный поток проходит практически через железный сердечник. Значит обе катушки пронизаны одинаковым числом силовых линий. Трансформатор будет действовать лишь в случае, если первичное напряжение переменное. Синусоидальное изменение тока в первичной катушке будет вызывать синусоидальную ЭДС индукции, во вторичной катушке. Виток первичной и виток вторичной катушек находятся в одинаковых условиях. ЭДС одного витка первичной катушки равна ЭДС сети, поделенной на число витков первичной катушки, U1Zw1, а ЭДС вторичной катушки равна произведению U1Iw1 на число витков W2.
Рис. 4.4.
140
В принципе каждый трансформатор может быть использован и как повышающий, и как понижающий — в зависимости от того, к какой катушке подключено ,первичное напряжение.
В житейской практике часто приходится иметь дело с трансформаторами (рис. 4.4). Кроме тех трансформаторов, которыми мы пользуемся волей-неволей из-за того, что торговые приборы рассчитаны на одно напряжение, а в городской сети используется другое, кроме них приходится иметь дело с бобинами автомобиля. Бобина — это повышающий трансформатор. Для создания искры, поджигающей рабочую смесь, требуется ,высокое напряжение, которое мы и получаем от аккумулятора автомобиля, предварительно превратив постоянный ток аккумулятора в переменный с помощью прерывателя.
Нетрудно сообразить, что с точностью до потерь энергии, идущей на нагревание трансформатора, при повышении напряжения уменьшается сила тока, и наоборот.
Для сварочных аппаратов требуются понижающие трансформаторы. Для сварки нужны очень сильные токи, и трансформатор сварочного аппарата имеет всего лишь один выходной виток.
Вы, наверное, обращали внимание, что сердечник трацрформатора изготовляют из тонких листков стали. Это сделано для того, чтобы не терять энергии при преобразовании напряжения. Как мы говорили выше, в листовом материале вихревые токи будут играть мень- . шую роль, чем в сплошном.
Дома вы имеете дело с маленькими трансформаторами. Что же касается мощных трансформаторов, то они представляют собой огромные сооружения. В этих случаях сердечник с обмотками помещен в бак, заполненный охлаждающим маслом.
МАШИНЫ, КОТОРЫЕ СОЗДАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Машины, превращающие механическое движение в электрический ток, были созданы всего лишь каких-то полтораста лет назад.
141
Первым генератор ом тока была машина Фарадея, в которой проволочный виток вращался в пол? постоянных магнитов. Достаточно* быстро пришла в толову (но не Фарадею!) мысль заменить один виток катушкой и таким образом суммировать все ЭДС, создаваемые во всех витках. Лишь в 1851 т. постоянные магниты были заменены электромагнитами, т. е. катушками, надетыми на железный сердечник. Возник термин «возбуждение машины», ибо для того, чтобы машина цачала да-
Рис. 4.5.
вать ток, нужно было «оживить» электромагнит. Сначала для возбуждения машины в обмотку электромагнита подавали ток от постороннего источника питания. ;
Следующим этапом явилось открытие принципа самовозбуждения машины, согласно которому не обя- ¦ зательно иметь дополнительный источник питания для ] возбуждения электромагнитов. Достаточно обмотку возбуждения электромагнитов соединить тем или иным:; способом с основной обмоткой машины. К концу 80-х \ годов прошлого столетия электрическая машина при- ¦ обрела основные черты, сохранившиеся до сегодняшнего дня. Простейшая модель генератора постоянного тока изображена на рис. 4.5. Если вращать рамку в поле постоянных магнитов, в ней будет наводиться синусоидальная ЭДС
Если пожелать получить из переменного тока постоянный, то придется снабдить машину специальным устройством, которое называется коллектором. Кол-] лектор представляет собой два полукольца Аи B9 изолированных друг от друга и надетых на общий цилиндр (рис. 4.5). Цилцндр вращается вместе с рамкой. На полукольца наложены контакты P nQ (щетки)., с помощью которых ток отводится зо внешнюю цепь. При каждом полуобороте рамки концы ее переходят с одной щетки
