Физика для всех. Электроны - Китайгородский А.И.
Скачать (прямая ссылка):
І42
на другую. Поэтому, несмотря на изменение направления тока A самой рамке, ток во внешней цепи своего набавления не меняет. * Так как вращающаяся часть реальной машины состоит из большого числа рамок — • секций, сдвинутых на определенный угол друг относительно друга, а коллектор состоит из соответствующего числа пластин, то на щетках машины получаем практически постоянную ЭДС. ч
В настоящее время строятся генераторы постоянного тока на мощности от долей киловатта до нескольких тысяч киловатт. Крупные генераторы применяются для электролиза в химической промышленности и цветной металлургии (производство алюминия, цинка). Они рассчитаны на большие токи и относительно низкие напряжения (120—200 В, 1000—20 000 А), Машины постоянного тока используются также для электросварки.
Но генераторы постоянного тока не являются основными производителями электрической энергиц. В СССР для производства и распределения электроэнергии принят переменный ток частотой 50 Гц. Генератор переменного тока создается таким, чтобы от него можно было получить одновременно три ЭДС одинаковой частоты, но отличающиеся одна от другой по фазе на угол 2я/3.
Такой трехфазный генератор схематически изображен на рис. 4.6. На рисунке каждая из катушек заменена одним витком. На нашем рисунке провода одного из витков помечены Ci-C4, второго C2-C6 и третьего Ca-C6. Если ток входит в Cf, то он выходит в C4, и т. д. (Разумеется, в моменты, соответствующие разным расположениям ротора и статора, любой из концов может быть входом ton выходом тока.) ЭДС в неподвижных витках обмотки статора наводится, в результате пересечения их магнитным полем вращающегося электромагнита — ротора. При вращении ротора с равномерной скоростью в обмотках фаз статора возникают Рис. 4.6.
143
МИХАИЛ ОСИПОВИЧ ДОЛИВО-ДОБРОВОЛЬСКИЙ (1862— І919) — замечательный русский ученый и инженер, создатель системы трехфазного, тока, которая лежит в основе всей современной электротехники. Разработал все без исключения еле-менты трехфазных цепей переменного тока. В 1888 году построил первый трехфазный генератор переменного тока о вращающимся магнитным полем.
линейный провод
оНУЛЕВОИ ПРОВОД
линейный
(P провод линейный провод
Рис. 4.7.
периодически изменяющиеся ЭДС одинаковой частоты, но отличающиеся друг от друга по фазе^ на угол 120° вследствие их пространственного смещения.
Три витка катушки могут быть соединены между собой по-разному: в звезду или треугольник. Эти схемы разработаны и внедрены в практику Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским (1862—1919) в начале 90-х годов прошлого столетия. При соединении звездой концы всех обмоток генератора C4, C5, C9 соединяют в одну точку, которая называется нулевой или нейтральной. С приемниками энергии генератор .соединяют четырьмя проводами: доемя «линейными», идущими от начал обмоток C1, C2, C3, и нулевым или нейтральным проводом, идущим от нулевой точки генератора. Эта система называется четырехпроводной.
Напряжение между нулевой точкой и началом фазы называется фазным. Напряжение между началами обмоток называется линейным. Эти напряжения связаны
* Физика для всех. кн. В ~~ 145
соотношением
Если нагрузки (J, //, III) всех трех фаз одинаковы, то ток в нулевом проводе равен нулю. В этом случае нулевой провод можно упразднить и перейти к трехпро-водной системе. Схемы соединения звездой наказаны на рис. 4.7. щ ч
Соединение треугольником также допускает трехлинейную проводку. При этом конец каждой обмотки соединен с началом следующей так, что они образуют замкнутый треугольник. Линейные провода присоединены к вершинам треугольника. Здесь линейное напряжение равно фазному, а токи связаны соотношением
Трехфазные цепи имеют следующие преимущества: более экономичная передача Энергии по сравнению с однофазными цепями, возможность получения в одной установке двух напряжений — фазного и линейного.
Описанный генератор переменного тока относится к классу синхронных электрических машин. Такое название носят машины, у которых частота вращения ротора совпадает с частотой вращения магнитного поля статора.
Синхронные генераторы являются основными производителями энергии и имеют несколько конструктивных разновидностей в зависимости от способа приведения во вращение их ротора.
Читатель может задать вопрос: раз применяется название «синхронные машины», значит должны быть и асинхронные? Правильно! Но они используются как двигатели, и мы поговорим о них в следующем разделе. Там же остановимся и на том, почему вращается магнитное поле в трехфазной машине переменного тока.
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
Больше половины всей вырабатываемой электрической энергии преобразуется с помощью электродвигателей в механическую для различных нужд промышленности, сельского хозяйства, транспорта и быта. Наи-
146
Рис. 4.8.
большее распространение получил простой, надежный, дешевый, неприхотливый в обслуживании асинхронный двигатель, изобретенный в 1889 г. все тем же талантливым инженером Доливо-Добровольским и до сих пор сохранивший свои основные черты. Асинхронный двигатель используется для привода различных станков, насосно-компрессорных, кузнечно-прессовых, подъемно-транспортных и других механизмов.
