- •Глава 1. Электростатика
- •Глава 2. Постоянный ток
- •Глава 3. Электромагнетизм и электромагнитная индукция
- •Глава 4. Однофазный переменный ток
- •Глава 5. Трехфазная система переменного тока
- •Глава 6. Электрические измерительные приборы и измерения
- •66. Общие сведения
- •Глава 7. Трансформаторы стр. 119.
- •Глава 8. Асинхронные двигатели
- •Глава 9. Синхронные машины
- •Глава 10. Машины постоянного тока
- •Глава 11. Электрическая аппаратура управления и защиты
- •Глава 12. Производство, передача и распределение электрической энергии
- •Глава 13. Электровакуумные приборы
- •Глава 14. Газорязрядные приборы
- •Глава 15. Полупроводниковые приборы
- •Глава 1
- •§ 1. Понятие об электронной теории строения вещества
- •§2. Взаимодействие зарядов. Закон кулона
- •§ 3. Электризация тел
- •§ 4. Электрическое поле
- •§ 5. Потенциал
- •§ 6. Напряженность поля
- •§ 7. Понятие об электрическом токе
- •§ 8. Проводники и диэлектрики
- •§ 9. Электрическая емкость. Конденсаторы
- •§ 10. Заряд и разряд конденсатора
- •§11. Соединения конденсаторов
- •§ 12. Понятие об электроискровом способе обработки металлов
- •Контрольные вопросы
- •Глава II
- •Постоянный ток
- •§ 13. Электрическая цепь постоянного тока
- •§ 14. Электродвижущая сила
- •§ 15. Электрическое сопротивление
- •§ 16. Закон ома
- •§ 17. Последовательное соединение сопротивлений
- •§ 18. Первый закон кирхгофа
- •§ 19. Параллельное соединение сопротивлений
- •§ 20. Смешанное соединение сопротивлений
- •§ 21. Второй закон кирхгофа
- •§ 22. Работа и мощность электрического тока
- •§ 23. Коэффициент полезного действия или отдача
- •§ 24. Закон ленца —джоуля
- •§ 25. Нагревание проводников электрическим током
- •§ 26. Электрическая дуга
- •§ 27. Химическое действие электрического тока
- •§ 28. Гальванические элементы
- •§ 29. Аккумуляторы
- •§ 30. Атомные элементы
- •§ 31. Термоэлементы
- •§ 32. Солнечные батареи
- •Глава III
- •Электромагнетизм
- •И электромагнитная индукция
- •§ 33. Общие сведения
- •§ 34. Магнитное поле электрического тока
- •§ 35. Понятие о природе магнетизма
- •§ 36. Магнитная индукция
- •§ 37. Напряженность магнитного поля
- •§ 38. Магнитный поток
- •§ 39. Намагничивание стали. Магнитная проницаемость
- •§ 40. Перемагничивание стали. Коэрцитивная сила
- •§ 41. Потери энергии на перемагничивание
- •§ 42. Электромагниты и их применение
- •§ 43. Электромагнитная индукция.
- •§ 44. Самоиндукция. Индуктивность
- •§ 45. Величина и направление э. Д. С. Самоиндукции
- •§ 46. Взаимоиндукция
- •§ 47. Вихревые токи
- •Контрольные вопросы
- •Глава IV однофазный переменный ток
- •§ 48. Получение переменной электродвижущей силы
- •§ 49. Основные величины, характеризующие переменный ток
- •§ 50. Понятие о сложении переменных напряжений и токов.
- •§ 51. Понятие о векторах и векторных диаграммах
- •§ 52. Активное сопротивление в цепи переменного тока
- •§ 53. Индуктивность в цепи переменного тока
- •§ 54. Емкость в цепи переменного тока
- •§ 55. Цепь переменного тока с активным и индуктивным сопротивлениями
- •§ 56. Цепь переменного тока с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями
- •§ 57. Цепь переменного тока с параллельно соединенными сопротивлениями
- •§ 58. Понятие о резонансе напряжений
- •§ 59. Понятие о резонансе токов
- •§ 60. Мощность однофазного переменного тока
- •Глава V трехфазная система переменного тока
- •§ 61. Трехфазные генераторы
- •§ 62. Соединения обмоток генератора
- •§ 63. Включение нагрузки в сеть трехфазного тока
- •§ 64. Мощность трехфазного тока
- •§ 65. Вращающееся магнитное поле
- •Контрольные вопросы
- •Глава VI электрические измерительные приборы и измерения
- •§ 66. Общие сведения
- •§ 67. Электромагнитные приборы
- •§ 68. Магнитоэлектрические приборы
- •§ 69. Термоэлектрические приборы
- •§ 70. Электродинамические приборы
- •§ 71. Индукционные приборы
- •§ 72. Измерение силы тока. Расширение пределов измерения амперметра
- •§ 73. Измерение напряжения. Расширение пределов измерения вольтметра
- •§ 74. Измерение сопротивлений
- •§ 75. Мегомметр
- •§ 76. Универсальный электроизмерительный прибор
- •§ 77. Мост для измерения сопротивлений
- •§ 78. Измерение электрической мощности и энергии
- •§ 79. Понятие об измерении неэлектрических величин
- •Контрольные вопросы
- •Глава VII трансформаторы
- •§ 80. Общие сведения о трансформаторах
- •§ 81. Принцип действия и устройство трансформатора
- •§ 82. Рабочий процесс трансформатора
- •§ 83. Трехфазные трансформаторы
- •§ 84. Опыт холостого хода и короткого замыкания
- •§ 85. Определение рабочих свойств трансформаторов по данным опытов холостого хода и короткого замыкания
- •§ 86. Автотрансформаторы
- •§ 87. Измерительные трансформаторы
- •Глава VIII асинхронные двигатели
- •§ 88. Общие положения
- •§ 89. Принцип действия асинхронного двигателя
- •§ 90. Обмотки машин переменного тока
- •§ 91. Устройство асинхронного двигателя
- •§ 92. Работа асинхронного двигателя под нагрузкой
- •§ 93. Вращающий момент асинхронного двигателя
- •§ 94. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
- •§ 95. Пуск в ход асинхронных двигателей
- •§ 96. Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами
- •§ 97. Регулирование скорости вращения трехфазных асинхронных двигателей
- •§ 98. Однофазные асинхронные двигатели
- •Глава IX синхронные машины
- •§ 100. Принцип действия синхронного генератора
- •§ 101. Устройство синхронного генератора
- •§ 102. Работа синхронного генератора под нагрузкой
- •§ 103. Синхронные двигатели
- •Глава X машины постоянного тока
- •§ 104. Принцип действия генератора постоянного тока
- •§ 105. Устройство генератора постоянного тока
- •§ 106. Обмотки якорей машин постоянного тока
- •§ 107. Э. Д. С. Машины постоянного тока
- •§ 108. Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке
- •§ 109. Коммутация тока
- •§ 110. Работа машины постоянного тока в режиме генератора
- •§ 111. Способы возбуждения генераторов постоянного тока
- •§ 112. Характеристики генераторов постоянного тока
- •§ 113. Работа машины постоянного тока в режиме двигателя
- •§ 114. Пуск двигателей постоянного тока
- •§ 115. Характеристики двигателей постоянного тока
- •§ 116 Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока
- •§ 117. Потери и к. П. Д. Машин постоянного тока
- •§ 118. Коллекторные двигатели переменного тока
- •Глава XI электрическая аппаратура управления и защиты
- •§ 119. Выключатели и рубильники
- •§ 120. Автоматы
- •§ 121. Предохранители
- •§ 122. Реостаты
- •§ 123. Контроллеры
- •§ 124. Контактор. Магнитный пускатель
- •§ 125. Тепловое реле
- •Контрольные вопросы
- •Производство, передача и распределение электрической энергии
- •§ 126. Производство и передача электрической энергии
- •§ 127. Трансформаторные подстанции
- •§ 128. Оборудование трансформаторных подстанций
- •§ 129. Защита электрооборудования
- •Глава XIII электровакуумные приборы
- •§ 130. Электронная эмиссия
- •§ 131. Двухэлектродная лампа (диод)
- •§ 132. Характеристика и параметры диода
- •§ 133. Выпрямление переменного тока
- •§ 134. Трехэлектродная лампа (триод)
- •§ 135. Характеристика и параметры триода
- •§ 136. Принцип усиления электрических колебаний
- •§ 137. Ламповый генератор
- •§ 138. Триод в электронном реле
- •§ 139. Четырехэлектродная лампа (тетрод)
- •§ 140. Пятиэлектродная лампам (пентод)
- •§ 141. Электроннолучевая трубка. Осциллограф
- •Глава XIV газоразрядные приборы
- •§ 142. Ионные приборы
- •§ 143. Неоновая лампа
- •§ 144. Газосветная лампа
- •§ 145. Стабилитрон
- •§ 146. Тиратрон
- •§ 147. Ртутный выпрямитель
- •§ 148. Газоразрядный счетчик радиоактивных излучений
- •Глава XV полупроводниковые приборы
- •§ 149. Строение и электропроводность полупроводников
- •§ 150. Понятие об электронной и дырочной проводимости
- •§ 151. Примесная проводимость полупроводника
- •§ 152. Образование электронно-дырочного перехода
- •§ 153. Полупроводниковые диоды
- •§ 154. Полупроводниковые выпрямители
- •§ 155. Транзисторы
- •§ 156. Тиристоры
- •§ 157. Фотоэлементы и фотореле
- •Контрольные вопросы
§ 52. Активное сопротивление в цепи переменного тока
Сопротивление, включенное в цепь переменного тока, в котором происходит превращение электрической энергии в полезную работу или в тепловую энергию, называется активным сопротивлением.
К активным сопротивлениям при промышленной частоте (50 гц) относятся, например, электрические лампы накаливания и электронагревательные устройства.
Рассмотрим цепь переменного тока (рис. 53), в которую включено активное сопротивление. В такой цепи под действием переменного напряжения протекает переменный ток. Изменение тока в Цепи, согласно закону Ома, зависит только от изменения напряжения, подключенного к ее зажимам. Когда напряжение равно нулю, ток в цепи также равен нулю. По мере увеличения напряжения ток в Цепи возрастает и при максимальном значении напряжения ток становится наибольшим. При уменьшении напряжения ток убывает. Когда напряжение изменяет свое направление, ток также изменяет свое направление и т. д.
Из сказанного следует, что в цепи переменного тока с активным сопротивлением по мере изменения по величине и направлению напряжения одновременно пропорционально меняются величина и Направление тока. Это значит, что ток и напряжение совпадают по фазе.
Построим векторную диаграмму действующих величин тока и напряжения для цепи с активным сопротивлением. Для этого отлов жим в выбранном масштабе по горизонтали вектор напряжения Чтобы на векторной диаграмме показать, что напряжение и ток в цепи совпадают по фазе (=0), откладываем вектор тока I по направлению вектора напряжения.
Сила тока в такой цепи определяется по закону Ома:
В этой цепи среднее значение мощности, потребляемой активным сопротивлением, выражается произведением действующих значения тока и напряжения.
Пример. К цепи переменного тока с активным сопротивлением r=55 ом подключен генератор, максимальное значение напряжения которого Um=310,2 в.
Определить:
показание вольтметра, подключенного к зажимам генератора;
показание амперметра, включенного в цепь;
среднее значение мощности, потребляемой сопротивлением.
Решение. Известно, что электроизмерительные приборы, включенные в цепь переменного тока, измеряют действующие значения. Поэтому показание вольтметра, измеряющего напряжение,
Показание амперметра, измеряющего действующее значение тока,
Среднее значение активной мощности, потребляемой сопротивлением, Р=220х4 = 880 вт или Р=I2r=42x55=16x55=880 вт.
§ 53. Индуктивность в цепи переменного тока
Прохождение электрического тока по проводнику или катушки сопровождается появлением магнитного поля. Рассмотрим электрическую цепь переменного тока (рис. 54,а), в которую включена катушка индуктивности, имеющая небольшое количество витком проволоки сравнительно большого сечения, активное сопротивления которой можно считать практически равным нулю.
Под действием э.д. с. генератора в цепи протекает переменный ток, возбуждающий переменный магнитный поток. Этот поток пересекает «собственные» витки катушки и в ней возникает электродвижущая сила самоиндукции
(55)
где L — индуктивность катушки,
— скорость изменения тока в ней.
Электродвижущая сила самоиндукции, согласно правилу Ленца, всегда противодействует причине, вызывающей ее. Так как э. д. с. самоиндукции всегда противодействует изменениям переменного тока, вызываемым э.д.с. генератора, то она препятствует прохождению переменного тока. При расчетах это учитывается по индуктивному сопротивлению, которое обозначается ХL и измеряется
в омах. Таким образом, индуктивное сопротивление катушки ХL зависит от величины э. д. с. самоиндукции, а следовательно, оно, как и э.д. с. самоиндукции, зависит от скорости изменения тока в катушке (от частоты ) и от индуктивности катушки L:
где XL, — индуктивное сопротивление, ом,
ώ — угловая частота переменного тока, рад/сек,
L — индуктивность катушки, гн.
Так как угловая частота переменного тока , то индуктивное сопротивление
где, f—-частота переменного тока, гц.
Пример. Катушка, обладающая индуктивностью L=0,5 гн, присоединена к источнику переменного тока, частота которого f=50 гц. Определить:
1) индуктивное сопротивление катушки при частоте f=50 гц;
2) индуктивное сопротивление этой катушки переменному току, частота которого f=800 гц.
Решение. Индуктивное сопротивление переменному току при f=50 гц
При частоте тока f=800 гц
Приведенный пример показывает, что индуктивное сопротивление катушки повышается с увеличением частоты переменного тока, протекающего по ней. По мере уменьшения частоты тока индуктивное сопротивление убывает. Для постоянного тока, когда ток в катушке не изменяется и магнитный поток не пересекает ее витки, э.д. с. самоиндукции не возникает, индуктивное сопротивлений катушки ХL равно нулю. Катушка индуктивности для постоянного тока представляет собой лишь сопротивление
Выясним, как изменяется э. д. с. самоиндукции, когда по катушке индуктивности протекает переменный ток.
Известно, что при неизменной индуктивности катушки э. д. с. самоиндукции зависит от скорости изменения силы тока и она всегда направлена навстречу причине, вызвавшей ее.
На графике (рис. 54, в) переменный ток показан в виде синусоиды (сплошная линия). В первую четверть периода сила тока возрастает от нулевого до максимального значения. Электродвижущая сила самоиндукции ес, согласно правилу Ленца, препятствует увеличению тока в цепи. Поэтому на графике (пунктирной линией) показано, что ес в это время имеет отрицательное значение. Во вторую четверть периода сила тока в катушке убывает до нуля. В это время э.д.с. самоиндукции изменяет свое направление и увеличивается препятствуя убыванию силы тока. В третью четверть периода том изменяет свое направление и постепенно увеличивается до максимального значения; э. д. с. самоиндукции имеет положительное значение и далее, когда сила тока убывает, э. д. с. самоиндукции опять меняет свое направление и вновь препятствует уменьшению силы тока в цепи.
Из сказанного следует, что ток в цепи и э. д. с. самоиндукции не совпадают по фазе. Ток опережает э.д.с. самоиндукции по фазе на четверть периода или на угол = 90°. Необходимо также иметь в виду, что в цепи с индуктивностью, не содержащей г, в каждый момент времени электродвижущая сила самоиндукции направлена навстречу напряжению генератора U. В связи с этим напряжения и э. д. с. самоиндукции ес также сдвинуты по фазе друг относительно друга на 180°.
Из изложенного следует, что в цепи переменного тока, содержащей только индуктивность, ток отстает от напряжения, вырабатываемого генератором, на угол ==90о (на четверть периода) и опережает э.д.с. самоиндукции на 90°. Можно также сказать, что в индуктивной цепи напряжение опережает по фазе ток на 90°.
Построим векторную диаграмму тока и напряжения для цеь переменного тока с индуктивным сопротивлением. Для этого отложим вектор тока I по горизонтали в выбранном нами масштаба (рис. 54,6.)
Чтобы на векторной диаграмме показать, что напряжение опережает по фазе ток на угол = 90°, откладываем вектор напряжения вверх под углом 90°. Закон Ома для цепи с индуктивностью можно выразить так:
Следует подчеркнуть, что имеется существенное отличие между индуктивным и активным сопротивлением переменному току.
Когда к генератору переменного тока подключена активная нагрузка, то энергия безвозвратно потребляется активным сопротивлением.
Если же к источнику переменного тока присоединено индуктивное сопротивление r= 0, то его энергия, пока сила тока возрастает, расходуется на возбуждение магнитного поля. Изменение этого поля вызывает возникновение э. д. с. самоиндукции. При уменьшении силы тока энергия, запасенная в магнитном поле, вследствие возникающей при этом э.д.с. самоиндукции возвращается обратно генератору.
В первую четверть периода сила тока в цепи с индуктивностью возрастает и энергия источника тока накапливается в магнитном поле. В это время э.д.с. самоиндукции направлена против напряжения.
Когда сила тока достигнет максимального значения и начинает во второй четверти периода убывать, то э.д.с. самоиндукции, изменив свое направление, стремится поддержать ток в цепи. Под действием э.д.с. самоиндукции энергия магнитного поля возвращается к источнику энергии — генератору. Генератор в это время работает в режиме двигателя, преобразуя электрическую энергию в механическую.
В третью четверть периода сила тока в цепи под действием э. д. с. генератора увеличивается, и при этом ток протекает в противоположном направлении. В это время энергия генератора вновь накапливается в магнитном поле индуктивности.
В четвертую четверть периода сила тока в цепи убывает, а накопленная в магнитном поле энергия при воздействии э.д.с. самоиндукции вновь возвращается генератору.
Таким образом, в первую и третью четверть каждого периода генератор переменного тока расходует свою энергию в цепи с индуктивностью на создание магнитного поля, а во вторую и четвертую четверть каждого периода энергия, запасенная в магнитном поле катушки в результате возникающей э. д. с. самоиндукции, возвращается обратно генератору.
Из этого следует, что индуктивная нагрузка в отличие от активной в среднем не потребляет энергию, которую вырабатывает генератор, а в цепи с индуктивностью происходит «перекачивание» энергии от генератора в индуктивную нагрузку и обратно, т, е. возникают колебания энергии.
Из сказанного следует, что индуктивное сопротивление является Реактивным. В цепи, содержащей реактивное сопротивление, происходят колебания энергии от генератора к нагрузке и обратно.