книги / Устройство и эксплуатация автомобильных кранов с электрическим и гидравлическим приводами

Возможные неисправности и техническое обслуживание силового привода

Проследим за изменением э. д. с. в рамке, приняв за начальный момент ее горизонтальное положение. Так как стороны рамки не пересекают при этом магнитный поток, э. д. с. в ней равна нулю. На графике это соответствует моменту t = 0 (точка 1).

При дальнейшем вращении рамки в ней появляется э. д. с., которая будет возрастать до тех пор, пока рамка не достигнет вер­ тикального положения (точка 2).

По мере дальнейшего приближения рамки к горизонтальному положению э. д. с. в ней плавно убывает до нуля.

Следовательно, за время, соответствующее половине оборота рамки, э. д. с. в ней успела возрасти от нуля до наибольшей вели­ чины и вновь уменьшиться до нуля (точка 3).

При дальнейшем вращении рамки в ней наводится э. д. с. уже другого направления, которая постепенно возрастает по величине, а потом вновь становится равной нулю.

На графике изменение направления э. д. с. учитывается тем, что кривая, изображающая ее значения, пересекает ось времени и располагается ниже этой оси.**

На этом заканчивается один цикл изменения э. д. с. Если про­ должать вращение рамки с той же скоростью, начнется второй цикл, в точности повторяющий первый, и так далее до остановки рамки.

Если концы рамки замкнуть на внешнюю цепь, то по цепи пойдет переменный ток, характер изменения которого будет таким же, как изменение э. д. с.

Время, в течение которого происходит цикл изменения пере­ менного тока, называется периодом (Г). Если, например, проводник

вращается со скоростью 50 об/с, то период Т равен ^ с, так как

один полный цикл изменения э. д. с. происходит за один оборот. Величина, обратная периоду, называется частотой (/). Она

определяется по формуле

Измеряется частота в герцах (Гц.). Если период составляет

^ с, то частота равна 50 Гц.

Максимальное значение силы (э. д. с., напряжения) перемен­ ного тока называется его амплитудой, или амплитудным значением.

ветствующее любому выбранному моменту времени, называются его мгновенными значениями. Они обозначаются i, е и и .

Кроме мгновенных и амплитудных значений, переменный ток характеризуется средними и действующими (эффективными) зна­ чениями силы тока и напряжения (э. д. с).

Средние значения вычисляются за полупериод, т. е. за время, когда направление тока не изменяется. Среднее значение силы пере­

менного тока (/ср) равно силе такого постоянного тока, при кото­ ром через поперечное сечение проводника за время, равное поло­

менного тока изменяются по синусоиде (синусоидальный ток), то средние их значения связаны со следующими амплитудными соот­ ношениями:

/ ср = 0,637 /т ; £/ср = 0,637 Um\ £ ср = 0,637£т .

Не следует смешивать указанные средние значения силы, на­ пряжения и э. д. с. переменного тока с их средними значениями за период. Так, для синусоидального тока количество электриче­ ства, проходящее за один полупериод в одном направлении, в сле­ дующий полупериод проходит в обратном направлении, и средняя сила тока за период оказывается равной нулю. Вот почему прибо­ ры, предназначенные для измерения постоянного тока, при вклю­ чении их в цепь переменного тока показывают нуль.

Известно, что всякий электрический ток, как постоянный, так и переменный, обладает тепловым действием, т. е. при прохожде­ нии по проводнику нагревает его.

Однако, чтобы заставить, например, одинаково светиться одну и ту же лампу, питая ее сначала постоянным, а затем переменным током, надо, чтобы максимальная сила переменного тока (его ампли­ туда) была больше силы постоянного тока.

Вот почему, когда говорят о величине переменных э. д. с., на­ пряжения или силы тока, то, как правило, имеют в виду не ампли­ тудные, а так называемые действующие, или эффективные, зна­ чения.

Действующее (эффективное) значение силы переменного тока численно равно силе такого постоянного тока, который, проходя по какому-либо сопротивлению, выделяет такое же количество теплоты, как и данный переменный ток.

Действующие значения силы переменного тока, его э. д. с. и на­ пряжения обозначаются соответственно /, Е и U.

Все существующие измерительные приборы переменного тока измеряют действующие значения силы тока, э. д. с. или напря­ жения.

При изучении явления электромагнитной индукции было вы­ яснено, что электродвижущая сила может наводиться не только в проводниках, движущихся в постоянном магнитном поле, но также и в неподвижных проводниках, размещенных в изменяющемся магнитном поле.

В цепях переменного тока, непрерывно изменяющегося по ве­ личине и направлению, изменяется и создаваемое вокруг провод­ ника магнитное поле. Магнитный поток этого поля изменяется с той же скоростью, что и ток в проводнике. Вследствие изменения магнитного потока в проводнике наводится э. д. с., которая носит название э. д. с. самоиндукции, так как она возникает в результате изменения не внешнего магнитного поля, а поля, созданного самим током, протекающим по данному проводнику.

Направление э. д. с. самоиндукции определяется правилом (за­ коном) Ленца, в каждый момент времени она направлена так, чтобы противодействовать процессу изменения тока в проводнике (тормо­ зить этот процесс); следовательно, при уменьшении силы тока в про­

в сторону, противоположную основной э. д. с.

Изменение мгновенных значений э. д. с. самоиндукции носит такой же характер, как и у основной э. д. с. Но только максималь­ ной величины э. д. с. самоиндукции достигает в те моменты, когда ток в проводнике проходит через нуль, резко изменяясь по величи­ не и направлению. В те же моменты, когда ток достигает своих амп­ литудных значений, медленно изменяясь по величине, э. д. с. само­ индукции спадает до нуля. Это объясняется тем, что по закону электромагнитной индукции величина наводимой э. д. с. прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока, а следо­ вательно, скорости изменения тока, создающего магнитный по­ ток. Величина э. д. с. самоиндукции, наводимой в том или ином проводнике, зависит также от свойств самого проводника — его индуктивности (обозначается латинской буквой L). Индуктив­ ность зависит только от размеров проводника и его формы и вовсе не зависит от электропроводности материала, из которого провод­

ник изготовлен. Наименьшей индуктивностью обладают прямоли­ нейные проводники.

Индуктивность измеряется в генри (Г).

Явление самоиндукции наблюдается и в цепях постоянного тока, но только при резком изменении силы тока, в частности, при включении и выключении тока. При отключении цепей посто­ янного тока, содержащих большие индуктивности, например об­ мотки электродвигателей, э. д. с. самоиндукции, согласно правилу Ленца, стремится задержать процесс исчезновения тока, что вызы­ вает искрение и даже образование электрической дуги между кон­

Особенностью цепей переменного тока является наличие в них сдвига фаз между током и напряжением, обусловленного различ­

ным сопротивлением, оказываемым переменному току активной и реактивной нагрузкой.

Активное сопротивление оказывают переменному току потре­ бители, практически не обладающие индуктивностью (например,

спираль лампы накаливания). Это сопротивление несколько выше, чем при прохождении через тот же потребитель постоянного тока, причем разница становится тем больше, чем больше частота пере­ менного тока. Объясняется это тем, что переменный ток распро­ страняется неравномерно по сечению проводника: плотность его на поверхности выше, чем в середине (явление поверхностного эф­ фекта), и полезная площадь поперечного сечения как бы умень­ шается, что вызывает увеличение сопротивления. При такой безиндуктивной нагрузке ток и напряжение совпадают по фазе, т. е. их максимальные и нулевые значения совпадают по времени.

Включение в цепь переменного тока катушки индуктивности оказывает его прохождению большое сопротивление и вызывает отставание тока от напряжения на угол 90°. Если же в цепь пере­ менного тока включить конденсатор, то ток в ней опередит напря­ жение на 90°. Индуктивность и емкость создают в цепи перемен­ ного тока реактивное сопротивление. Практически в любых цепях переменного тока действуют и активное, и реактивное сопротив­ ления, поэтому ток и напряжение не совпадают по фазе на какой-то угол ф, в общем случае не равный ни 0°, ни 90°. Косинус этого угла равен отношению активного сопротивления цепи (Z), т. е.

COS Ф = R .

Общее сопротивление измеряется в омах и определяется по формуле

z = Ktf2 + (*t-*c)a,

где R — активное сопротивление;

Хь — индуктивное сопротивление;

Х с — емкостное сопротивление.

В электротехнике обычно приходится иметь дело с активным и индуктивным сопротивлениями (обмотки электрических машин).

В цепях переменного тока различают активную, реактивную и полную мощность. Активной называется мощность, развиваемая на активном сопротивлении. Она определяется как произведение действующих значений силы тока и напряжения на cos <р, т. е.

Р = U I •cos ф,

и измеряется в ваттах (Вт).

Реактивная мощность постоянно циркулирует в цепи от источ­ ника к потребителю и полезно не используется. Ее определяют по

ляется по формуле 5 = VI.

Из приведенных формул видно, что отношения активной мощ­ ности к полной —cos ф, и поэтому cos ф называют коэффициентом мощности.

На практике необходимо стремиться к увеличению cos ср, так как при этом большая часть мощности, развиваемой источником, используется на совершение полезной работы.

Для повышения коэффициента мощности параллельно нагрузке в цепь переменного тока включают конденсаторы с таким расчетом, чтобы их емкостное сопротивление было близко к индуктивному сопротивлению цепи. В этом случае общее реактивное сопротивле­

ская недогрузка электродвигателей, повышение напряжения в се­ ти, неправильный выбор типа двигателя. О влиянии нагрузки на

При выборе типа двигателя следует учитывать, что быстроход­ ные мощные двигатели имеют более высокий cos ср, нежели мало­ мощные и тихоходные.

2. ТРЕХФАЗНЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

Помимо однофазного переменного тока, основные свойства которого были рассмотрены выше, в электротехнике находят при­ менение так называемые многофазные системы переменных токов. Всякая многофазная система представляет собой совокупность не­ скольких переменных токов одинаковой частоты, отличающихся друг от друга по фазе. Из всех возможных многофазных систем наиболее широкое и почти исключительное распространение по­ лучила трехфазная система переменных токов, впервые разработан­ ная великим русским инженером-электриком М. О. Доливо-Добро- вольским.

Трехфазной системой переменных токов или просто трехфазным током называется совокупность трех переменных токов одной и той же частоты, отстающих друг от друга на одну треть периода. При этом обычно предполагают, что амплитуды всех трех токов тождественны.

Трехфазный ток обычно образует единую трехфазную цепь. Каждая же отдельная цепь трехфазной системы сокращенно назы­ вается _фазой. Ток каждой такой фазы представляет собой по всем свойствам обычный переменный ток.

Одно из самых важных свойств трехфазного тока состоит в том, что в каждый данный момент времени сумма мгновенных значений входящих в его состав трех однофазных переменных токов равна нулю. Это обстоятельство позволяет трехфазный ток передавать по трем проводам вместо обычных шести.

Трехфазный переменный ток получил широкое распростране­ ние в силу того, что он имеет, как будет показано ниже, ряд пре­

имуществ по сравнению с постоянным током и однофазным пере­ менным током.

Получение трехфазного тока. Трехфазный переменный ток можно получить от так называемых трехфазных генераторов. Устройство трехфазного генератора схематически показано на рис. 97. Он состоит из двух основных частей: неподвижной, назы­ ваемой статором, и вращающейся, называемой ротором. На ста­ торе генератора уложены три одинаковые катушки (/, 2, 3), сме­ щенные одна относительно другой по окружности статора на 120°. Эти катушки называются фазными обмотками.

При вращении ротора, представляющего сильный электромаг­ нит с постоянным магнитным полем, в катушках индуцируются переменные э. д. с. одной и той же частоты, имеющие одинаковые амплитуды, но сдвинутые одна относительно другой на 1/3 перио­ да. Если к каждой из трех катушек генератора подключить на­ грузку, то образуются три цепи однофазного переменного тока, также отличающегося один от другого по фазе на 1 /3 периода. Такое устройство носит название системы трехфазного тока. На рис. 98 показаны кривые, характеризующие изменение этих токов по времени.

Таким образом, каждая из обмоток трехфазного генератора яв­ ляется как бы самостоятельным источником электрической энергии и может замыкаться на свой приемник (потребитель). В этом слу­ чае для передачи энергии требуется шесть проводов и получается так называемая несвязанная трехфазная система, схематически представленная на рис. 99. Такая система не имеет никаких пре­ имуществ по сравнению с однофазной. Поэтому на практике обмот­ ки трехфазных генераторов всегда соединяются по схеме звезды или треугольника.

Соединение звездой. Соединение обмоток генератора (рис. 100), при котором концы их соединяются в одну точку, называется со­ единением звездой. При этом соединительные провода называются линейными, так как они составляют линию для передачи энергии от генератора к потребителю. Провод, соединяющий общие точки фаз генератора и потребителя, называется нулевым.

Токи, протекающие по фазам генератора или приемника, на­ зываются фазными и обозначаются /ф . Токи же, протекающие по линейным проводам, называются линейными и обозначаются /л.

Напряжения между линейными проводами называются линей­ ными или междуфазными и обозначаются U„.

Напряжения на зажимах обмоток отдельных фаз генератора или нагрузки, или, что то же, между каждым из линейных прово­

Существуют определенные соотношения между фазными и ли­

нейными напряжениями'и токами: / ф = /л и Un— V 3 ( /ф .

Таким образом, при соединении по схеме звезды линейные токи (Ал) равны токам в обмотках генератора или в фазах нагрузки,