книги / Электротехнические устройства радиосистем

тивленис. Так как длина магнитного пути по стали магнитопровода всегда много больше, чем через немагнит­ ный промежуток, то увеличение зазора в определенных пределах вызывает уменьшение магнитного сопротивле­ ния стали в большей мере, чем увеличение магнитного сопротивления зазора, так что суммарное магнитное со­ противление для переменного магнитного потока умень­ шается.

Конструкция сглаживающих дросселей малых габа­ ритов подобна конструкции трансформаторов. Они, так же как трансформаторы; могут быть выполнены на бро­ невых и стержневых магнитопроводах. Дроссели на стержневых магнитопроводах с двумя катушками на разных стержнях обеспечивают минимальные габариты и вес, на броневых — минимальную стоимость.

Сглаживающие дроссели мощных выпрямительных устройств (например, для питания генераторных ламп вещательных передатчиков) имеют более сложное устройство. Обмотки таких дросселей находятся под вы­ соким напряжением (10— 12 кв) и требуют достаточно надежной изоляции. В таких дросселях обмоткам прида­ ют форму цилиндрических катушек, состоящих из не­ скольких последовательно соединенных секций, изолиро­ ванных друг от друга и от корпуса и помещенных рядом по высоте стержня.

Для лучшего заполнения сталью площади, охваты­ вающей цилиндрической обмоткой, поперечному сечению стержня придают крестообразную форму.

Г л а в а в т о р а я

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

2-1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Электрические машины, являющиеся преобра­ зователями одного вида энергии в другой, широко при­ меняются во всех отраслях науки и техники.

Электрические машины преобразуют механическую энергию в электрическую и электрическую энергию в ме­ ханическую. Машина, преобразующая механическую энергию в электрическую, называется г е н е р а т о р о м . Преобразование электрической энергии в механическую

осуществляется д б й г а т е л я Ми . Многие из элек'грйчёских машин могут быть использованы как в качеств^ генератора, так и в качестве двигателя. Это свойство электрической машины изменять свои преобразующие свойства называются о б р а т и м о с т ь ю ма ши н ы. Электрические машины используются для преобразова­ ния частоты и числа фаз в цепях переменного тока, пре. образования переменного тока в постоянный, а также для изменения уровней напряжения в цепях постоянного тока. Такие электрические машины называются п р е о б ­

ра з о в а т е л я м и .

Взависимости от рода тока цепи, в которой работает электрическая машина, они делятся на машины посто» янного и машины переменного тока. Машины перемен» ного тока могут быть как однофазными, так и много» фазными. Наиболее широкое применение в промышлен» ности нашли трехфазные синхронные и асинхронны^ машины, действие которых основано на использовании

вращающегося магнитного поля. В синхронных машинах процесс преобразования энергии происходит при син­ хронной скорости, т. е. когда скорость ротора (вращающаяся часть машины) равна скорости вращения магнит­ ного поля. В асинхронных машинах процесс преобразо­ вания энергии происходит при асинхронной скорости, т. е. когда скорость ротора отличается от скорости вра­ щения магнитного поля.

Находят также применение коллекторные машины переменного тока, которые допускают экономичное ре­

м а ш и н н ы м и р е г у л я т о р а м и и у с и л и т е л я м и .

2-2. ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Принцип действия электрических машин осно­ ван на использовании явлений электромагнитной индук­ ции и электромагнитных сил. Если в магнитном поле по­ люсов постоянных магнитов или электромагнитов (рис. 2-1) поместить проводник и под действием какойлибо силы Fi перемещать его, то в нем возникает э. д. с., равная

между векторами максимума магнитной индукции и ско­

ник энергии (сопротивление), то в замкнутой цепи под действи­ ем э. д. с. возникнет ток. В результате взаимодействия то­ ка i в проводнике с магнитным полем полюсов создается электромагнитная сила F^ = Bil, направление которой опре­

деляется по правилу левой руки, т. е. эта сила будет на­ правлена встречно силе В,, перемещающей проводнике маг­

энергия, расходуемая на перемещение проводника, пре­ образуется в энергию электрическую, воспринимаемую приемником энергии, т. е. машина работает генератором. Та же простейшая электрическая машина может рабо­ тать двигателем. Если под действием постороннего ис­ точника электрической энергии через проводник проте­ кает ток, то в результате взаимодействия тока в провод­ нике с магнитным полем полюсов создается электромаг­ нитная сила под действием которой проводник будет

перемещаться в магнитном поле, преодолевая силу тор­ можения какого-либо механического приемника энергии. Таким образом, рассмотренная простейшая машина об­ ратима, т. е. может работать как генератором, так и двигателем. В электрических машинах обмотки имеют большое число проводников, которые соединяются меж­ ду собой так, чтобы э. д. с. в них имели одинаковое на­ правление и суммировались.

Если виток проводника (рис. 2-2) вращать в магнит­ ном поле, то в нем индуктируется э. д. с. Стороны витка ааг и вв' пересекают линии магнитного поля, в них на-

дальнейшем увеличении числа полюсов при неизменной скорости вращения увеличивается частота э. д. с. витка.

Рис. 2-3. Электродвижущая сила в витке, вра­ щающемся в магнитном поле четырех полюсов.

Электрический угол ,а'эл, определяющий фазу э. д. с., также будет увеличиваться по сравнению с пространст­ венным углом ххпрЕсли магнитная цепь машины имеет

Таким образом, частота индуктируемой э. д. с. зави­ сит от угловой скорости вращения витка (ротора) и чис­ ла пар полюсов в машине. Для получения э. д. с. посто­ янной частоты необходимо постоянство угловой скорости вращения.

При перемещении катушки в магнитном поле или магнитного поля относительно неподвижной катушки из­ меняется величина магнитного потока, пронизывающего витки этой катушки, в результате чего в катушке индук­ тируется э. д. с., равная

Таким образом, э. д. с. фазы равна геометрической сумме э. д. с. катушек, которая окажется меньше ариф­ метической суммы э. д. с. этих катушек.

уменьшается.

Таким образом, действующее значение э. д. с. фазы машины переменного тока определится следующим вы­ ражением:

где w — общее число последовательно соединенных вит­ ков одной фазы; k0o — обмоточный коэффициент, учиты­ вающий уменьшение э. д. с. фазы машины переменного тока за счет распределения и за счет укорочения шага обмотки.

2-3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Как и любая электрическая машина, асин­ хронная обладает свойством обратимости, т. е. может быть использована как в режиме генератора, так и в ре­ жиме двигателя. В силу ряда существенных недостат­ ков асинхронные генераторы практически почти не при­ меняются, тогда как асинхронные двигатели получили очень широкое распространение.

Поэтому мы будем рассматривать работу асинхрон­ ной машины в режиме двигателя, т. е. процесс преобра­ зования электрической энергии в энергию механическую.

Действие всякой многофазной машины переменного тока основано на использовании вращающегося магнит­ ного поля. Многофазная обмотка переменного тока со­ здает вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого равна:

В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при асинхронной скорости, т. е. при скорости вращения ротора, не равной скорости враще­ ния магнитного поля.

Скорость ротора может очень мало отличаться от скорости поля, но при работе двигателя она будет всег­ да меньше (п2Кп\). В этом заключается основное прин­

ципиальное отличие асинхронных машин от синхронных, у которых скорость ротора всегда равна скорости вращения магнит­

ного поля статора.

Работа асинхронного двигателя основана на принципе электромаг­ нитной индукции. Вращающееся магнитное поле, возбуждаемое то­ ками в обмотке статора, пересекает проводники обмотки ротора и ин­ дуктирует в этой обмотке э. д. с. Если обмотка ротора замкнута на

какое-либо сопротивление или накоротко, то в ней под действием индуктируемых э. д. с. возникнут переменные токи. В результате взаимодействия токов в обмотке ро­ тора с магнитным полем обмотки статора создается вра­ щающий момент, под действием которого ротор прихо­ дит во вращение.

Направление всякого индуктированного тока таково, что он противодействует причине, его вызвавшей. По­ этому токи в проводах обмотки ротора стремятся задер­ жать вращающееся поле статора, но, не имея возмож­ ности сделать это, приводят ротор во вращение так, что он следует за полем статора.

На рис. 2-5 выделена часть окружности ротора, на которой находится один проводник его обмотки. Поле статора условно представлено северным полюсом N, который перемещается в пространстве и вокруг ротора по часовой стрелке со скоростью /гь Следовательно, по­ люс N перемещается относительно проводника обмотки ротора слева направо, в результате чего в этом провод­ нике индуктируется з. д. с., направление которой может быть определено по правилу правой руки и указано на рисунке знаком точки. Если обмотка ротора замкнута, то под действием э. д. с. в этой обмотке возникнет ток, направленный в выбранном нами проводнике так же, как и э. д. с.

В результате взаимодействия тока в проводнике об­ мотки ротора с магнитным полем возникает сила F, ко­ торая перемещает проводник в направлении, определяе­ мом по правилу левой руки, т. е. слева направо. Вместе с проводником начинает перемещаться и ротор.

Если силу F, действующую на проводник обмотки ро­ тора, умножить на расстояние этого проводника от оси ротора (плечо приложения силы), то мы получим вра­ щающий момент, создаваемый током данного проводни­ ка. Так как на роторе помещено большое количество проводников, то сумма произведений сил, действующих на каждый из проводников, на расстоянии этих провод­ ников от оси ротора определяет вращающий момент, раз­ виваемый двигателем. Под действием вращающего мо­ мента ротор приходит во вращение по направлению вра­ щения магнитного поля. Для реверсирования двигателя, т. е. для изменения направления вращения ротора, не­ обходимо изменить направление вращения магнитного поля, созданного обмоткой статора. Это достигается в трехфазных двигателях изменением чередования фаз обмоток статора. Реверсивные двигатели снабжаются переключателями, при помощи которых можно изменять чередование фаз обмоток статора, а следовательно, и

скорости магнитного поля статора. Если бы эти скоро­ сти почему-либо оказались одинаковыми, то магнитное поле статора не пересекало бы проводников обмотки ро­ тора и, следовательно, в них не возникали бы токи, т. е. не было бы вращающего момента.

2-4. УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Статор трехфазного асинхронного двигателя показан на рис. 2-6. Сердечник статора набирается из стальных пластин. Пластины штампуются с впадинами (пазами) и изолируются лаком, окалиной или тонкой бумагой для уменьшения потерь на вихревые токи. Пластины собираются в отдельные пакеты и крепятся в станине двигателя. К станине прикрепляются также боковые щиты с помещенными на них подшипниками, на которые опирается вал ротора.

В продольных пазах статора укладываются провод­ ники его обмотки, которые соответствующим образом