Фізіка
Выдавец: Народная асвета
Памер: 286с.
Мінск 1991
Г=Т = 2«<С
Велічыню, якая стаіць пад знакам косінуса або сінуса, называюць фазай ваганняў. Фаза вызначае стан вагальнай сістэмы ў адвольны момант часу пры зададзенай амплітудзе ваганняў.
5. 3за наяўнасці ў контуры супраціўлення ваганні з цягам часу затухаюць.
6. Вымушаныя ваганні, г. зн. пераменны электрычны ток,
1 Прарабіце тое ж самае, што было рэкамендавана перад кароткімі выні
камі раздзела 1. Колькасць істотных пунктаў каля дзевяці.
62
узнікаюць у ланцугу пад дзеяннем знешняга перыядычнага напружання. Паміж ваганнямі напружання і сілы току ў агульным выпадку ёсць зрух фаз <рс.
7. Сярэдняя магутнасць у ланцугу пераменнага току вызначаецца дзеючымі значэннямі сілы току і напружання.
8. Пры супадзенні частаты знешняга пераменнага напружання з уласнай частатой вагальнага контуру надыходзіць рэзананс — рэзкае ўзрастанне амплітуды вымушаных ваганняў сілы току. Рэзананс паказаны выразна толькі пры малым актыўным супраціўленні контуру.
Адначасова з узрастаннем сілы току адбываецца рэзкае павелічэнне напружання на кандэнсатары і шпулі. З’ява электрычнага рэзанансу выкарыстоўваецца пры радыёсувязі.
9. Аўтаваганні ўзбуджаюцца ў вагальным контуры генератара на транзістары за кошт энергіі і крыніцы пастаяннага напружання. У генератары выкарыстоўваецца транзістар, г. зн. паўправадніковае прыстасаванне, якое складаецца з эмітэра, базы і калектара і мае два р — nпераходы. Ваганні ў контуры выклікаюць ваганні напружання паміж эмітэрам і базай, якія ў сваю чаргу кіруюць сілай току ў ланцугу вагальнага контуру (адваротная сувязь). Ад крыніцы напружання ў контур паступае энергія, якая кампенсуе страты энергіі ў контуры на рэзістары.
Раздзел 3
ВЫТВОРЧАСЦЬ, ПЕРАДАЧА 1 ВЫКАРЫСТАННЕ
ЭЛЕКТРЫЧНАЙ ЭНЕРГІІ
Электрычная энергія мае бясспрэчныя перавагі ў параўнанні з усімі іншымі відамі энергіі. Яе можна перадаваць па правадах на вялікія адлегласці з параўнальна малымі стратамі і зручна размяркоўваць паміж спажыўцамі. Галоўнае ж у тым, што гэту энергію пры дапамозе дастаткова простых прыстасаванняў лёгка ператварыць у любыя іншыя формы: механічную, унутраную (награванне цел), энергію святла і г. д.
Пераменны ток мае тую перавагу перад пастаянным, што напружанне і сілу току можна ў вельмі шырокіх межах пераўтвараць (трансфармаваць) амаль без страт энергіі. Такія пераўтварэнні неабходныя ў многіх электра і радыётэхнічных прыстасаваннях. Але асабліва вялікая неабходнасць у трансфармацыі напружання і току ўзнікае пры перадачы электраэнергіі на вялікія адлегласці.
§ 23. ГЕНЕРЫРАВАННЕ ЭЛЕКТРЫЧНАЙ ЭНЕРПІ
Перш за ўсё пазнаёмімся з прыстасаваннямі, якія выпрацоўваюць электрычны ток.
63
Электрычны ток выпрацоўваецца ў генератарах — прыстасаваннях, якія пераўтвараюць энергію таго ці іншага віду ў электрычную энергію. Да генератараў адносяцца гальванічныя элементы, электрастатычныя машыны, тэрмабатарэі1, сонечныя батарэі і да т. п. Даследуюцца магчымасці стварэння прынцыпова новых тыпаў генератараў. Напрыклад, распрацоўваюцца так званыя паліўныя элементы, у якіх энергія, што вызваляецца ў выніку рэакцыі вадароду з кіслародам, непасрэдна ператвараецца ў электрычную.
Вобласць прымянення кожнага з пералічаных відаў генератараў электраэнергіі вызначаецца іх характарыстыкамі. Tjk, электрастатычныя машыны ствараюць высокую рознасць патэнцыялаў, але не здольныя стварыць у ланцугу колькінебудзь значную сілу току. Гальванічныя элементы могуць даць вялікі ток, але працягласць іх дзеяння невялікая.
Пераважную ролю ў наш час адыгрываюць электрамеханічныя індукцыйныя генератары пераменнага току. У гэтых генератарах механічная энергія ператвараецца ў электрычную. Іх дзеянне заснавана на з’яве электрамагнітнай індукцыі. Такія генератары маюць параўнальна простую будову і дазваляюць атрымліваць вялікія токі пры дастаткова высокім напружанні.
У далейшым, гаворачы аб генератарах, мы будзем мець на ўвазе іменна індукцыйныя электрамеханічныя генератары.
Генератар пераменнага току. Прынцып дзеяння генератара пераменнага току ўжо быў разгледжаны ў § 17.
Цяпер ёсць многа розных тыпаў індукцыйных генератараў. Але ўсе яны складаюцца з адных і тых жа асноўных частак. Гэта, папершае, электрамагніт або пастаянны магніт, які стварае магнітнае поле, і, падругое, абмотка, у якой індуцыруецца пераменная ЭРС (у разгледжанай мадэлі генератара — гэта рамка, якая верціцца). Паколькі ЭРС, што наводзяцца ў паслядоўна злучаных вітках, складаюцца, то амплітуда ЭРС індукцыі ў рамцы прапарцыянальная ліку віткоў у ёй. Яна прапарцыянальная таксама амплітудзе пераменнага магнітнага патоку фт = В5 праз кожны віток (гл. § 17).
Для атрымання вялікага магнітнага патоку ў генератарах прымяняюць спецыяльную магнітную сістэму, якая складаецца з двух стрыжняў, зробленых з электратэхнічнай сталі. Абмоткі, якія ўтвараюць магнітнае поле, размешчаны ў пазах аднаго са стрыжняў, а абмоткі, у якіх індуцыруецца ЭРС,— у пазах другога. Адзін са стрыжняў (звычайна ўнутраны) разам са сваёй абмоткай верціцца вакол гарызантальнай або вертыкальнай восі. Таму ён называецца ротарам. Нерухомы стрыжань з яго абмоткай называюць статарам. Зазор паміж стрыжнямі статара і ротара робяць як мага меншым. Гэтым забяспечваецца найбольшае значэнне патоку магнітнай індукцыі.
' У тэрмабатарэях выкарыстоўваецца ўласцівасць двух кантактаў разнародных матэрыялаў ствараць ЭРС за кошт рознасці тэмператур кантактаў.
64
ТурЛна
У паказанай на рысунку 24 мадэлі генератара верціцца драцяная рамка, якая з’яўляецца ротарам (праўда, без жалезнага стрыжня). Магнітнае поле стварае нерухомы пастаянны магніт. Зразумела, можна было б зрабіць і наадварот — вярцець магніт, а рамку пакінуць нерухомай.
У вялікіх прамысловых генератарах верціцца іменна электрамагніт, які з’яўляецца ротарам, у той час як абмоткі, у якіх наводзіцца ЭРС, укладзены ў пазы статара і застаюцца нерухомымі. Справа ў тым, што падводзіць ток да ротара або адводзіць яго з абмоткі ротара ў знешні ланцуг прыходзіцца пры дапамозе слізгаючых кантактаў. Для гэтага ротар забяспечваецца кантактавымі кольцамі, далучанымі да канцоў яго абмоткі (рыс. 53). Нерухомыя пласціны — шчоткі — прыціснуты да кольцаў і ажыццяўляюць сувязь абмоткі ротара са знешнім ланцугом. Сіла току ў абмотках электрамагніта, які стварае магнітнае поле, значна меншая за сілу току, якую аддае генератар у знешні ланцуг. Таму ток, які генерыруецца, зручней здымаць з нерухомых абмотак, а праз слізгаючыя кантакты падводзіць параўнальна слабы ток да электрамагніта, што верціцца. Гэты ток выпрацоўваецца асобным генератарам пастаяннага току (узбуджальнікам), які размешчаны на тым жа вале1.
У маламагутных генератарах магнітнае поле ствараецца пастаянным магнітам, які верціцца. У такім выпадку кольцы і шчоткі наогул не патрэбныя.
З’яўленне ЭРС у нерухомых абмотках статара тлумачыцца ўзнікненнем у іх віхравога электрычнага поля, выкліканага змяненнем магнітнага патоку пры вярчэнні ротара.
Сучасны генератар электрычнага току — гэта буйное збудаванне з медных правадоў, ізаляцыйных матэрыялаў і стальных
' Цяпер пастаянны ток у абмотку ротара ў многіх выпадках падаюць са статарнай абмоткі гэтага ж генератара праз выпрамляльнік.
3 Фізіка, 11
65
канструкцый. Пры размерах да некалькіх метраў важнейшыя дэталі генератараў вырабляюцца з дакладнасцю да міліметра. Нідзе ў прыродзе няма такога спалучэння частак, што рухаюцца, якія маглі б параджаць электрычную энергію гэтак жа бесперапынна і эканамічна.
* 1. Якімі перавагамі валодае пераменны ток у параўнанні з пастаянным?
2. Н а якім прынцыпе заснавана работа генератараў пераменнага току?
§ 24. ТРАНСФАРМАТАРЫ
Электрычны ток ніколі не атрымаў бы такога шырокага прымянення, калі б яго нельга было пераўтвараць амаль без страт энергіі.
дзве (часам і больш)
Рыс. 54
Прызначэнне трансфарматараў. ЭРС магутных генератараў электрастанцый звычайна даволі вялікая. Між тым у практыцы часцей за ўсё трэба не вельмі высокае напружанне.
Пераўтварэнне пераменнага току, пры якім напружанне павялічваецца або памяншаецца ў некалькі разоў практычна без страты магутнасці, ажыццяўляецца з дапамогай трансфарматараў.
Упершыню трансфарматары былі выкарыстаны ў 1878 г. рускім вучоным П. М. Яблачкавым для жыўлення вынайдзеных ім «электрычных свечак».
Будова трансфарматара. Трансфарматар складаецца з замкнутага стальнога стрыжня, сабранага з пласцін, на які надзеты шпулі з драцянымі абмоткамі (рыс. 54).
Адна з абмотак, якая называецца першаснай, падключаецца да крыніцы пераменнага напружання. Другая абмотка, да якой далучаюць «нагрузку», г. зн. прыборы і прыстасаванні, якія спажываюць электраэнергію, называецца другаснай. Умоўнае абазначэнне трансфарматара прыведзена на рыс. 55.
Трансфарматар на халастым хаду. Дзеянне трансфарматара заснавана на з’яве электрамагнітнай індукцыі. Пры праходжанні пераменнага току па першаснай абмотцы ў стрыжні з’яўляецца пераменны магнітны паток, які ўзбуджае ЭРС індукцыі ў кожнай абмотцы. Стрыжань з трансфарматарнай сталі канцэнтруе магнітнае поле, так што магнітны паток існуе практычна толькі ўнутры стрыжня і аднолькавы ва ўсіх яго сячэннях.
66
Імгненнае значэнне ЭРС індукцыі е ў любым вітку першаснай або другаснай абмоткі аднолькавае. Згодна з законам Фарадэя яно вызначаецца формулай
е=Ф', (3.1)
дзе Ф' — вытворная патоку магнітнай індукцыі па часу. Калі ф = фт cos (Of, то
Ф' = — <оФт 5ІП ы/. (3.2)
Значыць,
е = <оФт sin wi, або
е = ^т sin <о/, (3.3)
дзе ?я = шФп — амплітуда ЭРС у адным вітку.
У першаснай абмотцы, якая мае ^| віткоў, поўная ЭРС індукцыі е( роўна Аі
КНІГІ ОНЛАЙН
