1. Закон Ома для полной цепи Закон Ома для полной цепи – эмпирический (полученный из эксперимента) закон, который устанавливает связь между силой тока, электродвижущей силой (ЭДС) и внешним и внутренним сопротивлением в цепи. При проведении реальных исследований электрических характеристик цепей с постоянным током необходимо учитывать сопротивление самого источника тока. Таким образом в физике осуществляется переход от идеального источника тока к реальному источнику тока, у которого есть свое сопротивление (см. рис. 1). Рис. 1. Изображение идеального и реального источников тока Рассмотрение источника тока с собственным сопротивлением обязывает использовать закон Ома для полной цепи. Сформулируем закона Ома для полной цепи так (см. рис. 2): сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи, где под полным сопротивлением понимается сумма внешних и внутренних сопротивлений. Рис. 2. Схема закона Ома для полной цепи. Принцип действия генератора основан на законе электромагнитной индукции — индуцировании электродвижущей силы в прямоугольном контуре (проволочной рамке), находящейся в однородном вращающемся магнитном поле. 2. Устройство и принцы действия постоянного тока Конструктивные особенности генераторов постоянного тока Основными элементами устройства являются: внешняя силовая рама; магнитные полюса; статор; вращающийся ротор; коммутационный узел со щётками. Корпус изготавливают из стальных сплавов или чугуна для придания механической прочности общей конструкции. Дополнительной задачей корпуса является передача магнитного потока между полюсами. Полюса магнитов крепят к корпусу шпильками или болтами. На них монтируют обмотку. Статор, называемый еще ярмом или остовом, изготавливают из ферромагнитных материалов. На нем размещают обмотку катушки возбуждения. Сердечник статора оснащен магнитными полюсами, образующими его магнитное силовое поле. Ротор имеет синоним: якорь. Его магнитопровод состоит из шихтованных пластин, снижающих образование вихревых токов и повышающих КПД. В пазы сердечника заложены обмотки ротора и/или самовозбуждения. Коммутационный узел со щетками может иметь разное количество полюсов, но оно всегда кратно двум. Материалом щеток обычно используют графит. Коллекторные пластины изготавливают из меди, как наиболее оптимального металла, подходящего по или работать от внешних источников, например, аккумуляторных батарей, ветряной установки… Генераторы с независимым включением работают от собственной обмотки, которая может быть подключена: последовательно; шунтами или параллельным возбуждением. Один из вариантов подобного подключения показан на схеме. 2 Примером генератора постоянного тока может служить конструкция, которая раньше часто применялась на автомобильной технике. Ее устройство такое же, как у асинхронного двигателя. Подобные коллекторные конструкции способны работать в режиме двигателя или генератора одновременно. За счет этого они получили распространение в существующих гибридных автомобилях. Процесс образования якорной реакции Она возникает в режиме холостого хода при неправильной настройке усилия прижатия щеток, создающее неоптимальный режим их трения. Это может привести к снижению магнитных полей или возникновению пожара из-за повышенного образования искр. Способами ее снижения являются: компенсации магнитных полей за счет подключения дополнительных полюсов; настройка сдвига положения коллекторных щеток. Преимущества генераторов постоянного тока К ним относят: отсутствие потерь на гистерезис и образование вихревых токов; работа в экстремальных условиях; пониженный вес и маленькие габариты. Принцип работы простейшего генератора переменного тока Внутри этой конструкции используются все те же детали, что и у предыдущего аналога: магнитное поле; вращающаяся рамка; коллекторный узел со щетками для отвода тока. Основное отличие заключается в устройстве коллекторного узла, который создан так, что при вращении рамки через щетки постоянно создается контакт со своей половинкой рамки без циклической смены их положения. За счет этого ток, сменяющийся по законам гармоники в каждой половинке, полностью без изменений передается на щетки и далее через них в схему потребителя. 3 3. Устройство и принцип действия и устройство однофазного трансформатора Работа однофазного трансформатора вхолостую Трансформаторами в электротехнике называют такие электротехнические устройства, в которых электрическая энергия переменного тока от одной неподвижной катушки из проводника передается другой неподвижной же катушке из проводника, не связанной с первой электрически. Звеном, передающим энергию от одной катушки другой, является магнитный поток, сцепляющийся с обеими катушками и непрерывно меняющийся по величине и по направлению. Устройство, состоящее из двух или нескольких индуктивно связанных катушек, называется трансформатором. Трансформатор - это электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Наибольшее распространение получили однофазные и трехфазные трансформаторы. Принцип действия трансформатора основан на явлении взаимной индукции. Простейший однофазный трансформатор состоит из двух катушек, расположенных на ферромагнитном сердечнике 4 4. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя 8 марта 1889 года величайший русский учёный и инженер Михаил Осипович ДоливоДобровольский изобрёл трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Асинхронный двигатель - это асинхронная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию. Само слово “асинхронный” означает не одновременный. При этом имеется ввиду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля статора всегда больше частоты вращения ротора. Работают асинхронные двигатели, как понятно из определения, от сети переменного тока. Устройство 5 На рисунке: 1 - вал, 2,6 - подшипники, 3,8 - подшипниковые щиты, 4 - лапы, 5 - кожух вентилятора, 7 - крыльчатка вентилятора, 9 - короткозамкнутый ротор, 10 - статор, 11 коробка выводов. Принцип работы При подаче к обмотке статора напряжения, в каждой фазе создаётся магнитный поток, который изменяется с частотой подаваемого напряжения. Эти магнитные потоки сдвинуты относительно друг друга на 120°, как во времени, так и в пространстве. Результирующий магнитный поток оказывается при этом вращающимся. Результирующий магнитный поток статора вращается и тем самым создаёт в проводниках ротора ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, который в свою очередь взаимодействуя с магнитным потоком статора, создаёт пусковой момент двигателя, стремящийся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Когда он достигает значения, тормозного момента ротора, а затем превышает его, ротор начинает вращаться. При этом возникает так называемое скольжение. Скольжение s - это величина, которая показывает, насколько синхронная частота n1 магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора n2, в процентном соотношении. Скольжение это крайне важная величина. В начальный момент времени она равна единице, но по мере возрастания частоты вращения n2 ротора относительная разность частот n1n2 становится меньше, вследствие чего уменьшаются ЭДС и ток в проводниках ротора, что влечёт за собой уменьшение вращающего момента. В режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки на валу, скольжение минимально, но с увеличением статического момента, оно возрастает до величины sкр - критического скольжения. Если двигатель превысит это значение, то может произойти так называемое опрокидывание двигателя, и привести в последствии к его нестабильной работе. Значения скольжения лежит в диапазоне от 0 до 1, для асинхронных двигателей общего назначения оно составляет в номинальном режиме - 1 - 8 %. 6 Как только наступит равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом создаваемым нагрузкой на валу двигателя процессы изменения величин прекратятся. Выходит, что принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Причём вращающий момент может возникнуть только в том случае, если существует разность частот вращения магнитных полей. 5. Защита от коротких замыканий Как устроена и работает защита от короткого замыкания Термином «короткое замыкание» в электротехнике называют аварийный режим работы источников напряжения. Он возникает при нарушениях технологических процессов передачи электроэнергии, когда на действующем генераторе или химическом элементе выходные клеммы замыкаются накоротко (закорачиваются). Предохранители – самые простые устройства защиты. Раньше для ликвидации аварийных режимов в бытовых электропроводках применяли только их. В некоторых устройствах предохранители применяются и по сей день. Причина – они обладают высоким быстродействием и незаменимы для защиты полупроводниковых устройств. Самым распространенным предохранителем в советское время была «пробка». 7 Предохранитель — «пробка» На смену им пришли автоматические пробки типа ПАР, выпускавшиеся на токи 10, 16 и 25 А. Они вворачивались на место пробок, были многоразового использования и имели два защитных элемента, называемых расцепителями. ПАР-10 Такие же расцепители имеют и все автоматические выключатели, пришедшие на смену предохранителям. Мгновенный расцепитель называют электромагнитным, потому что в основу его работу положен принцип втягивания штока катушки при превышении номинального тока. Шток ударяет по защелке и пружина размыкает контактную систему выключателя. 8 Автоматический выключатель А-63 автоматические выключатели серии А3161 Двухполюсный автоматический выключатель 9 6. Заземление электроустановка в системе с глухо заземлённой нейтралью. аземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством[1]. В электротехнике при помощи заземления добиваются защиты от опасного действия электрического тока путём снижения напряжения прикосновения до безопасного для человека и животных значения. Также заземление применяется для использования земли в качестве проводника тока (например, в проводной электросвязи). Производится с помощью заземлителя, обеспечивающего непосредственный контакт с землёй, и заземляющего проводника. Глухозаземлённая нейтраль — нейтраль трансформатора или генератора, присоединённая непосредственно к заземляющему устройству. Глухозаземлённым может быть также вывод источника однофазного переменного тока или полюс источника постоянного тока в двухпроводных сетях, а также средняя точка в трёхпроводных сетях постоянного тока. Главной особенностью сетей с глухозаземлённой нейтралью является появление не только линейного, но и фазного напряжения. Что это такое и чем оно отличается друг от друга, рассмотрим на примере простой принципиальной схемы. 10
