1102
HI. РАБОЧИЕ МАШИНЫ.
Инжекторами начинаются пароструйные насосы, служащие длн литания паровых котлов. Применяются также в установках районного
Фиг. 1568.
водяного отопления.
Различаются инжекторы невсасывающие п всасывающие. Всасывающие инжекторы (фиг. К68) (Шефнер и Вудеибсрг) снабжены шпинделем для pci ул провалил пара. При пуске в ход в сочло пускают сначала тонкую струю пара, пока вода не начнет выте ать пз переливного клапана; тогда усиливают паровую струю до такой степени, что она нагнетает пароводяную смесь через обратный клапан в котел. Накачиваемая инжекторами вода может преодолевать противодавление большее, чем давление пара. Инжекторы, работающие мятым паром, могут еще питать котлы при давлении в нпх до 7 at манометр^.; однако, питательная вода должна притекать к ним самотеком, и температура воды не должна быть выше 18°. Вода нагревается инжекторами до температуры 70 до 00°.
IV. Врздуходувки и компрессоры1) (газеcryстител::).
Классификация.
[Л. Поршневые сгустители (поршневые воздуходувки, поршневые компрессоры). Сжатие производится прямолинейно движущимся взад и вперед поршнем. Сюда относятся также ротативные сгустители (сгустители с круговым поршнем), в которых поршень совершает вращательное движение.
В. Центробежные сгустители (вентиляторы, турбовоздуходувки, турбокомпрессоры), существенной частью которых является вращающееся колесо с лопатками.
С. Специальные конструкции (струйные воздуходувки, гидравлические компрессоры)].
Общие данные.
1. Значение охлаждения. Для каждого сжатия, при средней теплоемкости н 4 = 1: 427, имеет место:
4Д -	— Ср —Ц) 4~	2 ... (1)
Тепловой эквивалент вну- _ Увеличение теплосо-  Тепло, отданное тренней (индикаторной)ра- ~ держания газа. ' охлаждающей воде, боты уплотнителя, отнесенной к 1 kg.
Таким образом,сжатие сопровождается повышением температуры которое может быть уменьшено пли уничтожено охлаждением. При
О Литератор : Р. Ostertag, Kolbcn- und Turbokompressoren, 3 Auflage, Berlin 1933, Jul. S ringer; A Hinz. Thcrmodynamische Grundlagen der Kolbcn-und Turookonipresso-ren, Berlin 1924, Jul. Springer; H. Baer, Dainpfturbinen und Tnrbokompressoren. Berlin 1924, Jul. Springer.
ВОЗДУХОДУВКИ И КОМПРЕССОРЫ.
1103
одном и том же давлении р (фиг. 1569) подаваемый объем тем болипе, чем выше температура, слеювательпо, без охлаждения (г’) больше, чем при охлаждении (о). Линин сжатия AtA2' неохлаждаемого компрессора в диаграмме pv направлена коатому белое круто, чем таковая охла> ждасмого компрессора (Л) А.,). Таким образом, благодаря охлаждению, экономится рабочая площадь AtA2A2 (заштрихованная), лежащая между обеими кривыми. Относительное сбережение работы тем более, чем выше кратность сжатия р2: pt При больших степенях сжатия охлаждение необходимо еще по той причине, что значительные повышения температуры опасны в смысле надежности работы (воспламенение смазочного масла
и т. д.).
В н е о х л а жд е и н о м компрессоре, без внутренних потерь,
(следовательно, без трения в газе, без торможения, без неплотностей), сжатие происходит по адиабате.
Уравнение кривой сжатия AtA2' в диаграмме pv имеет вид pvl=pl п,х- В диаграмме TS (фиг. 157(1) линия сжатия параллельна оси Т. Потребная работа изображается площадью At A2J^^i (фиг. 1569) в mkg, cooTi.ercTBCiiuo площадью At А,' Л2 "СС (фиг. 1570) в kcal.
[Работа эта, сообщенная сгустителю, отнесенная к 1 kg, определяется из
ь"=ст'’'4(й)	(У -‘J-®
или Lad = (1:4) ср {t2'~t2),..........(2а)
где для двухатомных газов при обычной температуре х = су): е„ — 1.4 и для сухого воздуха <^ = 0,241, 77 = 29,27 (ср. 1 т. стр. 509),—для влажного воздуха последнее значение может быть исправлено согл. т. 1 стр. 537, р в kg/m3, v в m’/kg, таблица показателей сгеьени p2-pi, в 1 т. стр. 514, где индексы 1 и 2 должны быть переставлены. При пользовании таблицами iS значение ALad получается непосредственно, как расстояние ио вертикали между начальным состоянием и изобарой конечного давления.
1104
Ш. РАБОЧИЕ МАШИНЫ.
Повышение температуры, которое может быть получено также из диаграммы TS как вертикальный отрезок А1А2‘, составляет
// _/i =	W* - 1]..................(3)
При полном охлаждении температура газа остается постоянной (случаи изотермы). Линия сжатия 2" (фиг. 15G9 и 1570) представляет в диаграмме pv равностороннюю гиперболу, в диаграмме TS— прямую, параллельную оси 8. В случае отсутствия внутренних потерь потребная работа на сжатие 1 kg газа изображается площадью At А2"В2В1,
соответственно Лг А2 С"С и определяетси из Lis = Pt г>! In (р2 :pi) — RTt ln(p2:P1)...........................(4)
Тепловой эквивалент этой работы, согласно уравнения (1), равен количеству тепла, отведенного охлаждающей водой.
Сберегаемая, благодаря охлаждению, работа соответствует в обоих диаграммах площади А2"А2. В частности получается 41=2Оэ при /. = 1,4.
Таблица 1.
*2-=1 Pi	2	3	4	6	8	10	25	50
Lad — °	6150	11 080	14 590	20 000	24 400	28 000	45 400	61 800 mkg/kg
V8=I	1,106	1,175	1,227	1,305	1,367	1,416	1,644	1,840
<э'—«I =0	64	108	142	196	238	273	443	603 'С
При неполном охлаждении компрессора линия сжатия А, А.,, вообще, имеет вид политропы рп” — р^™- Если вет одновременного подвода тепла вследствие внутренних потерь, то всегда 1	Рабочей площадью на фиг. 1570является площадь.41Л2Л.й//С"С'.
Потребная работа па kg п повышение температуры получаются из уравнения (2) соответственно (3), если поставить п вместо v-
Вышеприведенная числовая таблица показывает, что при отношениях давлений (кратностях сжатая) свыше 3 до 4 охлаждение дает уже значительное сбережение работы.
2. Коэффициент полезного действия. Внутренний (индикаторный)
работа свободного от потерь сгустителя
И/ —	----------------------------------------_------
действительная внутренняя индикаторная работа
где, следовательно, числитель может представлять одну из вышеприведенных работ, учитывает так называемые внутренние потери, т.-е. те, которые возникают во время самого процесса сжатия в ферме тройня газа, торможения, неплотностей и т. д., и которые опять сообщаются газу в виде тепла. Следствием такого вагреванпя газа, па которое траттся известная работа компрессора, является то, что либо кривая сжатия в диаграмме pv становится более крутой, либо требуется более сильное охлаждение, чем при свободном от потерь сгустителе. Так, например,
ВОЗДУХОДУВКИ И КОМПРЕССОРЫ.
ТЮБ
работа Т . т — -^г •
при неохлажденном сгустителе вместо адиабаты сжатие идет по полит ропе AtA2 (фиг. 1571) с показателем В этом случае, т. к. д = О, то по уравнению (1) получается Ь{~ср (t2 — tt) 1/А и
Ъ = Lad:Li = (t2 —	—tj) пли #2—tj = (t2 — *,) :. . . (5)
Общая дополнительная работа вследствие внутренних потерь равна сумме AR из этих потерь (площадь Л^уС'С') и добавочной работы сжатия ЛК (площадь Л1Ла'^42), вызванной подведением тепла:
Механический коэффициент полезного действия __________ действительная внутренняя Г‘>л______произведенная работа
учитывает механическое трение на поверхностях скольжении.
Адиабатический и изотермический коэффициент нолезного действия. Здесь мощность относят к определенному идеальному процессу, а именно: при пеохлаждаемых компрессорах к адиабатическому, а при охлаждаемых — к изотермическому сжатию.
Пусть обозначает:
Ne потребную мощность на валу компрессора в Р S.
Gsk вес подаваемого в нагнетательную линию воздуха в kg/sec.
Тогда адиабатический коэффициент полезного действия
^lad = Lad  Le — Gsfc Lad • 75A^e ........ (6) и изотермический коэффициент полезного действия
’Ий ~	: Le = Guh Lis • 75Ате, ....... (7)
где Lad и Lts получаются из уравнений (2), (2а), соответственно (4).
[При этом начальное состояние при определении Lail и Lis должно быть отнесепо, согласно новейших норм !):
а)	для одноступенчатых компрессоров к температуре всосавного газа;
Ъ)	для поршневых компрессоров, с числом ступеней не больше двух, и для турбокомпрессоров—к среднему арифметическому температур всосанного газа и поступающей охлаждающей воды, с) для поршневых компрессоров с тремя и более ступенями и, по меньшей мере, с двумя промежуточными холодильниками,—к температуре поступающей охлаждающей жидкости].
Из уравнений (6) и (7), на основании известных опытных значений коэффициентов г,й(г или т|<8 определяется потребная мощность Ne (стр. 1111 и 1136).
Для неохлаждаемого. компрессора, очевидно т)пй = т;,- цт, поскольку ие принимается во внимание охлаждение на поверхности кожуха. В этом случае = т;йй: f]m может быть вычислен по уравнению (5), если непосредственно измерить температуры и t2 у входа и выхода и определить 1г'—при помощи уравнения (3) или таблицы энтропий.
Фиг. 1571.
’) Правила для испытания вентиляторов и компрессоров, уст аповлештме Союзом германских инженеров v Союзом германских машиностроительных заводов, Берлин, 192%
Хютте. Т. II	711
1Ш MIIUW1 HUUHJM.
[Относительная влажность (I т., стр. 535)1. у~РсГ.ра,— где ра есть парциальное давление содержащегося в воздухе пара, a ps— соответствующее данной температуре давление насыщенного пара, — уменьшается во время сжатия, вследствие значительного повышения температуры газа, однако, при следующем затем охлаждении так сильно возрастает, что достигается точка росы и выделяется вода. Поэтому в промежуточных холодильниках и нагнетательном трубопроводе должен быть предусмотрен дренаж).
Начальное и конечное состояния. Вес 1 ш3 воздуха при абсолютной температуре Т = 273 -}-I, давлении р в at, относительной влажности и соответствующем температуре Т давлении насыщенного пара ра в at, которое должно быть взято из т. 1, стр. 520, таблицы 2, составляет в kg.
у = 342 -р:Т— 129 ср -р„:Т..................(8)
откуда v = 1: у. Обыкновенно влияние влажности, а следовательно, значение второго члена уравнения 8 очень мало, и им можно пренебречь.
Каждый сгуститель должен быть таких размеров, чтобы он мог давать требуемое количество воздуха даже при самом низком для данной местности барометрическом давлении и самой высокой местной температуре (воздуходувки для доменных печей и для выплавкп стали). Из-за сопротивлений при засасывании надо от давления, господствующего у па-чала всасывающего трубопровода, вычесть от 1 до в % (у поршневых компрессоров больше, у центробежных меньше), конечное давление брать на соответствующую величину большим, чем давление в напорном воздушном колпаке или в сборном воздухопроводе. Затем необходима некоторая прибавка по причине нагревания воздуха во всасывающем трубопроводе.
Воздух следует забирать в том месте, где он наиболее сух и имеет наименьшую температуру; по возможности не пз машинного помещения.
[Рекомендуется включение воздушного фильтра во всасывающий воздухопровод во избежание загрязнения машины].
А. Поршневые сгустители (поршневые воздуходувки и поршневые компрессоры).
а)	Осуществление охлаждения.
Непосредственное введение охлаждающей воды в рабочее пространство (мокрые компрессоры) больше не применяется по причине неудовлетворительного охлаждающего эффекта и неудобств, связанных с подачей воды (опасность водяного удара, малое число оборотов и поэтому большие размеры, заполнение трубопроводов водой).
Охлаждение во время сжатия сводится к охлаждению рубашки и крышек цилиндра. При более высоких кратностях сжатия (Pg:y>i^>4) вся работа кроме того подразделяется на несколько ступеней, чтобы возможно было применять промежуточное охлаждение.
[На фиг. 1572 и 1573 изображен в диаграммахpv и TS процесс сжатия в двухступенчатом компрессоре, при чем принято, что за 1 ступенью воздух охлаждается до начальной температуры, и что сжатие в отдельных цилиндрах происходит по адиабате. Выигрыш в работе, благодаря проме
жуточному охлаждению, соответствует рабочей площади над А2В1В2, излишек работы против изотермического процесса соответствует площадям между этой линией и изотермой. Из энтропийной диаграммы фиг. 1573 следует, что экономия будет наибольшей, когда точка делит пополам отрезок AtC, следовательно, когда рабочие площади и повышения температуры одинаковы в обеих ступенях. Отсюда, согласно уравнению 3, стр. 1104, следует: р2:р,=ре:рг=х, а потому отношение давлений в каждой ступени х~Уре:рг.
Соответственно при числе ступеней i отношение давлений получается
Для давлений до ж 10 at abs (иногда и для значительно больших) выбирают i = 2 ступеням. Если придерживаться того же предельного отношения давлений а,Е1ах = j/10:Z в каждой ступени, то 3 ступеней достав точно для давлений до (У1о)8 = 32 at abs, 4 ступеней — до (У 10)4 = = 100 at abs, 5 ступеней—до (|^1Ь)Б = 320 at abs.
Для некоторых областей применения предписывается верхний предел для температуры, так что допускаемое отношение давлений в одной ступени может быть найдено из уравнения 3 (стр. 1104), если в нем поставить и=1,3 до 1,4 вместо /, в виду охлаждения рубашки и крышек.
[Примеры. Для двуступенчатого компрессора, при рс = 7 at abs, Pj = 0,95 at abs, отношение давлений в каждой ступени получается х — р2 '-Pi —У 7 :0,95 = 2,72, следовательно р2 — 2,72-0,95 = 2,58 at abs. Для трехступенчатого компрессора, при ре = 25 at abs и рг — 0,9,
,	х=У25:О,0 — 3,02,
следовательно, р2 — 3,02  0,9 = 2,18, р3 = 3,022 • 0,9 — 8,22 at absj.
Падение давления в холодильнике должно быть принято в среднем приблизительно в 1:10 имеющегося давления, почему конечное давление предшествующей ступени должно быть выбрано на 5% выше, а начальное давление на последующей ступени на 5 % ниже, чем найденные выше значения.
В случае компрессоров высокого давления с конечными давлениями свыше 50 at вышеприведенный способ расчета не является уже достаточно точным, так как теплоемкость меняется. В этом случае лучше всего определить промежуточные давления, пользуясь энтропийной дна-
--------------------------Ш. РАБОЧИЕ МАШЙЙЬЁ
граммой JS для газов, для каковой цели следует разделить изотерму, имеющую в этой диаграмме вид кривой линии, между начальным давлением и конечным ре па столько равных частей, сколько предположено ступеней Так как с повышением давления теплоемкость растет, то в высших ступенях получаются теперь меньшие повышения температуры, чем в низших1)-
[Промежуточные холодильники в большинстве случаев представляют собой поверхностные холодильники с медными трубками, наподобие поверхностных конденсаторов (стр. 635 и сл ); впрыскивающие холодильники применяются редко. Для достижения хорошей теплопередачи скорость движения воздуха берется возможно большой, при чем вода течет внутри трубок, а воздух снаружи, или же наоборот. В первом случае должно быть поперечными стенками обеспечено перпендикулярное поступление воздуха на поверхность трубок, и расстояние между трубками должно быть возможно меньшим. Надо также иметь в виду, что при таком распололсснни температура камеры выше температуры трубок, почему легко происходит поломка трубок, если опи развальпованы в днищах. Всегда применяется противоток. Охлаждающие трубки диаметром от 20 до 40 mm при толщине стенок в 1 до 2 mmj.
Величина площади охлаждения f (измеренная на воздушной стороне) получается из f — JF: (к Дж), где W есть количество отводимого в час тепла в kcal, к—-коэффициент теплопередачи в kcal/m2h, Дт—средняя разность температур вдоль всей поверхности охлаждения; обе последние величины должны быть взяты согласно I т., стр. 497—500.
Вследствие малой толщины стенок молено положить к =	: (а) -ф- а2).
Коэффициенты теплопередачи aj (воздушная сторона) и а3 (водяная сторона) берутся из уравнений от {а до 4, I т., стр. 489; скорость воздуха еколо 20 m/sec.
[Чтобы съэкономпть на дорого стоящей поверхности охлаждения и уменьшить расход воды, газ охлаждают не до начальной температуры ij, а до температуры t.2i которая приблизительно на 10° выше начальной, в случае свежей воды, и на 20° выше в случае воды, охлаждаемой в градирне. Тогда W получается из W =	— £>,), где ср = 0,241,
t2 есть температура выхода из предыдущей ступени, G — подаваемое количество в kg.li.
Температура уходящей воды принимается не выше 30°. Расход воды составляет около 2,5 до 8 kg на 1 ш3 всосанного воздуха при конечном давлении приблизительно 7 at, включая расход на охлаждение рубашки. Малые значения годны только для больших производительностей].
Ъ)	Действительный рабочий процесс.
Вследствие сопротивлений в трубопроводе и распределительных органах линия всасывания АВ в индикаторной диаграмме (фиг. 1574) лежит ниже линии давления всасывания приблизительно на 5 94 этого давления и несколько ближе подходит к этой линии опять на второй половине хода. По той же причине линия выпуска CD лежит выше линии конечного давления р2 в среднем на 3 до 594 этого давления.
Ч Остертаг, жури. Z. d. V, d. I. 1922, стр. 649.
ВОЗДУХОДУВКИ И КОМПРЕССОРЫ.
1109
Из-за обмена тепла между стенками цилиндра и воздухом пи сжатие (липпя ВС), ни обратное расширение воздуха, находившегося во вредном пространстве (линия ВА), не происходит строго по политропе. Начало сжатия идет с подводом тепла от стенок к воздуху, а конец сжатия— с отдачей тепла стенке. Таким образом, в случае охлаждения рубашки и крышек, сжатие идет по линии ВС в энтропийной диаграмме (фиг. 1575). Во время выпуска воздух продолжает охлаждаться, так что точка, изображающая его состояние, перемещается при постоянном давлении из С в В. При обратном расширении из вредного пространства продолжается вначале отдача тепла воздухом, но затем она сменяется энергичным притоком тепла (линия В А).
(Поэтому показатель политропы для линии сжатия может быть в среднем принят п = V. = 1,4, если идет речь об определеппи величины работы. На фиг. 1574 это выполнено по способу, указанному в I т., стр 515. Для линии расширения показатель	а именно: т = 1 до 1,2. При вы-
черчивании индикаторной диаграммы линию ВА большей частью считают равиосторонпей гиперболой,
Фиг. 1574.
т.-е. принимают т = 1.
Коэффициент подачи X (ср. I т., стр. 519), зависит: 1 2
Фиг. 1575.
1. От обратного расширения сжатого во вредном пространстве воз-tyxa, соответственно множителю
>n = s, ; S = 1 — е0 [(Р2 : Pi)1'” — 1] ИЛИ = 1 — е0 [(»/ : »а') — Ц (1> где, согласно фиг. 1574, обозначают:
е0 = s„: s — отношение вредного пространства к объему, описываемому поршнем,
и/, ®2'—удельные объемы в конце и начале обратного расшпреппя, которые относятся также к точкам В п А фиг. 1574 и 1575 и должны быть взяты из энтропийной диаграммы, если не предпочитают пользоваться первым выражением;
2. От понижения давления воздуха во время всасывания, соответственно множителю
Xj — л/: Sj;
1110
HI. РАБОЧИЕ машины.
3.	От передачи тепла от стенок к воздуху во время всасывания, соответственно множителю Х2 (подробнее, см. I т., стр. 519).
4.	От неплотностей в поршне и клапанах, соответственно множителю Хд.
Таким образом	X = Х0-Х1-Х2-Х3.
Большей частью ограничиваются определением Хо по уравнению (1) и принимают для X несколько меньшее значение, или лее берут XqXj = д1': s из снятой с машины индикаторной диаграммы; прп золотниковых компрессорах, для случая слишком раннего открытия всасывания, последний способ неточен. Самым точным является измерение количества воздуха в нагнетательной трубе при помощи сопла1)].
Значения X колеблются:
у компрессоров для конечного давленпя около 7 at между 0,86 и 0,92, у воздуходувок для доменных печей............между	0,82 и 0,90,
у небольших компрессоров .......................от	0,7 и выше.
Так как прекращению подачи воздуха соответствует X = 0, то из уравнения (1) получается следующее значение наибольшего возможного отношения давлений:
(Р2^Шах=К1:ео) + 1]’”,
например, при ео = 0,05, т = 1, (p2:pi)ma.x = 21.
При известных обстоятельствах, таким образом, уж одно только соображение относительно коэффициента подачи вынуждает прибегнуть к многоступенчатому сжатию (важно для вакуумных насосов).
с)	Определение основных размеров.
Вычислив объем сжатого воздуха V в m3/sec (стр. 1106), определяют объем FS (F — действительная площадь поршня, .S' — ход), описываемый поршнем одноцилиндрового компрессора или поршнем цплппдра низкого давления многоцилпндрового компрессора, при числе оборотов п в минуту, из уравнения
У=у(т₽’&г:60)Х,.....................(2)
где j = 1 для компрессоров простого действия, j = 2 для компрессоров двойного действия. Коэффициент подачи X надо прикинуть (ср. выше п. Ъ).
Что касается величины S: D (отношения хода поршня к диаметру) и числа оборотов и, то применимы те же соображения, что и для паровых машин (стр. 568).
Площадь сечения fs всасывающего патрубка определяют, принимая среднюю скорость воздуха V: fs = 10 до 20 m/sec. Таким же образом, площадь сечения нагнетательного патрубка fd определяется из V:f$ = 10 до 15 до 30 m/sec.
Размеры цилиндров высокого давления многоступенчатых компрессоров определяются по найденным из уравнения (2) значениям для цилиндра низкого давления на основании того соображения, что ход для всех ступеней один и тот же и, поэтому, действительные площади поршня
•> См. првм. стр. ПОД-
ВОЗДУХОДУВКИ И КОМПРЕССОРЫ.
1111
при одинаковой относительной величине вредного пространства относятся, как объемы. Последние наиболее точно определяются из энтропийной диаграммы. Если пренебречь падением давления в промежуточном холодильнике, изменением теплоемкости при более высоких давлениях и неполнотой обратного охлаждения, то можно пользоваться законом Мариотта.
[При большой разнице между величинами отношения вредного пространства к пространству, описываемому поршнем, в отдельных ступенях, вычерчивание объемной диаграммы дает все необходимые данные, так как диаграммные длины относятся, как действительные площади поршня. При этом имеется возможность учесть также влияние конечности величины промежуточного холодильника иа вид линии всасывания, применяя соответственным образом способ, указанный на стр. 539 для паровых машин кимпаунд.|
<1) Определение необходимой мощности.
Подробный способ: Определить при помощи индикаторной диаграммы средние индикаторные давления в отдельных ступенях, как в случае паровой машины.
Без индикаторной диаграммы среднее теоретическое индикаторное давление для каждой ступени (т.-е. без внутренних потерь) получается как произведение потребной работы на 1 го3 воздуха яа Xq - 10-4. Если вставить значения давлений в kg/cm2, то получается (стр. 1104).
(п — 1) : п
М
Р1)
IVreop я'______। ^оР1
 . -(3)
где Хо дается уравнением (1) стр. 11Г9, и обычно и = х=1,4. Вследствие торможения и трения р; = р,теор  1 : (т)д ~ 0,94) ’), откуда индикаторная мощность Ng — Fum: 75р(. В уравнении (3) предполагается, что линия сжатия и линия расширения имеют одинаковый показатель п, однако, происходящая отсюда ошибка незначительна.
Более простой способ нахождения потребной индикаторной работы состопт в том, что определяют адиабатические единичные перепады Д La(l, в ступенях либо вычислением по уравнению (2) стр. 1103, либо непосредственно из энтропийной днаграмы, как вертикальные отрезки.
Если при этом сопротивления при течении уже учтены соответственным выбором начальных и конечных давлений (стр. 1106), то надо сделать еше только добавление в 3 до 6% на неплотности. Тогда потребная лидикаторная мощность в P.S. будет
^=1,03 до 1,06 (?sec2 ^Lad- 45.
Потребная эффективная мощность Ne =	: v|,n при чем механиче-
ский коэффициент полезного действия т;иг в компрессорах с приводом от паровой машины = 0,85 до 0,95, в компрессорах с электрическим или ременным приводом (мощность измеряется на кривошипном валу) 0,79 до 0,83.
1) Ср. A. Hinz. Thermodynamische Grundlagen der Kolben- und Turbokompressoren, Berlin 1914. Jul. Springer.
1112
III. РАБОЧИЕ МАШИНЫ.
По Ne можно, согласно уравнений (6) и (7) (стр. 1105), определить адиабатический или изотермический коэффициент полезного действия. У двухступенчатых больших компрессоров с паровым приводом т]й — 0,72 до 0,78, если не принимать во внимание механические потери на трение в паровой машине; если же учитывать потери в паровой машине, т.-е. отнести коэффициент полезного действия к индикаторной работе паровой машины, то v)!g = 0,65 до 0,71. Расход тепла на получение 1 т3 сжатого воздуха давлением в 7 at составляет в паровых поршневых компрессорах, при обычных давлениях пара, 450 kcal, в газовых поршневых компрессорах, без использования отработавшего тепла, 250 kcal ').
е)	Соотношения сил.
В паровых компрессорах, поршень которых непосредственно соединен с паровым поршнем, части движущего механизма воспринимают в концах хода сумму наибольших давлений поршней парового и воздушного цилиндров и поэтому получаются очень тяжелыми. К середине хода действующая на эти части сила быстро убывает до нуля. Расчет маховика приведен на стр. 333 и ел. В вертикальных машинах действие веса уравновешивается либо противовесом на маховом колесе, либо неодинаковым распределением работы на обеих сторонах цилиндра.
f)	Распределение.
В качестве распределительных органов применяются как клапаны со свободным ходом, так и золотники. Однако, золотники должны употребляться (несмотря на небольшие конечные давления) только в соединении с клапанами, так как начало выталкивания (точка С, фиг. 1574), меняется с конечным давлением в далеких пределах.
1.	Клапаны (ср. стр. 69). Устанавливаются либо в крышках цилиндра (малое вредное пространство, но плохое охлаждение), либо в корпусе цилиндра (большое вредное пространство). Клапаны должны легко вставляться и выниматься через особые, закрытые крышками, отверстия.
Расчет. Поперечное сечение прохода в седле = Fum: ev
Здесь обозначает:
F — действительную площадь поршня в т2,
и,л •— среднюю скорость поршня в m/sec, при чем значение этой скорости финимают для всасывающего клапана равным среднему значению Sln:6o, так как клапан открыт почти во все время хода; для нагнетательного же клапана за скорость поршня принимают среднее значение 2) ее, имеющее место во время короткого выталкивающего хода, и равное 3 81пц—оозф):ф°, где ф° = ls0— <?° обозначает в градусах угол, описываемый кривошипом во время выталкивающего хода s2 (фиг. 1574). Угол ф . (з : 2) — &> .
определяется из cos ф =  ----—— (длина шатуна принята
S , £>
бесконечной);
Cj — среднюю скорость воздуха в m/sec, которая может быть ирп пята равной 20 до 25 до 30 m/sec.
•) St. u. Е. 1921, стр. 1572.
Ср. также примечание стр. 1102 и 1108.
ВОЗДУХОДУВКИ И КОМПРЕССОРЫ.
Ills
Отсюда для нагнетательных клапанов в большинстве случаев получается меньшее поперечное сеченне, чем для всасывающих.
Нагрузка на клапап определяется из (Fo + G) : f\ = 0,005 до 0,03 kg/cm2, при чем меньшие значения берутся для всасывающего,, а большие для нагнетательного клапана.
Перед собственным весом клапана G поставлены знаки +, так как установка клапана может быть сидячей или висячей. Для вертикального положения надо принять G равным нулю. Так как тот же клапап применяется обычно для всех трех случаев, то при расчете лучше всего брать знак минуса. Тогда получается напряжение пружины Fo для сидячего клапана. Нагрузка пружины при наибольшем ходе 2 до 3
Фиг. 1579.
Фиг. 1580.
Примеры конструкций клапанов. На фиг. 1576 до 1578 показан простой кольцевой клапан фирмы Borsig с направляющими поводками (клапан Lindemann), выполняемый в различных размерах (f\ = 6 до 200 ст2); на фиг. 1579—трехщелевой клапан Rogler-Horbiger с дугообразными поводками и доски с подушкой на ловителе; нафиг. 1580—клапан с направляющими пружинами завода Thyssen, Miillheim-Ruhr; на фиг 1581—плоский пружин
1114
III. РАБОЧИЕ МАШИНЫ.
ный клапан DEMAG, в котором при открывании тонкие полосы листовой стали вследствие собственной упругости дугообразно прилегают к ловителю.
2. Распределение золотником. Золотник управляет всасыванием полностью, а у выталкивания только закрытием (точка Z), фиг. 1574),
между тем как начало выталкивания устанавливается клапаном со свободным ходом. Иногда золотник управляет только всасыванием.
Фиг. 1582.
Фиг. 1581.
Фиг. 1583.
На фиг. 1582 показано в разрезе распределение по первому из указан-яых способов (распределение системы Кестер, Франкфуртского завода бывш. Покорный и Витекинд)
[В указанном на фигуре положении правая сторона цилиндра сообщена с пространством всасывания 8, благодаря открытию золотником канала С.; левая же сторона через канал С2 сообщается с колоколообразным клапаном В, а значит и с пространством нагнетания Е, таь как клапан приподнят воздухом. Поршень движется влево. В левом мертвом положении рабочего поршня кромка золотника f переходит за кромку d золотниковою зеркала. Так как, однако, согласно вычерченной на фиг. 1583
золотниковой диаграмме, золотник продолжает итти влево еще па р -|- i, то клапан В остается открытым до левого мертвого положения золотника. Закрытие его происходит под влиянием небольшого вытеснения золотника бесшумно. Когда затем золотник движется вправо, происходит обратное расширение сжатого в золотниковой коробке воздуха, как показано на вычерченных под золотниками индикаторных диаграммах золотниковой
ВОЗДУХОДУВКИ П КОМПРЕССОРЫ.
1115
коробки. В момент, когда канал цилиндра опять открывается (точка G, фиг. 1583), должно господствовать одинаковое давление как в цилиндре, так и в золотниковой коробке. Вслед за тем давление тотчас опять возрастает, так как в цилиндре происходит сжатие. Индикаторная работа обоих поршней должна быть прибавлена к работе поршня. В последней части хода открывательное движение клапана В замедляется перекрытием отверстия L. Во избежание потерь от торможения закрытие всасывания должно произойти уже за мертвой точкой (точка F, фиг. 1583).
В небольших компрессорах той же фирмы распределительным органом служит массивный всасывающий клапан, установленный в камере над кривошипным валом. Клапан непосредственно управляется кулачной шайбой, насаженной на кривошипный вал.
В небольших компрессорах завода Balcke, Frankenthal (Pfalz) всасывание в первой ступени осуществляется при помощи щелей, открываемых и закрываемых поршнем (фиг. 1591)].
Золотниковые распределения допускают большее поперечное сечение всасывания, чем клапаны со свободным ходом. Опасность удара клапана значительно меньше. Но они вызывают большие потери на трение, большие вредные пространства и требуют больших первоначальных затрат.
g)	Регулирование подаваемого количества воздуха.
Регулирование производится:
1.	Изменением числа оборотов; применяется всегда при приводе от паровой машины или большого газового двигателя; в основном производится таким же образом, как у водяных насосов (стр. 1067).
2.	Включением и выключением вредного пространства, так как при атом, согласно уравнения (1), меняется коэффициент подачи Хо. Как видно из фиг. 1584, при этом
3.	Обратным отведением части всосанного воздуха во всасывающий трубопровод, в котором органы всасывания держатся открытыми за мертвую точку; легче всего выполнимо при золотниковом распределении всасывания.
1)16
Ш. РАБОЧИЕ МАШИНЫ.
4. При помощи автоматов, которые приводятся в действие силовым поршнем сГ (сервомотором), как только давление воздуха достигает наивысшей допустимой величины (фиг. 1585). Сервомотор приводится в дви-
жении давлением воздуха
Фиг. 1581.
и управляется вспомогательным поршнем /г. На фиг. 1585 (ЕМА) выключение достигается полным закрытием всасывающей трубы самим силовым поршнем. Как только давление падает до 0,5 at, распределительный клапан Л опять открывает трубу, т.-е. соединяет снова пространство за поршнем d с атмосферой.
|В показанной на фиг. 1587 конструкпии DEMAG поршень сервомотора к снабжен хомутом т, который открывает всасывающий клапан, так что компрессор работает вхолостую. Распределительный поршень сервомотора нагружен гирями с и шарами^ и движется в узком цилиндре а.
Фиг. 1587.
Выключение может производиться также соединением обеих сторон цилиндра компрессора двойного действия или остановкой компрессора, при чем сервомотор либо переводит вилку ремня, либо выключает пускатель электромотора, приводящего в движение компрессор.
В последнем случае ВКЭ применяет приспособление *), при помощи которого последующий Пуск компрессора происходит вхолостую, и подача воздуха начинается только по достижении полного числа оборотов, благодари чему уменьшаются потери при пуске].
Приемы 2, 3, а также поднятие всасывающего клапана в случае 4 должны производиться при многоступенчатых компрессорах одновременно во всех ступенях.
h)	Конструкции.
На фиг. 1587 дан схематический разрез горизонтального одноцилиндрового компрессора с дифференциальным поршнем (Саксонского машиностроительного завода, бывш. Гарт манн в Хемнице), у которого промежуточный холодильник помещен в раме.
') Жури. Z. d. V. d. I. 1924, стр. в.
ВОЗДУХОДУВКИ И КОМПРЕССОРЫ,
1117
Фиг. 1588 дает соответственную конструкцию фирмы Клейн, Шанцлин и Беккер во Франкентале. Здесь промежуточный холодильник находится на цилиндре. На фиг. 1589 и 1590 показан дифференциальный компрессор с распределением Кестера (FMA, стр. 1114) и с вертикальным холодильником (с U - образно изогнутыми трубами).
Привод от паровой машины рекомендуется для мощностей свыше 300 P.S.; расположение компаунд также и дли паровой части; при этом одноименные цилиндры размещаются один за другим. Если в воздушной части распределение золотниковое, то паровые цилиндры располагаются за воздушными. Поршневые штоки сквозные. Соединение воздушного и парового цилиндров фонарем пли стяжными болтами.
На фиг. 1591 показан вертикальный двухступенчатый компрессор высокого давления завода Бальке, Франкенталь, у которого всасывание в первой ступени производится щелями и управляется поршнем.
О вакуумных васосах для конденсационных установок, в том числе сухих воздушных насосах, ср. стр. G50.
т«
тпгттЕвчвппгагатог
At. Сгустители с вращающимся поршнем.
Сгустители с вращающимся поршнем более пригодны для высоких чисел оборотов, чем таковые с поршнем, двигающимся взад и вперед. Дальнейшими их преимуществами являются: отсутствие клапанов и кривошипного механизма, легкая регулируемость и небольшой вес. Недостатки: сильное изнашивание в местах уплотнения и большие потери вследствие неплотностей. Поэтому они находят применение, главным образом, для небольших давлевий.
Конструкции: Вентилятор Рута (фиг. 1592, Эрценского завода, Aerzen — Hameln). Два крыла из чугуна илп стали, имеющие форму цифры 8, прп помощи одинаковых зубчатых колес, сидящих на их валах, вращаются в противоположных направлениях, так что с одной стороны они касаются стенок камеры, а с другой — соприкасаются между собой непроницаемо для газа.. Для определения профиля крыльев служат правила зубчатых зацеплений. Крылья нагнетают всосанный воздух по направлению, перпендикулярному к плоскости, проходящей через оси. Уплотнение лучше всего достигается тщательной обработкой, без применения каких-лпбо уплотняющих или смазывающих материалов. Обычно вентилятор (в противоположность фиг. 1592), так что крылья
поддерживаются сжатым воздухом, и подшипники разгружаются. Вентиляторы Рута применяются для количеств воздуха от 0,5 до 470 m3/min и давлений до 6000 mm водяного столба (обычно же меньше 1 m водяного столба). При малых производительностях число оборотов доходит до 1000 и с увеличением количества подаваемого воздуха уменьшается до 170. Подаваемое количество воздуха в m:,/sec определяется приблизительно по формуле:
v — X п Б : 30 • [(кВ2 : 4) — F], если п—число оборотов в минуту, В — ширина по оси, I)—диаметр в m и F—поперечное сечение крыльев в т2. Коэффициент подачи X (стр. 1109 и I т. стр. 518) уменьшается с повышением давления и сильно зависит от тщательности выполнения (измеренные значения колеблются между 0,12 и 0,96).
ного действия также колеблется в широких пределах; при хорошем выполнении и давлениях до 1 m водяного столба коэффициент полезного действия = 0,7 до 0,8.
Фиг. 1592.
засасывает сверху
Фиг. 1594.
Коэффициент полез-
ВОЗДУХОДУВКИ И КОМПРЕССОРЫ.
1119
Изображенный на фиг. 1593 н 1594 капсюльный (ротативный) вентилятор фирмы Егер и К0 в Лейпциге ’) отличается от вентилятора Рута тем, что из обоих вращающихся тел только одно служит для передачи вращающего момента, в то время как второе является только распределительным органом и работы не производит. Этим устраняются толчки в местах перемены давления. Рабочим телом является шайба а с тремя параллельными к оси поршнями blt Ъ2, Ъя, которые уплотнены относительно двух неподвижных цилиндров с и камеры. Выемки </ь д2, д$ распределительного тела так велики, что они могут вместить поршни со значительной игрой. Шайба к (фпг. 1593) неподвижна. Вентилятор применяется для подаваемых количеств от 0,17 до 300 m’/min, при чем число оборотов соответственно уменьшается от 500 до 240. У больших моделей давление доходит до 3, у меньших до 5 m водяного столба. Во избежание недопустимых повышений давления ири колебаниях расхода воздуха и перегрузки мотора, в нагнетательном трубопроводе помещается предохранительный клапан.
Фиг. 159"?.
У ротационного компрессора ДЕМАГ (фиг. 1595 и 1596), оксиентрнчески посаженный чугунный бегун а вращается в охлаждаемом цилиндрическом кожухе. В радиальных прорезах бегуна находятся тонкие стальные пластинки Ь. Во время вращения пластинки отбрасываются центробежной силой кнаружи и разделяют рабочее пространство па камеры, которые непрерывно уменьшаются от всасывающего пространства с к нагнетательному пространству d и таким образом сжимают воздух. Кольца f служат для уменьшения изнашивания стальных пластинок Ъ. Все поверхности скольжения смазываются маслом. Этот компрессор применяется для производительностей 0,5 до 42 m’/min, при давлениях до 3 at изб. При более высоких давлениях два компрессора соединяются последовательно, при чем оба бегуна насаживаются на общий вал, и применяется промежуточное охлаждение. Число оборотов в минуту с увеличением количества подаваемого воздуха уменьшается от 1450 до 485. Таким образом ротационные компрессоры применимы как раз в тех областях работы, где турбокомпрессоры (стр. 1125) не находят больше применения.
*) Ср. жури. Z. d. V. d. I., 1906, стр. 1122, или жури. Stahl mid Eisen. 1907, т. 10, стр. 342.
1120
III. РАБОЧИЕ МАШИНЫ.
Коэффициент полезного действия, отнесенный к изотермическому сжатию (стр. 1105) 7]js = 60 до 66% ').
К вышеописанным конструкциям близко подходит водокольцевой воздушный насос завода С и ти е н с-Ш у к к е р т, фиг. 1597. В круг-
г
Нагнет. Всас отверст. отверст
Фиг. 1597.
лом цилиндрическом кожухе, частично наполненном водой, эксцентрически расположено колесо с лопат-ками. При вращении колеса образуется водяное кольцо, как показано нафиг. 1597. Так как пространства от 1 до 6, остающиеся между водяным кольцом и втулкой колеса и разделенные между собой лопатками, на правой стороне увеличиваются, а на левой— уменьшаются, то воздух всасывается через серповидное всасывающее отверстие и через такой же формы нагнетательное отверстие нагнетается в трубопровод.
Насос приспособлен для высоких и средних разрежений, а также для сжатия до 1,5 at/нзб., при подачах 0,1 до 40 m3(min и числах оборотов 1450 до 730 в мин.
В. Центробежные сгустители.
Передача энергии газу производится при помощи вращающегося колеса с укрепленными в нем лопатками, через которое непрерывно протекает газ, при чем происходит повышение как давления, так и скорости газа. Чтобы увеличение скорости также использовать дли сжатия, скорость газа по выходе из колеса понижается в направляющем аппарате. Процесс такой же, как у центробежных насосов (стр. 1073 и сл.). Расчет производится по уравнениям, данным там.
а)	Вентиляторы * 2).
1.	Высота нагнетания и потребная мощность. Вентиляторами называются центробежные воздуходувки, дающие незначительные давления, от нескольких mm до почти 500 mm водяного столба,и сообщающие газу скорость, необходимую для его перемещения. Во многих случаях требуется только перемещение воздуха. Вследствие незначительного повышения давления можно пренебрегать изменением объема и вести расчет точно таким же образом, как для центробежных насосов.
Высота нагнетания в m воздушного столба, которую надо ввести в приведенные там уравнения, имеет значение:
Н = [(р2 —Pi) = Т] + [(са2 —«Л : 2^]............(1)
[Здесь обозначает:
—Р\ — разность давлений в выходном и входном патрубках вентилятора в m водяного столба:
(1 mm водяного столба = 1 kg/in2), 7 — средняя плотность воздуха в kg/m3, которая должна быть определена нз уравнения (8) (стр. 1106) (в общем равна 1,2);
’) Испытания на компрессоре 500 Р. S. швейцарского завода локемотивов в Винтер» туре. Ср. Остертаг, Швейцария, журн. Bauz. 1925, т 15, стр. 191.
2) Литература: Е. Висман, Вентиляторы, Берлин, 1925, изд. Юл. Шпрингер.
ВОЗДУХОДУВКИ И КОМПРЕССОРЫ.
1121
cf, еа — скорости воздуха в m/sec непосредственно у входа в вентилятор и выхода из него, при чем надо иметь в виду, что разность давлений p2~Pi относится к тем же пунктам, в которых производится измерение скоростей.
Вследствие изменения объема при сжатии, уравнение (1) при р2—-ру==-— 150 mm вод. столба дает ошибку н + 1/2%, при 300 mm вод. столба ошибку в + 1%. Если вместо p^—Pi ввести значение 2 (р2—pt}px: (р% +-/’1), то отклонение при 500 mm еще не достигает —1/2%.
Потребная мощность вР. S. получается из Ne = QH:75r]= — V'(H: 75т;, если требуется подавать Q kg sec соответственно V m3/sec. Коэффициент полезного действии т;, учитывающий как внутренние, так и механические потерн (стр. 1101 и сл.) колеблется между 0,4 и 0,6 у маленьких вентиляторов и доходит до 0,8 у больших машпн (шахтных вентиляторов). Об измерении давлений и количеств воздуха ср. Правила для испытания вентиляторов и компрессоров, Берлин, 1925, изд. VDI.
Вентилятор может всасывать или в д ув а т ь. Он всасывает, если выбрасывает непосредственно в атмосферу; наоборот,.он вдувает, если всасывает непосредственно из атмосферы. В работе вентилятора при атом иет никакой разницы. Когда вентилятор всасывает, он создает разрежение (депрессию); когда он вдувает, создается сверхдавленне.
2.	Определение размеров. Ход расчета, как указано на стр. 1078, но со следующими замечаниями:
По причине малого удельного веса воздуха скорость cs с0 у входа в колесо может быть взята значительно большей, чем для воды, и именно тем большей, чем больше высота нагнетания Н, соответственно
cs = 0,25 до 0,5 ]/2дН,
так как здесь невозможна кавитация в том смысле, как это имеет место у воды, и не может также наступить падение давления порядка критического паденпя. Таким образом при Н = 10 до 300 m (соответствует Л = = 12 до 360 mm вод. столба) cs в среднем растет от 5 до 30 m/sec.
Теоретическая высота нагнетания (работа колеса на 1 kg воздуха) Hth опять таки = где = 0,7 до 0,9. Скорость в меридиональном сечении с2т = с2 sin а2 у выхода из колеса должна быть взята почти равной с0.	f
Фиг. 1598. Фиг. 1599. Фиг. 1600. Фиг. 1601. Фиг. 1602 Фиг. 1603
Угол лопаток у выхода при небольших высотах нагнетания иногда берется равным или большим 90°, а лопатки, следовательно, изогнутыми вперед, несмотря на указанные на стр. 1077 недостатки таких лопаток (фиг. 1598—1603). Объясняется это тем, что вызываемое таким профилем ухудшение коэффициента полезного действия в данном случае
1122
III. РАБОЧИЕ МАШИНЫ.
с избытком компенсируется уменьшением размеров колеса и первоначальных затрат. К тому же коэффициент полезного действия, вообще говоря, трудно измерять. Однако, при средних н больших высотах нагнетания применяются только изогнутые ннзад (формы cud) лопатки.
Форма а с прямыми радиальными лопатками допускает вращение в ту и другую стороны, но очень невыгодна но причине неизбежных ударов при входе, если нет входных направляющих лопаток. Формы b, е, f с изогнутыми вперед лопатками требуют тщательного направления выходящего поздуха, вследствие значительных абсолютных скоростей выхода.
Число лопаток должно быть тем больше, чем меньше радиальная длина лопаток, и чем больше угол р2, чтобы обеспечить достаточный путь для воздуха в лопаточных каналах; поэтому у формы f число это больше, чем у формы d.
В качестве воздуходувки низкого давления вентилятор, (в особенности, когда требуются большие числа оборотов) легко получает высокие специфические числа оборотов (стр. 1091), т.-е. диаметр входа становится почти равным наружному диаметру, и ширина колеса — очень большой.
Если при этом еохраннть чисто радиальный подвод с простыми изогнутыми лопатками, то нарушается правильное движ ние воздуха, и молено наблюдать, как вблнзп открытой стенки колеса воздух из пространства нагнетания течет обратно к всасывающей трубе1). Помочь этому возможно либо применением двухстороннего притока, либо при помощи концентрических направляющих листов во всасывающей трубе, которые разделяют воздушный поток. При больших производительностях (шахтные вентиляторы) применяются также лопатки с двойной кривизной. Вентиляторы для очень малых давлении (для целей вентиляции) строятся в виде так называемых винтовых вентиляторов с осевым подводом воздуха, чем достигается также уменьшение стоимости изготовления. Окружная скорость колеса при этом значительно больше, чем прп радиальном подводе (приблизительно в 1,5 до 3 раз больше). Радиальные колеса могут выполняться также без боковой стенки со стороны входа, при чем открытые с боков лопатки при вращении возможно плотнее прилегают к стенкам камеры (коэффициент полезного действия несколько хуже).
Направляющие лопатки, вообще говоря, не применяются у вентиляторов. Вместо них рекомендуется устройство спиральной камеры с копи ческой выпускной трубой; расчет согл. стр. 10о5.
3.	Эквивалентное сечение. Характеристические линии. Так как создаваемое вентилятором давление воздуха служит только для преодоления сопротивлений при движении в воздухопроводе, то количество подаваемого воздуха нзменнется приблизительно пропорционально коршо квадратному из высоты нагнетания; то-есть отношение F: У R остается постоянным, при всех числах оборотов вентилятора. Характеристическая линия воздушного пути есть поэтому парабола
’) Ср. Vldmar, Z. f- Turbinenw. 1913, стр. 150; Pfleiderer, Kreiselpumpen, Berlin 1924, Jul. Springer.
ВОЗДУХОДУВКИ И КОМПРЕССОРЫ.
1123
с вершиной в начале координат. Согласно стр,. 1087, безударный вход имеет место приблизительно при всех числах оборотов, если он осуществлен при одном каком-либо числе оборотов, так что коэффициент полезного действия также только мало меняется. Поэтому количество подаваемого воздуха всегда пропорционально числу оборотов, создаваемая вентилятором разность давлений пропорциональна квадрату, а расходуемая мощность приблизительно пропорциональна 3-ей степени числа оборотов. Так называемое наполнение, т.-е. отношение действительной производительности к производительности при безударном входе, точно также остается неизменным. Отношение V: VII называют
характером воздушного пути (например, шахтного сооружения). Для правильного выбора вентилятора необходимо предварительно определить эту величину испытанием, прп чем количество подаваемого воздуха не должно обязательно совпадать с нормальным.
[Масштабом для суммарных сопротивлений служит поэтому эквивалентное отверстие Л. Оно означает площадь сечения такого отверстия, которое оказывает протекающей массе воздуха сопротивление, равное сопротивлениям воздушного пути. При коэффициенте сужения а получается А = V : (а У 2д (р2— ?i);Y). Для существующих в шахтах отношений принимают а = 0,65 (тонкая стенка), у —1.2 kg/m3, так что А — = 0,38 F: Ур2 — Pi (Pa nfi в mm вод. столба). При значении а = 1, соответствующем совершенному соплу, получается At — у : [2д-(рг—р,)]. Последнее значение At называют эквивалентным соплом].
Кривые дросселирования, т.-е. линии одинаковых чисел оборотов в диаграмме УЯН„ строятся по указанному на стр. 1087 способу.
[Можно отсюда получить одну, пригодную для всех чисел оборотов кривую, которая применима также к любому, аналогично сконструированному во всех деталях, вентилятору J), если откладывать, как абсциссы,
„ ,	_	равнозначное сопло
численные значения отношении А, :г„= ------- ---- -----------------
сечение выходного отверстия и, как ординаты, цифры давления ф = 2</(р2—у^): (угг2). Построение приводит к полной диаграмме безразмерных характеристических линий, если ввести еще кривые величин подачи = V: Fa и, величин
мощности X = La :
, ум3 о о
<а— израсходованная мощность, за выче
том трения в подшипниках), а также коэффициента полезного действия].
О регулировке ср. стр. 1089. Дросселирование воздушного потока может быть произведено с таким же успехом во всасывающем, как и в нагнетательном трубопроводе. У вентиляторов высокого давления первый способ регулирования даже выгоднее, чем второй.
4.	Выполнение вентиляторов. Па фиг. 1604 показан вентилятор с двухсторонним подводом воздуха, сконструированный для больших окружных скоростей, следовательно, для высоких давлений. Колесо снабжено проме-
жуточными лопастями.
Фиг. 1605 изображает рабочее колесо воздуходувки с косыми лопастями, завода Шиле во Франкфурте, для больших количеств воздуха н больших
') Ср. BerIowitz,Z. d. V. d. I. 1925, стр. 36.
1124
Ш. РАБОЧИЕ МАШИНЫ.
чисел оборотов при сравнительно низких давлениях. Благодаря косому расположению лопастей, колесо получает форму гиперболоида. Сопротивляемость центробежным силам невелика.
Фиг. 1604.
Фиг. 1605.
У винтовых вентиляторов крылья либо плоские, либо изогнутые в пространстве по образцу судовых гребных винтов. Ср. IV т., I отд., Судостроение. В общем, благодаря осевому подводу воздуха, коэффициент полезного действия как будто ухудшается, но, с другой стороны, винтовые вентиляторы выгоднее по цене.
Шахтные вннтиляторы выполняются почти исключительно как центробежные вентиляторы. Фиг. 1606 и 1607 изображают конструкцию по системе Рато (Шюхтерман и Кремер в Дортмунде), у которой лопасти двойной кривизны укреплены в колесе с изогнутым днищем и с односторонним всасыванием. Колесо установлено на весу. Коэффициент полезного действия от 80 до 85%. Заслуживает внимания выполнение нижней части камеры из бетона. В последнее время по-
строены шахтные вентиляторы для производительности до 20 000 m3/min с диаметром колеса до 8 ш. При больших производительностях крыльчатое колесо может быть насажено непосредственно на коренной вал паровой машины и вполне пли частично заменять маховик. При передаче от электромоторов применяется либо непосредственное соединение, либо через промежуточную зубчатую передачу для понижения числа оборотов; последнее имеет место всегда при передаче от паровых турбин.
ВОЗДУХОДУВКИ И КОМПРЕССОРЫ.
1125
Ъ)	Турбовоздуходувки и турбокомпре соры.
Здесь идет речь о центробежных сгустителях для давлении воздуха до 12 at. Окружная скорость колеса и2 обычно имеет значение, близкое к допускаемому предельному. При = 180 до 200 m/sec может быть достигнуто в одном колесе отношение р2 '.pt = 1.2, максимум 1,3, так что при всасывании из атмосферы достижимо избыточное давление в 0,2 до 0,3 at. Для получения более высоких давлений необходима многоступенчатая конструкция.
Фиг. 1607.
Фиг. 1606.
[Различие между турбовоздуходувкой и турбокомпрессором состоит в том, что последний дает большие степени сжатия (отношения давлений), и поэтому в турбокомпрессоре еще резче выступают все затруднения, связанные с большим числом ступеней и необходимостью энергичного охлаждения воздуха. Применяется только радиальный подвод воздуха к колесу, согласно фнг. 1608—1610].
1.	Одноступенчатая неохлаждаемая воздуходувка. Пользуясь теми же обозначениям, что н на стр. 1074 для центробежных насосов, н принимая число лопаток бесконечно большим, мы получаем следующее выражение для величины работы лопаток, отнесенной к 1 kg газа:
l^thoo ” (^2 С2 COS CCg Щ Со COS а0) . д — (7/2 Cs„ Wi Cqu) • 0 > • (1) нлн же, так как обыкновенно имеет место перпендикулярное вступление в колесо н, следовательно, ап = 90°,
Ahoo = с2 cos а2 и2: д = с2и и2: д............(2)
Вследствие конечности числа лопаток действительная работа лопаток J меньше, чем вышеуказанное значение, как это было подробнее обосновано на стр. 1077, н имеет место следующая зависимость, согласно уравнения (10) (стр. 1078):
...........<3)
Здесь обозначает:
z — число лопаток,
р2 — угол лопаток у выхода,
г2,г1—радиусы окружности выхода н окружности входа лопаточных каналов,
1126
1П. РАБОЧИЕ МАШИНЫ.
|л—некоторое опытное чпсло, которое может быть принято равным от 1,6 до 2.
Диаграммы скоростей лопаток точно такие же, как изображенные на фиг. 1529 и фиг. 1537.
Удельная работа лопаток (работа на окружности колеса) получается нз работы адиабатического сжатия Lad (к которой должна быть прибавлена разность скоростных напоров у выхода и входа) по уравнению:
Ah = ^аЛ :	’.................(4)
где „гидравлический коэффициент полезного деист в н я“
’'i/1 = IJad ' Ah ~ ^ad: (А</ + А)
учитывает гидравлические потери Zh (проявляющиеся в виде потери напора) между впускным и выпускным патрубками (но не в трубопроводах). Коэффициент , вполне соответствующий коэффициенту полезного действия т;м на окружности колеса в паровых турбинах, следует выбирать при применении направляющих лопаток между 0,70 и 0,88 в тем большим, чем больше количество подаваемого воздуха. Lad определяется из уравнений (2) плн (2 а) (стр. 1103), при чем должно быть принято во внимание сказанное на стр. 1105 и 1106 относительно выбора /«,, vlt f1; р2.
[Приближенное уравнение. Так как перепад давления в отдельных ступенях невелик, то целесообразнее пользоваться следующим приближенным уравнением, благодаря его простоте
Г	If V I 1
“яМ'гД+дйМ.........................
где у = (р2-Р1) — 1, х = с^,: с„ = 1,4.
При значениях р>2:.Р1 Д° 1,4 ошибка составляет максимум -|— при p2-Pi = 1,5 максимум 4~ 1°/0; если опустить последний член, то до р2:р) = 1,17 ошибка максимум —1/й9-о, до р2:Pi = 1 >24 макс. — 1%.
При расчете многоступенчатых машин лучше всего пользоваться диаграммой TS. Точность обычных таблиц, однако, недостаточна, в виду незначительности перепада давления в одном колесе. Можно самому изготовить диаграмму в ’желательном масштабе, если иметь в виду, что в пределах давлений, с которыми приходится иметь дело при расчете центробежных сгустителей, линии конгруэнтны и сдвинуты параллельно одна другой в направлении осн «S, так что расстояние между двумя линиями в направлении осн S везде одинаково. Поэтому надо построить только одну нз этих линий, уравнение которых есть «S' = ср In (Т: 273) Для любого отношения давлений р2: Pt соответствующее вертикальное перемещение есть А—А= -4 /' In [р., : pt), где относится к произвольно выбранной начальной линии, а рг к новой|.
При помощи уравнений (2) до (4)f пользуясь способами расчета, приведенными на стр. 1078 и сл. для центробежных насосов, можно рас считать рабочее колесо и направляющим аппарат (будь то направляю
ВОЗДУХОДУВКИ Й КОМПРЕССОРЫ.
112?
щее колесо, гладкое кольцевое пространство или спиральная камера), если вместо Н вставить L, так как все указанные там правила остаются в силе и здесь.
При определении размеров можно пренебречь уменьшением объема вследствие сжатия в колесе до давления в зазоре, так как это уменьшение мало влияет на размеры. Скорости выбирают большие, чем для воды, а именно: c0~cs следует взять равным 0,2 до О,3)Л2</ L„d, что дает для скорости значения между 30 и 50 m/sec. Ширина колеса кнаружп уменьшается, так что скорость в меридиональном сечении остается одинаковой или немного убывает.
Выбор угла лопаток производится таким же образом, как у центробежных насосов (стр. 1076). Но так как здесь необходимо, во избежание слишком большого числа ступеней, получить в одной ступени возможно больший перепад давления, то угол берете i несколько большим, чем там, а именно, между 35 и 70°. Это необходимо также нз соображений прочности лопаток. Число лопаток больше, чем в центробежных насосах. Отношение диаметров Z>2: D, 1,8 до 2,2.
[Численный пример Расчет рабочего колеса одноступенчатой воздуходувки на 330 m3/min, 2000 mm вод. столба (пли kg m2), с приводом от электромотора при посредстве промежуточной зубчатой передачи, так что число оборотов может быть свободно выбрано. Высота барометра 737 mm рт. столба при 15°, соотв. 1 at abc, наружная температура ta = 15°.
Вследствие потерн давления во всасывающем трубог рчводе, оцениваемой в 100 mm, нагревания воздуха приблизительно на 3°(tj = 15 + 3 = 18°) и югери в зазоре в 6%, действительный подаваемый объем воздуха в сеьунду больше, а именно:
10000	273 +18	330 л пп ч/
Т =	-0900 • 273 + 15- • 60 = 6>°° m3/S6C-
Дальше при Р1 = 10000—100 = 9300 kg/m2, р2 = 10000 + 2000 = — 12000 kg/m2, Т1=291, х= 1,4, В = 29,27 (пренебрегаем влажностью воздуха), получается по уравнению (2) (стр. 1103) или ураввенпю (4а) (стр. 1126) Laii = 1700 kgm kg или m воздушного столба.
Пусть колесо укреплено на валу на несу. Пусть дальше cs = = 0,26	= 0,26 У'2д • 1700 = 47,5 m/sec; поэтому (фиг. 1531),
1)2 	= 6,00: 47,5 = 0,126 т2, и Ds = 0,4 т. Отсюда D, = 400 + 30 =
= 430 тт, Z32 = 2D, = 860 тт. Если принять Ttl, =0,82, то нз уравнения (4) поучается Zt)1 = 1700:0,82 = 2075 m, а нз уравнения (3), при г = 20,	~ 50°, = 1>7> получается
Ah со = 2075 (1 + Ц~ = 2075 • ’>17 = 2440т-
Теперь нз уравнении (17) (стр. 1079), при р2 = 50°, с2т — — 40 m/sec, следует
и2 = 40: (2 tg 50е) + V[40: (2 tg 50е)[2 + 9,81-2440 = 172,6 m/sec, следовательно, п = 172,6 • 60: (л - 0,86) = 3840 об./мнн.'
1128
ill. РАБОЧИЕ МАШИНЫ.
Для определения угла лопаток р, вычисляем uj = л • 0,43 • 3840:60= = 86,3 m/sec и, приняв с0 — 48 m/sec и отношение Б: (/, — Cj) = 1,08, получаем ct = 1,08 • 48 = 51,9 m/sec, tgpj = 51,9 : 86,3 = 0,602, p,.= 31°5'.
Проверяя значение : (/) - Cj) при толщине лопаток (из листовой стали) у входа s, = 3 mm, получаем:
а, — ,-д = - **	= 5,8; 1Л — л • 430: 20 = 67,5 mm; 1,: (t — а.) =
‘	sinpj 0,516	J '	1
= 67,5:61,7 = 1,091.
Так как 12(12—с2) =ь1, то ширина колеса у выхода 6г=6,00:(л-0,86-40)= = 0,056 m = 56 mm, а у входа bt = 6,00: (л • 0,43  48)=0,093=93 mm].
Вычерчивание лопаток производится, как указано на стр. 1081. В отдельных конструкциях лопатки по всему протяжению получают прямолинейный профиль (компрессоры Рато) и в таком случае угол 62 не может уже быть выбран свободно. Направление воздуха в лопаточных каналах в этих конструкциях оставляет желать многого. В случае плоских лопаток (сильно уширяющихся каналов) обычно половину всех лопаток выполняют в виде промежуточных лопаток (фнг. 1608), чтобы не слишком стеснить вход.
Выполнение рабочего колеса. Лопатки делаются из листовой стали толщиной обычно в 1 до 3 mm, в поперечном сечении изогнуты] - или Z-образно и приклепаны к боковым стенкам (фиг. 1609 и 1610). Если лопатка отковывается с большей толщиной стенки, то заклепочные винты могут быть врезаны в лопатку на обеих сторонах (Бр аун-Б о в е р и и Ко) пли же протянуты через дыры, расположенные целпком внутри поперечного сечения лопатки. Оба последние фкг- 1610 способа укрепления встре
чаются в особенности при очень узких колесах. Колеса получаются тяжелыми, но с гладкими каналами, без загнутых бортов п заклепочных головок.
Лопатка с загнутыми бортами подвержена в кромке особенно значительным изгибающим усилиям от центробежных сил. При уменьшающейся кнаружи ширине колеса место наибольшего напряжения лопатки лежит не на внешней, а на внутренней окружности, или вблизи ее, так как квадрат ширины лопатки н sin (90—Р) внутри больше, чем снаружи. Рек мендуется не очень малый радиус кривизны борта и большая толщина лопаткн (а также применение более легкого строительного материала).
Колесный диск из высококачественной мартеновской нлн низкопроцентной никелевой стали либо приклепывается к втулке, либо же—-при больших окружных скоростях—изготовляется из одного куска с втул-
ВОЗДУХОДУВКИ И КОМПРЕССОРЫ.
1129
кой (фиг. 1610). Толщина стенок увеличивается по направлению к втулке. Наибольшим напряжениям подвержена верхняя шайба, которая должна быть выполнена особенно прочной во внутренней части. При расчете надо иметь в виду, что профиль диска не имеет плоскости симметрии.
Уплотнеппе подвижного колеса со стороны давления зазора осуществляется на внутреннем диаметре верхней шайбы при помощи лабиринта.
Расчет направляющих лопаток (как на стр. 1084). Между концами подвижных и направляющих лопаток оставляется свободное от лопаток кольцевое пространство в 20 до 80 mm, так как иначе возникает раздражающей свистящий шум от неравномерности потока. Из тех же соображений Остертаг рекомендует малый шаг, а следовательно, большое число направляющих лопаток.
[Пример. Для предыдущего примера ход расчета следующий: за подаваемый объем принимаем всасываемый объем воздуха, несмотря на повышение давления и температуры в зазоре (влияние которых па объем противоположно). Поэтому V = 330: 60 = 5,5 m3/sec; дальше: касательная составляющая скорости за рабочим колесом с3м ~ gLl]x: и2 = = 9,81 • 2075 :172,6 = 118,1 m/sec.
Меридиональная составляющая
с3иг = V: пВ2Ъ2 = 5,5 : (" • 0,86 • 0,056) = 36,4 m/sec, tgos = с3т: с3и = 36,4 :118,1 = 0,308; % = 17°9'.
Этот угол наклона а3 струи сохраняют неизменным при протекании через свободное от лопаток кольцевое пространство до входа в направляющие лопатки, если боковые стенкп между собой параллельны, и если пренебречь тренпем. Вследствие малого шага лопаток можно, вместо эвольвенты (как указано на стр. 1084), осуществить (очертить) вход по прямой, наклонной под углом а3 (фиг. 1609, 1617). Ширина направляющих лопаток Ъ3 = Ъ? -|- 2 mm = 58 mm. У многоступенчатых компрессоров обводные каналы к следующей ступени выполняются, как продолжения направляющих каналов, чем достигается непрерывное понижение скорости до скорости входа в следующую ступень. Чтобы сопровождающийся трением путь в гладком кольцевом пространстве ие получился слишком длинным, угол а3 не должен быть меньше 15°.
Кривая состояния. Кривая состояния A, А/А^А 'SftA2 'фиг. 1611) в общем мало отклоняется от простой соединительной прямой А} А2 между начальной и конечной точками, так что у компрессора можно руководствоваться этой прямой и в основу расчетов положить фиг. 1571. Вся сообщенная газу работа, т.-е. внутренняя работа, составляет:
Ьг — Ost М ср : 4 — £th -J- Z,„ 4~ 7Г .............................(5)
1120
Ш. РАБОЧИЕ МАШИНЫ.
Для нашего численного примера тренне колеса Zr и потеря в згзоре Zsfl на 1 kg подаваемого газа, а следовательно и щ вычисли-ютс.1 следующим образом:
-5	_ч
Z. = 15 и/Г)22 -10	: V = 15 • 172,63-О,862 • 10	:5,5 = 104 ш;
цалычЗ
Zsp=VsPL^.V, где потеря в зазоре
Уд = Н л Д У % «32 + 4l м>2 — (’*3 ~с3«)2
так как при числе уплотняющих колец z = 2 коэффициент истечения
Н = 1: У Ё5+“1,П г =1: У 1,5	1,1 • 2 = 0,52,
то при ширине внутреннего зазора Ьг- = */s mm = 0,0005 m, потеря в зазоре Ур=О,52 л • 0,43-0,0005 /УУ 172,6^ +-(-6,32"-^"(17^6 -1Т8,Т2У = — 0,052 m3/sec,
Zsp = 0,052 • 2075 : 5,5 = 20 т,
I -= 2075 + 164 + 20 = 2199 т; ту = 1700: 2199 = 0,775, значит т]( + т]Л.
Так как i2'—= AL„a: ср = 1700 (427 • 0,241) = 16,7°, то
72—= 16,7 :0,775 = 21,6°, и таким образом определяется конечная точка А2 кривой состояния.
Хотя потерн в зазоре составляет только (0,052:5,5)  100 = 0.95%, тем не менее сделанное на стр. 1127 допущение о значительно большем значении этой величины правлльно, так как центробежные машины следует рассчитывать с большим запасом].
2. Многоступенчатая турбовоздуходувка ----без охлаждения Вопрос о том, необходима ли
//	одноступенчатая пли многоступенчатая кон-
АК	струкцпя, разрешается еще до проектирования,
/ И* на основан пп следующей зависнмостп, соответ-
•/ /I ствующей уравнению (18), стр 1080:
6^ = 4  и.^:2д, ... • .(6)
I	/	АлААР	где v берется	большим, чем	при центробеж-
J	у	Д /	ных насосах	(ио причине	большего числа
•к	//	|/+ /	лопаток, большего угла |5.>),	а именно: \ =1
1	у	ллА /	до 1,3; и2 но	должно превышать 180 до 200
1,4 /	m/sec, максимум 225 m/sec.
У гУ	Коли опять-таки пргоять для отдельных
— 7 У-1-------Ь—--- ступеней политропическую кривую состояния
/	~ ° и внутренний коэффициент полезного действия
т]г- счи ать одинаковым для всех ступеней, то Фиг. 1612.	соединительная линия АХЕ между начальными
состояниями А,, Ао, Л3 . . в отдельных ступенях через весь сгуститель представляется одной и той же политропой /ЦА* 1 * * * У (фиг. 1612) с показателем
п =
_______
1—(1 Vi)''- ’
.......... (7)
ВОЗДУХОДУВКИ И КОМПРЕССОРЫ.
1131
так что, согласно I т., стр. 517, температура меняется по уравнению '):
T:T1=(p:pi)m............(8)
где т = (я — 1): я = (х — 1): (х<]г).(9)
н поэтому конечная температура Те = te -}- 273 получается нз уравнения
Те^Т.^-.р.Г,...........  .(Ю)
если ре—конечное давление. При этом можно взять tqz нз практики или, вычислить его по способу, указанному в конце предыдущего параграфа
взявши для V среднее значение между начальным и конечным объемами.
Если, как обычно это делается, диаметры колес и углы лопаток во всех ступенях одинаковы, то одинаков в перепад давления AEmi в каждой ступени.
Между числом ступеней i и суммарным адиабатическим перепадом Ьад = — (fe' —/() ср ; А существует п этом случае
зависимость
=	• * * (И)
А
Фиг. 1613.
где число р. (= 1.01 до 1,03) учитывает то обстоятельство, что вследствие работы трения сумма отдельных перепадов давления больше сум-
марного перепада.
[Это видно нз расходящегося направления (дивергенции) из'бар или нз рассмотрения процесса в диаграмме pv (фпг. 1613), ибо при достаточно большом числе ступеней должно быть Х£П0Й=пл. AJA' Q (которая, пл. AyEFG
однако, не совпадает с LA, так что |л=--------Вследствие это-
‘	1 ПЛ. Aylii r(jr
го внутренний коэффициент полезного действия всего сгустителя тоже меньше такового отдельных ступеней, а именно:
, .	_______-^аИ______
™общ. — (1; TJ.). S ДПЙЙ —	• Н
с другой стороны (T]Po6ni = (!'/—7'1): (Те — 1\), откуда	р. = гц (Те — ТуУ- (Те' — Т,) = гцЕ{:Пйй.
Таким образом, величина ^La(i в уравнении (11) проще всего вычи-
сляется нз = wp(Te-Ty)-.A................................(12)
При помощи уравнения (11) определяется число ступеней г, если установлена величина перепада ДЬПЙ в отдельных ступенях).
По мере сжатия подаваемый объем газа уменьшается. Поэтому ширина колес у входа н выхода должна соответственно уменьшаться от ступени к ступени. Промежуточные зпачсн :я либо берутся из энтропийной диаграммы в точках Л2, Л3, _Э,: п т. д. (при чем целесообрато вычертить диаграмму в увеличенном масштаба, как указана на стр. 1126/27), либо же вычисляются следующим образом.
*) Ф л ю г е л ь, зкурн. Z. d. V. d. I. 1918, стр. 662.
1132
П1. РАБОЧИЕ МАШИНЫ.
Отношение давлений (степень сжатия) для любой и-ой ступени получается, согласно уравнения (3) стр. 1104,
__ ( A t/id .
хп — I у “Ь 1
причем	р„+А —хп р„............ (13)
Здесь &tad~ A&Lad'-cp обозначает одинаковый для всех ступеней адиабатический перепад температуры, а Тп — абсолютную температуру при входе в и-ую ступень, которую проще всего определить из
^=^1 + ^-0 [(« -1М.........................(14)
Так как на основании уравнений (13) и (14) давление и температура в каждой ступени известны, то этим дается и vn = RTn ‘.рп. В виду возрастания Тп от ступени к ступени степень сжатия наибольшая в первой ступени и в следующих ступенях все уменьшается. Вместо уравнения (13) можно для определения промежуточных давлений пользоваться также уравнением (10) совместно с уравнением (14).
3.	Многоступенчатый турбокомпрессор с охлаждением. Даже при хорошем охлаждении камеры процесс сжатия в рабочем и в направляющем колесе мало разнится от того же процесса в неохлажденном компрессоре, так как охлаждение дает себя зяать, главным образом, только в обводном канале, где не происходит уже заметного сжатия. Расчет отдельной ступени может, поэтому, производиться таким же образом, как указано в п. 1 для одноступенчатой неохлаждаемой воздуходувки. Только единичный перепад другой и зависит от рода и способа охлаждения.
а)	Промежуточное охлаждение между отдельными неохлаждаемымп группами ступеней. Из-за затруднений при изготовлении и обслуживании, связанных с охлаждением кожуха, часто ограничиваются устройством промежуточного охлаждения только между группами ступеней. Для обычных конечных давлений в 6 до 8 at изб. достаточно 3 промежуточных холодильников, по одному за каждой группой в 2 до 4 колес.
Согласно вывода иа стр. 1107 для поршневых компрессоров, получаемая при охлаждении экономия в работе достигает наибольшей величины в том случае, если на каждую группу ступеней приходится одинаковая адиабатическая работа. Тогда степень сжатия, приходящаяся на каждую группу, одинакова; при к группах, следовательно к—1 холодильниках, она равна
к______
я> = VPe --Pl..............................(15)
В этом случае точки, представляющие состояние газа у входа п отдельные группы, делят на диаграмме TS отрезок изотермы между начальной точкой и конечной изобарой на равные части. Расчет отдельных не-охлаждаемых групп производится точно, как в и. 2.
Так как, однако, нецелесообразно охлаждать воздух в промежуточных холодильниках опять до температуры его перед поступлением в компрессор (ср. стр. 1108) а с другой стороны все холодильники, из конструктивных соображений, делаются одинаковыми, то оказывается целесообразным степень сжатия в нижних группах ступеней взять несколько
ВОЗДУХОДУВКИ И КОМПРЕССОРЫ.
1133
большей, чем в верхних, при чем распределение делается при помощп диаграммы.
Диаметры колес в пределах одной группы одинаковы, но в верхних группах меньше, чем в нижних, чтобы с одной стороны избежать слишком узких колес, а с другой ограничить потери в зазоре и от трения колес, которые возрастают пропорционально плотности газа.
Ь)	Охлаждение кожуха. Первоначальные затраты меньше, чем при а). Поверхность охлаждения должна быть доступна. Чтобы разместить в кожухе достаточную поверхность охлаждения, направляющим ло
паткам, составляющим одно целое с омываемыми водей стенками кожуха, придают значительные радиальные размеры. Действие охлаждения становится заметным лишь при известном нагревании газа. Поэтому в диаграмме соединительная линия точек состояния у входа в отдельные ступени направлена вначале направо вверх (фиг. 10 i 4) п при более высокой температуре отклоняется влево Крпвая эта может быть построена вычи-
слением, при чем падение температуры за отдельными ступенями должно быть определено по величине поверхности охлаждения (1 том, стр. 497, II том, стр. 1107).
Если кривая состояния известна из опыта, т.-е. на основании измерений у построенных компрессоров, то, нанося в виде вертикальных отрезков найденные вычислением адиабатические температурные перепады Д£яй для отдельных ступеней, как показано на фпг. 1614, переходят от начала к концу. Влияние охлаждения за первой ступенью проявляется на фиг. 1614 в перемещении точки А." при неизменяющсмся давлении />2 в д12, за второй ступенью—в перемещении точки Лй" п А,. и т. д. Ойо сильно возрастает кверху.
Диаметры к лес надо и в данном случае, соответственно уменьшению объема, уменьшать кверху группами. Можно также, как показано на фиг. 1614, соединить охлаждение кожуха с промежуточным охлаждением.
4.	Условия работы, регулирование, привод. Если подаваемый объем отличается от так* вого при безударном входе, то для получения соответствующей высоты нагнетания надо построить (по способу, указанному на стр. 1087 для центробежных насосов) кривую дросселирования, которая дает ход изменения работы адпабатического сжатия в зависимости от всасываемого объема, при неизменном числе оборотов. Кривую дросселирования многоступенчатого сгустителя получают из соответственных кривых для отдельных ступеней. При этом необходимо пользоваться 18 - диаграммой и прежде всего перевести на нее кривую дросселирования первой ступени; при этом значения AL„,ix дают давления, а горизонтальные прямые, проведенные на вертикальном расстоянии
1134
1П. РАБОЧИЕ МАШИНЫ.
ALix = А • (Z.th -f- Zgp + 2’» ) от начальной точки дают в пересечении с изобарами точки состояния. Если нанести сюда конечные объемы, то может быть сделано перенесение следующей кривой дросселирования и т. д. Из верхней кривой IS- диаграммы определяется тогда результирующая кривая (V„ Lada) нлн также кривая (Г^, ръД Промежуточное охлаждение должно быть соответствующим образом принято во внимание. Если в основу полученной таким образом результирующей кривой положить закон конгруэнтности (который здесь во всяком случае приблизительно остается в силе), то становится возможным определить, для случая регулирования изменением числа оборотов, те числа оборотов, которые соответствуют отдельным производительностям, таким образом, как па стр. 1089 для центробежных насосов.
Точка касания А горизонтальной касательной делит кривую дросселирования на лежащую справа устойчивую ветвь (фиг. 1607, стр. 1125) и лежащую слева неустойчивую ветвь. Если подаваемое количество падает при вензменяющемся числе оборотов ниже того, которое соответствует точке А, то падает давление в нагнетательном патрубке компрессора. В результате воздух из сети течет обратно, т.-е. компрессор „захлебывается". Когда же вследствие этого обратного течения в продолжающегося расхода воздуха давление в сети упадет ниже давления холостого хода, компрессор начинает опять подавать воздух, пока снова не наступит „захлебывание", если за это время расход воздуха не превысит объема, соответствующего точке А. Компрессор таким образом начинает работать толчкамп („качать"), что нарушает правильный ход работы. Сила н продолжительность колебаний тем больше, чем больше объем воздухопроводной сети. Чтобы это явление наступало только при возможно наименьших подачах, целесообразно иметь резко поднимающиеся кривые дросселирования с короткой неустойчивой ветвью, которые получаются (по системе ВВС) при применении поворотных направляющих лопаток. При уменьшении подаваемого объема последние устанавливаются на меньшую ширину каналов.
Предотвращение „качания*. При растянутой сети рекомендуется стнвпть в нагнетательной линии по возможности легкий или снабженный демпфером обратный клапан. Фирма FNA применяет приспособление (наподобие указанного па стр 1115 для поршневых компрессоров), при помощи которого всасывающая труба автоматически закрывается, как только давление воздуха, вследствие малого забора его, превосходит известную велнчпну. Одновременно нагнетательный патрубок отключается от воздухопроводной сети и соединяется с атмосферой, так что нижние ступени работают в вакууме. Так как при таком холостом ходе воздух сильно нагревается, то должно подаваться небольшое количество воздуха для охлаждения. По системе AEG *) обратный клапан в нагнетательной линии снабжен обводной трубой с соплом, через которое, по закрытии клапана, направляется нз сети слабый обратный ток, не дающий компрессору возобновить подачу, пока давление в сети но упадет ниже определенной, устанавливаемой по желанию, величины. Другое средство предотвратить явлеипе .качания" состоит в том, что при
М Жури. AEG- -Mitteilungen 1925, II, стр. 363,
ВОЗДУХОДУВКИ И КОМПРЕССОРЫ
1135
уменьшении подаваемого количества ниже критической величины открывается продувательный клапан на нагнетательной трубе.
„Качание* наступает реже, если регулирование производится уменьшенном числа оборотов. Нагрузка в этом случае может меннться между 65 и 110% нормальном величины.
Регулирование при постоянном числе оборотов целесообразнее производить—в противоположность центробежным насосам—дросселированием во всасывающем воздухопроводе, а нс в нагнетательном, так как умен: шение удельного веса всосанного воздуха смягчает удар при входе и уменьшает трение колес н потери в зазорах.
И прп дроссельном регулировании, и при регулировании изменением числа оборотов установка количества подаваемого воздуха производится большей частью от руки.
Употребляются также автоматические регуляторы на постоянное давление пли постоянное подаваемое количество.
Наиболее подходящим способом передачи силы центробежным сгустителям является непосредственное соединение с паровой турбиной (большей частью с турбиной двух давлений или с турбиной для отработанного пара), так как с одной стороны возможно при этом регулирование изменением числа оборотов, а с другой стороны число оборотов может быть достаточно большим. При электрическом приводе необходимо, в случае не очень больших количеств подаваемого воздуха, включить промежуточную зубчатую передачу для повышения числа оборотов, а регулирование возможно только дроссельное, так как применяется исключительно переменный ток.
5.	Пределы производительности и числа оборотов. Центробежные сгустители приспособлены только для больших количеств подаваемого воздуха, так как в противном случае потери от трепня колес н неплотностей поглощают слишком большой процент мощности, и каналы получаются слишком узкие. Наименьший объем воздуха, на который может быть построен турбокомпрессор илп турбовоздуходувка, зависит от высоты нагнетания и числа оборотов отдельного колеса. Ссылаясь на выводы на стр. 1091 можно написать:
V^k&L^-.v?.....................	. (18)
где txLad — приходящаяся на одно колесо работа, а число к берется тем менг,шим, чем большие внутренние потери допускаются. Для обычных условий можно принять к 5:250. При многоступенчатом сжатии, прп Д _La(l ~ 2000 ш, получаем нз предыдущего неравенства
Г >22 • 10В	....................(Ю)
например; для п — 3000 V > 2,45 m8/sec = 9000 m3/h,
При 10000 m3/h и многоступенчатой конструкции лучше всего выбрать число оборотов около 4LOO.
Воздуходувки для небольших производительностей, как папример, для аэропланных моторов, получают до 12 000 об/мин. Фирма F31A строит неболгшпе компрессоры с охлаждаемым кожухом и колесами из легкого металла для 600 ms/h, 16 000 об./мин и 6 at изб.
6.	Коэффициенты полезного действия. Гидравлический коэффициент полезного действия (= коэффициенту
1136
Ш. РАБОЧИЕ МАШИНЫ.
промежуточной зубчатой передачи) =
Фиг. 1615.
полезного действия па окружности колеса) т/]Л = 0,7 до 0,88. Механический коэффициент полезного действия (без 0,95 до 0,98. Адиабатический коэффициент полезного действия (для неохлаждаемых сгустителей) и;пй у небольших моделей 0,66, возрастая вместе с производительностью до0,78. Изотермический коэффициент полезного действия при конечных давлениях в 6 до 8 at изб. = 0,56 для 4000 m8/h, возрастая до 0,70 для 80000 m3/h.
Расход пара на 1000 т3 всосанного воздуха при 6 до 8 at изб. составляет в турбинах, питае-свежим паром, 600 до 850 kg, в зависимости от температуры и _	------------------ ------------ _ _ турбинах,
мых давления пара н от производительности компрессора, а в турбинах, питаемых мятым паром, 1200 до 1400 kg.
7. Конструкция. У м и о гоступенчатых сгустителей вал обыкновенно делается гибким. Критическая угловая скорость может быть приблизительно определена из «/= 1,08 где у„ наибольший прогиб от собственного веса, д ускорение силы тяжести !).
Каждое колесо должно быть выбаланенровано статически, кроме того должна быть сделана динамическая выбаланенровка всего ротора.
Давление на ось
1616.
упорным подшипником, кожуха лабиринтным
воспринимается либо либо расположенным у нагнетательного конца поршнем, либо тем н другим вместе.
На фиг. 1615 дан вертикальный разрез турбокомпрессора FMA на 7 at нзб., с охлаждением кожуха, без промежуточного охлаждения.
Промежуточные стенкн между отдельными ступенями полые и снабжены просторными водяными камерами, к которым есть доступ снаружи.
Ъ С т о д о ла. Паровые и газовые турбины изд. 5 или 6. Берлин изд. Юл. Шпрингер, стр. ‘79, Пфлейдерер. Ротационные насосы, Берлин 1924, 10л. Шпрингер, стр. 282.
воздуходувка и компрессоры.
1137
Фиг. 1616 п 1617 показывают компрессор конструкции Броун-Бовери с тремя промежуточными холодильниками между неохлаждаемымн группами ступеней. Кожух очень несложный, цельный, разделенный только по средвен горизонтальной плоскости. Направляющие колеса отдельные, вставные. Подводящие п отводящие каналы за холодильниками расположены по окружности таким образом, что не получается никакого удлинения по осн. Холодильники размещены сбоку компрессора, в наклонном положении. Каждый из них разделен на две половины с самостоятельными водяными камерами, так что можно открывать и чистить водяные, камеры во время хода машины, не разбирая трубопровода.
С. Специальные конструкции сгустителей для газов.
Сюда следует отнести конструкции, в которых какая-нибудь движущая жидкость (пар, воздух, вода) приходит в непосредственное сопри косновснне с подлежащим нагнетанию газом.
а)	Струйные сгустители (стр.1101).
Вытекающая из сопла рабочая жидкость с большой скоростью всасывает подлежащий нагнетанию газ, смешивается с ним н в приемном сопле уменьшает свою скорость, так что увлеченный газ сжимается. Коэффициент полезного действия очень мал. Поэтому струйные сгустители находят применение только там, где расход энергии не имеет особого значения, а главное внимание обращается на простоту устройства, дешевизну, малые эксплоатацнонные расходы и небольшое занимаемое место.
1.	Пароструйные воздуходувки. Применяются для небольших разностей давлений, например, как всасывающие или нагнетательные приборы для усиления тяги дымовых труб и как дымососы. В последнее время применяются также для отсасывания воздуха из конденсаторов паровых турбин, при чем получаются очень высокие вакуумы, а отработавший пар используется для подогрева питательной воды. О способе действия различных конструкций ср. стр. 643.
2.	Водоструйные воздуходувки. Находят применение на рудниках для специальной вентиляции путем присоединения к оросительной линии, а также для получения высоких вакуумов в конденсационных устройствах, при чем нагнетающий рабочую воду центробежный насос часто соединен кон структнвно с струеобразующими соплами (ротационный воздушный насос)
Хютте. Т. IL
72
Т138
III. РАБОЧИЕ МАШИНЫ.
Приемное сопло должно вначале сужаться, а затем расширяться (наподобие сопла Лаваля), если требуется высокое разряжение. Если задаться законом изменения давления в приемном сопле между данной величиной давления всасывания (т.-е. парциального давления уц/ воздуха) и конечным давлением, то соответственные площади поперечного сечеиия сопла f получаются по Р f 1 е i d е г е г ’ у ') нз
/=[(&г-ДГ:р) + (^„ : Ю00)1: с  •  • - • (20) 1A Gl РьТ{а ^тах :Р) + К4 (Ргаах—: 10001	.
ГАС с = У 2д----------------------------------------------------. (21)
Здесь ооозначает:
GI — количество воздуха в kg/sec, ко орое надо отсосать,
Gw вес п;отек юней воды в kg/sec,
Т — абсолюта» ю температуру воды.
/? — х9,27 гаювую пос оянную воздуха, с — ско о ть смеси в сеченни / в m/sec, р — давление смеси в сечеиии f в kg/m*, /’max ~ ьаиболь ее значение, коюрое может быть дос i и гнуто, при котором с ед вательно, с == О,
С — опытное чи л >, кото ое надо взять приблизительно между 0,5 и 0,9.
Не -бходимля входная скорость воды в пространстве отсасывания получается из предыдущее урав ения для с» если /тах ваз ачае.ся, а / полагав, ся равным п финальному давлению pi воздуха в пространстве отсасывания; ртах должно бваться больше давления выхода в виду опасное и обрати ..х токов.
Объем воды ие должен Сыть слишком малым по сравнению с начальным объемом воздуха, так как в противном случае воздух будет яедостаточно облегаться водой п могут наступить обратные токи.
3.	Струйчатая воздуходувка. Применение при непосредственных  дымососах котельных топок и для особой вентиляции в шахтах посредством присоединения к воздушному трубопроводу. В последнем случае коэффициент полезного действия по М е р к с у * 2) определен в 0,28—6,7%.
Ь)	Гидравлические компрессоры 3).
Вода падает по вертикальной спускной трубе, имеющей в верхнем конце сопло, по которому воздух всасывается устремляющейся водой. Воздух смешивается с водой и статически уплотняется, так что воздушные компрессоры обладают достаточно высоким коэффициентом полезного действия. Внизу спускной трубы отделяется воздух, и свободная от воздуха вода устремляется по подъемной трубе к выходу. Возникшее при этом давление соответствует высоте столба вытекающей воды. Падение до 100 m используется на одной ступени. Большие падения подразделяются, так как гидравлические компрессоры по способу работы приближаются к струйным воздуходувкам и коэффициент полезного действия пх ухудшается. В пределах одного падения от 4 до 120 т, коэффициент полезного действия т( в переводе на изотермическое уплотнение составляет ~ 0,6 до 0,7.
[Американские установки достигают до 6000 Р. S. В Германид особенно применяются в Ерцгрубепе (Гарц). Расход материала и обслуживание очень незначительное].
См жури. Z. d. V, d. I., 1914, стр. 965.
2> Жури. Giiickauf 1924, № 45, стр. 1027.
8) Более подробно об устройстве и применения Z. d. V. d. I. 1910, стр. 1903.
IV ОТДЕЛ.
СВЕТ, ЛАМПЫ и ОСВЕЩЕНИЕ.
Под редакцией доцепта Института Народного Хозяйства
П. И. Мартынова.
1. Основные понятия, методы измерений и расчет освещения.
А. Основные фотометрические величины и единицы1)-Между важнейшими основными фотометрическими величинами и единицами существуют соотношения, приведенные в таблице 1.
Таблица 1. Основные фотометрические величины.
Величи	н ы	Един и	1 ы
Наименование,	Обозначение	Наименование	Обозначение
J. Количество света . .	Q	люмен-час	Lmh
2. Световой поток . . .	r=Q: Т	люмен	Lm
3. Сила света		ь-13 и	свеча международная (или Гефпера)	К (НК)
4. Освещенность ....	F	I Е~ — = COS 2 — о	г*	люкс	Lx
5. Яркость		в=	"— s • cos е	свеча па cm3	K/cirs
6. Удельное излучение света 		R=F:s	люмен на ст2	Lm/cma
Где обозначено: Т — время в часах; <» — телесный угол, как отношение части шаровой поверхности к квадрату радиуса последней; $ -— поверхность в m2; s — поверхность в ст2; г — длина (расстояние) в т; г — угол падения; е — угол излучения.
В Германии величины люмен и люкс приняты не международные, а Гефнер-люмен и Гсфвер-люкс.
i) Entwtirf der Komnnssion fur Elnheitcn und Bezeichnungen dcr D.B.G. (Deutsche Beleachtungstoch. Gesellschaft, Berlin), ETZ 1925, стр. 471,
72»
1140
IV. СВЯТ, ЛАМПЫ Я ОСВЕЩКНМ1.
Пояснения:
Количество света есть полученная пли отданная некоторым телом световая энергия, оцениваемая по действию на человеческий глаз.
Световой поток есть отвогоение количества света к промежутку времени, в течении которого происходило излучение ’)•
Сила света точечного источника света в некотором направлении есть отношенве светового потока к телесному углу, в котором заключен данный световой поток. Источники света конечных размеров могут быть приняты по своему действию за точечные источники только на достаточно большом расстоянии.
Величина освещенности плн освещенность некоторой поверхности есть отношение падающего на данную поверхность светового потока к величине этой поверхности.
Яркость поверхности в некотором направлении есть отношение силы света поверхности в этом направлении к нормальной проекции поверхности на плоскость перпендикулярную этому направлению.
Удельное излучение света некоторой поверхности есть отношение излучаемого поверхностью светового потока к величине всей поверхности излучения].
Единицы силы света п освещенности.
Основной единицей для всех фотометрических измерений служит сила света. Единица силы света (горизонтальная свеча) воспроизводится лампой Г е ф н е р а, в которой горит амил-ацетат при строго определенном размере фптиля и высоте пламени 40 mm * 2).
[Кроме свечи Гефнера в последнее время стала широко применяться „М еждувародная свеч а“, установленная соглашением трех государств: Англии, Франции и Соединенных Штатов Северной Америки.
Международная свеча воспроизведена специально приготовленными электрическими лампами накаливания, хранящимися в виде эталонов в метрологических лабораториях вышеуказанных государств.
1 международная свеча =1,11 НК.
Для удобства пересчета свечей Гефнера в международные и в car-cel (единица силы света, прежде часто применявшаяся но Франции) может служить таблица 2.
П римечание: Напечатанные в ней более контрастным шрифтом числовые соотношения приняты Международной Осветительной Комиссией 27 июня 1911 года.
В технической практике при фотометрических измерениях применяются, как промежуточные эталоны, электрические лампы накаливания, сверенные в различных учреждениях, как например, в Physikahlisclie-Teclmischen Rcichsanstalt в Германии, и других.
Примечание: В СССР в настоящее время принята международная свеча и законная проверка промежуточных эталонов силы света и светового потока производится в Главной Палате Мер и Весов в Ленинграде.
О В настоящее время основной величиной является световой поток, а все другие величины производные. См. I В 1, стр. 1141, III А а, стр. 1169, III 13 а, стр. 1171.
2) Подробности см.. Liebenthal Praktische Photometric, стр. 411 до 419, Брауншвейг 1907, Viewcg и
ОСНОВНЫЙ ПОНЯТИЯ, МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ Я РАСЧЕТ ОСВЕЩЕНИЯ. 1141
Таблица 2. Соотношения между различными единицами силы света.
Обоавачевве	Переводной коеффяцяен*		
	Свеча Гефнера	Международная свеча	С в г с .1
Свеча Гефнера		1	0,9099	0,093
Международная свеча . .	1Д1	1	0,1033
Carcel . .........	10,76	9,685	1
Единица освещенности называется просто „люкс", если ва единицу силы света принимается международная свеча, а расстояния измеряются в метрах. В Германии и других странах, где употребляется свеча Гефнера, единица освещенности называется Гефнер-люкс. В англо-саксонских странах расстояние измеряется в футах (1 фут =12 дюймов = 0,3048 метра), поэтому единица освещенности носит назваине: фут-свеча, Гефпер-фут, и т. д. Для пересчета единиц освещенности служит таблица 3.
Таблица 3. Соотношения между различными единицами освещенности.
Обоелачевяе	Переводный коэффициент				
	Гефнер-люкс	Tfc с-э-	(сШ/uri) 0В<Н£’	Фут-свеча (Lm/фут2)	Carcel-метр (Carcel Lm/nP)
Гефнер-люкс		1	0,0929	0,9009	0,0837	0,093
Гефиер-фут	  .	10,764	1	9,694	0,9009	1,001
Люкс . • . 		1,11	0,1031	1	0,0929	0,1033
фут-свеча	  .	11,95	1,11	10,764	1	1,111
Carcel-метр .		10,75	0,999	9,685	0,8997	1
В.	Оценка источников света1).
1.	Источники света путем фотометрпрованпя оцениваются в первую очередь по их световому потоку. Оценка источников света по световому потоку имеет преимущество по сравнению с оценкой их па силу света (среднюю горизонтальную, среднюю сферическую, среднюю полусферическую), как это делалось прежде и еще применяется и в настоящее время.
') Отчасти изяеиецлыД пооект нори комиссии Германского Осветительного Обще-jraa. ETZ. 1925. S. 47).
1142
IV. СВЕТ, ЛАМПЫ Н ОСВЕЩЕНИЕ.
(Средняя горизонтальная сила света Д определяется как среднее арифметическое из всех значений спл света в плоскости перпендикулярной к оси источника света и проходящей через его световой центр.
Средняя сферическая сила света Zq источника есть сила света некоторого равномерно излучающего по всем направлениям источника с равновеликим световым потоком. Она определяется соотношением
F = 4 л • 1q .
Нижняя полусферическая сила света (верхняя полусферическая Zq) есть сила света некоторого равномерно излучающего по всем направлениям в нижнюю (верхнюю) полусферу источника с равновеликим в ннжней (верхней) полусфере световым потоком. Она определяется соотношением:
= 10==(1о + ^):2 |.
2.	Источники света должны измеряться в условиях соответствующих нх эксплоатацни п должны быть указаны основные требования к ним, а также и вспомогательные устройства.
3.	Световое излучение источника света в зависимости от направления характепизуетсн кривой распределения света и кривой распределе-
ния светового потока.
Фиг. 1618 а п Ь.
н логарифмическом масштабе (со специальным указанием на это).
При лампах с сильно несимметричным излучением кривая распределения света должна даваться для нескольких меридианных плоскостей.
Кривая распределения светового потока в прямоугольных координатах дает в конусах с вертикальной осью и в зависимости от половины угла растворения величины световых потоков.
Для наглядного представления этих двух способов изображения на фиг. 1618 а и b приведены примеры изображения распределения силы света и светового потока обыкновенной лампы с вольфрамовой нитью].
4.	Световой отдачей лампы является отношение излучаемого светового потока в люменах в потребляемой энергии в ваттах нли кило-
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ П РАСЧЕТ ОСВЕЩЕНИЯ. 1143
„	,	Lm Lrah
грамм-калориях в час. Световая отдача обозначается в или •
В случае, если расход горючего лампы указывается в литрах или граммах на Lmh, то нужно указывать теплотворную способность данного горючего. Потеря энергии в добавочных приспособлениях должна также включаться в полное потребление энергии.
[До последнего времени было принято указывать вместо величины световой отдачи, удельное потребление энергии, которое относилось в более старых сортах ламп (вакуумные с металлической нитью) к с р е д-
W	,
иен горизонтальной силе света , а в более новых
z	'	= «	W
(газонаполненных) — к средней сферическо. силе света .
Световая отдача в Lm является 4 л — кратной величиной от обрат-W
ного значения удельного потребления, выраженного в . Для бы-„	нко
строго пересчета и определения световой отдачи и удельного потреоле-ния энергии служит номограмма фиг. 1619, в которой шкалы с ука-
	/Ж	/Ж
	-♦	02-	- $
0.3 -		
	-3	
	0.3 -	
«♦ -		- 3
о$-	-2	<?♦ -	
0.6 - 0.7 06 - Т:	 и	*: 06-0.7 - -7	06-	1$
	' 0$	06 -	
	-06	Z -	- 7.0
и	-oj	-09 -Об
	-Об	
г -	-0$	”	-07
	-0.9	2 -	-0$
з -		-O.i
	•Об	
	3 -	
♦ -		-07
	-03	♦ -	
ЫГ	ML	ELm/W	WHLm Lni/W\ltfLrn		
02-	-s	3 -			- 09
	-9		-03	3-	-03
03-	-3	9 - 5 -	-02	9 -	
09-		6		5 -	?02
0$- 06-	-2	7 - 8 -	 07$	0- 7 -	\.q/s
07-	-ts	9 -W-	-01	8 - O'-	
06-			-0.09	SO-	-Oi
09-			-006		- 0.0$
f -	-1 -0.9	15 .•	- 007		-Oca -007
	-06		- 006	15 :	-096
is-	07 -06	20-	-006	20-	’ 0o$
2 -	-OS	30-	- 009		-0.09
	-0*		О»	30-	-Oos
3 -	-03	90 - 50-	-00£	90-	

Фиг. 1618.
зателями К и Lm относятся к международной евече. Шкалы с указателями HKh u Kh относятся к лампам с соотношением ПКо = 0,8НКь, или Ko = 0,8Kh, т.-е. угольным лампам, лампам с металлическими прямыми нитями, вертикальным газовым горелкам и т. п.].
5.	Коэффициентом полезного действия арматуры (находящейся в исправном состоянии) называется отношение светового потока лампы с арматурой к световому потоку голой лампы. Для сравне-
1144
IV. СВЕТ, ТАМПЫ к освхщвяик.
нпя коэффициента полезного действия различных арматур необходимо также указывать род арматуры, кривую распределения света и яркость арматуры.
6.	Источники света характеризуются следующими данными: а) потреблением (и ваттах, литр/час, грамм/час),
Ь)	световым потоком и световой отдачей,
с)	рабочим напряжением; давлением, составом н теплотворной способностью горючего,
d)	продолжительностью службы и полезной продолжительностью службы для электрических ламп накаливания.
Полезной продолжительностью службы лампы является время, в течении которого световой поток ее уменьшился иа установленное число процентов (обычно 20%) от первоначальной величины светового потока.
С.	Фотометрические измерения.
Непосредствсное световое измерение какого либо источника света путем сравнения его с нормальным источником света—невозможно. Оценка источников света представляет некоторые затруднения вследствие различной окраски света и различной яркости. Поэтому все фотометрические измерения производятся косвенным путем, именно помощью сравнения освещенностей двух однородных поверхностей, освещаемых сравниваемым и нормальным источниками света.
В большинстве случаев при фотометрических измерениях установка приборов производится на равную яркость обеих поверхностей, при чем в наиболее благоприятных случаях можно достичь точности в 1 %. Вдвое большую точность удается получить при установке на равный коптраст. В этом случае оценивают две освещенные поверхности, которые одинаково сильно выделяются па окружающем их фоне, при чем освещенность последнего должна быть равномерной. В обоих случаях наиболее благоприятные условия измерения будут при возможно одинаковой окраске света, при резком разграничении соприкасающихся полей сравнения и при средних (порядка 30 Lx) освещенностях последних.
При различно окрашенных источниках света стараются при измерениях добиться возможно полного исчезновения пограничной литии между двумя полями сравнения, или уменьшают разницу в окраске свзта применением подходяще-окрашенных промежуточных источников света (каскадный или ступенчатый метод). Для уменьшения разницы в окрасках применяются также светофильтры.
[Специальным прибором для данных целей является мигающий фотометр, основанный яа том, что глазу преподносятся попеременно с большой частотой поверхности, освещенные сравниваемыми источниками света. Возникающие, вследствие этого, в глазу мигания исчезают только в случае равенства освещенностей. Число миганий влияет на измерение ’).
Установка для измерения силы света (фотометр) состоит обычно нз двух частей: из прибора для сравнений (собственно самый фотометр или так называемая фотометрическая головка) и из мер и-
’) Смотри подробности: Liebenthal Praktische Photometric, Брауншвейг, 1907; U ppenborn-Monasch. Lehrhueh Лег Phot-ometrie Мюнхев-Вер тип, 1912.
ОСНОВНЫЕ понятия, методы ИЗМЕРЕНИЙ И РАСЧЕТ ОСВЕЩЕНИЯ. 1145
тельного приспособления, лающего возможность количественно оцепить результат измерения.
Одним пз простейших приборов для сравнения сил света двух источников света является фотометр Бунзена, в первоначальной конструкции состоявший из масляного пятна на белом бумажном фоне. Весьма совершенным прибором является фотометр Л ю м м е р а и Бродхуна, основная часть которого состоит из двух стеклянных призм, снабженных соответствующими выемками и склеенных по гипо-тенузным поверхностям, так называемое „идеальное масляное пятно". Последний прибор употребляется ввиде обыкновенного п контрастного фотометра].
Простейшим и употребительнейшим измерительным приспособлением является фотометрическая скамьи, изменение освещенности па которой производится помощью изменения расстояния между источниками света и поверхностями сравнения. При равной освещен ностп поверхностей сравнения силы света сравниваемых источников света будут относиться как к в а д-ратырасстояний меж дунп мипповерхностям псравне-в пя (закон квадратов расстояний).
При нормальных пучках света (прожектора п т. п.) закон квадратов расстояний не применим. Для источников света с оптическими системами расстояния должны отсчитываться от действительного или мнимого изображения источника света.
Прн фотометрированпи сильных источников света, для уменьшения освещенностей поверхностей сравнения фотометра применяются: диафрагма „Прис", решеткп, пластинки дымчатого и молочного стекла, а также вращающийся сектор, который ослабляет освещенность в отношении площади центрального угла сектора ко всей площади круга.
При применении всех перечисленных способов ослабления освещенности на фотометре нужно знать поправочные коэффициенты.
{Сильно распространенным прибором является переносный фотометр Вебера, в котором фотометрическое равновесие достигается изменением расстояния между вспомогательным источником света и молочной пластинкой].
Для определения кривых распределения света, источники света измеряются в разных плоскостях и под различными углами. Источники света, симметричные относительно оси вращения, фотометрируются обычно па вращающемся приспособлении. Если хотят избежать выведения из вертикального положения самого источника света, то применяют вращающиеся зеркала, при чем следует принимать но внимание коэффициент страдания зеркал.
[Для определения средней сферической и средней полусферической силы света одним измерением употребляется шаровой фотометр Ульбрихта. Шаровой фотометр представляет собою шар, выкрашенный внутри диффузно отражающей белой краской. Освещенность любого элемента внутренней поверхности шара, благодаря многократному диффузному отражению света, пропорциональна световому потоку лампы. Освещенность внутренней поверхности измеряется на молочном стекле окна шара, которое защищено экраном от непосредственно падающих на него
1146
IV. СВЕТ, ЛАМПЫ И ОСВЕЩЕНИЕ.
лучей света лампы. Измерения обычно производятся прп помощи какого либо переносного фотометра, чаще всего фотометра Вебера].
Величины освещенностей наружных пространств, внутренних помещений определяются простыми переносными приборами (люксметр по Бехштейну; люксметр Osram!
Точные фотометрические измерения возможны только при тщательном уходе и наблюдении за всей измерительной установкой; в особенности требуют большого внимания применяемые эталоны. (См. специальную литературу).
D Вычисление силы света, светового потока и освещенности.
а)' Вычисление силы света (светового потока).
Средняя сферическая и средняя полусферическая силы света могут быть определены из кривой распределения света, если кривая, сообразно с определением на стр. 1142, дает среднюю силу света
под разными углами.
1. Графический метод Руссо. При определении средней сферической п средней полусферической сил света (светового потока общего верхнего нли нижнего) ио методу Руссо, кривая распределения света, данная
Фиг. 1620.
Тогда имеем:
в полярных координатах, преобразуется в прямоугольные координаты. Площадь, ограниченная новой кривой, прямо пропорциональна световому потоку.
[Самое преобразование производится следующим образом: из центра полярной кривой проводится круг с произвольным диаметром 2г п делится радиусами на определенное число углов; нз точек пересечения радиусов с окружностью проводятся линии перпендикулярно к некоторой прямой, параллельной вертикальной оси (фиг. 1620).- Из точек пересечения перпендикуляров с прямой откладываются на последних соответствующие значения Ja и этим самым 1а дается как функция cosinus’a а
в прямоугольных координатах.
ТС
р	1 f*	J
А) = ~— = — / I • г - sin а • da = —— (площадь лбе),
i	X1 я J У,
О
где /‘—коэффициент, соответствующий выбранному масштабу.
f
Соответственно ——  (площадь edc) и
• (площадь abde).
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ И РАСЧЕТ ОСВЕЩЕНИЯ. 1147
Точность этого метода зависит от точности чертежа и планиметрирования площади. (Определение площадей смотри том I, стр. 171, отдел математики)].
2. Метод вспомогательных линий. Вместо того, чтобы определять среднее значение силы света из всех ординат кривой Руссо, можно получить это значение как среднее из некоторого числа ординат, соответствующих значениям 1а той же кривой, лежащих на равном расстоянии друг от друга. Для этого достаточно только кривой в полярных координатах. В продаже имеется специальная бумага для нанесения кривой распределения света с 20 вспомогательными радиусами (Schmidt & Ilaensch, Berlin).
3- Расчетный метод. Для вычислении, не требующих точности большей 5“/0, достаточно измерить силу света под углами 30е, 60°, 80е, 100°, 120° и 150° н вставить полученные результаты в приближенную формулу ').
^О ~	2 Л;о 4о + -^100 + 2-Tj20-j-I150): 8
4? — (4о 4" 2 4о 4" 4о): 4-
Ь) Вычисление освещенностей.
Для практических целей особо важное значение имеют горизонталь-Велнчина освещенности на нормальная частью значение, как исходная
пая Еи и вертикальная Ev освещенности, поверхности перпендикулярной лучу, так называемая освещенность 2.дг имеет большей величина прп вычислениях.
1. Освещение от отдельного источника света. См. фиг. 1621, где,
Та —сила света источника L под углом Ct, h — OL — расстояние источника света от горизонтальной поверхности Н(высота подвеса) в метрах, а = ОР— расстояние точки пересечения луча с горизонтальной поверхностью Н до точки О пересечения перпендикуляра, опущенного из L на поверхность II в метрах, г = LP — расстояние источника света от упомянутой точки Р в метрах, д — угол между любой вертикальной поверхностью у, поверхностью!7, перпендикулярной лучу ОР
Ц В I о с h, Grundzdge dtr Belcuehtiingstechnik. стр. 21, Берлин 1907.
1148
IV. СВЕТ, ЛАМПЫ И ОСВЕЩЕИИВ.
Тогда имеем:
_ Ia - cos а _ Ia - h _ Ia . h _ Ita- COS3 а Н r2	r8 (a2 -|- Z?) S/« ~ И
Г • sin2 a  cos a a3
Ia • sin a • cos 0 Ia • a  cos 0 _ Za • a  cos 0 
Ia • sin3 a • cos 0 Ia • sin a  cos2 a • cos 0
=	«2	=	Л2	•
Ey max = siD a (4 : 72) И T. Д. (0=0; COS ₽ = 1).
— l/” EH	Umax —
[Сообразно с желаемой точностью вычислений рекомендуется брать углы через каждые 5° или 10°.
Для облегчения вычислений служит таблица 4.
Таблица 4. Значения sina, cosa, cos3 a, cos’ a n sina • coS3a.
a	sin a	cos a	COS9 «	cos3 a	sina • cos8a	a	sin a	cos a	cos8 a	coss a	sina* -cos3®
0°	о,ооо	1,00	1,00	1,00	0,000	50°	0,77	0,64	0,41	0,27	0,32
«5°	0,087	0,996	0,99	0,99	0,087	55°	0,82	0,57	0,33	0,19	0,27
30е	0,17	0,98	0,97	0,96	0,17	60°	0,87	<,50	0,25	0,13 0,076	0,22
15°	0,26	0,97	0,93	0,90	0,24	65°	0,91	0,42	0,18 0,12		0.16
20°	0,34	0,94	0,88	0,83	0,30	70°	0,94	0,34		0,040	0,11
г-с	0,42	0,91	0,82	0,74	0,35	75°	0,97	0,26	0,067	0,017	0,065
30°	0,50	0,87	0,75	0,65	0,38	80°	0,98	0,17	0,030	0,0052	0,030
35°	0,57	0,82	0,67	0,55	0,38	85°	0,9 »6	0,087	0,0076 0,00066		0,0076
40° 45е	0,64 0,71	0,77 0,71	0,59 0,50	0,45 0,35	0,38 0,35	90°	1,00	0,000	0,000	0,000	0,000
Графический метод для определения горизонтальной освещенности из полярной кривой дан МагесЬа1’ем и Blondel'en1).
2. Вычисление освещенности от нескольких отдельных источников света. Если имеется ряд источников света Llt L2, Ls, . . LK, которые создают в некоторой точке освещенности Et, Е3......то
результирующая горизонтальная освещенность будет равна
п
Е — Е1 + Е2 4- Е3. . Еп — Еп
1
’) Uppenborn-Monasch, Lehrbuch der Photometric, стр. 126
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ И РАСЧЕТ ОСВЕЩЕНИЯ. 1140
В противоположность общей горизонтальном освещенности, всегда равной сумме отдельных горизонтальных освещенностей, общая верти-
кальная освещенность равняется сумме отдельных вертикальных освещенностей лишь тогда,
когда источники света находятся с одной стороны освещаемой поверхности.
3- Средняя освещенность поверхности: Чтобы определить среднюю освещенно-
сть Ет некоторой не-
равномерно освещенной поверхности /S', делят последнюю на некоторое большое число п равных между собой мелких поверхностей s (прямоугольники) фиг. 1622 и освещенность определяется или вычисляется в средних точках каждого прямоугольника. Если осветительная установка, как вто часто бывает на практике, симметрична, то, естественно, вычисления ли измерения могут быть упрощены.
Средняя освещенность равна:
Е^ —
Вместо вычисления освещенности точным методом по полярной кривой, вычисления могут производиться на основании светового потока, так как по 1А величина освещенности некоторой поверхности равна отношению светового потока, падающего на эту поверхность, к величине последней. Следовательно, если Е„ Е% .... Еп являются световыми иотоками, падающими на п малых поверхностей s, то:
Таким образом, если известны площадь и световой поток на нес падающий, то средняя освещенность ими вполне определяется.
Это соотношение действительно для всех источников света, независимо от направления падающего светового потока и от формы источников света. Оно может также применяться в случаях освещения при помощи больших диффузно-светящихся поверхностен, как это часто встречается при отраженном освещении, если при этом известны освещаемая поверхность и падающий на нее световой поток. Во внутренних помещениях с небольшими размерами, освещенность усиливается отражением от потолка и стен. Вызванное этим увеличение освещенности, по прйблизи-телъиой опенке, может составлять при довольно светлых потолках и сте
1150
IV. СВЕТ, ЛАННЫ И ОСВЕЩЕНИЕ.
нах от 1О°/о до 20°/с, при очень светлых отражающих поверхностях от 20% до 50%.
4. Кривые освещенности и равномерность освещения. Для характеристики какой-либо осветительной установки служат кривые осве-
Линии, соединяющие точки
щенности (фиг. 1623), по которым горизонтальная освещенность какой-нибудь точки определяется ординатой, а расстояние этой точки от основания источника света определяется абсциссой. По этим кривым можно одновременно судить о равномерности освещения‘), т.-е. об отношении минимальной освещенности к максимальной, при чем для оценки неравномерности также важно знать и расстояние между точками максимальной и минимальной осве
щенности.
равной освещенности на некоторой
поверхности называются изолюксами.
II. Источники света.
Источники света с физической точки зрения можно разделить на источники с температурным излучением и на источники с люмннеспи-рующнм излучением.
При температурном излучении вещество источника света накаливается до высокой температуры н испускает видимые излучения. При люминеецпрующеы излучении большею частью не наблюдается повышения температуры вещества источника света; излучение возбуждается помощью других физических процессов и оно не зависит от температуры.
{Представителями первых источников света являются: свечи, керосиновые лампы, лампы накаливания и дуговые фонари с чистыми углями; ко второму типу излучателей относятся ртутные лампы и лампы основанные на свечении в разряженных газах; оба рода процессов протекают параллельно в пламенных дугах].
А. Общие сведения об освещении приборами, основанными на непосредственном сжигании горючего.
Различают получение света помощью светящегося и л а -м е и и, в котором светящимся телом является углерод, выделенный из горючего (пламя свечи, керосиновые, бензиновые и репейного масла лампы, плоские и аргандовые газовые горелки), и получение света прн помощи накаливаемых тел (газокалильный свет) в которых излучателем является несгораемый остов, состоящий из окисей церня и тория, накачиваемый бесцветным бунзеновским пламенем.
*) См. также Ш А а, ста». 1169
ИСТОЧНИКИ СВЕТА.
1151
Распределение света1) в пространстве зависит от формы источника света, его положения в пространстве и распределения в нем температуры.
[Кривые распределения света мало зависят от применяемого горючего, а главным образом от формы и расположения тел накаливания, а также от затеняющих частей горелкп или лампы. Обыкновенная газовая горелка излучает пренмуществено вверх и потому большей частью употребляется с рефлектором или светораесенвающим колпаком. Так как под горелкой всегда находятся части, дающие тень, то освещенность под горелкой и вблизи ее незначительна; поэтому нысота подвеса невелика. Инвертные же горелкп излучают вниз больше, чем вверх и потому подвешиваются выше. Прозрачные колпаки и светорассенвающне стекла имеют незначительное влияние. Для достижения равной освещенности, в случае употребления обыкновенных горелок, нужно применять горелки в 1,5 или 2,5 раза большей силы света, чем в случае применения инвертных горелок. Распределение света употребительных горелок, без рефлекторов и рассеивающих колпаков, приведено на фнт. 1624. Указанные ниже числовые значения отнесены к горизонтальной силе света, принятой = 100 (табл. 5).
Таблица 5. Средняя сила света.	w-
	Обыкновенная горелка	Инвертные горелки		
	Кривая 1	Кривая 2	Кривая 3	Кривая 4
Сферическая . . , .	74	86		
Верхняя полусферич.	80	64	—	—
Нижняя полусферич.	68	108	102	94
Фиг. 1624.
Сила света хороших калильных сеток из рами или искусственного шелка в горелках низкого давления увеличивается в течении первых 100 часов горения приблизительно ва 5%; после 600 — 800 часов опа достигает 8О”/о от первоначальной. При высоком давлении применяются только калильные колпачки из искусственного шелка; сила света их увеличивается лишь в течении первых 10 часов горения и падает уже после 100 часов; 8Ои/о первоначальной величины получается после 300 часов горения].
В. Свечи.
Составные части: стеарин, параффин или смесь обоих (комнозициоп ные свечи), часто применяется воск, спермацет илн сало: фитиль сплетен из хлопка и пропитан бурой илн борной кислотой. Р а с х о д гор и>-чего материала: от 6 до 9 g'h, сила света 0,8 до 1,5 НКь — — 0,6 до 1,2 НК0.
’) Распределение света у обыкновенных вертикальных газовых горелок см. Laman sky (J our и. f. Gas и Wasservers. 1888, cip. 629), у инвертных газовых горелок Diehl (там же 1890, стр. 382), у керосиновых ламп Monasch (там жо J.S08, стр. 61).
1152
IV. СВЕГ, ЛАМПЫ И ОСВЕЩЕНИЕ.
Таблица 6. Удельное потребление на свечу.
Горючее	Теплотворная способность		На 1 HKh /I’			Н* 1 HK^h		
	Высшая	Низшая	g	kg« cal	ватт	g	kg« cal	ватт
Стеарин . . . , Параффпн .  . . Композиция . . ,	9600 11000 10300	8900 9.00 9300	6-9 6 7	53—80 58 65	62 S3 67 76	8—12 8 9,3	71—107 78 86	81125 91 100
С. Лампы для жидкого горючего
а)	Керосиновые лампы.
Горючее: высшая теплотворная способность 1 kg керосина 11 000 kg-cal, низшая 10 300 kg-cal; удельный вес 0,79 до 0,83 kg/dm3; температура кипения 150—270°.
[Лампы с светя димся пламенем для малых сил света с плоским или круглым фитилем. Их величину измеряют линиями . В продаже чаще всего встречаются горелки от 6"' до 30Самыераспространенные для кухонных ламп 8”' горелки, а для настольных ламп 14"'. Первые потребляют керосина 25g/h при 8 ПКЬ , последние 40 g/h при 14IIKh . При употреблении русского или румынского керосина следует применять ламповые стекла меньшего диаметра, во избежание копоти.
Лампы с калильным колпачком. Керосин в этих лампах сначала превращается в пар, который смешивается с воздухом в отношении 1:25 до 1 : 30 и сжигается бесцветным пламенем.
По способу питания различают: фитильные лампы (Kronos, Eugeos), как настольные для обыкновенных горелок с выходящим из фитиля пламенем Требуется предварительное нагревание слабым пламенем фитиля в продолжении 1 минуты. Этн лампы имеют наклонность к образованию копоти. Потребление горючего 40 g h при 70 UKh .
Бесфитпльные лампы (Petromax, Keros, Hirschhorn) употребляемые как обыкновенные, так и инвертные, для всех целей. Горючее подводится по тонким трубочкам из вышележащего резервуара самотеком (большие размеры лампы) или помощью давления воздуха или углекислого газа. Давление в резервуаре до 2-х атмосфер. Испарение керосина происходит в особом испарителе, который подогревается спиртовым пламенем перед зажиганием, а во время горения лампы подогревание происходит от пламени самой лампы. Эти лампы потребляют керосина от 150 до 1000 g h и дают ат 300 до 2000 IIKh . Перебои в работе бывают
Ч О ЖИДКИХ горючих СИ. 5ОМ I, стр. 1Ш7 и сл.
ИСТОЧНИКИ СВЕТА.
1153
благодаря засорению просветов; лампы большой мощности во время работы дымят и потому пригодны лишь для наружного и промышленного внутреннего освещения].
Ь)	Спиртовые лампы.
Горючее: спирт для горения (денатурированный) 96°; высшая теплотворная способность 6900, низшая — 6200 kcal/kg, плотность — 0,81 kg dm3, точка кипения 78°.
Употребляется в обыкновенных и инвертных горелках с фитилем или без фитиля, ио всегда с калнльным колпачком.
Обыкновенные фитильные лампы потребляют спирта от 60 до 160 g'h н дают от 20—50 НКн. Фнтнльные инвертные лампы потребляют 40 g/h и дают 40 ПК,. Бесфитпльные лампы с обыкновенной горелкой потребляют от 200 до 400 g/h и дают 300—500 HKh; лампы с инвертными горелками потребляют от 150 до 200 g/h. Спиртовые лампы не коптят.
С) Бензольные лампы.
Горючее: очищенный 90-градусный продажный бевзол; наивысшая теплотворная способность—10 000 kcal'kg, низшая-—9600 kcal/kg; плотность-—0,88 kg/dm3, точка кипения между 80—100°. Так как бензол замерзает уже при 3° С, го его можно употреблять только летом; существует зимний бензол, представляющий смесь бензола и толуола.
[Бензольные лампы употребляются только как калильные лампы без фитиля н только с обыкновенными горелками. Переносные настольные лампы могут снабжаться бензолом из сосуда с пористым, пропитанным бензолом веществом. Потребление бензола 45 g/h; сила света 56 HKh. Лампы на большую силу света строятся п с инвертными горелками, у которых бензол вводится через тонкие металлические трубки под давлением в 2 атмосферы. Перебои в работе значительно реже, чем при керосине, так как горючее немного однороднее п чище].
<1) Бензиновые лампы.
Горючее: так называемый светильный бензин; наивысшая теплотворная способность 11 200, наименьшая—10 500 kcal/kg, плотность — 0,7 kg/dm-, точка кипения от 60 до 100°.
|В лампах со светящимся пламенем горючее подводптся или при помощи фитиля, или самотеком. Сила света фитильных ламп от 1 до 1,5 НК. Лампы с подачей бензина самотеком снабжены разрезной горелкой; сила света до 20 НК; употребляются для временных работ наружи.
Лампы с калильным колпачком применяются только без фитилей. Все данные то же, что и для керосиновых бесфитильиых ламп].
Кютт« т. п	73	/
1154
IV. СВЕТ, ЛАМПЫ Я ОСВЕЩЕНИЯ.
Таблица 7. Удельное потребление ламп с жидким горючим.
Керосин ............
Светящееся пламя . * .
Кероспвокалильпая с фитилем..............
Керосинокалильиая без фитиля..............
Инвертная без фитиля .
Сиирт...............
Сгшртокалильпая с фитилем ..........  .	.
Инвертная с фитилем .
Спиртокалнльпая без фитиля..............
Теплотворная способность		На 1 HKjj/h			Ha 1 HKa/h		
высшая	низшая	g	Real	W	e	kcal	W
11000	10 300						
		3	31	36	3,4	35	41
		0,7	7,3	8,4	0,9	9,3	10,8
		0,5	5,1	5,9	0,6	6,2	7,2
		0,4	4,1	4,8	0,5	5,1	5,9
6 900	6 200						
		“9	12,4	14,4	3	18,6	21,6
		1	6,2	7,2	1,5	9,3	10,8
		0,7	4,3	5	1	6,2	7,2
I). Лампы для газообразных горючих!).
а) Лампы для светильное.) газа.
Светильный газ, доставляемый общественными газовыми заводами, представляет собой или чистый каменноугольный газ, или смесь последнего с водяным газом. В некоторых случаях имеются примеси генераторного или дымового газов. Теплотворная способность немецких светильных газов колеблется между 4000— 5000 kcal/m3 (0е и 760 шш ртутного столба). По нормам Гермавского союза наивысшая теплотворная способность должна быть 4200, а напменыпая — 3800 kcal с колебаниями вниз и вверх на 100 kcal. Все нижеприведенные данные относятся к так называемому „нормальному газу11 * 2). Плотность светильного газа зависит от примешиваемых к каменноугольному газу других газов. Если таковой примесью служит водяной газ, тогда плотность составляет (при воздухе = 1) 0,46—0,48; при генераторном или дымовом газах 0,54—0,58. Давление газа в газопроводах составляет обычно от 30 до 50 mm водяного столба. При повышении уровня на 1 m давление повышается вследствие подъема от 0,7 до 0,8 mm водяного столба.
{Светящееся пламя получается при употреблении разрезных горелок или горелок с круглыми отверстиями. Разрезная горелка потребляет в час от 150 до 200 1 газа. Современный газ при 4200 kcal/m3 не дает без примеси достаточно светящегося пламени. Его перед тем следует обогатить бензолом (90-градусный продажный бензол). На каждый т3 нужно считать от 50 до 70 g бензола. Сила света приблизительно
*) О газообразном горючем см. том I, стр. 573.
2) Journal f. Gas. u. Wasservers. 1921. S. 424,
ИСТОЧНИКИ СПЕТА.
1155
15 HKh. Такие горелки употребляются в тех помещениях, в которых продолжительность службы калильных колпачков, благодаря пыльному и влажному воздуху плп благодаря сильным сотрясениям, не велика (кузницы, пекарнн, литейные и т. д.).
Газокалильные лампы низкого давления1). Для постоянной правильной эксплоатацпп этих ламп нужно иметь для газа постоянными: теплотворную способность, плотность и давление, т.-е. они нс должны колебаться. Инвертные горелки более чувствительны к этим колебаниям, чем обыкновенные. Величина калильного колпачка зависит от теплотворной способности газа; чем ниже теплотворная способность газа, тем меньших размеров берется колпачок.
Таблица 8. Распространенные на рынке газоиалильные горелки.
Наименование	Потребление газа	Длина светящегося тела	Сила света	
	1/h	mm	нк„	НКО
Обыкновенные г о p e л к п:				
Карлик (Pintsch, Rollo)		30	30	14	10
Экономическая (Gobo, OIso)		60—120	50—65	35-70	25-50
ТГ-горелка (Juwel) 			70	60	40	30
С-горелка (Auerbrenner)		130	70	75	ээ
(	30	20	20	15
1	со	25	40	35
Инвертные горелки	<	110	35	7Б	65
	220	45	150	130
	330	55	220	190
Длиной калильного колпачка в обыкновенных горелках считается высота колпачка от головкн до поддерживающих его штифтов, по фактическая длина колпачка, по крайней мере, па 10 mm больше; у инвертных городок фактическая длина считается от места прикрепления до конца колпачка. Калильным телом для обыкновенных и инвертных горелок служит обожженный н покрытый коллопдом колпачок, сделанный в виде сетки нз рамп. Для С-горелок и для ппвертиых горелок также применяются мягкие колпачкп из искусственного шелка, обжигаемые уже на месте использования].
Для достижения большей силы света соединяют в одну лампу прп применении обыкновенных горелок — две, прп инвертных горелках — от двух до двадцати отдельных горелок, устанавливая нх независимо одну от другой (вечернее и ночное освещение).
Для зажигания на р а с е то яи и и употребляются пневматически действующие запалы с пламенем, электрические искровые зйпалы, или электрически накаливающиеся запалы. Уличные фонарп зажигают или при помощи пламени запала, илн от руки. Прн зажигании на рас-
!) Ahrens, Ilangendes Gasglilhlicht, Milnchcn 1907; Bertelsmann, I.ruchtgasin-rintb-m II, Stuttgart. 1911, s. 63-
1156
ГТ. СВЕТ, ЛАМПЫ В ОСВЕЩЕНИЙ.
стоянпи применяют только пламя запала и регулируют величину пламени: помощью часового механизма (зажигательные часы), сжатым воздухом (очень редко), чаще же всего изменением давления в сети. Пламя запала потребляет от 10 до 15 литров газа в час ’).
Газовые фонари высокого давления 2) употребляются только с инвертными горелками; давление газа от 1200 до 2000 mm водяного столба. При сжатом воздухе газ подается под обычным давлением, а часть воздуха — под давлением в 2000 mm водяпого столба по особым трубопроводам. При так называемом Selaslicht смешивают газ н воздух в отношении 1:1 п 1 :2 и сжимают до 800—2000 mm водяного столба.
[Для сжатия газа или воздуха употребляются центробежные вентиляторы Millenium-, Pharos-, Pintsch-Selas-Ih’essgasapparate и т. д. Для мелких установок употребляются также и водяные двигатели. Мощность и прочее при разности давлений в 1000 mm водяного столба для центробежных вентиляторов дается в таблице 9.
Таблица 9.
’Засовал производительность всасывания в ms ...	5	10	20	40	65	100
Потребная мощность мотора в kW			0,2	0,3	0,5	1,0	1,4	1,8
Число оборотов в минуту		750	570	550	550	520	480
Калильные колпачки делаются из искусственного шелка и обжигаются на месте употребления. Сила света при употреблении нескольких горелок достигает 5000 НК. Уличные лампы зажигаются лишь помощью пламени запала. Запорный механизм обслуживается самим рабочим давлением. Расход газа на пламя запала от 10 до 15 1 в час.
Ъ) Лампы для масляного газа.
Таблица 10. Употребительные газовые горелки высокого давления.
Потребление газа, перссчп аппое на давление в 40 mm 1/h	Длина калильного колпачка	Сила света		Эти лампы употребляются только для освещения железнодорожных вагонов и морских сигнальных знаков. Масляный газ по-
		ПК),	ПК ,	
				л у чается при разложении
75	30	100	60	минеральных масел при
170 340 800	50 60-65 70-75	260 570 1500	210 460 120'J	температуре 800°; наивысшая его теплотворная способность на 1 т3 (0°,
760 mm ртутного столба) 10 000—Г? 01)0 kcal, а нанпизшан — от 9000 до 11000 kg-cal; уд. вес е’о (при воздухе = 1) от 0,6 дэ 0,9. Он сжимается до 10 —15 at, во в трубопроводах давление падает до
в) Dobert, Meyer, GOhrum, Jour- f. Gasbel. n. wasserver. 1908, c. 1209; 1909, c. 341; 191Ц c. 490.
*) A kr 6 a e, Hilngrndea GasgldhlicM* Miinchen 1907; Bertelsmann, Leuohtgaf*-tjidttstHe П, Stuttgart, 1911. стр. 172.
ИСТОЧНИКИ СВЕТА.
1157
150—300 min водяного столба. Горелки со светящимся пламенем (разрезные горелки) потребляют от 35 до 150 1/h и дают 14—70 IIKh. Потребление инвертных горелок составляет приблизительно 40 1/h при силе света 80 IIKh .
Особо теплотворные сорта масляного газа, служащие тем же осветительным целям, получаются при частичном сжижении масляного, генераторного или коксового газов. В продажу они поступают в виде сжиженного газа, синего газа илн газового масла в стальных баллонах под давлением в 100 атмосфер.
с) Ацетиленовые лампы.
Они употребляются для экипажей, морских сигналов, для вспомогательного или временного освещения. Ацетилен илп получается на месте потребления помощью разложения карбида кальция водой, пли берется в готовом виде из стальных баллонов; последние содержат его растворенным в ацетоне под давлением 12 at (Dissougas, Autogas, ср. том I, стр. 987).
С медью ацетилен дает сильно взрывчатую смесь.
Светящееся пламя получается при помощи разрезных и с отверстиями горелок. Обыкновенные горелки имеют следующие данные: 10 литров газа в час дают 10 НК]); 30 1, h дают 32—42 ЙК],; 50 1/h дают 75 НК], • 1 НК], = 0,7 НК0. Горелки для автомобилей нормально потребляют 20 I, h и дают 30 ПК]), при 25 1/h — 35 НК],.
Газокалильныз горелни изготовляются обычные н инвертные на силу света от 70 до 100 НК],, потребление их от 15 до 20 1/h газа; сила света у обыкновенных горелок от 70 до 90 НКр , у инвертных при потреблении 15 1/h — 75 НК]).
Особую разновидность представляют горелки D а 1 ё п I i с h 1; они особенно пригодны для запасного п вспомогательного освещения, а также -и для отдельно стоящих домов и фабрик. Эти горелки питаются смесью ацетилена с воздухом, не могут „проскочить" н не дают копоти. Световая отдача их та же, что была выше указана.
В железнодорожном освещении премеияют следующие горелки:
Расход ацетилена . .	.	3	6	8 10	15 1/h
Спла света.................... 15	30 45 65 100 НК.
d) Лампы для воздушного газа.
Лампы эти употребляются только для калпльпого освещения, для обыкновенных и инвертных горелок. Их конструкция и уход за ними те же, что и для ламп светильного газа. Воздушный газ получается путем карбюрации воздуха и легкого бензина, плотностью 0,66 0.68 kg,dms (Solin, Benoidhexan н пр.), имеет наивысшую теплотворную способность 3300 и наименьшую 3100 kcal/m4; он тяжелее воздуха. Кубический метр газа содержит 300 g бензина. Обыкновенные горелки изготовляются для спл света от 30 до 500 НК и потребляют на 1 свечу Г е ф п е р а от 1,7 до 2,1 лптра газа в час. Инвертные горелки изготовляются размером от 50 до 120 НК п потребляют на свечу Гефнера 1,3 1/h газа.
1158
ПГ. СВЕТ, ЛАМПЫ И ОСВЕЩЕНИЕ.
Таблица 11. Удельное потребление ламп с газообразным горючим.
Род газа	Теплотворная способность		Па 1 HIihlh			Па 1 HKJh		
	высшая	низ- шая	1	kcal	W	1	kcal	W
Светильный газ Обыкновенная	4 200	3 800						
горелка . . . Инвертная го-			1,7-2,1	6,5—8	7,6-9,3	2,4-3	9,1-11,4	10,6-13,3
релка .... Инвертная горелка высок.			1,5	5,7	6,6	2	7,6	8,8
давл. .... Масляный газ Светящееся пла-	11000	10 00)	0,5-0,7	1,9—2,7	2,2 -3,1	0,7—0,9	2,7—3,4	3,1 4
мя	 Инвертная калильная го-			2,1-2,5	21—25	25,4 29	3—3,6	30—36	35-42
релка .... Ацетилен Светящееся пла-*	14 000	13 500	0,5	5	5,8	0,6	6	7
мя	 Обыкновенная калильная го-			0,6—1	8,1-13,5	9,4—15,7	0,9-1,4	12—19	14-22
редка .... Инвертная калильная го-			0,22	3	3,5	0,28	3,8	4,4
релка .... Dalenlicht нп-вертпая калильная го-			0,2	2.7	зд	0,25	3,4	4
редка . . Воздушный газ Обыкновенная	3 300	3 100	0,15-0,2	2,2—2,7	2,6-3,1	0,2—0,25	2,6-3,4	3-4
горелка . . . Инвертная го-			1,7—2,1	5,3-6,5	6,2—7,6	2,3—2,8	7,1 -8,7	8,3—10,1
релка ....			1,3	4	4,7	1,7	5,3	6,2
Е. Электрические лампы.
Основным преимуществом электрических ламп является удобное включение и выключение их. Лампы, применяемые для внутреннего освещения, не поглощают кислорода из окружающего воздуха, не выделяют загрязняющих воздух п окраску помещений продуктов сгорания и развивают незначительное количество тепла (стр. 1170, табл. 15). Электрические лампы можно разделить на две группы по способу, которым они преобразуют электрическую энергию в световую, а именно: на лампы с рас
ИСТОЧНИКИ СВИТА.
1150
каленным твердым телом (джаулево тепло) и на лампы, в которых преобразование энергии происходит и форме газового разряда.
а)	Электрические лампы накаливания.
Во всех электрических лампах накаливания некоторое твердое тело накаливается джаулевым теплом. Применением целесообразных средств (эвакуирование воздуха в угольных и металлических лампах, доступ воздуха и лампе Периста, наполнение инертным газом газонаполненных ламп) предусмотрено, чтобы тело накаливания не подвергалось изменению. Все лампы накаливания могут работать как на переменном, так и иг постоянном токе и изготовляются обыкновенно для параллельного включения. Для последовательного включения можно употреблять лампы только на одинаковую силу тока.
[Для присоединения к сети лампы накаливания снабжены цоколями, из которых наиболее распространены цоколя „Эдисон" и „Голиаф" с винтовой нарезкой, и цоколь „Сван" без винтовой нарезки. При употреблении цоколя Элисона для предупреждения отвинчивания лампы при-сотрясеииях применяют цоколя с рифленой нарезкой. Цоколь Свана дает возможность особенно быстро менять лампы. В Германии и СССР употребляются главным образом цоколя Эдисона.
1.	Угольные лампы, представляющие собой стеклянный баллон с высоким вакуумом и с заключенными в нем одной или несколькими угольными нитями, в настоящее время, благодаря их большому удельному потреблению (от 3-х до 4 W/HKh), изготовляются в небольших количествах. Окраска света вследствие их относительно низкой температуры (около 1850° С при удельном расходе 3,5 W/HKh) красноватая. Полезный срок службы угольных ламп колеблется от 400 до 800 часов].
2.	Вакуумные лампы с вольфрамовой нитью. В лампах с вольфрамовой нптью накаливается вольфрамовая проволока соответствующих размеров, зигзагобразно натянутая между двумя венчиками из крючков. Пить защищена от сгорания тем, что из колбы эвакуирован воздух.
[Нормальный лампы изготовляются для наиболее употребительных на--пряжений до 260 вольт, на силу света в 5, 10, 16, 25, 32 и 50 НК и имеют, в зависимости от силы света и напряжения, для которого оии построены, удельный расход от 1,3 W/НК для ламп с тонкими нитями, до 0,9 ватт/НК для ламп с толстыми нитями1). Только что сказанное относится также и к специальным сортам ламп, находящимся в продаже, как-то: ламп в виде свечей, соффитных, иллюминационных, автомобильных, для карманных и рудничных фонарей и т. п.
Кривая распределения света представлена на рис. 1618а; она типична для всех ламп, которые являются практическим выполнением идеального светящегося цилиндра [TQ=/h • (it: 4)	0,79 Гь].
При матировании ламп происходит изменение кривой распределения света, которое зависит от рода матирования и от формы баллона. При полной матировке теряется 5—6%, прп половинной 2—3°/0 светового потока от нематированиой лампы.
’) В настоящее время в СССР пустотные лампы изготовляются не на силу света, а на мощность (15, 25, 30, 50 ватт).
1160
IV. СВЕТ, ЛАМПЫ И ОСВКЩЕНИЬ.
Влияние изменения напряжения на металлические лампы. Сопротивление металлической лампы увеличивается с повышением напряжения (с температурой), так что колебанпя напряжения компенсируются отчасти положительным температурным коэффициентом омьчзского сопротивления. Прп повышении наьр 1женпя на 1%, ток возрастает па 0.5%, а сила света— на 3,6%. По этим данным можно вычислить приблизительное изменение силы света, силы тока н удельного потребления лампы при изменении напряжения. Продолжительность горения ламп зависит от напряжения, при котором они горят, т. к. температура нити возростает с возроста-нием напряжения, а продолжительность горения уменьшается. Для приближенных подсчетов может служить следующая формула:
£1:£2 = [(W/HK)1 :(W/HK)211'
где Z.t и L2 — продолжительности горенпя лампы при удельных потреблениях (W/НК)] н (W/HK)2, а Ъ -показатель степени, который для вольфрамовых ламп с большим приближением можно принять равным 7. Продолжите 1ьность горении находящихся в продал» ламп около 1000 часов; то же самое относится к полезной продолжительности.
Прп включении ламп возникающий в первый момент ток значительно превосходит по величине нормальный ток, т. к. сопротивление лампы в холодном состоянии равно приблизительно */12 сопротивления ее в горячем состоянии. В установках с большим числом мощных ламп с толстыми нитями нужно ставить соответствующие предохранители, т. к. явление включения протекает дольше, чем в лампах с тонкими иптями. В зависимости от толщины нити явление включения продолжается от 0,1 до 0,5 секунды.
Колебание света при низких частотах переменного тока зависит от толщины инти. Т. к. тонкие инти, благодари нх незначительной теплоемкости, остывают быстрее, чем толстые, то периодическое изменение света наблюдается резче. При заданном числе периодов можно всегда указать минимальную толщину нити, прп которой периодическое изменение яркости не вызывает неприятного ощущения в глазу. Окраска света значительно белее, чем у угольных ламп; при 1,1 W/HKh температура около 2100° С и прп 0,£ W/HKh температура около 2200е С].
Металлическая вакуумная лам на с вольфрамовым свитым в спираль светящимся телом отличается от металлической лампы с петлеобразной нитью тем, что нить этой лампы свита в спираль и более сконцентрирована. Этому соответствует и другая кривая распределения света (пунктирная кривая фиг. 1625); кроме того, благодаря компактности нити, размеры баллона могут быть уменьшены.
[Лампы такого сорта изготовляются в 15, 25 и 40 ватт, частью со световой отдачей практически равной отдаче вакуумных ламп (Osram-N-Lampe), частью специальной консгрукцпп с меньшей световой отдачей, мало чувствительные к сотрясению, применяются прп грубых работах (Osram-Centralampe и Radiumlampe). Окраска света их схожа с окраской света обыкновенных металлических ламп. Полезное числочасов горения и продолжительность горения вакуумных спиральных ламп ие ниже 1000 часов].
источнике СВЕТА.
1161
Фиг. 1625.
3.	Вольфрамовые лампы с газовым наполнением. Повышение температуры вольфрамовой спирали в лампе ведет к уменьшению продолжительности горения лампы вследствие распылеипя вольфрама. Для избежания этого явления наполняют баллоп лампы газом (азотом или смесью аргона с азотом до 2/3 атмосферы), что уменьшает распыление вольфрамовой спирали и тем достигается прожили продолжительность горения. Тепловые потери, возникающие вследствие теплопроводности и конвекции в газе, компенсируются увеличением световой отдачи прп более высокой температуре нити лампы. Спирально навитая вить значительно уменьшает тепловые потери, в данном случае является существенным конструктивным элементом лампы, т. к. газонаполненная лампа с прямой нитью, расположенной зигзаогобразно, несмотря на более высокую температуру, являлась бы менее экономичной, чем соответствующая ио силе света пустотная вольфрамовая лампа.
[Лампы с газовым наполнением изготовляются для наиболее употребительных напряжений, следующих мощностей: 25, 40, 60, 75, 100, 150, 200, 300, 500, 750, 1000, 1500 и 2000 ватт и вытеснили, отчасти, вакуумные лампы на большую силу света, а также дуговые фонари. Газонаполненные лампы могут выполняться для различных специальных пелей, как, напрпмер, автомобильные, проекционные и кино-лампы. Световая отдача газонаполненных ламп зависит от толщины витп и от диаметра спирали, илн от диаметра цилиндра, описанного вокруг спирали. Данные ламп ,,Osram-Kitra“ для напрялгений 110—220 вольт приведены в таблице 12.
Табл и па 12. Мощность ламп в ваттах.
Напряжение
110 V
220 V
НК0 W/HKo Lm Lm/W
НК» W/HKt Lm Lm/W
25	40	60	75	100	150	200	300	500	750	1000	1500	2000
18	35	60	77	но	185	260	415	735	1155	15 90	24 СО	3390
1,39	1,14	1,0	\97	0,91	0,81	0,77	0,72	0,08	0,65	0,63	0/1	0,59
225	44(	75(	970	1380	2320	3200	5210	9 20	14500	20000	3090)	42500
9,0	11,0	12/	12,9	13,8	15,5	16,3	17,4	18,4	19,3	20,0	20,6	21,2
—	27	47	64	95	160	225	S6p	665	1055	1450	2310	3175
	1,48	1.28	1,17	1,05	0,94	0,89	0,8/	0,75	0 71	0,09	0,65	0,63
		340	590	805	1190	2010	28 эО	459<	8.-5O	13250	18200	2SCC0	’,9900
—	8,8	9,8	10,7	11,9	13,4	14,2	15/	16,7	17,7 |	18,2	19,3	20,0
Обе наиболее характерные для данного вида ламп кривые распрсдо-делсвия света указаны па фиг. 1626; одна нз них (а) относится к лампам с кольцевым расположением спирали, что является нормальным для ламп до 500 ватт включительно; другая (Ь) относится к таким лампам, в которых спираль подвешена вигвагообразво, как бы по поверхности низ-
1162
IV. СВВТ, ЛАМПЫ И ОСВЕЩЕНИИ.
кого цилиндра. Для зависимости между силой тока и силой света, а также продолжительностью службы лампы от напряжения, можно принять те же соотношении, что и для вакуумных ламп. Сказанное выше относительно колебания силы света при включении относится также и к газонапол-
ненным лампам.
Окраска света газонаполненных ламп, в связи с более высокой температурой их нити (приблизительно z.ouir и для ----------------- —
Фот. 1626.
мощных ламп до 2700°С) значительно более белая, чем у вакуумных. Приближение к дневному свету может Оыть еще усилено, если изготовлять баллоны ламп из подходящего стекла, или помещая лампы в соответствующие колпаки. Продолжительность службы колеблется от 800 до 1000 часов].
Ь)	Лампы с газовым разрядом.
Существуют электрические лампы, свечение коих основано на разряде в газах пли в форме дугового ...	”
тлеющего разряда. Падение напряжения может происходить всем протяжении использовано для преобразования электрн-
разряда, или в форме
на аноде, а также на газового пространства
п иа катоде, и может быть ческой энергии в световую.
|1. Лампы с газовым разрядом, основанные на использовании падения
напряжения на аноде.
Дуговые лампы ечнетымн или пламенными углями. Дуговые фонари с угольными электродами, имевшие раньше большое значение, различались, смотря по выполнению, как открытые или закрытые, с рядом стоящими или друг над другом расположенными чистыми и пламенными углями, для постоянного и переменного тока. Все они в настоящее время почти совершенно вытеснены лампами с газовым наполнением. Теперь изготовляются только закрытые пламенные дуги с углями, расположенными друг над другом (Dialampe, Korting und Mathiesen A G.).
В лампах этого типа зажигание происходит при соприкосновении углей друг с другом н затем, каки в обыкновенных дуговых лампах, углп раздвигаются н держатся на постоянном расстоянии друг от друга. Для предохранения от чрезмерно большой силы тока при включении н для выравнивания колебаний напряжения во время горения последовательно с дугой включается сопротивление. В установках переменного тока вместо омического сопротивления применяются дроссельные катушки, т. к. оип при таком же действии потребляют меньше энергии; эти лампы снабжены однородными углями. При постоянном токе положительный электрод берется более толстым, чтобы противодействовать его быстрому сгоранию, вызываемому более высоким нагреванием. При переменном токе оба электрода берутся одинаковых размеров.
Рабочее напряжение на пламенных дугах продолжительного горения составляет от 40 до 42 вольт, так что при 110 вольтах можно включить два фонаря последовательно, яри 220 вольтах—четыре. При переменном токе можно работать и с более высоким напряжением (до 60 вольт), так
ИСТОЧНИКИ СВЕТА.
1163
что при 120 вольтах можно включать фонари параллельно; при 180 вольтах можно включить два фонаря, а при 220 вольтах—три фонари последовательно-Кривая распределения света этих ламп приведена на фиг. 1627, из которой видно, что 95 '/„ светового потока излучается в нижнюю полусферу. Лампы изготовляются для сил тока от 8 до 15 ампер, на силу света от 000 до 3300 НК^,. Удельное потребление энергии при постоянном токе равно 0,2 W/HK^ (33,1 Lm/W), при переменном токе оно равно приблизительно 0,25 W/HK^, (26,6 Lm/W), в последние цифры включены потери энергии в добавочном сопротивлении (или в дроссельном катушке). Продолжительность горения одной пары углей составляет около 125 часов.
Магнетитовые дуговые фонари (годны только для постоянного тока) состоят нз вижнего отрицательного электрода, представляющего собой тонкостенную железную трубку, наполненную солями окисей металлов (главным образом магнетита н важной для снетовой отдачи окиси титана), н положительного электрода, выполненного в виде массивного медного стержня. Наружный воздух имеет свободный доступ к дуге и отводит продукты сгорания. Свет — блестяще белый, приближающийся по своем)' цвету к солнечному. Магнетитовые дуговые лампы почти исключительно употребляются в Америке, главным образом для последовательного включения, с саморегулирующимися на постоянную силу тока трансформаторами.
Вольфрамовая дуговая лампа имеет два пли несколько электродов, сделанных из вольфрама, помещенных в закрытый стеклянный баллон. Образующаяся между электродами дуга приводит пх в раскаленное состояние, в то время как сама дуга почти не участвует в излучении. Баллоны наполнены нндпфереитным газом, так что электроды не сгорают и нет необходимости в регулирующем механизме. Вольфрамовые дуговые лампы изготовляются для постоянного и перемен иного тока. При постоянном токе при равных размерах электродов анод раскаливается сильнее, чем катод.
Зажигание происходит при помощи ионизации газового промежутка (температурная ионизация или разряд высокого напряжения), или путем соприкосновения (соприкосновение непосредственное, или при помощи постороннего тела), или, наконец, при помощи тихого разряда.
На мировом рынке можно получить лампы различных конструкций и способов зажигания. Вообще этот род ламп находится еще в стадии развития. В Германии изготовляются лампы на постониный и переменный ток (Osram G. m. b. Н.).
Лампы для постоянного тока изготовляются на 1,3 и на 4 ампера, их можно включить на 110 вольт п выше с соотвстветствующпм добавочным сопротивлением. В обоих сортах ламп катод практически не участвует в световой отдаче. Анод дает приблизительно от 80 до 400 свечей (диаметр анода 2,5 mm пли 5.2 mm). Лампы наполнены азотом
1164
IV, СВЕТ, ЛАМИН В ОСВЕЩЕНИИ.
при низком давлении и зажигаются по способу соприкосновения. Лампы для переменного TOiai изготовляются па 1,3 ампера и 2,5 ампера, дают приблизительно 40 и 100 НК (диаметр электродов 1,0 и 1,9 mm). Оба электрода светятся одинаково сильно. Лампы наполнены неоном с небольшой примесью гелия под давлением в 0,5 at и зажигаются тлеющим разрядом благодаря небольшой диэлектрической крепости иеона; для зажигания таких ламп требуется напряжение не ниже 220 вольт (другие фирмы изготовляют такие же лампы на напряжение 110—120 вольт).
Окраска при соответствующей одинаковой температуре та же, что и газо заполненных ламп. Яркость анода в вольфрамой дуге составляет 15 HK/'mm*. Эти лампы применяются там, где необходим, по возможности, точечный источник- света большой и равномерной яркости с постоянным местоположением (проекционные аппараты, микроскопы и проч ); для общего освещения они почти не применимы ')
Продолжительность горения для ламп постоянного тока приблизительно 400 часов, а для ламп переменного тока приблизительно 200 часов.
2.	Лампы с разрядом в газе, основанные на использовании падения напряжения в анодном пространстве.
Лампы с тлеющим разрядом. Тлеющие лампы, основанные на световом явлении в анодном пространстве, наполняются частью неблагородными газами (азот и yi-лекислыи газ), частью благородными газами (неон). В первом случае необходим вентиль для наполнения трубки газом, так как неблагородные газы с течением времени связываются химически пли физически с металлами электродов (свет Мура). Во втором случае, т.-е. в лампах, наполненных благородным газом, этих явлений не происходит, а поэтому нет необходимости в приспособлении для добавления газа. Давление внутри ламп при всех трех названных сортах газов порядка 1 mm. Лампы могут работать только переменным током высокого напряжения и зажигаются при непосредственном включении на рабочее напряжение. К колебаниям напряжения они мало чувствительны.
Свет Мура воспроизводится трубками диам. 40 mm, наполненными азотом или углекислотой, которым на месте установки придается требуемая форма. Длина трубок при наполнении азотом колеблется между 20—75 го, прп наполнении углекислотой—между 20—60 т; максимальное рабочее напряжение 25 000 вольт. Трубки работают после зажигания с 60% номинального напряжении. Добавочным сопротивлением служат дроссельные хкатушки.
Окраска света трубок наполненных азотом красно-желтая. Удельный расход от 1,0 до 1,5 W/HK. Трубки наполненные углекислотой дают почти чизтып белый свет, настолько подходящий к дневному, что в большинстве случаев употребляются для точного сравнения краток (красильни, красочные заводы, торговые помещения). Для этого существуют переносные установки иа 5 000 вольт рабочего напряжения. Удельный расход от 3 до 4 W : НК.
Трубки, наполненные неоном (без вентилей), могут употребляться вследствие их кроваво-красного света исключительно для эффектного
*) 8 k а и р у, Die Entwicklung der Wolfram-Bogeulatopen „Licht und Lampe- 1823, стр. bSO.
ИСТОЧНИКИ СВЕТА.
1165
и рекламного освещения. Благодаря большой проводимости пеона рабочее напряжение значительно ниже (600-—800 вольт), чем у трубок, наполненных азотом и углекислотой. Разновидностями этих разрядных трубок являются неоновые трубки, имеющие внутри капли ртути, дающие непосредственно после включения синий свет. Они употребляются также только дли рекламных целей и имеют удельный расход 1 AV/1IK.
Продолжительность службы всех указанных сортон трубок более 1000 часов.
Лампы с дуговым разрядом. В ртутных лампах используется люминесценция анодного свечения ртутных паров дуги; электроды в световой отдаче не участвуют. В первоначальной форме лампы были только для постоянного тока. Для переменного тока нужно включать выпрямитель тока, обычно ртутный, который может также находиться и внутри самой лампы.
Ртутные лампы изготовленные из стекла, или, иначе, „ртутиыс лампы низкого давления", длп общего освещения не годятся вследствие их сине-зеленого света и применяются, блаюдаря сильному излучению синих и ультрафиолетовых лучей, для фотографических и химических целей. Пригодность таких ламп для указанных целей значительно увеличена вследствие изготовления их из специального стекла, пропускающего значительно больше ультрафиолетовых лучей (Uviol-Glas, Schott & Gen., Jena).
В ртутных лампах высокого давления (кварцевые ртутиые лампы) стеклянный сосуд заменен сосудом из кварца, благодаря которому можно поднять рабочее давление внутри лампы и тем самым значительно уменьшить размеры ее по сравнению с лампой низкого давления. В лампах высокого давления оба электрода представляют собой сосуды со ртутью, расположенные на концах лампы перпендикулярно к ее горизонтальной оси; эти сосуды охлаждаются особыми металлическими радиаторами. Зажигание производится автоматически путем наклона лампы (зажигание соприкосновением).
Окраска света ламп синс-зелеиая и для общего освещения пригодна лишь в исключительных случаях. При употреблении этпх ламп для общего освещения вследствие значительного ультрафиолетового излучения приходится защищать лампу стеклянным колпаком, чтобы избежать вредного действия на человеческий организм (глаза, кожа и прочее). Такие лампы применяются главным образом для терапевтических п бактериологических целей (лечение светом и стерилизация питьевой воды).
Лампы изготовляются длп сил тока от 1,5 — 3,5 ампер для непосредственного включения в сеть с напряжением в 110 и 220 вольт. Сила света составляет 500—3000 ПК,—, при удельном потреблении энергии от 0,4 до 0,25 WyllK^; средняя продолжительность службы около 2000 часов.
В неоновой дуговой лампе электроды также не принимают участия в свечении. Лампы работают только на постоянном токе; анод, -лампы состоит из железа, или ему подобного материала, катод— из амальгамы щелочных металлов (натриевая амальгама, кадмиево-талие-вая и другие). Зажигание происходит прп помощи аппарата, посытаюшего кмцульс высокого напряжения через трубку.
1166
IV. СВЕТ, ЛАМПЫ И ОСВЕЩЕНИЕ.
Неоновые дуговые лампы изготовляются для 220 вольт (Osram G. m. b. И) и имеют трубку диаметром в 30 mm и длиной в 1 in. Успокоительное сопротивление потребляет приблизительно 80 вольт. .Лампы дают от 300 до 400 свечей при удельном потреблении энергии, включая потерн в добавочном сопротивлении от 0,4—0,5 W/IIK. .Лампы наполняются чистым неоном под давлением в 1 mm и имеют кроваво-красный свет, который ограничивает их применение лишь в рекламном и эффектном освещении. Продолжительность горения ламп больше 1000 часов].
3.	Лампы с разрядом в газе, основанные на использовании падения напряжения на катоде. В так называемых лампах с тлеющим разрядом для получения света использовано катодное свечение большого металлического катода, в то время как анодное свечение и соответствующее ему падение напряжения устранены помещением анода на весьма близком расстоянии от катода. Оба электрода тлеющей лампы изготовляются из жести, пли из железной проволоки, и помещаются в стеклянный ® баллон для обыкновенной лампы накаливания. Баллон наполнен смесью неона и гелия под давлением (приблизительно) 10 mm, что дает возможность применять низкие потенциалы для зажигания и работы ламп.
[Наиболее распространенным типом этих ламп в Германии является лампа, изображенная на фиг. 1628, с помещенным в цоколе ее успокоительным сопротивлением. Лампы изготовляются для напряжений 110—220 вольт. Потребление Фиг 1628 энергии незначительное (от 2—4 ватт); окраска света.— красновато-желтая; употребляются только, как сигнальные лампы. Средняя продолжительность горения около 1000часов].
F. Рефлекторы и арматуры.
а) Общие сведения о целях и способах выполнения арматур.
Почти все источники света должны употребляться в соединении с рациональными арматурами, чтобы защитить лампу от ветра, непогоды, загрязнения и от вредных тепловых влияний, глаза людей от ослепления п, смотря по местным условиям, перераспределять световой поток лампы.
Чтобы выполнить эти задачи вполне надежно, арматуры должны изготовляться нз достаточно толстой и хорошо эмалированной жести, или, в специальных случаях (при сырости, парах кислот и т. п.), из соответствующих материалов (фарфор, чугун). Патроны должны быть выбраны сообразно лампам, поскольку это касается арматур для ламп различных мощностей, и легко доступны для перестановки. В арматурах для ламп больших мощностей, чтобы избежать чрезмерного нагревания ламп, необходимо установить достаточную вентиляцию самой арматуры. Дождь и сиег не должны провикать к лампе. Колпаки для наружного употребления должны снабжаться небольшим отверстием для отвода воды, образовавшейся при их запотевании.
В тех случаях, когда мет слепящего действия вследствие небольшой силы снета употребляемых ламп или значительной высоты подвеса их, можно применять прозрачные шары. Для защиты против слепящего действия, а татке перераспределения светового потока служат опаловые
ИСТОЧНИКИ СВЕТА.
1167
колпаки, которые, во избежание чрезмерных потерь света, не должны быть слишком густыми. Очень хорошее рассеивание света дают колпаки из молочного стекла, но они должны быть тонки, чтобы не поглощать очень много света. Алебастровые и матовые стекла рассеивают свет хуже. Матовые стекла, благодаря шероховатой поверхности, подвергаются скорому загрязнению. Потеря светового потока, отнесенная к общему световому потоку лампы, составляет при прозрачном стекле от 3 до 8%, при опаловом 10—20%, при матовом 5—15% и при молочном 30—50%.
d) Рефлекторы.
Рефлекторы выбираются таким образом, чтобы силу света лампы перераспределить, сообразно поставленным требованиям, с наибольшим коэффициентом полезного действия и, кроме того, защитить глаз от ослепления. Материалом для рефлекторов служат главным образом молочное стекло, эмалированнан жесть и зеркальные поверхности нз стекла или металла. Первые два материала отражают 60—70% падающего на них света, в то время как металлические зеркала отражают 70—80%, а зеркала прозрачного стекла 75—90%. Рефлекторы из молочного стекла одновременно с отражением падающего иа иих светового потока часть последнего диффузно пропускают черев себя. Рефлекторы молочного стекла с покровным слоем из зеленого стекла применяются в тех случаях, когда рефлектор помещается на близком расстоянии от глаз. Внешняя форма рефлектора должна гарантировать достаточную защиту от ослепления. При луче зрения под углом в 30° голая лампа не должна быть видимой. Линия, соединяющая нижний край рефлектора со светящимся телом лампы (пограничная линия), должна составлять с вертикалью угол, меньший чем 60°.
[Очень широко распространенные в Америке рефлекторы Г о л о-ф а н из прессованного стекла, в которых рассеивание света происходит при помощи большого числа стеклянных призм, мало распространены в других странах благодаря их высокой цене и трудности чистки. Для ламп с газовым наполнением эти рефлекторы также мало подходит из-за высокой яркости светящегося тела].
Для уличного освещения наиболее применимы рефлекторы эллипсоидальные и параболические. В этом случае рефлекторы должны широко разбрасывать световой поток, чтобы получить достаточную освещенность при больших расстояниях между лампами; поэтому важно иметь рефлекторы с хорошей отражательной способностью, чтобы гарантировать выгодное использование направленного вверх светового потока лампы. Часто употребляются диоптрические системы, которые апалогично рефлекторам Голофан перераспределяют световой поток при помоши комбинаций стеклянных призм.
с)	Важнейшие классы арматур.
По роду требуемого распределения света можно различить 6 основных типон арматур. Их распределение света дано на рис. 1629—1631 и, кроме того, в таблице 13 даны их характеристики по роду распреде дения света, по их свойствам ц области применения.
1168
IV. СВЕТ, ЛАМПЫ а ОСВЕЩЕНИЕ.
та и области применения различных арматур.
РАСЧЕТ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК.
1169
III.	Расчет осветительных установок
А. Общие соображения о выборе системы освещения.
Приходится принимать во внимание желаемую освещенность, ее распределение, мягкость и степень ослабления слепящего действия, окраску света источника, его качество в гигиеническом отношении, удоб тво и надежность в эксплоатации, пожарную безопасность, а также и экономичность установки.
а)	Оценка освещения ’).
Для фотометрической оценки освещения служит освещенность на рабочих поверхностях. Если отсутствуют специальные указания о рабочей поверхности, то освещенность определяется на горизонтальной поверхности, находящейся на высоте 1 m от пола. Указания средней освещенности этих поверхностей в большинстве случаев бывает достаточно. Для более подробной характеристики освещения нужно, кроме того - указывать освещенность (максимально ю и минимальную;.
[Равномерность освещения есть отношение минимальной освещенности к максимальной; это отношение—всегда правильная дробь. Тени и световые пятяа принимаются во внимание лишь в том случае, если < ни происходят от лампы или арматуры.
Световой отдачей установки для освещения некоторой поверхности является отношение общего светового потока, падающего на данную поверхность, к общей затраченной мощности. Этот световой поток получается как произведение средней освещенности в люксах иа площадь освещаемой поверхности в квадратных метрах.
Коэффициент полезного действия установки прп освещении какой ли'о поверхности есть отношение падпощего на данную поверхность светового потока к световому потоку ламп без арматуры].
Ь)	Окраска света
Окраска света зависит от относительного распределения светового излучения в отдельных областях спектра. Окраска дневного света обусловлена, главным образом, температурой солнца (около 6000°), благодаря чему в солнечном свете находится большое количество синих лучей. Для ряда источников света в таблице 14 (по измерениям Блоха 2) дано относ цельное распределение красного, зеленого и синего излучений. Наиболее близко к дневному свету подходит.свет Мура, когда трубки наполнены углекислым газом; такой свет поэтому и наиболее применим для тонкого сравнения красок
с)	Источники света с гигиенической точки зрения.
Во всех осветительных установках нужно избегать слепящего действия для предотвращении порчи глаз п уменьшения возможности несчастных случаев. При употреблении источников света с большим содер-
*) Entwurf der Koiumission fur Bewcrtung und Mcssung dor D. B. G. (ETZ, 1925, стр. 471).
’) Gas, u. Wasserfach, 1924, S. 241.
Хютте. T. II.
74
1170
ГУ. СВЕТ, ЛАМПЫ И ОСВЕЩЕН ИВ.
Таблица 14. Содержание красных, зеленых и смн х лучей в различных источничах света.
Род света	На 1000 Lm общего светового потока приходится:		
	К 1)	3 Ч	с 3)
Дневной свет, закрытое облаками небо .	333	333	333
„	„ гол\бое небо 		270	340	390
Солнечный свет через тонкие облака . .	375	325	300
Стеариновая свеча 		775	170	55
Керосиновая лампа ... 		745	185	70
Газокалильный свет низкого давления . .	560	295	145
„	.. высокого „	. .	575	280	145
Угольная лампа накаливания 3,5 W/HKp	695	210	95
Лампа накал, с металл, питью 1,0 W/HKjj	625	245	130
Нитро-лампа 0,65 VV/TTK0 .......	555	275	170
Дуговая лампа е чистыми углями ....	485	300	215
„	пламенная с бе ы ? светом	435	345	220
„	»	»	с лее :Ы’,1 п	433	437	130
„	„	„	скр и я „	775	130	95
Ptvt ая лампа		65	705	230
Кварцевая ратная лампа		135	665	200
Свет Мера с утло кис лоти, наполнением	290	340	370
„	„ с азотным	„	850	130	20
„	„ с неоновым	„	955	42	3
Обозначают.’ ’) к—красный, 2) з—зеленый, а) с—сипий свет.
жанпем ультрафиолетовых излучений (ртутные и дуговые лампы) следует предохранять соответствующими средствами глаза и кожу от ожогов. Также следует озаботиться отводе м продуктов сгорания и тепла, развиваемых источником света. В таблице 15 приведена сводка качеств отдельных источников света в гигиеническом отношении.
Таблица 15. Продукты сгорания, выделяемое тепло и потребность воздуха для различных источников света х).
	сЗ	Ирод)	кты сгорания в литрах			©	S И d в"	~ й' = «
Род освещения			на 1 свечу в час			и	rt и и	е и
	О	Углекислый газ	Водяной пар	Азот	Сумма	Обпазо	тепла лориях свечу	Потреб в воз. в литр 1 свечу
Стеариновая свеча		1,2	13	13	73,5	99,5		90	93
Кг|я'Синовая лампа ....	30	9,4	9,4	53,2	72,0		40,7	67
Ксросииокалплъп. освещение	500	2,0	2.0	11,3	15,3		8,7	14
Сппртокалильное освещение	60	0.75	1,13	4,9	6,8		5,7	6,2
Ацетилен	 Ацетилепокалильное осве-	40	1,2	0,6	5,7	7,5		7,8	7,2
щепие 		60	0,5	0,25	2,3	3,1		3,3	2,9
Газоналплыюе освещение .	80	0,85	1:9	6,7	9,4		7,5	8,5
Инвертное калильп. освещен. Газовалильное освещение	100	0,57	1,.6	4,35	6,18		5,0	0,0
под давлением		450	0,45	1,01	3,6	5,1		4,0	4,5
Лампы с уголь г.ой питью . .	32	—	—	—	—		2,7	—
„ с ысталлпч. „	. .	32	—	——	—	—		0,9	
Газонаполненные лампы . . Дуговая лампа с эффект.	600	—	—-	—	—		0,43	—
углями 		1900	0,01	—	0,02	0,03		0,2	0,03
[Человек н час выделяет от 20 до 50 литров угольной кислоты и от 20 до 230 g ( = 24 до 280 1 ) водяных паров и потребляет в час 3801 воздуха.
*) Korf f— Р е t е г s е n in Bloch, LieMtechnik, Miinchon-Berlin 921, R. Oldenbourg, pach Schaars Kalender fur das Gas- u. Wasserfach 1921, S. 199.
РАСЧЕТ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК.
1171
d)	Экономичность.
Для характеристики экономичности освещения служит данное на стр. 1189 понятие световой отдачи установки при освещении некоторой поверхности; эта световая отдача и принимается как характеристика экономичности установки вместо обратной величины, т.-е. расхода энергии на I люкс и на 1 ш* 2 средней освещенности пола (расхода на 1 люмен). Сравнение систем освещения на данной основе применимо лишь тогда, когда принимается во внимание только стоимость энергии. Для полного срагяения нужно принять во внимание добавочные расходы, вызванные приобретением установки, уходом за ней, заменой ламп и арматур, а также для разных систем освещения—обслуживание установки в целом. Следует также принимать во внимание капитализацию и амортизацию общей стоимости установки, со всеми необходимыми добавочными приспособлениями.
В. Основные соображения о расчете осветительных установок.
а)	Коэффициент полезного действия освещения ').
Коэффициент полезного действия установки при освещении некоторой поверхности по III А а) есть отношение полезного светового потока ко всему излученному в помещение световому потоку. Коэффициент полезного действия для внутренних помещений зависит в большой мере от свойств стен и потолка; он тем больше, чем ’ светлее их общая окраска Кроме того, коэффициент полезного действия зависит от системы освещения (прямое, полуотратсиное или вполне отраженное освещение).
При внешнем освещении на коэффициент полезного действия оказывает влияние род освещения и размещение ламп; он имеет различное значение для арматур концентрированного света, арматур широко разбрасывающих свет и арматур для высокого подвеса, а также зависит от отношения ширины улицы к высоте подвеса арматуры. Приблизительные величины коэффициента полезного действия даны Блохом 2) в таблицах 16—18.
Таблица 16. Коэффициент полезного действия для прямого и полуотраженного освещения во внутренних помещениях.
Состояние потолка
светлый| срсдипй| темный
		О/ 10	“/о	»/о
	светлые	(55—45) 50	(50—40) 45	(45-35) 40
Состоя-				
пне •	средние	(50—40) 45	(45—35) 40	(40-30) 35
стен				
	темные	(45-35) 40	(40—30) 35	(35-20) 30
Таблица 17. Коэффициент полезного действия для отраженного освещения во внутренних поме-	щениях.
Состояние потолка светлый) средний| темный
		о/ 10	°/о	°/о
	светлые	(40-30) 35	(30—20) 25	(20—10) 15
Состоя-				
ние 	средние	(35—25) 30	(25-15) 20	(15-5) 10
стен				
	темные -	(30-20) 25	(20-10) 15	(10-0) 6
*) В настоящее время в литературе часто выражение „коэффициент полезного действия" заменяют вьп ажением коэффициент использования".
2) Bloch, Lichttechnik, S. 561, Niinchen-Berlin 1921, R. Oldenbourg. *
IV. СВЕТ, ЛАМПЫ И ОСВЕЩЕНИЕ.
Таблица 18. Коэффициент полезного действия для уличного освещения.
	Распределение ламп	Способ распределения света		
		Концентрир.	Широко разбр^	для высокого подвеса
		о/ 10	°io	01 io
	больше 6	(55-45)	(50- 40)	(45-35)
		50	45	40
	Ширина улицы от 3 — 6	(50—40)	(45—35)	(40-30)
	высота подвеса	45	40	35
	меньше 3	(45—35)	(40-30)	(35-20)
		40	35	30
Ъ)	Влияние высоты подвеса и расстояния между лампами.
С увеличением высоты подвеса и расстояния между лампами, в предположении отсутствия отражения от стен и потолка, средняя горизонтальная освещенность уменьшается, в то время как равномерность освещения увеличивается.
[Во внутренних помещениях с светлыми потолками и степами дости гнутая освещенность мало зависит от высоты подвеса. При подвеске ламп следует принимать во внимание, что при прямом освещении для уменьшения слепящего действия лампы должны находиться возмоясно выше, а при отраженном свете следует хорошо освещать потолок и фризы стеи.
Высота подвеса неподвижно прикрепленных источников света над полом в жилых помещениях составляет от 2,25 до 2,5 ш, в ресторанах и торговых помещениях—от 3 m и выше.
При освещении внешних пространств высота подвеса зависит главным образом от силы света ламп. Для приблизительного определения высоты подвеса h служит формула Блоха ’)
Л = 3,5 +/Т71О,
где 1 означает среднюю горизонтальную илп среднюю полусферическую силу света лампы в арматуре.
Расстояние между лампами во внутренних помещениях незначительно влияет на равномерность освещения, в особенности при светлых стенах и потолке. По Неуск’у 2) рекомендуется выбирать расстояние между лампами во внутренних помещениях равным от 1,5 до 2,5 кратной высоты светового центра источника (высота подвеса над рабочей поверхностью). При освещении внешних пространств выбор расстояния между лампами данной силы света зависит главным образом от требуемой равномерности и минимальной величины горизонтальной освещенности].
•) Bloch, Lichttechnlck, S. 285.
P. Heyck, Beleuchtung, Leipzig 1924, Verlag Jaenecke.
Насчет осветительных установок.
1173
с) Методы расчета освещения.
Вместо старого очень распространенного способа подсчета общего количества свечей на основании таблиц, дававших для различных помещений число свечей на 1 гп2 пола, теперь для расчета освещения применяется так называемый метод коэффициентов полезного действия. Когда же дело идет об ориентировочном подсчете установки электрического освещения, то значительные услуги оказывает „правило ватт“ Неуск’а и Н о g п е г’а.
[При методе коэффициента полезного действия исходят из площади пола освещаемого помещения и требуемой средней величины освещенности Е„„ для которой при коэффициенте полезного действия ч требуется световой поток	F = Ет 8: ц.
Если е—число предположенных к установке ламп, то для отдельной лампы световой поток будет д> — Ёт 8: zц а средняя сферическая сила света
Если ч, как это дробь, то, выражая в формулу:
7q=8
Если же электрические лампы нормированы иа ватты, то делением светового потока иа световую отдачу можно получить номинальное потребление энергии для данных ламп.
Для приблизительных подсчетов даиа таблица 19, из которой непосредственно видно, какое количество свечей надо взять, чтобы получить среднюю освещенность на какой-нибудь определенной площади. Предполагается, что коэффициент полезного действия осветительной установки равняется 4Ос/о *).
1о = Ет 8:1 лгу
всегда имеет место иа практике, есгь правильная % (?/)> можно иметь для расчета более упрощенную
Таблица 19. Вспомогательная таблица для расчета освещения.
Вакуумные лампы с металлической иитыо (Ч'=4О»/о).
HKh	Площадь пола в m2			при средней		освещенности в Lx		
	2	5	10	20	30	50	80	100
5	10	4,0	2,0	1,0	(0,66)	(0,4)	(0, 5)	(0,2)
10	20	8,0	4,0	2,0	1,3	(0,8)	(0,5)	(0,4)
16	32	12,8	6,4	3,2	2,1	1,28	(0,8)	(0,64)
25	50	20	10	5,0	3,3	2,0	1,25	1,0
32	64	25,6	12,8	6,4	4,2	2,5	1.6	1,28
50	100	40	20	10	6,6	4,0	2,5	2,0
100	200	80	40	20	13	8,0	5,0	4,0
Газонаполненные лампы с металлической нитью для 220 вольт (т)’ = 40°/о).
W
Площадь иола в ш2 при средней освещенности в Lx
2	5	10	20 | 30	50	80 | 100
40	62	25	12	6,2	4,1	2,5	1,5	' 0,6
60	ПО	44	22	11	7,3	4,4	2,7	2,2
75	150	60	30	15	10	6	3,7	3,0
100	220	88	44	22	14,5	8,8	5,5	4,4
150	367	147	73	36	24	14	9,2	7,3
200	527	211	105	52	35	21	13	10,5
ЗСО	862	345	172	86	57	34	21	17,2
500	1582	633	316	158	106	63	40	82
750	2535)	1014	507	253	169	101	63	51
1000	(3470)	1389	694	347	231	139	87	69
1500	(5510)	(2206)	1103	551	367	220	138	110
:) Bloch, Lichttechnik, S- 562»
1174
IV. СВ ВТ, ЛАМПЫ И ОСВЕЩЕНИИ.
Правило ватт Пеуск’а и Пдцпог’а, выведенное ими из формулы коэффициента полезного действия, с допущением некоторых упрощений действительно, как приближенное правило, для помещений с белыми потолками и хорошей арматурой, для света преимущественно прямого, для диффузио-направленного п для нолуотраженного, в предположении освещения газонаполненными лампами на 229 вольт, мощностью от 100 до 500 ватт. Правило ватт устанавливает, что при 10 ваттах на 1 из2, в зависимости от мощности лампы накаливания, получается освещеьиость от 55 до 75 Lx, а в среднем 65 Lx. При лампах на 110 вольт получается освещенность выше приблизительно на 15%.
Для помещений с загрязненными потолками, для которых рекомендуется точечный метод, Неусй и llogncr указывают приблизительно:
50 Lx при прямом и преимущественно направленном свете,
90 Lx при направленном свете,
как эквивалент превращения мощности, 10 ватт па 1 ш2 при употреблении газонаполненных ламп па 220 вольт, мощностью 200—500 ватт].
С. Внутреннее освещение.
а)	Необходимая величина освещенности.
По нормам немецкого Осветительного общества :) в таблице 20 указаны минимальные величины освещенностей для различных случаев. Цифры первой графы представляют собой требуемую среднюю величину освещенности, во второй графе—минимальные величины освещенности, являющиеся нижним пределом освещенности любой точки в данном Таблица 20. Необходимая величина освещенности во внутренних помещениях 2).
Род освещения	Величина освещенности:	
	1 средняя Lx	II наименьшая Lx
Рабочее освещение:		
для грубых работ: нап$., мельницы, кузницы, грубый монтаж и т. д				15-30	10
для средних работ: наир., слесарные, токарные,		
сборочные, формовочные, столярные, жестяночное пропз-	АП СП	20
водство, прядильное, ткацкие для светлой пряжи и т. д. для тонких работ: наир., точной механики, ткац-	60-90	ЦП
кие для цветной и томной пряжи, конторы и т. д. .		
д л я с а м ы х т о н к и х работ: иапр., часовое и гра-	90-250	
верное производства, наборное, швейное, рисование и т.д. Освещение дорог, проходов и дворов:		
		
помещении второстепенного значения, проезжих дорог,		0,2
проездов, дворов, если они служат для сообщения . . . площадок, боковых проходов и добавочных помещений,	1—а 2-5	
		0,6
складов 			
комнат ожидания, входов и выходов, главных проходов,	к 1Ц	2
лестниц, мастерских					
’) Leitsalze der D. В. G. £3r Innenbeleuchtung der Gehaude u. s. w. Souderdruck, hrsg. von der D. B. G., E. V., Berlin W 35, Ara Kailsbad 13.
2) В настоящее время в СССР имеются правила искусственного освещения фабрик, заводов, мастерских и других рабочих и служебных помещении, одобренные IX Электротехническим съездом. Журнал „Электричество", 1928 г., №№ 13—14
РАСЧЕТ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК.
1175
помещении. В интересах интенсивной и точной работы, удобного и беспрепятственного движения рекомендуется выбирать величины освещенности значительно более высокие, чем приведенные в таблице (прп дневном освещении в большинстве случаев освещенности имеют значения, во много раз превосходящие данные графы 1).
Рабочим освещением является освещенность рабочей поверхности, или места работы, а освещенность проходов, улиц и т. и. измеряется на высоте 1 метра.
[Величины освещенности в жилых и других помещениях берутся сообразно выполняемой в иих работе и роду деятельности].
Ь)	Выбор рода освещения н расположение ламп.
Если в распоряжении находятся электричество п газ, то, исходя из чисто экепдоатацпонных расходов, выбор рода освещения определится ценой обоих видов энергии. Если же наиболее важным является быстрое включение, большая чистота, меньшее загрязнение окраски помещения, то выбор падает на электрическое освещение.
[Для изолированно лежащих небольших поселений, гостиниц, вилл и т. д. применяется воздушный газ, ацетилен и небольшие блокстанции (двигатель внутреннего сгорания, динамо и аккумуляторная батарея). Употребляются также для освещения обыкновенные керосиновые лампы, керосине- и спирто-калпльныо лампы.
При выборе рода ламп и арчатур и их размещения нужно принимать во внимание, что иногда требуется только хорошая горизонтальная освещенность, а иногда также требуется и достаточная вертикальная освещенность, как, например, в картинных галлереях, в рисовальных залах с вертикальными досками].
с)	Отраженное освещение.
Для многих случаев, как-то: освещение школ, чертежных и фабричных зал. бывает выгодно смягчать сильные контрасты (падающие тени), возни кпюнше прп прямом освещении, применением полуотралгенвого или отраженного освещения. В первом случае видимая часть рефлекторов делается из сильно рассеивающих свет материалов, во втором случае — из непрозрачных материалов. Степень диффузности освещения приходится выбирать сообразно выполняемой работе, тчк как вполне отраженное освещение уменьшает восприятие рельефности предметов, благодаря полному отсутствию теней.
Коэффициенты полезного действия отраженного освещения даны в таблице 17.
(!) Специальные случаи.
1. Фабричное освещение. Выбор средств для достижения хорошего фабричного освещения зависит в каждом отдельном случае от природы данного помещения (многоэтажные и одноэтажные помещения, помещения с (подовыми перекрытиями и т. д.) и от рода нужного освещения (общее и местное оснещенис). Общпе руководящие указания даны в нормах немецкого Осветительного общества. Ниже приводится выборка из этих норм !).
2) Leitsatze fur die Innenbeleuchtung der Gcbaude u. s. w., Sonderdruck von der D. B. G. E. V
1176
IV. СВЕТ, ЛАМПЫ И ОСВЕЩЕНИЕ
--------
[Осветительная установка должна соответствовать требованиям безопасности, гигиены и надежности эксплоатацин. Для предупреждения образования скоплений легко горючей пыли и взрывчатых газов нужно принимать соответствующие меры. Продукты сгорания и образующееся и осветительной установке тепло должны в достаточной мере удаляться. Независимо от главной осветительной установки нужно предусмотреть запасное освещение.
Освещенность должна быть достаточно сильной. Сравнить таблицу 20, стр. 1174. Желательны более высокие нормы по сравнению с указанными. В остальном восприятие зависит от контраста и от количества света, попадающего в глаз. Прп работе с темными материалами необходима более спльнап освещенность. Смотря по роду работы, применяется местное или общее освещение. Местное освещение производится низко подвешенными лампами, снабженными глубокими рефлекторами, защищающими глаза от ослепления и дающими освещение только на ограниченное место работы; при этом необходимо общее освещение для передвижения. Общее освещение производится высоко подвешенными лампами, освещающими все помещение. Лампы, колпаки, рефлекторы, потолки и стены должны поддерживаться в чистом состоянии во избежание уменьшения освещенности. При дневном освещении нужно содержать окна и верхний свет в чистом состоянии.
Освещение не должно вызывать сильного слепящего действия, чтобы тем самым не уменьшать способность глаза к различению предметов. Слепящее действие производят:
при общем освещении и при освещении проходов лампы с яркостью, большей 5 НК/cm2, если они бросают свет прямо в глаза;
при местном освещении — источники света с яркостью, большей 0,75 НК/cm2, бросающие свет прямо в глаза;
при всяком освещении блестящие поверхности, зеркально-отражаю-щпе свет в глаза работающего.
। _ При общем освещении лампы, имеющие яркость, большую, чем 5 НК/cm2, не производят слепящего действия, если они так подвешены, что угол между вертикалью и линией, соединяющей глаз с лампой, не превышает 30э. Для местного освещения современные источники света, газокалильные и электрические лампы, голыми применяться не могут, । так как их яркость значительно превышает 0,75 НК/cm3. Простая матировка в большинстве случаев недостаточна для уничтожения блесткости.
Освещение не должно давать мешающих резких теней, а также большой местной или общей неравномерности; последнее относится также и к временным колебаниям освещенности. Нужно заботиться о хорошем распределении света и о правильном направлении падающих световых лучей. Мешающие резкие тени могут быть уничтожены правильным расположением ламп, их числом (в особенности при прямом освещении) н выбором рода освещения, полуотраженного или отраженного. Значительные I неравномерности освещения, могущие вызвать несчастные случаи (поскольку они местного характера), могут быть устранены правильным выбором ламп и их распределением.. Временного колебания освещенности удастся избежать при соблюдении целесообразных условий эксплоатацин и целесообразным устройством расположения ламп (при газовом освещении— I
РАСЧЕТ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК.
1177
постоянное давление, при электрической — постоянное напряженно, при переменном токе—еще также правильный выбор тппа ламп сообразно числу периодов тока). Пренильное направление падения света при местном освещении лучше всего устанавливать при помощи переносной лампы. Прп общем освещении нужно заботиться о том, чтобы искусственный свет падал с тон же стороны, как и дневной свет].
2.	Освещение театральных, концертных, лекционных н парадных зал. Освещение служит также и декоративным целям. Кроме прямого освещения, которое часто выполняется при помощи голых источников света, применение коих возможно благодари высоте помещений, применяется также отраженное и полуотоажеииое освещение, а иногда и окрашенный свет.
[В этих установках нужно предусмотреть соответствующие приспособления для уменьшения света, а при газовом освещении, кроме того, и приспособление дли зажигания. В театрах следует принимать во внимание специальные правила противопожарной безопасности и устраивать запасвое освещение 1). В лекционных и концертных залах кафедры лекторов п пюпитры следует освещать так, чтобы избежать слепящего действия па зрителей].
3.	Освещение сцен. Для соффитного освещения служат осветительные приборы с рядами ламп накаливания. Часто применяются специальные сорта ламп, так называемые соффитвые лампы. Для цветного освещения сцены находят себе применение одно- п многоламповые системы.
[В первом случае цветной эффект достигается применением светофильтров и неокрашенных ламп. При многоламповой системе (система Брандта) цветные эффекты достигаются комбинацией белых, красных и сине-зеленых ламп (3-ламповая система) или белых, красных, сиие-8с.1еиых и желтых ламп (4-ламповая система). Освещение горизонтов производится по системе AEG, SSW п фирмы Schwabe & С° помощью прямого освещения газонаполненными лампами. Новые многоламповые осветительные системы выполняются также и газонаполненными лампами].
4.	Освещение поездов. Железнодорожные вагоны освещаются отчасти инвертными горелкамп. отчасти электрическими лампами накаливания. Для запасного освещения служат масляные лампы. При газовом освещении необходимы постоянно горящие запальные приспособления, потребляющие в час приблизительно 6 литров газа. Электрическое освещение поездов осуществляется в большинстве случаев по индивидуальной системе с применением только аккумуляторной батареи, или от динамо-машины, приводимой от оси вагона п связанной с аккумуляторной батареей. См. III т., отдел жел.-дор. транспорта.
5.	Освещение в фототехнике * 2). При употреблении искусственного света для съемок и для печатания важно, в первую очередь, фотографическое или актиничное действие источника света, которое отличается короткой длиной волны и слабо действует на зрительное восприятие, но такое излучение с короткой волной главным образом и обусловливает
Normalicii, Vorschriften und Lcitsatze des Verb an Jos Deutscher Elektrotechnikei 1914, Errichtungsvorschriften §§ 38, 39.
2j Cpaii. T. 1, стр. 467,
1178
IV. СВЕТ, ЛАМПЫ И ОСВЕЩЕНИЕ.
фотографический эффект. В таблице 21 даны по Блоху 1) актиничности ряда источников света, принимая актиничность свечи Ге ф нора за единицу. Актиничность в л ан пом случае принимается, как отношение фотографического действия к фотометрическому.
Таблица 21. Актиничность источников света.
Источники света	Актиничность	Источники света	Актиничность
Лампа Гефнера ....	...	1	Дуговая лампа с эффекторскими	
Керосиновая лампа 	 Газо- п спиртокалпльиое осве-	1,5	углями 	 Дуговая лампа продолжитель-	30
щепие 		3	кого горения постоянного	
Магниевое освещение		20	тока па 110 вольт .....	100
Лампа с угольной нитью .... Вакуум пая лампа с металлпче-	2	То же для 220 вольт	 То же для переменного тока	200
скоп нитью		4,5	220 вольт 		150
Газонаполненная лампа ....	7	Кварцевая ртутная лампа . . .	50
Дуговая лампа с чистыми углями 		20—25	Дневной свет		12-25
[Кроме актиничности при съемках играет также роль и относительное распрсделеипе энергии в спектре, если дело касается воспроизведения цветных объектов. Поэтому, смотря по требованию к окраске источника света, кроме дуговых ламп употребляются также и газонаполненные лампы, часто в виде ламп дневного света. Для процесса печатания, в котором все требования, кроме актиничности, отступают иа задний план, лучше всего подходят дуговые лампы продолжительного горения].
D. Освещение внешних пространств и больших крытых помещений.
а)	Необходимая величина освещенности.
Для наружного освещения, которое приспосабливают по силе и качеству к требованиям движения и общественной безопасности, установлены нормы германским Осветительным обществом2). Освещенность внешних пространств определяется, как горизонтальная освещенность на высоте 1 m от поверхности земли. Освещение оценивается по величинам средней п минимальной освещенности в напболее неблагоприятных, но не затененных точках. Величины освещенностей должны быть во время нормального движения не ниже значений, приведенных в таблице 22.
[В позднее время, когда иет нормального движения, освещенность может быть уменьшена сообразно значению улиц пли площадей, и даже иногда можно перейти на эксплоатацпю небольшого количества ламп, дающих возможность различать направление. ,
При наюужпом освещении также нужно избегать раздражающих неравномерностей, колебаний освещенности, резких теней, слепящего
’) Bloch, Lichttechnik, S. 579.
Leitsatze der D. В. G. (см. выше: стр. 1174, примечание 1).
РАСЧЕТ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК.
1179
Таблица22. Требуемые величины освещенности наружных пространств.
	Средняя величина освещенности Lx	Величина освещенности в наиболее неблагоприятно? точке (минимальная) Lx
На рельсовых путях		0,2-0,5	0,1-0,3
„	„	„ в области стрелок, иа фабричных дворах, на набережных		0,5—1,5	0,2-0,5
На улицах и нлошадях: со слабым движением ....	1-2	0,1—0,5
с усиленным движением . . .	2-5	0,5-1
с сильным пвижопием (па площадях перед вокзалами, в центрах движения в больших городах) 		5-20	1—4
действия уличного освещения, витрин, рекламных и сигнальных ламп Источники уличного освещения ие должны мешать действию сигнальных ламп, а также и путать сигналы].
Ь)	Улпчное освещение ’).
Для уличного освещения применяют газ и электричество. Для газового освещения употребляются газовые горелки высокого и низкого давления, инвертные и обыкновенные. При электрическом освещении преобладают газонаполненные лампы, хотя еще употребляются и пламенные дуговые фонари продолжительного гореивя. и металлические вакуумные лампы. В одной арматуре при газовом освещении совмещают до трех и больше горелок, при электрическом освещении—до трех ламп. Помощью выключения части горелок, после окончания усиленного движения можно достигнуть экономии, не изменяя равномерности освещения. При газе рекомендуется применять зажигание иа расстоянии; при электрическом освещении—иен тральное включение на расстоянии и контроль. Зажигание газа иа расстоянии производится пли изменением давления в газопроводе, или средствами, независимыми от газопроводов (включающие часовые механизмы, действующие сжатым воздухом, механическим или электрическим приводом). Более подробные указания о высоте подвеса, расстоянии между фонарями при различных сортах ламп в установках уличного освещения больших городов даны в таблице 23 2).
с)	Освещение рельсовых путей и вокзалов3).
Газонаполненные лампы совершенно вытеснили дуговые фонари в освещении вокзалов и рельсовых путей. При газе применяются почти исключительно инвертные горелки. Где отсутствуют электричество и газ, употребляются керосинокалильные и ацетиленовые лампы. При освещении рельсовых путей с большим движением и товарных станций, где препят-
) См. G. R. М у L о, Eloktrische Strasscnbeleuchtung, und W. Bertelsmann, Die Strassenbcicuchtung rd it. Gas, In Bloch, Lichttechnik, S. 297, bzw. 321.
s)	G. R. M у 1 о, остальное см. выше.
*) См Wechmann, Belcucbtung von Bahnanlagen und Fahrzeugen, in Bloch Lkht-tecAnik, 8. «32.
1180
tv. СВЕТ, ЛАМПЫ И ОСВЕЩЕНИЙ.
Таблица 23. Для уличного освещения по оси у,-и цы.
	Средняя горизонтальная освещенность Lx	Сила света ламп НК-	Высота подвеса ш	Расстояние между лампами по улпце m
Главные площади больших городов	15—30	3000- 6000	16-18	40-50
Улицы с весьма большим движением . .	10-20	2000-4000	8—10	30-45
Улицы с большим движением 		5-10	600 -2000	6—8	30-60
Улицы с средним движением 		1,5—5	200-600	4,5—6	30-80
Улицы со слабым движением 		0,5-1,5	50-150	3,5—5,5	30-80
ствия должны быть легко различимы, нужно обращать внимание на большую равномерность освещения и на полное отсутствие блесткости.
[У важных стрелок лампы должны быть расположены сзади или сбоку стрелок по отношению линии зрения из будки управления. Лампы должны регулярно и часто очищаться. Сигнальные фонари у стрелок большей частью снабжены керосиновой лампой с плоским пли круглым фитилем; в последнее время отчасти такие лампы заменяются электрическими лампами]
<1) Освещение прожекторами (авто-прожектора ’)
Под понятием прожекторов широком смысле подразумевается комбинация источника света с зеркалом или линзой, цель которых воспроизвести источник света как-нибудь с помощью этих оптических приспособлений. Приборы этого рода могут применяться для освещения отдельных предметов (прожектора в узком смысле) или сигнальные, как в маяках и т. д.
Прожекторами можно пользоваться для изображения других предметов (проекционные и в кГино-аппаратах). Прожектора имеют тем больший эффект, чем выше яркость употребляемого источника света, чем в большем телесном углу улавливается световой поток источника света и чем больше поперечное сечеиие его оптической системы. Для достижения сильного светового действия на больших расстояниях употребляются в прожекторах электрические дуговые лампы, электрические лампы накаливания и ацетиленовые горелки. При электрических дуговых лампах можно усилить световой эффект употреблением специальных углей по системе Beck-Ge Ы h о f Ра. Для получения более слабого действия можно употреблять сжатый газ, спирте- и керосинокалильные горелки, Друммондов свет, масляный и светильный газы.
[Прожектора, укрепленные на автомобилях, должны давать возможность шоферу машины обозревать улицу для предотвращения столкновений н несчастных случаев, но в то же время не ослеплять пешеходов п лпц, едущих навстречу в экипажах; заграницей для этого изданы специальные предписания* 2). Мощные прожектора на автомобилях не должны
J) См. G. Gehlhoff, Leuchtgerat mit Optik, Bloch, Llchttcchnik, S. 472.
2) Verordnung fiber Kraftfahrzeugverkehr von 15 Marz 1923 und Bekanntmachung fiber Kraftfahrzeug-Schcinvvcrfehr void 29 August 1923 (RclchsministerialbL № 47, 1923, S. 920j.
РАСЧЕТ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК.
1181
применяться; таковыми считаются прожектора с электрическими лампами накаливания более 35 ватт, газокалильные фонари или фонари, работающие иа каком-либо другом горючем, прн чем если к ним подводится сжатый воздух пли кислород.
Мощные прожектора могут применяться на автомобилях прн поездках на загородных дорогах, но должно, исключая случая сильного тумана, в поселках и при встрече с другими экипажами, уменьшать их силу света. Маломощные прожектора могут применяться везде. Мощными прожекторами считаются также прожектора, работающие ацетиленом или другим газом, в которых часовой расход горючего больше 21 литра и если их световой конус пересекается с дорогой иа расстоянии, большем 60 метров от экипажа. Маломощными ацетиленовые прожектора считаются, когда потребление ими горючего меньше 21 литра в час, или когда прп большем часовом расходе горючего, середина светового конуса пересекает дорогу на расстоянии, меньшем 60 метров от экипажа. Для прожекторов с электрическими лампами соответствующие указания сведены в таблицы, данные Bloc Ь’ом *)].
е) Время горения.
В таблице 24 даны для Берлина темные часы по месяцам, отдельно за год и за 300 дней. Из таблицы можно получить время горения для всех зависящих от дневного света установок, а также время, с которого необходимо включать искусственное освещение.
Таблица 24. Календарь горения в темные часы.
От захода солнца
До	4	часов	вечера
»	5	»	»
п	6	„	„
п	1	п	"
»,	м »
W	9	„	„
и	10	„
„	н	„
„	12
До восаода солнца От полночи ....
От 1 часа утра . .
я	2	п	.
»	3	„	„	.	.
»	4	„	„	.	.
п	Г>	П	•	
П	£	»	„	.	-
г	8	»	„	.	.
1
18
49
80
111
142 173 204
235 485 250
219
188
157
126
95
64
33
3
									1	7	9	8
2							-	4	27	38	89	73
24	3			—	—				2	29	57	69	233	192
52	29	4	—	—	.—	1	23	60	87	100	436	359
80	60	32	7	—_	1	20	53	91	117	131	703	578
108	91	62	37	20	24	51	83	122	147	162	1049	862
136	122	92	68	50	55	82	ИЗ	153	177	193	1414	1161
164	153	122	99	80	86	113	143	184	207	224	1779	1462
192	184	152	130	ПО	117	144	173	215	237	255	2144	1762
397	378	304	257	220	241	292	341	416	459	506	4296	3531
205	194	152	127	110	124	148	168	201	222	251	2152	1769
177	163	122	96	.4)	93	117	138	170	192	220	1787	1469
149	132	92	65	50	62	86	i08	139	162	189	1422	1169
121	101	62	34	20	31	55	78	108	132	158	1057	869
93	70	32	5			2	24	48	77	102	127	706	581
65	39	6	—	—	—	1	18	46	72	96	438	360
37	10	—			—	—.	—		15	42	65	233	192
10	—	—	—			—	—	—	12	34	89	73
—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	4	7	7
£
*) Bloch, AUgCBieine Automobilzeitung, 1924, S. 22,
V ОТДЕЛ.
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
Переводе немецкого инженеров М. Я. Бриллиант и Т. Л. Гинзбург под редакцией проф. В. А. Александрова.
,	I. Общие данные.
а)	Единицы электрических измерений.
В основу системы электрических измерений положена система С. G. S. (сантиметр—грамм—секунда) (том I, стр. 196). Практические значения мер ом, ампер и вольт установлены в 1908 году Международной электротехнической комиссией в соответствии с германским законом относительно единиц электрических измерений от 1 июня 1898 г. *).
Закон устанавливает следующее:
Ом (й) — единица электрического сопротивления — представляет сопротивление ртутного столба (при температуре таяния льда), длина которого, при постоянном сечении в 1 mm2 равна 106,3 cm и масса которого составляет 14,4521 g.
Ампер (А) — единица силы электрического тока. Неизмепяющпйся ток, который при проходе через водпый раствор азотнокислого серебра выделяет 0,001118 g серебра в секунду.
Вольт (V) — единица электродвижущей силы — представляет электродвижущую силу, дающую электрический ток, силою в 1 ампер в проводнике, сопротивление которого равно 1 ому.
В соответствии с этими основными единицами находятся:
Кулой — единица количества электричества — представляет количество электричества, соответствующе- току 1 А в течение 1 sec (амперсекупда).
Д ж а у л ь — единица электрической работы — работа производимая в т чение 1 sec током 1 А в цепи сопротивлением 1 й (ваттсекуида).
Ватт — единица электрической мощности — мощность соответствующая 1 джаулю в sec (ватт = вольтампер).
Фарад — единица емкости — емкость конденсатора, у которого при заряде в 1 кулоп устанавливается напряжение между обкладками 1 V.
Генри — единица самоиндукции — самоиндукция, при которой изменение тока на 1 А в 1 sec вызывает электродвижущую силу 1 V.
Сименс — единица проводимости — проводимость проводника с сопротивлением 1 S.
Производными единицами электрических измерении являются, напр.:
1 мегом “ I миллиону ом,
1 микрофарад 1 милл по иной доле фарада,
1 киловатт — 1 тысяче ватт,
1 миллиампер = 1 тысячной доле ампера.
Для различных величин и соответствующих им единиц установлены определенные обозначения (таблица 1)].
г) По этому закону иа государственный Физико-техннческии институт возложено изготовление ртутных эталонов ома, сопротивлений, снабженных соответствующими cfh-дете [ьствамн. н гальвапическ <х нормальных элементов (стр. 1207) для определения напряженья н сил токов; па него же возложено официальное испытание и проверка электрических приборов.
ai Таблицы для взаимного перевода различных единиц работы и мощности см. том 1, стр. ИЗ и 1114.
ОБЩИЕ ДАННЫЕ
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
b)	Основные законы магнетизма.
Единицы магнитных измерений и их размерность см. таблицу 1.
Магнитный полюс, единица силы полюса, сила полюса. Воображаемый изолированный (в виде точки) магнитный полюс с силой полюса иг, вызывает в другом с силой тъ находящемся на расстоянии I силу Р, величина которой определяется законом Кулона Р = >n]mz:12. Одноименные полюсы отталкиваются, разноймеиные—притягиваются. Единицей силы обладает полюс, действующий на равный ему, находящийся на расстоянии 1 с сплою, равной 1 дине (см. том I, стр. 196).
Магнитное поле, сила магнитного поля й. Каждая точка в пространстве, в которой на магнитный полюс силою т действует магнитная сила Р, принадлежит к магнитному полю, сила которого (сила поля) определяется отношением fo = Р : т.
Единицей силы магнитного поля обладает такое поле, в котором на магнитный полюс 1 действует сила в одну дину. Единица силы магнитного поля носит название гаусса. Магнитные поля обыкновенно вызываются электрическими токами. В этих случаях сила поля может быть выражена числом ампервитков на cm (AW: ст) или ампер на ст А : ст (подр. см. стр. 1190).
Магнитные линии поля. Магнитное поле в пространстве может быть представлено посредством магнитных линий пол я, направление которых в каждой точке соответствует направлению силы, действующей на магнитный полюс. Мерой силы поля служит число линий поля, пересекающих под прямым углом площадь в 1 ст2 (плотность линий поля). Таким образом,магнитное поле, силою в 1 может быть представлено одной линией, приходящейся на 1 ст2. В равномерном поле линии поля предполагаются параллельными при одинаковой плотности их. От магнитных линий поля!) следует отличать магнитные линии индукции. Числовые значения их совпадают только для поля в воздухе (см. ниже).
Магнитная индукция 23, линии индукции, поток индукции. Магнитное поле силою $3 (число линий поля на ст2) вызывает (индуцирует) в находящемся внутри него теле магнитную индукцию ^8, величиною 23 = р S (число линий индукции на ст2). Таким образом, внутри тела можно представить себе одновременно существование линий поля и в р раз большее число линий индукции. Линии индукции представляют замкнутые кривые. Сумма всех линий индукции в каком-либо теле представляет поток индукции Ф = 23 <?, где q представляет сечение тела с равномерно распределенными линиями индукции; р называется коэффициентом магнитной проницаемости. Для воздуха р = 1.
Парамагнитными называются тела, для которых р > 1, диамагнитными те, для которых р<^1. Для тех и других тел р остается величиной постоянной. Ферромагнитными называются тела, для которых р во много раз больше 1 и меняется в широких пределах в зависимости от индукции 23. Важнейшим из яих является желез о.
Силовыми линиями в физике обыкновенно называют линии поля, а в электротехнике линии индукции.
ОБЩИЕ ДАННЫЕ,
1185
Кривая намагничения дает соотношение между силой поля и индукцией 23 = f (6) (фиг. 1635, линия а). Величина индукции для
различных тел может быть определена из таблиц, в зависимости от AW/cm (таблица 6, стр. 1191).
Немагнитные практически сплавы железа могут быть получены путем добавления 25% никкеля или 10% марганца.
Гистерезисом, или задерживающей силой, называют свойство магнитных тел (железа) отставать по силе магнетизма от намагничивающей силы. Если искусственно размагниченное железо намагничивать при постоянно увеличивающейся
Фиг. 1635.
силе поля, то получают начальную кривую а
(фиг. 1635); при уменьшающейся до нули, а затем увеличивающейся в противоположном направлении до той же абсолютной величины силе поля, получают линию Ъ, а далее соответственным образом и линию с. Петля гистерезиса, т.-е. площадь между кривыми Ь и с, дает меру работы1; затраченной на перемагничивание = [1 : (4л)| • /Sod23 в эргах. Работа
эта целиком превращаетсн в тепло и она тем меньше, чем мягче железо. Значение 23 при S3 = 0 называется остаточным магнетизмом; значение Sb для. 23 = 0 называется коэрцитивной, задерживающей силой. По Рихтеру2) удельные потери в железе при частоте перемагничивания f г*=Е1^(таУватт/к&
«значения для е см. таблицу 2.
Вихревые токи. При переменном магнитном поле (иапр., при поле, получающемся от действия переменного тока) вследствие индукции (стр. 1192, 1196) вызываются в магнитном теле электрические токи — так называемые токи Фуко, или вихревые токи. Последние вызывают иагревапие и соответственную потерю работы при намагничивании. Вихревые токи могут быть уменьшены путем разделения тела на отдельные слои; поэтому электрические машины в тех частях, где они подвержены действию переменного магнитного потока, изготовляются из железных листов толщиною от 0,35 до 0,50 mm с прокладкой из бумаги.
Листовое железо из специальных сплавов (железо с примесью силиция) обладает более высоким сопротивлением и, вследствие этого, меньшими потерями на вихревые токи. По Рихтеру
потери на вихревые токи VK = о	ват’г/кй
yivv/ \ 1V иии/ таким образом общие потери по Рихтеру 3)
Для быстрого определения потерь в железе служат кривые фиг. 1636.
Коэффициентом потери У1о и называется общая потеря в W/k^ иа гистерезис и вихревые токи для 1 kg при 23шах == 10 000 C.G.S.
*) На едннипу объема (ст8)	9
3) В. Richter, Elektricshe Maschinen, стр. 152. Берлин, 1924. Ю. Шпрингер.
3) Там же, стр. 157.
1180
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА,
Таблица 2. Данные для листового железа»
Сорт железа	Т о лщн-иавтш	в	3	По	
Динамовое железо		0,35	4,7	3,2	3,2	7,1
Специальные сорта железа	0,5	4,4	5,6	3,6	8,1
(трансформ, железо) ....	0,35	2,4	0,6	1,35	3,0
и 15 000 C.G.S., частоте 50, индукции изменяющейся по закону синуса при 20° С (согласно норм испытания VDE).
Под коэффициентом старения подразумевается процентное изменение коэффициента потери П1о после первого нагревания в течение 600 часов
Потери в
ИнОукция ®
железе: ватт] kg
В зависимости от индукции к? в зависимости от частоты /
Фиг. 1636.
Магнитная цепь. Поток индукции, или магнитный поток, т.-е. совокупность проходящих через тело линий индукции, является всегда полностью замкнутым, так как каждая из линий индукции является замкнутой кривой. Линии индукции могут полностью или частично проходить в магнитных телах (железо). В первом из обоих случаев говорят о замкнутой в железе магнитной цепи. Если линии проходят главным образом по железу и только на коротких участках (воздушные зазоры) по воздуху, говорят о замкнутой магиитиой цепи. Магнитный поток индукции Ф зависит от вызывающей магнетизм силы F, а также
ОБЩИЕ ДЛИЙЫВ.
1187
от формы и свойств тех тел, которые пересекаются силовыми линиями на проходимом ими пути (стр. 1190). Вообще имеем:
Ф = VtRm,
(так называемый закон Ома для магнитной цепи). Здесь V обозначает магнитодвижущую силу(МДС), a Rm—магнитное сопротивление; этс последнее равпое Rm = 2 (/: ;j. g), где р означает проницаемость, I—длину и g—поперечное сечение отдельных частей магнитной цепи, по которым проходит поток индукции. Так как 03 = р 6 и Ф = <j О, то 7=26/.
Простой магнитной цепью является магнит.
Притягательная сила магнитов
Р = ОЗ2 g : 8 л дин = 0,04 (03:1000)а Ч
где q представляет поперечное сечение в cm2 места перехода силовых линий в притянутое железо, а 03—индукцию в нем.
[В магнитах из хорошей закаленной стали при замкпутой в железе магнитной цепи может быть достигнуто значение 03 = 11500, в замкнутой магнитной цепи магнето 03 = 5000, для магнитов измерительных приборов с подвижной катушкой применяют 03 = 800—1500. Подъемная сила электромагнитов определяется но той же формуле.
Основные законы электромагнетизма. Электромагнитная цепь (см. стр. 1190).
с)	Основные законы для постоянного тока.
Закон Ома. При установившемся состоянии jE = ZR, I=E-.R.
Здесь введены следующие обозначения: Е—разность потенциалов между двумя любыми точками проводника, по которому проходит ток в V,
I—	сила тока в проводнике в А,
R—сопротивление между теми же точками в Q.
Законы Кирхгофа. 1. Для каждой точки разветвления 2 /= О, т.-е. в точке разветвления, сумма токов, вытекающих из этой точки, равна сумме токов, притекающих к ней.
2.	При разветвляющихся проводниках, в которых действует несколько электродвижущих сил, имеем для каждой отдельной замкнутой цепи 2 Е = 2 IR. Силы токов и электродвижущие силы берутся при этом со знаками, соответствующими их направлениям. Если омические падения напряжения рассматривать при этом как отрицательные электродвижущие силы, то 2 Е — 0.
Из этих законов следует: при параллельном соединении пескольких сопротивлений Rt, R2, 7?3._сила тока в иеразветвленпой части равна сумме токов в ответвлениях I = 1г 4- /2 -|- /3 -|-.... и токи в ответвлениях находятся в отношениях, обра но пропорциональных сопротивлениям /] : /2:73...—	1/R, : 1лВ9: 1//?3 :.... Полное сопроти-
вление определяется из выражения 1/7/ = llR1 -|- 1//?2 4- • - ••> напр., для двух параллельно соединенных проводников будем иметь
R = R±R% * (Ri -|“
iigs
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
Фиг. 1637.
При Уитстоповом мостике (фиг. 1637), если стрелка галь-ваноме1ра ие дает больше отклонения (или если при применении переменных токов пропадает звук в телефоне), имеем неизвестное сопротивление
х = Ъс: а.
Если все сопротивления лишены самоиндукции, эти законы, а также и закон Ома, действительны также для однофазных или длительно совпадающих по фазе переменных токов.
Для многофазных переменных токов в этом случае законы Кирхгофа действительны только для мгновен-
ных значений, входящих в формулы величин (стр. 1195).
Омическое сопротивление. Сопротивление R в О проводника длиною I при постоянном поперечном сечении g mm3 равно
2? = pZ:g = /:Xg.
Удельное сопротивление р (омы-тт3/т) зависит от материала и температуры проводника; то же касается проводимости, или удельной проводимости, X. Повышение сопротивления для переменного тока см. стр.1197. Для всех встречающихся в практике пределов температуры имеем достаточно точно Rt — /?1511 -|- a (t— 15)], где /?]6 представляет сопротивление при 15°, Rt—сопротивление при tc, а—т е м п е р а-туриый коэффициент, т.-е. изменение р для 1° при начальной температуре 15°.
Увеличение температуры определяется в зависимости от увеличения сопротивления по следующей формуле: t2 — ^ — (R^—Rl):aR15 = = (R2— Z?i): a' R.,, где Rr и R2—измеренные сопротивления при начальной температуре и искомой <s, Я,5—сопротивление и а—температурный коэффициент при 15°, а а' ="а : [1 -|- а( 7, - 15)].
[Для меди о.,, = 0,00426, «1Г) = 0,00400, а2о = 0,00392, а25 = 0,00385. Упрощенное вычисление для меди см. стр. 1350].
Закон Джауля. В проводнике сопротивлением R ом, по которому проходит ток 1 ампер, выделяется в t сек количество тепла Q = 0,2390 PRt калории J). На этом основаны все электриче кие нагревательные приборы (стр. 1418), способы сварки, пайки и плавления.
Ток 1 ампер, проходящий по проводнику сопротивлением R ом, при разности напряжений на концах проводника Е вольт, производит в t сек. работу А = Elt = PRt джаулей (ваттсекунд), полностью превращающуюся в проводнике в тепло. Электрическая мощность, т.-е. производимая в 1 секунду работа, равна прп этом N = El = PR ватт. Для переменных токов см. стр. 1197. Таблица для пересчета см.т. I, стр. 1163.
Электролитический закон Фарадея. Ток в I ампер выделяет в 1 see из электролитической ванны количество вещества т = a It g.
а называется электрохимическим эквивалентом; он может быть получен в g/С из химического эквивалента (атомный вес, атомность) путем умножения последнего на 1,0363-10-5. При опре-
') По последним измерениям германского физико-технического института*
ОБЩИЕ ДАННЫЙ.
1189
Таблица 3. Удельное сопротивление*) и температурный коэффициент
при 15°.
Материал	р		Материал	р	
Алюмвннй . . . Алюминиевая бронза 9 . . Висмут .... Железо .... Константан . . Латуиь .... Манганин . . . Медь красная2) Нейзильбер . . Никкелин . . . Никксль .... Олово		0,03 0,13 —0,29 1,2 0.10 —0,14 0,49 —0,51 0,07 —0,08 0,42 0,017—0,0175 0.35 -0,41 0,40 -0,44 0,1 —0,12 0,12	4- 0,0037 -1- 0,001 4- 0,0037 4- 0,0045 — 0,00005 4-0,0015 4-0,00001 - - 0,00400 - - 0,00007 - - 0,00022 - - 0,0041 4- 0,0045	Платила.... Тантал .... Ртуть 	 Сви"0ц .... Серебро .... Сталь 	 Цинк Уголь газов. . . Твердые угольные щетки . . Угли для дуговых ламп . . Мягкие угольн. щетки ....	0,094-0,11 0,Г> 0,95 0.21 0,016-0,0175 0,10 —0,25 0,06 | 100-600 | 40-100	4- 0,0024 4-о,ооз 4- 0,00090 --0,0041 4- о.оозб 4- 0,0045 до 0.005 С.О039 — 0,0003 до 0,0008
’) Медь с 5—10°/о алюминия.
2)	Медь для проводов, согласно норм для меди VDE должна иметь р—0,01784 при 20°. Удельный вес может быть принят 8.89. Образцовая отожжепая медь по международным нормам (ETZ, 1914, стр. 366) имеет при 20 р = 0,01724 = 1/58“ а — 0,00393™ 1/254,5, Удельный вес 8,89. Незначительные примеси могут сильно менять приведенные значения.
При приблизительных подсчетах проводов можпо для медн, принимая во внимание нагревание, принимать р ~ 1: 53; в электрических машинах можно принимать р rz 1: 50 до 1:46. См. также X—Провода.
Таблица 4. Удельное сопротивление растворов при 18е
I в cm, q в ст2. Для 1° повышения температуры сопротивление умеиь ищется приблизительно на 2“7°, для употребляемой в аккумуляторах сер-__________________ной кислоты —иа 1,4 9-а (с.м. стр. 1209).________________
Весовых частей на 100 частей раствора	Меди ын купорос	Цинковый i купорос	Углекислый натрий	I	Хлористый натрий	Нашатырь	। Серная кислота	Азотная ' кислота	1 Соляпал кислота i	Водный раствор । едкпго калия
	CuS04	ZnS04	Na2C08	NaCl	Nfl.CI	n2so4	HNO,	ИС1	кон
5	52,9	52,2	22,2	14,9	10,9	4,79	3,88	2,53	5.81
10	31,3	31,2	14,2	8,26	5,64	2,55	2,17	1,59	3,18
15	23,8	24,1	12,0	6,1	3,87	1.84	1 63	1.34	2,35
20	—	21,3	—	5,1	2,98	1,53	1,41	1,31	2,00
25	—	20,8	—	4,67	2,48	1,40	1,30	1,38	j,85
30	—	22,7	—	—	—-	1,35	1,27	1.51	1,85
35	—		—	—	—	1,38 1,47	1,30	1,69	1,97
40	—	—	—	—	—		1,36	1,94	2,24
50	—			—		—	1,85	1,59	—.	—
60	—	—	—.			—	2,68	1,95	—	—
70					—	—	4,63	2,55	—	—
80	—	—	—	—	—	9.01	3.75	—	—
Мн и-	—	20,8	—	—	—	1,35	1,27	1,3	1,84
мум при	—	23,5%	—	—	—	30%	30%	18,3%	23%
*) В физике удельное сопротивление дается большею частью для длины I в ст и q в ст1 и этпм получаются значения 104 раз меньшие по сравнению с вышепригеж *нными. См также т, I, стр. 773, 774, табл. I. Отклонения в данных объясняются различной чистотой металлов.
V. ИЛЕКТРОТЕХНИКЛ.
Таблица 5. Значения а в mg/кулон и в g/Ah.
			1 ампер выде-					1 ампер выде-	
			ляет				ад"	ляет	
	£	= «				л	Я Й		
Элемент				в 1 h	Элемент		о 2	в 1 sec	
	к	в* ~	в 1 sec			Е	С5		в 1 h
	с	я К и S	mg	g		О		mg	g
	◄	X к					и g		
Алюминии . . ,	3	8,99	0,0936	0,3370	Никкель....	2	29,34	0,3041	1,095
Водород ....	1	1,008	0,01045	0,03762	»» ....	3	19,56	0,2027	0,7297
Железо ....	2	27,92	0,2895	1,0425	Олово		2	59,35	0,6151	2,214
	3	18,61	0,1931	0,6950		4	29,67	0,3075	1,107
Золото ....	3	65,7	0,6812 0,4052	2,452	Платина	4	48,80	0,5057	1,820
Калий 		1	39,10		1,459	Ртуть .....	1	200,6	2,0787	7,483
Кислород . . .	2	8,00	0,0829	0,2985		2	100,3	1,0393	3,742
Магний ....	2	12,16	0,1260	0,4537	Свинец ....	2	юз.б	1.0735	3,865.
Медь		1	63,57	0,6588	2,372	Серебро ....	1	107,88	1,11800	4,025
„ • •  - -	2	31,78	0,3294	1,186	Хлор		1	35,46	0,3675	1,323
Натрии ....	1	23,00	0,2384	0,8581	Цинк .....	2	32,685	0,3387	1,219
делении напряжения для электрохимических процессов необходимо принимать во внимание сопротивление электролитической ванны (таблица 4, стр. 1189) и обратную электродвижущую силу (поляризацию) Е, соответствующую тому соединению, которое должно быть разложено. Для последней может быть принято приблизительное соотношение Е — W 23065 V, где W обозначает тепловой оттенок подлежащего разложению соединения. Вообще, тепловым оттенком называется то количество тепла в грамм -калориях, которое развивается (пли поглощается) при химическом процессе, если количества тел (в g), участвующих в означенном процессе, равны их химическим вквивалентным весам. Иапр., полное сгорание С в С02 (т.-е. 12g С вместе с 32g О) дает тепловой оттенок 9бг60 g-калорий.
Более точное определение электродвижущих сил по Неристу, см., иапр., Герм, электротехн. календарь, 42 год, 1925 года, стр. 124. Изд. Ольденбурга.
d)	Основные законы электромагнетизма.
Электромагнитная цепь. Магнитная цепь см. стр. 1186. В электротехнике приходится иметь дело почти исключительно с замкнутыми в железе магнитными цепями (напр., в трансформаторах) или замкнутыми  магнитными цепями (напр., в электрических машинах). Магнитодвижущая сила возникает вследствие действия возбуждающих ампер-витков, осущест-вляемого либо специальной (возбудительной) обмоткой, лпбо основной (рабочей).
Соотношение между силой магнитного поля & и охватывающим поле числом ампер-витков ml, или числом ампер I, дается выражениями £> = 0,4 к ш IЦ, или 0,4 л 1/1 в гауссах, где mljl представляет число ампер-витков/cm (AW/cm), а 1/1 — число ампер, cm(A/cm)
!) Во данным Германской комиссии ио атомным весам 1925 г. См. т. I, стр. 757. Химический а ввивал сит — атомному весу : атомность.
ОБЩИЕ ДАННЫЕ.
лэт
Для упрощения принимается также 6' == о Ijl или = 1/1, т.-е. сила магнитного поля измеряется часто в AW/cm или Л/ст (ср. силу магнитного поля Л/ст с силой электрического поля в V/cm стр. 1201, 1203). При этом = (1/0,4 тс) •& = 0,8 £> в AW/cm !), 6 = 1,25 S>f в гауссах.
Таблица 6. Таблица намагничивания для различных сортов железа2).
23	Число ампер вннтков п 1 cm пути линий индукции			23	Число ампер витков на 1 сш пути линий индукции		23	Число ампер витков на 1 ст пути линий индукции	
	дннамо-жесть	стальное литье	чугун		динаможесть	стальное литье		дннамо-жесть	стальное литье
1 000					1,2	11 000	5,1	6,8	16 500	52	54
2 000	—	_		3,3	И 500	5,9	7,4	17 000	70	72
3 000	—	1,0	6,0	12 000	6,8	8,2	17 500	90	92
4 000	1,0	1,4	9,5	12 500	7,9	9,0	18 000	115	117
5 000	1,3	1,9	14	13 000	9,0	10,4	18 500	145	146
6 000	1,7	2,4	21	13 500	11	12,3	19 000	180	181
7 000	2,1	3,1	35	14 000	13	15,4	19 500	225	225
8 000	2,5	3,8	56	14 500	16	19,6	20 000	280	280
9 000	3,1	4,7	80	15 000	21	24	20 500	350	350
ioooo	3,9	5,7	120	15 500	30	32	21 000	450	450
10 500	4,4	6,2	150	16 000	40	42	22 000	780	780
По	отноше	нию ко	всей ь	агнитио	й цепи	имеем	0,4 к <л	1=0,4	тс 0 =
Фй dl,	если У	выражено в		гауссах,	или €	&>' dl, если &			дано в
AW/cm.	0 представляет собою полное число ампервитков или								ампер
связан ных		с магнитной цепью. Интеграл				с кругом (qj) обозначает, что			
ои распространяется на всю замкнутую цепь;						он называется		линейным	
интегралом силы магнитного поля.
[Если поток ивдукцпи Ф= И q, а также поперечное сечеиие q известны для всех частей магнитной цепи, то для каждого участка последней может быть определено, пользуясь кривыми намагничивания, или таблицами, соответствующее значение & в AW/cm пли в А/cm и получена сумма S &>' I = 0, т.-е. число возбуждающих ампервитков для магнитной цепи. Пример см. стр. 1220].
Магнитное поле электрических токов. Всякий ток, проходящий по проводнику, возбуждает вокруг него магнитное поле. Направление действия этого поля определяется правилом Ампера (стр. 1194). Величина поля в гауссах определяется следующими формулами (/ в амп., длины в ст).
1) Поле бесконечно короткого элемента провод-
инка.
В расстоянии г:
0,1/ sin d dl dS> =-------j---
>) Отсюда могут быть определены ампер-витки для воздушных зазоров электрических машпн и аппаратов при заданной величине 03 == -S5-
2) Средние величины, смотря по качеству материалов могут иметь значительные отклонения.
1192
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
(закон Б и о-С авара) dl—длина элемента проводника, ф — угол между направлением тока и линией, соединяющей рассматриваемую точку С dl.
2)	Поле кольцевого проводника. Для середины круга: й = 0,2 тг I: г; г — радиус круга.
3)	Поле бесконечно длинного прямого проводника.
Вне проводника: 6 — 0,2 I: г.
Внутри проводника: &> = 0,2 I г : а2.
г—расстояние от оси проводника,
а—радиус проводника (в предположении, что ток распределяется равномерно по сечению проводника).
4)	Поле кольцевой катушки внутри катушки & = 0,4 к ш I: I;
или S) — 0,2 о> I: г; вне £) = 0.
г—радиус кольца; I — 2 к г Средняя окружность кольца.
5)	Поле цилиндрической катушки (соленоид) при длине цилиндра значительно превышающей его диаметр.
В середине катушки &> = 0,4 к u> I: I.
Для взаимодействия между магнитным полем и проводником, по которому проходит ток, имеем (приблизительно): Р = Н<Р> 10— 7 kg; I в амперах, Zb ст, 23 в максвеллах/ст2. Направление действия см. правило левой руки (стр. 1194). Для взаимодействия между двумя проводниками, по которым проходит ток, имеем (приблизительно): Р — 2 (На) Zj-ZglO-8 kg; I в амперах, /нов одинаковых измерениях. При токах, имеющих одинаковое направление, имеет место притяжение, при противоположно-направленных—отталкивание.
Закон индукции. Изменение потока индукции, проходящего через какой-либо виток, возбуждает (индуцирует) в нем электродвижущую силу, моментное значение которой пропорционально скорости изменения потока </ф „	с1Ф _я
индукции е =---При w витках е = — w 10 V. Изменение
потока индукции в витке может быть вызвано тем, что изменяющийся по времени поток индукции пересекает неподвижную обмотку (напр. трансформатор), или тем, что обмотка пмеет такое движение относительно неизменяющегося по времени потока индукции, что она по временам охватывает большее или меньшее число линий индукции (напр. в генераторах переменного тока, или дииамомашинах).
В прямом проводнике длиной в I ст, движущемся в равномерном магнитном поле силою & перпендикулярно к линиям поля со скоростью v cm/sec, индуцируется ЭДС e = Sllv 10— 8 V.
Физически возникновение ЭДС может быть выведено из указанного <2Ф
выше закона индукции е =---— . Закон направления ЭДС см. стр. 1194.
Если направление силовых липий составляет с проводником угол а, а направление движения угол ₽ с плоскостью, проходящей через проводник и направление силовых линий, то
е = S> I v sin а • sin р 10 ~ 8 вольт.
ОВЩИЕ ДАННЫЕ.
1193
Самоиндукция. Каждый проводник, по которому проходит ток, вызывает магнитное поле, меняющееся с изменением тока; благодаря этому в проводе индуцируется ЭДС, называемая ЭДС самоиндукции, моментное значение которой е =—L Величина L носит название коэффициента самоиндукции; последний зависит только от формы проводника. Самоиндукцией 1 генри обладает’ провод, в котором равномерное изменение тока на 1 A/sec вызывает напряжение 1 вольт.
Единицы измерений и размерность см. таблицу стр. 1183.
Значение коэффициента самоиндукции.
Соленоид А = 4тег»2д:А10 — 9 генри; число витков го, поверхность витка g ст2, длина катушки I в ст, при чем I велико по сравнению с диаметром витков.
Два параллельных проводника:
L = I (0,5 4- 2 In ~’)1° “ 9 генри.
{—полная длина прямого и обратного провода, d—взаимное расстояние, г—радиус проводника. Действие самоиндукции L в цепи с сопротивлением Б: при пеизменяющейся ЭДС сила тока достигает величины 1 — Е: R лишь спустя время t = оо ; по истечении t секунд имеем:
If = E(l — e~Rt’ly.R
При внезапном прекращении Е находим, что сила тока 1 в течение t' секунд падает до
It’ = Ее- ~Rt',L -,В = Ее-
е — 2,718 — основание натуральных логарифмов. Т — L/R называется постоянной времени.
При возрастании тока ЭДС самоиндукции ослабляет ЭДС основного тока; при ослаблении тока она действует, как дополнительная ЭДС. В обоих случаях она стремится сохранить существующие значения тока и потока индукции, т.-е. задерживает возрастание или уменьшение этих величин.
Самоиндукция в цепи переменного тока см. стр. 1197.
Взаимная индукция. Подобно тому, как изменение тока в проводнике вызывает в последнем ЭДС самоиндукции, в проводнике соседнем вызы-di вается ЭДС взаимной индукции, моментное значение которой е =	.
Величина М носит название коэффициента взаимной индукции и зависит как от формы, так и от расположения проводников. М имеет одинаковое значение независимо от того, в каком из обоих проводников происходит изменение тока. Единицы измерения и размерности для М таковы же, как для L (см. стр. 1183).
[Значения М определяются опытами, в особых случаях также вычисляются: напр., для двух концентрических кольцевых катушек длиною I ст, площадью сечения витков q cm2 и числом витков Wj и w3
М = 4 те «j и>3 q/l • 10 ~ 9 генри.	ч
1194
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
е)	Правила для определения направления токов и действия магнитных и механических сил.
1.	Вне магнита линии индукции проходят от северного полюса к южному. Установленное таким образом направление принято считать положительным. В магнитном поле магнитная стрелка устанавливается северным полюсом в положительном направлении линий индукции.
2.	Вне источника тока ток проходит от положительного полюса (4- клемма) к отрицательному (— клемма). Установленное таким образом направление принято считать положительным.
В гальваническом элементе плюсом служит уголь или медь, минусем—цинк. В аккумуляторе плюс соединен с коричневой пластинкой, минус—с серой.
3.	Полярность в электрических установках постоянного тока определяется погружением испытательных проволок в воду плп прикладыванием смоченной полюсной бумаги. У отрицательного полюса происходит заметное выделение газа (водород) пли окрашивание бумаги. Лакмусовая бумага у отрицательного полюса окрашивается в синий цвет, у положительного—в красный. В распределительных устройствах по нормам VDE отрицательные провода должны быть окрашены в синий цвет, положительные—в красный.
4.	Правило Ампера для определения направления тока в проводах: если представить себя плывущим вдоль провода в направлении тока и смотрящим ва магнитную стрелку, то под действием тока северный полюс будет отклоняться влево.
5.	Правило винта для определения связи между направлениями тока и потока индукции: направление движения винта с правой резьбой (штопор!) вращаемого в направлении тока, дает направление потока. Направление вращения винта с правой резьбой, передвигающегося в направлении потока, дает направление тока. При этом положительное направление потока соответствует положительному направлению тока.
6.	Правило для определения ЭДС трансформатора (стр. 1192).
Уменьшение потока индуцирует положительную ЭДС, или при замкнутой цепи положительный ток, если за положительные значения принять устанавливаемые правилом 5; увеличение потока индуцирует отрицательную ЭДС. Каждое изменение потока вызывает ток, который противодействует этому изменению.
7-	Правило правой руки. Для определения направления индуцированной ЭДС (для генераторов). Первые три перпендикулярно друг к другу расставленные пальцы правой руки дают:
большой палец—направление движения проводника, указательный—направление потока, средний—направление индуцированной ЭДС.
8.	Правило левой руки для определения направления механического усилия (для моторов). Первые три, перпендикулярно друг к другу расставленные, пальца левой рукн дают:
ОВЩИВ ДАННЫЕ.
1195
большой палец—направление механического усилия, указательный палец—направление потока, средний палец—направление тока.
9.	Направление механического усилия в проводах, по которым проходит ток: токи одного направления притягиваются, токи противоположных направлений отталкиваются. Поле, образуемое замкнутым проводником, в присутствии другого поля имеет стремление повернуться и переместиться в такое положение, чтобы по направлению и положению лритти в совпадение со вторым полем.
270°
Фиг. 1638 а. Фиг. 1638 Ь.
f)	Основные законы для переменного тока.
Основные понятия. Понятие переменный ток охватывает как однофазный, так и многофазный ток. Трехфазный ток есть система 3-х токов. Кривая напряжения и силы переменного тока может быть в общем виде выражена в форме периодической функции при помощи ряда Фурье (том I, стр. 178). Хотя часто встречаются отклонения, но большею частью для расчетов принимается простейшая гармоническая функция—синусоидальная функция
С = £max SIH СС, г = г’тах Sin (а—ср).
Фиг. 1638 Ъ представляет изменяющееся по этому закону, в зависимости от времени, переменное напряжение с максимальным значением Стах.
Прп равномерном вращении радиуса величиной стах проекция его на у изменяется по тому же закону синуса (фиг. 1638а). Углу 0° соответствует время t — 0, углу а времи t = £ и углу 360° время t = Т. Это время Т называется периодом или продолжительностью периода. Число периодов в сек. называется частотой f. Для продолжительности одного периода в сек., выраженной через f, имеем: Т = 1: f. Этому времени соответствует угол 360° = 2п, так что времени t в общем соответствует угол а — 2itff — <ot; co = 2r.f называется угловою скоростью.
Действующая или эффективная сила тока производит при переменном токе то же тепловое и динамическое действие, как постоянный ток той же силы. Соответственно этому эффективное значение тока представляет не среднее арифметическое (алгебраическое) из мгновенных значений сил токов, а корень квадратный из среднего значения квадратов этих величин: I— V(fi2dt) : I и соответственно этому эффективное значение напряжения Е=)/"(/е2^£): £. Если кривая тока, или напряжений, представляет синусоиду, эффективное значение тока и напряжения I — t'max: г 2 = 0,707 гшах и соответ
1196
У. ЭЛЕКТРОТЕХНИК*.
ственно J? = 0,707 ешах, в то время как средние арифметические представляют 1т — (2:") «шах = 0,637 tmax И Ет — (2 : я) Стах = 0,637 Стах.
[Коэффициентом амплитуды называется отношение максимального значения к эффективному; для синусоидального процесса коэффициет амплитуды = 1/2.
Формфактором называется отношение эффективного значения к среднему; для синусоидального процесса формфактор = 1,11. На фиг. 1638 эффективное значение напряжения нанесено сплошной линией, среднее значение мгновенных величин представлено пунктирной линией. Тепловые измерительные приборы и динамометры, градуированные для постоянного тока, дают при переменном токе его эффективные значения; см. стр. 1339].
Основные уравнения для трансформаторов. Если для катушки с w витками изменение потока ипдукции (стр. 1192) по времени происходит по закону синуса, то изменение напряжения по времени следует тому же закону. Его эффективное значение
Е = 4,44 fw Фшах-10—8 вольт.
Закон Ома для переменного тока. В лишенной самоиндукции цепи переменного тока с сопротивлением R момептпые значения тока и напряжения находятся в фазе (ср = 0), т.-е. сила тока и напрнжение одновременно достигают максимальных, минимальных и нулевых значений. Для такой цепи, как для моментных, так и для эффективных зпаченпй, действительно соотношение I— Е: R, т.-е. применим тот же закон Ома, как для постоянного тока (стр. 1187).
[/? представляет здесь ие чисто омическое сопротивление Rg постоянного тока, а повышенное омическое сопротивление перемеииого тока Rw. Можно принять R„ = tRg, где е является коэффициентом, учитывающим влияние вихревых токов. Переменное магиитпое поле проходящего по проводу переменного тока индуцирует в самом проводе местные ЭДС, вызывающие элементарные вихревые токи. Последние вызывают в проводе дополнительные потерп иа вихревые токи (токи Фуко), т.-е. влекут за собой кажущееся увеличение омического сопротивления. Прн больших поперечных сечениях и проводах, проложеипых в пазах машин, е может достичь значительной величины. Мерою для уменьшении е являются применение в электрических машинах проводов, свитых из отдельных проволок, или замена одного провода весколькпмп изолированными Скрученными проводниками (стр. 1245)].
В цепи переменного тока,обладающей самоиндукцией Пи омическим сопротивлением R, ток оказывается сдвинутым по фазе по отношению к напряжению на угол у. Вместо закона Ома в том виде, как он имеет место для постоянного тока, для момент-иых значений при неизменной величине L имеем: е = iR -]- L.—— и, corf! ответственно, для эффективных значений при синусоидальном процессе
1 — Е: ]/ «о2 Е* + Е? = Е: Й
ОВЩИВ ДАННЫЙ.
1197
(закон Ома для переменного т о к а); 9? = У шаL2 + R2 называется кажущимся сопротивлением, wL называется безваттным сопротивлением (р е а к т ап ц), a R—д ействующим сопротивлением цепи (фиг. 1639). Если эти три сопро-тивленпя умножить иа I. то три стороны тр</-угольника па фиг. 1639 представят три напря-	s
женил: ЭУ — полное падение напряжения	tZ 3
в цепи, М—индуктивное падение,	_ t-
RI — омическое. Полное падение напряжения	л
является при этом геометрической суммой на- Фиг. 1639. пряжений, вызываемых в цепи током I. Иначе
говоря, 79( представляет напряжение у зажимов, уравновешивающее полное падение напряжения, &LI-—безваттное напряжение, a IR—действующее напряжение, уравновешивающие соответственно индуктивное и омическое падения напряжения. Напряжение у зажимов и полное падение напряжения, безваттное напряжение и индуктивное падение напряжения, действующее напряжение и омическое падение напряжения равны по числовой величине, но имеют противоположные знаки. Аналогичные диаграммы напряжений см. фиг. 1641 и 1642.
Эти диаграммы напряжения указывают также изменение напряжения по времени, т.-е. его фазу (стр. 1195). Ток I и действующее напряжение находятся в фазе, так как оии одновременно достигают максимальных значений. Ток и омическое падение напряжения противоположны по фазе ’). Пидуктивное падение напряжения отстает от тока на 90°, так как оно достигает максимального положительного значения, когда изменение тока с его уменьшением оказывается максимальным / di\
( е = — L I, т.-е. при синусоидальном процессе, когда I уменьшаясь
проходит через 0. Безваттное напряжение, как слагающая напряжеппя у зажимов, уравновешивающая индуктивное падение, опережает ток на 90°. Само напряжение у зажимов опережает ток на угол <р. Этот угол ?, согласно сказанному выше, представляет угол, яа который, по отношению друг к другу, сдвинуты по фазе кривые напряжения и силы тока.
Таким образом если е = вшах sina, то при отставании тока i = «max Sin (а — <р).
Если ток и напряжение сдвинуты по фазе, то действительная электрическая мощность N = El cos tp ватт; I cos <р называется ваттной слагающей,/ siny— безваттной; значение cos? называется коэффициентом мощности, значение sincj называется коэффициентом безваттной мощности; Ne = Ef вольтам иеров называется к а ж ущ е й с я мощностью.
Ваттметр показывает непосредственно значение N. Если одновременно с N измервть ток I и напряжение Е, то cos® — N: EI (стр. 1188).
*)Если ioLI_0, то полное падение напряжения равно омическому падению напряжения; так как ток находится в фазе с напряжением у зажимов, то он противоположен по фазе омическому падению напряжению.
1198
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА,
Для контроля за cos ? в электрических установках имеются непосредственно указывающие cos? приборы—ф а з о м е т р ы (стр. 1053).
Cos? приборов, потребляющих электрическую энергию (моторы, трансформаторы), зависит от их нагрузки. С уменьшением их нагрузки коэффициент мощности, вообще говоря, ухудшается (стр. 1272).
Cos? отдельно работающего генератора определяется характером питаемой сети и зависит от числа, величины, конструкции и нагрузки присоединенных трансформаторов и моторов. Слабо нагруженные моторы могут уменьшить коэффициент мощности сети до 0,6 — 0,5 и ниже. При параллельной работе пескольких генераторов (стр. 1262) безваттный ток может по желанию распределяться между' отдельными генераторами.
[Для генераторов и трансформаторов необходимо указывать допустимую нагрузку в кЛ'А (киловольтамперы); для генераторов, кроме того, минимально допустимый cos?, так как нагревание их зависит от полного тока, т.-е. от кажущейся мощности, а безваттный ток I sin? действует размагничивающим образом, повышая падение напряжения генератора.
Величина потребляемой генератором мощности Nm зависит от действительной мощности и при коэффициенте полезного действия ц
Nm = El cos?: 1000»] киловатт.
В настоящее время имеется стремление улучшить коэффициент мощности сети, т.-е. по возможности приблизить его к 1, чтобы разгрузить провода и генераторы от безваттного тока. Достигается это особыми генераторами безваттного тока (стр. 1260), отдающими в цепь безваттный, намагничивающий ток, или применением моторов с компенсированными фазами (стр. 1268), работающих с cos? = 1].
В цепи переменного тока с емкостью С (стр. 1201) зарядный ток опережает на 90° напряжение Ес, т.-е. оказывается безваттным
clc
током. Моментное его значение г = С ; эффективное его значение при dt л
1Ь~
синусоидальном напряжении I — шСЕс ампер, если С представляет емкость в jaB; 1:шС называется емкостным сопротивлением. Чистый зарядный ток имеет место при включении разомкнутого на одном конце кабеля: он может быть достаточно точно определен по вышеприведенной формуле. Величина его для кабелей, а также длинных воздушных лилий при высоких напряжениях (например, при испытаниях линии), часто весьма значительна J). На конце разомкнутого кабеля, при
известных условиях, может появиться повышение напряжения по сравнению с напряжением питания (эффект Ферранти).
Если в цепи переменного тока, кроме емкости С, имеется
сопротпвленпе В и самоиндукция L, то 1=
УВ2+[шЛ —(1:о>С)Р
(общее выражение закона Ома для перем еииого тока);
1) В виду этого для испытания кабелей применяется постоянное напряжение, коду* чаемое с помощью выпрямив еден.
ОБЩИЕ ДАННЫЕ.
1199
I в амперах, если L в генри и С в фарадах. Резонанс наступает, если wZ, — 1: и>С, пли 1 :	В этом случае ток достигает макси-
мального значения I=E: R. Напряжения Ес и Ет у клемм емкости и самоиндукции могут при этом достичь очень высоких значений Ес = I: <лС = I YL :С и Ef = wLT = lYL: Ci Y^'-C называется колебательным сопротивленпем цепи. В системе, содержащей емкость и самоиндукцию (колебательная цепь), могут возникать „собственные колебания" с частотой f — 1: (2^Y£C). (Радиотехника, том IV). Сопротивление R в колебательной цепи вызывает затухание, т.-е. более или менее быстрое прекращение колебаний и, если R очень велико, увеличение периода колебаний соответственно уменьшение частоты.
П е р е н а п р я Mt е н и я, т.-е. повышения иапрялсения опасные для изоляции проводов, машин и аппаратов, могут быть вызваны, кроме случая резонанса, также намеренными или случайными явлениями в сети: например, пробоем изоляции, короткими замыканиями, заземлениями и пр.
Блуждающие волны и скачки напряжения ’). Электрические провода обладают на единицу длины определенной емкостью с и самоиндукцией I. Yl:c называется волновым сопротивлением провода. Волновое сопротивление провода составляет для воздушных проводов около 500 ом, для кабелей — около 50 ом. При внезапных изменениях состояния тока и напряжении эти изменения, носящио название блуждающих волн, распространяются по воздушным проводам со скоростью света, а по кабелю—приблизительно с половиной этой скорости. Току i на каком-либо участке провода соответствует при этом напряжение е = i Yi -.c. п ространственное распределение тока и папряжения вдоль проводов совпадает, как и изменение по времени. Таким образом, существующее пространственное распределение тока и напряжения пробегает неизмененное вдоль провода, если последний во всех своих частях имеет одно и то же волновое сопротивление. При отражении у свободного конца провода напряжение возрастает до двойной его величины. Сопротивление различных частей пути тока вызывает затухание и понижает величину перенапряжения. Короткие замыкания и заземления в сетях, имеющих большое напряжение, могут вызвать громадное перенапряжение •)(предохранение против перенапряжения в электрических установках см.стр. 1377). Скачками напряжения называются блуждающие волны с большой крутизной фронта, вызываемые большей частью искровыми разрядами. Полное повышение напряжения, или его падение, может при этом пространственно сосредоточиться на длине в несколько метров. Известны случаи крутизны от 10 до 30 kV/m. Крутизна импульсов при пробегании их по проводу, так же, как их вышина, уменьшаются вследствие затухания. Если импульс достигает какой-либо обмотки (машины, трансформаторы и т. д.), то возможно, что полное напряжение распределится на один пли несколько витков, так что при перенапряжении особенно часто повреждаются первые витки обмоток. Поэтому они выполняются с усиленной изоляцией.
OR. R tide 11 berg, Elektrlsche SchaltVorgange, Берлин, 1823, ГО Шпрингер.
°) Leitsatze fur den Schutz elektrlschet Anlagon gogen tlbersparmungeu ET7 1825. 8. 472.
1200	▼. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
ОБЩИЕ ДАННЫЕ.
1201
[Векторные диаграммы для переменного тока. Векторные диаграммы дают графическое изображение величины, изменяющейся по времени по закону синуса. Если вектор вращается с постоянной угловой скоростью вокруг определенного центра, то проекция вектора на ось изменяется по закову сннуса (фиг. 1638а). Вектор описывает в течение одного периода угол 2л и при частоте f в одну секунду угол <о = 2п/; <о называется— угловая скорость (стр. 1195). Направление вращения вектора принимается против часовой стрелки, так что при неподвижном векторе ось времени вращается по часовой стрелке. Фиг. 1638 показывает связь между графическим изображением напряжения, меняющегося по времени по закону синуса (рис. 16386), и векторным изображением той же величины (фиг. 1638а), при чем в виде вектора нанесена амплитуда напряжений. Проекция аплитуды на вертикальную ось дает мо- * ментиое значение. Моментные значения могут складываться ариф-м е т н ч е с к и, м ак с и м а л ь и ы е значения—только геометрически, т.-е. принимая во внимание их фазу. Так как в большинстве случаев представляет интерес определение эффективных значений и соответствующих им сдвигов фаз, то длина вектора определяется эффективным значением, которое пропорционально амплитуде. Соотношение между токами и напряжениями в векторной диаграмме предполагает одинаковую частоту и чисто синусоидальный процесс. Влияние высших гармонических в токах и напряжениях не может быть учтено в диаграммах. С приложенными напряжениями у клемм Р1) могут быть сопоставлены по величине и напряжению либо действительно возникающие в обмотках напряжения, либо слагающие, необходимые для их уравновешивания (ваттнан и безваттная слагающие, см. фиг. 1642). В дальнейшем принято первое обозначение. При этом следует обратить внимание на следующее:
1)	Два вектора находятся в одинаковой фазе, если они одновременно достигают своего максимального значения (стр. 1197). Ток (в машинах и трансформаторах намагничивающий ток) и поток находятся в фазе.
2)	Напряжение, индуцированное в обмотке потоком, отстает от потока, а следовательно и от тока, на 90° (стр. 1197).
3)	Омическое падение напряжения, как противодействующая электродвижущая сила, должно считаться отрицательным н наноситься в сторону, противоположную направлению тока (стр. 1197).
4)	В замкнутой цепи сумма всех напряжений равна О.
Таким образом векторные диаграммы дроссельных катушек имеют вид по фиг. 1641 и 1642. Р представляет напряжение у клемм, ср—угол сдвига фаз между током и напряжением у клемм, указывающий отставание тока. На фиг. 1641 IR и Е представляют слагающие напряжения у клемм, необходимые для уравновешивания омического падения напрнжения или, соответственно, напряжения индуцированного потоком].
Многофазный и трехфазный ток. Наиболее важным из многофазных токов является трехфазный. Ток и напряжение в нем сдвинуты по отношению друг к другу на угол в 120° (фиг. 1643). Сумма моментных значений равна 0. В трехфазном токе три фазы являются всегда сопряженными, так что вместо шести проводов
Для напряжения у клемм применены буквы Р вместо V* как принято международным соглашением.
требуется только три или четыре. Сопряжение проводится либо в виде соединения треугольником (-с — О) по фиг. 1(541, либ-> в виде соединения звездой (Хг — 0) по фиг. 1645. В четвертом проводе при соединении звездой, при равномерной нагрузке и синусоидальных токах ,не проходит никакого тока. Если
ток обладает высшими гармоническими колебаниями, то нулевой провод, даже при равломерной нагрузке всех фаз,
Фиг. 1640.
Фиг. 1641.
иагрул ен токами
тройной, девятикратной и так далее частоты, которая без нулевого провода не могла бы проявиться. В распределительных сетях лампы включаются между нулевым проводом и внешним проводом, моторы—между тремя внешними проводами.
Фиг. 164Э.
Фиг. 1643.	Фиг. 1644.	Фиг. 1645.
Если через Epfl обозначим фазовое напряжение, то при соединении треугольником напряжение у зажимов (без нагрузки) Р = Ер}1. При соединении звездой Р = Epll• ]/ 3 (междуфлзовое напряжение). Если через Tph обозначим ток в фазовой обмотке, то ток во внешних проводах при ссединеаии треугольником равняется I — Iph ]/3, при соединении звездой I = Iph . Мощность трехфазного тока N = Pi V 3 cos ср, если cos 'y представляет угол сдвига фаз между током н напряжением.
g) Электрическое поле.
Конденсатор. Электрически заряженное тело вызывает в окружающем пространстве электрическое поле, в котором на воображаемый (в bhjcj точки) заряд q действует сила P^Qq-, (j называется силой электрического поля в рассматриваемой точке. От тела, заряженного количеством электричества -j- Q, к земле или к другому телу, заряженному количеством электричества—Q, ялут 4nQ электрических линий поля. Плотность линий поля, т.-е. число линий поля.'ет2.является мерой силы электрического поля (сравни силу магнитного ноля с гр. 1184). Заряд Q пропорционален напряжению Е между телом и землей, или же между двумя телами, так что Q = СЕ. Коэффициент пропорциональности С называется емкостью тела по отношению к земле, или емкостью кондеи-
Хютго. Т. Ц.
76
1202	V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
ОБЩИЕ ДАННЫЕ.	1203
сатора. При заряде емкости С через сопротивление В возникает заряжающий ток i. Изменение тока по времени дается выражением
г е~ t: т ; Т = ВС называется постоянвой времени. В мо-
мент включения г имеет максимальное значение Е: R. Ток i и напряжение у клемм сопротивления падают от максимального значения до 0. Напряжение конденсатора возрастает от нуля до Е. Если к конденсатору „ de
приложено переменное напряжение, то г = и .
[Технической единицей емкости является фарад. Конденсатор обладает емкостью в один фарад, если равномерное изменение напряжения на 1 V/sec вызывает зарядный ток в 1 А. Емкость в цепях переменного тока (стр. 1128). Если в каком-либо конденсаторе заменить . воздух каким-либо другим диэлектрическим веществом (изолятором, напр. стеклом, слюдой, маслом и так далее), то емкость повышается до С, = г С; е называется диэлектрической постоянно несоответствующего диэлектрика. Значение см. далее таблицу 8, стр. 1206]
Соединение конденсаторов. Общая емкость при парад дельном соединении С = Сх -|- С\> -|- . • • • ; при последова тельном соединении: 1: С' = (1: Ci)-|-(1: C^-J-....
[Значения емкости и силы поля.
1)	Две параллельные плоскости (пластинчатый конденсатор):
С=з^1о"5^;	=
О - внешняя поверхность в ст2, а—расстояние между пластинами в ст.
2)	Две концентрические цилиндрические поверхности (ц и ли д р и ч е с к и й конденсатор):
С-	®tt тд-
181п (г2: ?])	’ шах ? j In (r.>: ?у)
r2—радиус внешнего цилиндра в cm,
ri—радиус внутреннего цилиндра в ст,
I —длина цилиндра в ст.
3)	Цилиндр по отношению к параллельной плоскости (провод по отношению к земле):
С= 181л (2 Л :г) 10	|17'’ ® ж =7Тп[(жД-1):(ж —1)1 :
h—расстояние оси цилиндра от плоскости или осн провода от земли В ст,	+
г—радиус цилиндра или провода в ст принимается малым по отношению к Л,
d—расстояние (в свету) цилиндра от плоскости в ст.
4)	Два параллельно л ежащие рядом друге другом цилиндра с равными радиусами (двойной провод):
fl _ _________ in—з р.	_________?_______
36 In (а: г)	’ max 2г 1п [(я- -|- 1) : (х—1)] ’
<г=/1+4Т:
а—расстояние между осями цилиндров; или осями проводов,
г—радиус цилиндра или провода в ст,
d—расстояние (в свету) между цилиндрами в ст
5)	Три параллельные симметрично расположенные цилиндра с одинаковыми радиусами (симметричная трехфазная линии) по отношению к фазовому напряжению:
Применяемая в радиотехнике емкость в ст может быть получена ум южением па 900000].
Электрическая крепость 1). Технической единицей силы электрического поля является F/cm 2) (сравни единицу силы магнитного поля А ст, стр. 1206). Пробивная сила поля дается часто в kV/cm, или в kV/mm. Она определяется с помощью переменного тока в 50 периодов.
[' с .и в каком-либо диэлектрике сила поля усиливается до пробои, то 1 о кет быть получена пробивная сила поля &,г, или пробивная крепость материала в Г/cm между электродами. Эффективные значения @,г в kV/mm см. таблицу 8, стр. 12‘>6. Они зависит от продолжительности опыта, при кратковременном напряжении они выше. Простой подсчет силы поля, т.-е. напряжения, возможен только в немногих случаях (см. выше). При практическом применении учения об электрической крепости необходимо применять значительный коэффициент надежности. Напряжения испытания значительно превышают нормальное рабочее напряжение, на что следует обратить внимание. Следует также обращать большое внимание на зависимость пробивной крепости от температуры, так как при повышении температуры (Sd для многих материалов уменьшается. При пс пытаниях ва пробой нужно выбирать такое расположение (искровые промежутки), при котором максимальное значение силы поля может быть подсчитано. Пластинчатые искровые промежутки позволяют определить крепость твердых, жидких и газообразных тел. Цилиндрические и шаровые промежутки служат для испытания жидких и газообразных тел.
*) Petersen, Hochspannungsteclmik, Stuttgart, 1911, Ferdinand Enke; Set we i ger. Elelitrische Fesiigkeit der koliermateriallen, 2 Auf., Berlin, 1925, Jul. Springer.
2) Только в равномерном поле сила электрического поля равна напряжению : на рас» стояние. *
уб*
1204	г. вликтготххвпка.
ОВЩИВ ДАННЫЙ
1205
Острия и острые края вносят уплотнение линии поля и поэтому должны избегаться в аппаратуре высокого напряжения. При включении друг за другом материалов с различным значением е, напряжения материалов из меняются в сторону, благоприятную для материалов с меньшим значением е].
Ь) Изолирующие материалы.
Для применения изолирующих материалов в технике высоких напряжений необходимо здание их свойств в отношении сопротивления пробою п неизменяемости от действии масла, воды и тепла, механической крепости и теплопроводности.
{Испытание изолирующих материалов согласно норм УШЕЭсводится к следующим определениям:
А.	Механическое и тепловое испытание.
1.	Сопротивление изгибу. 2. Сопротивление изгибу при ударе. 3. Определение твердости по вдавливанию шарика. 4. Неизменяемость от действия тепла. 5. Несгораемость.
В.	Электрическое испытание.
1. Поверхностное сопротивление. 2. Внутреннее сопротивление. 3. Способность противостоять образовавшейся вольтовой дуге. Сводку смотри таблицу 8 на стр. 1206 ]
Пробивные напряжения получаются, как средние значения эффективных напряжений. При испытании имеет значение амплитуда кривой напряжения. Сопротивление материала пробиванию обычно уменьшается с увеличением толщины и с повышением температуры.
Сопротивление пробиванию при испытании зависит, однако, не только от толщины слоя изолирующих материалов, но также и от формы электродов, между которыми происходит разряд. Малый радиус закругления, острия, острые края должны быть избегаемы. При этом мерилом является максимальное значение силы возникающего электрического поля, которое, однако, только в редких случаях поддается достаточно точному вычислению (см. выше).
Применение различных изолирующих материалов. Твердые материалы. Фарфор для линейных и проходных изоляторов. Напряжение на растяжение до 320 kg/cm2, напряжение на сжатие до 4300 kg/cm3. Мрамор, как основание для клемм, реже шифер; so-следний употребляется только для низких напряжений. Слюда (мика). Там где последняя, вследствие высокой стоимости и необходимости придать определенную форму, не может быть приметена, употребляются препараты слюды, как миканит, мегомит, миканитовая бумага и полотно и так дааее, напр. для изолирования обмоток (пазы). Дерево после тщательной просушки в пустоте и пропитывания лажами употребляется для клиньев пазов, укрепления обмоток в трансформаторах и так далее. Фибра в механическом отношении хороша, но очень гигроскопична.
Волокнистые материалы. Бумага во всех формах, п р е с-шпан, полотно с пропитыванием, или без последнего, п р я ж а для обмоток (пропитанная и не пропитанная) служат, однако, главным образом как основа для пропитывающих веществ. Пресшпан при низком
•) Vorscljj'ifii'ii far die Pitlfiiiig elektriscker Isoljer stoffe des VDE; E7Z, S22 8, MT.
напряжении употребляется непропитаниым; для высокого напряжения твердые композиции из бумаги; они соединяют в себе высокую механическую и электрическую крепость вместе с неизменяемом ю от действия тепла и масла; пертипакс (фабр. Meirovvsky-Мееровский), турбонит (фабр. Jaruslaw-Ярослав и др.).
Компаундные массы для обмоток высокого напряжения и неподгиж ых обмоток возбуждения. Пропитывание компаундной массой происходит при высоком давлении после просушки в безвоздушном пространстве. Иногда также без давления асфальтированные обмотки. Повышает одновременно теплопроводность обмоток.
Жидкие вещества. Лаки всех сортов, бесцветные и черные, высушиваемые часто в вакууме или при температуре свыше 1(10''. Употребляются для пропитывания обмоток для повышения сопротивления пробиванию и как предохранительное средство против сырости.
Маслов трансформаторах и выключателях должно обладать определенным минимальным пробивным напряжением: для находящегося в работе трансформатора 60 kV/cm ’).
Пз минеральных масел для трансформаторов и масляных выключателей должны применяться только очищенные сорта (таблица 7);
Таблица 7. Минеральные масла для трансформаторов * 1).
Удельный вес при 20е: ( минимум
1	( максимум
. 0,85
. 0,95
Вязкость при 20°: максимум 8 (Энглер).
Точка воспламенения но Маркусону в открытом тигле: минимум 145°.
Масло для выключателей: минимум . .............—	15°
Трансформаторное масло: минимум ....................—	5°
Точка затвердевания
[Свежее масло должно при 20° быть прозрачным и свободным от механических примесей и минеральных кислот. Содержание органических кислот не должно превышать 0,2% (подсчитанное как кислотное число). Содержание золы — максимум 0,01 %, смолистость свежего, не кипевшего масла—максимум 0,296.
Пробивное напряжение масла возрастает вместе с давлением.
Газообразные вещества, в особенности воздух. Пробивное напряжение воздуха зависит от расстояния между электродами и стрехи ся при 20° и 760 mm ртутного столба в постоянном поле к конечному значению 21 kVycm. Оно прямо пропорционально давлению и обратно пропорционально абсолютной температуре, так что при 10 атмосферах достигает 210 kV/cm.
Об измерении напряжения помощью разряда между шарообразными электродами см. стр. 13-18].
1) Нормы, принятые и СССР, см. „Электротехнические правила и нормы* изд. Гла»-
•лсктри ВСЕХ СССР.
1206
V. 8ЛЕКТР0ТЕХНИКЛ.
а блица 8. Характеристика изолирующих материалов.
’) В значительной мере зави^т от толщины слоя и температуры. Большие цифры соответствуют толщине 1 mm ц 20й. ’) Общее название иаоллр.п щ к материалов, свободных от смол (gummi).
•) Наибольшие значения поучаются не у одних и тех же материалов.
ЭЛЕМЕНТЫ Й АККУМУЛЯТОРЫ.
II. Элементы и аккумуляторы.
А.	Первичные элементы*
Нормальные элементы. Употребляются для проверки измерительны-приборов.
[Элемент Кларка. Амальгамированный платиновый лист иогру жен в смесь (или пасту) из сернокислой закиси ртутн, сернокнслоп цинка и ртути, цинк в растворе сернокислого цинка: Hg/lI^SOj/ZnSOj/Zn Электродвижущая сила Е уменьшается с увеличением температуры t
Е — 1,432 85—0,001 19 (t— 15) V.
Элемент Вестона Ilg/Hg2SO4/CdSO4/Cd вместе с насыщенным при 4° раствором CdSO4 и при избытке твердых кристаллов дает почти независящее от колебаний температуры напряжение = 1,0190 V (изменение на 1° составляет около 0,0019-6). Элементу Вестона следует отдавать предпочтение в виду малого температурного коэффициента Допускаемая нагрузка нормального элемента 0.5 • 10—4Д.1
Элементы, применяемые в качестве источников тока. Сводку различных гальванических элементов, их электродвижущую силу, зависящую от чистоты и крепости растворов, смотри нижеприведенную таблицу. Купронэлемсят может восстанавливаться. Серную кпелоту не следует брать крепче, чем раствор 1:10. ,
Таблица 1. Сопоставление различных гальванических элементов.
Элементы	Растворяю- , щийся электрод	Растворяющаяся жидкость	Отводящий электрод	Деполяризующие тела	Электродвижущая сила в вольтах
Даниэля ’) - ') . *)	Zn 2) Zn 2) Zn 2)	Н S04; 1 : 12 1I2SO4; 1 :4 ZnS04	Си Си Си	CuSO4 CuS04 CuS04	0,95 до 1,4
Грове ’) Бун31иа :)	Zn 2) Zn	H2S04; 1 : 12 II4SO4; 1 : 12	5	Н' О, ’)	1,8 до 1,9 1,8
Крюгера	Zn	ZnS04	Свнпцовая пластина покрытая медыи	CuS04	1,008
Мейдингора	Zn 2)	MgSO*	Си	CuS04	1,07-1,14
Бунзена (с подъемным электродом)	Zn 2)	=z деполяризующему телу	С	16 в. од. КаСгаО7 37 „ , 11,80, 100 „ „ Н20	2,3
Лекл вше	Zn 2)	N 11,01	с	MnOj	1,3 до 1,49
Л а лай да и Шале-р-на	Zn	KOH от 30--40°(’o	Fe	—	1,0
Купрон	Zn	NaOH	СиО	Cut)	0,8
*) 3 т н элементы имеют пористый сосуд.
*) Амальгамированный цинк. Амальгамирование лучше всего производить Но способу Ренье; к расплавленному цинку прибавляется 4% ртри (осторожно).
3) Удельный вес 1,33. дымящая.
1208
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
Большое применение получили сухие элементы, в особенности f для карманных батарей и для сигнализации. Напряжение на клеммах разомкнутого элемента (ЭДС) 1,4—1,5 V; внутреннее сопротивление: от 0,1 до 0,5 Й, смотря ио их величине, для карманных батарей из трех элементов — от 2-—3 Й.
В.	Вторичные элементы (аккумуляторы).
а)	Свинцовые аккумуляторы
Из аккумуляторов с другими металлами в настоящее время имеют применение только щелочные аккумуляторы Эдиссона (стр. 1212).
Способ действия и изготовление. Действие основано на химическом разложении находящихся в разведенной серной кислоте свинцовых соединений, укрепленных большей частью в бороздках свинцовых пластин. При заряде на положительной пластинке образуется перекись свинца, на отрицательной - губчатый свинец; при разряде оба вещества переходят в сернокислый свинец; процесс происходит согласно следующего уравнения:
Разряд -» РЬО3 + H-jSOj 4- Pb — PbSO4 + 2Н..0 + PbSOj Заряд.
|Н а и б о л е е старый способ изготовления свинцовых аккумуляторов (Планте) состоял в многократном заряде и разряде (формование) свинцовых пластин в разведенной серной кислоте. Фор укоротил продолжительность формования, применяя насту из окиси свинца с разведенной серной кислотой, помещаемую в ячейках свинцовых пластин. Тюдор соединил оба способа, формуя предварительно пластины, снабженные горизонтальными бороздками по способу Планте и заполняя 1 затем промежутки вышеуказанной пастой. Последняя в работе постепенно выпадала и замещалась действующим слоем достаточной толщины, образующимся на поверхности свинцовой пластины путем формования в процессе работы).
В настоящее время в качестве положительных пластин употребляются главным образом пластины с большой поверхностью, а именно пластины, отлитые из чистого свинца с перпендикулярно идущими глубокими бороздами, увеличивающими поверхность в 8—9 раз. Действующий слой образуется формованием с применением химических соединений, ускоряющих процесс электрохимического взаимодействия свинца с серной кислотой. Эти пластины с большой поверхностью значительно менее чувствительны при интенсивной работе, чем пластины с намазанной пасгой. которые для более легкой работы имеют известные преимущества. В качестве отрицательных пластин употребляются иногда решетки с мелкими клетками с вмазанной массой (свинцовый глет с примесью некоторых пндиферентных веществ, благодаря которым поддерживается пористость массы), пли решетки с крупными клетками, куда вкладываются формованные из массы кубики, прикрывающиеся затем тонким листом евцнца с пробитыми в нем отверстиями (ящичная пластина). Положительные н отрицательные пластины, чередуясь, устанавливаются с промежутками от 5 до 10 mm (на граях помещаются отрицательные пластины). Для неподвижных аккумуляторов применяются стеклянные сосуды. Когда же размер последних оказывается
ВЛЕМЕПТЫ И АККУМУЛЯТОРЫ.
1209
слишком велик, могут быть применены деревянные ящики, обитые свинцом. Одноименные пластины припаивая, гея свинцовым припоем к свинцовым лентам, которые служат также для соединения аккумуляторов между собой. Пластины снабжены приливами соответствующей формы и подвешиваются на краях стеклянных сосудов. При деревянных сосудах пластины подвешиваются на специальных стеклянных опорных пластинах и разделяются или стеклянными трубками, или часто применяемыми в настоящее время пластинками из эбонита, или тонкими деревянными пластинками. Под пластинками должно быть достаточно места, где могли бы собираться выделяющиеся при работе осадки свинговых солей. Транспортируемые аккумуляторы для локомотивов, лодок, Освещения железнодорожных вагонов и т. г выполняются с пластинками того же типа, как для неподвижных аккумуляторов. Для автомобилей, напротив, употребляются возможно легкие, установленные с минимальными промежутками, пластинки в легкпх эбонитовых сосудах, с целью уменьшить вес и занимаемое пространство, конечно, за счет долговечности аккумулятора. Переносные аккумуляторы, употребляемые для освещения, для зажигания в автомобилях, для сигнализации, для целей телеграфии п измерительной техники, выполняются с сосудами из стекла, целлулоида и эбонита.
Кислота должна обладать большой чистотой, не должна содержать, кроме свинца, никаких металлов из группы осаждаемых сероводородом п только небольшие количества металлов пз группы осаждаемых сернистым аммонием, а также хлорных и азотных соединений, и должна быть совершенно чиста от органических примесей. Кислота должна иметь удельный вес около 1,18, который прп первом заряде подымается до 1,2 п падает в процессе разряда от 0,02 до 0,05 (см. выше формулу химического процесса). Это изменение удельного веса представляет после некоторого наблюдения важное, почти единственно применяемое указание для определения степени заряда аккумулятора, в особенности при неравномерном и слабом разряде, при котором удельный вес изменяется почти пропорционально использованным ампер-часам.
[В процессе работы плотность изменяется благодаря испарению воды и разбрызгиванию при выделена т газов (кипение), поэтому время от времени следует добавлять химически чистую дестиллированную воду, пли раствор кислоты, так, чтобы пластины всегда были вполне погружены в жидкость. Для уменьшения потерн жидкости аккумуляторы прикрываются стеклянными пластинами.]
Внутреннее сопротивление в неподвижных заряженных аккумуляторах (податным Akkumulatoren-Fa'jrik A -G, Надел i. W. -A FA), в зависимости от размера пластины на ампер-час трехчасовой емкости, достигает 0,1 до 0,2 12; сопротивление обратпо-пропорционадьно емкости. При разряде оно возрастает приблизительно в 1,5 раза
Напряжение зависит от плотности кислоты и напряженности работы аккумулятора, почти не зависит от температуры и в состоянии покоя достигает 2,05 вольта при плотности кв слоты 1,20 (напряжение покоя). При трехчасоком разряде оно изменяется согласно фиг. 1646; при заряде максимально допустимым током согласно фиг. 1647. Чем сильнее ток, тем больше напряжение отличается от напряжения покоя. Таким образом
1210
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
величина напряжения не является показательной для состояния заряда (об определении состояния заряда см. выше отдел кислота, а также данные в отделе емкость).
Фнг. 16>’6.
Сила тока при заряде и разряде зависит от величипы, конструкции и способа пользовачия аккумуляторами.
Допустимый зарядный ток равняется току при трехчасовом разряде. В аккумуляторах для оыстрого разряда (1—2 часа) зарядный ток на 25% выше. Пример см. ниже. При конце заряда зарядный ток полезно уменьшать (это представляет выгоду также для заряжающих машин).
Как правило, применяется заряд при постоянной силе тока; реже
при постоянном напряжении и по-сепенно уменьшающейся силе тока (например, заряд аккумуляторных Старей для автомобилей при постоянном напряжении).
Емкость аккумуляторов определяется числом ампер-часов, используемых до определенного (в среднем 1и%) падения напряжения: емкость оказывается тем больше, чем мед-
леннее происходит разряд. См. нижеследующую таблицу для аккумуляторов AFA, в которой емкости отнесены к трехчасовому разряду, принятому за !•
Время разряда ............
Емкость...................
12	3
0,69	0,83	1
5	7’/2	10 час.
1,11	1,23	1,33
Килечное напряжение . . а)	1,75
(гарантиров. величина) . Ь)	1,70
с)	1,67
1,75	1,83	1,83	1,83	1,83	V
1,75	1,80	1.83	1,83	—	V
1.72	1,78	1,80	1,83	—	V
al для батарей емкостью до -IflOOAh, Ь) до 7500 Ah, с) до 15000 Ah
Коэффициент полезного действия. Хорошие аккумуляторы возвращают около 9 >—95 % количества электричества (Ah), затраченного па заряд. Затраченная работа при аккумуляторах емкостью до 4000 Ah (но данным AFA) возвращается в пределах 75% при 3—10-часовом разряде и 70 « при часовом разряде; при больших аккумуляторах пес .олько меньше.
При продолжительных перерывах отдача несколько уменьшается вслед-
ствие саморазряда.
Вес (G в kgj. Нижеследующая таблица дает вес одного готового к работе элемента неподвижной батареи при различной величине их для грехчасового разряда, а также площадь, приходящуюся на 1 элемент (А’ в т2), включая проход для обслуживания при расположении аккумуляторов на стеллажах. При данной емкости G и А’ для другого времени разряда могут быть переечн  азы согласно данных, приведенных выше в огд. емкость (см. также пример):
50	ICO	2С0	500	1 000	2000	5 000	10000	15 ООП Ah
G — 22	37	60	145	295	560	1350	2 600	3 800 kg/элемеат
F=0,I2	0,2	0,2	0,36	0,46	0,83	1,25	1,9	2,4 ша/элемеит.
ВЛЕМЕПТЫ И АККУМУЛЯТОРЫ.
1211
Тяжелые подвижные батареи для лодок, локомотивов и т. д. дают около 8 Wh/kg, легкие для автомобилей дают 25 Wh/kg при 3-часовом разряде.
Пример: вес батареи в 60 элементов 110 вольтовой сети при емкости в 500 ЛЬ, при трехчасовом разряде определяется в 60 X 14 • = = 8700 kg. Требуемая площадь 60 X 0 36 = 21,6 т’, рабочая мощность 110X500 = 55000 Wh, или 55 000: 8700 = около 6,3 Wh/kg.
[При часовом разряде емкость аккумуляторов была бы 500 X 0,69 = = 345 Ah (см. емкость), для ПО волы необходимо иметь 110:1,75 = = 63 элемента, так что вес всей батареи будет 63 X 145 = 9135 kg, при 110X315 = 37 950 Wh или 37 950:9135 = 4,16 Wh kg.
Если бата/ ея при часовом разряде должна иметь емкость 500 Ah, то вес ее, согласно таблицы, должен быть приблизительно равен весу батареи на 500:0,69 х 725 Ah или около 212, 5X63 — 13 387.5 kg, требуемая площадь около 0,405 X 63 = 25,5 т2. Допустимый нормальный ток (см. сила тока) (500:0,69): 3 = 725: 3 = 242 А, макс. 1,25 X 242 = 303 А.1
Установка и включение. Аккумуляторы должны устанавливаться в сухом, вентилируемом, свободном от пыли, прохладном и защищенном от непосредственного действия солнечных лучей помещении, в котором следует избегать прокладки труб, железных консолей и т. п.
Вредные пары близтежащих установок, например, моторов, работающих топливом, содержащим спирт, холодильных машин, винокуренных заводов, фабрик уксуса, а также пары из стойл для лошадей и навозных ям, не должны проникать в помещение.
[Сосуды должны быть тщательно изолированы от деревянных стеллажей, па которых они стоят, при помощи фарфоровых ножек; стел-лажв должны быть сильно пропитаны маслом или горячей смолой и должны быть изолированы от пола стеклянными или фа; фо, овыми изоляторами. При напряжении свыше 250 V по отношению к земле служебные проходы должны быть покрыты изолированными мостками. Прн напряжении свыше 750 V стеллажи и мостки должны быть укреплены на нзоляторах высокого напряжения, стены должны быть покрыты изолирующими материалами, аккумуляторы должны быть установлены так, чтобы прп' оединение к точкам с разностью напряжений свыше 250 V было бы невозможно. Пол должен противостоять действию кислоты п должен быть лпбо покрыт асфальтом с неподвергающимися действию кислоты глиняными пластинками в местах опоры стеллажей, или из просмоленного дерева, или лучше из уложенных па цементе неподвергающихся действию кислоты метлахских плит, или более дешевого клинкера, при чем шв ы 8—10 mm шириной зал в потея смесью из трех частей трпнпдадского асфальта и двух частей каменноугольной смолы. Пол должен быть гори-вонтальпым и представлять верпую и не подвергающуюся изгибу опору для стеллажей батарей (значительный вес). Следует заботиться о хорошей вентиляции помещения, в случае необходимости помощью электрического вентилятора, с поступлением воздуха снизу и с выходом наверху наискось напротив. Стены, потолки, железные части и т. п. рекомендуется окрашивать светлым лаком медные провода достаточно покрывать слоем сала. Для наблюдения за аккумуляторами, испытания их на короткое замыкание и соединение с землей (помощью вольтметра илп
1212
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
лампы накаливания и гальванометра) аккумуляторы должны быть легко доступны, при чем при ширине сосуда свыше 0,75 <и доступ должен быть с обеих сторон. После наполнения кислотой немедленно следует дать первый заряд продолжительностью, по крайней мере, 35 часов по специальным предписаниям поставляющей фирмы].
Уход и ремонт неподвижных батарей. Зарядка может считаться оконченной, когда на обеих пластинках наступает выделение газов, которое должно быть равномерным п начинаться во всех сосудах одновременно: запаздывание в каком-либо пз сосудов может быть обусловлено коротким замыканием или неправильным положением элементного коммутатора. Время от времени заряд следует производить с перерывами но инструкции фирмы. У|овень кислоты должен всегда поддерживаться выше верхнего края пластинок путем доливания дестилли, ованпой водой, или, реже, химически чистой серпой кислотой удельного веса 1,13. Кислоту следует прибавлять только в тех случаях, когда, несмотря иа заряд с пауза in, не может быть достигнут требуемый удельный вес. Слишком продолжительный заряд ведет к истощению положительно ) пластины, недостаточный заряд вызывает преждевременное искривление и набухание ее и выпадание массы из отрицательной пластины. В буферных батареях отдача энергии в батарею не должна вести к образованию газов.
Разряд должен быть прекращен после использования Ah соответствующих гарантированной для батареи емкости, что при полном разрядной токе определяется по падению напряжении ниже установленной величины, а при слабом разряде может быть определено только по плотности кислоты (см. стр. 120!)).
Необходим регулярный осмотр каждого отдельного сосуда, очистка стеллажей, изоляторов и сосудов снар жи, а внутри-очистка от осадков, образующихся на дне вследствие естественного износа пластин. Оса пси должны удаляться ранее, чем они достигнут нижнего края пластин, что производится большею частью помощью специальных насосов. Слишком частый сильный разряд, недостаточный заряд, несвоевременное устранение коротких замыканий между пластинками или недостаточно чистая жидкость для пополнения убыли кислоты ведут к повреждению аккумуляторов.
Положительные пластинки име ет склонность к искривлению и к выпадению действующей массы, которая, вследствие депо тпителыюго формования, возобновляется до тех пор, пока не будет потеряна механическая крепость. Уход за батареями на срок до 10 лет часто производится поставляющими фирмами за особое вознаграждение.
Примечание и схема соединений (подробно см. главу VII), схема соединений источников тока (стр. 13G9).
Ъ)	Щелочные аккумуляторы.
[Эдиссоновсчие аккумуляторы (в Германии выполияютсяфирмой Dents"he Edison-Alikumulatoren Company, Berlin). Благодаря незначительному весу и объему, нечувствительности к грубому механическому и электрическому обращению и к сильным колебаниям тока, применяются для аккумуляторных тележек, грузовиков, локомотивов, лодок, телеграфии и телефонии. Сосуды изготовляются закрытыми из никелированных стальных листов.
ВДЕМЕНТЫ И АККУМУЛЯТОРЫ.
1213
Действующими составными частями являются железо и никель в21%-ном растворе едкого калия, удельный вес 1.2. Процесс протекает согласно уравнения 2Ni (0Н)3-|- КОП -|- Fe — 2Ni (ОИ)2 КОН -|- Fe (ОН) .. Напряжение при заряде поднимается с 1,6 до 1,8 V, при разряде напряжение падает с 1,4 до 1 V, составляя в среднем 1,2 V при нормальной работе аккумуляторов. Время заряда составляет, смотря по типу, от 4 до 7 часов. Время разряда от 4 до 5 часов При семичасовом заряде и пятичасовом разряде зарядный ток равен соответствующему разрядному. Для ускорения времени заряда аккумуляторов, или для дополнительного их заряда, допустимо кратковременное повышение разрядного тока в 4—6 раз, смотря ио величине соответствующего типа. Точно так ;ке оказывается безвредным кратковременное повышение разрядного тока в три-четыре раза и разряд аккумуляторов до О.
Коэффициент полезного действия при нормальном разряде в отношении к числу Ah составляет около 71%, а в отношении к Wh—около 51 % для аккумуляторов, данные о которых имеются в проспектах указанной фирмы. Для наиболее крупных типов, по данным фирмы, эти значения подымаются до 86 и соответственно 60%. Мощность по отношению к весу заряженной батареи составляет около 20—24 Wh/kg. В заряженном состоянии аккумуляторы могут без вреда долгое время стоять без повторного заряда.
Аккумуляторы Юнгнера — NIFE-аккумуляторы. Изготовляются шведской фирмой Ackumulator Aktiebolaget Jungner, Stockholm, по конструкции похожи па аккумуляторы Эдисона. Электролит, как в последних, КОН 21%, в химических превращениях участия не принимает, вследствие чего необходим в очень незначительных количествах. Положительный полюс Ni(OII)3, смешанный с графитом, отрицательный --кадмий, или железо, в виде тонкого порошка При заряде напряжение повышается от 1,4 до 1,8 V. Разрядное напряжение падает от 1,3—1,4 до 1,1 V. По данным фирмы коэффициент полезного действия в отношении к Ah составляет 75%, в отношении Wh около 60%: мощность, отнесенная к весу, составляет около 20 Wh.kg. Короткие замыкания и чрезмерные заряды не оказывают вредного влияния Саморазряжение ничтожно мало. При нормальном разрядном токе разряд должен быть прекращен при напряжении 1,1 V на элемент.]
с)	Регулирование напряжения.
Так как напряжение аккумуляторов при заряде колеблется в весьма широких пределах, прочесе заряда и разряда должен проводиться при соответствующем регулирования напря кения. В первом случае регулируется напряжение заряжающей кашицы. во втором случае—помощью элементного коммутатора—может быть включена и выключена часть аккумулятора. Коммутатор может работать автоматически при помощи реле. В тех установках, где аккумуляторы дают ток и заряжаются только в течение очень короткого промежутка времени (буферные батареи, стр. 1374) и где, следовательно, поддержание постоянного определенного напряжения батареи не имеет большого значения, последняя обычно включается пар’ал-лельно шунтовым генераторам без специального элементного коммутатора
1214
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
Полное число элементов батареиz выбирается следующим образом:
Z — (Е Стах) : е,
где Е-требуемое напряжение в точках потребления,
Стах - максимальное имеющее место падение напряжения в сети, е—наиболее низкое напряжение одного аккумулятора. Последнее принимается:
в общих случаях е = 1,83 V,
в осветительных установках е = 1,87 V,
для буферных батарей е = 2—2,1V.
Количество выключаемых элементов zs = z — zb если Zj представляет число элементов, не подлежащих выключению.
При простом элементном коммутаторе (фиг. 1820) для числа не подлежащих выключению элементов принимают во внимание максимальное разрядное напряжение, которое может быть принято равным 2,1 V.
При двойном элементном коммутаторе (фиг. 1818 1819, 1821 и 1822) максимальное зарядное напряжение, которое может быть прнвято, 2,75 V.
Если emin представляет потерю напряжения при минимальной нагрузке сети, то для числа элементов батареи получим следующие данные:
Число элементов	не подлежащих выключению	подлежащих выключению
При простом элементном коммутаторе . При двойном элементном коммутаторе	Е + cmin 24 —			 2,1 Е “И 6mhi г.—	 2,75	zs — cs=z-zi
Таким образом число выключаемых элементов при двойном элементном коммутаторе значительно выше.
Число контактов коммутатора как при простом, так и при двойном коммутаторе может быть меньше числа подлежащих выключению элементов, если допустимы колебания напряжения около 4 V, что может иметь место в установках с напряжением 220 V и болге. В противном случае должны быть предусмотрены вспомогательные элементы, или вспомогательные группы, для присоединения между каждыми двумя контактами коммутаторов, что дает промежуточную ступень напряжения.
В трехпроводной установке вышеуказанные правила действительны для каждой половины сети.
3арядноенапряжение идобавочное напряжение (стр. 12()9). Так как максимальное зарядное напряжение для одного аккумулятора составляет 2,75 V (до 2,85 V при заряде полным током) то необходимое зарядное напряжение батареи составляет Е[ = 2,75 z вольт.
8ЛЕКТРИЧЕСКПЕ ГЕНЕРАТОРЫ Н МОТОРЫ.
1215
Столь большое напряжение па один элемент требуется только прн первом заряде и может быть достигнуто либо переключением батареи на несколько параллельных групп, либо путем кратковременного повышения числа оборотов заряжающей машины. При нормальном заряде к моменту максимального напряжения выключаемые элементы, которые подвергаются меньшему разряду, могут быть выключены; при обычных условиях в числе около 15% нормального количества элементов. При этом для заряда отстающих элементов необходимо максимальное напряжение А'/ = = 0,85 • 2,75 л вольт.
Если заряд выполняется с помощью специальных вольтодобавочпых машин (стр. 1368), то при условии, чтобы в течение заряда лампы горели прн нормальном напряжении, дополнительное напряжение es должно равняться:
= Ei — (Е Cmin ).
Ш. Электрические генераторы и моторы ')>
А. Общие положения и объяснение терминов.
[Генератор (источник тока). Вращающаяся машина, преобразующая механическую энергию в электрическую 1 2).
Электродвигатель. Вращающаяся машина, преобразующая электрическую энергию в механическую 3).
Статор. Пе.юдвижная активная часть, р о т о р—вращающаяся активная часть ыашпны.
Якорь. Часть машины, в обмотках которой, благодаря магнитному полю, возб} ждается напряжение.
В асинхронных моторах проводится различие между первичным и вторичным якорем 4).
Возбуждение. Магнитное поле вызывается возбуждением машины. Различают:
Самовозбуждение. Ток возбуждения получается от самой машины.
Собственное возбуждение. Ток возбуждения получается от возбудительной машины, непосредственно соединенной с главной машиной.
Независимое возбуждение. Ток возбуждения получается от постороннего источника.
Номинальная работа определяется теми данными, для которых ма-шпна построена, которые обозначены на табличке у машины. Этими данными являются: номинальная мощность, номинальное напряжение, номинальная сила тока, номинальная частота, номинальное число оборотов, номинальный коэффициент мощности п т. д.
Данные относительно напряжения и сплы тока при переменном токе представляют эффективные значения (стр. 1195); данные напряжения при трехфазном токе обозначают напряжение между фазами (стр. 1201).
1) Правила и нормы для испытания электрических машин, одобренные IX Электро-
техннч. съездом, см. жури. „Э 1ектрпчес.твои, 16, 1г28 г.
3) Взаимодействие между полем и подвижным проводником, стр. 1192.
8) В.аимодейсгвче между п'лем и проводин ом, но которому идет ток, стр. 1192.
В нормах, одобренных IX Электрете и. ст ездом, якорем называется вращающаяся |$тввпая часть в машинах с неподвижными полюсами.
1216
Т. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
Таблица 1. Нормальные номинальные напряжения в вольтах для машин.
Постоянный ток			Трехфазныи то с о) пер/сек			Однофазный ток16^ нер/сез		
Нормальное рабочее пап ряжение	Номинальное напряжение		Нормальное рабочее напряжение DI 196	Номинальное и 1 пряжение		Номинальное рабочее напряжение DI 196	Нормальное напряжение	
	Генераторы	Моторы		Генераторы	Моторы		Генераторы	Моторы
110	115	по	125	130	125	220		220
220	2'0	220	220	230	220	380	—	—
440	460	440	380	400	380	6 000	6 зсо	6 С со
—	соо*	——	500	535	509	15 000	15 750	15 «10
—	825*	—	3 000	3 150	3 000	—	—	—
	1 200*			5 000	5 250	5 000					
—				6 000	6 300	GOOO			—	—
__	—	__	10 0'0	10 500	ю ооо	——	—	—
—	—	—	15 000	15 750	15 000	—	—	—
•) Только для генераторов
при электрификации транспорта.
Таблица 2. Нэрмальнэе число оборотов для машин переменного
Приведенный значения относятся к синхронным числам оборотов. Отмеченных курсивом значении следует по возможности взбегать.
Для 25 пср/сск число оборотов соответствует половине, для 1ГР/3 пер/сек соответствует J/s приведенных значений. В машинах постоянного тока придерживаются насколько возможно тех же чпссл оборотов.
Отдачей называется отданная мощность: для генераторов у клемм его, для моторов—на валу, для умформеров-у вторичных клемм.
Потреблением называется полученная мощность:для генераторов из валу его, дтя мотора—у клемм, для умформеров у первичных клемм.
Коэффициентом полезного действия машины называется отношаппв отдачи к потреблению, коэффициентом мощности (cos f) называется отпо-шсппо мощности (в kW пли W1 к кажущейся мощности (в к\ А пли VA), стр. 1107.
По отношению к изменению числа оборотов в зависимости от отдачи раз шчаются:
1)	Моторы с постоянным числом оборотов. Число оборотов независимо от отдаваемой моядвогти (например, синхронные моторы).
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1217
2)	Мотор ы с шунтовой характеристикой. Число оборотов прп увеличении отдачи меняется незначительно (например, шунтовые моторы постоянного тока и асинхронные моторы).
3)	Моторы с сериесной характеристикой. Число оборотов сильно падает прп увеличивающейся отдаче (например, моторы последовательного возбуждения, репульсионные моторы).
4)	Моторы с несколькими ступенями чисел оборотов. Моторы могут вращаться с несколькими определенными числами оборотов. Как общее правило, каждое из этих чисел оборотов приблизительно постоянно, соответственно пункту 2 (например, асинхронные машины с переключением полюсов).
5)	Моторы с регулированием числа оборотов. Число оборотов в определенных пределах может быть точно устанавливаемо. Установленное число оборотов является либо почти постоянным в смысле пункта 2 (например, шунтовые моторы постоянного тока при изменении силы поля), лпбо прп увеличении отдачи падает в смысле пункта 3 (папример, репульспоиные моторы илн коллекторные двигатели трехфазяого тока с последовательным возбуждением, и те и другие с перестановкой щеток).
По способу охлаждения различают:
1)	Естественное охлаждение. Охлаждающий воздух приводится в движение вращающимися частями машины без помощи специальных приспособлений.
2)	Самовевтиляция. Охлаждающий воздух приводится в движение крыльями, укрепленными на роторе, пли соединенным с ним вентилятором, если он служит только для целей охлаждения.
3)	Постороннее воздушное охлаждение. Охлаждающийся воздух приводится в движение вентилятором, работающим от постороннего мотора.
4)	Водяное охлаждение. Машина охлаждается протекающей водой !).
По способу защиты различают:
Открытые машины. Доступность токоведущих и вращающихся частей вичем не затруднена.
Защищенные машины. Защита против прикосновения, проникания посторонних тел, от падающих отвесно капель воды и от капель воды, которые могут проникнуть в любом направлении.
Закрытые машины выполняются закрытыми со всех сторон с фланцами для подачи и отвода воздуха, с охлаждением через кожух, т.-е. с охлажденпем :амовентиляпией через наружные поверхности, с водяным охлаждением н как герметические машины.
Машины с предохранением против взрыва. Выдерживают либо внутри машины, либо внутри камеры для контактных колец взрывы проникающих взрывчатых’ газов. Принято, что давление взрыва ие превышает 8 at.
Форма выполнения электрических машин в конструктивном отношении обозначается согласно норм VDE следующим образом:
’) Если водяное охлаждение првмеиено в машине только для подшиннякот. то такал машина к втои категории не относите#.
Хитте. Т. П,	п
1218
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
Машины без подшипников At — А3, с подшипниками в кожухе через Вг— Вя, машины с подшипниками в кожухе и отдельными подшипниками через С,— С4, с отдельными подшипниками через Dr— Dti, машины с вертикальным валом через У( — У7, машины с вертикальным валом для присоединения к водяным турбпнам через Wj — W5, мотор генераторы через jl/Gj — ЛЮ9, умформеры через Uj — и3.
| Высота оси электрических машин соответствует нормальным данным германской индустрии по нормам D1N.
Вращающий момент электрической машины в mkg равен
— 973 Лг: п, где G для моторов является отдачей, для генератора — потреблением в kW. Если значение N дано в ваттах, то приближенно Md— N: и].
В. Машины постоянного тока.
Па статоре расположены полюса с возбуждающей обмоткой для получении магнитного поля. Па роторе расположены обмотки в которых возбуждается ЭДС при его вращении. Эта ЭДС равняв юя Е=СнФ вольт, где С — (z  р!а 60) 10~8 представляет постоянную, зависящую от числа полюсов и рода обмотки якоря, при чем г представляет полное число проводников на якоре, а представляет половинное число параллельных ветвей, р — число пар полюсов. Коллектор и Щетки в генераторе служат для отвода тока из якоря во внешнюю цель, в моторе—для подвода тока пзвне.
Концы всех обмоток подводятся обычно к клеммам.
[Обозначение зажимов в машинах постоянного тока (включая пусковые и регулирующие реостаты), принятое в Германии:
Якорь............................... А — В
Шунтовые обмотки.................... C — D
П следе нательные обмотки .......... Е — F
Обмотки добавочных полюсов пли компенсационные обмотки	. G — Н
Постороннее возбуждение............. J — К
Провод, независимо о г полярности . . L
Сеть двухпроводная (отрицательный п положительный полюс)................ N — Р
Сеть трехпроводная............... N—О—Р
Сеть нулевой провод ................ О
Пусковой реостат.................... L, Л1, В
Реостат в цепи возбуждения (s соединено со скользящим контактом) . . s— t
Контакт реостата соответствующий выключению тока....................... 1
Прн чем подлежат соединению:
L с N пли Р,
11 с С или D (в случае необходимости через реостат в цепи возбуждения),
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1219
R с А плп В, Е, F, G, Н — смотря по схеме соединении, s с С или D — прп самовозбуждении, s с J или К — прн возбуженнн от постороннего источника, q с D ила С.
В дальнейшем применены следующие обозначения:
Е — электродвижущая сила (ЭДС) в V, Р — напряжение у зажимов в V, 1а — сила тока в якоре в А, Ra — сопротивление якоря в Q, 1е — сила тока в обмотке возбуждения в А, Re — сопротивление обмотки возбуждения в Q, Ё — мощность в kW, п — число оборотов в минуту, I— сила тока во внешней цепи в А, R — сопротивление внешней пени в й|.
Измерения в машинах постоянного тока (стр. 1363). Потери и коэффициент полезного действия (стр. 1364).
Таблица 3. Мощность, коэффициенты полезного действия и числа оборотов моторов постоянного тока (по нормам VDE 2000).
Мощность	Коэффициенты полезного действия при 110, 220, 440 V при числе оборотов в минуту						
	2 800	2 000	1 400	950	750	600	500
0,2	68	67	66	62			
0,7	73	74	72	70			—	
1,0	75	75	74	72	—				
5	82	82	82	80	79	78	76
10	—	84	84	83	82	81	80
50	—	—	88,5	88	88,5	88	87
80	—	—	—	90	89,5	89	
100	—	—	—	91	90	—	—
Другое соотношение для коэффициентов полезного действия даст Фпшер-Гпниен1) для средних чисел оборотов и для удельной мощности — N  1000/щ т.-е. для мощности отнесенной к 1000 оборотов/min.
Таблица 4. Коэффициенты полезного действия моторов постоянного тока (по Фиш ер-Гивнен).
| 0,5 | 1| г| д| 8 | 15 | 30 | 60 | 120| 240| 500|1000|200o|4000|800o|16000kW ч | 74 | 77 | 80 | 83 | 85 | 87 188.й| 30 100,в| 91 |91,5| 92 | 92,б| 93 183,5|	94
Вес отк рытых машин постоянного тока.
3/
G = С (N: п) '4 kg. N в ваттах.
') Lebrbueh flir Elektrotechnik. Zfirich, 1922, A. Rausteln.
IP
1220
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
С =• 60—65 для машин с подшипниками во фланцах (0,5 до 100 kW) с самовентиляциеи кстр. 1217);
С = 68 до 72 для машин с двумя отдельными подшипниками (100 до 150 kW);
С — 80—85 для машин с тремя подшипниками (150—300 kW).
а) Конструкция н характер работы машины постоянного тока.
1. Обмотка возбуждения. Фиг. 1649 дает магнитную цепь машины постоянного тока. Если поток индукции Ф (полезный поток) и Фт — 1,1 до 1,3 Ф (соответственно рассеянию полюсов от 10 до 30%), а также
Фиг. 1648.
цепь полюсов.
Фиг. 1649.
Полюса большей частью
отдельные поперечные сечения и длина участков известны, то по стр. 1191 может быть определено полное число ампер-витков От, которые необходимы, чтобы протолкнуть этот поток ФФт через магнитную цепь. Соответствующее число ампер-витков должно быть вызвано обмотками возбуждения обоих входящих стоят из склепанных штам-
пованных лпстов (фиг. 1648), ярмо из чугунного или стального литья.
2. Якорь и якорные обмотки. Для уменьшения потерв в железе вследствие намагничивания (стр. 1185) якорь составляется из штампованных, изолированных друг от друга железных листов (толщиной
Фиг. 1650.	фиг» 1651.
в
0,5 mm); в пазах его размещается обмотка якоря. В небольших машинах якорные пластинки могут укрепляться непосредственно на вал (фиг 1650). Для охлаждающего воздуха могут быть предусмотрены в пластинах два или три выреза, благодаря чему образуется канал вдоль якоря. При больших диаметрах якоря необходимы особые, соответственным образом сконструированные ступицы из чугуна или стального литьн.
Для лучшего охлаждения якорь разделяется на пачки шириной 7—10 ст, которые отделены друг’ от друга каналами для воздуха шириной в 8—15 mm. Каналы для воздуха образуются при помощи распорок, припаяиных или приваренных к несколько белее толстым крайним лц-
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ Ж МОТОРЫ.
1221
стам пачек, если охлаждение не производится с помощью осевых охлаждающих каналов. Пазы закрываются сверху клиньями из фибры или дерева. Заменой последних в небольших машинах служат бандажи и стальные проволоки, которые воспринимают центробежную силу головок якорных обмоток Головки якорных соединений (лобовые соединения) также предохраняются от действия центробежной силы стальными бандажами. Якорная обмотка бывает петлеобразная (параллельная обмотка (фиг. 1651)], волновая [последовательная или серийная обмотка (фиг. 1652)| и последовательно-параллельная обмотка. Обмотка выполняется большей частью таким образом, чтобы стороны катушек могли быть совместно изолированы и вместе лежали в одном и том же пазу. Если вто не имеет места, то мы имеем дело, со ступенчатой обмоткой, применяемой, например, при тяжелых условпях коммутации.
При параллельной обмотке щетки должны быть расположены между каждым из 2р полюсов. При последовательной обмотке число
Фиг. 1652.	Фиг. 1653.
щеток может быть уменьшено и достаточно иметь нх только в двух точках. Общее число проводов г обусловлено электродвижущей силой, которая должна образоваться в якорной обмотке. Распределение этого числа проводов по катушкам, каналам и т. д. производится на основании определенных правил обмотки *) для того, чтобы якорная обмотка была выполнима с технической точки зрения и отвечала условиям надежности работы. Каждый виток состоит из двух проводов, а якорная катушка состоит из многих витков. Стороны каждой якорной катушки находятся друг от друга на расстоянии приблизительно одного полюсного шага, при чем одна находится в нижней части канала (нижний стержень), а другая—в верхней части соответствующего канала (верхний стержень, см. фиг. 1653). Катушки якорной обмотки больших машин содержат часто только один виток; провода тогда носят также название стержней. Поперечное сечение проводов или стержней зависит от силы тока, протекающего в стержнях при нормальной работе.
Для выравнивания известной неизбежной неравномерности применяются часто при параллельной и многократных обмотках (последовательно-параллельные обмоткн) уравнительные или эквипо-
f) А г п о 1 d-L а-С о u г. Die Gieichstrommasehinen, Bd. I, 3. Aufl. Berlin, Jul. Springer, Richter. Eiektrlsche Maschinen. Bd. I. Berlin 1924, Jul. Springer.
1222
V. электротехника.
тенциальпые соединения, связывающие между собою определенные пункты обмотки, по которым и протекает уравнивающий ток.
Показателем использования якоря является величина мощности С в уравнении
С (Т)/100)3 Ци/юо),
где означают: D—диаметр якоря в ст,
I — длина железа якоря в ст, п — число об./мин.
N — мощность в kW.
С — при нормально применяемых числах оборотов составляет приблизительно:
От 0,5 до 1,0 при диаметре якоре от 4 до 10 ст
» 2,0 „	3,0	„	„	„	„	40 „ 80 „
„ 4,0 „	5,0	„	„	„	„	100 „ 200 „
3.	Реаиция якоря. Распределение магнитной индукции в междуже-лезиом пространстве машины постоянного тока изображается кривой магнитного поля. Последний, при нагрузке, т.-е. при прохождении тока через обмотку якоря, искажается, н нейтральная зона, т.-е. пункт, в котором кривая магнитного поля проходит через нуль, смещается, так как ампер-витки якоря вызывают в ием поле 0О, которое при неедни-
нутых щетках пространственно расположено перпендикулярно к оси главного поля (фиг. 1654). Максимального значения магнитное поле достигло бы
в середине междуполюсного пространства, если бы там не была как раз ничтожна магнитная проводимость и поэтому не вызывалась бы
Фиг. 1655.
Фиг. 1654.
седловина в кривой якорного поля. Это фиктивное якорное поле Фа, слагаясь с главным полем Фо, образует равнодействующее магнитное поле Ф (фиг. 1655), которое в дальнейшем уже одно влияет на появление напряжений в обмотке якорн (полезный поток). При сдвиге щеток часть якорного потока непосредственно действует размагничивающим образом (реакция якоря). В этом случае ЭДС и вместе с этим напряжение у зажимов (генератора) понижается прн нагрузке больше, чем эго соответствовало бы омическому падевию вапряжения. Но даже в том случае, когда нет сдвига щеток, например, при машинах с добавочными полюсами (см. ниже), у машины
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1223
постоянного тока наступает уменьшение магнитного потока вследствие того, что при искажении магнитного поля под влиянием якорного поля увеличение числа линий индукций на одном краю полюса, вследствие насыщения полюса, не соответствует убыли линий на другом краю полюса (реакция якоря).
4.	Компенсационная обмотка. При тяжелых условиях работы, например, при трамвайных генераторах, генераторах для работы по схеме Леонарда (стр. 1242), а также при моторах с широкой регулировкой чпсла оборотов, необходимо реакцию якоря уничтожить применением компенсационной обмотки, расположенной на полюсных башмаках машины. Ампер-витки компенсационной обмотки должны оказывать действие, прямо противоположное ампер-виткам якоря, так, чтобы действие последних уничтожалось и чтобы якорное поле не могло образоваться (фиг. 1656).
Фиг. 1656.
5.	Коммутатор и коммутация (перемена направления тока). Концы якорных обмоток подводятся к коллекторным сегментам и там соединяются друг с другом. Эти сегменты изолированы один от другого пластинками слюды толщиной от 0,7 до 1.0 mm. Напряжение между двумя коллекторными сегментами долито быть настолько ниже напряжения вольтовой дуги, чтобы опасность возникновения устойчввой дуги была совершенно исключена. При этом следует принять во внимание, что при нагрузке pacnpe.eienne напряжения на коллекторе меняется соответственно искажению магнитного поля. Прп прохождении якорных проводов через нейтральную зону, т.-е когда они при неискажснвой кривой магнитного поля проходят через середину междуполюсного пространства, наступает, вследствие действия коллектора, перемена направления тока в обмотке, при чем щетка замыкает накоротко две соседние пластины коллектора и лежащую между ними часть обмотки. Так как прп прохождении тока по проводу, в особенности, когда он частично находится вблизи железа, образуется вокруг него магнитное поле <PS, то это поле рассеяния должно в момент короткого замыкания витков щеткой менять свой знак, вследствие чего в проводе и в относящемся
йФ, , к нему витке индуцируется электродвижущая сила ею =--------(напря-
жение коммутации). Эта ЭДС, переходя определенные пределы, вызывает искрообразование под сбегающим краем щетки; величина ЭДС зависит от сплы тока в якоре и от скорости вращения последнего. В случае нарушения упомянутых пределов следует принять меры к улучшению коммутации особыми вспомогательными средствами, сводящими я к тому^ чтобы
1224
v. влектроткхиикл.
*0 -ч Т* 34) t
Б ъ
Фиг. 1657.
в том месте, где меняется направление тока в проводе якоря, создать магнитное поле, индуцирующее в проводе ЭДС-вращения, равную и противоположную напряжению коммутации и уничтожающую это последнее; таким образом устраняется причина искрообразования. Это магнитное поле получалось ранее путем сдвига щеток за пределы действительной нейтральной л ин пн (фиг. 1657 1) (при генераторе по направлению вращения, а при • моторе в противоположном направлении), т.-е. коммутация производилась в подходящем пункте главного магнитного поля.
В новейших машинах применяют вспомогательные полюса (добаиочиые полюса) между главными полюсами, которые так возбуждаются током нагрузки, протекающим в их обмотке, что в междужелезном пространстве вызывается соответствующей величины поле коммутации. Благодаря последовательному включению добавочных полюсов достигается то, что величина вспомогательного поля всегда соответствует образуемому током нагрузки напряжению коммутации. Для правильной к о м м у т а'ц и и требуется, чтобы коммутатор сохранял свою цилиндрическую форму,
чтобы щетки не вздрагивали от сотрясения (неуравновешенность якоря) и чтобы изнашивание прокладок слюды происходило равномерно с изнашиванием медных сегментов. Очень часто поэтому приходится особым приспособлением выскребать слюду между медными сегментами.
Таблица 5. Плотность тока для щеток.
Материал	Средняя плотность тока А/сша	вольт	Максим. ПЛО1НОСТБ тока А ста	АЕ вольт
Медь	 Медпая жесть, весьма тонкая (Bond-	10-25	0,617—0,03	- 40	0,04
reaux)		15-30	0,06-0,11	50	0,15
Бронзированный уголь 		20—30	0,2	40	0,2
Уголь покрытый медью (Endrnweit) . . .	15-20	0,5 -0,6	30	0,7
Уголь, весьма мягкий (графит)		8—11	0,4 —0,6	20	0,7
ь мягкий 		6-10	0,55-0,7	15	0,9
t, средней твердости		5—7	0.9 -1,1	11	1,2
„ весьма твердый	  .	4—5	1,2 —1,5	9	1,6
[При тяжелых условиях коммутации следует увеличить среднюю плотность и переходное сопротивление, чем увеличивается и 1Е. Ширина щетки оказывает влияние на число одновременно короткозамкнутых катушек и вместе с тем на условия коммутации. Медная щетка покрывает нормально от 1 до Р/2 пластин, а угольная — от 2 до 3L/2. В опреде-
') Изображение полей линиями определенного направления в сложение их наподобие сложения сил является лишь приблизительно точным, так как якорь неравномерно окружен железом.
ВЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ Й МОТОРЫ.
1225
ленных случаях следует для увеличения зоны коммутации избрать ступенчатое расположение щеток, т.-е. следует применить тангенциальное смещение части щеток на каждом отдельном стержне для щеткодержателя].
Хорошие условия коммутации зависят также от сорта употребляемой щетки а в некоторых случаях коммутацию можно улучшить, заменяя мягкую щетку более твердой. Размеры угольных щеток установлены в Германии согласно норм DIN VDE 2 900 !).
[Вышеуказанная таблица 5 содержит допустимые и высшие плотности тока в А ст2, а также переходное напряжение ДЕ вольт для щетки при высшей плотности тока].
Ь) Генераторы постоянного тока.
Обозначение зажимов—см. стр. 1218, коэффициент полезного действия—см. стр. 1219, вес—см. стр. 1219.
О работе генераторов постоянного тока можно судить по определенным характерным кривым, которые строятся для постоянного числа оборотов генераторов.
Характеристика холостого хода показывает зависимость между силой возбуждающего тока 1е и ЭДС Е.
Характеристика нагрузки показывает зависимость между силой возбуждающего тока 1е и напряжением ва зажимах Р при постоянной нагрузке I.
Внутренняя характеристика показывает зависимость между нагрузкой I и ЭДС Е.
Внешняя характеристика показывает зависимость между нагрузкой I и напряжением на зажимах Р.
Разница между внутренней и внешней характеристикой является омическим падением напряжения в машине.
Возбуждение магнитного поля в машинах постоянного тока должно быть так рассчитано, чтобы при перегрузке в 25% и нормальном состоянии нагрева возможно было еще удержать номинальное напряжение.
Машины делятся ва:
1.	Генераторы с независимым возбуждением. Схема соединения по фиг. 1658. Возбуждение магнитного поля получается от особого источнике тока или особого возбудителя (самовозбуждение, см. стр. 1215).
Регулировка напряжения производится путем изменения It помощью регулирующего сопротивления или регулированием напряжения возбудителя. Применяется только для определенных целей при требовании чувствительной или широкой регулировки напряжения: например, при возбудителях синхронных машин и динамо в схеме Леонарда (см. стр. 1242), а также при моторах, получающих ток от этих динамо.Характеристика холостого хода (фиг. 1659, кривая 1) соответствует кривой намагни-чиванпя (явление остаточного магнетизма во всех последующих характеристиках не принято во внимание). При постоянном возбуждении ЭДС пропорционально числу оборотов. Пз-за реакции якоря (см. стр. 1222) н омического падения напряжения при нагрузке наступает уменьшение напряжения Р на зажимах по отношению к ЭДСЁ; характеристика
*) Нормы для щеток разрабатываются Главалектро ВСНХ СССР. Проект см. журк« Электричество-, № 15—16, 1928 г.
1226
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
ёЛЕкТГИЧЕСКИЕ геиесатогы и моторы.	122?
нагрузки бывает различна в зависимости от того, работает ли машина со сдвигом щеток или без такового (все машины с добавочными полюсами работают без сдвига щеток), а также имеет ли машина компенсационную обмотку (см. стр. 1223). Фиг. 1659 изображает характеристики нагрузки, при чем криван 2 относится к генератору с ком-
Фиг. 1658.	Фиг. 1659.	Фиг. 1660.
пенсационной обмоткой, а кривая 3 — к гевератору без сдвига щеток. Фиг. 1660 изображает внутреннюю и внешнюю характеристику генератора с независимым возбуждением.
2.	Генераторы последовательного сериесного возбуждения (машины с возбуждением от главного тока). Схема соединения по фиг. 1661. Возбуждение производится током нагрузки (/,=/). Регулированпе напряжения в определенных пределах достигается шунтовым реостатом, присоединяемым к обмотке возбуждения. Характеристика при холостом ходе (здесь более подходит название характеристика намагничивания) см. фиг. 1662.
Фиг. 1661.	Фиг. 1662.	Фиг. 1663.	Фиг. 1664.
Кривая 1 соответствует кривой генератора с независимым возбуждением и может быть получена, как и в первом случае, путем опыта. Крпвые 2 и 3 изображают внешнюю и внутреннюю характеристики при нагрузке. Уменьшение напряжения па зажимах вызывается реакцией якоря и омическим падением напряженпя в якоре п обмотке возбуждения |1(/?а_г 4-/?е)]. Для самовозбуждения требуется, чтобы R + Ra -f- Re < tg я, для чего необходимо достижение определенного минимального числа оборотов. Генераторы последовательного возбуждения, вследствие зависимостп напряжения от нагрузки, мало применяются на практике (см. стр. 1234).
3.	Шунтовые генераторы. Схема соединения по фпг. 1663. Возбуждение получается от зажимов якоря машпны. До первого пуска машины В ход ее следует возбудить от постороннего источника: благодаря явлению остаточного магнетизма в якоре индуцируется напряжение, которое при соответствующем соединении с обмоткой возбуждения усиливает магнит-
пое поле, что в свою очередь вызывает повышение напряжения и т. д. Наступающее насыщение магнитной цепи ограничивает дальнейшее повышение напряжения. В целях регулирования напряжения и цепь возбуждения включают шунтовой реостат, неподвижный при номинальной силе тока до 0,6 X (номинальное напряжение). Характеристика при холостом ходе и характеристика нагрузки такие же, как при генераторе с независимым возбуждением (см. фиг. 1659, кривые 1, 2 и 3). Внешняя характеристика фпг. 1664 в верхней ее части, вычерченной сплошной кривой, соответс।вует нормальной работе, а нижняя часть кривой, обозначенная пунктиром, соответствует почти коротко замкнутой внешней цепн. Самовозбуждение возможно лишь при условии, если критическое сопротивление R tg а; в этой формуле а обозначает угол, образуемый в нулевой точке абсциссой и касательной к внешней характеристике. В том случае, когда обмотка возбуждения включена так, что она оказывает противодействие остаточному магнетизму, то самовозбуждения вообще не получается. Так как при увеличивающейся нагрузке получается лишь незначительное падение напряжения, то шунтовое возбуждение является самым рациональным для генераторов постоянного тока.
Изменением напряжения генератора постоянного тока с шунтовой пли независимой обмоткой, при отсутствии специальных оговорок, называется увеличение напряжения, наступающее при переходе от номинальной работы к холостому ходу при условиях, что:
1.	Число оборотов остается равным поминальному числу оборотов.
2.	Щетки остаются в положении, предписанном для номинальной работы.
3.	При самовозбуждеппи сопротивлепие цепи возбуждения, а при независимом возбуждении ток возбуждения, остаются без перемены.
Изменение напряжения составляет: при машинах с самовозбуждением с вспомогательными полюсами около 10 до 15%, а при машинах с независимым возбуждением около 6 до 10%.
Применяются: при освещении, передаче силы, электролизе, зарядке аккумуляторов. В последнем случае при обратном токе из батареи, например: вследствие малого возбуждения, полярность машпны остается без перемены. Машина’ продолжает работать, как мотор с вращением в том же направлении.
Фиг. 1667.
Фиг. 1665. Фиг. 1666.
Фиг. 1668.
4.	Генераторы со смешанной обмоткой (Компаунд генераторы). Схема соединения согласно фиг. 1665 и 1666. Возбуждение получается главным образом от зажимов якоря, как при шунтовом генераторе, и. отчасти, от тока нагрузки, как при генераторе после»
1228
V. ВЛГ.К1ГСТКХЖИК£.
довательпого возбуждения. Соответствующий расчет последовательной обмотки позволяет компенсировать потерю напряжения в машине, так что напряжение на зажимах находится вне зависимости от нагрузки. Возможно также компенсировать одновременно потерю напряжения в прог воде до определенного пункта сети, так что напряжение в этом пункте оказывается независимым от тока, т.-е. напряжение иа зажимах генератора увеличивается соответственно нагрузке. Сохранение постоянства напряжения возможно в пределах от 1 до 294.
При параллельной работе получаются затруднения вследствие отсутствия разгрузки при потере напряжения. Поэтому применяют перекрещивание соединений обмоток последовательного возбуждения таким образом, что ток одного генератора служит добавочным возбуждением для другого генератора. Перемену полюсности машины можно предотвратить применением уравнительного провода, соединяющего две несвязанные между собой в работе щетки одинаковой полюсности (фиг. 1667).
Применение: при судовых установках, прп небольших трамвайных установках без применения буферной батареи.
5.	Трехпроводные генераторы. Схема соединения согласно фиг. 1668. Шунтовое возбуждение. Применяются длн питания трехпроводных сетей (стр. 1372). Кроме коллектора, якорь имеет также два контактных кольца; к последним присоединена дроссельная катушка, и которой получаемое на контактных кольцах переменное напряжение не вызывает значительного переменного тока, в то время, как уравнительный постоянный ток пулевого провода может беспрепятственно протекать через дроссельную
катушку.
6. Турбогенераторы постоянного тона. В турбогенераторах постоянного тока с непосредственным соединением помощью муфты возникают
при больших мощностях затруднения механического и электрического свойства (коммутация). С тех пор, как для самых больших мощностей ввели зубчатую передачу, позволяющую строить турбины с наиболее
Фиг. 1669.
выгодным п отношении потребления пара числом оборотов, непосредственное соединение больше ие применяется. Число оборотов этих турбин в большинстве случаев лежит значительно выше того предельного числа оборотов, для которого можно строить падежные в работе генераторы постоянного тока. Зубчатая передача допускает применение нормальных генераторов, которые при низкой стоимости имеют более высокий коэффициент полезного действия, чем .чепосредственно соединенные
быстроходные машинь
7 Генераторы на постоянное напряжение при переменном числе
обороток Применяются для электрического освещения поезюв, при передаче движения от оси вагона, а также для освещения аитомобп-лей. Схема соединения, как у машины с поперечных полем (фиг. 1669. см. ниже) но с шунтовым соединением, т.-е. якорные щетки ВВ присоединены к батарее и шунтовому возбуждению.
[Другие схемы соединения см. В ii 11 п е г, Beleuchtung von Eisenbahn-personenwagea 3 AufL Berlin 1925, Jul. Springer].
ВЛМСТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.	1229
8.	Генераторы постоянного тока при переменном внешнем сопротивлении. Применяются для питания вольтовой дуги в прожекторах и сварочных аппаратах (ср. стр. 891 и сл. ’), затем как вольтодобавочные или зарядные динамо, а также как регулирующие динамо для подъемных лебедок и т. и.
Машины с поперечным магнитным полем. Поле якоря, появляющееся в каждой дииамомашипе, перпендикулярно к главному полю (стр. 1222). Это поперечное поле оказывает вредное влияние; у обыкновенных машин оно устраняется правильным проектированием или особыми вспомогательными средствами. У машин с поперечным полем доктора Розенберга это поперечное поле служит для получения рабочего тока в щетках ВВ, расположенных перпендикулярно к этому полю, т.-е. по направлению первичного поля. Па фиг. 1669 показана несколько отличная от общеупотребительных форма двухполюсной машины с поперечным полем. В электромагнитах малого диаметра с большими полюсными башмаками происходит возбуждение первичного поля от батареи. Это поле индуцирует, как обыкновенно, напряжение па нормально расположенных щетках ЬЬ; ввиду короткого замыкания между щетками ЬЬ, даже при слабом первичном поле возникает сильный ток в якоре и сильное поперечное поле в направлении ЬЬ, которое и дает между щетками ВВ рабочий ток. Последний точно также проходит по секциям положное первичному третичвое поле. Действительное поперечное поле вызывается таким образом разностью между первым и третьим полем. Если от какой либо причины ток во внешней цепи усиливается, то усиливается и третье поле, чем ослабляется второе, действующее, и ток снова уменьшается до нормальной величины. Внешняя характеристика таким образом сильно падает; она при малой силе тока высока, а при большой — низка Регулированием возбуждения достигается в известных пределах автоматическая установка на различную неизменяющуюся силу тока, которая ве может быть превзойдена также и при коротком замыкании. Поперечный ток Iq и полезный I соединяются в якоре и притом так, что п
струкцпп в двух четвертях его протекает сумма токов, в двух других— разность их.
Динамо для прожекторов завода Сименс Шуккерт (фиг. 1670). Прн помощи широких и сильных добавочных полюсов (стр. 1224), сдвига щеток и реакции якоря (стр. 1222) достигается такое изменение действующего поля, что напряжение меняется почти по прямой от наибольшей величины при открытой внешней цепи до нуля при коротко замкнутых щетках (напр, 125 V при ОА и 0V при 425 А). Таким образом получаются такие же условия, как и прн добавочном сопротивлении (что важно для прожекторов). Дипамо применяется также для сварочных работ и для схемы Леонарда.
якоря и дает противо-
Фиг. 1670.
двухполюсной кон-
*) Meller, Elektrishe Lichtbogenschweissung, Leipzlge 1925, S, ШглеЛ
1230
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
Генераторы с полюсами, разделенными иа две части. Фирма GEC см. ETZ, 1921, стр. 798.
Генераторы с встречной обмоткой компаунд. Требование дать при постоянном числе оборотов возможно независимый от напряжения, неизменяющийся, или ограниченный по силе ток выполняется машиной с самовозбуждением и независимым возбуждением, у которой ток нагрузки оказывает сильно ослабляющее обратное действие на полезное поле. Одно из возможных решений (по Кремеру1) показано иа фиг. 1671.
На якорь А с рабочими щетками В в нормальном положении оказывают влияние, помимо компенсационной обмотки с, три магнитные поля, а именно: самовозбуждение е, независимое возбуждение f и встречная компаундная обмотка д, по которой проходит главный ток, ослабляющий везависимое возбуждение f. Каждое изменение силы
тока вызывает изменение напряжения, оказывающее свое действие иа шунтовую обмотку самовозбуждения е и сводящее ток до величины, соответствующей независимому напряжению. Преимущество: поперечные щетки отпадают. Недостаток: машины имеют относительно много меди иа магнитах. При внезапных сильных толчках тока, благодаря самоиндукции д и е и остаточному магнетизму, установка на постоянную конечную величину силы тока происхо-
Фиг. 1671. дит медленнее и менее наделено, чем при образовании противодействующего поля в самом якоре. Одно только ограничение наибольшей с и лы т о к а (напр., при зацеплении груза у лебедок и т. д.) может быть достигнуто также без самовозбуждения е одним применением встречной компаундной обмотки д.
9.	Униполярные машины. В этих машинах направление полезнодействующей части индукционных линий не подвергается изменению, вследствие чего в якорных стержнях без помощи коллектора получается постоянный ток.
Старейшей машиной этого рода является диск Фарадея (1832 г.), от которого при вращении его между полюсами постоянного - магнита, при помощи щеток скользящих по оси и по окружности, можно получить ностоянный ток. В применимой практически машине Noeggerath (1904 2) значительной мощвости с лежащими рядом одноименными полюсами впервые было в достаточной степени принято во внимание противодействие якорю со стороны проводои и щеточных кабелей. Цилиндрическое тело якоря из массивного железа содержит п уложенных в каналах якоря проводов. Эти провода соединены последовательно посредством 2п контактных колец и и неподвижных обратных проводов. Стальной кожух с полюсами, обнимающий якорь, содержит выемки для прохода обратных проводов, для щеток, расположенных спирально на контактных кольцах, и двух концентрически к якорю расположенных возбудительных катушек. Машины мощностью от 300 — 500 kW С числом
9 ETZ, 1909, S. 798.
!) ETZ, 1905, S, 831,
ВЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1231
об./мин. от 2000 до 3000, соединенные с турбинами, дали удовлетворительные результаты (построены фирмами GEC и SS TF ').
Униполярная машина в особенносги применима для большой силы тока при небольшом напряжении, например для электро-химических целей.
10.	Регулирование напряжения. Регулирование напряжения достигается в редких случаях изменением числа оборотов, большей же частью изменением силы тока возбуждения помощью реостата с чувствительной регулировкой, включенного в цепь возбуждения (регулятор возбуждения или регулятор напряжения). Реостат в большинстве случаев переставляется непосредственно от рукн, а в некоторых случаях — рычагом или зубчатой передачей. При выключении возбудительной обмотки последнюю следует коротко замыкать, чтобы индуцируемое при псчезновении главного магнитного поля высокое напряжение не могло пробить обмотки. Это особенно важно при напряжениях возбуждения, превышающих 50 вольт. Для этой цели реостат снабжается специальным контактом для короткого замыкания2), или же контактом, замыкающим возбудительную обмотку через безиндук-цнонное сопротивление; прп перестановке реостата от руки применяются угольвые контакты и медленно действующее выключение (тушение искры и постепенное уменьшение силы тока). В особых случаях следует параллельно возбуждению включать безиндукцнониое сопротивление, равное по величине 4—5-кратному омическому сопротивлению обмоткн возбуждения. Кроме того выполнение обмотки на медных остовах, или применение специальных обмоток, вызывающих затухание, позволяет производить внезапное выключение возбуждения без всякой опасности. При машинах последовательного возбуждения регулирование можно производить помощью регулирующего реостата, включенного параллельно возбуждению. Автоматическое регулирование напряжения получается при помощи реле, пускающего в ход небольшой мотор, который в свою очередь переставляет регулирующий реостат в соответствующую сторопу. Весьма выгодно такое прпспособление в установках с сильными, но не кратковременными колебаниями вагрузки. В некоторых случаях применяются также быстро действующие регуляторы (стр. 1258), в особенности при переменном числе оборотов: напр., при генераторах для освещения поездов.
Автоматическое регулирование посредством вспомогательной обмотки имеет место при генераторах со смешанным возбуждением. Для небольших осветительных установок применяется в настоящее время редко (изменение напряжения, вызываемое нагревом динамо, требует все равно дополнительного регулирования помощью шунтового регулятора), но зато чаще применяется при судовых установках, где требуется, несмотря на отсутствие постоянного ухода за машиной, чтобы при переменной нагрузке напряя:енпе оставалось достаточно постоянным. Вой установках с спльно и быстро меняющейся нагрузкой (небольшие и средние трамвайные установки без буфферной батареи) применение генераторов со смешанным возбуждением может быть рекомендовано (см. стр. 1227).
*) Сравн. Тге ttin, Der heutige Stand der Unipolar-machine,Dingier Pol. J. 1913,Heft 9 a 10, Контакт у, стр. 1218.
1232
V. ОЛККТРОТЕХПИКЛ.
11.	Параллельное соединение, параллельная работа и распределение нагрузки. Параллельное соединение генератора постоянного тока с другим генератором, илн с аккумуляторной батареей (часто через собирательные шивы), требует равенства напряжений с источником тока, находящимся уже в работе, а также правильной полярности. Оба испытания могут быть произведены помощью вольтметра с подвижной катушкой (см. стр. 1337).
Параллельная работа при колеблющейся нагрузке возможна только в случае одинаковых нагрузочных характеристик мотора; в таких случаях применяется компаундная обмотка.
Принятие на себя нагрузки триключениым генератором после параллельного включения производится увеличением его возбуждения. Разгрузка генератора при параллельной работе достигается путем уменьшения его возбуждения. Разгрузка батареи при параллельной работе производится выключением элементов элементным коммутатором.
с) Электромоторы постоянного тока.
Обозначение зажимов см. стр. 1218; коэффициент полезного действия см. стр. 1219; вес см. стр. 1219.
Для того, чтобы судить о качествах работы мотора постоянного тока, а в особенности об его отношении к изменению числа оборотов (см. стр. 1216) служат характеристики, которые целесообразнее всего составляются и зависимости от момента вращения мотора. Характеристика числа оборотов изображает, следовательно, число оборотов в зависимости от момента вращения.
1.	Ппинцип работы. Как только к якорю машины постоянного тока помощью коллектора подводится напряжение, сейчас же вследствие взаимодействия между магнитным полем Ф и якорным током 1а в проводах г устанавливается момент вращепня величиной:
AQ =	’ 7,10-8 rahg ии Ма = С1°Ф’
где С находится в зависимости от рода обмоткн якоря и числа полюсов. Благодаря моменту вращения происходит ускорение движения якоря до того времени, пока ЭДС вращения в якоре £= С'Фп (см. стр. 1218), принимая во внимание реакцию якоря, ие окажется равной включенному напряжению минус омическое падение напряжения в якоре. Итак, число оборотов увеличивается пропорционально увеличению напряжения и уменьшению магнитного потока индукции. Обоими этими принципами пользуются при регулиры анпц числа оборотов (см. стр. 1238). Увеличивающемуся моменту вращения при нагрузке соответствует при равпом потоке более сильный ток якоря.
Реакция якоря (см. стр. 1222) отражается на моторе в том смысле, что ослабление магнитного поля вызывает уменьшение падения числа оборотов; причиной этого падения и свою очередь является омическое падение напряжения в якоре.
2.	Конструкция (стр. 1220). Конструкция моторов постоянного тока такова ясе, как конструкция дипамомашпп постоянного тока, однако, в зависимости от условий эксплоатацин, к моторам часто предъявляют
ВЛЕКТВИЧВСКЯЯ ГЖИВРАТОТЫ И МОТОРЫ.
1233
другие требовании: например, требование компактной и защищенной конструкции. Огаиппа магнитов подучает часто у моторов форму закрытого кожуха, прикрывающего движущиеся части; последние оказываются при этом менее доступными, но зато они лучше защищены от повреждений. Подшипниковые Щ1ты часто делаются также совершенно закрытыми (например, трамвайные и крановые моторы), илн же в них оставляют отверстия для входа и выхода воздуха (охлаждение помощью вентилятора сидящего па валу мотора).
Род защиты моторов—см. стр. 1217.
Па фпг. IG72 изображен 4-хполюсный мотор фпрмы S. S. W. с собственным охлаждением, мощностью 12 k\V на валу мотора, при числе об. мип. = 14О<', с вентилятором для охла ждепия мотора ва стороне ременного шкива.
3.	Схема соединения. Точно так же, как при генераторах постоянного тока (см. стр. 1225), различают в зависимости от системы возбуждения следующие типы моторов:
Моторы с независимым возбуждением.
Если возбуждение вклю-	Фиг. 1672.
чеио в цепь с постоянным напряжением, то величина магнитного поля Ф, за исключением незначительного изменения, вызываемого реакцией якоря, тоже остается постоянной. Число оборотов находится в зависимоыи от напряжения у як-ря. Применяется в установках, где требуется регулирога :не числа оборотов в широких пределах: наир., прп моторах для подъемников, для прокатных машин, а такте при схеме Леопарда (см. стр. 12.2).
Шунтовые мэторы (таблица 6, стр I24i>). При включении в цепь постоянного напряжения величина магнитного поля Ф, как и выше, остается постоянной, если нс считать незначительного изменения, вызнанного реакцией якоря. Число оборотов соответствует напряжению на зажимах за вычетом омического падения напряжения в якоре, которое с увеличением нагрузки попытается соответственно увеличению силы тока При увеличении нагрузки с падением напряжении падает также число оборотов шунтового мотора, по весьма незначительно, так как падение напряжения при пе очень малых моторах составляет то.и.ко несколько сотых долей паиряксаия па зажимах (моторы с шунтовой характеристикой см стр. 1217). Регулирование числа оборотов стр. 1238. Изменение направления вращения достигается Ks.veiK пнем направления тока в якоре или в возбуждении.
Иоторы с последовательным возбуждением (Сер пес моторы) (таблица (>, стр. 12 О). Магнитное поле Ф не является здесь величиной постоянно.!, а зависит от нагрузки, так как вместе с последней увелпчи-
1234
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
вается ток I, являющийся также током возбуждения. При слабой нагрузке ток I, а следовательно и Ф, малы, поэтому п достигает значительной величины (изменение числа оборотив моторов с сериесной характеристикой см пункт 3, стр 1217) Серисс-моторы. включенные в сеть постоянного напряжения без нагрузки, могут по этой причине „понести". При трогании с места ток I велик, а вместе с ним и магнитное поле. Сериес-мотор имеет поэтому большой начальный крутящий момент. По этой причине, а также вследствие нале шя числа оборотов прп увеличивающейся нагрузке, этп моторы подходят для крановых и железнодорожных установок (см. стр. ! 105 и том III, отд. ж.-д. установок). Регулирование числа оборотов в определенных пределах достигается включением шунтового сопротивления параллельно обмотке возбуждения. Изменение в а правления вращения получается прп изменении направления тока в обмотке возбуждения илн в якоре. В некоторых случаях оказывается выгодной передача энергии сериесному мотору от отдельного сериесного генератора. Чило оборотов мотора в этом случае при подходящем подборе внешней характеристики генератора остается постоянным.
Серверный генератор, пускаемый в ход как мотор, вращается в противоположном направлении. Если же сериесный мотор, работая как генератор удерживает свое первоначальное направление вращения, то меняется направление тока. Крановые моторы постоянного тока номинальной мощности от 0,8 до hio kW при 25 » продолжительности включения (см. стр. 1 52) в отношении напряжения и числа оборотов должны соответствовать в Германии нормам D.N VDE 2010. Размеры свободных концов вала в зависимости от мощности соответствуют нормам DiN VDE 2юэ. Цилиндрические и конические концы вала для крановых моторов соответствуют нормам D.N VDE 2701 и 2702. Весьма желательны одинаковые главные размеры для крановых моторов постоянного и трехфазпого тока одинаковой мощности, а именно: высота осей, ширина фундаментных ножек, отверстия для болтов, очертания свободных концов валов. Мощность крановых моторов оценивалась до сих пор понятием „временная мощность" для продолжительности работы в 30, +5, 60 и 90 минут, в последнее же время это заменено понятием „прерывистой мощности", соответствующим „относительной продолжительности включения" (см. стр. 1352) в 15, 25 или 40%.
Моторы компаунд (таблица 6, стр. 124и). В шунтовых моторах с широкой регулировкой числа оборотов (стр. I 38) путем изменения возбуждения оказывается необходимой слабая последовательная обмотка возбуждения для выравнивания реакции якоря (стр. 1222), возрастающей при увеличении нагрузки вследствие возросгания силы тока. Реакция якоря при ослабленном поле имеет сравнительно большее влияние, чем при нормальном поле.
4.	Пуск в ход. Шунтовые моторы пускают в ход с включенным полным возбуждением, постепенно выключая присоединенное к якорю добавочное сопротивление R. При выключении мотора необходимо сперва выключать якорь, а затем возбуждение. Соединение пускового реостата и выключателя возбуждения желательно производить таким образом, чтобы ошибки в последовательности включения и выключения
ИЛЕКТГИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1235
оказались невозможными. Для больших шунтовых моторов, пускаемых в ход под нагрузкой, металлические реостаты оказываются слишком громоздкими, так что вместо них применяют часто жидкие реостаты. Для пуска в ход сериесных моторов вполне достаточны реостаты с сопротивлением средней величины (см. стр. 1237). При возможности применяется кратковременное последовательное соединение двух моторов (напр., на трамваях).
Для определения продолжительности времени t пуска в ход для моторов до 200 kW применяется формула:
I = 4 -j-- 2 prN sk.,
(N—мощность мотора в kW). Формула применима в тех случаях, когда вращательные массы, которые нужно привести в движение, оказываются не слишком велики.
Пусковые реостаты должны быть рассчитаны так, чтобы они соответствовали колебаниям между наибольшей величиной тока—„пусковой максимальный ток“ и наименьшей величиной тока—„ток выключения''. Величина пускового максимального тока (и пускового момента вращения) ограничена условиями коммутации.
При включении мотор, находящийся в первый момент в состоянии покоя, еще не развивает противодействующей ЭДС, и потому сила тока достигает максимального значении /шах — Р : Rj '); Rt = 11' Ra + Re прп сериеспых моторах и Rt = R' R„, при шунтовых моторах, где R' означает дополнительно включаемое сопротивление. В моторе благодаря этому развивается пусковой момент вращения, соответствующий току 7шах. Пусковой момент превышает нормальный момент соответствующий поминальной силе тока 1, в отношении Zmax : I для шунтовых моторов, а для сериесных моторов - почти соответственно квадрату этого отношения. Благодаря этому происходит ускоренпе вращения якоря (в соответствующих случаях также приводимого во вращение вала с нагрузкой). Противодействующая электродвижущая сила увеличивается пропорпионально числу оборотов, достигая значения Ei, при чем ток падает до величины
=	Bi-
Путем уменьшения общего омического сопротивления до величины R2 может быть получен новый ускорительный толчок тока Zmax= {Р-—El):R2 и т. д. Колебания силы тока при пуске в ход между этими высшей и низшей величинами связано условием, что ступени омического сопротивления соответствуют геометрическому ряду R2 = aRu Rs = a2Rt, Д’4 = а3Л,, где а = /min : Zmax и Rit R2, R3... обозначают общее сопротивлепие. Если 7Ш.1Х, 7lnin, Ra и Re даны, то путем расчета можно найти омическое сопротивление и число ступеней пускового реостата. Графическое определение сопротивлений для шунтового мотора
') При условии, что ток не ослабляется самоиндукцией цепи (см. стр. И 93), благодаря которой прн oco6i.iv пусковых условиях н подходящем соединении даже большие моторы могут быть пущ!ны в ход боз помощи реостата (см. ETZ, 1912, стр. 759). Моторы мощностью до 1 kvV могут быть пущены в ход без помощи реостата (сериесные моторы нагрузкой, шунтовые—без нагрузки).
1236
Т. ВЛЕЖТГОТЕХЖЯЖЛ.
ЭЛХКТРИЧВСКИХ ГКВКТЛТОРН Н МОТОРЫ.
1237
поГсргесу *) показано на фнг. 1673; он дает зависимость тока I от числа оборотов п:
согласно прямой 1 для общего омического сопротивления J?, — П' -}- Ва, согласно прямой 2 для общего омического сопротивления -\-Впп т.д., согласно кривой О для общего омического сопротивления Иа-- О-|-7бп.
Фиг. 1673 г).
Фиг. 1С74 а).
Общие омические сопротивления /?,, В>, В3 и т. д. относятся друг к другу как отрезки ОВ, А1В, А3В и т. д."
Так как — Р : Zmax =£'-[- Ra (последняя ступень R* = Ra) то для т ступеней:
Пп = ат  Р : Гшах или lg а = (1 : ш) Jg (1^ Ra : Р).
Отсюда может быть определено а, когда дапы и т.
^шах-^а представляет потерю в якоре, вызванную током /шах- Для средней величины мотора можно принять равным приблизительно 1,5 или 2-кратному значению I, а /ш)п немного больше I. В случае, если первый толчок тока 1ШЯХ оказывается слишком силен, то следует включить еще несколько ступеней так, чтобы ток включения получился ниже максимального пускового тока.
ДлЯ'Нусковых реостатов сериесных моторов можно применить подобный же матс.ма ический и графический метод 3). Прямые линии в фиг. 1673 при рассматриваемом сериесном моторе переходят в характеристики для п = / (Л. В том случае, когда отношение между индукционными истоками при 1тях и /Ш1„, а именно	известно,
получается возможность определить ступени по фиг. 1674 соответственно тому, как это делалось при шунтовых моторах. Пункт Е определен таким образом, что отношение СЕ : DE равно Фтах: Фш!п • Положение пункта Е зависит таким образом от насыщения мотора; если насыщенно большое, то Е лежит бесконечно далеко, так что диаграмма сходится с диаграммой шунтового мотора; если же насыщение небольшое, пункт Е совпадает с О. Из фиг. 1674 видно, что количество ступеней пускового реостата для сериесных моторов значительно меньше, чем для шунтовых.
) ETZ, 1894, S. 644.
•J В.мь'сю Дшах, Jn]in должно быть
Ааа,х< Лпйг
’) ETZ 1923, S. 381.
В отношении количества предварительных и главных сттнр.нпй для peociaroh при	<jv< iwuc. тока от 1.5 до 100 kW устапоплепы
нормы согласно «правил для yrip<>n< иа и испытания пусковых реостатов И приборов для управления» <1>I-A I!»»'"» <'л«,ля Германских Плеттр.щ-хю’к<>в.
Пусковые реостаты обслуживаются непосредственно от руки, или же, если это требуют условия, при помощи зубчатой передачи или системы рычагов. Если для включения реостата применяется вспомогательный электрический ток, процесс пуека может быть но произволу начат и прерван, или он может быть от руки произвольно начат, а заканчиваться автоматически (напр.. управление посредством нажимных кнопок), пли же процесс может быть автоматически начат и окончен (гамо-действующий пусковой реостат). Пусковые реостаты применяются металлические пли жидкостные.
Металлические пусковые реостаты часто изготовляются из проволоки, спиралеобразно навитой на стержень, диаметром равный 8 или 9-кратному диаметру проволоки, а ватсм вытянутой но осп н навитой в желобки фарфоровых цилиндров, или же помещенной в проводящее теплоту и изолирующее вещество (масло, последиее время также песок, а для небольших мощностей эмаль).
Материал проволоки: никелин, нейзильбер или подобные сплавы без железа с высоким удельным сопротивлением (см. стр. 1189); как вспомогательный материал, применяется иногда п железо (подвергается действию ржавчпны—непрочно). Плотность тока для никелина и нейзильбера (12 до 15) dV d, где d обозначает диаметр проволоки в mm. Для железа приблизительно (20 до 25) d V d. При сильных токах часто применяются сопротивления в виде лент незначительной толщины <0.3 до 0,5 шт) из металлов с высоким сопротивлением; как вспомогательный материал—железные полосы толщиной 0,3 до 0,5 mm для нагрузки от 30 до 50 Л на 1 ст ширины. При сильных токах, действующих в течение короткого времени, допускается значительно более высокая нагрузка— при условии искусственного охлаждения помощью вентилятора. Для пусковых реостатов могут быть также с успехом применены зигзагообраз ные чугунные полосы, соединенные последовательно, или же параллельно, помощью болтов с соответствующей изоляцией.
Жидкостные пусковые реостаты состоят из сосудов, наполненных электролитом (часто вода с примесью соды), и подвижных железных плит; для больших мощностей плиты неподвижны, изменение и регулирования уровня жидкости производится помощью насоса В случае применения жидкостных пусковых реостатов для постоянного тока следует остерегаться образования гремучего газа.
Нагрев пусковых реостатов и регуляторов при правильном пользовании не должен превышать следующих величин 13, КЕА):
1.	Реостаты с воздушным охлаждением. Повышение температуры, измеренное в месте выхода воздуха, не должно превышать 175° п ни в каком месте корпуса повышение температуры не должно быть выше 125°.
>) BTZ. 1924. S 600 а 1068
1238
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
2.	Реостаты с масляным охлаждением. Повышенно температуры масла в самом теплом месте между элементами реостата не должно превышать 80°.
3.	Реостаты с песчаным охлаждением. Повышение температуры песка между элементами реостата не должно превышать 150°.
4.	Водяные реостаты е примесью соды и т. п. Повышение температуры электролита не должно превышать 60°.
5.	Ступенчатые выключатели. Повышение температуры контактов ступенчатых выключателей в воздухе ни в коем случае не должно превышать 40°. Дгн конта-.тов, находящихся в масле, допускается температура, равная температуре масла.
5.	Регу..нрэвг.низ чисеа чеорот"'. Характеристика крутящего момента и чпсла оборотов показывает зависимость между числом оборотов и крутящим моментом. Следует различать следующие главные виды регулирования числа оборотов согласно НЕД. § 27: при постоянном крутящем моменте —крутящий момент независим от числа оборотов (наир поршневой насос);
прп постоянной мо щ но ст и—произведение крутящего момента на число оборотов не зависит от числа оборотов (напр., токарный станок);
при крутящем моменте возрастающем пропорционально квадрату числа оборотов (напр., взптилягор).
Для регулирования числа оборотов моторов постоянного тока применяются главным образом следующие способы (пусковые приспособления, см. стр. 1235):
1.	Р е г у л и р о в а н и е изменением силы магнитного поля (увеличение числа оборотов помощью реостата в цепи возбуждения). Число оборотов мотора постоянного тока при постоянном напряжении у якоря увеличивается или уменьшается обратно пропорционально силе магнитного поля. Помощью регулирующего реостата, включенного при шунтовых моторах последовательно с обмоткой электромагнитов, а при сериесных моторах—параллельно к ней. можно менять число оборотов в доволг.но широких пределах при постоянном почти коэффициенте полезного действия, т.-е. практически без потерь. При изменении нагрузки шунтовых моторов число оборотов их остается почти без перемены. Нормальные моторы допускают регулировку в пределах около 15% (до 25%). При необходимости более широкого изменения числа оборотов следует применять особые моторы, которые при наивысшем числе оборотов работают при слабом возбуждении магнитного поля. Для открытых моторов постоянного тока, мощностью от 1,1 до 80 kW, от 1,1 по 64 k\V и от 1,1 до 32 k\V, в пределах регулирования соответственно 1: 1,5, 1:2 и 1:3 установлены для числа оборотов и коэффициентов полезного действи < особые нормы согласно DIN IDE 2001!).
Так как в основу расчета якоря кладется ма: симальный ток, то при регулировании изменением силы магнитного поля следует брать моторы такой величины, чтобы они оказались в состоянии ра:вить максимальную мощность при наименьшем числе оборотов (следует обратить особое вни-
*) ETZ, 1922. S. 553, S. 252
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1239
мание па реакцию якоря при слабом магнитном поле, применяя добавочные полюса; для устранения колебания, а также для предохранения от разноса мотора, применяется вспомогательная компаундная обмотка; сравни также стр. 1223.
2.	Регулирование реостатом, включенным в цепь якоря (уменьшение числа оборотов помощью регулирующего пускового реостата цепи главного тока). С экономической точки зрения этот способ нерационален, так как потеря энергии в реостате непосредственно зависит от силы тока. Кроме того размеры реостата, который должен быть рассчитан на полную нагрузку мотора, оказываются очень велики, вследствие чего и стоимость его удорожается. При постоянном крутящем моменте вся разница между расходами энергии при полном числе оборотов и уменьшенном числе оборотов теряется в реостате, так что расход энергии в действительности не меняется. При уменьшающемся крутящем моменте,—папр., в случае привода центробежных насосов, вентиляторов и т. д. уменьшается также расход энергии, так как реостатом поглощается только произведение силы тока на потерю напряжения; сила тока же падает вместе с моментом кручения, который при вентиляторах, при прочих неизменных условннх работы, уменьшается прпб и штельяо пропорционально квадрату числа оборотов. С экономически й точки зрения этот способ является более нлп менее удовле,верительным только при переменном моменте вращения, но зато применяется часто при небольших моторах и незначительной регулировке из-за дешевизны начального устройства, так как это позволяет брать моторы нормального типа. С изменением нагрузки меняется поглощаемое напряжение, а вместе с тем и число оборотов.
3.	Изменение якорного напряжения применением многопроводноп сети. В случае необходимое!и установки большого количества моторов с Изменяющимся числом оборотов полезно создать, с помощью двух или больше соединенных между собой динамо, трех- или много-проводиую сеть и якорям отдельных моторов попеременно сообщать отдельные напряжения. Регулирование без потерь; см. ниже также фиг. 1675, изображающую четырехпроводную систему с напряжением в 240 V между крайними проводами; при такой сис емевякоре мотора могут быть образованы 6 различных, равномерно нарастающих, напряжений. Помощью изменения магнитного поля (с 1:2 до 1 : 1,2) достигается чувствительная, не связанная с потерями регулировка по всей регулируемой части (1 : ).
| Выбор возрастающих в геометрической прогрессии напряжений в 60, 80, 110 V дает 6 С1упеней: 60, 80, 110, 14ч, 160, 250 (1:4,16), в пределах которых все числа оборотов могут быть достигнуты помощью регулирования магнитного поля в отношении 1 : 1,3.
4. Присоединение к динамо управления. Напряжение динамо (для управления), питающего двигатель, меняют помощью шунто-вэго реостата в пределах от нуля до его максимальной величины. Большое преимущество этого соединения состоит в том, что число оборотов,
Таблица 6. Моторы постоянного тока.
Шунтовой мотор
Мотор с последовательным соединением (еерие с-мот ор)
Мотор со смешанной обмоткой (компаунд)
Схема соединения
Характеристика	п	
Пуск в ход	1. Боз реостата (до 1 kW без нагрузки) 2. С реостатом в ценя якоря	
1. Без реостата (до 1 kW с нагрузкой).
2. С добавочным сопротивлением	2. Реостаты в цепа Якова
(в некого। ых случаях времен-	
ное последовательное соединение двух моторов)
3. Без потерь при схеме соединения Леонарда при увеличении напряжения от 0 до максимальной величины.
Крутящий момопт при пуске в ход	^d-пуск = ^tf-пом. Пип 1 ипчтожно мал.	ЛГ.	3 Л/, «пуск	«пом. При 2^2 ^дом иРИ часово“ мощности	М, ^2 М. «пуск	«ном.	ВЛЕКТРПЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.	124
Пусковой ток	Л1уск « 7иом Прп 1 до 10 7иоМф	^пуск ^2,5 Люм. При 2^1,8 7НОМ> (при -УчаСф)	Лтггк = 2j5 до 8 7ПОМ< В З'В ! ’ПМПГТП ПТ и 1»ЛИЧИНЫ последов. возбуждения.	
Регулирование числа оборотов	Уменьшение числа оборотов помощью регулпр* ю-щего peociaia в цепи главного тока. Регулирование в широких пределах. Увеличение чпелаобо-р о т о в помощью реостата в цепи возбужден ня возможно. При обыкновенных моторах—до 1.15 X номии. числа оборотов, при особых моторах—до 3 Хно-мннальп. числа оборотов.	Изменением напряжения якоря помощью добавочного сопротивления (в некторых случаях помощью peociaia, включенного параллельно возбуждению) регулировка возможна в широких пределах.	Как прп моторе с последовательным соединением Последовательнан обмотка часто так рассчитана, что возможно уменьш. числа оборот, да 15°/0	
	При 3. При схеме Леонарда прпблвз. до 2°,!() помни. числа оборотов без потерь помощью регулирования напряжения пусковых машин.			
Номинальное напряжение	При 1 до 220 V; при 2 до 1000 (2000) V; прп 3 часто 550 V.			
Прпмепепие	1.	Для подвесных электрических дорог. 2.	При всех установках. требующих постоянного числа оборотов насосы, вентиляторы, ткацкие машины, машниы-иру-дпя. 3.	Прокатные станы, шахтные подъемники, тяжелые строгальные станки.	1.	Для подвесных электрических дорог 2.	При трамваях, катках для прока штлх станов, кранах, передвижных тележках. 3.	При тяжелых установках с частым пуском в ход.	При аггрегатах Илыпера, как пусковой двигатель, н при моторах вальцепроьатдых станков	
1242
▼. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
Фиг. 1676.
даже мощных типовых моторов может быть изменено без значительных потерь помощью малых и дешевых регулирующих сопротивлений, так что число оборотов в пределах регулирования почти независимо от нагрузки; та: им же образом энергия, требуемая для вращения якоря мотора и связанных с вим масс, может быть торможением сведена почти до нуля и, пе считая потерь, вновь получена. Этот способ применяется часто при работе подъемных машин в рудниках, прокатных станах, бумажных машинах, крапах, лебедках и т и. Фиг. 1676 изображает схему в соединении с переключателем, находящимся в магнитной цепи тока динамо управления для изменения направления вращения мотора. По вопросу вспомогательных схем для устранения влияния остаточного магнетизма и переменной потери напряжения в цепи якоря сравни электрические штхтиые подъемники (в главе „точность соединения1, стр. 947).
В случае, если динамо управления приводится в движение посредством мотора, питаемого из сети, получается так называемая схема соединения по Леонарду.
С. Синхронные машины переменного тока.
Основные понятия: переменный и трехфазный ток—см. стр. 1195.
Определение потребной мощности—см. стр. 1198; синхронное число оборотов - см. стр. 1216.	,
Измерения при синхронных машинах — см. стр. 1360;
коэффициент полезного действия—см. стр. 1243.
Обозначения на илеммах синхронных машин переменного тока принятые Союзом Германских Электротехников:
Клеммы якоря прп сопряженном соединении . . U, V, W,
„	„	„ открытом	„	. . U, V, W, X, V, Z.
Средняя точка или средний провод.........0.
Обмотка магнигоп (постойный ток).........J, К.
Линейный провод независимо от его полярности . L.
Сеть трехфазная трехпроводная............В, S, Т.
„	„	четырехпровэдная .........В, S, Т, О.
Магнитный регулятор (s—соединение со скользящим контактом)...........................s—t.
Контакт для выключения регулятора........q,
при чем з соединяется с J или К, q—с К или J, t—с источником постоянного тока.
Коэффициент полезного действия, вес и маховой момент (см. таблицу 7 '). До 200 VA и 500 оборотов веса даны дли генераторов с подшипниковыми щитами. Свыше веса даны для маховичных
’) По данным завода Сименс-Шукер т.
ЭЛЕКТРИЧГСКИВ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1243
генераторов с 2 стоячими подшипниками и общей фундаментной плитой. Вез плиты вес составляет от 66 до 76% общего веса. Машины старого типа имеют вес на 10 до 20% выше и маховой момент выше на 20 до 30%. Маховой момент больших машин в случае надобности может быть увеличен.
Таблица 7. Синхронные машины
я
КЗ
Мощность kVA
5
10
50
80 100
200
350
SO0
1000
2000
3500
1500
1000
750
600
500
300
180
G
GD*
G
GD*
G
Gift
G
Gift
G
GIF
& GD*
GLP
75-77 280 "ЗЗО 0,8
81-83 355
415
1,5
82 390
440
2.8
kg пли t,
89-90 960
1050 13
91 I -1270!
1370:
21 —
90 1080
1200
15
89
1180
1300
49
88,5
88,2
91 91.5
1450 1700 2650
1600 1850 2850
28
93
120
91
5 0,4
91,5 8
0,7
90,5 90,51 92 91,5
1570 1900 3130
1720 2070 3370 °*
69 । 96 | 220 0,85
92 91,5
6,6
90 I
2400 3600
2650 3850
— ПО 330,
89,5
90
92 I 4200
4500
440
87
4,6
89 I
6,2
2,1
88
10.2
7,4|
включая ременный
91
7,2
1,5
91
8,8
4,2
90
13
14
92
8,7
1,3
92
8,3
1,9
92
9,8
2,6
92 Н
7,0
93
13,5
2,6
93
14,6
5
93,5
23
12,5
93
13,8
6
93,5
24
15,3
93
17
15,7
93,5
26
40
94
38
92
91
12,8 ’)
24
92,5
93
19 9|26 ')
53 I 100
94
37,4
209
G — вес в последнего, GD2 — в kgm2 и tm2, т] указаны при cos ? = 0,8. Табличные данные могут быть приняты пых моторов при указанных мощностях в kW па валу машины
шкив, с
возбудителем
и без
приближенно ДЛЯ синхрон-
1) Без фундаментной плиты.
1244
▼. елкктготгхпнкА.
елвктгачЕСНП гентратоты и моторы.	1245
а) Конструкция сппхронных машин перемспиого тока.
Статор несет обычно обмотку, в которой ипдуцзруется электро-двигательная сила, п служит таким образом якорем. Ротор несет возбудительную магнптую обмотку, соединенную с контактными кольцами, к которым подводится ток неподвижными щеткамп.
Преимущество такого устройства состопт в том, что неподвижная обмотка якоря, особенно при высоком напряжении, может быть лучше изолирована и можно избежать сборных колец для отвода тока высокого напряжению Ток для возбуждении пдлучается пли от машины постоянного тока, монтированной на одном валу с машиной (собственное возбужденно), или от сети (постороннеевозбуждение). Ротор, т.-е. вращающаяся магнитная система, получает возбужденно от постоянно/> тока и обычно вращается внутри арматуры (внутренние полюса), реже вращающееся магнитное поле охватывает неподвижную арматуру (наружные полюса). В случае горизонтального вала последняя конструкция затруднительна, однако она иногда применяется ввиду того, что предоставляет возможность сосредоточить большие маховые массы в магнитном колесе (напр., для газомоторов).
Малые машины низкого напряжения строятся, как машины постоянного тока с неподвижными магнитами и вращающимся пко-рем. Для отвода тога си-жат при однофазном токе два, а при трехфаз-иом три контактные кольца.
При машинах с рядом лежащими одноименными магнитными полюсами (фиг. 1677) магнитное колесо состоит из магнитного сердечника с двумя венцами выступов (полюсных башмаков), собранных из листового железа; в промежутке между последними нахо
дится неподвижная пли вращающаяся вместе с магнитным маховиком
Фнг. 1677.
возбудительная катушка Е, охватывающая весь обод. Таким образом, на одной стороне колеса образуются только северные, а на другой только южные полюса (фиг. 1С77). Благодаря чередованию на вращающемся колесе полюсных башмаков и промежутков между ними железо якоря всегда намагничивается и
почти размагничивается (но не перемагничивается) в одном н том же направлении, т.-е. железо якоря используется лишь на половину. Машины эти требуют много железа, обладают высоким рассеянием, тяжелы и дороги. Ввиду простоты конструкции индукторов и малых потерь в железе машины с одноименными полюсами применяются в качестве генераторов тока средней и большой частоты (соответственно от 500 до 6000 и до 10 000 периодов в сек.).
Машины с чередующимися разноименными полю-сам и с неподвижным якорем являются в настоящее время наиболее
распространенным типом машины. Подвод тока для возбуждения при помощи контактных колец пс представляет затруднений. Па фнг. 16<8 представлена подобная машина с воздушными каналами в якоре в при-вертными стальными полюсами. Для возможности производить ремонт отдельных катушек либо вся арматура может выдвигаться в бок, либо полюса закрепляются па колесе так, чтобы их можно было выдвинуть в бок. так что катушки становятся доступными для ремонта.
Т у р б о г с и е р а т о р ы—см. стр. 1219.
1. Якорь к обмотка якоря. Для уменьшения потерь при перемагни-чпванпп якорь собирается пз штампованных, изолированных друг от друга железных лпстив. Для лучшего охлаждения якоря—для отвода тепла, выделившегося вследствие потерь в железе, а также для отвода теша, теряющегося в обмотках—служат прп радиальной системе воздушного охлаждения каналы, расположенные в листовом железе радиально, шириной в 10 до 15 mm, высотой в 5-10 ст; при осевой системе воздушного охлаждения якорь сиабжаетси воздушными каналамп для охлаждения, расположенными в осевом направлении. Для охлаждения мощяых турбогеиератов часто применяется комбинированная система воздушных кана-
Фиг. 1679.
Фиг. 1678.
Обмотка якоря1) производится в швах, расположенных по внутренней окружности арматуры. На фиг. 1679 приведены сечении пазов различной формы. При вполне замкнутом пазе крайняя стенка паза у окружности (мостик паза) должна быть возможно тонкая (1 mm иля менее). Замкнутые пазы применяются иногда для турбогенераторов, чтобы увеличить напряжение рассеяния якоря п ограничить таким образок ток короткого замыкания мгновенного де ’твшнстр. 1256) в допустимых пределах (см. стр. 1356). Большей частью применяют полуоткрытые пли совершенно открытые пазы, которые закрываются фибровыми пли деревянными клиньями. Изол щпей паза прп низком напряжении служат пресшпаповыс гнльзы или трубки. При высоком напряжении применяются мпкаинтовые трубки, через которые и протягиваются провода обмотки (обмотка протяжкой).
Открытые пазы имеют то преимущество, что катушки могут быть легко заменены. При открытых пазах, что особенно важно прн высоком
') Richter, Ankenvicklungen fur Gkich-und Wcchelstroxnxnaachinen, Berlin, 1920. Над. 10. Illnpuure;.
1240
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
напряжении, шпули могут быть изготовлены отдельно на заводе, где они пропитываются компаундной массой и на специальных станках опрессовываются миканитовой бумагой в горячем состоянии и под давлением (шаблонная обмотка по системе Г е ф л е и).
Если на каждый паз приходится один или два витка, то обмотка может быть выполнена как стержневая: прямые стержяи вместе с их изоляцией вдвигаются в пазы, соединяются между собой при помощи вилок и запаиваются. Машины большой мощности изготовляются со стержневой обмоткой даже для высокого напряжения.
Для уменьшения дополнительных потерь от блуждающих токов (см. стр. 1186 и 1196 ), обусловленных значительностью сечения меди, стержням придают форму сверла различного очертания1 )•
Провода, июлпрованные по системе Гефлей для стержневой обмотки, могут быть применены также и прп полузамкнутых пазах наряду е полушаблопнымп обмотками, которые открытой своей частью вдвигаются в пазы и затем пропаиваются. Недостаток открытых пазов состоит в том, что добавочные потери, вследствие пульсаций в зубцах и утечек в каналах, в них велики.
Находящиеся внутри пазов части катушек называются боковыми сторонами, а выступающие из них части головками обмотки или лобовыми соединениями По чпелу фаз различают одно-, двух- и трехфазнуго обмотки; по числу пазов на полюс и фазу обмотки бывают в два, три и более пазов на полюс и фазу. Обмотки различают также: по числу витков в пазу как при стержневой, так и при катушечной обмотке; по расположению в пространстве головок и лобовых соединений различают обмотки с головками в одной, двух или трех плоскостях. Последняя система большей частью имеет место, если обмотка разделенная. Далее различают обмотки с совершенно одинаковыми по форме и по длине шага лобовыми соединениями (фиг. 1683) и обмотки с неодинаковыми соединеппямп (фиг. 1682).
При катушечной обмотке, которая применяется по преимуществу при высоком напряжении, витки обмоток па каждый полюс (п.-и пару полюсов) и фазу соединяются в секции или группы катушек. Наиболее простая форма якорной обмотки при однофазном токе представлена на фиг. 1680; на каждую сторону секции здесь приходится только по одному пазу. Лучше на каждый полюс и фазу иметь два, три и более пазов, так как при этом разность напряжения отдельных проволок в пазу друг относительно друга меньше и форма кривой ЭДС менее отклоняется от синусоидальной формы.
[„Соединительные" проволоки для соединения отдельных секций здесь, KiK и в следующих чертежах, опущены и только для секций, располо-ж 'иных у среднего полюса фиг. 1680, показаны соединительные прово-ло .и].
На фиг. 1680 показана однофазная обмотка с двумя каналами на полюс, с так называемыми короткими катушками (средняя ширина катушки меньше расстоянии между полюсами). Направление тока при показанном на чертеже расположении полюсов обозначено стрелками.
*) ETZ 1920 г. стр. 69. Electr, und Maschinenbau 1920 г. стр. 284, 1921 г., стр. 486. Archiv filr Eiectrotechnik 1916 г., стр. 30; 1919, стр. 203; 1925 г., стр. 129.
8ЛЕКТГИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ- И МОТОРЫ.
1247
На фиг. 1681 показана трехфазная обмотка с коленчатыми секциями. Для ясности изображена обмотка для одного паза па фазу и полюс, хотя на практике применяют два пли три паза на полюс. Нафиг. 168. секции одной фазы обозначены одинаковыми цифрами. Одна плоская катушка соединяется со следующей коленчатой через одну, как показывает нумерация. Ширина катушки равна полюсному шагу. Число полюсов для трехфазиого тока = 2 s от числа секций.
Фиг. IboO.	Фиг, 168].
При нечетном числе пар полюсов (например, при 1 000 об. в мин.) имеем двухколенчатую якорную секцию, которая с одной стороны секции соединяется с плоскими секциями, с другой—с коленчатыми.
Фиг. 1682.
Фиг. 1683.
Фиг. 1684.
На фиг. 1682 и 1683 представлены, с электрической точки зрения одинаковые однофазные четырехпазовые обмотки при 8 пазах на полюсном шаге т, из коих четыре паза несут обмотку. Второй комплект в 4 паза предназначен для обмотки, сдвинутой к первой в пространстве па т:2. и в ней будет индуцироваться электродвигательная сила сдвинутая на 90°, т.-е. имеем двухфазную 4-пазовую обмотку. Соединительные провода для последовательного соединеиия секций па чертеже не указаны.
При однофазных машинах обмотка заполняет лишь 2/в пазов.
На фиг. 16т4 показана однопазовая обмотка для трехфазного тока с длинными перекрестными секциями одинаковой длины, допускающая разрез якоря без необходимости произвести обмотку секции па месте соединенгч При монтаже. Конструкция согласно фиг. 1681, у которой го-еп-п секций расположены в двух плоскостях, наиболее употребительная.
1> отношении формы и величины ЭДС и якорного поля обмотки, выполненные но фиг. 1681 и 1684. равноценны. В синхронных машинах трехфазного тока все три фазы большей частью соединяются в звезду.
Прп больших машинах с большой окружной скоростью в особенности прп турбогеператорах (стр. 1249) лобовые соединения или головки обмоток должны быть в состоянии противостоять большому механическому усилию при коротком замыкании, т.-е. должны быть прочно закреплены (фиг. 1685 и 1686).
1248
т. елкктротвхнпк*.
Степень использования якоря определяется числом С мощности в выражении xV = С {I>: 100)2 • I • (п : 100), где D —диаметр отверстия якоря в cm, I — длина железной части якоря на вычетом воздушных прослоек в ст. п — число оборотов в пит ту, /V—мощность машины в kVA для генераторов и в kW для моторов. Величина С зависит от L) и находится: при диаметрах — 50, 100, 150. 250 п 500 ст, в пределах между—1.5 1,9 2,1 2.3 и 2,5.
Прп большом полюсном шаге и большой длине якоря, прп ненормальных конструкциях н очень высоком напряжении величина С может изменяться в больших пределах. Прп турбогенераторах значение О' бывает значительно выше; прп однофазных синхронных маши-пах значение С процентов на 30 ипже.
2. Ротор и магнитное поле. Различают машины с выступающими полюсами и со сплошными цилиндрическими барабанами с разделенной возбудительной обмоткой. Последний тип является нормальным для турбогенераторов. У тихоходных
машин магнитное колесо имеет большей частью форму махового колеса (генераторы, приводимые в действие от газовых двигателей). Молюеа изготовляются из литой стали или кованые, иногда собранные из железных листов (фиг. 1687). Полюса и полюсные башмаки составляют часто одно целое и привинчиваются или прикрепляются к ободу болтамп (фиг. 1688), пли н ласточ-
кин хвост. Дляумсныпсния потерь в железе часто полюсные башмаки собираются из листового железа; башмаки скрепляются с полюсами в ласточкин хвост. В полюсных башма-
Фиг. 1685.
Фиг. 1686,
ках часто монтируются фиг. 1687.	фиг. 1688.
стержни демпй >ной об-
мотки, которые ; ежду собой соединяются кольцами (смотри стр. 1253 и 1265). Обмотк: возбудителя часто из чистой п поставленной на piopo меди, которая изолируется бумагой или прссшнапом (Blankpohvicklung); фпг. 16<8 и 1688.
Употребительное число оборотов (смотри стр. 1216 и 1243).
Числом оборотов и диаметром ротора определяют его окружную скорость. При 50 периодах в секунду окружная скорость в m/sec равна полюсному шагу в сантиметрах.
Окружную скорость принимают до 35 m/sec. При больших генераторах (генераторах, приводимых в действие от водяных гурбин) и про быстроходных генераторах окружную скорость допускают до 60 и более m/sec. Генераторы водяных турбин должны быть рассчитаны на воз-
Электрические генераторы и моторы.
1249
можиое увеличение скорости до 1,8 нормальной. Конструкции магнитного поля зависит от действующих центробежных усилии.
Для турбогенераторов, в виду допускаемых высоких окружных скоростей (до 140 m/sec), применяются специальные конструкции (смотри стр. 1251).
Охлаждение и вентиляция (смотри стр. 1252).
Роторы больших генераторов снабжаются вентиляторными крыльями, которые прогоняют воздух для охлаждения статора и ротора. Такие генераторы выполняются полу- или совершенно закрытого типа; в последнем случае они снабжаются, как и турбогенераторы, фильтрами, которые очищают охлаждающий воздух от пыли (смотри стр. 1253).
Ъ) Турбогенераторы.
Турбогенераторы являются важнейшими электрическими машинами современных силовых установок. В виду того, ’что при турбогенераторах применяются чрезвычайно мощные единицы, эти машины должны быть чрезвычайно надежными. Благодаря тщательной работе и применению высокосортных материалов турбогенераторы могут работать около 20 лет, если они не подвергались чрезвычайными перегрузкам, или если изоляция не была повреждена от перенапряжения.
Таблйпа 8. Коэффициент полезного действия турбогенераторов.
(AEG) при cos ср = 0,8.
Номинальная
мощность kVA
Коэффициент полезного действия при
полной па грузке
А на-грузин
Потребная для возбуждения мощность kW
1 000
3 000
5 000
10 000
15 000
20 000
25 000
30 000
40 000
92,1
93,8
94,0
94,1
94,7
95,2
95,5
95,5
95,7
93,9
9429
95.3
95,3
95,4
95,6
10
22
26 '45
66
86
105
123
160
Наивысшая мощность турбогенераторов определяется исключительно экономическими соображениями.
Имеются установки с турбогенераторами следующих мощностей:
60 000 kVA при п = 1000 оборотов в минуту
40000 kVA при п= 1500	„	„	„
35 000 kVA при п = 3000	„	„	„
При больших генераторах, в соответствии с разделением всей мощности турбины па отдельные части, мощность генератора также распределяется между двумя единицами: один генератор для ступеней высокого и среднего давления и один для части низкого давления.
Турбогенераторы должны быть расчитапы так, чтобы они могли противостоять короткому замыканию (смотри стр. 1247 и 1356). При коротком замыкании, на одной фазе должно происходить немедленное выключение машины. Однофазная нагрузка не должна быть более 20% всей
Хютте. Т. II.
79
1250
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
мощности трехфазиого генератора, так как демпферная обмотка нормальных машин недостаточна, чтобы компенсировать обратное поле (смотри стр. 1256).
Диференциальпая защита предохраняет генератор таким путем, что при повреждении изоляции она под влиянием тока перегрузки в поврежденном месте приводит в действие соответствующее реле. В случае воспламенения обмотки тушение таковой должно по возможности производиться автоматически свежим паром или углекислотой, которые под давлением вдуваются в момент воспламенения вместе с охлаждающим воздухом.
1.	Конструкция якоря. Осевая длина якоря турбогенератора обычно весьма значительна. Якорь снабжается большим количеством радиальных или осевых воздушных каналов, через которые прогоняется охлаждающий воздух; при малых генераторах воздух проходит с одного конца якоря в другой; при генераторах большей мощности охлаждающий воздух подводится с обоих концов генератора под давлением к среднему широкому радиальному охлаждающему каналу. Для генераторов большой мощности осевая и радиальная система охлаждающих каналов комбинируются вместе. Обмотка выполняется обычно более, чем в 3 паза на полюс и фазу, благодаря чему кривая ЭДС имеет синусоидальную форму. Так как при коротком замыкании возникают токи, достигающие значительной величины, в 15 до 20 раз превышающей нормальную (по германским правилам для электромашин допускается 15-кратная) п так как, с другой стороны, головки обмоток (лобовые соединения) имеют значительную длину (80 до 120) ст, то они должны быть прочно укреплены для того, чтобы они могли противостоять механическим усилиям, вызываемым коротким замыканием; в отношении короткого замыкания современные ''операторы (стр. 1247 и 1356) должны быть достаточно надежны.
Закрепления обмоток клиньями в пазах должны, если это только возможно, ежегодно перебираться в виду усадки или сморщивания изоляции. Для уменьшения тока короткого замыкания молено перед генератором включить в цепь катушку самоиндукции.
2.	Конструкция ротора. Высокие окружные скорости (от 80 до 140 m/sec) создают большие затруднения с механической стороны. Ротор обычно изготовляется из цилиндра массивной тигельной стали, на котором выфрезеровываются каналы для обмотки поля (фиг. 1689, 1692). Прп генераторах значительной мощности и больших окружных скоростях ротор часто собирается из ряда листов толщиной в 4 до 8 ст; в последнее время таким образом собирается ротор и при однофазных турбогенераторах, но прп этом ротор снабжается прочной демпферной обмоткой из медных стержней, которые одновременно служат для замыкания пазов возбудительной обмотки; эти стержни вместе с крышками для головок обмоток образуют род беличьего колеса, которое и амортизирует вращающееся в обратном направлении поле (смотри стр. 1258). Прп однофазных генераторах ротор часто набирается из штампованного листового железа. Таким же образом набирается и ротор малых трехфазных генераторов (фиг. 1690). При массивной конструкции ротора можно только одни зубцы набрать из штампованного железа п соединить их с соответствующим ротором: например, при помощи ласточкина хвоста
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1251
(фиг. 1691, AEG). Осевые и радиальные воздушные каналы выполняются или в вубцах, пли между обмоткой и зубцами. Прп последней конструкции возбудительные катушки могут быть намотаны вне ротора и просушены в печи. Роторные наш для осевого охлаждения показаны на фиг. 1692 а и b для ротора сплошного типа и на фпг. 1693—для ротора собранного из листа । ого железа. Хорошие результаты получаются при 22 пазах,
Фиг. 1690.
Фиг 1695.
Фиг. 1694.
из которых обмотка находится в 16 пазах, или при 26 пазах, из которых обмотано 20. Редко применяются выступающие полюса специальной конструкции (фиг. 1694 и фиг. 1695), обмотка которых должна быть предохранена от выпучивания. При конструкции согласно фиг. 1689—1693 головки секций должны быть защищены бандажами или бронзовыми крышками из марганцевой бронзы, дельта-металла илн немагнитной никелевой стали. Ограниченность объема обмотки и необходимость защитить обмотку От действия центробежной силы делают затруднительным вентилирование нагретых возбудительных обмоток, и необходимым являются особые вентиляторы и воздушные каналы. В виду высокого числа оборотов число полюсов невелико:
при f = 50, число пар полюсов р = 1	2	3
для п = 3060 1500 1000
при f — 25, число пар полюсов р = 1	2
для п = 1500 750
при f — 162/8, число пар полюсов р = 1
для п = 1000.
Обмотка возбуждения делается обычно из меди, поставленной па ребро, или из алюминия. Изоляция возможно тонкая ввиду ограниченности обмоточного пространства, по вместе с тем возможно прочная в виду больших напряжений, которым она подвергается подвлияписм
•те*
1252
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
центробежной силы. Ротор должен быть статически и динамически хорошо выбалансироваи ').
Возбуждение производится обычно особой возбудительной машиной, непосредственно соединенной с генератором пли монтированной на одном валу с ним. Нормальная мощность возбудительной динамо-машины постоянного тока—от 0,5 до 1 % мощности генератора.
3.	Вентилирование и охлаждение. Количество воздуха, которое требуется для охлаждения генератора турбины, весьма значительно и составляет около 1 m8/sec на каждые 18—25 kW потерянной в генераторе
энергии при нагреве воздуха на 20— 25°. Охлаждающий воздух до вступления в генератор должен быть предварительно очищен от пыли пропусканием через фильтр или при замкнутой системе охлажден циркули
Фиг. 1697. Е— вход, А—гыход холодной воды.
фиг. 1696. 1 —клапан для нагретого воздуха; 2—клапан для свежего воздуха; 3 - тормозной магнит; 4—лаз;
5—пыленепроницаемая заслонка.
рующей водой, что особенно важно для пыльных помещений: например, в химической, угольной промышленности и на цементных заводах. Отходящий нагретый воздух при крупных аггрегатах не должен выпу-
‘) Приспособления для такой балансировке смотри; Г е й м а н, О динамической вы-балансировки машинных частей, вращающихся с большой скоростью. Ueber die dyna-mische Auswuchtung von raschlaufenden MaschJnenteilen, ETZ, 1919 г. стр. 234.
Г о p T. Новейшие машины для ди нами ческо-статической выбалансировки. Н о г t, Neucre dynarnisch-statische Wuchtmaschinen, ETZ, 1925, стр. 1073.
П у и г а. Вы балансировка, пользуясь вектораппаратом. Punga, Auswuchtverfaliren unter Benutzung des Vcctorapparates El. und Maschinenbau. Wien, 1925 г. стр. 425.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1253
скаться в машинное помещение, так как он содержит очень большое количество тепла. Теплый воздух может быть использован для целей отопления. Циркуляции воздуха внутри генератора увеличивает опасность для машины в пожарном отношении. Для уменьшения этой опасности для обмотки применяются изоляционные материалы трудно воспламеняющиеся; для этой же цели слу ;ат быстродействующие запорные клапаны во всасывающем канале. В последнее время применяют все чаще для охлаждения турбогенераторов замкнутые системы циркуляции воз» духа (фиг. 1696, Delbag *) и фиг. 1697, GEA 2). Объем охлаждающего воздуха в такой системе остается постоянным, за исключением неизбежных потерь от неплотностей в циркуляционной цепи; воздух обычно прогоняется от 6 до 10 раз в минуту через генератор. Нагретый воздух охлаждается циркулирующей водой. Полученное водой тепло в некоторых случаях может принять участие в общем термодинамическом процессе установки3). Нагретый воздух по S—образному каналу d (фиг. 1697) подводится к ребристому охладителю д, а охлажденный воздух из f всасывается вновь генератором а. При помощи маховичка с переключением двойного клапана е можно подавать свежий воздух при порче или чистке охладителя. Нагретый воздух выходит через решетку Ъ. В случае воспламенения (загорания обмотки) весьма действительным средством для тушения пожара служит добавление углекислоты в воздух, циркулирующий для охлаждения генератора.
При современных крупных аггрегатах обязателен непрерывный контроль температуры обмотки якоря, который производится при помощи указателя температуры с отсчетом на расстоянии, или путем измерения температуры отходящего нагретого воздуха.
Критическое число оборотов (смотри Т. I, стр. 432), а также Т. II (стр. 319 и след.).
с) Работа синхронных машин.
1.	ЭДС синхронной машины. При совершенном сопряжении w соединенных последовательно витков, пересекаемых синусоидально изменяющимся по времени магнитным потоком, наводится электродвигательиая сила (эффективное ее значение) Е = 4,44 /к>Фшах 10—8 V (уравнение для трансформаторов см. стр. 1196). Синусоидальная форма (по времени) электродвпгательной силы в обмотке синхронной машины получается при перемещении с равномерной скоростью магнитных полей с синусоидальной характеристикой. При не вполне совершенном сопряжении витков (разделенная обмотка статора), или если кривая поля не вполне синусоидальной формы, ЭДС на фазу будет:
Е = 4,44 fw kffw Ф IO-* * * 8 V.
Обмоточный коэффициент fw учитывает то обстоятельство, что при разделенной обмотке со многими пазами на полюс и фазу не все витки обмотки пересекаются всеми силовыми линиями магнитного потока
г) Германское 0-во по постройке воздушных фильтров: Deutsche Luftfilter BaugeseK*
echaft.
2) 0-во по установке обеспыливающих устройств: Gesellschaft filr Enstaubungsanlagen.
8) Изв. Всеоб. Комп. Электр., AEG.— Mitteilungen.iiteo, стр. 326.
1254
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
(фиг. 1682) и что существует некоторый сдвиг по фазе между ЭДС в отдельных катушках (фиг. 1683). В среднем в трехфазиых машинах *) коэффициент обмотки fw равен 0,96.
Фактор поля Ау (— площадь диаграммы поля : площадь основной волны) учитывает тот факт, что кривая поля обычно не чистая синусоида. Прп магнитном поле с одноименными полюсами фактор поля при наибольшем приближении кривой поля к синусоиде kf = 1,03 до 1,05. Часто принимают к	: J/ 2,
тогда Е = 2 kfw Ф10~8 V; ( 4,44 = 2 л : ]/" 2 ).
Возбуждение, необходимое для создания требуемого магнитного потока, определяется таким же образом, как в других машинах (смотри стр. 1191 и 1220). Графическое изображение величины магнитного потока, или пропорциональной ему ЭДС, в зависимости от тока возбуждения называется намагничивающей кривой (характеристика холостого хода) синхронной машины (фпг. 1698 и 1699). Напняжение у зажимов
машпны прп ее нагрузке при данном токе возбуждения ослабляется от следующих причин: омического сопротивления якорной обмотки (омическое падение напряжения), от напряжения индуцированного полем рассеяния (индуктивное падение напряжения >, от ослабляющих поле ампервитков якорной обмотки в особенности прп индуктивной нагрузке, так как безваттная слагающая якорного тока прямо противоположна ампервиткам возбуждении. Реакция якоря пропорциональна sin и при малом cos может быть весьма значительна (см. реакция якоря).
Если боковые стороны секции обм. сдвинуты в пространстве на 2,3т друг от друга, как у секций 1, 2 и 3 фиг. 1681, то наведенные в катушках электродвигательные силы будут смещены по времени на 120°—трехфазное напряжение (фиг. 1643). Все величины определяютси в этом случае по напряжению одной фазы EpJt. Напряжение у клемм Р машины при последовательном соединении фаз треугольником равно фазовому напряжению (Р = Ep1l), при соединении звездою Р —	• уТГ
) В однофазных машинах ои колеблется от 0,87 до 0,83 при ’/s обмотки и до ся.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1255
2.	Реакция якоря. Если трехфазиый генератор отдает ток, то якорь создает магнитное поле, при чем если зазор между статором и ротором остается постоянным, например—при турбогенераторах с разделеииой возбудительной обмоткой, то поле якоря имеет синусоидальную форму; поле это вращается синхронно с главным полем возбуждения, т.-е. относительно остается к нему неподвижным и слагается с ним вместе в одно результирующее поле Ф, которое и индуцирует ЭДС машины. Фактически мы имеем такпм образом только результирующее поле Ф; поле же якоря и поле возбуждения являются фиктивными величинами.
Если рассмотрим только одну фазу, наир. фпг. 1682 (машина с одноименными полюсами), то в случае, если статорный ток находится в фазе с ЭДС и если не принять во внимание омическое и индуктивное падение напряжения, т.-е. если ЭДС п ток одновременно принимают свои максимальные значения, фиктивное якорное поле будет смещено в пространстве на 90° (-с = 180°) по отношению к полю возбуждения; если магнитное колесо имеет постоянную угловую скорость, то такой же будет сдвиг и во времени. Если ток нагрузки сдвинут во времени на 90° по отношению к ЭДС, то вращающееся якорное поле имеет свое максимальное значение в пространстве в том же месте, как поле возбуждения, и результирующее поле совпадает в каждый момент по фазе с полем возбуждения. Если ток отстает на 90° от ЭДС (чисто индуктивная нагрузка), то якорное поле и поле магнитного возбуждения противодействуют друг другу. Если же ток опережает ЭДС иа 90° (емкостная нагрузка), то якорное поле усиливает поле возбуждения. Фазовый сдвиг результирующего магнитного потока соответствует сдвигу тока. Если для простота принять, что магнитная проницаемость междужелезного пространства синхронной машпны всюду одинакова, то сложение магнитодвижущих сил для ампер-витков можно произвести по векторной диаграмме. На фпг. 1699 ОМ представлиет ампер-витки возбуждения AW,, LM—ампер-витки якоря AWe (равные приблизительно 2,5gzl', где д— число пазов иа полюс и фазу, г—число проводников в пазу, Г—ток в каждом проводнике), которые находятся в фазе с током I, 0L—результирующее число ампер-витков AW (магнитодвижущая сила AWr), которое создает результирующий магнитный поток Ф, индуцирующий ЭДС ОС, которая необходима, чтобы преодолеть омическое падение напряжения в якоре АН и индуктивное падение напряжения в якорной обмотке ВС и чтобы создать напряженно генератора О A; 0U — ОМ представляет необходимое число ампер-витков AWe на полюсах возбуждения. Если диаграмма построена для полной нагрузки и cos tp = 0,8, то RT представляет „изменение напряжения", как это принято нормами для электрических машин (см. стр. 1358). Изменением напряжения оио называется потому, что при полном сбрасывании нагрузки, при полном возбуждении напряжение достигнет величины, представленной отрезком UT, если линия 0QT представляет характеристику холостого хода синхронной машины. Угол M0U—& показывает, на сколько электрических градусов (2 т = 360°) магнитное полюсное колесо сдвинуто по отношению к положению холостого хода. (Геометрический угол : р). За положение холостого хода принимается положение, в котором находится средина полюса ротора, когда электродвигательиая сила имеет максимальное значение.
1256
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
С некоторым приближением можно вышеуказанное сопоставление магнитных потоков принять при машинах с одноименными полюсами (выступающие полюса фиг. 1682), если силу поля, создаваемого якорем LM, уменьшить соответственно уменьшению проводимости междужелезного пространства в нейтральной зоне до LM %2.1 дгГ. При этом отклонения в размере углов и прочих величин сравнительно с другими способами изображения будут незначительны.
Арнольд !) и другие авторы пользуются векторной диаграммой для выяснения зависимости как между фиктивными магнитодвижущими силами, так и индуцированными ими в якорной обмотке фиктивными напряжениями. На фиг. 1699 (машина со сплошным барабаном) CD обозначает фиктивное напряжение в якоре, которое вызывается фиктивным якорным полем AWO; BI)—напряжение от реакции якоря, включая напряжение реакции поля рассеяния. При машинах с одноименными полюсами, ввиду переменной проводимости воздушного зазора, якорное ноле разлагается на поперечное ноле, которое вызывается рабочей слагаемой якорного тока, и противодействующее поле, вызываемое безваттной слагаемой якорного тока.
3.	Короткое замыкание синхронных машин. Различают короткие замыкания длительного и внезапного, ударного характера. Ток длительного короткого замыкания является главным образом намагничивающим током и служит для намагничивания поля рассеяния короткого замыкания в якоре. Магнитный поток в якоре от тока его короткого замыкания действует непосредственно против магнитного нотока от возбуждения. Величина тока короткого замыкания устанавливается так, что при определенном возбуждении, учитывая при этом противодействие якоря (чистое противодействие), в якорной обмотке индуцируется напряжение рассеяния, соответствующее результирующему числу витков, или результирующему полю тока короткого замыкания. Ток короткого замыкания, таким образом, не зависит от числа оборотов машины. Характеристика короткого замыкания, которая показывает зависимость тока длительного короткого замыкания от тока возбуждения, представляет прямую линию. Испытанием машины на короткое замыкание устанавливается ток возбуждения OG (фиг. 1698), при котором ток длительного короткого замыкания Тк равен поминальной силе тока Тп — HG (стр. 1254). Из характеристики короткого замыкания определяется ток длительный короткого замыкания Т!:о = NX. при возбуждении холостого хода ON и при возбуждении IG — AWO напряжение короткого замыкания при номинальной нагрузке Вк — JK из диаграммы холостого хода. Отношение тока длительного короткого замыкания 1к к номинальной силе тока 1п называется отпошепнем короткого замыкания синхронной машины ик = 1к: 1„. Оно может быть отнесено к току длительного короткого замыкания при возбуждении холостого хода или при возбуждении при полной нагрузке. Обычно его относят к возбуждению холостого хода. Чем меиее отношение короткого замыкания ик, тем значительнее изменение напряжения синхронной машины (стр. 1255). Изменение цапряже-
’) Arnold, Wechselstromtechnik, 2 Aufl., IV Bd., Berlin, 1913 r.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ Н МОТОРЫ.
1257
пия и отношение короткого замыкания могут быть взиты из нижеприведенной таблицы 9.
Согласно германских правил для электрических машин изменение напряжения при cos ср = 0,8 не должно превосходить 50%.
Таблица 9. Изменение напряжений.
Генераторы трсхфази. тока	cos ? — 1	cos — 0,8	Отношение короткого замыкания
Быстроходные	 Тихоходные 	 Турбогенераторы . 			os R S 1ЛССЙ г- - CM 1 1 1 QO Oi О	18-31 % 18-25 n 30—48 „	2,0-1.4 2,5-2,0 1,2-0,7
Однофазные генераторы		17-20 %	35-40 %	1,2-0,8
При внезапном коротком замыкании (ударное короткое замыкание) ток короткого замыкания значительно выше тока длительного короткого замыкания, так как в этот момент весь магнитный поток Ф сопряжен с обмоткой якоря, а значительно более слабое результирующее магнитное поле, которое имеет место прп длительном коротком замыкании, благодаря противодействию ампер-витков якоря, еще не успело образоваться в машине. В первый момент короткого замыкания ток в якоре должен достигнуть такой величины, чтобы образоваивое им напряжение рассеяния соответствовало бы полному магнитному потоку Ф или ЭДС в момент короткого замыкания. Ток ударного короткого замыкания затухает по закону показательной функции, пока не достигнет величины длительного короткого замыкания, что в зависимости от размеров машины продолжается от нескольких колебаний до нескольких секунд. В турбогенераторах старых типов ударный ток короткого замыкания достигает 25 до 30-кратного номинального. Согласно германских правил для электрических машин в новых машинах ударный ток короткого замыкания не должен превосходить 15-кратной величины нормальной. Это достигается тем, что рассеяние генератора соответственно увеличивается. Большие изменения напряжения новейших машин выравниваются быстродействующими регуляторами напряжения, напр. регулятором Тирилля, которыми и поддерживается постоянство напряжения у клемм.
4.	Однофазные генераторы. Переменное поле, которое образуется при прохождении переменного тока через обмотку якоря, может быть разложено на синхронно вращающееся поле и поле обратного направления с половинной амплитудой.
В отношении вращающегося синхронного поля остаются в силе приведенные выше правила для полей трехфазиого тока. Синхронное поле неподвижно по отношению к полю возбуждения. Обратно же вращающееся синхронное поле движется по отношению поля возбуждения с двойной скоростью синхронизма и индуцирует в возбудительной обмотке при известных условиях переменный ток почти двойной частоты. Токи же двойной частоты в возбуждении индуцируют токи тройной частоты
1258
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
в якоре. Такое увеличение частоты в 4 раза используется в машине Гольдшмидта для получения непосредственно токов высокой частоты для машин беспроволочной связи. В обыкновенных же машинах переменного тока переменные поля с частотой, превышающей двойную основную величину, затухают почти полностью в массивных частях магнитной цепи в виде вихревых токов. Но и обратное поле с двойной периодичностью должно быть амортизировано особыми демпферными обмотками в полюсных башмаках, чтобы уменьшить потери, а также устранить опасность пробивания возбудительной обмотки от индуцированного высокого напряжения (стр 1248).
При выступающих полюсах обратное поле может быть разложено на обратное поперечное поле и обратное противодействующее поле (см. стр. 1257). Последнее поле затухает ужо в замкнутых обмотках возбуждения. Это затухание увеличивается специальным короткозамкнутым кольцом вокруг возбуждающего полюса, для какой цели могут быть использованы обоймы катушек возбуждения. Затухание обратного поперечного поля при выступающих полюсах может производиться стержнями в полюсных башмаках, замыкающими чересполюсиые зазоры. Чаще же применяются короткозамкнутые кольца, которые вместе со стержнями образуют род беличьего колеса, которым, таким образом, амортизируется также и обратное противополе. При машинах же с магнитным полем сплошного барабанного типа, каковы, напр., однофазные турбогенераторы, такой метод для затухания поля применяется, как общее правило. Для этой цели клинья, которыми закрепляется обмотка в пазах, выполняются из меди и образуют с прижимными или лобовыми пластинами обмотку в виде беличьего колеса. Последние в виду вышеуказанного изготовляются из хорошо проводящего материала (бронзы).
5.	Регулирование напряжения генераторов переменного тока. Регулировка напряжения производится, как и в машинах постоянного тока (стр. 1231), изменением возбуждения генератора—вручную или автоматически. Автоматические регуляторы подразделяются на инерционные, ускоренно и быстро действующие.
В инерционно и ускорепнодействующих регуляторах регулирующие сопротивления включаются и выключаются ступенями в зависимости от напряжения генератора. Это достигается, напр., перемещением в ту или другую сторону рычага, служащего для включения сопротивлении: напр., при помощи электромотора, который действует от реле, присоединенного к напряжению трехфазного тока. Для того, чтобы под влиянием магнитной инерции железных масс не происходило чрезмерного регулирования, в медленно действующих регуляторах необходимо, чтобы скорость включения и выключения была очень мала. Более совершенна работа ускорениодействутощих регуляторов, у которых реле напряжения снабжено обратными контактными направляющими, благодаря чему достигается почти 5-кратная скорость регулировки; при этом не имеет места состояние чрезмерного регулирования. Ускорениодействующие регулиторы требуют весьма малого ухода, однако в отношении скорости регулирования они уступают быстродействующим регуляторам.
Быстродействующие регуляторы. Принцип действия регуляторов этого типа основан иа том, что регулирующее сопротивление непрерывно
8ЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1259
включено полностью и коротко замкнуто. Сопротивление так рассчитано,
что при включенном сопротивлении напряжение генератора слишком мало, а при выключенном слишком велико в сравнении с нормальным напряжением. Магнитная инерция железных масс машины допускает устано
вление и сохранение определенного напряжения генератора путем одного
только регулирования продолжительности периода включения и выключения. Периодически короткое замыкаемое сопротивление находится в цепи возбуждения возбудительной машины, чтобы произюшть включение и выключение сравнительно малых количеств энергия. На фиг. 1701 показана принципиальная упрощенная схема регулятора Т и р и л л я
завода AEG.
[Сопротивление го, находящееся в магнитной цепи возбудительной машины а, может быть коротко замкнуто контактами к и I. Последние находятся под действием катушки в, через которую проходит ток, пропорциональный напряжению трехфазиого тока, и катушки г—от напряжения возбудительной машины. Если контакт к будет замкнут, то сред
Фиг. 1700.	Фиг. 1701.
нее тяговое усилие г уравновешивается действием пружины f. Продолжительность периода открытия и закрытия контактов к и I устанавливается автоматически таким образом, чтобы среднее напряжение возбудительной машины было постоянное. Если контакт к, при слишком высоком или слишком низком напряжении, но сравнению с нормальным напряжением, поднимается или соответственно опускается, то автоматически устанавливается меньшее пли большее возбуждение. Реле напряжения в не должно при этом затрачивать никакого усилия, так как напряжение пружины повышается от t благодаря действию замкнутого контакта. Якорь q реле напряжения снабжен масляным катарактом, который устанавливается таким образом, чтобы при изменении нагрузки контакты к и I двигались с одинаковой скоростью. Масляный катаракт выбирается
1260	V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.	1261
соответственно магнитной инерпиия обмоток е и т и действует, как обратное или тормазное приспособление. В выполненных устройствах между контактами к и I и сопротивлением w вводится промежуточное реле, контакты которого расчитаны на большее количество энергии.
Быстродействующий регулятор завода Сименс - Шукерт (фиг. 1700) отличается от регулятора Т и р и л л я тем. что как реле напряжения s, так и реле г, так называемое дрожательное реле, присоединенное к клеммам якоря возбудительной машины, действуют совместно на одну качающуюся систему. Якорь реле напряжения s поворачивает подвижную магнитную систему дрожащего реле г, возбудительная катушка которого неподвижна Между якорем этой магнитной системы и последней находится пружина f. Дрожащее реле имеет подвижной контакт Ъ и неподвижный с. Этими контактами замыкается промежуточное реле dh, которое находится в цепи с добавочным сопротивлением и присоединено к напряжению возбуждения; одновременно периодически коротко замыкается состоящее из двух частей сопротивление возбуждения г. Переключателями Hj и время от времени изменяется направление тока через контакты Ъ, с, d и h, для получения более равномерного износа].
6.	Параллельное включение и распределение нагрузки. Чтобы синхронная машина могла быть включена параллельно в сеть, должны быть выполнены нижеследующие условия: соединяемая параллельно с сетью машина и самая сеть должны иметь одинаковое напряжение и одинаковую частоту тока; они должны совпадать по фазе, должны иметь одинаковую последовательность фаз (при трехфазном токе), иметь по возможности одинаковые кривые напряжения (при различии этих кривых имеют место безваттвые уравнительные токи) и равномерный силовой момент (стр. 1264). Число оборотов ненагруженной машины должно быть отрегулировано в соответствии с периодичностью сети (стр. 1261). Для параллельного включения необходимы соответствующие измерительные приборы и приспособления, которые или позволяют установить, что вышеуказанные условия выполнены, или производят автоматически параллельное включение. Наиболее простым приспособлением для параллельного включения служат фазовые лампы (или группы ламп). Совпадение по фазе узнается или по потухаиию (фиг. 1706 х), или по загоранвю ламп (фиг. 1797 х). Параллельное включение происходит без толчков, если оно производится, и зависимости от системы, в момент наибольшей или наименьшей яркости ламп. Вместо ламп можно пользоваться и вольтметрами. Одинаковая последовательность фаз при трехфазном токе может быть определена при помощи ламп накаливания, соединенных по фпг. 1798х); совпадение последовательности фаз вблизи сихронизма распознается потому, что все три лампы зажигаются и тухнут к одинаковом порядке. Вместо вышеуказанной простейшей формы часто применяют сравнитель фаз, который кроме равенства фаз указывает, вращается ли приключаемая машина быстрее или медленнее, нежели находящиеся в действии (сравнитель периодов). Прибор таким образом непосредственно указывает, в каком направлении должна быть изменена скорость подлежащей включению машины. Такие
приборы могут состоять, напр., из группы калильных ламп, которые соответственным образом включаются в цепь машин, подлежащих включению в параллель; в зависимости от того, вращается ли вновь включаемая машина слишком быстро или слишком медленно, лампы зажигаются в том или ином направлении. Вместо ламп применяются группы парных магнитов, которые включаются в цепь параллельно работающих машин и заставляют стрелку вращаться в одном или другом направлении.
Вместо вышеуказанных сравнителен периодов рекомендуются двойные частотомеры, которые дают непосредственное показание частоты тока в машине, работающей на сеть, и подлежащей включению машины (пластинчатые указатели частоты системы Ф р а м а, Гартман а-Б р а у н а и др.). Приборы для автоматического параллельного включения машин изготовляются зав. С и м е н с-Ш укерт 1), Броу н-Б овери2), Фойт и Г е ф не р 3).
Распределение нагрузки при генераторах переменного тока производится не как у динамомашин постоянного тока изменением возбуждении, а воздействием на регулятор первичного двигателя: например, устанавливая большую степень наполнения цилиндров, увеличивая крутящий момент, мы сообщаем тем самым магнитному колесу некоторое опережение, т.-е. угол 8 фиг. 1699 увеличивается. Воздействие на регулятор первичного двигателя производится при помощи малого электромотора, который управляется от в распределительного щита. Если не принять во внимание омическое и индуктивное падение напряжения (т.-е. если принять напряжение у зажимов = ЭДС),
фиг. 1702 (угол ср для случая, если генератор дает магнетнзпрующий ток в сеть—запаздывающий безваттный ток), согласно которой ток машины отстает от ЭДС (напряжение клеммовое) на угол ср. Электрическая мощность El cos ср может отдаваться только в том случае, если угол 8 отличается от нуля. При неизменяющейся нагрузке (мощности) и при постоянстве напряжения Еп а следовательно и при постоянстве AW^-, и при переменнном А\Уе, конец вектора AWO перемещается по прямой, параллельной OL, проходящей через точку М, а следовательно параллельной прямой, проходящей через векторы тока S. Изменением возбуждения при постоянстве нагрузки изменяется только величина даваемого генератором безваттного тока. При перевозбуждении генератор отдает в сеть намагничивающий ток, т.-е. отнимает от сети размагничивающий ток; при недо-возбуждении намагничивающий ток получаетсн из сети, т.-е. посылает в сеть размагничивающие безваттные токи или, другими словами, избыток намагничивающего тока’отдается в сеть, недостаток его получается из сети (см. стр. 1267).
И
. _к, s'
Фиг. 1702. мы будем иметь
*) Стр. 1342.
*) ETZ, 1921 г., стр. 1098. 2) ВВС—Mitt., 1923, стр. 20. ') Е’Г/,1»23, стр. 524
1262
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.	1263
Если угол 9 образуется не от крутящего момента (опережение), не от тормазного момента (отставание), то синхронная машина работает как синхронный мотор. Изменением возбуждения синхронного мотора получается такое же распределение безваттных токов, как и при синхронном генераторе (см. таблицу 10).
Таблица 10. Синхронные машины.
		Генератор		М от о 'р	
		недовозбужден	перевозбужден	недовозбужден	перевозбужден
Берет от сети	\	Отдает в сеть	рабочий ток	ст ответственно отдаваемой электрической мощности		—	—
	 безваттный ток отнесенные к	опережающий зарядный ток (емкостный ток) ЭДС и напряжению сети	отстающий (индуктивный) намагничивающий ток ЭДС н напряжению сети	опережающий зарядный ток (емкостный ток) эдс	отстающий (индуктивный намагничивающий ток) ЭДС
	рабочий ток	-		соответственно механически отдаваемой мощности.	
	безваттный ток отнесенные к	отстающий на-магпн чивающий ток (индуктивный) ЭДС	опережающий зарядный ток (емкостный) ЭДС	отстающий намагничивающийся ток (индуктивный) напряжению сети	опережающий зарядный ток (емкостный) напряжению сети
7. Параллельная работа синхронных машин. Синхронная машина при параллельной работе с сетью или другой синхронной машиной должна быть с ними в синхронизме. Если магнитное колесо нагруженного синхронного генератора отстанет немного по какой-нибудь причине, то изменяется угол 8 (стр. 1255), и машива электрически разгружается; при постоянном же крутящем моменте машина механически получает ускорение; если же магнитное колесо по какой-либо причине получит ускорение, нагрузка генератора увеличивается, что вызывает замедление хода машины. Во гсзх случаях магнитное колесо возвращается в положение, соответствующее нагрузке, благодаря „синхронизирующему вращающему моменту". В виду вышеуказанной причины при параллельной работе нескольких синхронных машин между собой или с сетью возникают синхронизирующие моменты, поддерживающие машины в синхронизме. Во всех случаях возвращение машины в положение, соответствующее ее нагрузке, происходит не апериодически, т.-е. полный синхронизм устанавливается не сразу или более или менее быстро, но вследствие инерции больших вращающихся масс генератор, получивший ускорение, перейдет
за положение синхронизма и обратно; подобная игра, постепенно затухающая, повторится несколько раз. Синхронизм будет достигнут после нескольких „качаний". Амплитуда качаний уменьшается, т.-е. происходит затухание качаний от действия механических причин (трение и сопротивление воздуха) и электрических (потери в железе в сплошных полюсных башмаках, потери в лазах в демпферных башмаках). Длительность колебания зависит от направляющих усилий (синхронизирующего момента) и маховой массы ротора (собственные колебания синхронной мшины). Величину этих колебаний см. ниже. Во всяком случае для правильной и надежной параллельной работы должны быть приняты во внимание имеющие место в эксплоатации условия.
1. Параллельная работа синхронной машины с бесконечной сетью.
Напряжение и частота тока сети в этом случае остаются совершенно без изменения. Если угол отклонения магнитного колеса составляет Д8 (электрический угол, при двухполюсной машине угол в пространстве), то возникающий синхронизирующий момент можно принять пропорциональным углу Д8 и по Г ер гос у ’) имеем: М = (р2:2л/) • /V • |(Р: Ем) -|- tg®]  Д8; в этой формуле: р—число пар полюсов, f— частота тока, Р— напряжение у клемм в вольтах, ср—угол внешнего фазэвого сдвига, Д'— номинальная мощность в ваттах, Eso—общее индуктивное падение напряжения при номинальной мощности исозср=1, т.-е. включая „иапряжениэ поля якоря", соответствующее AW (фиг. 1699).
Продолжительность периода собственного качания (полное качание) в сек. составляет при синхронных машинах
То = (2л:р) • /2n/J-: N[(P-. Eso) -|-tgcp/,
где J—момент инерции вращающихся масс ротора в kgm2.
На практике дается обычно не момент инерции вращающихся частей маховика J, а раскачивающий момент ег£>-=ч J iigili1'. Таким образом имеем:
_ 2к д Г 2n fGD2	т = 7,37 1 / fGD2-
ЮГ	/ Р \ ИДИ ° Р г 7 р \
w(sT,8’)_ Nfc+‘e’)
Число собственных колебаний в SK будет соответственно равно
Собствеиное число колебаний не является таким образом величиной постоянной, ио зависит от условий нагрузки (cos ср)). При изменении costp от 0,6 до 1,0 оно	т0~	fGD2 Таблица 11.				
	СОБ Ср	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6
	tg 9	0	0,48	0,75	1,02	1,37
1) ETZ—1900, стр. 188; 1903 г., стр. 561. Hilfsbuch f- Eiectrotechnik, 10 Aufl., Berlin, 1925, Ju’,. Springer.
1264
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
увеличивается от 25 до 35%. Соответствующим распределением рабочего и безваттного тока можно также изменить собственное число колебаний.
Если причины, вызывающие изменения угла &, повторяются периодически (вынужденные колебания), напр., если прилагаемая двигательная сила неравномерна (поршневой двигатель), то может установиться резонанс между собственными колебаниями и получаемыми импульсами от первичного двигателя. Наступление резонанса может быть причиной выпадения машины из синхронизма или возникновения качаний, которые могут вызвать периодические выравнивающие токи значительной силы, делающие иногда невозможной правильную работу. Особое внимание надо обратить на импульсы, которые получаются от первичного двигателя, а именно при одноцилиндровой паровой машине и одноцилиндровом двухтактном двигателе внутреннего сгорания через каждый оборот, при четырехтактном двигателе—через 2 оборота. При многоцилиндровой машине следует учитывать относительное расположение кривошипов для отдельных цилиндров, а также и разную степень наполнения с обеих сторон цилиндра. Индикаторные диаграммы машин, служащих для параллельной работы, не должны отличаться друг от друга при постоянстве нагрузки более, чем на 15% при всех нагрузках. При газовых машинах снятые последовательно друг за другом диаграммы не должны различаться между собой более, чем на 10% до 12%; далее, не должны иметь места пропуски во вспышках, особенно несколько пропусков, следующих друг за другом. Анализом диаграммы тангенциальных усилии в отношении гармоник (стр. 336) можно в каждом отдел,,ном случае установить, имеются ли числа колебаний, которые представили бы опасность, как близкие к собственным колебаниям, т.-е. были бы настолько близки, что фактор увеличения С делается равным 1,1 до 1,05 (см. ниже) при действующем импульсе, достигающем двойного нормального окружного усилия, и ( = 2,0—при весьма малом импульсе (паровые машины). Если собственное числи колебаний Zn более или менее близко подходит к числу действующих импульсов не яичного двигателв, 2Д то происходит увеличение сдвига, т.-е. увеличение степени неравномерности (стр. 333 и след.), численно выражающееся „фактором увеличения" (Розенберг, см. ниже) или „модулем резонанса" (Гергес). Если не принять во внимание затухание, то фактор увеличения t=+2o2'. (Го2— 7Й2) — =+гй2: (гй2—гс2), где То—продолжительность собственных колебаний, Та—продолжительность импульсов двигателя, г,—собственное число колебаний, га—число импульсов двигателя.
По возможности должно быть соблюдено условие Т^>Та. Диаграмма тангенциальных усилий должна быть подвергнута анализу в отношении основных колебаний и высших гармоник, в отношении их порядка и амплитуды (%,, Т„л, Та,. . .). Иногда останавливаются на 70, находящемся между Та1 и Tav чтобы обойтись меньшими маховыми массами, напр. при четырехтактном двигателе, но в таком случае должны быть приняты особые меры предосторожности.
Если требуемый GD2 оказывается чрезмерно большим, то можно для параллельной работы машин с одинаковым числом оборотов выбрать и желательный GD-, если они будут включены при тактовом (кривошипном) синхронизме, т.-е. так, чтобы диаграммы тангенциальных усилий
ВЛИСТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1265
по времени покрывали друг друга. Параллельное включение в тактовый синхронизм представляет ряд неудобств (большое внимание при параллельном включении, сигналы, указывающие, что положения кривошипов совпадают), но вместе о тем такая система параллельной работы представляет большую экономию в маховых массах. Если в сети имеются синхронные моторы пли одиоякорные умформеры, то такая система синхронизации представляет опасность в том отношении, что в них легко могут возникнуть маятникообразвые качания. При применении тормазов, действующих по принципу вихревых токов по Д е т м а р у (регулируемый электромагнит, возбужденный постоянным током, которым вызываются вихревые токи в ободе маховика), достигается возможность включения в параллель прп всяком положении кривошипа (полная длительная нагрузка может быть достигнута вихревыми токами). Затруднения, вызываемые при параллельной работе, могут быть уменьшены путем включения дроссельных катушек или трансформаторов (увеличение fls), уменьшением воздушного зазора («Д изменением GD2, установкой регулятора для горючего (регулятор см. далее).
Применение демпферных обмоток в полюсных башмаках обычно улучшает параллельную работу. Если при высокой степени неравномерности двигателя демпферы слишком сильны, то маховые массы теряют свои свойства аккумулятора, поглощающего энергию в период одного оборота и отдающего затем эту энергию, и происходят значительные колебания в расходе электроэнергии.
Другое представление дает Розенберг. В его расчет входит понятие: отношение реакций. Эта величина представляет отношение синхронизирующего усилия и первоначального усилия качания. Отношение реакций выражается следующим образом: q = 710 kqp (Та2:п) • (Ne:GD!), где Ne -нормальная отдаваемая генератором мощность в Р. S. ' (полезная мощность в Р. S.); Уд—продолжительность одного импульса двигателя; к—отношение короткого замыкания равно частному от деления тока короткого замыкания при возбуждении холостого хода на нормальный ваттный ток (номинальный ток и номинальный коэффициент мощности); я—число оборотов в минуту; GD2—раскачивающий момент в kgm2; nJ—коэффициент полезного действия генератора (в среднем 0,94); р—число пар полюсов.
Если действительная мощность (отдаваемая мощность в kW), то е = 965 kp- (Т2-.n)-(N-. GD2).
Коэффициент увеличения f (соответствует модулю резонанса Гергеса) указывает, во сколько раз взятые из диаграммы тангенциальных усилий импульсы увеличиваются благодаря возвратному действию машины переменного тока. Коэффициент увеличения £=1:(1—q). Так как диаграмма тангенциальных усилий для одного оборота не может быть точно разделена на 2, 4 или 6 равных частей и она различна для прямого и обратного хода, отношение реакций необходимо исследовать не только для главного колебания, но и для налагающихся второстепенных высших колебаний, продолжительность которых равна половине, полному и двойному обороту, q должно быть меньше или значительно больше единицы (например, при синхронных моторах), так как при
Хютс. Т- И-	go
1266
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
q — 1 t, = co. Благодаря противодействию синхронной машины мы имеем:
при д = 1 : 20	1:10	1:4	1 ; 3	1:2	1
, с = 1,052	1,11	1,33	1,5	2	со
Критические значения наступают в случае, если при колебаниях, продолжительность которых равна двойному, целому, половинному обороту, q приближается к единице. В этом случае происходит приблизительный резонанс между собственными колебаниями синхронной машины и колебаниями двигателя (Ге pre с) или возникает чрезвычайно значительный коэффициент увеличения (Р о з е н б е р г). Вообще критический качающий момент иа 1 PS: (72Ркрит: Лге = 710 kqp  Та2‘.п. Для синхронной машины прп к = 3,75, г; — 0,94 и /=50 имеем для резонанса при колебаниях продолжительностью в целый оборот:
(£^акрит : Ne)
Г оборотов в минуту . . . .
р пар полюсов.............
Для резонанса при колебаниях продолжительностью -i- оборота критиче-и
W	А
скип момент составляет — указанных чисел'
Для резонанса при колебаниях продолжительностью в 2 оборота (4-тактные) указанные числа увеличиваются в 4 раза.
Для других значений к указанные величины пропорционально пересчитываются.
Раскачивающий момент выполняют в 2 до 20 раз больше критиче-
ского I (т.-е. q равно до — I. Необходимо, таким образом, руководство-\	Z 2м/
ваться не степенью неравномерности, ио раскачивающим моментом GD2. Неравномерность, подсчитанная па основании условий работы двигателя (стр. 334), должна быть сильно изменена в соответствии с имеющими место колебаниям.I. Для однопиллндровои паровой машины и быстроходного двухцилиндрового четырехтактного газомотора допускают неравномерность, достигающую 1:150. Для сдвоенных паровых машин и много-цнлиндровых газомоторов особенно тихоходных, степень неравномерности принимается 1 : 300, 1 : 500 и более при 2 = у-
Колебания регулятора могут также повести к нарушению параллельной работы. Регуляторы двигателей должны быть не особенно чувствительны они должны обладать достаточной затухающей способностью, чтобы они ие приходили в колебательное состояние вследствие неравномерности в течение отдельных оборотов пли вследствие возвратного действия распределительных механизмов. Часто регуляторы снабжаются поэтому масляными тормозами, чтобы вызвать затухание этих колебаний. Регулятор должен ври постепенно" ь’велпчении нагрузки от холе-
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1267
стого хода до полной нагрузки уменьшить плавно число оборотов от 4 >4 до 6% в зависимости от того, будет ли первичный двигатель иметь р а в н о м е р'н ый крутящий момент (водяная или паровая турбина, поршневая машина, соединенная ременной передачей с двигателем), или неравномерный (генераторы, непосредственно соединенные с поршневыми двигателями). Перестановка регулятора производится во время хода машины (см. стр. 1261), при чем регулятор должен позволить установить постоянную частоту тока при всякой нагрузке.
2) Параллельная работа двух синхронных машин (по Гергесу). Если А = N • f(P: ESJ -j- tg qp], B = 2nfJ:p2, to числа колебаний отдельных машин при бесконечно мош,ной сети будут zx = (1: 2 л) • V Ах :ВХ и z2 = (1: 2 л)  V А2'- В2 и общее число собственных колебаний обеих машин при параллельной работе
*1 3 = (1:2 л) • /Г(1:Ь1) + (1 :В2)]: [(! : А)+(1: А)]?
3) Параллельная работа многих синхронных машин (С а р ф е р т ’). Если параллельно работают п различных синхронных машин (генераторы, моторы, умформеры), то для этой системы имеем (и — 1) критических чисел колебаний. Если zx, z2 и z3 числа собственных колебаний отдельных машин, то критическое число колебании Zx находится между Zi и я2, Z2—между г2иг3ит. д. Если от какой-нибудь машины получается рабочий импульс с числом колебаний za (от двигателя генератора или от машины, которая приводится в действие от электромотора, например: от поршневого насоса), совпадающим, например, с частотой^, то машины, обладающие собственным числом колебаний z 2 и zs, могут притти в качание. Из вышеуказанного ясно, что при дальнейшем включении в хорошо работающую параллельно систему новой синхронной машины могут возникнуть затруднения и расстройство правильной параллельной работы (из этих же соображений умформеры и синхронные моторы снабжаются демпферными обмотками). Нужно поэтому, как указано выше (стр. 1264), контролировать, чтобы ни из одной работающих в сети машин-генераторов, моторов и умформеров не исходило импульсного колебания za, близкого к собственным числам колебаний машин zx, z2, zs и т. д.
d) Синхронные моторы и регуляторы фаз.
Еслп затормозить синхронную машину (см. стр. 1262), включенную параллельно в сеть постоянного напряжения, то образуется угол отставания '0 (фиг. 1703). Отданная электрическая мощность BI cos tp, если ие принимать в расчет потери электрической энергии, равна механической мощности, т.-е. отдаваемая мощность пропорциональна тормозному моменту. Соответствующим возбуждением AWe можно установить коэффициент мощности синхронного мотора равным единице, cos <р = 1. Увеличив возбуждение (AWe) можно посылать в сеть намагничивающий ток (отстающий безваттный ток). При иедовозбуждении синхронный мотор получает магнетизирующий ток из сети, как и синхронный гене-
*) Mitt. ForiuAungsMb.. Н. 61, Berlin 1908.
1268
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
ратор при соответствующем возбуждении (см. стр. 1261). Если угол iV = 90°
то машина выпадает из синхронизма.
Если будем наносить на диаграмме ток машины/прп различных нагрузках в зависимости от тока возбуждения 1е, то получим V-образные кривые (фиг. 1704).
1.	Предельный момент. Предельный момент синхронного мотора при нормальном возбуждении зависит от отношения короткого замыкания и7, = If. :1„, отнесенного к возбуждению холостого хода. Предельный
2.	Пуск в ход синхронных моторов. Синхронные моторы синхронизируются при пуске, как и синхронные генераторы. Для их пуска требуется пусковой мотор и приспособления для синхронизации (см. стр. 1342). В последнее время пуск синхронного мотора производится также при помощи демпферных обмоток, как мотора с короткозамкнутым якорем
з виде беличьею колеса (см. стр. 1278) при пониженном напряжении
до
1 1
— нормального)
. При
включении
возбуждения мотор сам входит в син-
хронизм (табл. 12). Устроив фазовую обмотку в увеличенных для этого полюсных башмаках, можно производить пуск синхронного мотора, как синхронного е реостатом в цепи ротора. По достижении числа оборотов соответствующего нормальному скольжению фазовая обмотка ротора возбуждается постоянным током и мотор самостоятельно достигает синхронизма. Пределы мощности, пусковой момент и максимальный синхронный момент для машин завода Сименс-Шу кер т могут быть взяты из таблицы 12.
3.	Изменение направления вращения синхронных моторов при трех-фазном токе производится изменением направления вращения якорного поля, т.-е. переменив две фазы. Однофазные моторы могут быть синхронизированы в оба направления вращения.
4.	Синхронный мотор как регулятор сдвига фаз. Возможность отдавать в сеть намагничивающий ток делает синхронные моторы регулятором сдвига фаз.
электрические ГЕНЕРАТОРЫ и моторы.
Г?69
Таблица 12. Синхронные моторы.
Способ синхронизации	Синхронный мотор с демпферами в виде беличьего колеса						Синхронный мотор с обмоткой для пуска						Синхронизация асинхронным мотором						
Схема		 —																		
															Tl			°	
Cos <р при разной нагрузке в kW (различные пунктирные линии '•( ответствуют раз личному постоянному возбуждению.							о						¥ л						
	л-« ~			к				к				l_			у °		Ax’				
													<						
																			
							ЙТ ‘,0 J.			1				’.о o.e			т-		
				т-															
										1									
	1°*																		
									C4										
				fe,				t 0						1	4*					
																				
		«О во 120						w> so tzofy					tiи		W во 120%				
Предельные мощности 	 Наивысшее напряжение 	 Пусковой момент . Синхронный максимальный момент . Асинхронный максимальный момент	8,5-20000 kW 10000 V 80%, 180»/.						20—700 kW 10000 V 100 -150»/. 170"/. 180-200»/,						40—2000 kW 10000 V 180-200”/. 150»/. 200"/.						
Синхронные моторы, работающие без нагрузки, применяютси часто в качестве регуляторов сдвига фаз для самых значительных мощностей. Размеры намагничивающего тока для различных синхронных моторов, при их работе в качестве регуляторов сдвига фаз, даны в таблице 12 для различных величин нагрузки (безваттный ток, деленный на ток машины = sin <р; ваттный ток, деленный на ток машины = cos <р).
D. Асинхронные машины переменного тока.
Асинхронные машины, в виде трехфазных асинхронных моторов (индукционные моторы), приобретают все большее значение. Причиной является проста» конструкция их и, главным образом, все большее распространение районных станций, распределяющих электрическую энергию в форме трехфазного тока.
Асинхронные моторы возбуждаются подводимым к статору трехфаз-иым током (вращающееся поле) и самостоятельно трогают с места, развивая при этом некоторый момент. Токи в роторе получаются трансфер-
1270
Г. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
маторным действием статора. Однофазные индукционные моторы (стр. 1282) при трогании с места развивают только незначительный момент. Асинхронные моторы с короткозамкнутым ротором (моторы с беличьим колесом) являются наиболее простым и надежным двигателем. Область их применения ограничена величииой пускового тока (стр. 1274), каковая, в свою очередь, ограничена условиями присоединения к сети электрических станций. Кроме того, применение этих моторов ограничено еще тем, что пусковой момент их во многих случаях не имеет достаточной величины. Большие моторы поэтому имеют ротор с фазовой обмоткой, последовательно с каковой через контактные кольца при пуске присоединяются пусковые сопротивления для уменьшения пускового тока и одновременно увеличения пускового момента (стр. 1276).
Пояснение терминов. Переменный и трехфазиый ток (стр. 1200) (REM) (стр. 1352).
Измерения при асинхронных машинах (стр. 1365). Нормальное обозначение клемм.
Сеть и статор (якорь), как в синхронных машинах, ротор (трехфазный) . . . и, v, w,
„ (двухфазный) ... и до ж, у/ до v.
Такие же обозначения применяются и иа клеммах соответствующих аппаратов для пуска.
Потоп1 и коэффициент полезного действия (стр. 1365;.
Коэффициенты иолезн ого действия и коэффициенты мощности для небольших моторов могут быть взяты по таблице 13, для средних моторов — по DfN VDE 2650/2651 по таблице 14, для моторов водонепроницаемых—по DIN VDE 2652 по таблице 15.
Для работы мотора при неполной нагрузке коэффициент мощности может быть взят по таблице 16, коэффициент полезного действия—по таблице 17.
Таблица 13. Небольшие трехфазные моторы.
Число об./мии	Мощность kW	0,15	0,55	1,1	1,5	3,0	4,0
8000	cos 9	-(69) - (0,8)	— <78) — (0,84)	~(80) — (0,87)	80(81,5) 0,85 (0,88)	81,5 (84) 0,86 (0,89)	82 (84,5) 0,86 (0,89)
1500	COS ср	-(64) — <0,73)	74 (81) 0,72 (0,77)	76 (81,5) 0,76 (0,82)	79,5 (82,5) 0,80 (0,83)	82(84,5) 0,83 (0,86)	88,5 (85,5) 0,84 (0,87)
1000	Т] COS ср	—	70 (76) 0,66 (0,71)	75,5 (79,5) 0,71 (0,77)	77,5(81) 0,74 (0,78)	81 (83,5) 0,78 (0,81)	82 (84,5) 0,80 (0,82)
750	Ч COS <р	—	—	—	77,5 (78,5) 0,69(0,74)	79 (81,5) 0,75 (0,78)	—
Числа в скобках отиосятся к моторам с короткозамкнутым роторе м. Номинальное напряжение: 125, 220 и 380 V (редко 500 V). Указаны синхронные числа оборотов (и8).
ёлектрическии генераторы и моторы.
1271
Таблица 14. Трехфазиые моторы средней мощности.
Число об./мии	Мощность kW	7,5	15	зс	50	100	2С0	250
3000	cos 9	83 (86) 0,87 (0,89)	85 (86,5) 0,89 (0,89)	88,5 (88,5) 0,90 (0,90)	89,5 (89,5) 0,91 (0,91)	90,5 (90,5) 0,91 (0,91)	92	— 0,92 —	92,5 0,92 -
15DD	Ч] cos 9	85 (87) 0,85 (0,87)	87,5 (87,5) 0,87 (0,87)	89 (89) 0,89 (0,89)	90 (90) 0,90 (0,90)	91(91) 0,90 (0,90)	92,5 — 0,91 —	93	- 0,91 -
того	V 008 9	84 (86) 0,83 (0,85)	86,5 (86,5) 0,85 (0,85)	88,5 (88,5) 0,87 (0,87)	90(90) 0,88 (0,88)	91(91) 0,89 0,89)	92,5 — 0,90 —	93	- 0,90 —
750	П cos 9	83,5 (84) 0,81 (0,83)	(86) 0,84 (0,84)	88(88) 0,86 (0,86)	89,5 (89,5) 0,87 (0,87)	91 (91) 0,88 ( ,88)	92	— 0,89 —	92,5 - 0,89 -
600	cos 9	83,5 (84) 0,79 (0,81)	85.5 (85,5) 0,81 (0,82)	87,5(87,5) 0,83 (0,83	89 (89) 0,85(0,85)	90,5(90,5) 0,86 (0,86)	92	— 0,88 -	92,5 - 0^88 —
500	cos 9	— —	85 (85) 0,78 (0,79)	87 (87) 0,81 <0,80)	85,5 (88,5) 0,83 (0,82)	90,5 (90,5) 0,85(0,85)	92	— 0,86-	92,5 0,87 -
Числа в скобках относятся к моторам с короткозамкнутым ротором.
Указаны синхронные числа оборотов (ns).
Максимальный вращающий момент: в 2—2,5 раза больше
номинального вращающего момента. При числах оборотов от 7 О до 500 об./мин и при мощностях меньших 15 kW в i,6 до 2 раз больше номинального вращающего момента (номинальный вращающий момент в mkg равен номинальной мощности в ваттах, деленной на синхронное число оборотов; или точно = 0,973 N: п *).
Рабочее напряжение: 220V от 0,125 до 160kW, 380V от
0,33 kW и выше, 500 V от 3 kW, 3000 V от 30 kW, 5000 V от 80 kW, 6000 V от !25kW и выше.
Полный вес Gg и вес ротора Gi в t, маховой момент GD2 в tm2, Qi количество воздуха для охлаждения в m3/sec, скорость воздуха для охлаждения в подводящих и отводящих каналах от 4 до 5 nr'sec.
Номинальное напряжение: 3000, 5000 и 6000 V (до 400 kW также 380 и 500 V).
Таблица 15. Нормализованные водонепроницаемые моторы.
пя = 1500. Герметически закрытые от воды с ротором с контактными кольцами и приспособлением для подъема щеток фирмы SSW.
Мощность k\V	200	400	640	1000	1600
7)	93	93,5	94	94,5	95
cos 9	0,86	0,87	0,87	0,88	0,88
	2,05	3,62	5,0	8,15	11,3
Gl	0,52	0,96	1,27	2,36	3,3
	0,035	0/ 74	0,i 39	0,31	0,53
«1	0,75	1,4	2,0	2,4	8,2
*) п = действительное число оборотов.
1272
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
Таблица 16. Коэффициент мощности.											
Коэффициент мощности						Коэффициент мощности.					
и	§ —g со	§	И	э	а	i S	и	§	я		в
~ ~ Ё,		п	со		-•* со	—g w	СО	—g со и	—g со		
я &	р &		К р?		я 5			Я &	g &	Я Рч	
К Й	К И	с' И	Е я	к а	а а	к' а	а д	&х	е а		с а
0,74	0,87	0,90	0,91	0.91	0,90	0,50	0,70	0,80	0,83	0,84	084
0,72	0,85	0.89	С,90	0,90	0.S9	0,49	0.69	0,78	0,82	0,83	0,83
0,67	0,82	0,87	0,89	0,89	0,88	0,48	0,68	0,77	0,81	0,82	0.82
0,63	0,80	0,86	0,88	0,88	0,87	0,47	0,67	0,76	0,80	0,81	0,81
0.60	0,78	0,85	0.87	0,87	0,86	0,46	0,65	0,75	0,79	0,80	0,80
0,58	0.77	0.84	0,86	0,87	0,86	0,44	0,63	0,73	0,78	0,80	0,80
0,56	0.74	0,82	0,85	0,86	0,86	0,42	0,62	0,72	0,77	0,79	0,79
0,54	0,72	0,81	0.84	0,85	0,85	0,40	0,60	0,70	0,76	0,78	0,78
	1	а б л	ица 1	7. К(	>эффн	щент	полезн	ого демстви		Я.	
Коэ j фициент полезного действия						Коэффициент полезного действии					
а	в	а	Я	а	и	Я	а		к		я
 к		_ w		-«•*			X				
—g п	__g го	со			__g со	g? со	-geo	—Л. со	—g со	-g со	-* СО
		< >	1^—.									
г~—,			у->.	&			——j	РЧ			
И Р		И Р	И Р	С р	К Р	а р	а р			К р	а и
CL «J	Р. rt			Р «	42- св	Р. св	Р- св	р. св			
а Я	и и	в й	К Я	в а	к а	а а	к и	а а	t И	к а	а й
88	92.5	93,5	94	93,5	92,5	77	84,5	86	86	84 5	82
87	91,5	92,5	93	92,5	91,5	76	83,5	85	85	83,5	81
86	91	92	92	91,5	90	74,5	82,5	84	84	82,5	80
85	90	91	91	90	88,5	73	81,5	83	S3	81,5	79
83	89	90	90	89	87	71,5	80,5	82	82	80	77
82	88	89	89	88	86	70,5	79,5	81	81	79	76
80	87	88	8S	87	85	69	78,5	80	80	78	75
79	86	87	87	85,5	83	67	77	79	79	77	74
г) Конструкция асинхронных машин переменного тока.
1.	Статор и обмотка статора. Статор (первичный якорь) собран так же, как п статор синхронной машины, из изолированных листов железа и для лучшего охлаждения делится воздушными каналами на отдельные пакеты (стр. 1245). Обмотка статора1) соответствует вполне обмотке статора синхронной машины (стр. 1247).
Как правило, употребляются полузакрытые пазы, чтобы иметь возможно небольшой ток намагничивания, от которого в свою очередь зависит коэффициент мощности (cos ). В м о т о р а х Высокого напряжения применяются открытые пазы для того, чтобы иметь возможность вложить обмоткн асфальтированные (пропитанные компаундной массой), но при этом необходимо закрывать открытые пазы м а г-
’) Arnold, Wechselstromtechnlk, 2 Aufl., Ill Band, B»rlin, Jul. Spinger.— Richter, Ankerwicklungen filr Glcich- und Wechsclstrommaschinen, Berlin, 1920, Jul. Springer.
РЛЕКТГИЧЕСКИЁ ' ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1273
нитиыми клиньями (собранными из отдельных листов железа1 часто так же употребляются обмотки полушаблонные (стр. 1245), которые возможно вложить в полузакрытые пазы. Для понижения тока намагничивания необходимо воздушный зазор между статором и ротором выполнить настолько малым, насколько только возможно по соображениям механической конструкции. При небольших моторах выполняют зазор меньше 1 mm. В моторах для тяжелых условий работы (для металлургических заводов, крановой работы и т. п.) выполняют воздушный зазор несколько большим. В больших машинах необходимо иметь из-за одностороннего магнитного притяженияпри сработавшихся вкладышах особенно солидные валы и подшипники (применяются также роликовые подшипники) и прочные фундаментные плиты. В конструкции небольших моторов и моторов
средней мощности	Фиг. 1705.
преобладает тип с
щитовыми подшипниками, указанный на фиг. 1705. Мотор трехфазного тока фирмы SSW, закрытый, с вентиляцией, с контактными кольцами и приспособлением для подъема щеток. Мощность 9 kW, и == 1500 об./мин.
2.	Ротор и роторная обмотка. Ротор (вторичный якорь) выполняется из листов железа, собранных между двумя нажимными шайбами, подобно якорю машпны постоянного тока, но только с закрытыми или полузакрытыми пазами (см. выше). Особенно проста конструкция короткозамкнутого ротора с круглыми или прямоугольными стержнями, неизолированными, замкнутыми накоротко на обоих концах ротора при помощи бронзовых или медных колец большого сечевия (обмотка „беличье колесо"). Границы выполнения см. выше. Фазовая обмотка выполняется или катушечной при небольших машинах, или стержневой с двумя проводами в пазу при больших машинах, пли даже с одним проводом в пазу при очень больших машинах. Стержневая обмотка может быть выполнена следующим образом:
Обходная обмотка с лобовыми соединениями большей частью в двух плоскостях (одно рядом с другим при одном проводе на паз). Прп п проводах на полюс и фазу обмотка каждой фазы п раз обходит якорь, или как
обмотка постоянного тока с лобовыми соединениями в двух плоскостях (одно под другим, см. фпг. 1653) подобно якорям постоянного тока. Для лучшего использования обмотку' выполняют почти исключительно, как разрезную в 6 местах (или кратном 6) обмотку постоянного тока, части которой соединены таким образом, что в одном
1274
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
пазу токи имеют одинаковое направление. В двух половинах обмотки наводятся напряжения, одинаковые по фазе; эти половипы соединяются между собой пли последовательно, или параллельно.
Концы обмоток обыкновенно присоединяются к контактным кольцам. При помощи контактных колец в цепь ротора можно вводить сопротивление для пуска в ход. Для уменьшения изнашивания и потерь па трение контактные кольца выполняются большей частью с приспособлением для короткого замыкания и подъема щеток. Это приспособление обеспечивает правильную последовательность короткого замыкания и подъема (фиг. 1705).
Меру использования машины дает величина мощности С в уравнении N = С (D : 100)2 I (п: 100) kW,
где D— диаметр якоря в cm, I — длина якоря без воздушных каналов в ст, п — число оборотов в минуту, N — мощность мотора в kW. Величина мощности С зависит от полюсного деления т.
При полюсном делении к = 10,	20,	30,	40,	55 ст.
С соответственно равно 1,2	1,8	2,2	2,4	2,8.
Ь) Способ действия асинхронных машин.
1. ЭДС в асинхронных машинах. В магнитной цепи асинхронной
машины, представленной на фиг. 1706, получается так же, как и в цепи
трансформатора, магнитный поток, величина которого определяется из формулы Eplt — 4,44 ftctfwi Ф 10“8 V (пренебрегая омическим сопротивлением). В этой формуле flvl—коэффициент
обмотки (стр. 1253), Ер}1—напряжение на фазу, —число витков статора на фазу. Прп потоке, расположенном в пространстве по синусоиде (асинхронные моторы трехфазного тока), Ф = (2: л) к, где 23/niax представляет максимальное значение индукций в воздухе. Прп больших насыщениях магнптой цепи получается отклонение от кривой синусоидального распределения поля и максимальное значение ^/шах
получаетсн меньшей величины, чем следовало бы при синусоиде. Прп неподвижном и разомкнутом роторе поток Ф (пренебрегая рассеянием) сцеплен с обмоткой ротора, имеющей w., — витков на фазу. Напряжение ротора при неподвижном роторе (пусковое напряжение) равно Epll2 — 4,44 fw2 fiv2 Ф Ю~8 V и передаточное число равно й — f„^ и>, : f№2	: и>2, если fwt — fw2, что приблизи-
тельно всегда имеет место.
2. Ток намагничивания и ток холостого хода. Ток намагничивания Z получается такой величины, что возникающие (намагничивающие) ампер-витки могут пропустить через магнитную цепь вышеуказанный магнитный поток, соответствующий напряжению * у клемм. Расчет лучше всего получается при 2/з'1-1)- Ток холостого хода
Е1. и. Maschinenbau, Wien, 1910. S. 857-
Электрические генераторы и моторы.
1275
складывается геометрически из тока намагничивания (безваттная слагающая тока холостого хода) и из тока потерь при холостом ходе (потери в железе и на трение) (ваттная слагающая тока холостого хода). Воздушный зазор по возможности мал.
3.	Идеальный ток копоткого замыкания. Если при неподвижном роторе 1) обмотка статора приключена к напряжению сети, то в статоре получается ток, который в состоянии вытеснить вышеуказанный нормальный поток Ф в цепь потока рассеяния. Этот ток короткого замыкания если принять во внимание омическое сопротивление, представляет собой действительный ток короткого замыкания; не принимая же во внимание омического сопротивления, имеем идеальный ток короткого замыкания Iki. Этот последний, таким образом, как и — исключительно ток намагничивания и отстает от напряжения (ЭДС), как и ток намагничивания на 90° (фиг. 1709).
4.	Коэффициент рассеяния. Магнитный поток в статоре Ф1 больше магнитного потока в воздушном зазоре, а именно Ф1 = (1 -ф- tj) • Ф{; поток в воздушном зазоре бол ылеФ/потока в роторе, Ф/ = (14-т2) • Ф2. Коэффициенты рассеяния и та невелики. Величина их зависит от размера воздушного зазора о и от формы пазов (между собой коэффициенты т, и т2 не всегда равны). Для общего коэффициента рассеяния действительно по В е h г е к d‘y равенство Ф, = (1	т') Ф.,,
где т' = т, -}- г2 Tj Tg. Пренебрегая малойвеличиной т, т2 по сравнению С т, Tg, имеем т' = Hj -|- т8. Примерно величину коэффициента рассеяния можно определить по уравнению т' = С (6 : -с), где С =10 —15. Более точно коэффициент рассеяния определяется по току намагничивания I и идеальному току короткого замыкания 1к[
5.	Вращающий момент и скольжение. Если бы ротор мотора, имеющего 2р полюсов, вращался синхронно с угловой скоростью <oj = 2r.f\: р вращающегося поля, то в роторе не могли бы индуцироваться никакие токп и не мог бы возникнуть и вращающий момент. Для получения токов в роторе необходимо поэтому относительное движение поля к ротору (асинхронизм). При небольшом сопротивлении короткозамкнутой обмотки ротора достаточно при полной нагрузке от 3 до 6% меньшей угловой скорости ротора и>2 — %кп: ^0, где п — число об./мин; эта разность скоростей называется скольжение ы'з и часто выражается в процентах, s = 100 (ш;—ш2): wj, или s = 100 If,— f2): f\, где f2 — рп: 60-число периодов вращения. Число оборотов при полной нагрузке, таким образом, только гемногим отличается от числа оборотов при холостом ходе (шунтовой характер, стр. 1216).
Вращающий момент мотора трехфазного тока, практически действующий на валу его, равен приблизительно = N: пв, где А’— номинальная мощность в ваттах и ns — синхронное число оборотов, т.-е. число оборотов статорного вращающегося поля.
Для понимания работы трехфазного мотора важно знать точное значение вращающего момента, включая момент трения: оио равно
Л/д = 0,973  N: п — 0,973 • Ns : п„
’) Обмотка ротора замкнута накоротко.
1276
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
где п — действительное чпсло оборотов, 7V5 — мощность мотора в воздушном зазоре (см. ниже) в ваттах.
Вращающий момент не зависит от числа фаз т2 в роторе. Число фаз ротора не обязательно должно быть равно числу фаз т1 статора. Можно при двухфазных моторах (mt — 2) применять в роторе трехфазную обмотку (»и.2 = 3) и наоборот.
Скольжение s и вращающий момент Мц находятся в известной существенной зависимости друг от друга. Скольжению з соответствует известное „число оборотов скольжения" па— п, где па— синхронное число оборотов. Число оборотов скольжения относится к синхронному числу оборотов, как потери в меди юотора VCu относятся ко всей переданной ротору мощности, т.-е. мощности в воздушном зазоре; итак, s = (ns — n)'.ns — (потери в меди ротора): мощность в воздушном зазоре, или в процентах	_ 1QQ • 3 123 Д2
S 9,81 л (па: 30) Ма ’
если Д, — сопротивление одной фазы обмотки ротора при трехфазной обмотке" (мощность в воздушном зазоре = вся подводимая к мотору мощность — потери в статоре).
Вращающий момент при скольжении з = 0, илп при 0%, равен О Величина момента возрастает с увеличением скольжения, достигает скоро максимальной величины н затем медленно убывает до момента прп неподвижном роторе (з = 1 или 100%) (пусковой момент, фиг. 1707).
Из круговой диаграммы (стр. 1277) можно вывести, что М#т = == 2 : [(з: з‘и) + (sm : з)] (фиг. 1708 ’) кривая я), где Mdm - максимальный момент или перекидной момент, sm — скольжение, соответствующее максимальному моменту при короткозамкнутой цепи ротора — „скольжение падеиия“, при превышении которого обороты мотора падают (мотор останавливается) (Kloss, Archiv fur Elektrotechnik, 1916, S. 59). Пусковой момент Mia (s = 1 пли 100%) можно определить, если известно sm. Например, если з1и = 0,20 или 20%, то Маа можно определить по кривой а для отношения s: sm — 5.
Если для пуска (стр. 1278) или для регулировки числа оборотов (стр. 1280) включают сопротивление в цепь ротора, то для определенного момента Мл справедливо равенство
__	” (-^2 *4~	• ^2»
’) нанесено в процентах от	® ~ кратное от sm.
ВЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1277
где s0 — скольжение без сопротивления в цепи ротора, s„. — скольжение при сопротивлении в цепи ротора, R2 — сопротивление ротора, Rm — включенное пусковое сопротивление. Таким образом получаются для различных отношений RW:R2 следующие кривые моментов (фиг. 1708) см. таблицу:
а Ъ
с d
6.	Круговая диаграмма. Если известен из расчета, или по измерению, ток намагничивания и ток короткого замыкания 1к или Ikit то диаграмма Гейлавда или упрощенная круговая диаграмма, согласно фиг. 1709, дают возможность наглядно разобраться в работе мотора и во взаимоотношении токов. Круговая диаграмма выводится из диаграммы трансформатора (стр. 1309), при чем асинхронный мотор представляет из себя род трансформатора со вторичной обмоткой, расположенной по окружности. Так же, как и в трансформаторе, токи при нагрузке уравновешиваются так, что первичные и вторичные ампер-витки AW дают в результате AW — намагничивания, необходимые для создания магнитного потока Ф (стр. 13USJ.
При расчете известные — а'Ъ’ = аЪ и l/a — ad откладываются на диаграмме в определенном масштабе токов (1 ст = а?А). Таким образом определяется круг по диаметру bd\ 1к = аск определяется графически по углу срА', который образует 1к — аск с осью У; ср'д. определяется также по расчету из уравнения cos cpj' = гк: У Жд2 гк2 где xf. = Ерк : Ikt и rk = rj 4* где — соответствует приведенному в первичной цепи омическому сопротивлению [(?2j =r2(wi; wa)2]; o’b—ток холостого хода = 10.
При измерении 1„ измеряется непосредственно, а I выводится, как безваттная слагающая 10-, тоже и 1к = аск, и cos соответственно а'ск определяются при помощи измерения ваттметром (необходимо экстраполировать). Таким образом известен центр круга О и самый крут. Потери в железе = с'с" необходимо определить при помощи разделения потерь холостого хода (стр. 1366).
В обоих случаях а'с = I представляет, в определенном масштабе токов, номинальный ток с соответствующим ему углом сдвига фаз; Ьс — 12 представляет собой ток ротора при : w2 — 1.
По масштабу токов определяется масштаб мощности (1 ст = = ЪЕрк - х Watt). При этом масштабе: скрк — потерям в меди ротора при коротком замыкании, рк ск — потерям в меди статора также при коротком замыкании, сс" — подводимой мощности при номинальной
1278
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА,
нагрузке, с' с" = потерям в железе, ср — мощность, передаваемая через воздушный зазор, cl — мощность ротора (полезная отдаваемая мощность -ф потери на трение}. Масштаб моментов для ср определяется из уравнения Ма = 073 X (мощность воздушного зазора: синхронное число оборотов). Таким, образом получается максимальный вращающий момент МЛт по фиг. 1700 и пусковой вращающийся момент скрк при короткозамкнутом роторе. Небольшие имевшие здесь место отступления практически допустимы. Более точная диаграмма (О с с а н н а) сложнее и только при. небольших моторах дает более точные результаты.
7.	Пуск асинхронных моторов. При пуске больших моторов необходимо для уменьшения толчка тока при пуске и для увеличения пускового момента применять особые приспособления. Наиболее существенные виды пуска следующие:
Мотор с короткозамкнутым ротором. Включение мотора при помощи рубильника в цепи статора. При этом получается сильный толчек тока и, как следствие, значительные колебания напряжения сети при включении, а также сильный механический толчок мотора. Поэтому этот род пуска допустим только для небольших моторов или для моторов, которые пускаются в ход всегда вхолостую. Иногда моторы с короткозамкнутым ротором для того, чтобы уменьшить толчок тока при пуске (не поступаясь простотой устройства) и чтобы увеличить пусковой момент (см. выше, 6), выполняются со сравнительно большим сопротивлением Л2 вторичной цепи (цепи ротора). Это увеличение сопротивления ухудшает коэффициент полезного действия мотора.
Можно также достичь увеличения сопротивления в короткозамкнутых роторах при холостом ходе1) с помощью „оттеснения" тока (стр. 1106) в массивных медных проводах, расположенных в узких, глубоких пазах. При пуске на них действует полная частота тока и поля рассеяния, и таким образом токи ротора в проводах „оттесняются" наружу в радиальном направлении, что как бы уменьшает сечение провода. При работе же на провод действует только небольшая периодич-юсть скольжения, при которой ток ротора распределяется равномерно то всему сечению меди.
Особые пусковые сопротивления. Д л я моторов с короткозамкнутыми якорями. Пусковое сопротивление включено в цепь тока неподвижной части (в большинстве случаев неприменимо). Мотор пускается с пониженным напряжением и со слабым крутящим моментом, так как момент уменьшается пропорционально квадрату напряжения. Подобное же действие достигается пусковыми трансформаторами, при помощи каковых напряжение повышается ступенями (очень часто применяется для моторов любой величины, пускаемых в ход вхолостую нли с незначительным крутящим моментом: например, для приведения во вращение центробежных насосов). При этом способе моторы могут быть пущены в работу без особых проводов и переключения издали, например—с центральной станции. Подобное же действие только при двух ступенях напряжения можно получить при трехфазном токе переключением статорной обмотки со „звезды" на „треугольна к“. Каждая * 2
Если ми в,но ст., в этой форм, выражена в ваттах следует брать 0,973 вместо 973,
2) ETZ, 1918, S. 483. El. und Maschinenb., Wien, 1926, S. 87.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1279
фаза получает тогда сперва напряжение : У^З, после же переключения к ней подводится напряжение Е.
При переключении на „треугольник" моторов нагруженных получается сильный толчок тока. Во избежание этого толчка тока применяются механические пусковые приспособления: например, центробежная муфта, пристроенная в ременном шкиве, которая соединяет вал ротора с ременным шкивом только по достижении мотором полного числа оборотов. Такие конструкции выполняются фирмами SSW!), AEG и др. Интересное решение вопроса представляет соединение под названием „А1Ьо“-муфта 2 2), при котором включение муфты принудительно связано с моментом переключения на „треугольник".
Для моторов с контактными кольцами пусковое сопротивление включено в цепь ротора. Получается большой пусковой момент, при чем возможно постепенное повышение его таким образом, что даже при полной нагрузке получается постепенный разгон мотора при незначительно увеличивающейся силе тока. Такое устройство с пусковым сопротивлением применяется наиболее часто. Число ступеней пускового сопротивления3) и величину сопротивления можно определить для мотора трехфазного тока графически так ate, как для моторов постоянного тока с шунтовой характеристикой (стр. 1235); Imin — ток, соответствующий максимальному крутящему моменту Л/йшах при включении, /min — ток, соответствующий моменту Ма, при каковом возможно переключение на другую ступень, R„— сопротивление ротора на фазу, Rlt R2 и т. д.— суммарные сопротивления на фазу. Пусковые реостаты для моторов до 100 kW нормированы VDE в отношении числа ступеней и т. д. (REA'. Число контактов реостата для двухфазных моторов может быть несколько меньшим, чем для трехфазных. Поэтому иногда небольшие моторы выполняются с двухфазным ротором.
Вспомогательные обмотки во вращающейся (вторичной) части моторов. Вращающаяся часть имеет две самостоятельные обмотки, а именно: одну обмотку, постоянно замкнутую со сравнительно высоким сопротивлением, и другую обмотку с незначительным сопротивлением, которая замыкается после пуска мотора в движение. Замыкание второй обмотки может выполняться автоматически при помощи центробежного замыкателя.
Ротор с противосоединеипем (система Г е р г е с а). Вспомогательная обмотка включена прп пуске противоположно главной обмотке, при достижении же мотором известного числа оборотов переключается последовательно с главной обмотки. Моторы до 10 kW пускаются примерно прп 3/4 нагрузки. Толчок тока и колебание напряжения только немногим превышают таковые при якоре с контактными кольцами. Во избежание толчка тока необходимо моторы большой мощности пускать в ход прп уменьшенной нагрузке. Эта система применима до 80—100 kW при пуске в ход без нагрузки.
1) ETZ, 1924, S. 1064.
2) Wittellungen der Vereinigung d. E. W. 1925, S. 589=
ETZ, 1894, S. 644.
1280
г. вляктротехника.
8.	Регулирование числа оборотов. Регулирование скольжения достигается при помощи включения сопротивления в цепь ротора (стр. 1276). Этот способ регулирования неизбежно влечет за собой потери. Величина потерь определяется соотношением: скольжение s = = потерям в меди ротора, деленным на мощность воздушного зазора (стр. 1276). Такая регулировка применяется, например, при преобразователях И л ь г н е р а для соединений по схеме Леонарда (стр. 1242). При регулировке оборотов при помощи скольжения мотор теряет характеристику шунтового мотора, так как число оборотов значительно зависит от нагрузки.
Можно регулировать число оборотов без потери при помощи каскадных соединений, при чем анергия, поглощаемая при регулировании скольжением в сопротивлениях, механически используется „второй машиной". Второй машиной может служить непосредственно соединенный мотор трехфазного тока, к обмотке статора какового подводится от контактных колец ток ротора „первичного мотора". Возможен также подвод тока к роторной обмотке второй машины непосредственно от ротора первичного мотора без помощи контактных колец. В этом случае во второй машине обмотки ротора и статора как бы переставлены одна на место другой. При каскадном включении число оборотов аггре-гата соответствует числу оборотов мотора с числом полюсов, равным сумме числа полюсов обеих машин. Если применять два мотора с различными числами полюсов, то возможно получить четыре различные скорости, смотря потому, работают ли моторы в отдельности или же соединены в каскад.
Второй машиной может быть также одиоякорный преобразователь, дающий ток для мотора постоянного тока, непосредственно соединенного с первой машиной (каскадные схемы Кремера); затем, второй машиной может быть непосредственно соединенный коллекторный мотор трехфазиого тока с регулирующим трансформатором.
С помощью переключения полюсов возможно менять число оборотов ступенями без потерь. Если ротор имеет фазовую обмотку, то переключение полюсов должно быть и в статоре, и в роторе. Поэтому лучше всего применять коротко-замкнутый ротор (беличье колесо) одинаково работающий при разных числах полюсов. Для переключения полюсов применяются или две независимые друг от друга обмотки с различным числом полюсов, или же части обмотки выполняются так, что переключением получается другое число полюсов. Моторы с переключением полюсов имеют при всех оборотах шунтовые характеристики. Применяются они, между прочим, в моторах для электрических железных дорог трехфазного тока. Изменение направления вращения асинхронных моторов достигается переключением двух проводов подводящих ток, так как направлеиие вращения вращающегося поля изменяется от перемены двух фаз.
с) Улучшение коэффициента мощности в асинхронных машинах.
Работа нормальных асинхронных моторов всегда вызывает в сети сдвиг фаз. Коэффициент мощности этих моторов при полной иагрузке в редких
ВЗККТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1231
случаях превышает cos 'f = 0,9, при работе же вхолостую понижается часто до 0,2—0,3 (таблицы 13 - 16, стр. 1270). Поэтому в некоторых случаях выгоднее применять синхронные моторы (работаюцие при cos'f= 1,стр. 1267). несмотря на то, что п применением синхронных моторов связаны известные недостатки (особое возбуждение постоянного тока, сложный пуск в ход, выпадение пз синхронизма при перегрузке). В больших асинхронных мотсрах сдвиг фаз может быть устранен при помощи особых возбудителей трех фазного тока (компенсаторов,), включаемых в сеть ротора. Этп компенсаторы представляют из себя ротор с коллектором, вращающийся нли совсем без статора. или же в статоре без обмотки. К ротору компенсатора подводится трехфазный ток от колеи ротора асинхронного двигателя (с периодичностью скольжения, самовозбуждающпеся возбудители трехфазпого тока). Величина поля, возникающего в компенсаторе и медленно вращающегося со скоростью, соответствующей периодичности скольжения, зависит от нагрузи мотора Скорость этого поля в пространстве не зависит от числа оборотов ротора компенсатора с коллектором, приводимого в движение особым небольшим мотором. Если мотор, приводящий в движение ротор компенсатора, вращается со сверхсинхронной скоростью, то в обмотке компенсатора индуктируется трехфазное напряжение с частотой, равной частоте скольжения. Это напряжение опережает на 90’ ток скольжения и величина его зависит как от величины вращаюзщгося поля, т.-е., как указано выше, от нагрузки мотора, так и от величины сверхсинхронизма, т.-е. от числа оборотов ротора с коллектором. Этому опережающему напряжению соответствует опережающий ток, намагничивающий асинхронный мотор через ротор при частоте скольжения так, что этим „компенсируется" намагничивание от сети с 50 периодами.
Подобное же действие получается при помощи „вибратора К а и и а". В вибраторе Каппа ток сколы.ения подводится к тремя якорям постоянного тока, колеблющимся поэтому с частотой скольжения в ноле постоянного тока. Таким образом в них индуктируется напряжение, опсре-ясающее ток па 90°. Благодаря компенсации сдвига фаз увеличивается и мощность, и максимальный момент мотора.
1.	Кэмпенелрэзанные асинхронные моторы с возбудителями трех-фазногэ тона. Если применить конструкцию, при которой сам о воз-буж даю щи йен возбудитель трехфашого тока соединен непосредственно с валом главной машины, то нет необходимости в особом вращающем моторе и. таким образом, все устройство может быть применено для моторов меньших мощностей. Компенсация сдвига фаз в этом случае зависит от нагрузки мотора (таблица 18, стр. 1283).
Чтобы иметь возможность компенсировать сдвиг фаз независимо от нагрузки мотора, применяются возбудители трехфазного тока с посторонним возбуждением. Эги вэзбу опели состоят из ротора с коллектором. как указано выше, соединенного, кроме того, с помощью контактных колец и трансформатора с сетью. Эти возбудители всегда должны быть жестко соединены с ватом главного моторз, так как частота их должна совпадать с частотой скольжения (преобразователь частоты) (стр. 13ч8). Если, кроме того, в статоре трехфаз лого возбудителя находится обмотка, через которую протекает ток скольжения, то мы имеем
Хютте, т. П	<м
1282	Г. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
— кэмпеисированный возбудитель трехфазного тока с посторонним возбуждением фирмы SSVV (стр. 138м.
Из таблицы 18 (стр. 12S3) можно видеть пределы мощности, величину пускового и максимального моментов и величину опережающего тока ирн различных нагрузках моторов в выполнении фирмы SSW (безваттный ток деленный на ток машины = sin ваттный ток, деленный на ток машины = cos?).
2.	Компенсированные асинхронные моторы. Можно подвести в асинхронном моторе к ротору ток намагничивания с помощью коллектора, и тогда машина намагничивается через ротор при частоте скольжения, т.-е. с незначительной безваттной мощностью. В этом случае на роторе должна быть особая, независимая от рабочей обмотка намагничивания, соединенная с коллектором. Небольшое по величине напряжение, необходимое длн этой обмотки, получается от вспомогательной обмотки статора (мотор Г е й л а н д а). Это устройство пригодно для коротко-замкнутых моторов. При моторах же большей мощности получаются затруднения с коммутацией. Эти затруднения с коммутацией можно устранить, если подводить ток также к ротору (мотор Осноса). В этом случае намагничивание происходит с частотой скольжения через статор при помощи подводимого от коллектора тока намагничивания (стр. 1386). Границы мощности, cos ? и т. д. можно взять по таблице 18.
<1) Однофазные индукционные моторы.
Однофазные моторы не имеют большого практического значения Переменное поле статора можно рассматривать, как сумму двух в противоположные стороны вращающихся полей, каждое из которых равно половине максимальной величины переменного поля <стр. 1270). Каждое вращающееся поле сообщает ротору известный крутящий момент и направлении вращения поля. Величина этого момеита зависит от числа оборотов ротора, т.-е. от скольжения (фиг. 1707). Когда ротор неподвижен, оба крутящие момента равны и направлены в противоположные стороны. Таким образом, суммарный крутящий момент равен нулю. Поэтому однофазные моторы не могут самостоятельно трогаться с места. Если же мотор, „развернуть" в том плп другом направлении внешней силой, то момент, направленный противоположно вращению, уменьшается, момент же в направлении вращения iсинхронный) увеличивается. Получается результирующий момент, ускоряющий ротор.
| Чтобы иметь возможность самостоятельно пустить в ход однофазный индукционный мотор, употребляют „вспомогательную" фазУ-Вспомогательная фаза получается с помощью вспомогательной обметки статора, сдвинутой в пространстве в отношении главной обмотки. Эту вспомогательную обмотку питают током, сдвинутым по фазе от главного тока (при помощи индукции или емкости). Таким образом, получается вращающееся поле, правда не совершенное, но достаточное, чтобы привести во вращение ротор хотя бы с небольшим пусковым моментом).
Трехфазный мотор, работающий, как однофазный, развивает, примерно, 2:3 номинальной нагрузки. Обратно—трехфазпый мотор, полностью нагруженный, при разрыве какой-либо фазы (например, если его-
8ЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1283
Таблица 18. Компенсированные асинхронные моторы.
Асинхрон.
Асинхронный мотор с трех фазным возбудит.
Асинхронный мотор с трехфаз-лым возбудит, посторон. возб.
Мотор Осн оса
Мотор Хейланда
	Д yU.	1.—1 . 1 «Л? ЕЮ1.	> 1. 'Ч	W 60 tzt)	W во fZO^c	£> ° w во rw%
Пределы выполняемой МОЩНОСТИ .	40-1500 kW	100-10 000 kW	7,5-40 kW	1,5—5,5 kW
Максимальное на-л ряжение при котором вы пол няется мотор .	loooo v	ЮООО V	500 V	500 V
Пусковой момент .	200%	200%	200%	150%
Максимальный мо мент ....	250%	250%	250%	250°ift
рол предохранитель) работает, как однофазный, но с перегрузкой в 50%. Эта перегрузка может в короткое время испортить мотор. Поэтому необходимо иметь специальные приспособления, которые бы совершенно выключали мотор при разрыве одной фазы.
е) Асинхронные генераторы.
Асинхронный мотор при синхронном вращении не развивает крутящего момента. Если же ротор несинхронного мотора с помощью внешней силы вращать со сверхсинхронной скоростью, то машина работает, как асинхронный генератор. Отдаваемая машиной мощность зависит от скольжения (стр. 1276', отрицательного в данном случае. При работе генератором машина должна получать возбуждение
81»
1284	v. влЕктрОпжиикл.
от сети, и такая работа возможна только при параллельной работе машины с сетью или с синхронной машиной В этом случаесичхронная машина должна давать необходимый безваттный ток. частота же соответствует числу оборотов синхронной машины. Подобного рода установки могут быть очень просты ио конструкции и тех случаях, когда асинхронный генератор работает все время при полной нагрузке; синхронный же тенор; гор покрывает только переменную часть нагр зки. Машина, ириводяшая в движение асинхронный генератор, в этом случае не нуждается в регуляторе, и если это водяная турбина, то не нуждается даже в присмотре. Поэтому такие установки очень хороши для использования небольших водяных сил в соединении с существующей уже силовой станцией. Процесс синхронизирования, необходимый для пуска в ход синхронной машины, отпадает при пуске в ход асинхронного генератора. Асинхронный генератор просто включается в сеть и, при помощи регулирования отдаваемой нагрузки, доводится до необходимого числа оборотов (соответственно скольжению). Если асинхронный генератор выполнен с короткозамкнутым ротором, то включение происходит с помощью дроссельных катушек, замыкаемых накоротко после пуска. Асинхронный генератор в соединении г возбудителем трехфазного тока можно использовать, как синхронный генератор и даже, как асинхронный'компенсатор сдвига фаз1), в собенности же с компенсированным возбудителем постоянного возбуждении (компенсатор, стр. 1281).
Е. Коллекторные манниты переменного тока.
Коллекторные машины переменного тока, в виде однофазных моторов для электрических железных дорог, получили большое значение. Это значение обусловлено возможностью питать их током высокого напряжения и регулировать число оборотов без потерь. Это последнее свойство дало возможность применить эти двигатели. как, например, репульсионные моторы и коллекторные моторы трехфазного тока, в ряде проишодств: для привода некоторых текстильных машин, поршневых иасосов, печатных машин и подъемников. В некоторых случаях асинхронный мотор с выгодой можно заменять трехфазным коллекторным двш отелем. особенно тогда, когда требуются большие пределы регулировки числа оборотов (без потерь) или же сериесная характеристика машины, т.-е. большой пусковой момент.
Возможность такай замены зависит как от экономических соображений, так как коллекторный двигатель трехфазпого тока естественно много дороже, чем аепп.хр шный мотор, так п от производственных сообраке шй, так как в аксплоатации коллекторный мотор, в виду натпчпя коллектора, не так надежен, как асинхр|цный. Область применения коллекторных трехфашых моторов расширяется еще тем, что с помощью некоторых коллекторных моторов имеется возможность комиенсир тать сдвиг фаз.
Пояснение терминов: переменный и трехфазнын ток (стр. 1195, 120 ), REM |стр. 1352).
*) ETS, 1924, S. 1265. -El. u. Mascliinenb., Wlon, 1925, S. 609.
еЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ В МОТОРЫ.
1285
Однообразное обозначение клемм VDE до сих пор еще не установлено. Клеммы временно обозначаются подобно соответствующим клеммам однофазных, трехфазных и постоянного тока машин.
Коэффициент полезного действия ’) коллекторных моторов переменного тока.
Моторы небольшие.............................около	70%
„	средней мощности	(от 15 kW и выше) .	„	80%
„	большой мощности....................... в	S3 >6
я очень большой мощности (несколько
сот kW;............................... я	88%
Для определения коэффициента полезного действия моторов при работе с неполной нагрузкой следует умножить вышеприведенные числа на коэффициенты таблицы 19.
Таблица 19.
Нагрузка . . .	25	| 50	75	100	125O/O
Коэффициент .	0,50	| 0,80	0,95 |	1,00	0,95
Напряжение. Коллекторные моторы переменного тока, в которых приключен к сетп только статор, могут быть так же, как и асинхронные моторы, приключены к высокому напряжению (при соответствующей мощности моторов). Моторы, и которых ток подводится к ротору с помощью коллектора, могут быть выполнены только до напряжения в 500 V.
Таблица 20. Пределы регулировки, пусковой момент и пусковой ток в процентах номинальной величины.
Пределы регулировки	нормальные		Пусковой	
			Момент	Ток
Сериесный мотор однофазного тока ....	20 —150°/„	0-150 •/„	250 «/о	200 °|«
Репульсионный мотор .	50-110 „	5-120 „	250 w	200 „
Компенсированный репульсионный МОГор .	20-130 „	0—150 „	250 „	200 .
Сериесным мотор трехфазного юка ....	50-130 „	5-130 ,	250 „	200 .
Ill j нтовои мотор трехфазного тока ....	50-150 „	5-150 »	250 „	200 .
’) М. Scbeokel, Die Eommutatormaschlnen fflr elnpbaslgen nod mchrpliaslgen Wnelael strum, Berlin, 1924, W. de Gruyter &. Cy.
1286
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
Таблица 21. Пуск в ход регулирование числа оборотов и перемена направления вращения.
В нижеуказанных тинах моторов происходит	Пуск в ход и регулирование с помощью	Перемена направления вращения с помощью
Сериесный мотор однофазного	Трансформаторов со ступе-	Переключения присоединений
тока	пями напряжения в цепи статора	возбуждения
Репульсионный мотор с подвижными щетками	Передвижения щеток	Передвижения щеток
Репульсионный *) мотор с не-	Пускового сопротивления в	Переключения обмотки ста-
подвижными щетками	цепи статора	тора
Компенсированный репуль-	Трансформатора возбуждения	Переключения соединений к
сноиный мотор	в цепи ротора	транзф арматору возбуждения
Сериесный мотор трехфазного тока	Передвижения щеток	Переключения двух соединений к статору и передвижения щеток
Шунтовой мотор трехфазного	Трансформатора со ступенями	Переключения двух соедине-
тока	напряжения или ив) вклинения обмогки статора, нспо «ь-з у смой как автотрансформатор	ний к статору
Шунтовой мотор с двойным комплектом щеток	Передвижения щеток	Переключения двух соединений к статору и передвижения щеток
переменного тока.
(ток намагничивания)
Фиг. 1710.
а) Конструкция коллекторных моторов
Ротор и коллектор коллекторных моторов сконструированы так ate, как якорь и коллектор машин постоянного тока, только ротор в большинстве случаев выполняется с полузакрытыми пазамп. Полузакрытые пазы применяются для того, чтобы безваттная мощность ' была возможно мала. По этой же нричпне коллекторные моторы, так же, как и асинхронные, выполняются с возможно малым воздушным зазором. Обмотки роторов аналогичны обмоткам якорей машпн постоянного тока. Статоры однофазных моторов собраны пз изолированных листов железа. В веб ик-ших моторах в статорах пазы равномерно распределены по окружности; в больших же моторах имеются в статоре явно выраженные главные полюса с компенсационной обмоткой в пазах н, кроме того, всиомо-гател..ные полюса (фиг. 1710).
Статоры коллекторных моторов трехфазного тока подобны статорам асинхронных машпн трехфазного тока. Обмотка статора тех случаях, когда пазы распределены по окруж-
в
однофазных моторов
иости статора равномерно, подобна обмотке моторов трехфазного тока;
*) Пыполпяется, как репульс и он ио-асинхронный мотор для подъемников: пускается в ход, как репу тъеночиыи мотор с большим крутящим моментом. После пуска обмотка якоря замыкается накоротко центробежным выключателем и мотор работает, мая нормальный аеннхрошияй.
ВЛЕКТТИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1287
прп выраженных полюсах обмотка статора подобна таковой моторов постоянного тока с компенсационной обмоткой. Обмотки статоров трехфазных коллекторных моторов аналогичны обмоткам трехфазных асинхронных моторов, но снабжаются иногда добавочными отводами (стр. 1305).	i
Ъ) Действие однофазных коллекторных моторов.
1. Серзесный мотор. Если к нк о рю.машины постоянного тока подвести евроиенгоэ напр1жеше, то током, протекающим через якорь, создается переменное поле. Направление этого поля лежит в наира-	п
влепил осей щеток, независимо от того, Гс>А, неподвижен ли якорь плп вращается. —.‘Н?—** °с& Благодаря коллектору картина то-	.-/
ков и, как следствие, якорное поле оста < тся неподвижными в пространстве (рабочая ось). Предположим,	фиг- 1711-
что обмотка секций якоря и катушек статора выполнена так, что в двухполюсной схеме направление тока и направление поля совпадают (фиг. 1711), т.-е. что обмитки намагни-
Фиг. 1713.
чиваются, как катушки с npai ыи ходом (фиг. 1712 b).
Поле, находящееся в фазе (по времени) с током якоря I, но сдвпвутос в пространстве на известный угол в отно. шепии оси щеток — по..е Фт, возникшее от действия сериесной обмотки (вращающее поле нли поле возбуждеии я), образует вместе с током якоря крутящий момент, достигающий максимальной величины, когда поле якоря и ноле воз-буждения взаимно
J7f>8oo<{bpcn ПрабооФор перпендикулярны. -катушка Натисика Максимальный момент всегда поло-фиг. 1712 а—ь. жителей, по величине пропорционален
Фт 1 • У2 и пульсирует с числом пульсаций, равным двойной периодичности напряжении. Максимальное значение момента в два раза больше средней величины его (фиг. 1713). Иа это необходимо обращать внимание (с механической точки зрения) при исполню '.ании мотора для целей тяги! Величину крутящего момента и число оборотов возможно экономично (без значительных потерь) регулировать в широких пределах изменением напряжения с помощью трансформатора. Число оборотов М'тора увеличивается с уменьшением крутящего момента, т.-е. мотор обладает характеристикой сериесного мотора п особенно приспособлен дли целей тяги и для кранов. Поле возбуждения Фу (фиг. 1714 а) индуцирует в обмотке возбуждения, поле же якоря Фл — в обмотке якоря
1288
v. электротехника.
соответственно напряжения Ет* и Ет , которые так понижают коэффициент мощности, что это простое последовательное соединенно неприменимо иа практике. Кроме того, в обмотке якоря, благодаря вращению якоря в юле возбуждения, возникает еще одно напряжение. Это напряжение ЕБ& находится в фазе (по времени) с нолем возбуждения Фу. Если |ренебречь омическим сопротивлением н напряжением ра'сеяния в отдельных обмотках, то п< лучим векторную диаграмму (фиг. 1714 b), приняв во внимание, что Фх и Фу находятся в фазе (но времени) с ток дм.
(Напряжения, указанные па диаграмме, могут быть измерены между точками, обозначенными числами. Р означает напряжение у клемм, Ек — напряжение вращении, Ет — напряжение трансформации].
Для уничтожения поля якоря <7>х н тем самым напряжения ЕТх возможно воспользоваться ком пенсац ионной обмоткой, соединенной илп пос..едовате.п,но с якорем, как показано па фиг. 1715, или коротко замкнутой подобно фпг. 1716. Для уменьшения напряжения поли возбуждения Ет необходимо выбрать поле возбуждения и число витков возможно малым. Это влечет за собой небольшой воздушный зазор, как в асинхронных моторах,и высокую нагрузку якоря током.
Фпг. 1715 а—Ь.
В моторах постоянного тока напряжение реактанца компенсировано полем дополнительных полюсов (стр. 1224); также и в однофазных моторах возможно использовать дополнительное поле дли уничтожения напряжений, возникающих в секциях коротко, замкнутых щетками.
Эти напряжении следующие;
1.	Напряжение тр а и с ф о р м ац п и, возникающее от поля возбуждения, направленного перпендикулярно к осям щеток. Эго напряжение отстает на 0()J от ноля Фу п от тока мотора.
2.	Напряжение реактайца (напряжение коммутации тока), возникающее от перемены направления тока в секциях якоря, подобное напряжению в моторах постоянного тока (стр. 1223). Это напряжение совпадает по фазе е чоком мотора, так как оно изменяется по синусоиде пропорционально силе тока (по времени).
3.	Напряжение вращения (напряжение коммутации) возникает от вращения проводов коротко замкнутых секций в поле коммутации:
ОЛЕКТРИЧЕСКИВ ГЕ'ПЕРЛТОРЫ И МОТОРЫ.
1289
ото поле должно быть направлено по осям щеток: напряжение вращения совпадает по фазе с полем коммутации, и при простом последовательном соединении совпадает но фазе с током мотора.
Геометрическая сумма этих трех напряжении не должна превосходить дли безыскровой работы 2V (напряжение искрообразован пн). Иными словами, напряжение вращения, если не имеется сопротивлений между секцией в колл< ктором, поглощающих избыток напряжения, должно ура нопсшпвать напряжение реактанца и трансформации до 2V. Если соответствующим выбором разменов частей мотора напряженно трансформации прп всех нагрузках не превышает 2V, то для получения напряжения вращения достаточно поля, возбуждаемого простой обметкой, соединенной последовательно, как иа фпг. 1717. Напряжение трансформации остается прп этом не уравновешенным, так как напряжение вращения находится в фазе с током мотора, напряжение же трансформации перпендикулярно к нпм; напряжение коммутации тока при этой схеме полностью уравновешивается (мотор последовательного соединения). Если напряжение трансформации прп работе больше 2 V, то необходима компенсация ого дополнительным полем, имеющим слагающую, опережающую на УО“ток мотора. Такого рода сдвиг фаз молено получить или параллельным включением сопротивлений (Эр дико и, фиг. 1718), или присоединением дополнительного полюса параллельно к обмоткам мотора (фиг. 1719); Т2—вторичная обмотка трансформатора.
Фиг. 1716.
Фиг. 1717. Фиг. 1718.
Фиг. 1719.
Компенсация напряжения трансформации возможна только при определением режиме работы мотора, если не предполагают во время работы регулировать вспомогательное поле. Регулировка вспомогатпльно1 о поля дает возможность компенсировать напряженно трансформации прп разных режимах работы, но требует сложных переключающих приспособлений. Напряжение трансформации ио может быть компенсировано при неподвижном мот, ре. Это явление весьма существенно и влияет на [течет всех однофазных моторов, предназначенных для пуска в ход с нагрузкой, в особенности же моторов для электрической тяги. Так как серпесиый мотор, в особеи п< сти мотор для тяги, должен сохранить свои свойства — большой вращающий момент прп пуске, го п поле возбуждения должно иметь определенную величину во избежание знпчи-телыюго увеличения токов якоря. Величина же поля возбуждения ограничена напряжением трансформации в короткозамкнутых щетками секциях. Напряжение трансформации для моторов, выполняемых без вышеуказанных сопротивлений, для сколько-нибудь безыскрового пуска
1290
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.	1291
в ход но должно превосходить 3 до 3,3 V. В электровозах допускают иногда искрение щеток при пуске, чтобы иметь дело с большими нолями и потому с меньшими величинами тока, что существенно для распределительного устройства. По и в этом случае максимально допустимо 5V, и то принимая во вн.шаппе редкий пуск в ход. В общем же и в электровозах нс допускают свыше 3,5V. Так как напряжение трансформации прямо пропорционально числу периодов и числу витков между двумя коллекторными пластинами, то в больших моторах (моторы для тяги) выполняют число витков почти всегда равным 1 и число периодов берут возможно малым. Для электрических ж. д. — 162/3 периодов в секунду.
Принимая во внимание число полюсов и число периодов, можно говорить о синхронном числе оборот-ов в однофазных моторах, но, как вытекает нз вышеизложенного, сериесный мотор, в противоположность другим моторам однофазного тока, ничем пе связан с синхронизмом. В общем сериесные моторы работают сверхсинхронно, например: моторы с зубчатой передачей для электрических железных дорог имеют число оборотов в пять раз больше синхронного. Сверхсинхронная работа выгодна и потому, чго при ней моторы имеют высокий коэффициент мощности, близкий к единице.
2. Репульсионный мотор. Можно подвести электрическую мощность к якорю мотора не только непосредственно, как в вышеописанном сериесном моторе, но также, используя свойства переменного тока транефт рматорным действием от статора, играющего роль первичной мотора замкнуты тогда накоротко (Т о м с о и).
Крутящий момент мотора зависит от угла сдвига щеток а. Если угол а — 90°, тс действие трансформации и ток якоря равны О, действие поля возбуждения достигает максимальной величины и крутящий момент равен О. Если угол я = О, то трансформаторное действие и ток якоря достигают максимальной величины, но действие поля возбуждения равно О и момент снова равен 0. Между этими двумя положениями
щеток, примерно при угле а—от 6 до 10°, находится максимальное значение момента. Для номинального режима работы угол а равен от 14 до 22°, смотря по конструкции мотора. В общем поле статора можно разложить на две составляющие: одну в направлении осей щеток, поле трансформации, другую в направлении, перпендикулярном к первой — поле возбуждения. Репульсионный мотор пускается в ход и регулируется сдвигом щеток. Вследствие этого отпадает необходимость в аппаратах для пуска в ход и регулировки. Дальнейшее преимущество мотора: статор совершенно не связав с ротором, поэтому возможно выполнять статор для высокого напряжения. Обмотку статора возможно действительно разделить на две, сдвинутые электрически иа 90° обмотки (фиг. 1721й). (Репульсионный мотор Аткиисоиа).
х) На этой ь следующих фигурах стоят	вместо lj к Zr
При неподвижном моторе рабочая обмотка статора и короткозамкнутый якорь представляют трансформатор, замкнутый накоротко. Фг равно тогда 0 (предполагая магнитный поток без рассеяния) и также равно 0 напряжение у клемм рабочей обмотки. Ток Д = 12 (при нере-даточном числе 1 : 1) при нормальном напряжении у клемм будет
недопустимо велик.
При пуске, от влияния поля Фх в обмотке якоря наводится напряжение вращения Ек в ноле Фу, и фазе (пренебрегая омическим падением напряжения I2 с напряжением трансформации Ет^. Соответ
ственно этому напряжению вращения образуется поле Фх, перпендикулярное по времени и пространству полю Ф,г С возрастанием поля Фх увеличивается напряжение у клемм рабочей' обмотки и ток уменьшается.
При работе наводятся следующие, соответственно слагающиеся
напряжения, в секциях, коротко замкнутых щетками, такие же, как и при работе сериесного мотора, а именно:
1.	Напряжение трансформации от поля Фу,
2.	Реактивное напряжение (напряжение от перемена направления тока) коммутации,
3.	Напряжение вращения, от вращения коротко замкнутой секции якоря в поле Фх.
В остальной обмотке якоря, замкнутой накоротко щетками, наводятся
напряжения:
1. Напряжение трансформации Ет^ от поля Ф>х,
2. Напряжение вращения Ев от поля Фэ.
Напряжение трансформации Ет и напряжение вращения Е%
X	уЪ
взаимно уравновешиваясь, дают слагающую, соответствующую омическому падению напряжения тока 12. Ток Д вместе с полем возбуждения Фу образует крутящий момент (фиг. 1721). , При вращении мотора рабочая обмотка, вместе с коротко \	1
замкнутой обмоткой якеря, образует не коротко- А р замкнутый трансформатор, как при неподвижном \ моторе, но трансформатор в работе (нагруженный). V L \ Как и при работающем трансформаторе (стр. 1310), Д слагаются первичные AW (рабочая обмотка), которым соответствовало бы ноле Фь и вторичные AW (обмотки IIV?-якоря), которым соответствовало бы поле Ф2, и дают ч] \\ результирующие AW, создающие общее поле Ф^.. Это поле наводит в рабочей обмотке Э.Д.С., равную прило- -VVL. А ? женному к обмотке напряжению (фиг. 1722). В фазе
с A4V рабочей обмотки, так как обе обмотки соединены Фиг. 1722. последовательно, находятся также AW обмотки возбу-
ждения и следовательно поле возбужденпя Ф„. Итак, поля Фл и Ф?/ сдвн» нуты но времени на 90° друг от друга. Так как они в пространстве также сдвинуты на 90°, то они образуют вращающееся поле в общем случае эллиптическое, так как поля Фх и Фу неравны между собой.
Отношение величин обоих полей получаются из следующего:
1292
V. 8ЛККТР0ТЕХПИКА.
Напряжение трансформации;
^ = 4,44 fmf (z:4a) Фх 1(Г* Напряжение вращения;
ERj/ = (рп/а 60) z (1: W) Фу 10~8 V.
если обмотка равномерно распределена по окружности, равно:
2 : it, 4,44 = (2 it: /2 )•
Если пренебречь омическим падением, напряжение Ет% должно быть равным Еп^, р п отсюда — •— г а 60
Ф„ о 2п — ” Ю~8 =---
/2
2	„ z о Ф- рп
— - г -  —  f — Ф 10 8 и след. — =-----
V2 л 4а	Фу 60f
п-0
n-2rta
Фиг. 1723 a—d.
В работе при крутящего момента Та возрастает п

Обозначим ns — синхронное число оборотов (стр. 1290) и тогда:
f = (pns: 60); (Фх : Фу) = (п: ns).
Если п = 0 (неподвижный мотор), тогда (ср. фнг. 1723) <1>х — 0 (см. выше) подобно коротко замкнутому трансформатору (а).
Если п ns (чпсло < б >ротов мотора меньше синхронного) Фх<^Ф>у, эллиптическое поле (!»).
Если п — и, (число оборотов равно синхронному) Фд. = Фу, круглое поле (с).
Если п > (число оборотов мотора больше синхронного) Ф.г > Фу, эллиптическое поле (б).
Если мотор пустить и ход прп постоянном поле возбуждения Фу, то поперечное поле Фх увеличивается пропорционально числу оборотов. Поле возбуждения можно иметь постоянным, если держать постоянным ток мотора, меняя напряжение у клемм, постоянном напряжении у клемм прп увеличении необходимо должно увеличиваться произведение Фу1%. вместе с ним возрастает также вследствие
этого возрастает и Фу до тех пор, пока произведение Ф;/А2 достигнет величины, соответствующей новому крутящему моменту. С возрастанием Фу увеличивается Ег и уменьшается Ет% при постоянном напряжении у клемм, и как следствие уменьшается Ф3.. Меньшей величине Ет^ соответствует меньшее значение Ед , получаемое в более сильном поле Ф9 и при меньшем числе оборотов. Таким образом, большему моменту соответствует меньшее число оборотов. Репульсионный мотор обладает характеристикой сериесного мотора.
Отношение величин обоих полей Фх и Фу играет решающее значение при явлениях, происходящих и секциях, замкнутых накоротко щетками, в которых имеет место коммутация. Если отвлечься от реактивного напряжения, которое не компенсируется, то поле возбуждения Фу
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1298
наводит в коротко замкнутой секции с w — витками, так яге, как и в сериесном моторе, напряжение трансформации:
еу = 4,41 fw Фу 10—8 = (2п : У2 ) (pns : 60) iv Фу 10“8 V = cns Фу.
Поле <ФХ наводит в этой же секции напряжение вращения:
ед = (2л : У"2 ) (рп : 60) w Фх 10~8 V = с п Фх.
Напряжение вращения компенсирует напряжение трансформации только при соотношении:
п : ns = Фу : Фх.
Отношение же этих полей согласно вышеприведенному выводу равно: и : п„ = Фх : Фу.
Вследствие этого напряжение вращения уравновешивает напряжение трансформации только тогда, когда Фх= (фу и также п = ns, т.-е при синхронной работе.
Если мотор работает при числе оборотов, меньшем синхронных, то напряжение трансформации можно регулировать почиженчом потока возбуждения Фу При работе же мотора с числом оборотсв. большим синхронных, достичь такого результата с напряжением вращения невозможно. Поэтому при работе мотора с числом оборотов, большим синхронных» неукомпснсировапне напряжения искрообразованпя е# — ег—eR очень быстро возрастает.
Репульсаоиныа м от о р на основании вышеизложенного ие монет иметь числа оборотов выше синхронных—значительная невыгода в сравнении с сериесным мотором. Как мотор для электрических ж. д., репульсионный мотор не может быть применен, так как при малом числе периодов 16%, он должен был бы быть выполнен с малым числом полюсов.
Для больших же чисел периодов репульсионный мотор, вследствие чрезвычайно простого пуска в ход, регулирования числа оборотов и перемены направления вращения простым передвижением щеток, нашел большое применение для различных целей. Перемена направления вращения достигается передвижением щеток в обратном направлении. Невыгоден в репульсионном моторе малый коэффициент мощности, который имеет место даже при работе с синхронным числом оборотов.
Репульсионный мотор с двойным числом щеток — мотор Дэри (исполняемый фирмой Броун-Боверп)— имеет те же свойства, что и нормальный репульсионный мотор (фпг. 1724). Так же, как и нормальный мотор, мотор Дэри может быть выполнен на высокое напряжение, так как ротор совершенно независим от статора. Так же как и нормальный мотор, мотор Дэри молено легко пускать в ход, регулировать число оборотов и изменять направление его вращения простым передвижением щеток, по как п нормальный репульсионный мотор, мотор Дэри не может иметь числа оборотов свыше синхронного.
Компенсированный репульсионный мотор (системы Винтер-Эйх-б е р г) имеет в настоящее время только исторический интерес.
1204
Г. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
[AAV — возбуждения были расположены на якоре. В остальном схема мотора Винтер-Эйхберга соответствовала схеме репульсионного мотора. Возбуждение от якоря имело место с помощью особых щеток
возбуждения, через которые ток возбуждения подводился к якорю, соединенпому последовательно с рабочей обмоткой (фиг. 1725).
Если применить трансформатор напряжения (фиг. 1726), то можно и в этом случае иметь статор независимым от ротора и, таким образом, вывод пять статор
Фиг. 1726.
Ф якоря
#'иг. 1724.	Фиг. 1725.
1—подвижные щетки, 2—неподвижные щетки, 3—Ф возбуждения.
на высокое напряжение. Мотор Винтер - Э их бер га, обладающий свойствами репульсионного, не может иметь числа оборотов выше синхронных и неприменим для целей электрической тяги ввиду низкого числа периодов последней. В прежнее время этот мотор применялся при большом числе периодов для разных случаев, где требовалась характеристика сериесного мотора].
3. Сериесно-репульсионный мотор (мотор двойного и и т а н и я). В сериесном моторе вся электрическая мощность подводится к якорю непосредственно. В репульсионном моторе вся электрическая мощность передается якорю трансформаторным действием. В моторе двойного питания часть мощности подводится к якорю непосредственно, другая же часть передается трансформаторным действием. Цель двойного питания состоит в том, чтобы установить соотношение величины полей в направлении пространственных осей X иУ полей Ф3. и Фу таким и во времени влиять на поле в направлении оси X так, чтобы при коммутации в секции, находящейся в рабочей оси, напряжение вращения от поля Ф,. уравновешивало напряжение трансформации от ноля Ф?/ не только при синхронной работе мотора, но и при всевозможных оборотах его. Выше, при исследовании репульсионного мотора, было выведено необходимое для такой компенсации соотношение величии нолей: оно должно быть
Фу '	==
Из этого условия вытекает, что при работе с числом оборотов, меньшим синхронных, поле возбуждения должно быть ослаблено, рабочее же поле Фг должно быть усилено. Прн работе с числом оборотов, большим синхронных, следует, наоборот, усилить поле возбуждения и ослабить поле Ф^.
ЗЛППТИЧЛСКИИ ГЯНВРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1295
Двойное питание можно выполнить, напр., по схемам фиг. 1727 и 1728 с помощью разделения суммарного напряжения Р (напряжение у клемм) иа два напряжения, приложенные к якорю и рабочей обмотке в известном соотношении, так что при работе с числом оборотов, большим синхронного, получается необходимое соотношение величин ноля в направлении обеих пространственных осей (это соотношение следует установить в зависимости от числа оборотов).
При этом соединении поле в направлении оси X также и по времени обладает соответствующей фазой, так как витки рабочей обмотки в направлении оси X и витки якоря образуют друг с другом как бы трансформаторе рабочем состоянии (при нагрузке, см. (стр. 1292). Поле Фг, общее тем и другим виткам, имеет сдвиг в 9(>° по времени в отношении тока, так же. как и наводимое в коротко замкнутой, коммутирующей секции напряжение вращения. Поэтому напряжения в этой секции е Е ив}, примерно, совпадают во времени по фазе.
ж у
Если на фиг. 1727 точки Б и А совпадут, то мы получим сериесный мотор с короткозамкнутой компенсационной обмоткой (стр. 1288). Поле Ф;с компенсируется при всех числах оборотов. Если на фиг. 1728 точка В совпадает с С. то получим репульсионный мотор (стр. 1293). Поле тогда возрастает при увеличении числа оборотов,так что при синхронном число оборотов становится равным полю Ф„ (круговое поле). При этом соединении (репульсионный мотор)при числе оборотов, большем синхронных, поле Фх очень скорс увеличивается, так что напряжение вращения е „ и поле Ф„ становится X
больше, чем напряжение трансформации е т в поле Фж (стр. 1293). Пере-у
движением точки В от точки С, при синхронизме до точки А, при числе
оборотов, большем синхронных, можно установить по желанию соотношение полей Фу: Фз; = п: ns. Таким образом двойное питание дает возможность
компенсировать напряжение трансформации в коммутирующей секции так же и при числе оборотов, большем синхронного. Необходимое усиление поля Ф.г причпеле оборотов,меньшем синхронного, можно было бы получить, передвигая точку В за точку С направо, как указано, напр., на фиг. 1729. Можно достичь тех же результатов и не передвигая точки С, но меняя место точЧЕ g
и С. как указано на ф»г 1730, так как важно соотношение полей. Безыскровой коммутации можно также достигнуть, как и при сериес-
ном и репульсионном моторе, ослабляя Ф^ понижением напряжения питания, в особенности при пуске в ход.
Общее поле Ф.г. расположенное в пространстве по направлению осп X, сдвинуто в репульсионном моторе во времени на 90° по «иошеишо поля Фу. Это поде по времени совпадает с направлением
290
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
оси X. Двойным питанием можно его сдвинуть на больший или меньший угол в отношении оси X. Этот сдвиг может иметь такую величину, что две слагающие поля, совпадающие по времени с осями I	.	X и Y, получают такое значение,	что в короткозамк-
\	f .	нутой секции компенсируется не	только напряжение
V	/	трансформации, по и напряжение	коммутации, сдви-
\	д	нутое на 90° в отношении напряжения трансфор-
мации.
\ . Упрощенная диаграмма двойного питания по JhzA-фиг. 1727. если пренебречь омическим и иидуктив-ным сопротивлением, изображена на фпг. 1731.
/Д\] Напряжения Et и Е% совпадают по фазе, так как они наводятся одним и тем же потоком. Напряжение
I ’к уравновешивается напряженном т ран с фо р-I Ст Ал1 мации Ет от общего ноля Фа. и напряжением рас-у'	х
сеяния статора Es от поля рассеяния статора Ф8.
Ет отстает на 90° от поля Ф^. Es отстает на 90°
Фпг. 1731. от фцду тока Напряжение Е2 уравновешивается следующим образом:
1.	'Гем же указанным выше напряжением трапе форм а-ции , наводимым полем Фж в обмотке якоря. Величина напряжения X
трансформации при передаточном числе 1:1 та же, что и раньше.
2.	Напряжением трансформации Ет, наводимым полем Фу в • обмотке возбуждения. Это напряжение отстает на 90° от ПОЛЯ фр.
3.	Напряжением вращения ER , наводимым полем Фр в обмотке якоря. Это напряжение при левом вращопии противоположно по фазе полю Фр. Ток 1> совпадает по фазе с полем Ф(/. Векториальная сумма Z2-j_Zf = Z1. Соединение к В дает ток намагничивания 1С для поля Фж. Тс совпадает по фазе с полем Ф.с> которое по времени сдвинуто иа 90° в отношении наводимого им напряжения Ет в рабочей обмотка
Общее поле Фа можно разложить на слагающую в направлении Za для компенсации реактивного напряжения в короткозамкнутой секции и на другую слагающую, перпендикулярную к первой, для компенсации напряжения трансформации в той же секции. При необходимости возможно, напр., включением дроссельной катушки в соединение к В так повернуть направление поля Ф^, что и реактивное напряжение будет компенсировано при всех числах оборотов. Необходимую величину поля можно получить передвижением точки В.
Вынужденное при помощи двойного питания распределение обоих полей и пространстве по осям X и Y для получения б е з-искровой коммутации при различных числах оборотов и сравнение этих полей с самоустапавливающимися полями в направлении тех же осей прп репульсионном моторе схематически представлено на фиг. 1732 в предположении, что величина поля возбуждения ио всех
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1297
случаях одинакова (Dory, Einphasenbahnmotoren, Vieweg & Sohn), фицпент мощности при двойном питании иаилучший, так же,
Коэф-как и
в сериесном моторе, при числе оборотов, иа много большем, чем синхронные, и наихудшнй же — при числе оборотов, меньшем с и н-
х р о н н о г о. Особенно плохой коэффициент мощности при пуске в ход. В репульсионных моторах коэффициент мощности изменяется в противоположном направлении. Поэтому было бы целесообразно большие моторы (для электрической тяги)
пускать в ход, как репульсионные моторы, затем с увеличением числа оборотов перейти к двойному питанию и, наконец, работать ими в качестве сериесного мотора. В практике редко пользуются такой схемой, так как распределительное устройство получается слишком сложным.

с) Действие коллекторных моторов трехфазного тока.
Коллекторные машины трехфазного тока являются также возбудителями трехфазного тока (стр. 1281). Трехфазные коллекторные моторы и являются до известной степени компенсированными асинхронными моторами (стр. 1282).
1.	Трехфазный сериесный мотор. В статоре синхронного мотора (стр. 1267) три фазы трехфазного тока создают, как известно, вращающееся поле. Относительная скорость поля ротора синхронного мотора по отношению к полю статора при работе равна 0.
В якоре постоянного тока одноякорного преобразователя (стр. 1322) трехфазный ток, подводимый к нкорю с помощью кольцевого коллектора, создает также вращающееся поле. Это поле при неподвижном якоре вращается с синхронным числом оборотов. Если якорь вращается, картина распределения токов в якоре, вращается также. Поэтому в случае вращения якоря с синхронным числом оборотов п противоположную сторону вращающееся поле неподвижно в пространстве. Его относительная скорость по отношению к неподвижному полю возбуждения равна 0 (при работе).
В якоре трехфазного коллекторного мотора типа постяниого тока, питаемого трехфазныы током с помощью трех щеток, отстоящих друг от друга на 120°, возникает при неподвижном якоре поле, вращающееся со скоростью, соответствующей синхронному числу
1298	V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.
оборотов. Так как из-за коллектора картина распределения токов в пространстве и, как следствие, поле независимы от числа оборотов, то это поле, вращающееся с синхронной скоростью,остается независимым от числа оборотов и направления вращения якоря. Направление вращения поля зависит от последовательности подвода максимума тока к щет-।	кам. Направление вращения якоря может быть
I	обратное направлению вращения поля.
1	В трехфазном коллекторном сериесном
I	моторе 1) подобный якорь типа постоянного
J	тока вращается в статоре трехфазного тока.
Ток к обмотке якоря подводится через об-- ( ' Jfмотку статора (последовательное соединение, fUjj фиг. 1733). Такой мотор с неподвижными щет-
У'	ками и дополнительными полюсами находит
' у/	. применение при небольшом переменном числе
периодов в аггрегатах для регулировки
Фиг. 1733.	(стр. 12РО): если применить подвижные щетки
и обойтись без дополнительных полюсов, то мотор применяется для привода машин, где требуется регулирование числа оборотов от О до 1,3 спхроиных оборотов.
Поля статора и ротора вращаются в одну сторону с синхронным числом оборотов независимо от направления вращения п числа оборотов якоря. Относительная скорость полей статора и ротора равна 0. Сдвиг этих нолей в пространстве ио отношению друг к другу зависит от положения щеток. Передвигая щетки, можно просто менять взаимное расположение полей. При этом возможны два основные случая:
1. Положение короткого замыкания. Щетки в нулевом положении. Угол а = о. Ротор и статор включены друг против друга. Общее поле ис может образоваться, так как поля статора и ротора взаимно уничтожаются. Обе обмоткп, если пренебречь рассеянием, представляют собой в этом случае только омические сопротивления. Крутящий момент равен О.
2. Положение холостого хода. Щетки сдвпяуты на 180°. Угол а = 180°. Статор и ротор включены в одном направлении. Обе обмотки представляют собой дроссельную катушку. Крутящий момент равен О.
Крутящий момент, при положении щеток между двумя вышеуказанными не равен нулю и при постоянной величине тока пропорционален синусу угла а. Направление вращения якоря зависит от нанравл с н пя сдвига щеток независимо от направления вращения вращающегося поля (возможно вращение якоря и против вращения поля, см. строку 6 св.). Практически якорь должен все-таки при бэльшгм числе олдртгэв вращдгьзя в пл. ip мнении вращения ноля так как в против том случае птлучются о юиь шохая кмыутацтя и слишком ботьшиз потери в жетезэ. Йвпчу при изменении направления вращения необходимо, кроме сдвига щ:ток, пороклюлигь еще файл. Коллекторный млтор трехфлзного тока, так ясе, как и репульсионный мото
') Rud е nil erg, ETZ, 1910, S. 1181.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1299
можно пускать и ход и регулировать числа оборотов без потери с помощью сдвига щеток. Схема мотора в общем виде представлена на фиг. 1734.
Статор соединен в звезду, ротор—в треугольник. Передаточное число обмоток равно 1:1. При этом соединении число витков в роторе должно быть в 3 больше, чем в статоре. Кроме того, коэффициент обмотки в статоре лучше, чем в роторе, так что ротор должен иметь еще некоторое добавочное число витков для компенсирования коэффициента обмотки. Если ток ротора 1L, то ток статора Is = IL У 3. Сдвиг фаз по вре-
Для большем простоты >) возможно применить упрощенную схему (фнг. 1735) с соединением ротора в звезду и с одинаковым числом витков, одинаковыми коэффициентами обмотки и прп совпадении по фазе токов статора и ротора. При этой схеме при угле сдвига а получается
пространственная диаграма ампер-витков, пли при равенстве витков—
пространственная диаграмма токов согласно фиг. 173(>а.
Ампер-витки в роторе и статоре
создают результирующее поле Ф согласно фиг. 173бЬ (положение в пространстве!). Если предположить, что ток и поле изменяются по синусоиде, можно рассматривать фигуры 1736 а и Ь, как векторные диаграммы (в пространстве). Так как поле О
Фиг. 1737. соответствует точке максимального Фиг. 1738. тока (фиг. 1737) и обратно, ток
и соответствующее поле находятся под углом н 90° по отношению друг к другу (в пространстве), то, как следствие, под таким же углом результирующее поле Ф н ток 1^. По времени Is, IL, и Ф совладают по фазе! Ф^ и Ф£ — фиктивные поля.
Из этих диаграмм поля и ампер-витков можно вывести направление вращения якоря. Па фиг. 1736 щетки сдвинуты по отношению к статору налево. Из положения токов и полей следует, что должно быть вращение в левую сторону ' (правило левой руки!). В фиг. 1738 щетки сдвинуты по отношению к статору направо. Из положения токов и полей следует, что вращение должио быть в правую сторону (правило правой руки!)-
*) ETZ, 1910, S. 1181.
82*
1300
V. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Итак независимо от направления вращения поля: направление вращения якоря зависит от направления сдвига щеток.
Если угол о = 0, то общее поле Ф также равно 0, так как ток = 0 — положение короткого замыкания.
Если угол а = 180°, то общему полю соответствует ток 1 = 27, приведенный к виткам статора и мы имеем положение холостого хода.
Вращающееся с синхронным числом оборотов общее поло Ф наводит при сдвиге щеток на угол а в обеих обмотках напряжения, сдвинутые по отношению друг к другу во времени на угол а. Этот сдвиг происходит оттого, что независимо от числа оборотов якоря сдвиг щеток на угол а сдвигает трехфазную обмотку якоря на этот же угол а по отношению к обмотке статора. Оба напряжения — напряжение якоря EL и напряжение статора Es в сумме (если пренебречь омическим и индуктивным падением напряжения в обеих обмотках)—уравновешивают напряжение у клемм, т.-е. Р = Es ф EL. Эта компенсация происходит при сдвиге напряжений Es и EL па угол а между собой. Отношение величин напряжений изменяется в зависимости от переменной относительной скорости при переменном числе оборотов, между общим полем Ф и наводимым в проводах якоря. Если якорь неподвижен, или число оборотов равно двойному синхронному, напряжения, наводимые полем Ф в якоре и статоре, равны между собой (фнг. 1739). При синхронизме напряжение якоря Ег = О,
напряжение статора Es = Р. Геометрическое место концов векторов двух напряжений, сдвинутых между собой на угол айв сумме дающих напряжение Р, есть окружность, построенная на хорде, равной Р, при вписанном угле, равном а. Таким образом угол, заключенный между напряжениями якоря и статора Ег и Es, всегда будет а. Так как токи находятся в фазе (по времени) между собой и с результирующим полем Ф, то ток I отстает от напряжения статора на угол ’/га и опережает .. , л..^ние яко^я El также на угол */з а. Прн неподвижном якоре ток отстает на 80° от напряжения у клемм (фиг. 17.1:>), при синхронном чвеле оборотов отстает на угол */2 а; при числе оборотов, равном двойному синхронному, ток и напряжение у клемм в фазе, т.-е. сов ср = 1.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ И МОТОРЫ.
1301
При числе оборотов от синхронного до двойного синхронного COS ср изменяется от cos до 1. Таким образом cos ср имеет большое значение, так как угол а при работе равен, примерно, 30° (cos 15° = 0,966) При числе оборотов, большем двойного синхронного, трехфазный коллекторный мотор может отдавать в сеть намагничивающий ток. Если якорь мотора вращать внешней силой в направлении, обратном его вращению, то мотор работает генератором независимо от направления вращения вращающегося поля.
Из геометрических соотношений диаграммы напряжений (по времени) (фиг. 1739) молено вывести, что вращающий момент, если пренебречь
^ = си^Ф; = с(ns. — п)Ф; n-.ns-= 1—(El:Es).
Нафиг. 1740 изображены значения кривой крутящих моментов для нормального сдвига щеток (30°). Как видно, мотор имеет ясно выраженную сериесную характеристику. С удлинением вращающего момента до определенного максимального значения число оборотов мотора падает. После достижения максимальной величины вращающий момент уменьшается, но число оборотов мотора продолжает понижаться. Мотор имеет предел устойчивости, прн повышении которого мотор останавливается подобно асинхронному мотору, останавливающемуся, если момент сопротнвяеия превышает максимальный момент мотора. Сдвиг щеток а при работе зависит от требуемого режима работы — способности к перегрузке, вращающего момента при пуске и т. п. Так как при работе с си гхронным числом оборотов потери в железе равны О, то следует стре-мыт .ся, по иозможности, к зтому режиму работы. Расчет моторов см. 1111-den berg, ETZ, 1920, S. 265- Характеристические кривые см. стр. 1305.
На фнг. 1741 изображена схема соединения трехфазного сериесного мотора с промежуточным трансформатором и двойным числом щеток 2) 1) На фиг. 1/40 вместо обозначения -О/2?тах (внутри кривой!) следует поставить
г) ETZ 1012. S. 473.