/
Автор: Гетовъ Г.М.
Теги: електротехника електричество електроника електрическо оборудване микроелектроника
Год: 1943
Текст
Д-ръ Ел.-инженеръ ГЕОРГИ М. ГЕТОВЪ
ПЪЛЕНЪ КУРСЪ
ПО
ЕЛЕКТРОТЕХНИКА
Части: I — Обща електротехника; II — Електри-чески измЪрвания; III — Електрически машини; IV -- Електрическо осветление; V — Електрически разпредЪлителни мрежи и далекопроводи.
Съ 326 фигури, 30 таблицы и 140 решены задачи въ текста
пловдивъ ПЕЧНТНИЦН ИВННЪ Г; ионовъ 19 4 3
В С И Ч К И П Р Н В R 3 R П Н 3 Е Н И.
СЪДЪРЖЯНИЕ:
ПРЕДГОВОРЪ.
Часть I — Общэ електротехника.
I. Магг<итизъмъ.
Стр.
1. Магнити.............................................. 9
2. Законъ на Кулонъ....................................... 9
3. Магнитно силово поле. Магн. потокъ................... 10
4. Магнитна ^индукция . . .‘¥. ...... ............... 12
5. Магнитна проникваемость............................... 13
6. Магнитенъ потенциалъ. Магнитодвиж^ща сила ... 15
7. Обяснение иа магнитизирйнето ... 16
8. Остатъченъ магнитизъмъ ... . . . 18
9. Земенъ магнитизъмъ................... ... 2g
10. Повдигателна сила на магнититЕ ... .... 21
11. Направа и пазене на магнититЕ.......................... 21
12. Решени задачи......................... ... . . 22
II. Електричество.
13. Основни явления. Статическо електричество. Законъ на Кулонъ 23
14. Електрическо силово поле. Електрост. индукция................ 24
15. Напрежение. Потенциалъ. Токъ..................... .... 26
16. Електронна теория......................... . . • 30
17. Нтмосферно електричество . . ....................... 33
18. Електростатически капацитетъ..................... ... 34
19. Конденсатори ................................................ 35
20. Решени задачи ............................................... 41
III. Постояненъ токъ.
21. Електрически токъ.................................... 43
22. Законъ на Омъ за пост. токъ. Падение на напрежение . . 45
23. Съпротивление на проводницитЕ ............. .... 50
24 Единици за измЕрване съпротивление, напрежение и сила на токъ 54
25. Принципи на Кирхофъ ........................... . . 55
26. Мощность на пост. токъ. Работа . .... . . 59
27. Законъ на Джаулъ ................................ .... 62
28, Добиване на пост, токъ Галванически елементи , . . . 66
29. Галванически елементи Лекланше....................' . 71
30. Лкумулатори -.............................................. 7ч
31. Пазене и подържане на акумулаторитЕ.......................... 79
32. Електролиза. Закони на Фарадей............................... 85
33. Галванопластика ........ ........... 87
34 Решени задачи ................... . ........... 90
IV. Електромагнитизъмъ.
35. Магнитно поле, възбудено отъ електрически токъ .... 102
36. Магнитни вериги............................................. 104
37. Електромагнити. Приложението имъ................... . . 107
38 Свръзка между електричество и магнитизъмъ. Законъ на Лапласъ 111
4
39. Електромагнитна индукция, Законъ на Ленцъ...................ИЗ
40. Ел. двигат. сила на спирала, която се върти въ однородно магнитно поле . , . . . , . , ..... 118
41. Токове на Фуко............... . .............. 120
42. Взаимоиндукция .... ,.......... ... 121
43 Самоиндукция................................. 124
44. Работа при възбуждане на магн. поле. Енергия на магн. поле 128
45. Решени задачи 130
V. Електродинамизъмъ.
46. Взаимодействие между токъ и магнитно силово поле . . . 134
47. Спирала, по която тече токъ, въ магнитно поле ..... 135
48 Увличане на проводникъ отъ магнитно пэле ........136
49. Взаимодействие между токове , ......... .... 136
50. Решени задачи . . .........................................137
VI. Пром'Ьнливъ токъ.
51 Основни понятия ...................... . . . 139
52 Фаза и разлика въ фазитЬ . ........................ 141
53. СрЪдни и ефективни стойности. Събиране на промЪнливитЪ величини . ............................. 143
54. Несинусоидални промЪнливи величини.........................145
55. Законъ~на Омъ за промЪнливия токъ....................... - 146
56. Вериги за пром, токъ ...............................15
57. Еднофазни и трифазни електрически системи ...... 156
58 Мощность и работа на пром, токъ........................... 160
59. Коженъ ефектъ (скинъ ефектъ)...............................164
60. Решени задачи................... . • ...... 165
Часть II. — Електрически измЪрвания.
VII. Единици за изм-Ерване.
61 ИзмЪрителни системи. Размерности...........................173
62. Геометрични и маханически измЪрителни величини .... 174
63. Магнитки и електрически величини............. ’ . . 175
64. Практическа изм^рителна система.......- . ... 177
VIII. ИзмЪрителни инструмента.
65 Устройство на измЪрителнитЪ инструмента....................179
66. Видове инструмента................................. . 180
67. Качества на измЪр. инструменти........................ ... 181
68. Измерване сила на електр. токъ . . ’.......................181
69. ИзмЬрване на напрежение.................................. 186
70. ИзмЪрване на съпротивления................................189
71. Измерване на мощность.................... . . . . 192
72. Измерване на работа...................................... 195
73 Измерване на капацитетъ и самоиндукция....................197
74. Измерване коефициента на мощностьта и честотата .... 199
75. Решени задачи............................................ 200
Часть III. — Електрически машини.
IX. — Динамомашини за пранъ токъ.
76. Общи сведения за електр. машини........................... 205
77. Общо устройство на една динамомашина.......................206
5
78. Устройство на статора; видове динамомашини споредъ въз-буждането . . . . ........207
79. Устройство на ротора и колектора ......................210
80. Е. д. сила и коефициенть на полезно действие на динамома-шинитЕ . .................................215
81. Противодействие (реакция) на котвата .............. . 218
82. Искруване (комутация) въ четкитЕ .......... . , 220
83. Спомагателни полюси и намотки . ...... 221
84. Характеристики на динамомашинитЕ ......................223
85 Динамомашини съ независимо (чуждо) възбуждане ... 224
86. Динамомашини съ паралелно възбуждане...................227
87. Динамомашини съ последователно възбуждане..............229
88. Динамомашини съ смЕсено вьзбуждане . ..................229
89. Съединяване за съвмЕстна работа . . ............230
90 Повреди и п правки на динамомашинитЕ ... . . 232
X. — Електромотори за правъ токъ.
91. Принципъ. Устройство. Посока на въртене. Реакция на ротора 236
92 Противо е д. сила Мощное,ь. Коефициенть на полезно действие 238
93. Въртеливъ моментъ. Изменение броя на оборотитЕ. Характеристики . .............................239
94. Електродвигатели съ последователно възбуждане .... 241
95. Електродвигатели съ паралелно възбуждане...............243
96, Електродвигатели съ смЕсено (компаунцъ) възбуждане. Свръз-Eatie на е ектрош И|атез из Е . -..........................245
97. Електрически спирачки на електродвигателитЕ . . . 246
98. Пускови реостати (анласери)............................247
99. ПресмЕтане мощностьта на електродвигателитЕ ..... 249
100. Повреди и отстранението имъ ..........................251
XI. — Млтернатори.
101. Устройство на алтернаторитЕ ..........................254
102. Устройство на ротора ... . . . •..................255
103. Устройство на статора............................... 259
104. Е. д. сила на алтернаторитЕ...........................262
105. Реакция на котвата. Синхронизъмъ .....................263
206. Характеристики. Регулиране............................265
107. Мощность. Коефициенть на полезно действие.............268
108. Свръзване за паралелна работа.........................269
109. Повреди и поправки....................................271
110. УпотрЕба............................................. 273
XII. — Електродвигетели за промЪнливъ токъ.
111 Видове ел. двигатели за промЕнливъ токъ . . . . . 274
Синхронии електродвигатели.
11 ’. Принципъ. Диаграма................................ 274
113. Пускане въ действие. УпотрЕба .... .... 277
Дсинхронни електродвигатели.
114. Принципъ . . ........................ ... 279
115. Устройство ... 281
116. Скорость. Плъзгане.................................. 283
117. Диаграма на асинхр. ел. двигатель ...... 284
118. Въртеливъ моментъ ....................................286
119. Пускане въ действие. Регулиране оборотитЕ.............288
6
120. Мощность. Коефициентъ на'полезгю’'действие..............290
121. Характеристики. УпотрЪба.............................. 291
122. Еднофазни асинхронни електродвигатели ..................293
123. Повреди и поправки ................................... 294
Кол е кторн и електродвигатели.
124. Серийни колекторни ел. двигатели ............... . . » 296
125. Репулсивни колекторни електродвигатели..................298
XIII. — Трансформатори.
126. Принципъ.............................................. 301
127. Устройство .............................................302
128. Диаграма на идеаленъ трансформаторъ; токъ на намагнитизиране 304
129 Диаграма на обикновенъ трансформаторъ...................306
130 Мощность и коефициентъ на полезно действие .... 308
131. Специални трансформатори ............................ 308
132. Свръзване на трансформаторитЪ за успоредна работа • • • 310
133. Изчисление на трансформаторитЪ......................... 312
134 Проби и обслужване на трансформаторигК..................315
XIV. — Токоизправители.
135. Моторгенератори ....................................... 318
136. Еднокотвени конвертисьори............................. 319
137. Каскадни умформери..................................... 321
138. Конвертисьори за пост, токъ............................ 322
139 Електролитни и сухи токоизправители . ................. 323
140. Лампови токоизправители.................................325
141. Живачни токоизправители.................................327
XV. — Решени задачи.
142. Машини за пост, токъ ......................... . . . 330
143. Машини за пром, токъ . . . , -........................ 332
Часть IV. Електрическо осветление.
XVI. — СвЪтлина. Фотометрични величини.
144. Сущность на свЪтлината.......................- . 335
145. Топла и студена свЪтлина............• ...... 336
146. Свойства на свЪтлината ...........337
147- ИзмЪрване на свЪтлината. Фотометрични величини .... 338
148. ФотомЪри....................................... . 342
XVII. Източници на свЪтлина.
149. Излжчване отъ натоплени тЪла................. . . 345
150. Специфиченъ разходъ на едно св’Ьтяще т-Ьло ...... 346
151, Видове електрически лампи ..... . -.................346
152. Лампи съ нажежена жичка................... . . 347
153. Джгови лампи..................... ... .... 350
154. Лампи съ разреденъ газъ (моорова свЪтлина) ...... 354
155. Рефлектори. Абажури. Глобу си.......................356
XVIII. Изчисление на електр. осветление.
156. Условия за добро осветление ... ...............359
157. Системи за осветление . . . . -.....................361
7
158. Местоположение и брой на лампигк......................362
159- Пресметане мощностьта на лампитЬ ...... ... 363
160. Улично осветление .... -..............................368
161. Осветление на помещения...............................371
XIX. Инсталационни метериали.
162. Общи сведения.........................................372
163. Включвателни апарати..................................372
164. Инсталационни прекжсвачи . ............... 373
165 Проводници ... 381
166. Инсталационни тржби и принадлежности..................386
167. Разни инсталационни материали................... ... 389
XX. Извършване на електр. инсталации сь ниско напрежение.
168. Общи сведения “. . - ,................................390
169. Полагане на проводници . ................> . . . - . 391
170. Полагане на кабели ...................................395
171. Инсталации въ специални помещения ....................396
172. Съединения съ уличната мрежа........................ 397
173. Разпределителни табла . -.............................398
174. Изчисление сечението на проводниците..................399
175. Планове на електрич. инсталации.......................400
Часть V. Електрически мрежи и далекопроводи.
176. Общи сведения ............-......................... 403
177. Изборъ на напрежение за разпред. мрежи ...............404
178. Видове разпредЪлителни мрежи .........................404
179. Материали за разпредЪл. мрежи . ................... . 407
180. Изчисление на проводницитД въ разпредЪл. мрежи .... 409
181. Постройка на разпредЪл. мрежи ;................... . 412
182. Далекопроводи.......................-............... 412
1вЗ. Материали за далекопроводи ...........................413
184- Изчисление на проводницитЬ на далекопроводи ..... 414
Предговоръ.
Основа за настоящий трудъ е материала, изложенъ въ изчерпаното издание „Уроци по електротехника", кни ги I и II. Сжщиятъ е допълненъ и преработенъ съ цель:
а) да се събере и изложи въ едно щЬло материала, кой-то се преминава въ нашит-fa ср1вдни ел. технически училища и въ Телегр. пощенското училище;
б) да се дадатъ всички необходими формули, решени задачи и таблици, конто правятъ труда годенъ за ползуване отъ всички читатели, безъ сжщитЬ да иматъ нужда отъ на-ржчници или други помагала по електротехника;
в) стилътъ и изложението да сж достжпнн за читатели съ всЬкакво образование, така че книгата да представлява помагало за всЬки, конто има работа съ електрически инста-лации или машини.
При растящето значение на електричеството, което про-никва бързо и къмъ най-затънтенигЬ краища на отечеството ни, см-Ьтамъ, че съ публикуването на тази книга, запълвамъ една нужда.
Ноемврий, 1943 год.
Автора.
I. Магнитизъмъ.
1. Магнити.
Още отъ старо време сж били открити желЬзни ру-ди, конто привличатъ желЪзни предмета. Парчета отъ тЬ-зи желЪзни руди се наричатъ естествен^ магнити; силата, на коятс тЬ дължатъ своето притегателно действие се нарича магнитна сила.
МагнититЬ притежаватъ много важни свойства. ТЬзи свойства сж:
1) Парчета желЪзо, когато се търкатъ съ магнитъ, придобиватъ магнитна сила; така полученигЬ магнити се наричатъ изкуствени магнити и иматъ сжщитЬ свойства, каквито иматъ естественигЬ магнити;
2) Всички магнити, подобно на магнитната стрелка се стремятъ да заематъ положение северъ—югъ; краятъ, кой-то сочи къмъ северъ се нарича северенъ полюсь, а краятъ, който сочи къмъ югъ — юженъ полюсь на магнита;
3) Магнита проявява най-гол-Ьма притегателна сила на своитЬ полюси; ср^Ьдата на магнита не проявява магнитна сила;
4) Едноименншшъ полюси на два магнити. се отблъс-ватъ, а разноименнипиъ се привличатъ. Силата на привлича-нето или отблъсването се опредЬля по закона на Кулонъ.
2. Законъ на Кулонъ.
Французинътъ Кулонъ е установилъ следния законъ за взаимодействието на два магнитни полюси:
Силата F съ конто два магнитни полюси. се привличатъ или отблъсватъ, с равна на произведение то отъ тп>хни-т/ь магнитни маси, разделено на квадрата отъ разстояние-то между пиъхъ; тя зависи смщо така и отъ српдата, въ конто см разположени магнититгь (въздухъ, вода и пр.).
Лио означимъ магнитнитЬ маси съ т3 и т21 разстоя-нието между тЬхъ съ 1, а влиянието на различната срЪда — съ коефициента Ки1> закона на Кулонъ можемъ да го изразимъ въ формулата
10
F=+Kn, TiE"? 0)
“ г3
За въздуха, коефициента Km е единица; за другите тЬла той е обратно пропорционаленъ на т-Ьхната магнитна про-
1 водимость (пермеабилитетъ ц): Кгп '=
Когато тзэ1 и гг>2 сж едноименни магнити, знака следъ равенството е +; въ противень случай той е минусъ.
Отъ механиката знаемъ, че единицата за сила въ С. G. S. система (сантиметъръ, грамъ, секунда) е даната; тя е оплата, която е способна да премгъсти за ед на секунда единъ грамъ на разстояние единъ сантиметъръ.
Едва дина сила на притеггяне или отблъсване ще имаме когато магнитнит'Ь маси сж на разстояние единъ сантиметъръ, срЪдата между гЬхъ е възцухъ или праздно пространство (Кт =1) и магнитнит’Ь маси сж единици; еди-ницата магнитна маса се нарича веберъ. Отъ формулата мо-жемъ да опредЪлимъ вебера като маса на магнитенъ полюсь, който въ праздно пространство отблъсва равенъ на себе си полюсъ, поставенъ на разстояние 1 см. съ сила една дина.
Пров^рката на закона на Кулонъ практически става трудно, понеже не е възможно да се разглежда - само магнитната сила: всЬки полюсъ, колкото и малъкъ да е, има определена тяжесть (действува и силата на земното притегляне); земниятъ магнитизъмъ сжщо влияе върху вза-имодействието на полюсите.
3. Магнитно силово поле. Магнит, потокъ.
Магнитно силово поле. Пространството, въ което единъ магнить проявява своята магнитна сила се нарича силово поле на този магнить (магнитно силово поле). Колкото по-си-ленъ е магнита, толкова по-големо силово поле ще има той.
Магнитки силови линии сж тия въображаеми пжтища, пэ конто действува магнитната сила. СиловитЪ линии мо-гатъ да се получать като се направи следния опитъ: взе-ма се единъ силенъ правь магнить и се поставя хоризон-тално: надъ него, върху една мукава се поръсватъ дреб-ни стърготини отъ желЪзо; при леко потупване на кар-
и
тона, стърготинитЬ се разполагатъ както е показано на фиг, 1. По сжщиятъ начинъ ноже да се получи магнитно силово поле и на подково-образенъ магнить. ,,,
Приема се, че силовитЪ линии
сж затворени криви, конто излизать -фТ"" " отъ северния полюсь, влизатъ въ южния полюсь и се включватъ презъ ' (-у
самия магнить Силовит'Ь линии никога
не се пресичатъ по между си: т се ф^г 1
отблъсватъ една отъ друга.
Ако магнита се раздали на части,
напр-Ьчно на осьта
си, то магнитнит’Ь силови линии протичатъ отъ едната
къмъ другата часть (фиг. 2) и всички части действуватъ като само-стоятелни магнити.
Когато гжстотата на магнит-ннтЪ силови линии е равномерна и силовите линии сж успоредни по между си, казва се, че силового полее равномерно (хомогенно). Место пжти магнитите се правятъ
Фиг. 2
съ такава форма, при която се получава равномерно магнитно поле (подковообразни, съ полюсни наставки, въ форма на срезанъ обръчъ и т. н.).
Съ помощьта на магнитните силови линии ние си
обясняваме много явления. Така напр:
а) колкого по-силенъ е единъ магнить, толкова по-големъ магнитенъ потокъ излиза отъ неговия северенъ полюсь;
б) колкого по-близко до магнита сме, толкова повече магнитни силови линии ще има и по-силно ще се чувству-ва магнитната сила. Това е така, понеже всички магнитни силови линии се стремятъ да се затворять по най-кжсъ пжть. Взаимного отблъсване е причина часть оте техъ да минатъ по околенъ пжть.
Магнитенъ потокъ. Всички магнитни силови линии, конто излизать (влизатъ) отъ единъ полюсъ, образуватъ магнитная потокъ на- този полюсъ.
12
Отъ казаното за магнйтнитЬ силови линии е явно, чё тЪхния брой е нЕщо неопредЪлено, нЕщо относително; колкото магн. поле е по-силно, съ толкова по-гол-Ьмъ брой силови линии го изобразяваме Като мЪрка за силата на магнитното поле можемъ да въведемъ броя на силовигЬ линии. Единицам а за сила на магн. поле въ С. G. S-ната (цегеесната) система е наречена гаусъ; тя е силата на то-ва поле, което привлича или отблъсва единица магнитизъмъ, поставена. въ него, съ сила една. дина. Прието е условно, поле съ сила 1 гаусъ да се изобразява съ една силова линия презъ 1 см2.
Силата на магнитното поле ще означаваме съ буквата Н. Споредъ закона на Кулонъ, силата Н на магн. поле на раз-стояние г см. отъ полюса съ маса m ще бжде И—Kmm.~ =Km—т г- г-
Отъ единица магнитенъ полюсъ се приема, че излизатъ толкова силови линии, щото на разстояние 1 см. отъ полюса презъ всЪки квадратенъ сантиметъръ повръхнина, да мина-ва само една силова линия. Понеже повръхнината на сфера-та, която отстой на 1 см. отъ точкообразния магнитъ е 12'56 см2. (5=4Дг2, кждето л—3'14 иг = 1 см)., то ясно е, че маг-нитния потокъ на единица плюсъ е 12'56 силови линии. Отъ плюсъ съ маса т единици, ще излизатъ 4л7д силови линии.
Фактътъ, че се получава 12'56 силови линии (дробь отъ силова линия) не тр-Ьбва да ни смущава, понеже вече знаемъ, че броя на силовитЬ линии е условенъ; презъ О 56 см2. трЪбва да приемемъ, че минава 0'56 силова линия за да се удовлетвори поставеното предварително условие: презъ 1 см.2, да минава 1 силова линия.
Магнитниятъ потокъ ще означаваме съ Ф; единицата за измпрване на Ф се нарича максвелъ. Единъ максвелъ потокъ имаме тамъ, кждето презъ 1 см.2 минава една силова линия.
4. Магнитна индукция.
Опитътъ показва, че когато едно парче желЬзо се намира на близко разстояние до магнитъ, то схщо при-добива магнитни свойства. Това предаване на магнитната сила безъ никакво допиране, а само по влияние, се нарича магнитна индукция. Въ този случай, магнитътъ е действу-
и
валъ върху жел'Ьзото чрезъ своего магнитно силово поле, часть отъ силовигЪ линии на което преминаватъ презъ сжщото.
Силата на магнитната индукция се мпри чрезъ броя на индуктиранитп магнитни силови линии, които преминаватъ презъ 1 см.2 на желгъзото.
Броятъ на гЬзи силови линии ще означаваме съ буква-та В. Понеже магнитната индукция се изразява, както и магнитната сила, чрезъ силови линии, единицата за изм-Ьрване магнитната индукция ще бжде сжщо гауса.
Магнитната сила се предава еднакво добре въ без-въздушно пространство, както и презъ въздуха. Тя дей-ствува сжщо и презъ стъкло, дърво, вода и други вещества. Така напр. затворения въ стъкленицата магнитъ при-влича къмъ себе си жел’Ьзни стърготини презъ нея.
5. Магнитна проникваемость.
РазличнигЬ материи пропускатъ въ различна степень магнитнитЪ силови линии презъ себе си. Казваме, че пиъхна-та магнитна проникваемость (проводимость, пермеабили тетъ) е различна. Приема се, че магнитната проникваемость на празното пространство и на въздуха е единица.
НЬкои тЪла (бакъръ, сребро и пр.), представляватъ по-голЪмо съпротивление за магнитнигЬ силови линии, от-колкото въздуха; тЪзи тЪла се наричатъ диамагнитни. Ttx-ната магнитна проникваемость е по-малка отъ единица. Други тЬла (никелъ, хромъ и др.) представляватъ по-мал-ко съпротивление за силовитЬ линии, отколкото въздуха; тЪ се наричатъ парамагнитна.
ЖелЪзото се отличава р-Ьзко отъ всички други гЬла по своята висока магнитна проникваемость; тя достига до 4000 и повече единици. Отъ различнит-fe видове железо, най-голЪма е проникваемостьта на стоманата, а най-малка — на чугуна.
Магнитната проникваемость на жел-Ьзото се изм-Ьня твърде много. Тя завись:
1) отъ качеството на желЪзото;
2) отъ степеньта на магнитизирането на сжщото; ед-но парче желЪзо, което не е магнитизирано има голЪма
14
магнитна проникваемость. Когато то придобива магнитни свойства, до известно време магнитната му прониквае-мость расте, а следъ това почва да спада. Когато достиг-
не до състояние на насигцане, проникваемостьта на пар-чето железо спада твърде много;
3) отъ температурата; до 50°—60° С влиянието на температурата е незначително. При нагрЬване до 7зО°С, же-
лезото почти изгубва магнитната си проникваемость и не
може да се
магнитизира (магнитите
си свойства).
Поради гол’Ьмата магнитна проникваемость на железото, когато се постави парче отъ сжщо-то въ равномерно силово поле, силовитЬ линии се изкривяватъ за да минатъ презъ него (фиг. 3);
губятъ магнитнитЪ
Фиг. 3.
причината за да не минатъ всич
ки презъ него е, че се натрупватъ много силови линии,
които се отблъсватъ взаимно и принуждаватъ по-далечни-те да минатъ презъ въздуха.
Отъ казаното за магнитна индукция и магнитна про-
никваемость мсжемъ да определимъ магнитната проникваемость fi и като отношение между броя на силовит"Ь линии В, които минаватъ презъ 1 см.2 сечение на материята, която се магнитизира (на фиг. 3 тази материя е железото) и броя на силовите линии Н, които минаватъ презъ 1 см.2 отъ сжщото сечение при праздно пространство (преди по-ставянето на железото), и които изразяватъ силата на магнитного поле:
В. В-пН (2>
За техниката е много важно да се установи връзката между магнитизиращата сила Н и магнитната сила, която придобива парчето железо;- последната сила се измерва съ магнитната индукция В. Връзката между Н и В се представя чрезъ една крива, наречена нормална крива на магнитизирането. Тази крива се получава като се постави едно парче железо въ магнитно поле съ сила, постоянно растяща и се нзблю-дава какъ расте магнитизирането му, (фиг. 6, кривата ОЛ). Вижда се, че въ началото кривата върви почти въ права
15
посока, а следъ това се изкривява като взема почти хори> зонтална посока. Това показза, че увеличаването на маг-нитнигЬ свойства на жел-Ьзото следъ известна граница спира, понеже се е стигнало до ,,насищане“ на сжщото съ магнитни силови линии.
6. Магнитенъ потенциалъ. Магн. движуща сила.
Нека въ точката К е разположенъ-фмагнитенъ полюсь съ маса гл, а въ точка а имаме единица отрицателенъ маг-нитъ (фиг. 4).-|-ni ще привлече къмъ себе си единицата магнитизъмъ съ сила, дадена отъ закона на Кулонъ:
1- mt . 1 0
Fj=—— _ ____й
! тп. ' Ь________27
Нко отрицателната единица маг- фиг_ 4
нитизъмъ се намираше въ точ-
. _ m. 1 „
ка Ь, силата на привличането ще бжде га=- Явно е, че въ междинни положения между а и b ще действуватъ други сили, които могатъ да се нам-Ьрятъ по сжщия начинъ. Почти безъ грЪшка може да се приеме, че ср^Ьдната сила F, която действува между цветЪ много близки тачки а и b ще бжде равна на ср-Ьдната геометрична отъ F, и Fa:
F=K-F>=rr
Извършената работа Р при преминаването на отрицателната единица магнитизъмъ отъ b въ а ще бжде равна на силата
1 1 по разстоянието: P=F(L—l) = m(y——)
Единицата отриц. магнитизъмъ притежава известна скрита (по-тенциална) енергия, поради факта, че се намира въ магнитного поле. Тази енергия се нарича потенциалъ на магнитно то поле въ дадената точка. Тя е равна на работата, която казаната единица магнитизъмъ би извършила за да се пре-мпсти отъ тамъ, кмдето тьма никаква. магнитна сила (на расстояние безкрайность) до дадената точка, или обратно.
Така че потенциала V на магнитного поле, създадено отъ магнитната маса m въ точката а ще бжде равенъ
16
За да се държи сметка за различната срЪда, въ която се раз-глежда явлението, необходимо е въ горяата формула дфсната страна да се умножи съ магнитната костанта на срЪдата Кт:
V = Kro~- (3)
Когато магнита, конто образува магнитно поле, е точ-кообразенъ, отъ формула 3 се вижда, че всички околни точки, на еднакво разстояние, иматъ еднакъвъ потенциалъ. Tt об* разувать следователно равнопотенциална (еквипотенциална) повърхнина.
Работата Р, която се извършва при пренасянето на една магнитна единица отъ точка съ потенциалъ Vi, въ точка съ потенциалъ Va (по-високъ) ще бжде равна на потенциалната разлика, която сжществува между двет-fe точки Р—V«—Vi
Ако вместо единица магнитизъмъ се пренася количест-вото т, извършената работа, ще е равна на произведението отъ пренесеното количество магнитизъмъ и потенциалната разлика. V:
p=m(V2-Vi)=mV (4)
Потенциалната разлика. между две точки на магнитното поле се нарича. още магнитно напрежение или магнитодвижуща сила между пиъзи точки. Явно е, че механичес-ката работа Р е правопропорционална на магнитнодвижуща-та сила (магнитното напрежение) и количеството магнитизъмъ, което се пренася.
Ще видимъ по-нататъкъ сходството между формула 4 и работата, извършена отъ електрическата сила (формула 9).
7. Обяснение на магнитизирането.
ВидЪхме въ т. 5, че магнитната сила на жел'Ьзото се увепичава бързо само известно време, (когато го магнитизи-раме). Следъ това сжщата се увеличава все по-бавно и по-бавно, до като се сгигне до тамъ че колкото и да го магни-тизираме, то нЬма да увеличи своята магнитна сила; казваме, че то е стигнало до състояние на насищане.
ОпититЪ показватъ, че полюситЬ на единъ магнитъ мо-гатъ да се обърнатъ: за тази цель тр’Ьбва най-напредъ да
17
Фиг. 5.
размагнитизираме магнита и следъ това на ново да го иамаг-нитиз^раме въ обратна посока.
За да си обяснятъ горнигЬ явления, ученигЬ допускать че всЪко тКло се състои отъ безкрайно много елементарни (съвършенно малки) магнитчета. ТЪзи магнитчета сж раз-положени въ пъленъ безпорядъкъ до като тклото не при-тежава магнитна сила; т1; се неутра-лизиратъ помежду си. Подъ действието на нЪкоя магнитизираща сила т-fe се стремятъ да се наредятъ успоредно едно на друго и гЬлото почва да при добива магнитна сила. Когато всички елементарни магнитчета се наредятъ, достигнато е состояние на насищане и по-нататъкъ, каквото и да правимъ, не можемъ да увеличимъ магнитната сила на това тъло; тогава всички се-верни полюсчета на eneMeHTapHwfe магнитчета сж обърнати къмъ северния .
полюсъ на магнита, а всички южни—къмъ южния полюсъ.
Строежътъ и магнитизирането на едно парче железо е показанъ схематично на фиг. 5.
Има т^ла, въ които нареждането на елементарнито магнитчета не може да стане чрезъ никаква сила; тЬзи т-Ьла не могатъ да се превърнатъ въ магнити. Въ други тЬла, особено въ желЬзото, това нареждане става много лесно и тК ставать много лесно магнити.
Най-лесно се подреждатъ магнитчетата на мекото желозо; по-трудно се подреждатъ гЬзи на стоманата.
Колкото по-лесно се подреждатъ елементарнит^ магнитчета, толкова по скоро, оставени сами на себе си, rfe почватъ пакъ да се разреждатъ; тогава магнитътъ отслаб-ва и губи магнитната си сила.
Както можемъ да намагнитизираме, така можемъ и да размагнитизираме единъ магнить; необходимо е да действуваме съ магнитизираша сила, само че въ обратна посока.
2
8
8. Остатъченъ магнитизъмъ.
За да се размагнитизира единъ магнить трЪбва да се извърши работа. Тази работа е необходима за да се привецатъ отново въ пъленъ безпорядъкъ ёлементарнигк магнитчета на магнита.
Колкото по-мжчно сме намагнитизирали едно тЪло, толкова повече работа тр'Ьбва да употрЪбимъ за да го размагнитизираме. Причината за това, е че всЬки магнить се стреми да запази една часть отъ магнитната си сила; тази часть се нарича остатъченъ магнитизъмъ. Свойствага на тЬлата да запазватъ часть отъ магнитизъма си при размагни-тизиране се нарича магнитенъ хистерезисъ.
Това свойство се доказва опитно, като се нам'Ьри така наречената хистерезисна крива, за даденъ видъ желЪзо. Това става по следния начинъ:
Да поставимъ едно парче железо въ магнитно поле, силата Н на което можемъ да увеличаваме отъ нула до определена стоимость -J- Н (фиг. б — хоризонталната ось). При уве-личаване на Н ще расте броя на индуктираните силови линии В въ железото: получа-ва се кривата на първона-чално магнхтизиране ОД.
Нко се намалява следъ това -р Н, ще се намалява и В но се забелезва, че В не взема първитЪ си стойкости, а запазва по-гол-Ьми стойкости. Получава се следова-вателно нова крива, която се държи надъ ОД. Когато Н— нула, В има още една голема стойность ОБ; това знаки, че въпр-Ьки унищожава-железото е останалъ магни-За да добие неутралния си :татъчния магнитизъмъ, необ
ходимо е да се обърне посоката на полето Н и сжщото да се увеличава въ обратна посока, до като добие силата ОС-
Фиг. 6
нето на магнитното поле Н, въ тизъмъ, нареченъ остатъченъ.
видъ, т. е. за да се унищожи о
19
Тази стойность ОБ на попето Н измЪрва к( ерцитивната си-.ла, т. е. тази магнитизираща сила, която се стреми да задър-жи остатьчния магнитизъмъ; тя е равна на магнитната сила, която е необходима за да се доведе парчето железо до не-утрал ното състояние.
Продължавайки да расте Н въ отрицатель а посока, В става отрицателна и расте въ новата посока отначало твърде бързо, а после по-бгвно. Така желЕзото се магнитизира до състояние на насищане въ обратна посока.
Отъ изложеното е ясно, че магнитизирането следва съ .известно закъснение действието на полето Н; поради това на явлението е дадено името магните, нъ хистерезисъ, а кривата HFDCB/3 се нарича хистерезисна крива.
Загуби при магн. хистерезисъ. Опитътъ показва, че когато жел-Ьзото се подлага на магнитизиране ту въ една, ту въ друга посока, явява се загуба на енергия, която пре-дизвиква нагр-Ьване на сжщото. Ще видимъ по-нататъкъ, че <при нЬкои машини има желЪзни части, конто се магнитизи-ратъ ту въ една, ту въ противна посока. Загубената енергия при това магнитизиране е толкова по-гол^ма, колкото по го-л’Ьмъ е остатъчния магнитизъмъ на употрЪбеното желЪзо •(енергията тр-Ьбва да унищожи този магнитизъмъ). Ето защо, въ такива машини се употрЪбява меко или друго — специал-но желЪзо, което почти нЕма остатъченъ магнитизъмъ (анти-реманентно желЪзо)
НамЕрено е, че загубит^ вследствие остатъчния маг-нитизъмъ зависятъ:
а) отъ обема на желЪзото,
б) отъ вида на сжщото,
в) отъ степеньта на насищането,
г) отъ бързината, съ която то се магнитизира и раз-"иагнитизира.
За изчисляване на загубит^ вследствие на остатъчния магнитизъмъ се употрЕбява следната формула, известна като „формула на Стайнмецъ":
(5)
Кждето: W— загубена мощность въ ватъ: д=0’0012 — 0’0033 за обикновена и 0’0007 за специална ламарина; О—обемъ на .чкелЪзото въ см.3; В—магн. индукция (гжстота на магн. сило-
20
ви линии въ желЪзото—презъ 1см.2);/— честота напром. токтъ-
Въ практиката, фабрикантитЪ на железо измЪрватъ. за всЪки типъ железо какви сж загубит^ вследствие оста-тъчния магнитизъмъ и при избора на железа давать на купувачитЬ данни за продаваното железо. Така напр. въ всЬки килограмъ обикновена стомана се губятъ надъ 10 вата, ако честотата, съ която става магнитизирането въ една и друга посока е 50 пжти въ секунда; въ 1 клг. обикновено меко желЪзо се губятъ 3—4 вата при сж-~ щитЬ условия.
9. Земенъ магнитизъмъ.
ВидЪхме, че магнитната стрелка заема винаги посо-ката северъ—югъ. За да се обясни това явление, пред-полага се, че земното кълбо представлява отъ себе си единъ-грамаденъ магнитъ. ЗемнитЬ магнитни полюси се намиратъ близко до географическитЬ
полюси, но не съвпадать съ гЬхъ. При това, северния земенъ магнитенъ полюсъ е при южния географически полюсъ, а южниятъ полюсъ — при северния географически полюсъ (Фиг. 7).
Магнитната стрелка се стреми да се на-
сочи по земни-7» магнитни силови линии; нейната ось се отклонява на известенъжгълъ отъ посока-та северъ-югъ. Този жгълъ се нарича магнитно отклонение. За различии мБста на земната повърхнина магнитного отклонение е различно. За България то е нЪколко градуси. (3®—4° запапно).
Магнитната стрелка сжщо така се стре
ми да се наклони къмъ земната повърхни- ф g
на, когато може да се върти около една
хооизонтална ось (фиг. 8). Жгълътъ, на конто тя се на-
кланя се нарича магнитно наклонение (деклинация}. Магнит-
ного наклонение н^Ьма голЪмо значение въ практический животъ-
21
10. Повдигателна сила на магнитит^.
Завис и:
а) отъ качествата на стоманата, отъ която е напра-венъ магнита;
б) отъ формата и размЪритЪ на магнита;
в) отъ степеньта на магнитизиране (достигнало ли ее е до насищане или не);
г) отъ формата на привличания предметъ; за да се увеличи притеглянето, употрЪбяватъ се специални котви, които прил'Ьгатъ плътно къмъ полюситЪ на магнита и сж -снабдени съ куки за окачване на тяжеститЪ.
Тази сила се опредЪля по формулата
25.10° (б)
кждето; Р—повдигателна сила на магнитит^ въ кгр.; В — чиагн. индукция; 5 — площь на допиране между магнита и толсто — въ см.2
Единъ първокачественъ подковообразенъ магнитъ може да привлича 3 до 4 пжти по-голЪма тяжесть отъ собственото си тегло.
11. Направа и пазене на магнититЪ.
ИзкуственитЬ магнити се правятъ главно по два начини: 1) Чрезъ търкане. Стоманената пръчка, която ще се на--магнитизира по този начинъ, се търка съ два магнити, които се слагатъ по срЕдата съ разноименнитЬ си полюси и следъ това се търкатъ до края (фиг. 9); после отново се поставить магнитит^ до срЕдата на пръчка-та и повтарятъ търкането. Следъ 20—30 търкания, стоманената пръчка е напъл-
-но магнитизирана. £- /.""ч £1.;.,.
2) Чрезъ електрически токъ. За
- Фиг. 9
тази цель стоманената пръчка се.обви-
ва съ изолиранъ проводникъ и следъ това се пуска да тече постояненъ токъ по проводника; подъ неговото действие пръчката се намагнитизира. Днесъ почти всички магнити се получаватъ така. За цельта се използуватъ специално пригот--вени бобини, въ които се поставя пръчката предназначена да
22
стане ма'ни -ъ и следъ това се пуска необходимия постоя* ненъ токъ.
МагнититЪ отслабватъ съ течение на времето; от-с.пабването се избЪгва като двата.полюса се свържатъ чрезъ парче меко железо (котва, якоръ). Така силовитЬ линии-се затварятъ презъ желЪзото, а не презъ въздуха.
За отсл<:беане на магнитит^ допринася твърде много рЪзкото изменение на температурата, ржждясването, сил-нигЬ удери; всичко това трЪбва да се изб-Ьгва за да за— пазятъ магнититЪ дълго време своята сила.
12. Решени задачи.
Задача 1. Каква мощность се губи поради магнитния» хистерезисъ въ единъ трансформаторъ, чиято сърдцевина те-жи 100 клг., ако честотата на тока е /=50 пер./сек., а макси-мапната индукция е 5=8000? Решение. Загубената мощность намираме по формулата на Стайнмецъ
W=tj В'*.Ю. 10-7-вата, гдето т]=0-0012, 1^л-=12‘8 дм.1
= 12800 см.8 Нзмираме W = 135 вата.
Задача 2. Каква сила Р е нуждна да се откжсне котвата на единъ пръчковиденъ магнитъ, чието напречно сЬчение 5=2
S см.2, а 5=3000? Решение. Отъ формулата Р~ 6-, намираме Р—2>32 кгр.
Задача 3. Единъ пръчковиденъ магнитъ съ сЬчение 4 смЛ удържа 1 клг. Колко силови линии минаватъ презъ 1 смЛ отъ напречното му сЬчение? Решение: Отъ формулата-
Е2. S
iqg" ^рсичъ В> намираме 5=2500.
Задача 4. Напр. сЕчение на единъ подковообразенъ магнитъ fe S — 2 см.2, а 5=2500. Колко кгр. издържа неговат® котва? Решение. Понеже притеглятъ и двата полюси, си— 52.5
лата 5=2 jqc » °тгдето намираме 5=1 кгр.
II. Електричество.
13. Основни явления. Статическо електричество. Законъ на Кулонъ.
Общи сведения. Свойството на стъклото, смолата, кех-либара и др. материали, да привличатъ къмъ себе си леки предмета следъ като се търкатъ съ вълненъ или коприненъ платъ, кожа и др. е било известно още на древнит-fe народи. Тази неизвестна сила, на която се дължи това привличане се нарича елекпгрическа сила или просто електричество. За тЪ-лата, които притежаватъ такава сила, казваме, че сж наелек~ тризирани, или че сж заредени съ електричество.
Колкото по-вече търкаме пръчката, толкова по-гол'Ьма притегателна сила придобива тя; казваме, че тя е повече на-електризирана, т.е. съдържа по-голЪмо количество електричество.
ЛекитЪ парчета хартия се отблъсватъ веднага следъ като се допратъ до наелектризираната стъклена пръчка; ако приближимъ до тЬхъ наново стъклената пръчка, тЪ отскачатъ по-далечъ отъ нея; ако доближимъ смолена (ебонитова) пръчка, натъркана съ кожа, то тЪ се привличатъ. Отъ тукъ зак-лючаваме, че сжществува два вида електричество: едното е наречено положително (на стъклото), а другото — опгрица-телно (на смолата).
Първоначално електричеството е било добивано само чрезъ търкане. Така сж се получавали незначителни количества електричество, което обикновено е оставало въ покой; то не е намирало практическо приложение. Електричеството въ покой се нарича статическо електричество.
Еднороднитгь електричества се отблъсватъ, а разнород-нитгь се привличатъ. Това може да се докаже съ твърде много опити. Силата на взаимодействието между електричеството се опредТля по закона на Кулонъ-, вмЪсто магнитни маси се взематъ електричествата, съ които тЪлата сж заредени.
Ако означимъ количествата електричества, които си вза-имодействуватъ съ qi и qa, разстоянието между тЬхъ съ I, а
24
влиянието на срЪдата съ коефициента Ке закона на Кулонъ те се изрази съ следната формула:
F=+K.. <7>
Коефициентътъ Ке е обратната стойность на така наречената диелектрична постоянна (константна) на срЕдата; диелектрич-ната постоянна се бележи съ гръцката буква е; за нея ще 1 споменемъ по-подробно въ т. 18. Ке — ~
Единица количество електричество е тсва количество, което упражнява върху равно на себе си количество електричество, механическа сила 1 дина, когато разстоянието междуг гкхъ е 1 см. Тази единица се нарича електростатическаг Въ практиката се взема единица количество електричество, която е три милиарда пяти по-голпма (3.10й) отъ елек-троспатическата и се нарича кулонъ.
Проводници и изолатори. Електричеството може да се предава чрезъ допиране. НЕкои тЪла получаватъ електричество отъ наелектризираната пръчка мигновено: казваме, че тЬзи тЕла сх добри проводници на електричеството. Такива сж. напр. метапитЪ. ДобригЬ проводници се наелектризиратъ до сжщата степень, до каквато е наелектризирана и пръчката.
Свойството на тгълата да пропускать презъ себе си електричеството се нарича проводимость; тя е различна за различнитЪ тЬла.
Други тЕла, при допиране до наелектризирани тЪла по-ематъ електричество само въ мЕстото на допирането си; rfc-зи тЪла се наричатъ лоши проводници или изолатори на електричеството. Такива изолатори с ж въздуха, порцелана, слюдата, хартията и пр.
Свойството на тгълата да се съпротивляватъ на пре-минаването на електричество се нарича съпротивление на сящиниъ. Съпротивлението е свойство, обратно на проводи мостьта.
14. Електрическо силово поле. Електростатична индукция.
Отъ опитъ е установено, че добритЕ проводници се наелектризиратъ когато се намиратъ въ съседство съ на-
25
електризирани гЬла. Пространството, въ което се проявява електрическата сила, се нарича електрическо силово поле. Пжтищата по конто действува електрическата сила, се нари-чатъ електрически силови линии.
За разлика отъ магнитнитЪ силови линий, конто сж затворени, електрическитЪ силови линии тръгватъ отъ по-върхнината на наелектризираното тЪло перпендикулярно на нея и се разпространяватъ въ околното пространство.
ТЪзи силови линии свършватъ, когато срЪщнатъ т^Ьпо наелектризирано въ по малка степень, или съ разноименно електричество; въ свободного отъ електричество пространство, тЬ продължаватъ до безкрайность.
Прието е да се смЪта, че силовигЬ линии излизатъ отъ положително наелектризиранигЬ тЪла и влизатъ въ
Фиг. 10
Фиг. 11
отрицателно наелектризиранит-fe или че излизатъ отъ наелек-тризиранипцъ въ по-висока степень тп>ла, а влизатъ въ на-електризиранипиъ въ по-слаба степень.
На фиг. 10 е изобразено разположението на силови-т^ линии излизащи отъ проводника Л, когато сжщия е поставенъ въ свободного пространство (плътнигЬ линии).
На фиг. .11 се вижда какъ се изм±ня хода на сжщи-тЪ силови линии когато близко до проводника В е разположенъ другъ проводникъ В. Въ В се поражда електрическа сила по влияние. Това явление се нарича електростатична индукция. Въ страната откъмъ Н се индуктира разноименно електричество, а въ по-далечната страна се индуктира едно-именно електричество.
26
ОпитигЬ показватъ, че едноименното електричество е* свободно и може да се отведе въ други проводници, а. разноименного е свързано (неутрализирано) съ електричеството, което поражда индукцията.
ПунктирвнигЬ линии на фигура 10 и фигура 11 сж равнопотенциални линии (вижъ т. 15).
Съ отдалечаването на проводника Н, електричеството на В изчезва; обясняваме си го съ взаимного неутрализи-.ране между полож. и отриц. електричества, които сж се индуктирали въ равни количества.
15. Напрежение. Потенциалъ. Токъ.
Когато свържемъ две тЪла, наелектризирани съ различно електричество, забелЪзваме бързо съединяване на положителното (+) електричество съ отрицателното (—) електричество. Стремлението на разнороднипиъ електричества да се сьединятъ се нарича напрежение.
Когато свържемъ две тЪла, наелектризирани въ различна степень, забелЪзваме бърз’о преминаване на електричество отъ по-силно наелектризираното къмъ по-слабо наелектризираното т-Ьло, до като тЪхното наелектризира-не се изравни. И въ тбзи случай стремлението на електричеството да премине отъ по-силно наелектризираното къмъ по-слабо наелектризираното тЪло, наричаме напрежение.
Електричеството може да извършва работа. Такава работа се извършва. напр. при притеглянето или отблъсването на парчетата хартия отъ наелектризираната пръчка. Работата, която извършва електричеството въ покой (статично електричество) нЪма да разглеждаме.
Работа се извършва сжщо, когато свържемъ две тЬ-ла, които сж наелектризирани въ различна степень. Работата,. която се извършва въ този случай е толкова по-голЪма, кол-кото по-силно наелектризирано е едното тЪло, въ сравнение съ другого; тя се дължи на стремлението на двет-fe тЪла да изравнятъ степеньта на наелектризирането си.
Често въ практиката се говори за разлика въ потенци-алитгь на две наелектризирани тЪла, като подъ електрически потенциалъ или просто потенциалъ, се разбира степеньта на наелектризирането на едно тЪло. Ясно е тогава, че колкото-
27
по-голЪма разлика въ потенциалитЬ има между две тЪла, толкова по-гол-Ьма работа ще извърши електричеството при пре-минаването си отъ едното въ другото тЪло.
Отъ казаното следва, че между напрежение и разлика въ потенциала между две тЪла, въ практиката не се прави' разлика. Да сжществува напрежение или разлика въ потен-ниалитЬ между две тЪла, значи да може да се извърши работа при преминаването на електричеството отъ едното тЪло въ другото.
За да могатъ да се сравнятъ потенциалитЪ на наелек-тризиранитЪ тЪла, въведена е единица за потенциалъ-, тази единица, която се употр-Ьбява въ индустрията се нарича волтъ.
Потенциалътъ на земята се взема за нула, понеже тя е много голЪма и каквото и количество електричество да премине въ нея, не може да се забелЪжи наелектризирането й. Поради това, удобно е да се разглежда потенциала на тЪлата-спрямо потенциала на земята.
Подъ потенциалъ на едно т-Ьло А, се разбира сжшо ра-ботата, която тр±бва да се изразходва за да се прем’Ьсти единица количество електричество отъ сжщия родъ, съ конто е наелектризирано тЬлото А, отъ земята до тЪлото А.
За да разберемъ по-добре казаното, можемъ да напра-вимъ различии сравнения. Така напр., височината се м^ри въ метри; за нула се взема височината на морското равнище. Когато се каже „тази височина е 1000 м.“, подразбира се височината й спрямо морското равнище. Сжщо така, когато се каже „потенциала на този проводникъ е 100 волта“, подразбира се потенциала му спрямо земята. Както се казва „превише-нието между два върха е 150 метри" (примерно), така се кезва сжщо „напрежението или разликата въ потенциалитЪ между два проводници е 150 волта". Когато се качваме отъ единия върхъ на другия за насъ има значение превишението; когато свържемъ два проводници, има значение само разликата въ потенциалитЪ или напрежението между сжщитЬ.
Разликата въ потенциалигЬ (напрежението), сжщо се из-мЪрва въ волтове.
Въ практиката често се употрТбява думата „волтажъ*, което произлиза отъ „волтъ". Съ волтажъ се изразява сжщото, каквото съ потенциална разлика и съ напрежение.
28
Когато преминава електричество отъ едно тЬло съ по-високъ потенциалъ, въ друго гЬло съ по-нисъкъ потенциалъ, казваме че протича електрически токъ.
Силата на тока се измгьрва въ практически единица, наречена „Амперъ“. Единъ амперъ сила на токъ имаме то-гава, когато за една секунда преминава количество електричество, равно на единъ кулонъ.
За да има непрекяснато движение на електричество отъ ед но то тгьло въ друго то, тргьбва постоянно да има по-тенциална разлика между тгьхъ; тази разлика ни дава ор-ганъ, когото ние наричаме източникъ на електродвигателна
сила, т. е. на сила, която кара електричеството да се движи.
За електродвигателната сила ще говоримъ по-подробно въ т. 16. Тр^бва да запомнимъ обаче, че тя създава различно напрежение между тЪлата; тя кара електричеството да се движи и да преминава отъ едно тЪло въ друго. Тя сжщо се измЪрва съ волтове.
Казаното до тукъ можемъ да го докажемъ, като при-бЪгнемъ до закона на Кулонъ, както направихме при раз-глеждането на магнитния потенциалъ (т. 6). Нека въ точката
А (фиг. 4), е разположено електричество + q, а въ точката
а имаме отрицателно електричество —q-i — 1. Тогава -J- q ще
привлече —q-i съ сила Fi —
Нко q-г се намиреше въ точ-
ката Ь, силата на привличането ще бжде А
q.l
2? '
сила F, която ще действува между точкит^ а и b срЪдната геометрична отъ А и F-л.
СрЪдната ще бжде
При преминаването на —<72 отъ b въ а се извършва
.работа Р, равна на силата по разстоянието:
P^F(L-l) = 4(-‘-- -j-)
ВсЬко количество електричество може да свърши известна работа при премЪстването си (електричеството е сила); единицата отрицателно електричество —q>, когато се прем-Ьс-ти отъ безкрайность (кждето нЪма друга електрическа сила) до точката а, ще извърши работата
29-
Тази именно работа наричаме потенциалъ на електри-ческото поле, създадено отъ електричеството q, въ точката а; тя е работата, която единица електричество извършва за да се премести отъ безкрайность до дадената точка.
Като използуваме горната формула, можемъ да кажемъ, че потенциала въ дадена точка на електрическото поле се равнява на количеството електричество, което създава попето, разделено на разстоянието между дадената точка и м^Ьсто-то, кждето е съср'Ьдоточено електричеството.
За да се държи смЪтка за различната среда, необходимо е горната формула да се раздели съ диелектричната поста нтна е.
Q (8)
e.Z
Когато заредения проводникъ е точкообразенъ (кълбо-виденъ фиг. 10) всички околни точки, разположени на еднак-во разстояние, иматъ еднакъвъ потенциалъ. Те образуватъ равнопотенциални (еквипотенциални) повърхнини.
Работата, която се извършва при пренасянето на единица количество електричество отъ точка съ потенциалъ И въ точка съ потенциалъ V» (по-високъ), ще бжде равна на по-тенциалната разлика, която сжществува между дветЪ точки.
P = (V2—Vi)
Нко вместо единица колич. електричество се пренася Q единици, извършената работа ще бжде.
P=Q(V.-Vi)=Q.V (9)
Потенциалната разлика отговаря именно на понятлето напрежение (V) за което говорихме по-горе. Между две тЪла които иматъ еднакъвъ потенциалъ, както и между точки съ еднакъвъ потенциалъ — Vi — 0) не се извършва никаква работа; електричеството се намира въ покой и не сжществува причина, която да предизвика неговото движение.
Потенциалъ на проводникъ. ВидЪхме, че проводници сж тЬзи тела, които се наелектризиратъ по цЬлата си по-върхнина мигновенно. Въ тЬхъ количеството електричество се разпредЪля равномерно по ц^лата маса, значи потенциала на всички точки на проводника е еднакъвъ. Нко потенциала^
30
•между кои да сж две точки на проводника бЪше различенъ, тогава трЪбваше да протече н±какъвъ токъ и да се извърши известна работа. Само когато включимъ на двата края на проводника източникъ на електродвигателна сила, презъ проводника протича токъ, който нагрЪва сжщия или извършва нЪкаква полезна работа.
Колкото е по-високъ потенциала на единъ зареденъ про-водникъ, толкова по-голЪмъ стремежъ проявява електричес-кия товаръ на повърхностьта да мине и въ околната срЪда. Тъй като тази срЪда е въздухъ (изолаторъ), това преминава-не е невъзможно, но само до известии граници. Щомъ се преминатъ пЬзи граници, електричеството протича презъ изо-латора въ форма на искра; казва се, че електричеството „про-бива“ изолатора. РазличнитЬ изолатори при различна дебели-на могатъ да издържатъ различии напрежения, понеже тЪх-ната съпротивителна способность е различна. Въ таблица I е дадена съпротив. способность на по-важнитЬ изолатори.
Около всЪки проводникъ, който е зареденъ съ известно -количество електричество се създава електрическо силово поле; силовитЪ линии на това поле излизатъ перпендикулярно на повърхностьта на проводника по цТлата му дължина; казаното въ т. 14 важи напълно за тЪзи силови линии.
16. Електронна теория.
Сжщность. Мнозина не знаятъ отъ какво е съставена водата;. въпреки това, всички знаятъ за какво служи и какъ може да бжде използувана. Сжщото може да се каже и за електричеството; това е неизвестна сила, за чиято сжщность се правятъ само предположения; въпрЪки това, хората си слу-жатъ съ тази сила и я използуватъ за да задоволятъ най-различнй свои нужди.
За обяснение на електричеството, ученитЬ сж създали различии теории. Най-разпространена и най-правдоподобна отъ всички е електронната теория.
Споредъ електронната теория всЬко тЬло се състои отъ атома; атомитЬ обаче не сж най-малкигЬ частици, а сж със-тавени отъ още по-малки частици. Така всЬки атомъ се състои отъ една основна частица (ядро), която съставлява глав-ната часть на атома и около която се въртятъ други—много
31
яо-малки частици, наречени електрони. Ядрото е наелектри-зирано съ електричество, а електронитЕ представляватъ от-рицателни електричества.
Нтомътъ можемъ за оприличимъ на слънчевата система: както около слънцето се движатъ планетитЕ, така около ядрото се движатъ електронитЕ. ЕлектронитЕ сж въ постоянно движение около ядрото; тЕхното отрицателно електричество се неутрализира отъ положителното електричество на ядрото. Броятъ на електронитЕ въ единъ атомъ е различенъ за раз-личнитЕ тЕла; разстоянието между електронитЕ и ядрото е грамадно въ сравнение съ тЕхната голЕмина, а така сжщо и енергията, съ която тЕ се движатъ е много голЕма за тЕхната маса.
Едно тЕло, въ което електронитЕ неутрализиратъ -f-електричество на ядрата, не проявява никаква електрическа сила. Нко обаче, чрезъ външна сила се наруши равновесието между електронитЕ и ядрета, то една часть отъ електронитЕ на единъ атомъ се откжсватъ отъ своето ядро и преминаватъ въ съседния атомъ; тамъ тЕ сжщо нарушаватъ равновесието, става наново откжсване на електрони и т. н.
Въ атомитЕ, които сж загубили часть отъ своето отрицателно електричество (електрони) почва да се чувствува влия-нието на положителното електричество, съ което сж заредени ядрата на атомитЕ; казваме тогава, че тЕзи тЕла сж наелектризирани положително. НтомитЕ, които иматъ електрони въ повече, се проявяватъ като наелектризирани отрицателно.
НаелектризиранигЕ -f- тЕла чувствуватъ липсата на електрони, ето защо щомъ се допратъ съ наелектризиранитЕ—тЕ-ла, става преминаване на електрони въ тЕхъ до тогава, до като се възстанови нормалното състояние; въ това време про-тича потокъ отъ електрони, конто не е нищо друго, освенъ електрически токъ. Изчислено е, че за да протече въ една верига токъ съ сила 1 амперъ въ продължение на една секунда, трЕбва за сжщата секунда да преминатъ 5ХЮ15 електрони.
Електродвигателна сила. Салата, която нарушава равновесието между ядрото и електронитгь въ атомитгъ се нарича електродвигателна сила (накратко ще я бележимъ е. д. сила). Действието на тази сила можемъ да оприличимъ съ действието на водна помпа, а потокътъ отъ електрони мо-.жемъ да оприличимъ съ водната струя; е. д. сила причинява
32
движението на електронитЕ т. е. тя е причината да протича електрически токъ.
Отъ казаното следва, че електронит-Е не се образовать, а само се раздвижватъ отъ е. д. сила.; колкото тази сила е по-голЕма при еднакви други условия, толкова по-голЕмъ електроненъ потокъ ще предизвика тя.
Както има различии видове водни помпи, така има и различии видове е. д. сили. Така напр., най-простата е. д. сила е тази, която се получава вследствие търкане на восъчна-пръчка съ парче платъ. Друга е. д. сила се получава вследствие химический реакции въ галваническитЕ елементи; трети видъ е. д. сила се получава чрезъ влияние (по индукция) и т. н.
Казваме следователно, че има различии източници на е. д. сила. ТЕзи източници ще разгледаме по-нататъкъ.
Сравнение съ старото учение за електричеството. Електронната теория не противоречи съ това, което се учете за електричеството преди нейното оповестяване. Така, раз-ликата въ потенциалитЕ, напрежението и е. д. сила изража-ватъ едно и сжщо нЪщо: източника на е. д. сила създава различно напрежение на своитЕ краища (полюси) Протича-нето на токъ отъ тЕла съ по-високъ потенциалъ къмъ тЕла съ по-нисъкъ потенциалъ е все едно, преминаване на елек-трони отъ едното въ другого тЕло.
Електронния потокъ винаги протича отъ отрипателния полюсъ къмъ положителния. Това противоречи съ общопри-етото отъ по-рано схващане, че електрическия токъ тече отъ -f- полюсъ къмъ — полюсъ. Причината за това противоречие е, че --'г електричество сж назовали това, коет чувству-ва недостигъ на електрони, а споредъ електронната теория, електронитЕ т. е. отрицателното електричество се движи.
За практическитЕ цели това нЕма никакво значение; ние ще смЕтаме сжщо, че електричеството се движи отъ -f- полюсъ къмъ — полюсъ.
Съ помощьта на електронната теория ние можемъ да си обяснимъ много явления.
Два тЕлв, заредени съ — електричество се отблъсватъ, понеже и дветЕ чувствуватъ излишекъ отъ електрони; тЕло,. което е заредено положително, се привлича отъ тЕло, заре-дено отрицателно.
33
Въ нЪкои Tina електронитЕ се отделять и въ нормално състояние; тЬзи тЕла се наричатъ радиоактивна. Въ други тЕла равновесието се нарушава много трудно; тЕ сж лоиш проводници на електричеството. Въ трети тЕла, това наруша-ване е почти невъзможно (изолатори) и т. н.
Понеже приемаме, че всички тЕла иматъ -f- и — електричество, обясняваме си защо електричеството може да проник-не презъ всички тЕла; така си обясняваме действието на рент-геновия апаратъ, на радиовълнитЕ и пр.
17. Атмосферно електричество.
Нтмосферата, която обгръща земната кора е заредена съ електричество. За обяснение появяването на това електричество сжшествуватъ различии теории, които нЕма да разгледаме.
ДъждовнитЕ облаци сж наелектризирани твърде много. Често се срЕщатъ облаци, които иматъ различно електричество; тогава настжпва стремежъ + електричество да се свър-же съ — електричество; протича силенъ токъ, кой го ние за-белЕзваме подъ формата на свЕткавица.
ПонЕкога напрежението на единъ дъждовенъ облакъ спрямо земята е твърде голЕмо; отъ друга страна, въздухътъ става .влаженъ и не толкова лошъ проводникъ на елекгри-чеството: тогава електричеството отъ облака презъ въздуха се изпразва въ земята; казваме че е падналъ гръмъ.
Франклинъ е измислилъ първия гръмоотводъ; този уредъ е желЕзенъ прътъ, вдигнатъ високо на сградата и свързанъ много добре съ земята. Електричеството намира добъръ пжть за земята и отива въ нея по гръмоотвода. Така атмосферного електричество се отвежда безъ да повреди на сградата.
Като гръмоотводи действуватъ високитЕ дървета и части на сградата: ето защо при дъждъ тЕ трЕбва до се из-бЕгватъ.
Въ атмосферата постоянно ставатъ по-малчи или по-го-лЕми „изпразвания“ т. е. свръзване на -f- и — електричество. ТЕзи изпразвания сж особечо неприятии за слушателитЕ на радиоприемнитЕ апарати.
3
18. Електростатически капацитетъ.
ВидЪхме, че т-Ьлата могатъ да бждатъ наелектризирани въ различна степень. ТЪло, което е наелектризирано въ по-голЪма степень, казваме, че има по-високо напрежение.
Две гЬла, които сж различии по гол^мина, изискватъ различно количество електричество за да бжцатъ еднакво наелектризирани; значи напрежението на едно тЪло е пропор-ционално на количеството електричество, съ което това т-fano е заредено.
Отношението между количеството електричество Q и придобитыпо напрежение V се нарича електростатически капацитетъ или накратко капацитетъ на това тгъло. Това отношение не е просто число, а е една физическа величина, и се бележи съ С;
количество електричество Q .
капацитетъ = ----- —; С—77-; (Ю)
напрежение V
Нко измЪримъ количеството електричество въ кулони, а напрежението въ волтове, капацитетътъ се получава въ единици, наречени фаради (F). Фарадътъ е много голЪма единица; въ практиката се употр^бява микрофзарадъ (една мили-онна часть отъ фарада), които се бележи съ п F, или пико-фарадъ (микромикрофарадъ), една милионна часть отъ микрофарада конто се бележи съ pF или liiiA
1 F -1,000,000 ц./7(микрофаради) =106ц/7—101-[ip/7
1 р,/7—1,000,000 рц/7 (микромикрофаради)=10(’и||/7=10'ф/''
Друга единица за капацитетъ е сантиметъра; единъ пи-кофарадъ е равенъ на 0’9 сантиметри. Тр-Ьбва да се запомни обаче, че сантиметъра — мЬрка за дължина н-Ьма нищо общо съ сантиметъра — мЪрка за капацитетъ.
ВсЬко гЬло има отдЪленъ елекгростатиченъ капацитетъ: капацитетътъ на едно т-Ьло зависи отъ формата и отъ ront-мината на сжщото, а е независимъ отъ материала, отъ конто сжщото е направено.
Намерено е сжщо, че когато доближимъ до единъ проводникъ, зареденъ съ електричество, другъ проводникъ, то капацитетътъ на първия проводникъ се увеличава; когато съединимъ втория проводникъ съ земята, капацитета на първия проводникъ се увеличава още повече.
35
19. Конденсатори.
изолирани една отъ на единъ галвани-д. сила Е. Когато
Фиг. 12
Общи сведения. Да свържемъ две друга плочи А и Б (фиг. 12) съ полюса чески елементт, конто е източникъ на е. «атиснемъ прекжсвача п, волтмЪра V ще покаже, че за много кратко време, между дветЪ плочи А и Б се установява сж-щото напрежение, каквото е напрежението между -J- и — на елемента. Когато отчачимъ Е, между А и Б сжществува сжщото напрежение.
Действието на е. д. сила тукъ е подобно на помпа; тя изтиква електрони отъ — на елемента къмъ плочата Б, и изсмуква електрони отъ А къмъ -f- на елемента. ДвижущигЬ се електрони об-разуватъ така наречения токъ на пълнене. Колкото сж по-голЪми плочит-fe А и Б, толкова по-силенъ ще бжде токътъ на пълнене.
Безъ да пипаме плочигЬ А и Б ълекъ като т-fe сж заре-дени, отваряме прекжсвача л; ако поставимъ между плочигЬ А и Б една стъклена плоча, забелЪзваме че напрежението V спада; когато махнемъ плочата, напрежението V придобива първоначалната си стойность.
Количеството електричество и въ двата случая остава неизменно.
Понеже плочит^ сж заредени съ електричество, то между тЪхъ се установява електрическэ силово поле (фиг. 13); то е създадено за смЪтка на е. д. сила на галваническия .елементъ.
Дветп> плочи, заодно съ изолацията между тгьхъ образу ватъ конденсаторъ. ПлочитЪ се нарича тъ арматура, а изолацията диелектрикъ на конденсатора.
ВсЬки конденсаторъ има опред’Ьленъ капацитетъ
капацитетътъ на конденсатора се увеличава когато увеличимъ разм-ЬритЪ на арматуригЬ му, намалимъ разстоянието между техъ, или когато замЬнимъ въздуха съ другъ диелектрикъ. Така напр. можемъ да употркбимъ за диелектрикъ парафини-.рана хартия, ебонитъ, слюда и др.
\ V )’
36
Числото, което показва колко пжти се увеличава капаци— тета на конденсатора, ако въздухътъ се замени съ другъ дие-лектрикъ, се нарича диелектрична постоянна на този дие-лектрикъ. Диелектри-
Фиг. 13
кътъ не позволязг на електричеството дг. протича презъ него отъ едната арматура въ другата.
Споредъ Фарадей, диелектрика се съ-противлява на про-никванего на електричеството въ нет® (както напр. дървого
се сълротивлява на огъване);той развива вжтрешни сили, конто уравновесяватъ външната е. д. сила. Когато тЪзи вж.трешни сили достигнатъ определена стойность, диелектрикътъ не може да издържа повече гЬхното действие и се „пробива" или
се счупва, както дървото ще се счупи поради силното огъва-не. НЪшо повече: както еластичното пЬло може да се върне въ първоначалното си положение следъ като спре действие?© на външнит-fe сили, така и диелектрика се връща въ първоначалното си положение следъ изпразването на конденсатора, като освобождава потенциалната енергия (скрита въ него при. деформирането му), въ форма на електрическа енергия.
Приема се, че електрическата енергия въ конденсатора се запазва, като се създава електрическо поле въ диелектрика. Когато се съединятъ арматуритЪ на конденсатора, елек-трическото поле постепенно изчезва, като отстжпва електрическата енергия, която го е създала; заради тази електрическа енергия именно, конденсаторит-fc намиратъ различна упо-трФба въ техниката.
Въ практиката за сигурность конденсаторитЪ се зареж-датъ съ напрежение равно на Уз до 1Д отъ най-голЪмото,
което могатъ да издържатъ; така напр. конденсаторъ съ дие-лектрикъ въздухъ, при разстояние между арматуригЬ 1 мм.»., не се употрЪбява^за напрежение, по-високо отъ 400 V—500 V
Капацитетътъ на единъ конденсаторъ се увеличава зна-чително когато свържемъ едната отъ арматуритЪ съ земята.
37
Таблица I.
^Пиелектрична постоянна и съпрс тивителна способность на изолатори.
Изолаторъ Диелектрична постоянна Е Съпротивителна способность на 1 мм. дебелина
Въздухъ ...... 1 2000 V—3000 V
Ебонитъ 2-2’8 40000 V—50000 V
Лорцеланъ 4’4 15000 V—20000 V
Слюда 5—8 60000 V—70000 V
Парафичирана хартия . 3—3’8 15000’V-25000 V
Н аучукъ 3-4’5 30000 V—40000 V
Свръзване на конденсаторитЪ. НЪколко конденсатори х&гатъ да се свържатъ помежду си: паралелно (фиг. 14), по-•£ледователно (фиг. 15) или смп>сено (фиг. 16.)
Фиг. 14 Фиг. 15
И (Н Н к i
I
1
1
i
Фиг. 16
При паралелното свръзване, общиятъ капацитетъ С е ра-щенъ на сумата отъ капацитетитЪ на отдЪлнигЬ конденсатори:
C = Ci + C2+... (И)
Чрезъ просто разсжждение се вижда, че това е така: (СъединенитЬ плочи като че се допиратъ (напрежението имъ изравнява веднага) и се получава единъ конденсаторъ съ ж-гол-кми плочи.
При последователното свръзване, обратната стойность 'н-а общия капацитетъ С е равенъ на сбора отъ обратнит-fe стоимости на отд-ЬлнитЪ капацитети:
•г-йЦ+' •' (,2)
8
При това свързване отдЪлнитЪ конденсатори се съеди-няватъ въ единъ общъ конденсаторъ, въ конто е увеличена-разстоянието между плочитЪ и капацитетътъ се е намалилъ; арматуритЪ 2 и 3 сж съединени въ една само арматура, коя-то е безъ значение за общия капацитетъ.
При смЪсеното свръзване съединяватъ се т конденсатори последователно; образуванитЪ п групи отъ така съеди-ненигЬ конденсатори се свръзватъ паралелно. Резултатниягь конденсаторъ (отъ т п отдЪлни еднакви конденсатори) има капацитетъ:
п.С
(13>
Видове конденсатори. Споредъ формата и назначе-нието си, могатъ да се разделять на цилиндрични, право-
Фиг. 18
Фиг. IS
Фиг. 17
жгълни, измЪняеми (фиг. 17 и 18), конденсатори спирачки блокконденсатори — фиг. 19.
ДиелектрицитЪ схщо могатъ да бждатъ различии: въз-духъ, бакелитъ, парафинирана хартия и др.
УпотрЪба. КонденсаторитЪ се употрЪбяватъ твърде много. Tt спиратъ постоянния токъ, а пропускатъ пром^нливия, ето защо се употрЪбяватъ тамъ, гдето трЪбва да се позволи преминаването на промЪнливия токъ, а да се попречи преми-наването на постояненъ токъ. Освенъ това, отъ промЪнливия токъ тЪ ту се пълнятъ ту се изпразвагъ, така, че задържатъ. часть отъ електричеството, когато то тече съ най-гол^ма сила и го възвръщатъ, кагато тока престане: действуватъ ката регулатори на тока и напрежението и убиватъ искригЬ. Това, имъ свойство се използува въ автомобилнитЪ електрически инсталации, въ телефоннитЪ и въ много други апарати.
39
Капацитетъ на различнитЪ видове конденсатори.
Капацитетътъ на единъ конденсаторъ^зависи отъ повър-хнината на плочитЬ му, отъ разстоянието между тЪхъ и отъ употр'Ьбения диелектрикъ.
Съ помощьта на формулата:
(14)
4 д d
можемъ да получимъ капацитета на конденсатора въ см.; С— капацитетъ на конденсатора въ см.; е — диелектрична постоянна, л — 3'14; d —дебелина на диелектрика въ см.
Съ помощьта на формулата:
.SGV-1) (15)
' из. ю5. <7
можемъ да получимъ капацитетътъ на конденсаторъ, който е съставенъ отъ всичко /V плочи; С се получава въ микрофара-ди когато .S' е площьта на едната страна на една плоча въ см.®, ad — разстоянието между плочитЪ въ см.
ЕлектрическитЪ линии и кабели сжщо иматъ собственъ капацитетъ. Външната линия заедно съ земята образуватъ конденсаторъ, чиито диелектрикъ е въздуха, намиращъ се между гЬхъ; сжщо така проводницигЕ на една двупроводна (трипроводна) линия, заедно съ въздуха между тЪхъ образуватъ конденсаторъ съ опредЪленъ капацитетъ. При еднаква дължина и еднаква дебелина, капацитета на кабела е много по-гол’Ьмъ, понеже сжщиятъ минава или непосредствено въ земята или въ малки канали, така, че разстоянието между него и земята е по-малко; следователно, конденсатора образу-ванъ отъ жилото на кабела, изолацията му и земята има по-тънъкъ пластъ диелектрикъ, който отъ своя страна има по-го-лъма диелектрична постоянна (напр. каучукъ и хартия).
Изчисляването на капацитета между два проводника на въздушната линия съ дължина / въ километри, може да стане по формулата:
______/ 76'9 log./? а
(1б)
кждето С се получава въ микрофаради; D е разстоянието между центроветЪ на двата проводника, a d е диаметъра имъ
40
Логаритъма на ~ трЪбва да нам^римъ въ логеритмичната
таблица.
За да получимъ С за линии, дадени въ метри трЪбва да раздЪлимъ на 1000 получения резултатъ.
Капацитетътъ на различнитЪ видове кабели зависи отъ тЬхното устройство; той се дава обикновено като фабрична дайна при покупката на кабела.
Електрическа енергия на зареденъ конденсаторъ.
Да съединимъ единъ изолиранъ проводникъ, конто има електричество Q и съответенъ потенциалъ V, съ земята. Про-водникътъ ще се „изпразни"; токътъ на изпразването можемъ да го използуваме за да извърши известна работа. Чрезъ този токъ на изпразване, ц-Ьлото количество електричество Q, намиращо се въ проводника, отива въ земята.
Извършената работа Р при протичане на електричеството Q ще бжде равна на произведението отъ това електричество и потенциала между проводника и земята до като протича електричеството. Този потенциалъ ще стане отъ V на нула. Следователно, можемъ да допуснемъ, че тЬлото презъ всичкото време на изпразването си е имало постояненъ потенциалъ равенъ на половината отъ неговия най-високъ по-
V+0 1
тенциалъ, т. е. потенциалъ —У Работата Р ще бжде (сравни съ формула 9).
(17)
Отъ друга страна, ние знаемъ, че не можемъ да получимъ енергия безъ да сме разходвали такава. Значи за да за-редимъ проводника, ние сме изразходвали енергия, дадена отъ формула 17 подъ формата на извънредна работа.
Конденсаторътъ представлява, както видЪхме, два проводника (плочи), отдЪлени съ диелектрикъ. Нко напрежението между дветЪ плочи е V, а количеството електричество, съ което е зареденъ конденсатора е Q, то цЪлата енергия, която е натрупана въ заредения конденсаторъ ще бжде:
Р = 4 Q.V
41
£ v
Понеже отъ формулата С==
можемъ да получимъ
•Q = C.V, горната формула добива вида:
Р= ? С.И*
(18)
Когато единъ конденсаторъ се изпразва, той не връща ник от а всичката енергия, която притежава. Причината на това е, че и тукъ се забелязва явление, подобно на магнитния хис-терезисъ, което поглъща часть отъ енергията, друга часть се изразходва въ съединителнитЬ проводници, трета въ искрата, която се образува при изпразването. Все пакъ загубит^ въ конденсаторитЬ стр. сравнително много малки.
20. Решени задачи.
Конденсатори.
Задача 5. Да се изчисли С на единъ конденсаторъ, на-праэенъ отъ две полукржгли плочи съ диаметъръ £)=8 см., ако разстоянието между плочитЪ е 1 мм., а диелектрика е въздухъ.
Решение: капацитетътъ въ см. (абсолютни електро-статични единици) се намира по формула 4, гдето g за въздуха е 1; 5 = л& = 25'12 см.а, е повърхнината на ед-ната страна на плочата. d = 0.1 см. Зам^Ьстваме и намираме 1.25.12
= 4 3'14 0'1 а^с. единици (см). Понеже 0'9 = 1 pF, намираме, че С — 20 см = 22 р F. (пикофаради).
Задача 6. Да се изчисли С на единъ въздушенъ конденсаторъ, конто има 11 полукржгли плочи съ диам. 4 см., ако разстоянието между плочитЪ е 1 мм. и диелектрикътъ е въздухъ. Решение: използуваме формула 15, гдето 8 = 1, л 712
5—------6'82 см.2, А/ = 11 и </ = 0'1 см. Намираме С=50 см.
= 55 pF.
Задача 7. Да се разчете въздушенъ промЪнливъ конденсаторъ съ капацитетъ 300 р F и разстояние между плочи-rfe d = 01 см. Решение: 300 р F— 270 сантиметри. Необхо-димата повърхнина S на конденсатора намираме отъ форму
42
ла 14: S — 270.12'56.0'1 =339 см. Решаваме да направимъ конденсатора съ 13 полукржгли плочи и търсимъ повърхнината
на една плоча като вземаме осьта на конденсатора съ диаме-търъ 0'4 см. Неизползуваната повърхнина (1 кржгъ) отъ една
плоча ще бжде——= 0'1256 см.
общо за всички 13 плочи
ще бжде 1'256 (13—1) = Г5 см.2.
Повърхнината а на една плоча ще нам"Ьримъ по формулата а . (7V—1) = S, гдето N =13, а Л’ = 339 см.2 -f- Г5 см.2 = 342 см2
342 см.2 Намираме а = -' = 28 5 см.2 Понеже плочитъ ше
a; di = 8'5 см. (Л1 закржглихме нарочно на 342 ск».
бждатъ полукржгли, намираме диаметъра di отъ равенстзото 2 nd _ 1
8
Задача 8. Да се намЪри общия капацитетъ на 3 конденсатори съ капацитети а = 200 см., с2 = 300 см., и с« = 333 pF. Решение: преди всичко обръщаме капацитетитъ въ еднакви единици, и следъ това ги събираме: 333 р F= 333.0'9 = 300 см. С = с\ + с> ф- Сз = 800 см.
Задача 9. Какъвъ ще бжде общия капацитетъ, ако сзър-жемъ конденсаторигЬ отъ задача 8 последователно? Реше-ние: използуваме формула 12: q ~ с 4 с> + Сз =200 “30G ‘ 1 7 600 см.
300 ~ 600 см. • С = 7 ~ 85’7 см-
III. Постояненъ токъ
21. Електрически токъ.
Свойства на електрическия токъ. Електрическиятъ токъ има грамадно приложение въ живота поради своитЪ много важни свойства. Тези свойства сж:
1) способность да пренася електрическата енергия на грамадни разстояния съ много голема скорость;
2) способность да магнитизира жел'Ьзото и сто маната, когато минава по изолиранъ проводникъ, намотанъ върху сжщит’Ь; така се образуватъ електромагнити, чиито свойства ще разгледаме отдЪлно;
J) индуктира е. д. сила въ проводници, конто сж разположени близо до него; това ценно свойство се из-ползува много, особено въ трансформаторитЬ, конто сж едни отъ най-разпространенитЬ електрически машини;
4) нагрева проводника, по който тече и развива много висока температура; това свойство се използува за електрическо осветление, за направа на електрически пещи, ютии, чайници и много други полезни на хората уре-ди (топлинно действие на електрическия тскь);
5) физиологично действие върху живите сжшества; това свойство се използува въ медицината за лекуване съ електричество; на сжщсто се дължи убиването на хора и животни отъ електрическия токъ, когато тЬ не се отна-сятъ внимателно съ него, а така сжщо използуването му въ време на война като средство за отбрана (електрифи-кация на телени препятствия);
6) отнася метала отъ металните соли, когато тЪ сж разтворени въ вода и го полепя върху други метали; на това свойство почива галванопластиката (химическо действие на електрическия токъ);
7) разпространява се въ пространството въ формата на електромагнитни вълни; на това свойство почиза радио-техниката и телевизията.
Поради тези ценни качества, електрическиятъ токъ е необходимъ за културниятъ човекъ днесъ така, както сж необходими облеклото и жилището.
44
Видове електрически токъ. Токътъ, конто тече по проводницитЪ, може да се раздали на:
а) правъ,
б) промгьнливъ.
Правъ токъ е този, конто тече винаги въ една и сжща посока. Правиятъ токъ може да бжде и постояненъ т. е. да има една и сжща сила продължнтелно време; ако силата на постоянния токъ се измЪня постоянно, то той се нарича пул-сиращъ токъ.
Промгьнливъ токъ е този, конто м-Ьни своята сила и сво-ята посока.
Казахме, че електрическиятъ токъ се дължи на дви-жението на електрони; това движение можемъ да оприличимъ напълно на движението на водата. На фиг. 20 е показано сходството между една електрическа верига и единъ затворенъ воденъ пжть. Водната помпа, която прид-вижва водата,^съотвествува на производителя на е. д. сила. Ако псмпата работи въ означената посока. движението на водата е винаги спорецъ стрелката; ако вмъсто помпата имаме е. д. сила съ постоянна посока, електрическиятъ токъ сжщо
ще тече само въ една посока —
•електрическата верига, то тя ще
въ едната, ту въ другата посока;
ще имаме правъ токъ.
На фиг. 21 помпата е заменена съ бутало, което се движи ту на-предъ, ту назадъ и изтласква одата ту презъ горния отворъ, ту презъ долния от-воръ; водата се движи ту въ една, ту въ друга посока. Ако вместо буталото въ водната верига, действува про-мЪнлива е. д. сила въ избутва електронитЬ ту това избутване ше бж-
де периодично, ако пром^нливата е. д. сила, подобно на бутало, периодично (следъ точно определено време) мени
«и посоката си.
45s
Правиятъ и промЪнливиятъ токъ могатъ да се означа-ватъ графически. Така сж изобразени на фиг. 22 и фиг. 23. По хоризонтпална ось се нанасятъ различнипиъ времена, презъ конто се измТрва силата на тока, а по вертикалната ось се нанасятъ въ известна мгърка измгьренитгь сили на тока. Като знаемъ тази мЪрка, ние можемъ да намЪримъ за всЬко време силата на тока: достатъчно е да вдигнемъ перпендику--
о 1 й з ч s 6 т а з <о секуиди
Фиг. 22
Фиг. 23
ляръ отъ хоризонталната ось до гдето пресече линията на тока и да опредЪлимъ по мащаба на колко единици тскъ. отговаря тя.
Казахме, че практическата единица за силата на токъ се нарича амперъ (А). Токътъ, конто преминава презъ 1 квадра-тенъ милиметъръ сЬчение на проводника се нарича густота на тока; напр. ако презъ проводникъ съ сЬчение 3 мм.2 тече токъ 6 А, казваме, че гжстотата на тока е 2Л/мм.2 (два ам-пери на кв. мм.).
22. Законъ на Омъ за пост. токъ. Падение на
напрежение.
Законъ на Омъ. За да протича електрически токъ, необходимо е да имаме е. д. сила и затворена електрическа верига.
Електрическата верига е пжтя, по нойто се движи електричеството. Тя се състои отъ проводници на електрическия токъ; освенъ това въ нея се включватъ уредигЬ, конто използуватъ електричеството, както и производителя на е. д. сила.
Е. д. сила е причината, която тласка електрическия токъ; тя следователно не е електричество, а натискъ върху електричеството, напрежение, или волтажъ, както казватъ още. Е. д. сила се произвежда по различии начини; ние ще раз-гледаме подробно тЪзи начини въ следващигЬ страници.
46
Проводимцит^Ь на тока обикновено сж метали; колкото и да сж добри проводници, тТ> все пакъ указватъ съпротивление при протичането на електрическия токъ. Това съпротивление е различно за различнитЪ проводници. То се из-мЪрва въ единици, наречени омъ, ето защо се 'нарича оми-ческо съпротивление.
Между електрическия токъ, е. д. сила и омическото съпротивление на една верига сжществува една много важна зависимость. Тази зависимость е открита отъ Омъ, който е ус-тановилъ закона на Омъ. Този законъ гласи: силата на електрическия токъ въ една верига се равнява на електродвига-телната сила, която действува въ тази верига, раздгьлена на съпротивлението на сжщата верига.
Този законъ ни позволява, ако знаемъ е. д. сила и съпротивлението въ една верига, да нам’Ьримъ силата на тока, който тече въ нея. Той ни позволява сжщо така да намЪ-римъ съпротивлението на веригата, ако сж известии силата на тока и е. д. сила въ сжщата, или да намЪримъ е. д. сила, която действува въ веригата, ако знаемъ силата на тока и съпротивлението на цЪлата верига.
Силата на тока накратко се означава съ буквата /, омическото съпротивление съ R, а е. д. сила съ Е (или съ V). Освенъ това ние знаемъ вече, че тока се измЪрва въ ампери (А), е. д. сила — въ волтове (V), а съпротивлението — въ ома (Q). Следователи©, можемъ да напишемъ (фиг. 24):
Законъ на Омъ
е. д. сила Е волтъ
Токъ=-----------------; 1=-ъ; амперъ =-‘— (19)
омич, съпротивление R г омъ
Е. д, сила=тока омическото съпротивление
Е = 1 . R
Волтъ = амперъ . омъ
е. д. сила Е волтъ
Омич. съпротивление=--------; R=_r; омъ =--------
1 токъ I амперъ
К.
Е I
Фиг. 24
Този законъ е в-Ьренъ, ако въ веригата има само
•омическо съпротивление: по-натъкъ ще видимъ, че въ елек-
47
трическитЪ вериги може да има и други видове съпро-тизления.
Падение на напрежение.
Ззконътъ на Омъ важи както за дЬпата верига, така сжщо и за всТка часть отъ нея. Така за всЪка часть отъ ве-ригата можемъ да напишемъ, че силата на тока, кошпо те
че тамъ, умноженъ по съпротивлението на тази часть, ще ни даде напрежението, коепю е необходимо да имаме въ два-та края, на схщата часть, за да тече тока.
Това ще пояснимъ съ примера на фиг. 25. Нека токоизточника ни дава напрежение 10 V; волтм'Ьрътъ Vi ни из-M'fcpea 10 И; волтм-Ьра 14 обаче ще ни измори само 8 И, понеже отъ А до Б имаме изразхсдвана разликата 10 V—8 V — 2 V, за да ни прокара точка; тази разлика въ потенциалитЬ (това напрежение) ше нам-Ьримъ по закона на Омъ; тя се нарича още падение на напрежение въ тази часть отъ веригата. Сборътъ отъ
Фиг. 25
всички падения на напрежения ще бжде равенъ на общото напрежение (е. д. сила), на веригата.
Разширение закона на Омъ. До тукъ разгледахме вериги, въ които има включена само една е. д. сила. Въ прак-тиката често се ср^щатъ вериги, въ които сж включени на различии мЬста различии е. д. сили. ПонЬкога посокитЪ на н1>кои отъ т-Ьзи е. д. сили сж противоположни на общата посока на е. д. сили. Сжщо така често се включватъ различии уреди, които се задействуватъ отъ протичащия електрически токъ. Понеже воЬки отъ тЪхъ има свое съпротивление, въ всЬки уредъ и въ съединителнит’Ь проводници има падение на напрежение.
Когато въ еднй верига има включени нЪколко е. д. сили
и различии съпротивления, закона на Омъ гласи: силата на тока е равна на сбора отъ всички е. д. сили, взети съ rfax-ния алгебриченъ знакъ, раздЪленъ на общото съпротивление. Или съ други дума: сумата отъ всички е. д. сили действу ващи въ веригата взети съ своя алгебриченъ знакъ <-|-или—) е равна на сумата отъ всички падения на напрежение.
48
Да пояснимъ това съ следния примЪръ: на фиг. 26 е
изобразена една
Фиг. 26
верига, въ която сж включени два елемента съ по 2 V и два други съ Г5 Iz, две лампи съ съпротивление по 15 Q, единъ електрически звънецъ съ 9 Q, а съпротив-лението на съединителнитЬ проводници е 1 Q. Сборътъ отъ всички е. д. сили щ® бж-де Е — 2 + 2 — 1.5 4-1-5 = 4 1Z; общото съпротивление е R = 15 -f-15 + 9 -ф 1 = 40 Q. Токътъ /, конто протича въ веригата е
1 ~ R-4CCrQ 1
.4
Законътъ на Омъ ни казва още че:
4 V=0-l.154-0-1.9 + 0-1.15 4-0-1.1.
Електрическата верига на фиг. 26 можемъ да сразнимъ съ водна верига, въ която нЪколко помпи движатъ водзта въ еднаква посока, а една помпа тласка водата въ противне посока.- последната помпа ще пречи на движението на водата. и другитЕ помпи тр-Ьбва не само да движатъ водата, нс да преодолеятъ и нейното действие.
ТрЪбва да подчертаемъ, че закона на Омъ се прилага само за вериги, конто нЪматъ никакви разклонения, т. е. когато единъ и сжщъ токъ протича последователно презъ всички съпротивления, конто сж включени въ веригата.
Значение на закона на Омъ. Законътъ на Омъ е ос-новенъ законъ въ електротехниката; той има грамадно приложение. Съ помощьта на този законъ се решаватъ най-раз-нообразни задачи въ практиката. Съ негова помощь се определи е. д. сила, доято е необходима за да протече onpenis-ленъ токъ въ една верига; опредЪля се какъвъ токъ ще протече въ веригата, могато се знае съпротивлението на сжщате и включената е. д. сила; позволява сжщо да се опредъли. съпротивлението на веригата, когато се знае, подъ действуете на известна е. д. сила, какъвъ токъ протича въ веригата.
ПримЪри за приложение закона на Омъ.
Въпросъ 1. Презъ една лампа сж протекли равномерно 5 кулони електричество за 5 секунди; какъвъ токъ е проге-
49
кълъ и каква е била силата му? Отговоръ: постояненъ 5 кулона
токъ съ сила—=------=1 амперъ.
5 сек. г
Въпросъ 2. Презъ една лампа протича постояненъ токъ съ сила 1 амперъ въ продължение на единъ часъ; колко ку-лони електричество е протекло презъ лампата? Отговоръ: единъ часъ има 3600 сек., за това време сж протекли 1 амперъ X 3600 секунди — 3600 кулони.
Въпросъ 3. Колко ампери протичатъ въ една верига, ако омическото съпротивление на сжщата е 10 Q, а е. д. сила е
15 V
15 V? Отговоръ: ]q-q~1 5 пРОтича токъ съ сила 1'5 А.
Въпросъ 4. Въ една верига протичатъ 5 А пост, токъ; е. д. сила, включена въ веригата е 10 V; какво е съпротивле-
„ 10 V
нието на тази верига? Отговоръ:
Въпросъ 5. Една верига има 15 Q съпротивление; въ сжщата протича токъ съ сила 5 А; каква е. д. сила действува въ веригата? Отговоръ 5А . 15Q=75V.
Въпросъ 6. Когато имаме н^колко е. д. сили, включе-ни вь една електрическа верига сь различии посоки, коя посока да вземемъ за положителна? Отговоръ: ако е. д. сили сж известии, събираме всички е. д. сили, които действуватъ въ едната посока и всички е. д. сили, които действуватъ въ противната посока; въ която посока действува по-гол'Ьмия сборъ, тя е положителна и въ нея ще протече тока.
Ако една часть отъ е. д. сили не е иззестна, тогава вземаме за положителна производно коя да е посока и предпо-лагаме, че тока протича въ сжщата посока; ако при изчисление-то получимъ за неизвестна е. д. сила отрицателната стойность, сбъркали сме положителната посока; трЪбва да приемемъ, че тока тече въ посока, обратна на първоначално избраната.
Задача 10. Да се намЪри неизвестната е. д. Е\ и посоката на тока въ задачата, дадена на фиг. 27? Отговоръ: приема-ме за положителна означената (съ „грешно") посока; прилагаме закона на Омъ: 2 VA-2 lzf-2 К——2 А (2 2) й — = 6 V— El = 8V; 6К— 8 V = Ег, — 2 V= Е,-получаваме отрицателна стойносгь за Е\ (-|~
£> Sv
—AMMAfr---WMA
Фиг. 27
на елементитЪ е
4
50
Фиг. 28
дебелата кжса чертичка, а—на сткщитЪ е тънката дтлга чертич-ка). Тогава вземаме другата посока за положителна и получава-ме. £'i-(2+2+2)I/=/.(2Q+2fi);£i-6V=2A4Q; 2:Т-8+б = 14И. Задача 11. Колко токъ ще тече въ веригата на фиг. 28 ако цЪлата верига има съпро-тивление 5б-‘? Отговоръ: закона на Омъ ни дава:
Е\— E-2—1R-, 40 V — 12lz=7’56 Q, отгдето /= ^=ом.
56 й
Задача 12. Какво е падението на напрежение: 1) въ лам-пата на фиг. 28, ако съпротивлението й е Ri = 50о и 2) въ проводницитЪ, ако съпротивлението имъ е бй.
Отговор ъ:
1) въ лампата падението на напрежението е Vi = l.Ri — 0’5.50=25 V.
2) въ проводницитЬ падението на напрежението е V-2 — I,R2—0 5 . б —3V; или всичко, падението на напрежението е 281/; остатъка отъ напрежението на по-гол-Ьмата батерия (401/), ра-венъ на 12 V отива да неутрализира е. д. сила 12 V, чиято посока е противна на положителната посока.
Задача 13. Колко токъ ще тече въ веригата на фиг. 28, ако посоката на Е% съвпада съ посоката на Ei. Отговоръ: законътъ на Омъ дава Ei -j-fa = l.Ri; 40 И12 И = /.56 й; 52
/=^=0-946 А.
56
23. Съпротивление на проводницитЪ.
Омическо съпротивление. Отъ опити е установено, че омическото съпротивление на единъ проводникъ:
1) зависи отъ материала, отъ конто сжщиятъ е напра-венъ; омическото съпротивление на 1 метъръ дълъгъ проводникъ съ сЪчение 1 мм.2 при О С се нарича специфично съпротивление на материала.при 0°С;
2) е право пропорционално на дължината му т. е. съ увеличаване дължината на проводника расте и съпротивлението му,
3) е обратно пропорционално на напречното му сучение, т. е. съ увеличение напр-Ьч.чото сЬчение на проводника се намалява съпротивленито му;
51
4) расте съ увеличение на температурата.
Като се знае специфичного съпротивление на единъ 'материелъ (металъ или сплавь) при определена температура. лесно може да се определи колко е съпротивление-то на даденъ проводникъ при тази температура. За да получимъ съпротивлението въ омове (Q) тргьбва да у множима дължината на проводника, измгьрена въ метра, по специфич-ното му съпротивление и полученото произведение да раздгь-лимъ на напрпчното сгьчсние на проводника, взето въ кв. мм.
Напр. специф. съпротивление на медьта при 0°С е ©коло 0-016; съпротивлението на 1000 м. меденъ провод-„ 0016.1000 ,
никъ съ 2’5 мм,- съчение ще бжде 2.5 — Q или 6.4 Q.
Казаното можемъ да го изразимъ така:
специф. съпротивление . дължина въ и. съпротивление въ омове =---------------т----------г--------
г напречно сЬчение въ мм/
Rko означимъ съпротивлението съ R, специф. съпротивление съ р (ро), дължината съ I (въ метри) и напречното сучение съ 5 (въ мм.2) ще получимъ:
(20)
Тази формула ни позволява да намТримъ една отъ ве-. личинитТ, когато знаемъ останалитЪ; напримЪръ:
, R. s съпрот. въ ома . напр. сЪчение въ мм,®*
—------: аълж. въ метри — ---------------s-----------------------—•
р г специф. съпротивление
0 . специф. съпрот. . по дълж. въ м.
:$=’' ; напр. стечение въ мм.2 =----------------------------------
—=~ г омич, съпротивление въ ома
/?
R. s омич. съпр. въ ома. напр. сучение въ мм3
-у-; специф. съпрот.——--- - —-----------------------
дължина въ м.
Когато искаме да изчислимъ какво е съпротивление--то при по-висока температура, тр-Ьбва да нам-Ьримъ какво -е специф. съпротивление при новата темеература или пъкъ да си послужимъ съ таблица.
Специфичного съпротивление почти на всички проводници расте съ гкхното нагр-Ьване. Новото специфично сопротивление pt при температура t°C се намира като знаемъ специф. съпротивление при ро по формулата:
Pt=Po 0+« Ч (21)
«кждето а е така наречения температуренъ коефицентъ, ate «новата температура. Стойностигк на ц сж дадени въ табл. II.
52
по-лесно ще тече водата.
Да разгледаме фиг. 29.
Въ табл. Ill е дадено съпротивлението на медни проводници съ различенъ диаметъръ при О С. Въ табл. IV е дадено числото, съ което трЪбва да се умножи съпротивлението въ табл. Ш за да се получи сжщото при различии температури.
Омическото съпротивление на проводницитЬ можемъ да оприличимъ съ съпротивлението, което указватъ стенитЬ на тржби, по които тече вода; колкото тЬзи стени сж по гладки и колкото напречното имъ сЬчение е по-гол£мо, толкова
Разликата въ нивото между канала и езерото кара да изтича водата отъ канала въ езерото; разликата въ нивото между резервуара и езерото кара да изтича водата отъ резервуара въ езерото. Колкото е по-гол^ма разликата между нивата на езерото отъ една и канала (а) или резервуара (б) отъ друга стра-налЪгането на водата за е го-широка тржбата, сте-
нитЪ й сж по гладки и дължината й е по-малка, толкова, по-силна ще бжде водната струя и повече вода ще изте-че за еднакво време.
Схоцството съ електрическата верига тукъ е много ясно: разликата въ нивото огговаря на потенциалната разлика (напрежението, е д сила) между двата полюса на токоизточника; съпротивлението на тржбата отговаря на. съпротивлението на прэтодницигЬ, а водната струя отго-варя на електрическия токъ.
РазгледанитЪ до тукъ проводници не се разлагатъ отъ електрическия токъ; rfe се наричатъ проводница отъ 1-и класъ-за разлика отъ разтворигЬ на химическит-fe съединения, които се разлагатъ при протичане на тока презъ тЬхъ и се на-рмча проводници отъ 2-и класъ.
Фиг. 29
на, толкова по-силно ще бжде изтече вь езеоото: колкото
5.3
Таблица II.
Специфично съпротивление Р на по-употр-ЬбяемитГ метали и сплави.
Проводници Спец, съпротивление Увеличение на Р за 1°С (температуренъ коефициенть а)
Ро п ри uv
Стомана (тель) о-ю - - 016 0-004
Меко железо (тель) .... 0’13 - - 0'14 0'006
Фосфоренъ бронзъ . . 0'016 - - 0 038 0004
1 Медь . 0016 — 0-0165 0004
Реотанъ ........ 0’47 — 0 52 00003
Ново сребро 0'35 — 0-37 0'00007
Никелинъ 0-40 — 0 43 0-00002
Константан Ь 0 488 0-000005
Манганинъ 1073 0’000004
Таблица Ш.
Съпротивление и тегло на медни и желЪзни проводници пр?» 0°С (при р0 за медьта 0'0165 и за железото 015)
Диаметъръ а въ мм. С-Ьчение S въ мм2. Медни. ЖелЪзни.
1 тегло на! 1 клм. кгр. /? на 1 клм. Q тегло на 1 клм. кгр. R на 1. клм. 1)
0-1 0 008 0'07 2034’00 006 19000
о-з 0071 0-63 226-00 0-55 2120
0.5 0'196 1-75 81'37 1-53 760
0-8 0'503 4'47 ЗГ78 3-90 298
ГО 0-785 7'00 20-34 610 191
1-1 0'950 8 46 16-81 7'4 158
1-2 1-13 10-07 14'13 8-8 133
1-3 ГЗЗ 11-81 12'04 ю-з ИЗ
1-4 Г54 13-70 10-38 12-0 97
1-5 Г 77 15-73 9-04 13-7 85
Гб 2-01 17-90 7-95 15'6 75
17 2-27 20-20 7-04 17-7 66
1-8 2-54 22'65 6-28 19'8 59
1-9 2-83 25-23 5-63 22-1 53
2-0 3-14 27.96 509 24’4 48
2-5 4‘91 43'70 3-25 38-2 30
з-о 7 07 62-91 2’25 55’0 21
3-5 9-62 85-63 1-66 75 16
4-0 12-57 111-84 Г27 98 12
5-0 19-63 174*75 0-81 153 7-5
54
Таблица IV.
Коефициентъ, съ който трЕбва да се умножи съпротивление-* то при 0°С за да се получи за други температури.
При каква температура. Коефициентъ на умножение к.
за медни проводници за жел^зни проводници 1
— 20° 0’92 0’900
— 15° 0 94 0-925
— 10° 0'96 0'950
— 5° 0*98 0-975
0° 100 гооо
+ 5° Г02 Г025
4- io0 Г04 1-050
+ 15° Г06 1-075 ”
20' 108 1-100
4 25° 110 1-125
-30° 1’12 1-150
4-35° 114 1-175
24. Единици за съпротивление, напрежение и сила на токъ.
Казахме, че единицата за изм-Ьрване на съпротивление се нарича омъ. Единъ омъ е съпротивлението, което указва на тока единъ живаченъ проводникъ, дълъгъ 106’3 см. и съ напречно стчение 1 м м2, за да не се разлива живака, нали-ватъ го въ стъклена тржба 106’3 см. дълга и съ сЬчение 1 мм2.
Единицата за изм’Ьрване силата на тока се нарича ам-перъ. Амперътъ е тази сила на тока, която отдгьля отъ-воденъ разтворъ на сребъренъ нитратъ Е186 милиграма сребро за 1 секунда.
Единицата за измЕрване е. д. сила е волтъ', волтътъ обинновено се определи като е. д. сила, която кара да тече токъ съ сила 1 амперъ въ верига, чисто съпротивление е 1 омъ. Тази дефиниция следва отъ закона на Омъ; по сжщия начинъ можемъ да кажемъ: единъ амперъ е силата на тока, който протича въ верига съ 1 омъ съпротивление, ако дей ствуващата е. д. сила въ тази верига е 1 волтъ;
единъ омъ съпротивление е това, презъ което подъ дей-ствието на напрежение 1 волтъ, протича токъ съ сила 1 амперъ^
55
Освенъ основнитЬ единици, въ техниката се употрЪбя-ватъ сжщо по-малки или по-голЪми отъ тЬхъ.
Ткзи единици се означаватъ чрезъ поставяне на След-нитЬ думи предъ единицата:
1
дека . . . = 10 . . деци . . . — • • •
1
кило . . . = 1000 . . санти...... == Тбо~ * * ’
„ 1
мега ....== 1 милионъ...........мили ...= _. ...
микро . . . = една милионна . . 1 Наприм’Ьръ: 1 милиамперъ — амперъ.
1 Uvv
1 мегаомъ = 1 милионъ ома
1 микрофарадъ = 1 една милионна отъ фарада
1 киловолтъ —1000 волта
25. Принципи на Кирхофъ.
Последователно и паралелно включване на сопротивления. УредитЪ, проводницит-fa и др. елементи на една електрическа верига, конто иматъ омическо съпротивление, могатъ да бждатъ включени въ веригата по 2 начини:
1) последователно (серийно);
2) паралелно (успоредно, шунтово).
Последователно се вклюватъ тогава, когато т-Ьзи уреди се свръзватъ единъ следъ другъ, както е показано на фиг. 30 токътъ тр-Ьбва да премине последователно отъ едно съпро
тивление въ друго, до като включи верига.
Силата на тока при последе-вателното свръзване е една и еялца въ всички части на веригата, отъ които тя е съставена. Съпротивлението на веригата е равно на сбора отъ съпротивленията на всички-rfe й части; е. д. сила, която действува въ веригата е равна на сбора отъ всички е. д. сил и; при това събиране, е. д. сили се взематъ съ своя знакъ (действуващит-fc въ обратна посска е. д. сили се изваждатъ).
56
Ясно е, че за тези вериги важи законътъ на Омъ.
Въ електрическите вериги почти винаги има разклонения.
Напр. въ електрйческото осветление: отъ всека разклонител-
на кутия води едно разклонение за лампа или контактъ; въ телефоннит-fe вериги: веригата на диференциалния вибраторъ; въ автомобилните електрически инсталации: разклонения за фаровете, за клаксона и пр.
Паралелно свръзване е това, при което тока се разпре-деля и минава едновременно презъ всички разклонения, които сьсгавляватъ веригата (фиг. 31). Проводницитгъ с я така свързани, че образуватъ шъколко пятя, по които може да
протече електрическия токъ.
На фиг. 30 и 31 е изтъкнато сжщо сходството съ бодни вериги; на фиг. 30 тока требва да премине последовател-
но презъ всеко съпротивление както водата требва да премине последователно презъ всеки сер-пентинъ.
На фиг. 31, както водата сг разклонява и минава едновремен-но презъ трите тржби, така и то-кътъ минава едновременно презъ трите съпротивления. Мко вод ните тржби сж еднакви, презъ тЪхь ще протича еднакво количество
вода; ако съпротивленията сж еднакви, презъ техъ ще протича еднаква сила на токъ; силата на тока, които протича презъ
различите разклонения е обратно пропорционаленъ на съпротивленията на тези разклонения.
Общото съпротивление на електрическата верига е ви
наги по-малко, отколкото съпротивлението на веригата презъ
кое да е отъ разклоненията.
Точките, гдето ставатъ разклоненията се наричатъ то-коей вязли; тези точки могатъ да се сметатъ като принадле-жащи на кое да е отъ разклоненията.
Въ практиката паралелното включване се употребява много повече отъ последователното.
Главната разлика между последователното и паралелно свръзване е, че при поел, свръзване, силата на тока въ всички уреди остава автоматически постоянна, а напрежението за
57
различнит-fe уреди е различно (понеже въ вскки уредъ има падение на напрежение); при паралелното свръзване, напрежението на линията се подържа постоянно, а силата на тока зависи отъ включенитЪ уреди.
Възможно е сжщо така смЪсено (паралелно последова-телно) свръзване на електрическитЬ вериги; такова имаме напр. ако свържемъ по нЪколко уреди последователно и така образуваме групи; гЬзи групп отъ своя страна свържемъ помежду имъ паралелно.
Принципи на Кирхофъ. Общиятъ токъ, които протича и се разклонява въ паралелнитЪ вериги не може да се намори съ закона на Омъ. За тЪзи вериги важатъ двата принципи на Кирхофъ.
Първи принципъ на Кирхофъ: въ зс^китоковъвж-зелъ, сумата отъ влизащитЬ токове е ра-вне на сумата отъ излизащит-b (фиг.32— вжзли а, б, в, г).
В тори принципъ на Кирхофъ: в ъ в ct-ко токово разклонение сумата отъ всички падения на напрежение (всички произведения отъ токоветЪ по-съпротивленията) е равна на сумета отъ всички е. д. сили, които действуватъ въ това
Тукъ гр-Ьбва да се обърне внимание на това, което представлява всЬко токово разклонение: то е една затворена електрическа верига, която включва въ себе си общиятъ за цТлия токъ (/—фиг. 32) пжть, плюсъ единъ само токовъ пжть (напр. Л) отъ всички разклонения.
Така напр. електрическата верига на фиг. 32 е съставена отъ четири токови разклонения.
Вижда се, че. вториятъ приниипъ на Кирхофъ съвпзда съ разширениятъ законъ на Омъ, когато последния се приложи само за едно токово разклонение.
Следствия. Като приложимъ принципигк на Кирхофъ, намираме нЪколко следствия, които сж много важни.
Първо следствие: когато нгьколко съпротивления сж включена паралелно въ една верига, то общата проводимость на веригата е равна на сбора отъ отдгьлнштъ проводимости.
5ft
•ift
?.«
ISA-
Фиг. 32
азклонение.
58
Това следствие ни позволява да опред’Ьлимъ какво е общото съпротивление на веригитЬ съ разклонения, като пом* нимъ, че проводимостьта е обратна на съпротивлението; еди-ницата за проводимость се нарича „сименсь" или „мо“ (обрат* но на „омъ": мо=—-—т омъ >'
Фиг. 33
Прим-Ьръ: на фиг. 33 сж включени паралелно три съпротивления; проводимоститЬ имъ с ж. 1 1 1
_ мо, мо и - мо; общата проводимость ще бж-5 20 10
1117
де ц+ эп“1~Тп=5п мо> °бщото съпротивление отъ
20
тритЪ разклонения ще бжде ? ома=.-2’857 о, Съп-
ротивлението на цЪлата верига ще бжде 2 857+1'143—4й; то*
кътъ 1 ще бжде ~^= 1 А.
Второ следствие: токоветгь въ разклоненията на една верига се ризпредгьлятъ обратно пропорционално на съпро-тивленията. Нко приложимъ това следствие къмъ фиг. 33, , _ Г\ 12 fl 1'2 is ,
тр^бва да получимъ: ~=jA r~i~’ г~1 ’ да нам,®Римъ 11> ПРИ‘
лагайки втория принципъ на Кирхофъ:
. r-hZi . л; 41/= 1 А. 1-143Q4-Z1.5»;
/1= "у^—==0 5714.4; използуваме второго следствие на Кирхофъ за да нам’Ьримъ fe:—=^-; is • /1,72=0’14294. По сжшия /а h ft
начинъ намираме fe—~. /1=0’28570.
Проверка: първиятъ принципъ на Кирхофъ ни дава /=/1-|-78-}-/з; зам^стваме и получаваме:
1 =0’5714ф 0’1429+0’2857.
Да докажемъ следствията на Кирхофъ. Отъ фиг. 34 като приложимъ първия принципъ на Кирхофъ имаме: /=/i+fe (1)
В . £
втория принципъ ни дава: Д= Zi’ri =/2Т2 или /1
/= ^_+_£=Д Р-+-1 ) (2)
П Г2 \ Г\ Г2 /
59
Да замЕнимъ сьпротивленията п и съ единствено, ре- -
Е зултатно съпротивление R; закона на Омъ гласи / = - (3)
R
Е
Отъ равенствата (2) и (3) получаваме: R
Съкращаваме на Е и получаваме
R ri г2’
1 резултатната проводимостъ, а—
А
и
1
гз
сж отд-ЬлнитЪ проводимости, следователно
доказахме първото следствие.
Второто следствие доказваме така: отъ равенствата E=i\rr, E—ii.r2 намираме тг.п =
ii г>
или все едно . = — което искахме да до-
Фиг. 34
кажемъ.
ПринципитЪ на Кирхофъ и следствията отъ тЬхъ заеднсъ съ закона на Омъ позволяватъ да решаваме всички задачи за постоянния токъ по токовитЪ разклонения, а именно: да опредЪлиме 1, V и R когато две отъ тЕзи величини ни сж познати, а третата ни е непозната.
26. Мощность на пост. токъ. Работа.
За да се извърши известна работа, необходима е сила: чов-Ьшка, на животно, магнитна, водна, топлинна и пр. Реостата, която една сила извършва за една секунда, се нарича мощность; колкото за по-кратко време искаме да извъро имъ една работа, толкова по-голЕма мощность трЕбва да употр-fec имъ.
Единицата за работа е килограмометъра (кгрм.), т. е. работата, която се извършва при пренасяне на 1 кгр. тяжесть на 1 метъръ; единицата за мощность е 1 килограмометъръ за секунда. ПоголЕма единица за работа е конската сила, която се равнява .на 75 кгрметри; бележи се съ HP или BS или k. с. Конска сила за сек. е единицата за мощность, която се упогрЕбява въ пректиката.
Мощность Електричеството, както всЕка друга сила,, притежава енергия и може да извършва най-различни работа.
60
Така напр. то се използува за задвижване на специални машини (електродвигатели, електромотори), които отъ своя страна задвижватъ най-раз-лични машини (трио-ни, стругове, компре-сори, трамваи и пр.) Да направимъ сравнение между мош-ностьта, която може да развие единъ во-денъ двигатель (фиг. 35) и мощность та, конто развива единъ електрически двига
тель (фиг. 36). Водната струя се движи подъ действието на водната помпа. Мощностьта IF на водната турбина зависи: 1) отъ налЪгането на водната струя (което се придизвиква отъ помпата; 2) отъ силата на водната струя (количеството вода, което изтича презъ тржбата за една секунда.)
Мощностьта на електродвагатела IF напълно схожда съ мощностьта на водната турбина. Тя зависи 1) отъ напрежението (е. д. сила), което действува на електродвигате-ля; 2) отгъ силата на тока т. е. количеството електричество, което протича за 1 секунда.
При водната турбина увеличаването на нал^гането пре-дизвиква усилване на водната струя; при електродвигателя, Силата на тока се увеличава съ увеличаване на напрежението. Отъ казаното можемъ да заключимъ: мощностьта на постоянная токъ е равна на произведението отъ е. д. сила по силата на тока, които действуватъ въ затворената елек-трическа верига.
Мощностьта (lF) = e. д. сила (Z?)X силата на тока (7). Единицата за мощность се нарича ватъ и се означава съ IF; можемъ да напишемъ:
1 ватъ=волтъ . амперъ; IF=F. А (22)
Както силата на водната струя зависи отъ нал-Ьгането на водата и широчината на тржбата, така и силата на тока зависи отъ е. д. сила и отъ съпротивлението на веригата; поне-волтъ
же амперъ ~ омъ > отъ горната формула можемъ да получимъ:
61
W=v. A—V. £=g; W= £ (23)
Яко ли пъкъ зам'Ьнимъ V—A . Q получаваме
W—A .A.ii — A3. о или W=P. R (24)
Или съ думи: Мощностьта на постоянная токъ въ една верига е равна на произведението отъ квадрата на силата на тока по съпротивлението на веригата.
По-голема единица отъ ватъ&KUdoeamb(kw); 1000w=l kw.
Конската сила сжщо се у потреби ва като единица за мощность; намерено е че 1 НР—136 ет=0‘736 kw, lAw=l’36 HP.
Работа. За да намЪримъ работата, извършена отъ електричеството, необходимо е да се умножи мощностьта по вре-нето, въ продължение на което сжщата е действувала. Въ практиката за единица работа най често се употрЪбява 1 ки-ловатчасъ fl kwn); т. е. работата, която ще свърши мощ--ность 1 kw за 1 часъ.
По-малка единица за работа е 1 ватчасъ (1 W4.), а още no-малка е ватсекундата, наречена още джаулъ (J)
1000 ватчаса=1 /ста часъ; 3600 джаула=1 ватчасъ. Работала се бележи съ Р или N; отъ казаното следва че
P=V. l.t или Р=Р .R.t. (25)
Понеже I.t — Q (количеството електричество), намираме P—Q.V. Тази формула за работата нам^Ьрихме теоретически при разглеждане на електрическия потенциалъ (т. 15 формула 9).
За да стане по-ясна разликата между мощность и работа ще направимъ сравнение между единъ 40-годишенъ мжжъ и едно 2-годишно дете, които ще жив-Ьягъ да пред-положимъ до 70 год. Детето има въ момента много помадка мощность отъ мхжътъ, кой го е въ разцв^та на си-лит-fc си; детето сбаче има да работи още 68 години, а възрастния още 30 години. За тЪзи 68 год. детето ще настигне мощностьта на възрастния (следъ 38 години) и следъ това ще продължи да работи още 30 год. Ясно е, че детето ще извърши много повече работа отъ възрастния презъ своя 68 годишенъ животъ.
Приложение.
Въпросъ I. Нога използуваме формулата 117=17./ и кога останалигк формули за мощностьта? Отговоръ: а) когато знаемъ напрежението и силата на тока при които работи ед-
~62
ла машина, ще търсимъ нейната мощность IF=IZ./; обикно-
вено тази мощность е полеэната, защото тя именно се прео-бразува въ полезна работа; б) формулата U7=/2/? ще упот-ръбимъ когато знаемъ съпротивлението на единъ провод-
никъ и силата на тока, конто тече въ него; тази мощность се изразходва като топлина въ проводнипитЪ и
обикновено тя е загубена
мощность поради нагрЪване
проводницитЪ; в) формулата
W=
1/2
R
ще употребимъ въ
на
по-
ръдки случаи; тя изразява изразходваната мощность въ
единъ проводникъ когато се знае напрежението въ краи-щата на този проводникъ и неговото съпротивление. При прилагането на тази формула тръбва особено много да се внимава да се вземе напрежението въ краищата на проводника, а не общото напрежение на уплата верига.
Въпросъ 2. Кога можемъ да опредЪлимъ силата на тока, ако използуваме формулитТ за мощностьта? Отговоръ: въ два (цл
I— у-1 и б) когато знаемъ
Въпросъ 3. Кога можемъ да опредЪлимъ съпротивлението на единъ проводникъ, ако използуваме сжщит’Ь форму ли? Отговоръ: когато знаемъ: а) мощностьта, иэразходвана въ сж-щия и /, протекълъ презъ него и б) когато знаемъ IF и И на краищата му.
Въпросъ 4. Въ една верига тече токъ съ сила 8Л подъ напрежение 150 F; каква работа извършва електричеството въ тази верига за 30 дни при 8 часовъ работенъ день? Отго-еоръ: работата P—V. I.t; Р=150F. 8.4.240 часа = 288 kw часа.
27. Законъ на Джаулъ.
Електрическиятъ токъ стопля проводниуит-fc, презъ конто протича. Развитата топлина Q е толкова no-ront-ма, колкото по-силенъ е тока и колкото по-гол’Ьмо е съп-ротизлението на проводника.
Топлината представлява енергия, която може да се използува по различии начини. Така: при изгаряне експло---Зива въ единъ патронъ, получаватъ се газове, конто вслед-
63
«ствие на топлината се разширяватъ и изтласкзатъ куршу-ма далече; водчитЪ пари, когато се загрЪятъ силно, се използуватъ за задвижзоне на парнитЪ машини; превър-налиятъ се вследствие на топлината въ газове бензинъ задвижва коленчагата ось на двигателя съ вжтрешно го-рене и т. н.
Единицата за топлина е грамкалорията: 1 грамкалория « топлината, която е нуждна за да се повиши температурата на 1 грамъ вода отъ 14’5'С на 155°С.
Физикътъ Джаулъ е намЪрилъ, че токъ съ сила /, когато тече по проводникъ, чието съпротивление е R въ продъл-жение на време t, развива топлина Q, която се намира по следната формула, известна въ електротехниката като законъ на Джаулъ:
ф-024/2./?./ (26)
тдето за да получимъ Q въ грамкалории трЪбва да вземемъ 7 въ ампери, R въ омове и t въ секунди.
Ние вече видЬхме че /-. R. t представлява отъ себе си електрическа работа: значи, чрезъ закона на Джаулъ вижда-ме потвърждение на това, което казахме за нея; 0'24 е коефициентъ, съ който тр"Ьбва да умножимъ работата I^.R.t, ако искаме да я получимъ въ грамкалории вместо въ ватсекунди.
Отъ закона на Джаулъ виждаме, че когато искаме да използуваме електричеството за произвеждане на топлина, трпбва да употргьбимъ силенъ токъ и проводници съ голп>мо съпротивление. Действително всички електрически пещи, чай-ници, ютии, лампи и др. които тр-Ьбва да се нагр-Ьватъ много, се правятъ отъ проводници съ гол-Ьмо специфично съпротивление. Обратно, когато искаме проводницит-fa да не се наг-рЪватъ много, тр’Ьбва да ги правимъ съ малко съпротивление и да пропускаме презъ тЬхъ слабъ токъ.
V
Въ закона на Джаулъ можемъ да напишемъ R=— и тогава получаваме Q=0’24 I. V. t; ако ли пъкъ замЪнимъ J.V—W ще получимъ Q—0’24 W.t. (27)
Мко разд'Ьлимъ работата съ времето, ще получимъ топлината, която развива електричеството за една секунда; съ други думи, ще получимъ електрическата мощность, иэразе-на чрезъ топлина (грамкалории).
64
Въ практиката, грамкалорията се нарича още малка ка~ летая. УпотрЪбяватъ се сжщо килограмкалорията, която има 1000 грамкалории.
Значение. Законътъ на Джаулъ е вториятъ по важность законъ въ електротехниката — следъ закона на Омъ.
Ученото до сега ни позволява да решаваме всички задачи за постоянния токъ, които се срЪщатъ при елек-трическитЪ вериги: опредъляне съпротивлението на про • водницигЬ, намираме силата на тока въ различнигЬ раз-нлонения на веригата, опред-Ьляне на извършената работа въ единъ уредъ и разходваната въ формата на топлина електрическа енергия; тази топлина може да бжде полезна, а може да бжде и вредна и тогава имаме загуба на електрическата енергия въ формата на топлина.
УмЪлото и правилно прилагане на основнигЬ закони на постоянния токъ донася спестяване на много средства и време, ФормулигЬ за мощностьта намиратъ голимо приложение, което ще се уясни чрезъ решаването на нЪкол-ко типични задачи.
Задача 14. Линията на една двупроводна верига, въ която сж включени електрически крушки, има съпротивление /?=2<>; сжщата пренася 4'5 kw подъ напрежение 150Q; каква часть отъ енергията се губи въ линията подъ формата на топлина?1
Решение: 4’5 kw — 4500 w. Намираме изгубената мощность по нЪколко начини: 45Q0 w
1) Силата на протичащия токъ е /——р-д-—=30 А
Загубената мощность е W, = 72./? = 302 X 2 = 1800 ж
Този начинъ е най правиленъ когато е дадено съпротивлението на проводника.
2) Падението на напрежение 16 въ проводника е 16 —IR =30.2 = 60 V; мощностьта, която отговаря на това зегубено напрежение ще бжде Wt—I. 16=30. 90=1800 w.
3) Използуваме формулата U7= ~ обаче внимаваме да поставимъ вместо V не общото напрежение 150 Ц а само това, което е загубено въ линията т. е. 60 V; намираме-«7==Л^=1800 w.
Задача 15. 5 kw. трЪбва да се пренасятъ по дву-лроводна линия, дълга 2 клм. Напрежението е 500 V. Да се.
65
намори кое е поекономично:’да се употреби меденъ проводникъ съ диаметъръ 2’5 мм., или такъвъ съ 3*5 мм. ако лихва-та е 10%, а килограмъ меденъ проводникъ струва 60 лв.; 1 kw. струва 5 лв и^сметката се прави за 5 години при 10 ча-совъ работенъ день.
Решение. Отъ таблица'!!! намираме: а) 1 клм. меденъ проводникъ съ <7=2'5 мм. е 43’70 кгр., a R за клм. е 3’25 о; линията е двупроводна следователно трЪбватъ 43'70 кгр/клм. )>0клм.=174'8 кгр.; цената е 174'8.60 лв. = 10488 лв.; съцро-тивлението 7?i=3'25.4 Q=13 Q.
б) за проводника съ d=3'5 мм. по сжщия начинъ намираме, че тежи 342'52 кгр. и струва 2055Г2 лв., а съпротивлението му Ri. е 6'64 Q.
Виждаме че ,за 3*5 мм. проводникъ ще се плати 10,063 лв. въ повече; теГносятъ^годишно 1006 л. лихви; за 5 год. носятъ годишно 5030 лв., която сума е загубата ако се употреби по-дебелия проводникъ.
IV
Силата на тока, конто тече въ веригата е 1—-^ — 10 4. Изразходваната мощность при линия съ 2'5 мм. проводникъ ще бжде: W%=/г R= 102Х13 Q = 1300 w = l'3 kw. При линия съ 3'5 мм, проводникъ се губи W» = 664 w — 0'664 kw. Следователно 'при 2'5 > мм. проводникъ се губи въ повече ГЗ kw—0'664 &u'=0'636 kw.
Да предположимъ, че годишно се работи 350 дни; по 10 часа дневно, за 5 години имаме 17,500 работни часа; загубе-ната енергия за 5 години е 0'636 kw. 17,500 ч. — 11,130 kw4.
Сумата,"която се губи е 11,130 kwH по 5 лв./fem ~ 55,650 лв. Вижда се, че ако се употреби 3'5 мм. проводникъ, за 5 години ще се економиса сумата 55,650 лв.—5,030 лв. =50,620 лв.; поуката отъ"доброго пресметане на линията е ясно.
Задача^14. Да се направи единъ чайникъ за l/=150 IV съ вместимость 1 литъръ^водата требва да възвира за 10 мин.
Решение 1). Търсимъ мощностьта на чайника. Да пред-иоложимъ, че водата въ чешмите има 10гС; необходимите мад-ки калории за възвиране на водата сж:
(103°—10°) X 1000 гр. = 90,000 грамкагории. Понеже една часть отъ топлината се пръска чрезъ излжчване, слагаме запдсъ още 30,000 грамкалории (коефициеьта на полезно дей~
5
66
90,000 П-7^ ГЛ
ствие на чайника ще бжде -qqqqq- 3qqqq ~ °'75)- Огъ закона на Джаулъ Q=0’24 7’. Z./; 120,000 = 0'24 1Л/.Х600 сек.; W = V 1=750 IV. Мощностьта на чайника е 750 tv; силата на я 750 м
тока ще бжде -=—=5.4.
150
2) Намираме съпротивлението, което требва да има про-750
водника по формулата W=P. R, отгдето /?= =30 Q.
3) Да намЪримъ дължината на проводника, ако напра-вимъ чайника отъ реотанъ; намираме отъ табл. II. р = 05 за реотана; за да не прегори проводника, приемаме допустимата гжстота на тока 10 А на 1 мм2; значи вземаме проводникъ съ сучение 0'5 мм2. Дължината / на проводника се получава отъ формулата R = р. у; 30 = 05 Jy; I — 30 метри.
Задача 17. Колко струва възвирането на водата въ горната задача, ако 1 kw4. струва 5 лв.
Решение; извършената работа ще се намори по формулата P—W Л, гдето /=10 мин. = */6 часъ; получаваме Р =750 аг часа по 1/с часа = 0’125 Ршч-, въ стотинки: 0’125X500 = 625 или 0'525 лв.
28. Добиване на постояненъ токъ. Галванически елементи.
Закони на Волта. Нко поставимъ метална плочка въ разтворъ отъ метална соль, то между метала и разтвора почва да действува една е. д. сила. Тази е. д. сила е много по-силна, ако въ разтвора потопимъ два метали (различии) или металъ и вжгленъ (коксъ).
ДветТ, потопени плочки заедно съ разтвора образу-ватъ единъ галванически елементъ; плочкит-Ь се наричатъ електроди, а разтвора електролатъ. Електродътъ, отъ който токътъ тръгва къмъ външната верига, когато последната е включена, се нарича анодъ (-}- плюсъ), а другиятъ елек* тродъ — катодъ (—полюсъ). Потенциалътъ нар полюсъ е по-високъ отъ потенциала на — полюсъ.
Италианецътъ Волта първи е схваналъ описаното явление и е изказалъ следниятъ законъ; когато две разно род-
67
<hu вещества се допиратъ, образу в а се една е. д. сила, която га електризира разнородно т. е. дветгь вещества придоби~
' ватъ различна. потенциала.
Щомъ свържемъ двата електроди, сольта и метала влизатъ въ реакция като почватъ да образуватъ нови съединения. Едновременно съ това, въ веригата почва да тече електрически токъ. Значи, действието на галваничес-кия елементъ се съсгои въ превръщането на химическа енергия въ електрическа.
Болта е доказалъ сжщо че: е. д. сила, която се получава въ галваническия елементъ не зависи отъ формата и отъ размгъритгь на електродипиъ; тя зависи само отъ ве-ществата, отъ които сж направени електродитгь и електро-лита; тази е. д. сила при постоянна температура, остава постоянна.
Отъ формата и размТритИ на електродитЕ зависи; а) ежтрешното съпротивление на елемента; б) способностьта му да работа по-дълго време (капацитета му, работоспособ-ностьта му).
Всички галванически елементи иматъ вжтрешно съпротивление; то е съпротивлението, което тока срЬща вжт-ре въ самия елементъ при преминаване отъ единия елек-тродъ къмъ другия; зависи освенъ отъ формата и размерить на електродитЬ, още и отъ разстоянието между електродитЬ, отъ температурата и оть гжстотата на елек-тролита
Токътъ, който дава единъ елементъ, умноженъ съ времето, въ продължение на което сжщия може да тече, представлява количеството енергия, която може да ни да-де този елементъ, изразена въ амперчасове (предполага се, че за това време е. д. сила запазва известна срЬдна стойкость). Това количество се нарича капацитетъ на елемента.
Капацитетътъ на единъ елементъ зависи отъ материа-литЬ, отъ които сжщия е направенъ и отъ размЬритЬ му: колкото по-силенъ токъ се черпи, толкова по-малъкъ е капацитета на сжщия елементъ.
Поляризация. Всички галванически елементи отдЬлятъ газове вследствие на химическитЬ реакции, които ставатъ •въ тЬхъ. Най-важенъ отъ тЪзи газове е водорода, който следва пжтя на тока -и въ видъ на мехурчета се полепва
68
по анода. Водородътъ скоро изолира водата и тока постепенно намалява до като спре съвършенно, Това явление? се нарича поляризация,
Вредното влияние на поляризацията е очевидно; тя спира протичането на тока или го намалява силно; увели-чава вжтрешното съпротивление на елемента.
За премахване на поляризацията се употрЪбяватъ специални вещества, наречени деполяризатора. Tfe поглъщатъ водорода и по този начинъ предпазватъ елемента отъ поляризацията. Има най-различни видове деполяриэатори.
Полюсно напрежение. Вжтрешното съпротивление на. елементитЪ е причина да имаме и въ тЪхъ падение на напрежение, както въ външната верига. Това падение е равно на произведението отъ силата на тока, конто протича, по вжтрешното съпротивление; то предизвиква раз-ходъ на часть отъ произведената е. д. сила вжтре въ са-мия елементъ.
Значи, за външната верига се използува само една. часть отъ общата е. д, сила на елемента. Тази е. д. сила се нарича полюсна е. д. сила или полюсно напрежение».
Полюсното напрежение Еп се получава като извадимъ отъ общата е. д. сила Е на елемента, падението на напрежение /. гв: Еп—Е—1.гв.
Колкото по-силенъ токъ тече въ външната верига, толкова по-малко е полюсното напрежение.
Действието на деполяриэаторитЬ постепенно отслабва и вжтрешното съпротивление гв се увеличава; други причини сжщ допринасятъ за увеличаване на гв и следъ време Еп намалява твърде много. Достига се до известно Еп подъ което елемента не може да се употрТбява; тогава той трЪбва или да се почисти, или да се презареди, или да му се заменять. н-Ькои части.
Видове елементи. Има най-различни видове елементи. Различии учени и конструктори сж се стремили да изра-ботятъ добри елементи. Н добъръ елементъ е този, който:
1) има гол’Ьма е. д. сила;
2) има малко вжтрешно съпротивление;
3) деполяризаторътъ действува много добре;
4) при малка тежина има гол-Ьмъ капацитетъ;
5) не е опасенъ и вреденъ при обслужването;
69
6) сравнително е ефтинъ;
7) устройството му е просто и обслужването леко.
И днесъ миозина търсятъ идеаленъ елементъ. И наис-*тина какво би било, ако се изнамЪреше елементъ, който при тежина н-Ьколко кгр. да дава напрежение нЪколко «стотици волта и да има капацитетъ н-Ьколко стотинъ ам-перчаса! Това значи съ 3 — 4 такива елементи да може напр, да се движи единъ трамвай 2—3 дни; би се пре-дизвикало истинска революция въ електротехниката и въоб-ще въ живота.
Обаче всички галванически елементи, които се фабри-куватъ иматъ почти една и сжща е. д. сила, почти еднакви свойства. Въ следващата табл. V се виждатъ най ха-рактернито данни на познатитъ у насъ елементи. Отъ тази таблица виждаме че най-гол-Ьма е. д. сила и най-мал-ко вжтрешно съпротивление иматъ елементитЪ Грене и Бунзенъ. И двата обаче съдържатъ азотна киселина, да-ватъ отровни пари, а Грене е сжщо твърде скжпъ. Пора-ди това най-широко приложение има елемента Лекланше.
Свръзване на елементитЬ. НТколко елементи, съеди--нени помежду си, образуватъ галваническа батерия. Свръз-ването на елементитЪ въ галванически батерии става по 3 начини: а) последователно; &) паралелно; в) см/ъсено.
При последователното свръзване на елементитТ, катодътъ
на пързия елементъ съединяваме съ анода на втория, катода на втория съ анода на третия и т. н.
Оставатъ свободни анода на първия и катода на пос-^едния елементъ (фиг. 37). Общата е. д. сила е сборъ
Фиг. 37 Фиг. 38 Фиг. 39
«отъ е. д, сили на всички елементи; сжщо така и общото
<вжтрешно съпротивление е сборъ отъ вжтрешнит'Ь съпро-
70
тивления на всички елементи. Този начинъ се употр-Ьбява-тамъ, гдето външната верига има голимо съпротивление въ сравнение съ гв .
При паралелнето свръзване (фиг. 38) всички аноди на елементит-fe се свръзватъ общо и даватъ анода на бате-рията; а всички катоди, свързани общо—даватъ катода на сжщата. Общата е. д. сила е равна на тази, която има единъ елементъ (ако елементитЪ сж отъ единъ видъ), а вжтрешното съпротивление на батерията се намира като общо съпротивление, получено отъ паралелното свръзване на нЪколко съпротивления. Това свръзване се употр-Ьбява когато съпротивлението на външната верига е незначително въ сравнение съ вжтрешното съпротивление на елементи-тЬ и когато въ веригата има нужда отъ силенъ токъ.
При слиъс&ното свръзване (фиг. 39), свръзваме п елементи последователно; получава се пЕ обща е. д. сила и п.!\, общо вжтр. съпротивление. Следъ това свръзваме н^колко та-кива групи, напр. т групи паралелно. Общата е. д. сила нД1 батерията остава пЕ, а общото вжтр. съпротивление ще бжде /ZZ*
(ако елементигЬ сж еднакви).
УпотрЪба. ГалваническитЪ елементи намиратъ голЪмо> приложение въ практиката; тЪ се употр-Ьбяватъ тамъ, гдето-се иска сравнително малка електрическа енергия и постояненъ токъ. Така напр. употрЪбяватъ се въ телефонната и телеграф— на техника, въ радиотехниката, въ нЪкои изм-Ьрителни уреди и пр.
Таблица V.
По-употрЪбяеми галванически елементи.
Наименование бнодъ Катодъ Електро-литъ Деполяри-заторъ Е. д. сила въ V 1 Вжтр. съ— । противле- ние въ Q
Волтъ медь Z.i сЪрна кис. - 0’8 14-0-5
Даниелъ медь » •> меденъ сул. 1-1 14-3
Бунзенъ вжгленъ « » »> азотна кис. 1'8 о-14-о-з
Г репе вжгленъ и азотна „ хром. кис. 2'0 0-054-0*1
Крюгеръ олово п цинк. сул. синъ кам. 0'95 84-Ю
Майдин* геръ медь > и п » » 11
Лекланше вжгленъ » нишадъръ манг, двуок. 1-5 0-24-5
71
29. Галванически елементи Лекланше.
Устройство. Елементътъ Лекланше се състои отъ:
1) анодъ (коксова пръчка) и катодъ (цинкъ);
2) електролитъ (разтворъ отъ нишадъръ — Ю°/о);
3) деполяризаторъ (смЕсъ отъ мангановъ двуокись и вжгленовъ прахъ);
4) сждъ (стъклена чаша или мукавена кутия) и други спомагателни части: витло, съединителенъ проводникъ и пр.
Елементътъ Лекланше не е добъръ за непрекжсната работа, понеже бързо се поляризира, макаръ че има деполяризаторъ. Следъ спиране на действието обаче, поляризацията му изчезва много скоро. Ето защо той намира широко приложение въ телефонията, въ радиото, свЕтло сигналнит’Е апа-
рати, електр. звънци и пр.
Мангановиятъ двуокись служи не само като деполяри
заторъ, а сжщо увеличава и е. д. сила на елемента.
Когато се затвори веригата на заредения елементъ, ни-шадъра се разлага и отдЕля хлоръ, който се съединява съ цинка и сбразува цинковъ хлоридъ; последниятъ се разтваря
въ течностьта и цинка постепенно се изразходва.
Е. д. сила на елемента е около Г5У; гв се мЕни въ ши
роки граници: отъ 0 20 Q до 5 Q.
Видове. Въ практиката се употрЕ-бяватъ три вида елементи Лекланше: течни, полусухи (наливни) и сухи.
Тенни елементи. Състоятъ се отъ стъклена чаша, въ която сж потопени двата електроди и е налЕтъ електро-лита. Деполяризаторътъ обгръща кокса, около който е пресованъ. За да не се разлада деполяризатора, служатъ си:
1) съ шупливо гърне, въ което деполяризатора е пресованъ (фиг. 40).
2) съ платъ, навитъ като торба около сжщиятъ (торбовъ деполяризаторъ, торбоагломератъ).
Цинкътъ въ елементитЕ съ шуп-
Фиг. 40
либо гърне е пръчковипенъ, а въ елементитЕ съ торбовъ
деполяризаторъ е цилиндъръ, който обгръща деполяризатора.
12
Вжтрешното съпротивление г„ на елемента съ торбовъ деполяризаторъ е по-малко (1—2Q), отколкото на този съ шупливо гърне; причината е по-голЪмата допирна плоскость между цинка и кокса въ този видъ елементъ.
Наливки елементи. Огличаватъ се отъ течнигЬ по това, че въ тЪхъ нишадъра е пэставенъ още при приготвянето имъ; освенъ това, поставена е специална смола (трагантъ), която поглъща водата и се превръща въ пихтиеобразна маса.
Тъзи елементи се пазятъ на скпадъ сухи; когато трЪб-ва да се използуватъ, налива се чиста вода; тя разтваря нишадъра, а съ смолата образува пихтиеобразно вещество. Пренасянето и използуването имъ въ полето е много удобно, понеже тЪ не се разливатъ.
Устройството на наливнитЪ елементи се вижда на фиг. 41. Затегателното витло на коксе вата пръчка пред-ставлява анода, а проводникътъ, запоенъ къмъ цинка и изведенъ вънъ—катода.
Върху капака има два отвора: по-голЪмиятъ служи за наливане вода, а по-малкиятъ — за излизане на газоветЪ, които се образуватъ вжтре въ елемента.
Вжтрешното съпротивление гв на наливнитЬ елементи е отъ 0’1 Q —0’5 Q. Когато полюсното напрежение на единъ елементъ спадне подъ 0'7V, той не може да се използу-ва въ телефоннит’Ь апарати.
Сухи елементи. Иматъ сжщото устройство както налив-ннтЪ; различаватъ се отъ тЪхъ само по това, че водата е налета вжтре въ гЬхъ и сж заредени още при изработването имъ. ТЬзи елементи сж готови за работа винаги и е достатъчно само да ги вклю> чимъ, за да почнатъ да действуватъ.
ОтворитЪ при тЬзи еламенти не сж нуждни: всички части сж затворени херметически чрезъ наливането на смо-листи вещества върху капака на кутията.
СухитЪ елементи се употрЪбяватъ
Фиг. 41 въ рапиото (энодни батерии), за джоб-ни фенерчета и др.
Зареждане. ТечнитЪ елементи Лекланше се зареждатъ съ предварително приготвенъ електролитъ. За да се оп
73
редели количеството на необходимия електролитъ, постжп-ва се така; налива се единъ елементъ съ вода до като сжщата стигне до 2 см. надъ горния край на цинковия цилиндъръ; следъ това се излива водата и се премЪрва. Това количество вода се умножава съ броя на елементи-Tfe, които трЪбва да се заредятъ. Следъ това, въ глиненъ или емайлиранъ сждъ се изсипватъ на всЬки литъръ вода по 100 трама нишадъръ на прахъ. Водата трЬбва да -бжде чиста отъ всЪкакви примЪси: разтварянето на ниша-дъра се ускорява, ако тя е предварително затоплена,
Съ така приготвениятъ електролитъ се заливатъ всич- -ки елементи на около 2 см. надъ цинка. Следъ това, вън-шнит-fe части на елемента трЪбва да се почистятъ добре отъ електролита.
Когато цинка е замърсенъ или разяденъ трЪбва да се почисти до като добие металически блЪсъкъ, или да се замени съ новъ. Деполяризаторътъ се промива н-Ьколко пжти съ топла вода и следъ това се оставя да се просуши отъ въздушно течение.
За да се изб-Ьгне кипенето на елемента при налива-не на електролита, чашата на сжщия се намазва отвжтре въ горния си край съ парафинъ или лой; следъ това се поста-вятъ електродит-fe на мЪстото си и се налива електролита.
Заредениятъ елементъ не тр-Ьбва да се използува около 48 часа следъ зареждането му. Това се прави за да може електролита добре да просмуче презъ деполяризатора.
Добре заредениятъ елементъ може да се използува повече отъ една година безъ да прекрати своята работа. За се изб-Ьгне изпарението на водата презъ това време, въ електролита може да се нал-fee и 1О°/о глицеринъ. Из-парената вода се зам-Ьства чрезъ доливане съ чиста вода, а не съ разтворъ.
Наливник елементи се зареждатъ чрезъ наливане на •чиста вода. Преди да се употр-Ьбятъ за работа, rfe Tpfe6-ва да се оставятъ на спокойствие около 12 часа. Следъ това, т-fe се обръщатъ наопаки и излишната вода (ако има такава) се излива.
Сухит-fe елементи не се зареждатъ.
Както наливнит-fe, така и сухит-fe елементи могатъ да се подновятъ и презареждатъ само въ спеииални работилници*
74
Пазене. ТечнитЪ елементи не изискватъ особени грижи.. СухитЕ и наливни елементи обаче, требва да се пазятъ грижливо, понеже съ течение на времето тЕ се изтощаватъ отъ се мо себе си. Причината за това изтощаване е вла-гата. НаливнитЪ елементи поглъщатъ влага и се зареж-датъ макаръ и не напълно. Влажниятъ въздухъ образува верига между тЪхнитЬ полюси и тЕ бавно се изтощаватъ.. Намерено е, че наливнит-fe елементи следъ стоене на складъ при най-добри условия, следъ една година губятъ около Ю°/о отъ своя капацитетъ.
СухитЬ елементи сж още по-чувствителни, понеже сж. вече заредени: влагата прецизвиква т-Ьхното постепенно из-празване и при недобро пазене, тЪ се изтощаватъ напълно.
Явно е, че елементитЕ требва да се пазятъ преди всичко отъ влага; складоветЕ требва да сж сухи, да се провЪтряватъ, да бждатъ свЪтли.
Топлината размеква смолистигЬ вещества, съ които сж. запоени сухитЪ елементи; това сжщо тр-Ьбва да се из-б-Ьгва. Силенъ студъ и силни удари напукватъ сжщитЬ вещества.
30. Акумулатори.
Свойства. АкумулаторитЪ служатъ да натрупватъ и да зяпазватъ електричество поср’Ьдствомъ химически реакции. Подъ действието на електрическия токъ се получаватъ нетрайни химически вещества. ТЪзи вещества се стремятъ да образуватъ отново предишнитЬ химически съединения и когато това става, тЕ освобождаватъ погълнатото електричество.
ВсЬки акумулаторъ се състои отъ плочи, наречени елек-троди (положителни и отрицателно.) отъ елекпгролитъ и отъ отдгьлители (сепаратора); всички части сж събрани въ специаленъ сждъ отъ стъкло или друго изолационно вещество.
ЕлектродитЪ сж отъ металъ или метални соли, а елек-ролита е разтворъ на киселина или основа. ОтдЪлителитЪ служатъ да отдЕлятъ плочит’Ь една отъ друга и сж или на-дупчени ебонитови листове, или стъклени пръчки.
Докато не пропуснемъ електрическиятъ токъ презъ аку-мулатора и държимъ електродитЪ изолирани единъ отъ други, въ акумулатора не става химическа реакция. Когато пус-
75
немътокъ отъ външенъ токоизточникъ, електролита и електро-дитЪ влизатъ въ химическа реакция; електричеството, доставено отъ вънъ, изм-Ьня състава на електродигЬ и електролита. Когато химическата реакция спре, казваме че акумулатора е пъ-ленъ; протеклиятъ токъ наричаме токъ на пълнене.
/Ако съединимъ чрезъ единъ проводникъ електродит-fe на единъ пъленъ акумулаторъ, забелЪзваме че протича токъ; въ сжщото време, електродит^ постепенно се превръщатъ въ първоначалнит-fc химически вещества. Ясно е, че именно това химическо превръщане образува е. д. сила; тази е. д. сила кара да тече електрическия токъ, ксйто се нарича токъ на изпразване.
Разликата между галваническитЪ елементи и акумулато-ритЬ е тази, че при образуването на е. д. сила елементитЪ се разрушаватъ постепенно; освенъ това, rfe не се пълнятъ пред-варително. Акумулаторит-fe могатъ да се напълнятъ много пж-ти стига да се отнасяМе внимател-ю съ тЬхъ. Поради тази причина н^Ькой наричатъ акумулаторитЪ вторични елементи.
Не всички химически съединения се разлагатъ отъ тока; така сжщо, малко сж съединенията, конто могатъ следъ като сж разложени, отново да се превърнатъ въ първоначалнитЬ и да освободятъ електричеството. Поради това, въ практиката(. отъ различнит-fe видове акумулатори се употр-Ьбяватъ само два: оловни и желп>зно-никелови.
Въпросътъ за намиране на ефтини, леки, съ голема работоспособность и малко вжтрешно съпротивление акумулатори е много важенъ и заради това постоянно се търсятъ нови типове акумулатори.
Е. д. сила на акумулаторитЪ зависи само отъ химический съставъ на електродит-fe и отъ гжстотата на електролита. Отъ разм-Ерит-Ь на плочит-Ь зависи капацитета на акумулаторитЬ.
Оловни акумулатори. Наричатъ се още „Планте" по името на т^хния изобретатель. Когато акумулаторътъ е пъленъ, анодътъ f-|- полюсъ) е отъ оловенъ двуокись, а като-дътъ (— полюсъ) е отъ чисто олово. Електролитътъ е раз-редена сгьрна киселина.
При изпразването, една часть отъ оловото на катода влиза въ реакция съ сЬрната киселина и образува оловенъ сулфатъ; на другия полюсъ оловниятъ двуокисъ се превръща,
76
първо въ олово, а следъ това влиза въ реакция съ сЬрната киселина и образува сжщо оловенъ сулфатъ.
ДветЪ реакции могатъ да се напишатъ така:
Р^-РЬ01-\-2Н. SOj —> 2РЬ30^2Н20
пъленъ акумулаторъ празенъ акумулаторъ
За да може да се натру пва повече електричество, необходимо е електродитгь да иматъ по-голгъма повърхнина. Това се постига като двата електроди се правятъ гжбести. За по-лесно фабрикуване, rt се правятъ отъ специални рамки, въ които минаватъ съединителни пластини; образуванитЬ клетки се запълватъ съ специални оловни съединения, които об-разуватъ шуплива маса (активна маса).
ФабрикуванитЬ по този начинъ плочи не сж много здра-ви; при непредпазливо отнасяне, материята лесно се олющва и пада на дъното на сжда.
Другъ способъ, бавенъ и скжпъ, но при който се получаватъ много здрави плочи е способа на Планте: взематъ се обикно-вени оловни плочи, които се потапятъ въ разредена сЬрна киселина и презъ тЪхъ се пуска да тече токъ; следъ това то-кътъ се прекжсва, акумулаторътъ се празни и пакъ напълва. Това продължава много пжти—до като плочитЬ се покриятъ съ активна маса, дебела около 1 мм.
Днесъ положите лнитЬ плочи, които сж по-слаби, обик-новено се приготвятъ по смЪсенъ начинъ: отчасти по способа на Планте и отчасти по бързия фабриченъ начинъ.
Положителнитгъ плочи иматъ характеренъ кафявъ цвгьтъ, а отрицателнитгь сж съ оловенъ цвгыпъ. Въ единъ акумулаторъ, нареченъ още акумулаторенъ елементъ, се нареж-датъ обикновено по нЪколко (2—3) положителни плочи, които се редуватъ съ отрицателнит-fa. Всички -f- плочи се съеди-няватъ и отъ тЪхъ се отвежда общия -f- полюсь; а всички — плочи, давать общиятъ — полюсь (фиг. 42).
Понеже -{- плочи сж по-слаби, винаги. крайнитгъ плочи сж отрицателни; значи тЬхниятъ брой е съ една повече отъ този на положителнитЪ.
Колкотото повече и съ по-голЪмъ размЪръ плочи съдър-жа единъ акумулаторъ, толкова по-голЪмъ капацитетъ има той.
НЬколко акумулаторни елементи се свръзватъ по между си така, както и галваническитк елементи и образуватъ акумулаторни батерии.
77
Е. д. сила, която може да даде единъ елементъ, зависи-отъ гжстотата на електролита; последниятъ обаче не трЪбва да има гжстота. по-гол-Ьма отъ 1'2, понеже разяжда оловния сулфатъ. При гжстота 1'2 е. д. сила на единъ елементъ е V=2V^
При пълнене и празнене е. е. сила се изм’Ьнява поради изм’Ьняване гжстотата на електролита; празниятъ акумулаторъ има гжстота къмъ 1'18, а пълния къмъ Г2.
Гжстотата на сЪрната киселина често се измБрва въ гра-дуси Боме. Превръщането на относ, тегло въ градуси Боме 144'3 (°Вё)става или чрезъ таблица VI или по формулата: d—
кждето d е относ, тегло, а п сж градуситк
Вжтрешното съпротивление на единъ елементъ е много малко (001 Q—0001 Q); кжситЪ съеди-нения предизвикватъ много сил-ни токове, които лесно рушатъ акумулатора.
Подъ капацитетъ на единъ акумулаторъ се разбира произ-ведението отъ силата на тока по времеть, презъ което трае изпразването; дава се въ амперчаса.
Коефицентътъ на полезно действие на единъ акумулаторъ е равенъ на полученит-fe при изпразването амперчаса, раздЬлени на H3pa3xoflBaHHTt при пълненето
Фиг. 42
амперчаса. За оловнитЪ
акумулатори той е обикновенно 0’85—090.
Животътъ на акумулаторитЪ е различенъ; зависи отъ. тЪхната изработка и най-вече отъ начина на използуването имъ. При добро гледане живота на единъ акумулаторъ може
да продължи до десетина и повече години, а при лошо отна--сяне, следъ н-Ьколко месеци акумулатора може да стане негоденъ.
ОловнитЬ акумулатори се изпслзуватъ твърде много. Tfe даватъ е. д. сила, която е почти неизменна до като трае изпразването: протича идеално постояненъ токъ. Вжтрешното-съпротивление е малко и затова даватъ силенъ токъ. Неудоб-. ствата имъ сж: голема тежина, деликатни сж и лесно се?
повреждатъ.
78
Използуватъ се въ телефонии и телеграфии станции, въ -радиотехниката, въ много иисталации (противопожарни, за си-гурность и пр.), а така сжщо като резервни източници на електричество: пълнятъ се, когато се разполага съ излишно електричество и се изпразватъ, когато има нужда. Използуватъ се сжщо така вь автомобилигЬ, въ ж. п. сигнални ин-сталации и др.
Въ полскит’Ь радиоапарати се употрЪбяватъ за отопление полусухи оловни акумулатори. Tt се зареждатъ съ електролитъ, въ които се налива известно количество водно стъклэ; последното превръща електролита въ пихтиеста маса и го прави неразливаемъ. Вжтрешното съпротивление на rfc-зи акумулатори се увеличава значително.
Жел'Ьзно-никелови акумулатори. Наричатъ се още Едисонови или алкални. ф- полюсъ на тгъзи акумулатори в отъ никеловъ хидратъ и чисть никелъ, разположени въ пос-ледователни Пластове, силно пресувани и прикрепени въ сто-манена рамка; — полюсъ е отъ желгъзенъ окисъ, пресуванъ въ клетки отъ никелирана стомана.
Електролитътъ е разтворъ отъ чиста калиева основа съ густота F2—1'24. Той не взема участие въ реакцията, а само я улеснява; поради това, презъ време на реакцията гжс-тотата му остава постоянна.
ВсЬки елементъ е затворенъ въ здрава кутия отъ сто манена ламарина, която се затваря херметически; на капака има отворъ съ похлупакъ за излизане на газовет-k при пълнене и за наливане на електролитъ или дестилирана вода.
ВсЬки полюсъ се състои отъ по нЪколко плочи, свърза-ни съ една стоманена пластина. ХимическигЬ реакции, които ставатъ, могатъ да се обобщать въ следната формула;
2N, (ОН). + КОН-^Ее —> 2/У, ЮН)г ф- КОН ф- F( (ОН),
ГТьленъ Празенъ
Е. д. сила на единъ пъленъ елементъ е около T4V; гв е около 001 — 0 05Q. Коефицента на полезно действие на тЪ-зи акумулатори е 0 7 — 0'8.
ЖелЪзно-никеловит-fe акумулатори сж много по-здрави отъ оловнитЬ; кжсигЬ съединения, пълненето и изпразването съ силенъ токъ не имъ влияятъ така много. ТТ сж удобни за пренасяне и не се развалятъ отъ сътресения. Друго преимущество е, че не отделять отровни газове,
79
Поддържането и пазенето на тЬзи акумулатори е много яо-леко. Най-важенъ недостатъкъ е високата имъ цена.
Кадмиево-никеловитЪ акумулатори сж подобрени же-лкзно-никелови, въ цоито желкзото е заменено отчасти съ кадмий; при т-Ьхъ добритк качества сж усилени още повече. Такива сж акумулаторитк „Нифе“, ,,Деакъ“ и др.
31. Пазене и подържане на акумулаторитЬ.
Пазене. Мкумулаторитк сж чувствителни и скжпи електрически уреди. Налага се внимателно отнасяне съ ткхъ и особени грижи за запазването имъ.
Нкумулаторитк тркбва да се пазятъ отъ груби уда-ри; когато тркбва да се пренасятъ, внимава се това да става плавно и безъ сътресения. Чистотата на употркбе-. ния електролитъ и водата, напрашването, замърсяването съ масла и пр. се отразяватъ твърде много върху ткх-ния животъ.
Пълнене и празнене. Най-чувствителни сж акумулаторитк къмъ пълненето и празненето имъ, а така сжщо и къмъ зареждането имъ съ електролитъ.
Пълненето на акумулаторитк става отъ специални то-коизточници за постояненъ токъ (токоизправители, дина-момашини, мрежи за пост, токъ). Напрежението на ткзи токоизточници тркбва да бжде винаги по-високо отъ напрежението на включенитк акумулаторни батерии; свръзватъ се-|-на акумулаторната батерия съ-Ьна токоизточника и — на акумулатора съ —на токоизточника, така че да протича токъ отъ токоизточника къмъ батерията. Токътъ тркбва да може да се регулира,
Опититк показватъ че презъ по-голкмата часть на пълненето и празненето е. д, сила остава една и сжща; къмъ края на пълненето тя бързо се покачва, а при из-празването следъ опредклено време бързо спада. Пълненето и изпразването тркбва да прекжсватъ когато е. д. сила достигне известии стойности, които сж различии за оловнитк и желкзно-никело итк акумулатори. Ние ще раз-глецаме поотдклно пълненето и празненето на двата вида -акумулатори.
80
а) Оловни акумулатори. Токътъ ^на пълнене и изпраз-ване не трЪбва да надминава 0’1 отъ неговия капацитетъ^ акумулаторъ съ 60 А часа не тр-Ьбва да се пълни или из-празва съ токъ, по-силенъ отъ 6 А. Обикновено всЪка фабрика дава най-гол-Ьмата сила на тока, съ която акумулатора, произведенъ отъ нея, тр’Ьбва да се пълни или из-празва. По силниятъ токъ руши акумулаторнитЪ плочи, тЬ
<— пълнене — > <— празнене > Фиг. 43
до 7 часа е. д. сила остава почти
се изкривяватъ и актив-ната маса пада,
КоефицентътЪ на полезно действие на единъ акумулаторъ се увеличава, когато тока на пълненето (изпраз-ването) е по-слабъ.
На фиг. 43 е показано какъ се измЪня» е. д. сила на една ба-терия при 8 часово пълнене иизпразване; око-постоянна при пълнене
и при изпразване.
Гжстотата на електролита се измени значително при пълнене и празнене: чрезъ измЪрването й може да се с ж» ди до колко батерията е пълна или празна.
Други начини за да се познае кога единъ акумулаторъ е пъленъ сж: измЪрване на е. д. сила на всЬки еле»-ментъ и кипенето на електролита. Когато е. д. сила на единъ елементъ се покачи на 2’6 V—2'8 V, пълненето трЪбва да се прекжсне; следъ като се откачи акумулатора и се оста-ви на спокойствие, е. д. сила спада на 2 V—2'1 V, което е нор-малното напрежение на единъ пъленъ акумулаторъ. При изпраз-ването, е. д. сила не тр’Ьбва да слиза подъ 1 8 V; изпразнениятъ до 0’8 V акумулаторъ, щомъ се остави на спокойствие, показва отново 2 V; включенъ въ верига, е. д. сила веднага спада на Г8 И.
Кипенето на акумулатора се предизвиква отъ отдЪ-лящит’Ь се свободни газове, следъ като акумулаторътъ се напълни То обаче не е сигуренъ признакъ, че акумулаторътъ е напъленъ, понеже може да се предизвика и отъ силното затопляне на електролита, вследствие силния токъ. на пълнене.
bl
Нко акумулаторътъ, следъ като е изпразненъ, се остави дълго време така, той се сулфатизира т. е, олов-ния му сулфатъ кристализира; кристализиралиятъ PbSOi е лошъ проводникъ на електричеството и акумулатора пре-става да действува.
При пълнене на оловнитЪ акумулатори да се спаз-ватъ долуизложенит'Ь правила.
Пълнене на нова батерия.
1) Развивать се запушалкигЬ на отд'Елнит'Е батерийни елементи, изчистватъ се отъ парафина (или вазелина) и се оставятъ върху самитЪ елементи, край отворит^ имъ.
2) ЕлементитЕ се заливатъ съ предварително при-готвень разворъ отъ разредена сЕрна киселина съ относ, тегло 28° Боме до като ниеото на киселината се издигне около 2 см. надъ горния ржбъ на плочит'Е.
3) Така зал-Ьтата батерия се оставя да покисне 5—6 часа и после се долива до сжщото ниво.
4) Скачва се + на батерията съ + на източника за правь токъ и — на батерията съ — на сжщия източникъ.
5) Веригата се затваря като тока на пълненето се регулира да бжде най малко 1/10 отъ капацитета на акумулатора, изразенъ вг амперчаса.
6) /Акумулаторната батерия се пълни до като отдЕл-нитЕ елементи почнатъ да кипятъ;. провЕрява се и напрежението на всЕки елементъ и ако то е стигнало 2'7—2'8 V, акумулаторната батерия е пълна и се откача. Отъ време на време трЕбва да се провЕрява температурата на електролита да не надмине 40°; ако това е станало, тока на пълненето трЕбва да се намали веднага съ */2 или */з отъ началния,
7) Когато акумулаторната батерия почне да кипи, силата на тока се намалява и напрежението се провЕрява по често. При откачването на батерията, гжстотата на киселината не трЕбва да надминава 28° Вё (Боме).
НЕколко десетки минуги следъ откачването, провЕря-ва се какво е напрежението на всЕки елементъ; ако то е около 22 V, батерията е напълнена.
Пълнене на стари батериц. 1) Батерията се почиства много добре отъ прахъ и нечистотии; провЕрява се на-
6
82
прежението и гжстотата на киселината, кояго не трЪбва да бжде повече отъ 23°Вё—24°Вё.
2) Нко електролита е спадналъ подъ долния ржбъ на плочитЪ, батерията се залива съ киселина (отн. тегло 24°Вё) или дестилирана вода.
3. ПровЪрява се изправностьта на съединителитЬ и на кутиигЬ; следъ това се пълни и постжпва така, както и съ нови, незареждани батерии.
/Зко н"Ькои отъ плочигЬ сж отчасти сулфатизирани, препоржчва се да се постжпи по следния начинъ: пълни се съ слабъ токъ акумулатора около единъ часъ; следъ това, за около т/2 часъ се изпразва, после пакъ се пълни и т. н. По този начинъ отрицателнигЬ плочи се поправятъ сравнително' лесно; за положителнит'Ь плочи се препоржчва, на по-малки интервали сжщия начинъ като обаче се обърнатъ полюсит’Ь т. е. по начинъ, че положителната плоча да действува като катодъ. Следъ това, акумулато-рътъ се пълни въ правилна посока
Когато акумулаторитк сж малки и сж много сулфатизирани, препоржчва се употр^бата на сода каустикъ. Из-важдатъ се плочигБ и се осгаватъ въ единъ стъкленъ сждъ, пъленъ съ дестилирана вода, да стоятъ 12—14 часа. Следъ това, водата се изхвърля и се зам^ства съ раз-творъ 5°/0 отъ сода каустикъ. После акумулатора се пълни около б часа, като се внимава електролита да остане алкаленъ (потопената червена лакмусова книга трЪбва да стане синя). Дко реакцията е кисела, изхвърля се малко отъ електролита и се прибавя новъ разтворъ отъ сода каустикъ. Следъ 3 часово пълнене, електролита може (по желание) да се замени съ новъ. Следъ свършване на пълненето, ппочитЪ се измизатъ съ дестилирана вода, слагатъ се въ своя сждъ, заливатъ се съ разредена сЬрна киселина (25°Вё), акумулатора се пълни отново и се внимава при напЪлненъ акумулаторъ гжстотата де не бжде повече отъ г18.
Пров-Ьряването на гжстотата става съ специални арео-метри. Понеже на пазаря се срещатъ ареометри награфе-ни въ относително тегло, а други въ градуси Боме, въ табл. VI сж дадени изчислени градуси Боме и съответно-то относ, тегло.
83
б) }Келп>зно-никелови (кадмиево-никелови) акумулатори. ГПо-здрави и по-устойчиви сж отъ оловнитЬ; позволяватъ по-си-ленъ токъ на пълнене и изпразване. Сжщо и за тЬхъ трЪбва да се спазватъ упжтванията, дадени отъ фирмитЬ производители.
На фиг. 44 е показано какъ се изм-Ьня е. д. сила при лълнене и изпразване; при пьлненето, е. д. сила се из*
Таблица VI.
Градуси Боме и съответно относително тегло.
Градуси Боме (Во)
Г жстота.
1 1'007
2 1.014
3 1022
4 1 029
5 1037
€ 1-045
9 1 060
10 1 075
12 1091
14 1-108
16 1-125
18 1-142
20 1162
Градуси Боме (Во) Гжстота.
21 1.171
22 1.18
23 1-19
24 1-20
25 1-21
26 1-22
27 1'231
28 1-241
29 1-252
30 1-263
31 1-274
32 1-285
33 1-297
мЪнява отъ Г4 V до Г8 V, а при изпразването — отъ Г4 V .до 1 V. Отъ 1 V надолу to пада бързо на нула.
Понеже електролита не взема участие въ реакцията, отъ неговата гжстота не може да се сжди до колко акумулатора е напълненъ или изпразненъ.
За тази цель тр-Ьбва да се измЪрва е. д. сила на всЬки елементъ и да се държи сметка за времето на пълнене (из-
часове
<—пъ л йене-> < —празне не—>
Фиг. 44
лразване) и за тока съ който акумулатора се пълни (празни).
При пълнене да се спазватъ слецнит-fc правила:
Пълнене на нова батерия 1) Отварятъ се запушалкитЪ на отд-ЬлнитЬ акумулатори.
84
2) Отд’Ьлнит’Ь елементи се заливатъ съ’електролить, кой-» то е направенъ отъ чиста калиева основа и дестилирана вода и има относително теглэ Г21; нивото на електролита трЪб-ва да се издигне на около 15 мм. надъ горния ржбъ на плочитЪ.
3) Така излЕтата батерия се пълни следъ като престо» 24 часа; ако има нужда, долива се електролитъ. Пълненето на батерията става съ токъ, равенъ на около г/ъ отъ капаци— тета на акумулаторната батерия.
4) Пълненето продължаза 1’5 часа следъ като еле-ментигЕ покажатъ едно напрежение отъ Г75 V; по-добре & акумулаторната батерия да се препълни, отколкото да. остане ненапълнена.
5) Въ случай, че къмъ края на ^пълненето, отдЕля-него на газове стане много буйно, пълнителния токъ трЕб-ва да се намали, а времето за пълнене съответно да се узеличи. Температурата на електролита не требва да пре-вишава -}--45 С; щомъ тя стигне до тази граница, пълнител— ния токъ трЕбва да се намали.
б) Влизането въ помещение, гдето се намира батерията, съ горяща свещь или лампа, както и пушенето въ псмЕщениато, трЕбэа да се зебранява.
7) Електролитътъ разяжда дрехитЕ и кожата; за измива-не требва да се има подъ ржка (при батериитЕ) борова вода.
Пълнене на стари батерии. 1) Батерията се почиства много внимателно отъ прахъ и следъ това се провЕрява нивото и гжстотата на електролита; ако последната надминава Т21, трЕбва да се разреди съ дестилирана вода,
2) Пълненето сгава както и при новитЕ батерии.
Изпразването на акумулаторната батерия може да продължава докато напрежението на всЕки елементъ спадне до Г1 И. НкумулаторитЕ, които не работятъ дълго времен могатъ да се напълнятъ, измиятъ съ дестилирана вода и оставятъ пълни съ такава. При непрекжснато изпразване, силата на изпразнителния токъ трЕбва да е равна на силата на тока при пълненето. При изпразване на интервали, силата на тока може да се увеличи на 4/3, и повече отъ силата на пълнителния токъ, стига температурата на-електролита да не превиши 45°С.
Електролитътъ трЕбва да се смЕня съ новъ презъ, всЕки 12—18 месеци.
-4.
85
32. Електролиза. Закони на Фарадей.
Подобно на твърдитЬ тЪла и течноститгь могатъ да икдатъ добра ила лоша проводница на електричеството. Добра проводници :ж киселинитЪ, т’ЬхнитЪ разтвори както и разтворит-fe на неорганическитЪ съединения. Изолатори сж чистата вода и органическигЬ съединения; обаче и най-слабитЪ следи отъ киселини или неорганически вещества .превръщатъ изолаторит-fe въ добри проводници.
Когато минава токъ презъ воденъ разтворъ на нЬ--кое химическо съединение, което е съставено отъ н^Ькол-ко елементи, то електрическия токъ разлага съединението «а съставнит-Ь му елементи.
Проводниципиъ посргьдствомъ които електрическия токъ се прекарва презъ електролита, се наричатъ електроди (анодъ и катодъ), а сжда се нарича волтаметъръ (не го см-fec-вай съ волтм'Ьръ). ЕлементитЪ на които се разлага електролита се наричатъ иона: катионъ е елемента, който отива по посока на тока (натрупва се върху катода), а анионъ е еле-.мента, който отива срещу тока (натрупва се върху анода).
Обикновено едни елементи винаги сж катиони, а други сж аниони, независимо въ какви съединения участву-.ватъ. Така напр. водорода на киселинит’Ь и металитЪ на солит’Ь сж винаги катиони, а останалитЪ части отъ моле-кулитЬ сж аниони.
Често йонитЪ встжпватъ въ вторични реакции съ разтвора или съ електродит'Ь и се явяватъ нови химически съединения, които усложняватъ реакцията.
Ние можемъ да провЪримъ явлението електролиза съ -иного простъ опить. Да включимъ за тази цель последовательно два наливни елементи и два чисти гвоздей, потопени въ стъкленъ сждъ (фиг. 45); въ сжда наливаме слабъ разтворъ отъ меденъ окисъ. Следъ затваряне на веригата, наблюдаваме че медьта отъ медния окисъ се полепва по единия гвоздей— по този, който -е свързанъ съ минуса на батерия а. Двата гвоздей сж
электрода (анодъ и катодъ), а разтвора е електролитъ.
86
Закони на Фарадей. Фарадей е намЪрилъ, че при елек-тролизата сжществува завись месть между количеството електричество отъ една страна и количеството и вида на отд-Ьли-лия се металъ отъ друга. Тази зависимость, той е изразилъ въ два закони, наречени закони на Фарадей.
Първиятъ законъ на Фарадей гласи: количеството на отд^лилия се металъ отъ единъ електро-литъепропорционално на количеството електричество, което е преминало презъ с ж щ и я електролитъ (количество електричество = ампери . секун-ди = кулони).
Количеството металъ, конто се отдТ.ля огъ единъ електролитъ при изразходване на единъ амперчасъ се нарича електрохимически еквивалентъ на този електролитъ. Въ табл_ VII сж дадени електрохимическитЪ еквиваленти на употрЪбяе— митЪ метали
Този законъ може да се използува за да се измЪрва силата на тока чрезъ измкрване количеството на отделили» се металъ; видЪхме, че 1 амперъ за 1 секунда отдТля Г118 милиграма сребро отъ разтворъ на сребъренъ нитратъ.
Вториятъ законъ на Фарадей гласи: ако едно и с ж— що количество електричество минава презъ различии електролити, то ще отдели различии? количества (въ грамове) елементи; тЪзи количества сж пропорционални на химическит’Ь еквиваленти на елементитк
Химическиятъ еквивалентъ на единъ елементъ е равенъ на неговото атомно тегло, разделено на валенцията.
Въ табл. VII сж дадени и химический еквиваленти на? по-важнитЪ метали.
Разлагането на единъ електролитъ се придружава отъ-поглъщане на топлина. Необходимо е да се погълне толкова топлина, колкото се е развила при реакцията на елемен-тит-fe за да образуватъ тк първичното съединение. УпотрЪ-бечата електрическа енергия се изразходва именно за произ— веждането на тази топлина. Тази енергия се разходва при» протичането на електрическия токъ презъ електролита. Този токъ тркбва да има известна сила, която зависи отъ-вида на електролита и отъ теглото на съединението, което искаме да се разложи за 1 секунда.
87
Напрежението, което тр-Ьбва да се приложи между електродигЪ за да се разложи електролита, е винаги низко. Намерено е, че то не тр-Ьбва да надминава 8—10V\ като за много съединения е по-низко. То се изразходва за да преодолЪе омическото съпротивление на електролита и на друга — против© е. д. сила, която се поражда при
Таблица VII.
Химически и електрохимически еквиваленти на нЬкои елементи.
Електролитъ Отн. тегло 1 см8 въ грамове Rтомно тегло Валенция | Химичес-ски екви-валентъ R Ел. химически ек-вивалентъ а грамове за 1 ам-перчасъ (3600 кулони).
Водорбдъ 0-000089 1 1 1 0-0374
Медь 8'6—8-9 63'5 2 31’7 1-18
Медь И И 635 1 63-5 2-36
Никелъ 8'4- 8-6 59 2 29’5 1-10
Сребро 10-4—10-6 108 1 108 4-03
Злато 19’5 197’2 3 65-73 244
Платина 21 5 195-2 2 97’6 3'68
Кадмий 8-6 112-4 2 56‘2 2-00
Калай 7-3-7-5 1190 2 59’5 2-23
Цинкъ 7—7’2 65'4 2 32-7 Г23
електролизата вследствие поляризацията на електродигЬ.
Поляризацията се дължи на изм-Ьнението на електро-дитЬ: вследствие на електролизата, върху т’Ьхъ се полеп-ватъ нови вещества, конто сж причина именно да се поя-ви тази против© е. д. сила.
33. Галванопластика.
Общи сведения, Подъ галванопластика разбираме по-криването съ помощьта на електрическия токъ, повър-хнината на единъ по-ефтинъ металъ съ тънъкъ пласть отъ другъ—по-скжпъ металъ. Така напр. почти всички метали могатъ да се покриятъ съ медь, никелъ, сребро, хромъ, злато, кадмий и пр.
На фиг. 46 е показана една баня за галванопластика. Сждътъ, въ който се поставя електролита тр-Ьбва да не се разяжда отъ сжщия; за тази цель се употр-Ьбяватъ за
88
по-малки нужди стъклени, а за по-голЕми — каменинови, бе-тонни (облечени съ фаянсови плочки) и др. подобии слдове.
Фиг. 46
тътъ е разтворена соль отъ сжщия
ПредметитЕ, които трЕбва да се по-криятъ съ метала, се закачать на катода. За анодъ служи една пластина отъ чистъ металъ, съ какъвто искаме да покриваме предметитЕ. Електроли-металъ.
Почистване. ПредметитЕ, които искаме да метализира-ме трЕбва да бждатъ почистени идеално било отъ различии окиси или мазнини. Пипането на почистения пред-метъ съ пръсти е вече замърсяване; оставането на въздуха за нЕколко минуги сжщо може да предизвика окисляване.
Почистването на излЕтитЕ предмети трЕбва да се предшедствува отъ тЕхното полиране.
Различаваме механическо, химическо и електрическо почистване. Механическото почистване се извършва съ телени четки и абразиви. ТеленитЕ четки могатъ да бждатъ ржч-ни и машинни (монгирани на въртящи се оси). Нбразиви-тЕ сж прахообразни твърди вещества (карборундумъ, квар-цовъ пЕтъкъ и др ) Чргзъ механическото почистване се отстраняватъ главно окиситЕ (ржжда и пр.) и други твърди вещества.
Химическото почистване цели да отстрани мазнинитЕ. Най-добъръ е разтворъ отъ сода каустикъ; следъ това предмета трЕбва да се потопи въ разтворъ отъ разреде-на сЕрна киселина, която премахва образувалитЕ се окиси. Нко предметитЕ сж медни трЕбва да се употрЕби разтворъ отъ азотна киселина.
Електрическото почистване се извърша въ волтаметри, кждето предметитЕ се поставятъ за катоди, а електролита е разтворъ отъ сода каустикъ; когато пусгнемъ тока, всички мазнини се превръщатъ въ сапуни, а о-дЕлилия се водородъ отвлича тЕзи сапуни на повърхчинага. Пре-
89
«стой отъ н’Ьколко минути само е достатъченъ за пълното почистване, стига силата на тока да е била достатъчна, Следъ почистването, предметитЪ трЪбва да се измиятъ бързо въ баня отъ чиста вода и следъ това да се пос-
тавятъ въ ваната за галванопластика.
Метализиране. При протичането на токъ електролита се разлага; металътъ отива на катода т. е. въоху предмета, когото покрива, а останалата часть отъ електролита отива на анода, съединява се съ часть отъ сжщия, образува нова молекула отъ електролита и така гжстотата на сжщия остава една и сжща
Колкото по-бавно се отдпля метала, толкова по-добре сялциятъ прекрепва къмъ предмета.
Въ слецната таблица VIII сж дадени срЪцната сила на тока и напрежението, необходими за правилното метализиране.
Таблица VIII.
Металъ» съ конто се покрива Ммпери на кв. децим, отъ повърхн. на катода Напрежение Волтъ
Сребро 0.2—0.5 0.75—1
Медь-киселинна баня 1 —1.5 0.5 —1
Медь-алкална баня^, 0.3—0.5 3.0 —5.0
Никелъ (въ началото) Никелъ (следъ първо- 1.4-1.5 5
то наслагване) 0.2—0.3 1.5 -2
Злато 01 0.5 —4
Цинкъ 0.3—0.6 2.5 —3
При метализиранего обикновено се употрЪбяватъ не -чисти соли, а см-Ьси отъ нЪ-солко съецинения; часть отъ тЪзи съецинения само улесняватъ реакиията, като отстра-няватъ вредното влияние на вторичнит'Ь реакции.
Съставътъ на тЪзи смЪси е различенъ; фирмитЬ производители на смЪсит'Ь обикновено дава подробни упжт-вания по у.ютр’Ьбата на тЪзи см^си (сила на токъ, напрежение, времетраене и пр.). ;
Галванопластикатв може да се използува сжщо за гравиране на различна художествени предмета. Наслоилиятъ се металъ се закрепва много здраво стига предмета добре да е почистенъ, Деб.лш та на лзхриващия металъ е съ-вършенно еднаква.
90
По сжщиятъ начинъ могатъ да се правятъ и снимъци отъ предмети. За снимъци се използува гипсово тесто^ което покрива предмета и въ най-малкитк му вцлъбнати-ни и по този начинъ се снима точно копие. Приготвено-то копие, което искатъ да покриятъ съ металъ, предвари-телно посипватъ съ ситенъ прахъ отъ графить, понеже гипса е лошъ проводникъ; когато снимакътъ е готовь., поставятъ го въ медиа баня и получаватъ медно копие отъ гипса. Това копие може да се посребри, позлати и пр.
34. Решени задачи.
Законъ на Омъ. Съпротивление на проводницигк.
Задача 18. Въ една верига съ съпротивление /? е вклю-ченъ галв. елементъ съ Е — Г5 V и л = 0 3 Q. Да се намЪри 7?, ако въ веригата протича токъ 0'3 А. Решение: цклото-съпротивление на веригата е R 4- 0'3 Q. Отъ закона на Омъ £
намираме R -J-- 0'3 = = 5 Q; следователно R — 5—0 3 =4‘7 Q,
Задача. 19. Да се намкри напрежението V на краищата на съпротивлението /?=20 Q, ако презъ /? тече/=0'1 А. Р е ш е н ие: Е= I. R — ОТ .20 = 2 V.
Фиг. 47
Задача 20. Да се намкри какво е напрежението на краищата на вскка лампа и какво е г на вскка лампа въ веригата, означена на фиг. 47. Решение: Падението на напрежение въ съединителнитк проводници ще бжде /.R — 05 (1 -ф 1)= 1 V. Между точкитк а и б остава 60 V; понеже лампитк сж еднакви, напрежението на вск-ка отъ ткхъ е 20 И.
D , И 20
Вскка лампа има г = —, =40 SJ.
Задача 21. Какъвъ токъ ще тече въ веригата, означена на фиг. 48, ако га на 24 волт. батерия е 24’7 Q, а г]в на 40 вол. батерия е 0’3 Q ? Решение: Отъ закона на Омъ намираме: 40 V—12 V=l (24-7-f-l-f-O 3-ф30> 28И=56 /, от-гдето /=05А
91
Фиг. 48
ММ.
Задача 22. Колко е съпротивлението R на двупроводна верига, дълга 10 клм., нап-равена отъ желЪзенъ проводникъ съ диа-метъръ d=2 мм. Решение: понеже не е указано при каква температура да се нам-fe-ри R, търсимъ го при OVC. Отъ табл. И взе-маме р0 = 0'14. Зам-Ьстваме въ /? = р—, съответнитЬ величини: /=20000 м. и 5=3'14 2 и намираме R = 891'7 Q.
Задача 23. Да се нам-Ьри колко метра тр'Ьбва да бжде дълъгъ единъ проводникъ отъ реотанъ съ диаметъръ d = 1 мм., ако отъ сжщия искатъ да направятъ реостатъ R = 5 Q. Решение: за реотана вземаме р= 05 (табл. 11. СЬчението на
R. s _ 7 проводникъ съ </=1 мм. е 0'785 мм.2 Намираме /= — '•оэ м*
Задача 24. Колко е специфичното съпротивление р на константана, ако 5 м. дълъгъ проводникъ отъ сжщия съ cfe-/ чение 5=1*2 мм.2 е 2q? Решение: Отъ формулата /?=Р-5 намираме р — 0'48.
Задача 25. Колко е съпротивлението R на 1000 клг. же-лЪзна жида при 25ГС, ако 1 клм. отъ сжщата тежи 25 кгр. като се знае, че рь=0'15, а относ, тегло на желЪзото е 7 8? Решение: Търсимъ колко дм.3 има 1 клм. жица, когато сж-25
щата тежи 25 кгр.; 25 кгр.=7'8. X дм.3; X =^д = 3'2</м.й =
ч I т « ой 3200 см.3
3200 см.в Напречното съчение на жицата е о см. —100Q
=0032 см.3=3'2 мм.2 По формула 21 намираме специф. съпротивление при 25°; pS6 = ро (1 +«/) = 0'15 (1-J-0006.25) = = 0'1725; 1000 клг. жица има 40 клм. дължина; нейното съ-П ЛППС40000 противление /?=01725 3.2 =21560.
Задача 26. Съпротивлението на една външна верига, на-правена отъ медиа жица съ диаметъръ d = 2 мм. е 22'4q при. 30“С. Да се нам-Ьри колко дълга е медната жица? Решение:
рп 1
Можемъ да напишемъ: рм =р0 (1 -f- 0'004.30); —==7773^^ =
* * д 1 । О LAJt1 JaJ
J30
92
0’893'или ро=0*893 рао. Значи съпротивлението при О° е /?0= -7?ао. 0'893=22.4р.089320=й. Дължината 1= 7?,‘5 =-^’Л24 р0 0’01 оэ
=3806 м.
Задача 27. Съпротивлението на единъ проводникъ при 20?С е 0 05Q. Колко е съпротивлението на сжщия при 70пС? Решение: можемъ да напишемъ: р<0= р0 (14-0.004.70); ра0=р0 (1 + 0004.20). ДЪлимъ почленно написанит-fe равенства и подури 1+0004.70
чаваме: ——1 + 0 004’20 =1'^85; или рт0=Г185.р20. Съпротивлението при 70’ ще бжде Г185 пжти по голЪмо отъ съпротивлението при 20°: /?70=0'05.Г185=0’05925й.
Задача 28. На единъ реостатъ отъ реотанъ пише: „вЪр-ноГпри 15"С“. Сь какъвъ коефициентъ тр-Ьбва да умножимъ включеното въ една верига съпротивление отъ сжщия, ако изм-Ьрванията се извършватъ при 25°С.
Решение: отъ табл. II. вземаме за реотана при 0:: р=0’5 и а=0’0003. Тогава можемъ да напишемъ: Р2о=Ро С1 । 0’0003.25)
-р15’= р0 (1+0’0003.15). —=10029; търсениятъ коефициентъ е Р15
1’0029.
Задача 29. При пресмЪтане съпротивлението на провод-ницит-fe въ една машина често спец, съпротивление на медьта се взема р - 0'020. При каква температура се предполага че ще работятъ нормално тЬзи проводници? Решение: отъ pt —р0 f(l+c^) намираме /; 002 = 0’0165 (1+-0 034.Z) отгдето /=53°С.
Задача 30. !Л.ъж.ру полюсит-fe на единъ токоизточникъ има 220 V; презъ съпротивлението R (фиг. 49) минава 7=1 А. Колко е V на крайщата на г ако съединйтелнитЬ проводници АБ и ВГ сж медни, съ d=l мм., дълги сж по 500 м. и изчислението се прави при ЗОоС. Решение: намираме съпротивлението R на двата съедин. проводници при 30°; за тази цель търсимъ р3о=ро (1+о$) =0’0165 (1+0’004.30)—0 О185./?=О О185 = 23’бй
' 1 ' 0’785 мм.2
Падението на напрежение въ съединител-
ъитЬ проводници е У1=/./?.=23’6 V; напрежението на краи-адата на R е 220 V—23’6 V=196’4 V.
rVvvvVvV б г г
я/+\в
Фиг. 49
93
Принципы на Кирхофъ.
Задача 31. Да се нам-Ьри Е на фиг. 50, ако съпротивлението на ст-единителнитЪ проводници е незначително? Решение: отъ пър-виятъ принципъ на Кирхофъ имаме I- ii -ф is; отъ следствията it. П = is . Лг. Следователно is=/— ii—20 A—ii; it. 3=й (20 A—ii) 5й от-гдето й=12'5 А. Намираме 12=20 — 125 =75 А. Понеже съединителн. проводници иматъ незначително съпротивление,
E=ii. Г1=/2. г2=125 А. 3 й=37 5 V.
Фиг. 50
Сжщата задача можемъ да решимъ и така:
ако /? е общото съпротивление на веригата,
1 _JLj__L
R ~ Зй ' 5й
= ^?=1'875й; за да протече въ веригата съ /?=Г875й
токъ 1=20 А, необходима е е. д. сила E=I. R=20 А. Г875=375 V,
Задача 32. Токъ 12Л се разд^ля въ а на три (фиг. 51); съпротивленията сж ri=4Q, — 5Q и rs=2CQ. Да се нам-Ьри напрежението между а и б. Решение: Търсимъ общото 1111 20
съпротивление :^+*5“+/?=10 =2Й, V между а и б, е сжщото каквото има токоизточника (съпротивлението на съедин. проводници е пренебр-Ьгнато): 17=/./? = 12.2 =24 V.
Фиг. 51
Задача 33. Какви сж 6, /г и/звъ задача 32? Решение*. 2417 24
й . П . —1’2. r2=i3. r3=V; ii = -q = б A; =4’8 A;
is =|^=i-2A
Задача 34. Една галв. батерия съ 817 и 4’75 Q вжтр. съп^ ротивление е включена въ една верига споредъ фиг. 52; кол~-
Ь4
Фиг, 52
ко е общия токъ? Решение: а) Търсимъ преди всичко колко е резултатното съпротивление г на 1 тритъ паралелно включени съпротивления: —- =
1,1,1 8 10 , _
5+"2-^Т0~30’ Г =125 й. Оэщото съпротивление R—4'75 1’254*2=8 Q. Общиятъ токъ 7= -^=-8-=1 4.
A 8q
Задача 35. Колко сж. Zi, is is и падениего на напрежението въ съединителнигЬ проводници въ Решение: Съпротивлението на съедин. провод-Падението на напрежение V—I. /1=2 V. За да на-
Фиг. 53
задача 34? ници е 2й. мЪримъ h, i-i и is търсимъ какво е падението на напрежение между точкитЪ а и б-, то е равно на общото напрежение, ми-нусъ другитЪ падения на напрежения въ веригата: Уа6=8У— —21/—14.4’75О=8У—675У=125У. Отъ Zi.п=125Инамираме z‘i = 0254; отъ fe. гз=125У, намираме/’з=0-1254; отъz’s ./з= =1251/, намираме fe=0’625A
Проверка: 7=71+/з+/’з: 025+0'1254-0’625=1 4.
Задача 36. Да се намЪрятъ 7, ii, is, is и съпротивлението на веригата въ схемата на фиг. 53, ако падението на напрежение до точкитЪ а и б е 4°/0? Р е-ш е н и е: падението на напрежение въ линията е 40У. 0’04=ГбV. Напрежението между а и б е
38'41/
40У—Г6У-38'4У. Токътъ zi=^-!-=48 A; i2~
8q
384 38’4
= = 6’84; is = тх -3- Общиятъ токъ 7=/i+
о 10
ф/зф/'з ~ 15’444. Съпротивлението на линията е о_ ^У _
~ 15’444 ~ 01 “•
Задача 37. Да се намори силата на общия токъ 7 и то-коветГ /1 и is въ веригата означена на фиг. 54. Решение: Вториятъ принципъ на Кирхофъ дава:
а) за разклонието 4, В, а, Г, Б: 20 У = 7. 8q ф z’i . 12 Q (1); б) за разклонението 4, В, б, Г, Б; 24У=7.8 Оф/'з. 25 Q (2), Отъ първия принципъ на Кирхофъ намираме /2=7— ii, и го замЪстваме въ (2); получаваме:
. 24 У= 7.33Q = zi. 25Q (3).
95
Фиг. 54
мм.2 проводникъ /?1 =
4'125 МО: ома = 2‘0625й. ПоголЪмо е съпро-3 мм.2 проводникъ.
токъ I ще протече въ веригата на батерия е включена противополож-
Решаваме получената система уравнения (У и 3) съ две не-язвестни и получаваме z=0 664А ЗамЪстваме въ 1 Л съ негово-то равно и намираме /=1'504. Отъпървия принципъ на Кирхофъ: i> - I—г'1=Г84 А.
Задача 38. Единиятъ проводникъ на една верига, дълга 500 м., вместо да бжде направенъ отъ меденъ проводникъ съ s=3 мм.2, е замЪненъ съ два медни проводници съ s=2 мм.2, конто сж свързани паралелно. Кое Rе по-голЪмо: на единия ли или на двата проводници? Решение: За 3 мм.2 проводникъ /?=р~=0 0165.-^=2 75Й. За 2 S л/
=4-]25Q; проводимостьта е^^^мо. Понеже двата проводни-с 2
ци сж включени паралелно, общата проводимость е
„ ^-125 съпротивлението /<=—-— тивлението на единичния ’ Задача 39. Какъвъ фиг. 54, ако 4 волтовата I но на 20 волтовата? Решение: а) За разклонението А, В, а Г, Б имаме: 201/=/. 8Q-|-zi . 12 Q (1); б) за разклонението А, В, б, Г, Б имаме: 161/=/. 8Q-)-Z2.25 Q (2). Отъ първия принципъ на Кирхофъ; га=/—/ц решаваме системата уравнения (1) и (2) следъ като въ 2 зам-Ьнимъ fe съ I—it и получаваме /=Г166Л. Задача 40. За да свЪти лампата Лг (фиг. 55) необходимо е сжщата да има напрежение 1551/. Напрежението на токо-източника е 160 V. Да се намЪри може ли да св-Ьти Л\, ако дължината на меднит-fe съединителни проводници е 200 м., диаметъра 1 мм., а съпротивлението на лампата е 156 й. Да се намЪри сжщо ще свЪтятъ ли Jh и Лъ, ако сжщитЪ сж еднакви и вжтр. съпротивление на токоизточника е за прененебрЪгва-не. Решение: Съпротивлението на проводника е /?1= р —=4й. При включена Л\, общото R = 4 V 160И , . _
—=1 А. Падението на на-/? 160й
Фиг. 55 -|-156=150й. /=
96
Фиг. 56
прежение въ линията е Vi = I. = 4V. Лампата ще св-Ьти, понеже напрежението въ крайщата й е 14= V—14=15614
Когато се включать JTi и Л%, резултатното съпротивле-1560 т 160 , .
нине е —=—; силата на тока въ веригата е /=—- , : = 1 -95 А.
2 г 784-4
Падението въ линията е 4'Г95 = 7'8 V. ЛампитЪ не ще свЪ-тятъ, понеже напрежението въ крайщата имъ е 160—7-8=152-21/.
Задача 41. Една верига АБ (фиг. 56) дълга 200 м. се разклонява на две: БВ и БГ. Какво сЬчение трЪбва да иматъ тритЪ проводници, ако й=25Д ia=15A допустимого падение на напрежение е 5%, а напрежението въ А е 220 V и проводници-тЪ сж медни. Решение: Загубеното напрежение отъ А до В или отъ Л до Л трЪб-5
ва да бжде 22014 Jqq= Ш7- Приемаме производно падението отъ А до Б да бжде 6 V; тогава отъ Б до В и отъ Б до Г тр-Ьбва да имаме падение 514 Понеже презъ АБ про-б1/ =0-15Q; 5 = 0-0166.
^=0-20Q-300.2.3
1
тича Z=ii-H2=40 А намираме
44 мм.2 По сжщия начинъ намираме: /?Бв = 51=0-0165.2°^2=34ммЛ; /?бг =^=-|-й ; 52=00165 29 7 мм.2
Мощность и работа.
Задача 42. Една електрическа крушка за 150
V има /?= 250q. Да се намЪри колко ватова е крушката. Решение:-
V2
Отъ формулата W== 90 W.
К
Задача 43. Какво количество топлина отдели крушката отъ задача 42 за 1 часъ? Решение: Законътъ на Джау лъ дава Q=0'24. W Л малки калории, гдето t е въ сек. ЗамЪст-ваме съ 117=90 и /=3600 и получвваме Q=77760 малки калории.
Задача 44. Какъвъ токъ тр-Ьбва да мине празъ съпротивление /?=5q , поставено въ 1 литъръ вода, за да повиши-сжщата температурата си отъ 103 на 1009? Решение: Необ-ходими сж 1000 (100—10)=90000 малки калории. Прилагаме закона на Джаулъ: 90000 = 0'24. h • 5q . 10.60 сек. отгдетО’ £=11*1 А.
97
Задача 45. Единъ елактр. чайникъ за 150 V има вместимость 1 литъръ и вЬдата тркбва да възври за 10 мин. Да се намерять: а) мощностьта; б) силата на тока и необходимого съпротивление на чайника? Решение. Предполагаме, че сту-дената вода има 10° С. За възвиране на водата сж необходи-ми 1,000(100—10)=90,000 малки калории. Отъ Q— 0 24. V. l.t намираме W — F. 7=625 W. Фактически е необходима по-го-лема IF,' понеже часть отъ топлината се губи (излжчва се). Яко коефициентъгъ на полезно действие на чайника е 0’9, необходими сж 700 W. ( значи кржгло).
д) Силата на тока I— р- = 4'67 А.
W
Съпротивлението на чайника /? = -^-=321 Q.
Задача 46. Колко струва възвирането на водата въ зад. 45, ако 1 kw4. струва 5 л в.? Решение. За 10 минути се из-разходватъ 700 w. 10 мин. =7000 ватминути = = 117 ват-
часа = 0117 kwn.; 0'117 kwn. по 5 .лв./кшч. = 0'585 лв.
Задача 47. Какъвъ токъ минава презъ една електричес-ка ютия отъ 300 W и какво е R на отоплителния проводникъ, ако ютията е за 150 V? Решение. W—V.1; 1=2 А;
V R = ;=75 Q.
Задача 48. Какво тркбва да бжде скчението на медния проводникъ на една верига, по която се пренася 5 kw. съ напрежение V = 1000 V на 5 клм. и допустимата загуба е 5° 0? Решение. Отъ формулата W = V. I намираме 1=5 А. Д'-5
пустимата загуба е 5000 IF. ^ = 250 IF. Слеяователно загу-бената мощность 250 W=P.R отгдето /?=10й. Огъ формулата R = 9гдето /? = 10 Q, р — 0’0165, / = 10000 м., намираме s = 165 мм.2
Задача 49. Да се пресмктне годишната загуба въ задача 48 ако 1 kwn. струва 3 лв. и се работи 10 часа дневно, при 350 работни дни? Решение. За една година имаме 3500 работни часа. Загубената мощность е 250 w = 0'25 kw., за една година се губягъ 0'25 kw. 3500 часа = 875 kwa. Въ лева: 875 kw4.3 лз./кшч. = 2625 лв.
7
98
Задача 50. Устроено е осветление съ 50 паралелно свър-зани лампи; всЪка отъ тЪхъ има 200 е. Съпротивлението на линията е 1 Q. Да се намЪри V и W на токоизточника, ако лампитЪ сж за ПО И? Решение. Падението на напрежение въ вскка лампа е ПО И; значи въ вскка лампа тече 1 = -^ = г\
|^ = 0'55 А. Общиятъ токъ /= 0 55 А. 50 = 27'5 А. Падението на напрежение въ линията е У — 1. R — 27'5 V. Напрежението на токоизточника тр-Ьбва да бжде ПО -f-27'5 = 1375 И Мощностьта на токоизточника W= V. / = 137'5.27’5 = 3680 W = 3 68 kw.
Задача 51, Единъ токоизточникъ съ V= 740 V грЪбва да служи за осветление на лагеръ, разположенъ на 600 м. далече; включени сж паралелно 50 лампи за напрежение 220 V, всека отъ по 50 W. Употребенъ е меденъ проводникъ съ сечение 4 мм.2 Ще ли светятъ лампите, ако при напрежение — по-малко отъ 200 V, те не светятъ добре? Решение. Съпротивлението на линията е Ry = 0 0165 2 ‘J* °° = 4’95 Q. Съ-[/2 2202
противлението на една лампа е г = = 968 Q. Съпро-
тивлението на всички лампи е^ = 19'36о. Общото съпротивление на веригата е /? = 4 95 -f- 19'36 = 24'31 о. Протичащи-, V 240 ПО-7П Л П
ятъ токъ въ веригата / = д, — = 9 872 А. Падението на
напрежение въ линията ще бжде 14 = /./?! = 9'872.4'95 = 4887 V. Разполагаемото напрежение за лампите е 240—48'87 = 191'13 V; лампите не ще светятъ.
Галванически елементи. Лкумулатори.
Задача 52. Една батерия отъ 8 еднакви елементи, свър-зани последователно дава 1'5 А въ верига съ 6 й външно съпротивление; вжтрешно съпротивление на всеки елементъ гв = 0'5 Q. Каква е е. д. сила на единъ елементъ? Решение. Общото R на веригата е R= 6 -f- 0’5.8 = 10 Q. Отъ закона на Омъ E=1.R = Г5.10 = 15 V. Понеже V е получена отъ 8 последователно свързани елементи, е. д. сила на единъ еле-15 ментъ ще бжде-о = 1 875 V. О
99
Задача 53. Въ една верига сж свързани последователно да а елементи Лекланше, два—Майдингеръ и два—Крюгеръ. Да се нам-Ьри какъвъ токъ тече въ веригата, ако външното -и съпротивление е 7?i=10 Q. Решение: Отъ табл. V — намираме за Лекланше: 1^=1 5 V, rB = 0'2q; за Майдингеръ: V2 =Г1, гв =9й; за Крюгеръ: 14=095; rB = 8q. Общото съпротивление на веригата е /?=104-2.C,24-2.94-2.8=44’4q. Общата е. д. сила въ веригата е 17=Г5.24-1'1.24095.2=7-1 V. На-7.1 мираме: I— =0'16 А.
Задача 54. Какъвъ токъ ще протече въ задача 53, ако елементитЪ Лекланше -сж свързани обратно на другитЪ елементи? Решение: Общата е. ц сила въ веригата ще бжде: 1-1.24-0.95.2-1'5.2=4-1-317=1-1 17; 1=^-= м 0025 А.
44'4q.
Задача 55. Да се намЪри I въ една верига, чието вън-шно съпротивление 7?i=1-5q, ако се разполага съ б елементи, всЪки съ по Г5 17 и 1Q вжтр. съпротивление и ако елемен-титЪ сж свързани: а) последователно; б) паралелно; в) см-fe-сено: по 2 последователно въ 3 групи, свързани паралелно? Решение: а) общото съпротивление /?=1 '5q 4 6 • 1 й = 7’5q;
9
17=6. 1 5 17=9 V. Силата на тока 7= = Г2 А; б) 7?=1'54
1 15 2
4-^=1-166q; 17= 1-5 17; 09 А; в) 7?=1 -541=
6 Г666 3
з
=2-166е V=2.1-5 = 317; 7= ^-=138 А
2'166
Задача 56. Една 6 17 .акумулаторна батерия (оловна) трЪбва да се пълни до като V на всЪки елементъ се покачи на 2-7 К Съпротивлението на съединителнитЪ проводници е 0’4о, вжтр. съпротивление на всЬки елементъ е 0'02 Q. Какво трЪбва да бжде напрежението на токоизточника, ако пълнителния токъ когато батерията е пълна, трЪбва да е ЗА. Решение: Батерията се състои отъ 3 елементи; общото 17= на 3.2-7=8'1 17; съпротивлението на веригата е/?=3.002-f-0'04 =01 й. Полюсного напрежение Е на токоизточника намираме по закона на Омъ:
E-V=I.R, Д=8-4 И
Задача 57. Колко ще бжде пълнителния токъ въ задача 56, когато батерията не е още напълнена? Решение. Ко-
100
гато батерията се пълни, напрежението й V = 6V; пълнител=-ниятъ токъ ще бжде I— намираме го по закона на Омъ:
24 V
Е- V=I. R; 8’4 V—6V=I. 0‘lfi; I=-^= 24A
Задача 58. Колко омовъ реостатъ тркбва да .включимъ последователно въ веригата (задача 57), ако акумулаторнатг батерия има капацитетъ 40 амперчаса? Р е ш е н и е. Пълнител-ниятъ токъ I не трЕбва да надминава Vh отъ капацитета, т. е. — въ нашия случай 4 А. Отъ закона на Омъ намираме об- щото съпротивление R, което трЕбва да има веригата, за да не протича въ нея токъ—по-силенъ отъ 4 А.
241/ E-V=I. R; 8-4 V— 617=4 A R; R =А7_=0-бй.
Понеже съпротивлението на веригата е 0'1 й, реостатътъ трЕб-ва да има съпротивление г=0’бй — 01Q = 0'5q.
Задача 59. Гжстотата на електролита на единъ акумула-тсръ е 35о Боме; на какво относително тегло отговаря? Ре-1443
шение. Прилагаме формулата d= ________п гдето л=35; по-
лучаваме </=Г32.
Задача 60. На колко градуси Боме отговаря отн. тегло 1443
</=Г4? Решение. Отъ формулата d— —- търсимъ п
и намираме п -41'3 Вё.
Електролиза.
Задача 61. За колко време 5 А ще отдЕлятъ 55 грама никель въ една никелова електролитна баня? Решение, за 1 часъ, 1 А отдЕля Г1 гр. никелъ; 5 Л за 1 часъ ще отдЕлятъ _ _ 55 гр.
5 5 гр. Необходими сж -=-=-—----—10 часа за отдЕляне на
5 5 гр./часа
55 грама.
Задача 62. Въ една работилница искать да устроятъ една никелна баня, въ която да могатъ да отделять дневно 5G см.3 никелъ (при 10 часа работа). Колко ампери сж нуждни? Решение. 50 см.3 85 гр.=425 гр. За единъ часъ трЕбва да 425
отдЕлятъ——=42'5 грама. Единъ амперъ отдЕля Г1 гр.; ну ж— 42'5 дни сж —38'7 А.
101
Задача 63. Известенъ токъ отдЪля за единъ день 1080 <тр. сребро; какво количество никелъ ще отдели за сжщото време сжщия токъ? Решение. Прилагаме втория принципъ на Фарадей: отъ таблица VII намираме: за среброто Аср = 108, за никела Лн = 29‘5. Вториятъ принципъ на Фарадей гласи: 1080 гр. сребро 108 ---------------отгдето л—295 гр. никелъ.
л гр. никелъ 29’5 г
Задача 64. Колко дебелъ пластъ кадмий ще се натрупа върху една плоча съ размори 5 см. на 20 см. (покрива се само едната страна), ако действува токъ 2 А въ продължение на 3 часа? Решение. 1 А часъ отд’Ьля 2 гр. кадмий; 2 А. 3 часа=6Л часа ще отделять 12 гр.; 1 см.3 кадмий =8'6 гр.; 12 гр. сж-^43 ——=1*4 см.3 Плочата има 100 см.2; Г4 см,3=100 8 6 гр. см.
см.2.0014 см.; дебелината на пласта е 0'14 мм.
IV. Електромагнитизъмъ.
35. Магнитно поле възбудено отъ електр. токъ.,.
Опити. ЗабелЪзано е, че магнитната стрелка, която е
близко до единъ проводникъ и е успоредна на сжщия, се от-клонява, когато по проводника протече токъ (фиг. 57). Това
Фиг. 57
явление се обяснява като се приема, че тока създава около себе си магнитно поле, което при— тежава свойствата на магнит-нитЪ полета, създадени отъ обикновенигЬ магнити. Че това е действителнО така, можемъ да се увЬримъ като посипемъ про
водника съ желЪзни стърготини; часть отъ тЪхъ се привли-чатъ и оставатъ по проводника. Ако прекжснемъ тока, стър-готинитЪ падатъ.
Магнитно поле на правъ проводникъ. Когато провод-никътъ е правъ, магнйтнитЬ силови линии сж окржжности» чийто центъръ е върху осьта на проводника.
Това може да се провЬри чрезъ опита, показанъ на фиг.-58: желЪзнигЬ стърготини се разполагатъ въ концентричнк.
кржгове около проводника, когато мукавата върху която rfe сж поставени, се потупва леко. Посоката на силовигЬ линии се опредЬля по правило-то на тирбушона, което гласи: ако разположимъ тирбушона успоредно на проводника
Фиг."58
и съ връхъ по посока на тока, то посоката на магнитното поле ^съвпада съ посоката, въ* която се навива тирбушона.
Магнитната стрелка се разполагаъинаги така.^че осьта й да съвпада съ плоскостьта на силовигЬ линии и сжщитЬ. да влизатъ въ южния й полюсъ и* да излизатъ отъ севернияь (фиг. 59).
103
Силата на образуваното магнитно поле е толкова по-голЪма, колкото по-силенъ токъ протича; съ увеличение на разстоянието отъ проводника, тя отслабва.
Тази сила Н можеда се из-числи по формулата
(29)
Фиг. 59
I
известна въ физиката като законъ на Био и Савартъ. Въ тази формула I е разстоянието^ между магн. полюсь и проводника, взето въ см., а / е силата на тока, [който
протича. Н и I [сж* въ^ единици отъ С. G. S-ната система-
Магнитно'поле на спирала. Когато проводникътъ е свитъ на спирала, силовит’Ь линии запазватъ разположението си около проводника; всЬка малка’часть [отъ спиралата можемъ да я смЪтаме за“правъ проводникъ. Всички магнитни силови линии образуватъ единъ^снопъ, който пробожда пло-скостьта на спиралата? (фиг. 60).
Посоката на силовит’Ь линии правилото на тирбушона,
се опред'Ьля освенъ съ следното правило: спи-може да се сравни съ
още и съ ралата една магнитна пластина (пло-съкъ магнить), южния полюсь на която ще бжде отпредъ, ако тока, гледанъ отпредъ на спирала-та, тече по посока на часовата стрелка.
Силата Н на образуваното магн. поле се намира по закона на Био и [Савартъ, кждето вместо кое-фициента 2, трЬбва да вземеме 2 л =6 28.
макара. Когато проводникътъ е
навитъ въ формата на много спирали, поставени близко една до друга, казваме че имаме макара (соленоидъ, бобина). Ма-гнитнитЬ силови линии въ този случай взематъ формата, показана на фиг. 61. Въ вжтрешностьта, тЪ сж почти равно-
Магнитно поле на
104
мЪрно разпред’Ьлени, праволинейни сж
Фиг. 61
и излизать отъ една-та страна на макарата, а влизатъ въ другата.
Такава макара при-тежава напълно свой-ствата на единъ магнить; колкото по-близко сж разполо-жени спиралитЪ една до друга, толкова повече магнитни силови линии ще оби-
калятъ всички спи-
рали и соленоида ще притежава по-силни магнитни свойства.
Силата Н на полето вжтре въ соленоида, който има п намотки, се намира пакъ по закона на Био и Савартъ, само че вместо коефициента 2, требва да вземемъ коефициенть •4 л л —12’55 п, а съ I означаваме дължината на соленоида. •S
Ако означимъ съ N ~ броя на спиралигЬ на 1 см. дъл-
жина, сжщата формула придобива вида
Н=12'56^./= 12’56 N.I=k.N.I
гдето k — 1 ’256,
защото ако искаме да вземемъ / въ ампе-
ри и да получимъ Н въ гауси трЪбва да раздЪлимъ числения коефициенть на 10.
Вид’Ьхме, че силата на магнитното поле се изм’Ьрва съ магн. силови линии презъ 1 см.2 Ако означимъ съ S см.2 на-пречното с’Ьчение на макарата и съ Ф цЪлия магн. потокъ, то горната формула добива вида
h
Ф = -^-1.п.З
(30)
Ф ще получимъ въ максвели, като вземемъ / въ ампери и
I — въ см.
36. Магнитни вериги.
Да разгледаме магнитното силово поле на единъ соле-ноидъ, свитъ въ видъ на пръстенъ (фиг. 62). МагнитнитЪ линии сж концентрични окржжности, както е показано на фи-
105
гурата. Нам-Ьрихме че магнитното поле Н презъ 1 см.2 е пра-
вопропорционално на силата на тока / и на броя на намоткитЪ п и обратно пропорционално на дължината на со-
леноида 1:Н = .I.n.
Ако въ соленоида поставимъ же-лпзна сърдцевина цгьлиятъ магнитенъ потокъ Ф се у величава толкова пяти,
Фиг. 62
колкото магнитната проникваемость на желъзото е по-го-лгьма отъ тази на въздуха; желпзото се намагнитизира и става магнитъ. Ако сЬчението на соленоида е s см.2 то полу-
k S
чаваме Ф = ' . /. п. Отъ тази формула намираме че k. I. п
— Ф.------- Въ практиката---наричатъ магнитно съпротив-
Ц • 5. Ц . S.
ление и го белгьжатъ съ R„; произведението I. п наричатъ ампернамотки, a k.I.п — магнитодвижеща сила.
Тогава можемъ да кажемъ: Магнитодвижещата сила на една верига е равна на произведението отъ магнитная потокъ, по магнитното съпротивление на веригата:
й.1.п = Ф.^. (31)
Виждаме сходството на тази формула съ закона на Омъ; поради това, тя се нарича „законъ на Омъ за магнитнитп вериги1'.
Виждаме, че за една магнитна верига (съ постоянно ) магнитния потокъ може да се увеличи като се увеличи силата на тока, или намоткигЬ п.
Отъ казаното до тукъ е ясна връзката между магнитната индукция В и ампернамоткигЬ, които представляватъ маг-нитизираща сила, Тази връзка се получава опитно въ формата на диаграми (криви), които ни показватъ какъ се магнитизира желгьзото, което се намира подъ действието на из-вестенъ брой ампернамотки на 1 см. дължина (фиг. 63).
Отъ тЪзи диаграми ние можемъ да получимъ магн. индукция В, а сжщо и ц'Ьлия магнитенъ потокъ Ф~В. s. (s е сЪ-чението на соленоида въ см.2).
Въ електрическитЬ машини често магнитнитЪ силови ли-мии преминаватъ презъ желЪзни сърдцевини и презъ въздуш-
106
ни междини. Съпротивлението на въздушнитЪ междини е много по-голЪмо за тЬхъ. Ето защо, налага се да се пресмЪтне
Нмпернамотки на 1 см. дължина.
Фиг. 63—Крива за магнитизиране на желЪзото.
съпротивлението /?„ за всЬки участъкъ отъ веригата по от-дЬлно и следъ това да се намЪри общото
Въ този случай формула 31 можемъ да напишемъ така.
1-256» /=Ф(Рт1+й^ + ....) = Ф + (32)
Тази формула можемъ още да преобразуваме въ след-ния видъ:
1 -256. п. I~Hv. Zi-|- Яг. Zs-f- (33}
гдето Н\, Н-2 и пр. получаваме отъ кривата на магнитизиране-
107
е
то; срещу съответнитЪ стойности на В по кривата на магнитизирането за съответнитЪ материали; за въздуха Н-В.
И наистина Ф —-4-----)=Ф I—~—4-“о—I; но В . s
\pi--S |12.S/ VZSl.S1 В -2 S J
—Ф, следователно получаваме горната формула, която улесня-ва много пресм-Ьтането на’магнитнит’Ь вериги, (вж. задачи 70 и 71)-
37. Електромагнити. Приложението имъ.
Електромагнитит-fc сж макари, навити върху сърдце-вини отъ меко железо. Когато по макарата протече пос-тояненъ токъ, сърдеччика придобива магнитни свойства.. Полюсит’Ь зависятъ отъ посоката на тока и отъ посоката на навиванего на спиралигЬ. Th се рбръщатъ ако се про-мЪни или само посоката на тока, или само посоката на навиването.
Сърдцевината на електромагнититЪ представлява много по-уцобень пжть за силовитЬ линии, отколкото въздуха; така се увеличава броя на силовитЬ линии, които из-лизатъ отъ електромагнита, т. е. увеличаватъ се неговигЬ. магнитни свойства.
Казаното за магнитнитЬ вериги се прилага напълно къмъ електромагнититЬ. ТЬхниятъ магнитенъ потокъ може да се получи или чрезъ много намотки и слабъ токъ, или чрезъ малко намотки и силенъ токъ Регулирането имъ става много лесно като се регулира силата на тока.
Приложението на електромагнитигЬ въ техниката е много голЪмо. ТЕ почти измЪстиха постояннитЪ магнити* благодарение на ценнитЕ си преимущества.
ТЪзи преимущества сж следнитЕ;
1) Чрезъ регулиране силата на тока, може да се регулира силата на електромагнититЕ споредъ нуждитЕ.
2) Премахва се неудобството отъ постепенного отслабва-не на постояннитЕ магнити; силата на електромагнититЕ може да бжде сжщата следъ десетки години.
3) ГолЕми и силни електромагнити се правятъ много по-лесно, отколкото постоянни магнити за сжщата цель.
ЕлектромагнититЕ могатъ да се пренасятъ на мЕстото си разглобени и тамъ да се сглобятъ. ОбикновенитЕ магнити,.
108
следъ размагнитизирането имъ, 'мжчно се магнитизиратъ от-нобо на мЪстостоенето си.
4) При еднакви размЪри, електромагнитит’Ь могатъ да да-датъ по-сил ни магнитни полета, отколкото обикновенигЬ магнити.
5) Приложението на обикновенитЪ магнити въ нЪкои електрически уреди и машини е невъзможно; такива сж нап-рим’Ьръ различии релета, телеграфния апаратъ Морзъ и пр., гдето трЪбва одновременно съ спиране на тока, да изчезне и притегателната сила на магнита.
Едничкото неудобство на електромагнититЪ е, че за ттъх~ :нотэ действие е необходимъ постоянен^ токъ-, за по голЪми-тЪ машини такъвъ токъ може да се доставя чрезъ специални токоизт чници, обаче, за малкигЬ машини това не е удобно. Ето защо напр. въ динама за автомобили, магнитоиндуктори за телефонии апарати и пр. се употрЪбяватъ постоянни магнити.
Значение. ЕлектромагнититЪ иматъ грамадно значение въ електротехниката. Най-важното тЪхно приложение е въ електрическигЬ машини — производители на електричество. Когато разглеждаме т-кзи машини, ще видимъ, че основнитЬ части сж две: електромагнити, които създаватъ магнитно силово поле и намотки, които пресичатъ това силово поле вследствие на което въ гЬхъ се индуктира е. д. сила.
ЕлектромагнититЪ намиратъ голимо приложение сжщо така въ много изм’Ьригелни уреди, въ различии командни апарати и релета, за повдигане тяжести» въ минната индустрия, и т. н. Коман-дуването на различии апарати отъ да-лечно разстояние, автоматизирането на нЪкои служби (телефонии централи, уредби за противовъздушна отбрана) и др. сж възможни само чрезъ упо-трЪбата на електромагнититЪ. Ние ще разгледаме приложението на елек-тромагнититЪ само въ н^кои отъ по-често употр’Ьбяемит'Ь апарати.
Електрически звънецъ. Обик-новениятъ електрически звънецъ се състои отъ две макари, по-ставени върху желЪзни сърдцевини, които сж свързани после-дователно съ една котва (фиг. 64), Котвата завършва с ь едно
Фиг. 64
109
чукче, което бие камбанката на звънеца; една пружинка п осигурява контакта между котвата и витлото в.
Когато повиквателниятъ токъ премине презъ макари-тЬ, сърдечницитЪ се магнитизиратъ, привличатъ котвата и чукчето удря камбанката. Съ привличането на котвата обаче, веригата се прекжсва между витлото в и котвата, сър-дечницитЪ на електромагнитигЬ се размагнитизиратъ, котвата се допира отново до витлото в и така явлението се повтаря дэ ка^о се държи натиснатъ бутона на звънеца (до като са пропуска токъ въ звънеца).
Поляризованъ звънецъ. Състои се отъ две макари съ намотки въ противоположни страни, които сж наденати върху южния полюсь на единъ постояненъ магнить, свитъ въ формата на L. Котвата k може да се върти около осьта о и се магнитизира сжщо 5. Къмъ котвата е прикрепено чукчето ч, което може да бие лЪвата и дЪсната камбанка (фиг. 65).
Този звънецъ може да действува само съ пром-Ьнливъ токъ. Когато токътъ тече напр. въ означената съ стрелкигЬ посока, nt вата макара (I) образува на долния си край юженъ полюсь, а дЪсната макара (II)—образува северенъ полюсь.
Котвата тогава ще бжде привлечена огъ макарата (II) и отблъс-ната отъ макарата I, чукчето ще удари лЪвата макара (1).
Когато въ следниятъ моментъ тока обърне посоката си, д-Ьсната макара ще отблъсне котвата (долния й край става S полюсь), а лЪ-вата я привлича и чукчето ще удари камбанката 2.
Постоянниятъ магнить усил-ва действието на поляризования
Фиг. 65
звънецъ; едната страна на котвата се отблъсва, а другата се привлича и по такъвъ начинъ ефекта е удвоенъ; безъ постоянния магнить, котвата не би могла да се привлича правилно
и съ достатъчна сила ту отъ едната, ту отъ другата сърдцевина.
Поляризованиятъ звънецъ е много по-чувствителенъ отъ постоянния и се употрЪбява въ вериги съ голЪмо омическ > съпротивление, понеже необходимия промЪнливъ токъ съ по-
110
високо напрежение се получава много по лесно отъ пост, токъ съ сжщото напрежение.
Телеграфенъ апаратъ Морзъ. Състои се отъ пишещъ апаратъ и ключъ, които се свързватъ съ батерията и съ дру-гия апаратъ (фип 66).
Главната съставна часть на пишещия апаратъ е единъ електромагнитъ, конто привлича една котва, съединена съ единъ лостъ; другиятъ край на лоста е снабденъ съ пишеще колелце п, което е потопено въ мастило. Надъ колелцето п се движи една книжна лента л съ помощьта на часовниковъ
механизъмъ.
Когато се натисне ключа ki на апарата /, протича токъ
отъ Б1 презъ ki линията I, отива въ др угия апаратъ II гдето
протича презъ електромагнита ЕМ% и
презъ земята се връща отново въ Б1. Елек-тромагнитътъ Е М 2 привлича котвата, лоста се завъртва около осьта о и колелцето п удря дви-жущата се надъ него лента л като на-писва по кжсъ или по-дълъгъ знакъ; ще отб'Ьлязва линия до
тогава, докато ключа ki е натиснатъ. Щомъ се пусне ключа ki, токътъ спира, ЕМ-г отпуска котвата и колелцето пада. Чрезъ предаване на съчетания отъ точки и тирета (морзова азбука) е възможно да се предаватъ букви и цифри.
/Апаратътъ // предава по сжщиятъ начинъ както I, когато последний е въ положение на покой.
За да действува добре морзовия апаратъ, епектромагни-тигЬ требва да губятъ своята сила веднага, щомъ като тока спре и да я придобиватъ веднага, щомъ като сжщия протече.
Телефонъ. Състои се отъ кутия, въ която сж пом’Ьсте-ни единъ постояненъ магнитъ, електромагнитъ (полюсни наставки) и една мембрана фиг. 67.
Когато отсрЪщния абонатъ говори, по веригата пристигать токове, които минаватъ презъ намоткитЕ на електромагнита. ТЪ произвеждатъ магнитно силово поле, което се съби-
Ill
pa съ силовото поле на пост, магнитъ и го отслабва или усил-ва: общото силово поле се измЪня споредъ пристигащия токъ.
Мембраната на телефона се при-влича отъ общото магнитно силово поле и следва измЪненията на пристигащия по линията токъ, като трепти по сжщия начинъ, как-то мембраната на микрофона подъ действието на човЪшкия говоръ. Трептящата телефонна мембрана раздвижва въздуха и създава зву-
Фиг. 67
кови вълни, които възпроизвеж-датъ чов^шкия говоръ.
Постоянниятъ магнитъ е необходймъ въ телефона; той увеличава неговата чувствителность. Освенъ това, безъ него мембраната би се привличала независимо отъ посоката на тока (и отъ S и отъ N) и би вибрирала двойно повече; изда-ваниятъ звукъ нЪма да бжде разбираемъ и ясенъ.
38. Свръзка между електричество и магнитизъмъ. Законъ на Лапласъ.
Отъ казаното до тукъ се вижда, че електрическия токъ притежава свойството да проявява и магнитно действие. Това свойство на електр. токъ е извъредно важно; то е една отъ главнитЬ причини за съвременното развитие на електро-техниката съ всички нейни сродни техники.
Силата на магнитното действие на електрическия токъ се опредЪля съ закона на Лапласъ, който гла-
I си: магнитната сила, която проявява токътъ Ц
z който минава по праволинеенъ проводникъ съ
** х Ь
z ' дължина /, върху единица магнитизъмъ, раз-
положенъ на разстояние г отъ ср"Ьдата на проводника (фиг. 68), е пропорционална на силата на тока и на дължината на проводника и обратно пропорционална на квадрата отъ Фиг. 68 разстоянието; тя зависи сжщо отъ мгъсто-то, кждето се намира единицата магнитизъмъ, по отношение осьта на проводника.
112
Изразенъ въ формула, този законъ добива вида F=-^-.Szna (34)
Г'
Въ тази формула Sin « изчезва (= 1 ) когато точката М е въ плоскость, перпендикулярна на проводника. Нко въ сжщата точка, вмЪсто единица магнитизъмъ, има т единици магнитна маса и ако замЪнимъ силата на тока I съ количеството електричество Q дЪлено на времето I = горната формула добива следния видъ:
(34)
t F- '
Тази е основната формула, която свързва електрически-Tt и магнитнитЪ явления. Тя ни обяснява много въпроси въ електротехниката. Както ще видимъ по-нататъкъ благодарение на нея, бгъше извадено отъ Максвела заключението, че сяществува връзка между електричество, магнитизъмъ и свгътлина. Максвелъ създаде прочутата електромагнатна теория за свгьтлината, споредъ която електромагнитнит-fe и свЪтлиннитЬ явления се дължатъ на една и сжща причина, а именно колебанията на етера. Теорията на Максвелъ бгъше потвърдена опитно отъ Херцъ, който тури основата на ра-диотехниката.
Формула (34) може да преобразуваме така, че вмЪсто магнитната маса т въ точката М, да вземемъ полето Н, което тази маса произвежда въ мЪстото, кждето е разположенъ проводника I. Тогава закона на Лапласъ ще ни даде силата F на взаимодействие между проводника и магнитного поле, въ което лежи този проводникъ.
Да извършемъ това преобразуване:
„ т 1 т . .
Знаемъ, че полето А/=ят.-^-=— (вижъ т. о);
1Н
отъ тукъ получаваме в Н = —2 =В. Зам^стваме въ форм. 34
и получаваме
F— в Н .1.1. Sin а=В .1.1. Sin. «
(35)
к-ждето Д=в Н е магнитната индукция.
Посоката на тази механическа сила се опредЪля по пра-вилото за човгька на Амперъ: ако единъ човткъ легне върху
113
проводника така, че електр. токъ да влиза отъ къмъ крака-та и да гледа въ сжщата посока, въ която отава магн. поле, посоката на силата ще бжде насечена къмъ него вата лгьва страна.
Сжщата сила се опредЪля и по правилото на тритгъ пръети на лгьвата рж.ка, което гласи: (фиг. 69) ако разположимъ тритгъ пръети рб п
на лгьвата ржка подъ прави жгли така, че ffg
показалеца да сочи посоката на магнитно-то силово поле, а ергъдниятъ пръетъ — по-соката на тока, то палецътъ ще показва /и.й/
посоката на механичната сила.
Тоеэ правило се запомва лесно, понеже тритЪ пръета, наредени последователно давать: палецътъ—движение, показалецътъ— фиг 69 поле и ср"Ьдниятъ пръетъ—токъ. Вижда се, че началнитЪ букви д, п и т следватъ по азбученъ редъ
39. Електромагнитна индукция. Законъ на Ленцъ.
Индуктиране на е. д. сила. Електромагнитна индукция наричаме това явление, чрезъ което се получава е. д. сила въ единъ проводникъ, когато сжщиятъ се пресича отъ магнитни силови лчнии.
За да пояснимъ е. магнитната индукция ще споменемъ за следния опитъ:
-------(Й)-------1 Да поставимъ два проводници А б |^| и Б на близко разстояние единъ до другъ (фиг. 70). На крайщата на А в j да свръжемъ батерията, прекжевачъ
. i К и реостатъ R, а на крайщата на
__ <<-------WWW „
IУ к ft Ь — единъ чувствителенъ галвано-
мЪръ А. Когато прекжевача е отво-Фиг. 70 г .
ренъ, токъ не тече нито въ А, нито въ Б. Ззбел’Ьзваме обаче моментно протичане на токъ въ Б отъ Р къмъ 21 въ следнитЪ три случаи:
а) когато затворимъ прекжевача;
б) когато увеличимъ силата на тока / чрезъ бързо из-ключване на реостата;
8
114
в) когато при затворенъ прекжсвачъ, приближимъ бър-зо А къмъ Б, или Б къмъ А.
Забелязваме моментно протичане на токъ отъ 2' къмъ 11 когато:
а) отворимъ прекжсвача;
б) намалимъ силата на тока I чрезъ бързо включване на реостата;
в) при .затворенъ прекжсвачъ, отдалечимъ бързо А отЪ Б или обратно.
За да протече токъ въ Б, на краищата на сжщия тркб-ва да действува нЪкаква е. д. сила; тази е. д. сила се е индуктира ла (образувала по влияние) и се нарича индукти-рана е. д. сила.
Явлението електромагнитна индукция си обясняваме така: когато протича токъ въ А, той създава около А магнитно силово поле; силовигк линии пресичатъ проводника Б и предизвикватъ раздвижване на електронитк въ него. Значи: за да се получи чрезъ индукция е. д. сила, необходимо е про-водникътъ да се пресича отъ магнитна силови линии.
Величина и посока. Колкото по-бързо магнитнитк силови линии сккатъ проводника, толкова по-голкма е. д. сила се индуктира въ него. Индуктираната е. д. сила зависи сжщо така отъ дължината на проводника и отъ гжстотата на силовото поле: колкото по-дълъгъ е проводника и колкото по-гжсто е магнитното силово поле, толкова по-голкма е. д. сила се индуктира.
/Ако вместо прави проводници се употркбятъ спирали, е. магнитната индукция е много по-силна. Ако спиралитк се навиятъ върху желкзна сърдцевина, за магнитнитк силови линии се създава пжть съ много по-малко съпротивление и явлението се усилва толкова пжти, колкото по-голкма е магнитната проникваемость за сърдцевината спркмо въздуха.
Вместо силовитк линии да сккатъ проводника може проводника да скче сжщитк (движение на проводникъ въ магнитно силово поле.
Посоката на индуктираната е. д. сила се опредпля лесно съ правилото на тритгъ пръсти на дгъсната ржка, което гласи-, ако тритгъ пръсти на д/ъсната ржка се разполо-ложатъ така, че да сж подъ прави жгли единъ спрпмо другъ и се насочи палеца по посока на движението, а показалеца
115
посока на магнитното поле, то сргьдниятъ пръстъ ще показва посоката на индуктираната е. д. сила (фиг. 71); сжщата посока ще има и тока, когато свържемъ краищата
на проводника, за да получимъ затворена верига.
Когато проводника е неподвиженъ, а се движи магнитното силово поле, за посока на движението трЪбва да се вземе посоката, противна на движението на силовитп линии Това е така, защото правилото на тритЪ пръсти на дЪсната ржка важи само когато проводника се движи, а полето е неподвижно; да дви-
х х х х к х 1 * х
Фиг. 72
жимъ полето къмъ проводника е все ед-
Фиг. 71 но да движимъ проводника въ посока
обратна на тази, въ която се движатъ силовитЪ линии.
Казаното до тукъ можемъ да го облечемъ въ математич-на форма и да го докажемъ. За тази цель да разгледаме една верига, съставена отъ източника на е. д. сила Е и двата проводници а и б, които сж прави, паралелни и хоризонтал-ни; върху тЪхъ е сложенъ правия проводникъ АВ (фиг. 72), който може да се плъзга свободно. ЦЪлата верига е разпо-ложена въ равномерно силово поле, съ сила Н и съ посока къмъ плоскостьта на листа (къмъ земята).
При тЪзи условия всЪки елементъ отъ веригата е подъ дей-ствието на една механическа сила; проводника АВ, чиято дъл-
жина е Z и който е подвиженъ, ще бжде заставенъ да се дви-
жи къмъ дЪсно отъ една сила F; тази сила е перпендикулярна на осьта му и на полето и ще бжде F=r . И. /. I (отъ формула 35 кждето Sin а—1).
Да предположимъ, че подъ действието на тази сила, проводника се е премЪстилъ на разстояние х. Така ще се из-•върши работата
. H.I.I.X
116
Понеже допуснахме, че магнитното поле Н е постоянно и неизменяемо, ясно е че тази работа F. х е извършена отъ. е. д. сила Е; последната, за времето t, презъ което проводника АВ се е движилъ, е извършила работа, равна на загубата въ топлина плюсъ енергията, която съотвествува на извър-шената работа F.X. Нко съпротивлението на веригата е R, и силата на протеклия токъ е /, ще имаме:
Е . I. t=RF.t-\-v .И. 1.1 .х
(36)
работа на е.д.с.Е топлина извършена работа
Съкращаваме на I и получаваме Е. t—RI. 7-f-n . И.1 • X, откж-
Е—^.НЛ.^ дето Z—
(36')
R
Тази формула ни казва, че презъ време на движението на проводника АВ, освенъ е. д. сила Е, въ веригата е действува-ла и друга е. д. сила
(37)
Тази е. д. сила се дължи именно на елокпгромагнитната индукция; отъ нейното изражение се вижда, че тя не зависи отъ силата на тока—тя се образува дори когато по проводника АВ не тече токъ.
Въ електротехниката често се срЪщатъ други формули за тази е. д. сила. Така напр. е скоростьта (пжтя раздЪ-ленъ на времето), съ която се движи проводника, а иН=В (индукцията).
Следователно получаваме
е-— B.l.v (38).
За да получимъ е въ волтъ, необходимо е да умножимъсъ 10-8.
Друга формула за тази е. д. сила е е=—(39
Тя се получава като напишемъ е=—н . Н. S. кждето
S=l.x е повръхнината, която пресича проводника, когато се движи; и./7 S—дФ е измЪнението на магнитния потокъ Ф за много мапкото време dt.
Отъ формулата (38) е ясно, че индуктираната е. д. сила се явява следствие пресичането на магнитншпгъ силови линии отъ проводникъ-, колкото магнитното поле е по-гжспю (по-голгъмо В), проводника е по-дълъгъ (по-голгъмо I);
117
•гя скоростыпа на движение v е по-голп>ма, толкова по-го-лп>ма е. д. сила ще се индуктира.
Формула 39 ни показва, че проводника може да остане неподвиженъ—достаточно е магнитнитгъ силови линии да го тресичато (да се измЪнява магнитния потокъ Ф), като минаватъ отъ вжтрешностьта на веригата навънъ или обратно.
Магнитниятъ потокъ, които е необходимъ, за да се индуктира е. д. сила, може да се получи по различии на-•чини: или чрезъ постоянни магнити (въ автомобилнитЪ динама, магнитоиндукторитЪ на телефоннит'Ь апарати и др. или чрезъ електромагнити (въ електропроизводителнитЪ «ашини); може сжщо така да се използува магнитното поле около единъ проводникъ, когато по него протича про-М'Ьнливъ токъ (въ трансформаторигЬ).
Значение. Значението на електромагнитната индукция •е голЪмо. Това явление цозволява да се получава електричеството чрезъ машини, наречени електропроизводител-•ни (генератори—динамомашини и алтернатори). Нко е. магнитната индукция не бЪше открита и приложена на практика, днесъ за източници на токъ щЪха да се използуватъ само галваническитЪ елементи. Освенъ това, предаването на електричеството на по-голЪми разстояния щ-Ьше да *бжде невъзможно: основата на това предаване сж тран-•сформаторитЪ, чието устройство е основано сжщо върху ё. магнитната индукция.
Законъ на Ленцъ.
Отъ описаниятъ на стр. 113 опитъ, видЪхме, че по-•соката на индуктираната е. д. сила е различна въ първи-тЪ три случая, отъ тази въ вторитЪ.
Ленцъ е изказалъ следния законъ, съ конто си обяс-няваме причината за различната посока на индуктираната -*е. д. сила: при всички електромагнитна явления, последици-тгь се стремятъ да попречатъ на първичнитгъ явления.
Така напр., когато първичниятъ токъ се усилва, ин-.дуктира се е. д. сила, която кара да тече токъ — стре-мящъ се да отблъсне първичния токъ; значи индуктираната е. д. сила има посока, обратна на посоката на пър-^вичния токъ, докато този се усилва. Когато първичниятъ
118
токъ отслабва, индуктира се е. д. сила, която кара да тече токъ—стремящъ се да усили първичния; значи, индуктираната е. д. сила има сжщата посока, каквато има и-първичния токъ (първичната е. д. сила).
Формула 37 потвърждава закона на Ленцъ; индуктираната е. д. сила е съ посока—обратна на посоката на L Заради това тази индуктираяа е. д. сила се нарича сжщо противоелектродвигателна сила; тя поражда токъ, който протича въ обратната посока на тока.
3 конътъ на Ленцъ ни помага да нам-Ьримъ посоката на индуктираната ев д. сила въ много случаи, както ше видимъ по-нататъкъ.
40. Електродвигателна сила на спирала, която се върти въ еднородно магнитно поле.
Като примерь за електромагнитна индукция, ще разгледаме получаването на електродвигателна сила въ една спирала, когато сжщата се върти равномерно (съ. постоянна скорость) въ еднородно магнитно поле. Тази спирала представлява най-простата машина за произреж-дане на електричество по механически начинъ; тя е ос-новата, върху която сж направени всички динамомашини и алтерньтори (генератори за правь и пром-Ьнливъ токъ.)
На фиг. 73 е изобразена една правожгълна спирала съ страни а и б, която се върти около осьта си ДА; въ дЪс-
Фиг. 73
но виждаме сжщата спирала (сЪчението й по осьта ОО), раз-положена въ плоскость, перпендикулярна на магнитното поле съ сила Н, което е създадено отъ постоянния магнить N Л’.
119
Да разгледаме първоначалния моментъ, когато спиралата е въ плоскостьта ОО, (перпендикулярна на силовигТ линии). Да означимъ съ со=2л/г жгловата скорость, съ която се вър-ти спиралата (и е числото на обръщенията въ една секунда) п съ 0=о>/ жгъла, които тя преминава следъ изтичане на времето t. ДветТ страни б не сЪкатъ силови линии: тЪ се въртятъ въ плоскости, които сж успоредни на силовитЬ линии, и следователно въ тЬхъ не се индуктира е. д. сила. Сжщо и странитЪ аа не сЬкатъ силови линии въ положението ОО.
Да завъртимъ спиралата на известенъ жгълъ©=со^; странитп а а сп>катъ магнитното поле и въ ветка отъ пггъхъ се индуктира е. д. сила, която е разна на произведе-нието отъ индукцията В=уН по дължината "а“ на страна-та и по линеината скорость, съ която се сгъкатъ силовитгь линии (перпендукулярно на посоката имъ}. Линеината ско-
рость на проводника а е дадена отъ жгловата скорость по б
рамото: <0 ; неината съставна—перпендикулярна на магнит
ното поле е со Sin. 0. Следователно индуктираната е. д.
сила въ единия проводникъ а ще бжде ех—В.а.щ -у Sin. 0.
Тази формула можемъ да я преобразуваме така: S=a6 е плоскостьта на спиралата; B.a.6=B.S—<£> е максималния магнитенъ потокъ, които се обгръща отъ спиралата;
1
Sin.(&=Sin. cot. следователно ei = Sin. cot.
Понеже въ дветТ страни а на спиралата се индуктиратъ еднакви е. д. сили съ посоки, които съвпадатъ (опредЪляме г : по правилото на тритЪ пръети на дТсната ржка) то общата е. д. сила въ спиралата ще бжде
е = Ф .a -Sin at (40)
За да получимъ е въ волта, трТбва да умножимъ дЪсната часть съ 10~8.
Вижда се, че стойностьта на е. д. сила е се измЪня по сжщия начинъ, както се измЪня синуса на жгъла и/ (въ положение ОО е нула, а въ положение РР е най-голЪма); за-
120
ради това, тази е. д. сила е една \промп>нлива синусоидална електродвигателна сила.
МашинитЪ за произвежцане на електричество (гене-ратори за правъ и промЪнпивъ токъ) се състоятъ, както ще видимъ, отъ множество спирали, които се въртятъ въ еднородно магнитно поле.
41. Токове на Фуко (паразитни, вихрени токове).
Въ нъкои случаи се индуктира е. д. сила, която не само че не се използува, а е вредна. Да лредположимъ, че по намотката на единъ електромагнитъ протича про-мЪнливъ токъ; този токъ постоянно създава около себе си промЪнливо магнитно силово поле, което сЪче жел^з-ната сърдцевина и въ желЪзото се индуктира е. д. сила.
Тази е. д. сила е различна въ различии м-Ьста на напречното сЪчение на жел^зото, понеже гЬзи мЪста не се сЪкатъ въ сжщото време отъ едни и сжщи силови линии. Резултатътъ е, че въ желЪзото протичатъ м-Ьстни токове, причинени отъ индуктираната е. д. сила; тЪхната посока е най-различна и т-fa не текатъ по предварително опредЪленъ пжть. Тп>зи именно токове се наричатъ паразитни, вихрени или токове на Фуко.
ТоковетЪ на Фуко сж толкова по-силни, колкото по-де-бела е желЪзната сърдцевина, понеже сжществува по-гол-fa-ма разлика въ напреженията между различнитЪ точки на cfa-чението. Tfa причиняватъ нагрЪване на желЪзото и следователно—загуба на енергия. Загубената енергия е за смгыпка на протичащето по намоткитгь електричество.
За да се намали загубата вследствие токовет-fe на Фуко, въ всички електрически машини се взематъ съответни мЪр-ки: правятъ гЬзи части, които се сЪкатъ отъ магнитни силови линии и въ които не се индуктира е. д. сила отъ тънки листове (дебели 03—05 мм.), изолирани единъ отъ други съ парафинирана хартия или съ специаленъ изолиращъ лакъ.
ЛистоветЪ се подреждатъ така, че магнитниятъ потокъ да минава свободно по тЪхъ, а индуктираната е. д. сила да cpfanja по пжтя си изолацията между листоветЪ.
Колкото е по-голЪмо омическото съпротивление на же-лЪзото, толкова по-слаби ще бждатъ токоветЪ на Фуко. Ето
121
защо, въ практиката се употрЪбява специално жемъзо (сили-циево), което има по-гол-Ьмо омическо съпротивление и сж-щевременно висока магнитна -проникваемость; листоветЬ се изрЪзватъ отъ ламарина, направена отъ такова желЪзо.
Сжществуватъ практически формули, които позволяватъ да се изчисляватъ загубит-fe поради паразитнит-fe токове. Така-ва е формулата
k.O(d.f.B)*
ю10
кждето: загубите поради токоветЪ на Фуко W сж въ ватове; k—2—25 за обикновена и 0’4—0‘5 за силициева ламарина; О — обемъ на желЪзото въ Jm.3 f—честотата на пром, токъ; В — магн. индукция, d — дебелина на ламарината въ мм.
42. Взаимоиндукция.
Определения. Да разгледаме две спирали 1 и 2, поста
вени близо една до друга (фиг. че променливъ токъ Л, около нея се създава променливо силово поле, чиито линии преси-чатъ спиралата 2; тогава въ спи-ралата 2 се индуктира е. д. сила, която ще причини протича-нето на токъ А, ако веригата й е затворена.
Явлението, на което се дъл-жи индуктирането на токъ въ
74). Когато по спиралата 1 те-
Фиг. 74
втората спирала, когато по
първата тече промгьнливъ токъ, се нарича взаимоиндукция.
Това явление е само частенъ случай на електромаг-нитната индукция.
Колкото по-силенъ е тока А, толкова по-голЪмо поле Фз пресича спиралата 2 и следователно, по-голема е. д. сила се индуктира въ тази спирала. Да означимъ съ dh и дФ% из-мЪненията, които придобиватъ тока и полето за много мал-кото време dt.
Отношение™ между магнитното поле дФг, което пресича спиралата 2 и тока dh, който създава й№2, се нарича коефициентъ на взаимоиндукцията, накратко „взаимоиндукция" 31 се бележи съ /И:
122
,. , поле прес. спирала 2 ., d Фг .
Коеф. на взаимоинд.=-------------------; /И = ——- (42
токъ, прот. въ спир. 1 dh '
Коефициентътъ hi взаимоиндукция е величина постоянна за две дадени спирали, чието положение не се измгьня.
Ясно е, че ако намалимъ разстоянието между спиралитЪ 1 и 2, ксефициента на взаимоиндукцията М ще се увеличи; сжщиятъ ще се увеличи още повече, когато вместо спирали взе-мемъ намотки; съ увеличаване гжстотата на намоткитЪ, М расте.
Коефициентътъ на взаимоиндукцията не е просто число, понеже е отношение между две разнородни величини. Той се измЪрва въ единици, наречени хенри.
Единъ хенри взаимоиндукция имаме тогава, когато изменение силата на тока въ спиралата 1 за една секунда съ единъ амперъ предизвика индуктиране въ спиралата 2 на е. д. си
ла единъ волтъ.
Спиралата I, по която тече тока се нарича първична; спи
ралата 2, въ която се индуктира е. д. сила, се нарича вторична. Лко оставимъ непромЬнено положениего на дветЬ спирали и пустнемъ сжщиятъ токъ Л да тече въ спиралата 2, то въ спиралата 1 ще се индуктира сжщата е. д. сила, каквато се индуктираше по рано въ 2.
Индуктираната е. д, сила въ спирала 2 ще бжде
дФ2
et.=
Нко въ тази формула замЪстимъ полученото
отъ
формула 42 значение на дФь (равно на M.dli), вместо формула 42 получаваме нова формула
б2=- Md4 (43)
Отъ тази формула получаваме дадената по-горе дефиниция за хенри (М=1 когато всички други величини сж единици).
Посоката на индуктираната е. д. сила се опредЬля съг-ласно закона на Ленцъ: тя създава токъ, който се стреми да се противопостави на изм’Ьненията на ;първичния токъ. Съ други думи: когато първичниятъ токъ се у силва, вторичниятъ ще има посока, обратна на неговата; когато първичниятъ токъ отслабва, вторичниятъ токъ ще има слицата посока като неговата.
Нко се приложи правилото на тригЬ пръсти на дЪсната ржка, ще се получи посока, еднаква съ посоката, получена съ. помощьта на закона на Ленцъ.
123
Кръстовки. Като примЪръ за взаимоиндукция ще раз-гледаме взаимоиндукцията, която се получава въ телефон— нитЪ вериги, когато нЪколко отъ тЪхъ сж прикрепени къмъ едни и сжщи стълбове. Токътъ, конто тече въ една отъ тЪзи вериги, индуктира е. д. сила въ проводницигЬ на близкигЬ до нея вериги и понеже тЪ сж затворени, въ гЬхъ протича токъ.
Да разгледаме фиг. 75 и фиг. 76; и вь двата проводника на телефоннитЪ вериги се индуктира е. д. сила вследствие протичането на токъ по проводника А; тази е. д си-
fl —=£-----
Фиг. 75
Фиг. 76
ла обаче е по-голЪма въ по-близкия проводникъ, ето за-що въ затворената верига на фиг. 75 ще протече токъ; този токъ предизвиква шумъ. чуване на разговора, конто се води въ веригата А и т. н. Напротивъ, въ фиг. 76 това се избЪгва чрезъ направата на кръстовки. Цельта, която се пос-тавя е всЪки проводникъ да се раздали на еднакви участъци, както е показано на фиг. 76. Тогава е. д. сила, която се индуктира въ двата проводници е еднаква и въ резултатъ, дветЪ е. д. сили се унищожаватъ взаимно. Въ такъвъ случай, въ телефонната верига не ще протече никакъвъ вго-риченъ токъ и въ телефоннитЪ впарати 1гЬма да има шумъ.
Румкорфова спирала. Другъ прим-Ьръ за използуване на взаимоиндукцията представлява рум-корфовата спирала (фиг. 77). Състои се отъ жел-Ьзна сърдцеви-на, две намотки и прекжсвачъ п. ЖелЪзната сърдцевина се състои отъ снопъ изолирани пръч-ки за да се намалятъ вреднитЪ токове на Фуко.
Въ първичната намотка се включва п. Когато натиснемъ к, въ първичната намотка протича токъ, сърдцевината придо-
Фиг. 77
124
бива магнитни свойства и привлича котвата А; първичната верига се прекжсва (л се отд’Ьля отъ витлото). Щомъ като се прекжсне веригата, сърдечникътъ изгубва магнитнигЬ си свойства, прекжсвача отново прави контактъ подъ дей-
ствието на една пружина, токътъ протича отново и т. н. Това се повтаря много бързо.
При всЪко протичане на токъ въ първичната верига, около нейнит’Ь спирали се създава силово поле, което из-чезва, когато тока престава; това поле пресича два пжти вторичната намотка при всЬко протичане на първичния
токъ: когато токътъ расте и когато спира.
Индуктираната е. д. сила въ вторичната намотка е толкова по-висока. колкото повече спирали има тази намотка. Тя е достатъчно силна за да даде мощна искра между двата края на вторичната верига, когато те сж от-ведени въ една автомобилна свЪщь.
При отдЪляне на прекжсвача п отъ контактния винтъ се явява доста силна електрическа искра; тази искра не позволява рЪзкото прекжсване на веригата. За да се постиг-не такова рЪзко прекжсване служи конденсатора С; той пог-лъща електричеството, което би протекло като искра.
На фиг. 78 е показана схемата за използуване на рум-корфовата спирала за автомобилно запалване (акумулаторно запалване—Делко) За пжть на тока се използува и масата на мотора. Чрезъ разпред-Ьлителя Р, индуктираната е. д. сила съ
високо напрежение, преди-звиква искра последова-телно въ свЪщигЬ; както се вижда на схемата, ек-центрикътъ е командува прекжсвача на низкото напрежение k: за първона-
Фиг. 78
чално включване на низ-
«кото напрежение служи ключа п.
43. Самоиндукция.
Определения. ПромЪнливиятъ токъ създава около себе си променливо магнитно силово поле; часть отъ силовите линии на това поле пресичатъ проводника, по който тече тока и индуктиратъ е. д. сила въ сжщия.
125
Това явление, при което въ единъ проводникъ се индуктира е. д. сила породи измпнението силата на тока, про-тичащъ въ самиятъ него, се нарича самоиндукция.
Законътъ на Ленцъ ни казва, че тази е. д. сила винаги се противопоставя на измзьненията на протичащия токъ: когато токътъ I се усилва, тя има посока обратна на негова-та (стреми се да го отслаби); когато I отслабва, тя има сжщата посока, като неговата (стреми се да го усилва). Ето защо, тази е. д. сила се нарича противо е. д. сила.
Да означимъ съ дФ и di изм-Ьненията, които придоби-ватъ попето и тока за много малко време dt.
Отношението между магнитното поле d<P (отъ което за-виси противо е. д. сила) и тока di, създатель на това поле, се нарича коефициенть на самоиндукция (накратко „само-индукция") и се белФжи съ L;
магн. поле, което еЬче проводи.
Коеф, на самоиндукция—----~------------------/ — — Г 44^
т J токъ, които създава магн. поле. »
Самоиндуктиралата се е. д. сила въ проводника ще бж-^Ф
де е — -^-;ако въ тази формула замъстимъ полученото ртъ формула 44 значение на дФ (равно L. d I), получаваме нова формула:
_ di
e~L dt (45)
Коефициентътъ на самоиндукция се измпрва като взаи-моиндукцията—въ хенри.
Единъ хенри самоиндукция има този проводникъ, въ конто се индуктира 1 волтъ е. д. сила когато тока, протичащъ въ сжщия проводникъ за една сек. се измени съ 1 амперъ (Въ форм. 45, £=1, когато всички други величини сж единици).
Явлението самоиндукция се наблюдава само, когато силата на тока се измгъня. При протичане на постояненъ токъ то се забел-Ьзва само при отваряне и затваряне на веригата.
Въ вериги за промФнливъ токъ, това явленге се наблюдава непрекжснато, понеже тока постоянно мЪни своята сила и посока.
Коефициентътъ на самоиндукция на единъ проводникъ. завися само отъ геометрическата му форма. За правитЪ проводници, той е много малъкъ. За проводницитЪ, навити въ видъ на макара, L е твърде голЪмъ, понеже много отъ
"126
силовитТ линии сЬкатъ почти всички спирали; така напр. токътъ, който протича презъ първата спирала създава поле, което пресича спиралата 2, 3 и т. н. Благодарение на това, въ тЬзи спирали се индуктира е. д. сила, която се противо-поставя на първичния токъ и създава токъ по посока—обратна на неговата.
Свойства. Явлението самоиндукция се сравнява съ ме-ханическата инерция. Когато искаме да измЪнимъ скорость-та, съ която се върти единъ маховикъ, трЪбва да преодо-лЪемъ неговото съпротивление (което се дължи на инеоция-та му); когато измЪняваме силата на тока, трЪбва да преодо-л’Ьемъ противо е. д. сила, която се дължи на самоиндукцията (електрическата инерция).
Самоиндукцията въ една верига не позволява на тока да престане веднага, щомъ като престане да действува е. д. сила; това е така понеже, следъ като е. д. сила изчезне, магнитното поле постепенно намалява, пресича проводника и създава токъ въ сжщата посока съ посоката на първичния. Този токъ продължава да тече още известно време и често е доста силенъ. Така напр. въ електрическигЬ централи, следъ като се отвори прекжсвача (е. д. сила спре да действува), противо е. д. сила създава токъ, който нагрЪва пространст-вото между ножа на прекжсвача и неговото гнЪздо, като образува електрическа искра. Сжщото явление се забелЪзва при работата съ морзови ключове и пр.
Изчисляаането на коефициента на самоиндукция който иматъ различии макари и проводници става съ помсщьта на формули. За цилиндрични макари може да се използува формулата
1-25. и. л3.5
10./
кждето: коеф. на самоинд. I въ хенри; и — магн. прониквае-мость на сърдцевината; п — брой на намоткитЪ; S — сТчение на сърдцевината въ см.2; / — дължина на сърдцевината въ см.
За изчисляване самоиндукцията на въздушнитЪ линии даваме таблица IX.
Отстраняването или намаляването на самоиндукцията е възможно. Ако по нгькакъвъ начинъ унищожимъ или неутра-лизираме магнитното силово поле около проводника, явле-.нието самоиндукция ще бжде уншцожено. Така напр., ако
127
Т а б л1’и ц а IX
Коеф. на самоиндукция L на въздушнитЪ линии за 1 клм. дължина въ Н.
Радиусъ на проводника а — 25 см. а = 50 см. а = 75 см.
0’5 мм. 0’001292 0001431 0’001512
го „ 0-001155 0’001292 0001372
1 э „ 0-001070 0’001209 0’001292
2’0 „ 0’001017 0001155 0’001240
2’5 „ 1 0'000970 0'001110 0’001190
разположимъ успоредно и близко единъ до другъ два проводници, въ които тече токъ въ различии посоки, силовото 'Поле, което се образува около единия проводникъ, ще бжде противоположно на силовото поле, обра-зувано около другия и дветЪ полета взаимно ще Т7 се унищожатъ. Самоиндукцията въ тази намотка се И’
избЬгва. Место въ практиката се налага да се пра- кН
вятъ безиндукционни съпротивления, конто иматъ формата на макари, ТЬ се фабрикуватъ по този начинъ (фиг. 79) .
Коефициентътъ на самоиндукция се увеличава
много когато спиралитп на една макара се навивать върху желп>зна сердцевина. Това е така, понеже силовит’Ь линии на-миратъ по-удобенъ пжть. Макари, които иматъ по-гол’Ьмъ коефициентъ на самоиндукция се наричатъ самоиндукционни макари (или просто самоиндукции).
Вариометри. Место е необходима самоиндукция, чиято стойность тркбва да се изм’Ьнява въ известии граници. Това се постига съ измпняемитъ самоиндукции, наречени вариометри.
На фиг. 80 е показанъ вариометъръ, направенъ отъ две макари, които сж свързани последователно и едната може да се върти. Когато спиралитЬ на двегЬ макари сж успоред-ни и тока тече въ сжщата посока, самоиндукцията е най-го-лЬма; когато дветЬ макари се разположатъ на 1801, тока въ първата макара ще тече въ посока, противна на посоката на тока въ втората макара и самоиндукцията на вариометъра ще бжде най-малка. Между двегЬ крайни положения самоиндукцията ще се измЪнява постепенно.
128
Употреба. Самоиндукционнит-fa макари иматъ твърде голЪмо приложение. ТЪ сж едни отъ най-важнитЪ части на. радиоапаратитЪ, Как-то ше видимъ по-на-
татъкъ, самоиндук-циитЪ представля-
ватъ само омическо
съпротивление за по-стоянния токъ; за промЪнливия токъ, т£ представляватъ, освенъ омическо и,
Фиг. 80 друго — индуктивно
съпротивление, което може да бжде много гол-Ьмо. Ето защо, rfc се използу-ватъ тамъ, гдето трЪбва да се пропуске постоянния токъ, а да се попречи на преминаването на промЪнливъ токъ.
Противо е. д. сила на веригитгъ е правопропорционална на пмъхнапга самоиндукция-, тамъ, гдето тази противо е. д. сила не е желана, гледа се веригитЪ да иматъ малка са
моиндукция.
Въ иЬкой машини, напр. въ електродвигателит’Ь, противо е. д. сила има голЪмо значение: голимо значение ииа следователно и самоиндукцията на намоткитЪ въ тЪзи машини.
44. Работа при възбуждане на магн. поле. Енергия на магн. поле.
При разглежпане на електромагнитната индукция (т. 39),. видЪхме, че една часть отъ енергията на токоизточника се изразходва за да се предизвика протичането на тока, а друга часть се изразходва за да се създаде ин-дуктирана е. д. сила, наречена противо е. д. сила (вижъ формула 36). Първата часть се изразходва като топлина; тя може да ни извърши нЪкаква работа само ако използува-ме именно топлината. Втората часть е работата, която е била необходима за да се придвижи проводника и да пресече магнитенъ потокъ дФ за времето dt. Тя ще се извършва само до тогава, докато се сЪкатъ магнитни силови линии и следъ това ще стане равна на нула. Това е така, понеже та-
129
зи работа Р~ I.е = 1—става нула щомъ като 6Ф — О.
Заключението е, когато протича постояненъ токъ не се извършва работа за да се подържа магнитното силово поле около проводника: разходва се само първоначално работа докато се създаде това поле, което ще порастне отъ стойкость нула на опредЪлената стойность Ф.
Каква работа се изразходва при създаването на промЪн-ливо магнитно поле? За да отговоримъ на този важенъ въпросъ, да разгледаме единъ проводникъ, който има коефициентъ на самоиндукция £ и по който протича пром’Ьнливъ токъ. Да означимъ съ г омическото съпротивление на този проводникъ. Самоиндуктиралата се е. д. сила въ този проводникъ при протичането на моментенъ токъ i ще бжде (вижъ фор-мули 39 и 45):
дФ’ . di С .44 4 i dt dt
ако умножимъ съ i.dt ще получимъ търсената работа: eidt - — 1дФ = — IL. di
id&=iLdi ни представлява работата, изразходвана за създаването на полето йФ само въ*единъ моментъ—когато тока се измЪня съ много малка стойность.
Да пояснимъ нам-Ьреното графически: на фиг. 81 по ор-
дината сж нанесени стойноститЪ, които до /; по абцисата сж нанесени стой-нсститЪ на /£; защрихования четири-жгълникъ представлява именно работата iL di за моменгната стойноссь di.
ЦТлата работа, извършена докато тока нарастне отъ нула до стойность i ще бжде лицето на триж-гълника 00 'А което е
2- (47)
Тази е именно изразходваната енергия въ проводника за създаването поле около него. Тя е слицевременно нитно поле, запазена въ него и готова
взема тока—отъ нула
на магнитното силово енергия на това маг-да се превърне обрат-
но въ електрическа енергия. Тя сжществува като потенциална
енергия на магнитното поле; при изчезването на магнитното
9
130
поле, тя ще се обърне обратно въ електрическа енергия. Тази енергия може да се сравни съ механическата енергия, която се натрупва въ волана на една машина. Самоиндукциитп> въ електрическипггь вериги действуватъ подобно на воланитгь на машинипиъ; поглъщатъ енергия, когато тока расте като се противопоставятъ на това растене на тока и възвръщатъ енергияга, когато тока намалява, като се противопоставятъ по този начинъ на това намаляване.
Екстра токове. Така наричатъ тЪзи токове, които се явяватъ въ една верига вследствие измЪненията на силата на първичния токъ, протичащъ въ тази верига. ТЬ се дъл-жатъ на индуктиралата се въ веригата е. д. сила, вследствие нейната самоиндукция и натрупаната енергия въ формата на магнитно поле.
Екстра токоветЪ сж незначителни въ вериги, чийто проводници сж кжси, прави и вървятъ успоредно; въ вериги, обаче, които иматъ включени бобини съ множество близки спирали, rfe добиватъ значителни стойности, за които въ практиката се държи смЪтка; тЪхната стойность на-раства особено много когато бобинит'Е сж навити върху жел^зни сърдцевини.
45. Решени задачи.
Електромагнитизъмъ.
Задача 65. Единъ електромагнитъ трЪбва да притежава магнитодвижуща сила 560 ампернамотки, а токоизточника дава само два ампери. Колко намотки тркбва да има елек-тромагнита? Решение: 560=7.п. отгдето п =280 намотки.
Задача 66. Единъ соленоидъ, свитъ въ видъ на пръс-тенъ има 64 намотки; по намоткитЪ тече 2'5 А токъ. Дължи-ната на соленоида е 20 см. Каква е гжстотата на магнитния k
потокъ (магнитната индукция) Решение: Ф^—j- 7. п, гдето Л=Г25б. 7=25 А, п=64. 7=20 см.; намираме Ф = 100 линии.
Задача 67. Магнитодвижущата сила на една верига е 250 ампернамотки, а магнитното й съпротивление е 0'01. Ка-къвъ е магнитния пэтокъ на тази верига? Решение: за да получимъ магнитния потокъ въ максвели (силови линии кои-
131
минаватъ презъ 1 см.2) трЪбва да вземемъ , а маг-
[1.S
иитодвижущата сила 1'256 2. п и тогаза отъ формулата
1256 1.п = Ф. /?„ получаваме Ф = = 31400 (т 36).
Задача 68. Единъ пръстенъ съ квадратно сЪчение има -22 см. външенъ диаметъръ и 18 см. вжтрешенъ: върху сжщия сж намотани 500 намотки, презъ които протичатъ 3 А. Колко •силови линии минаватъ презъ пръстена. Решение. ТрЪбва , г, .. 1 ‘256 , _ „
да намъримъ гг—Ф=——. 1.п за 1 см/, и получения ре-зултатъ да умножимъ по напречното сЪчение на пръстена, взето въ см2. СрЪдната дължина I на пръстена е л. d гдето . 22 см.-|-18 см. , 1'256.3.500
— ----------; /=3'14.20см.=62'8 см. Н=Ф —--------——-----
2 628
= 30 силови линии. СЬчението на пръстена е 16 см.2; презъ пръстена минаватъ 16 см.2. 30 сил. линии/см.2=480 сил. линии.
Задача 69. Колко силови линии минаватъ презъ пръстена въ задача 68, ако въ срфдата на пръстена поставимъ сър-дцевина отъ желЪзна ламарина? Решение: ПолученигЕ силови линии трЪбва да умножимъ съ магнитната проникваемость. Отъ кривата на магнитизирането (стр. 106) намираме, че на гжстота на силови линии /7 = 30 въ въздушно пространство отговаря 22=14800 за желЪзна ламарина. Общиятъ брой на силовит-fe линии ще бжде Ф = 16 см.. 14800 = 236800.
Задача 70. Какъвъ токъ трЪбва да протича въ задача 65, когато вж ре въ пръстена има желЪзна сърдцевина, за да се добие гжстота на силовитЪ линии В — 10000. Решение. Отъ кривата на магнитизирането намираме за В = 1000, /7=4'8. Отъ . . „ 1'256./.и . 4’8.628
формулата Ф=Н =-------------- намираме / = , n[_g э =
I 1 Z5O . 500. э
= 0'16 А.
Задача 71. Пръстенътъ въ задача 70 е срЪзанъ съ 4 мм. широкъ прорЪзъ, Какъвъ токъ е необходимъ за да имаме гжстота на силовит-fe линии 22=10000? Решение: За желЪз-на ламарина 22=10000, а за въздуха В= Н = 4'8. Намираме 1'256 /. п=Ф.Гф, гдето /?„ =/?„ ; 2?м ' = —— за сърд-
p.s 10000 п „ I
яевината гдето ц=——;/ф '= ---------- за въздуха гдето ц, = 1
‘ 4'0 р. S г
132
за въздуха и въ двата случая (за R„' и R„ ", 5=1 см.2). Получаваме RK — (62 8 см~ 1QqqQCM' ' 4 8+^=0 02745 + 0-0909 = =011835. Намираме /=—^.' ^м =1'9 А.
Г256.Я
Задача 72. Да се намЪри колко килограмм удържа единъ подковообразенъ електромагнитъ, ако сжщия има 100 намотки, по които тече 1 А, срЬдната дължина на магнитната верига е 20 см., а напрЪчното сЬчение на единъ полюсъ е S=8 см.2; полюситЬ на електромагнита сж затворени съ котва. Р е-шение. Отъ формулата Г256 «./ = //./ намираме Н = 6’28. Отъ криватаза магнитизирането за /7=6’28, намираме В=10700. Силата на електромагнита намираме по формулата
B2.S
Р= —’ с— въ кгр.; получениятъ резултатъ трЪбва да го удвоимъ, понеже привличатъ и двата полюси. ЗамЪстваме 5=8 см.2, /?=10700, удвояваме и получаваме Р- 36'64 кгр.
Задача 73. ЖелЪзната сърдцевина на единъ трасформа-торъ тежи 156 кгр. и е направена отъ листове съ дебелина 0’5 мм. Каква мощность се губи въ сърдцевината поради то-коветЪ на Фуко? Честотата на тока е 50 пер./сек., а макси-малната индукция /?=8000. Решение. Обемътъ на желЪзото е 7'8^кгр/дм 8 ~ дм’3 ЗагубитЪ сж (вижъ форм. 41)
U7=2.20. (0’5.50.8000)2 _
1Q10 —160 U/.
Задача 74. Каква ще бжде загубата въ задача 73, ако листовегЬ сж дебели 1 мм.? Решение.
^^0(l-g;8000)i=640 к
Самоиндукция.
Задача 75. Една самоиндукционна макара има дължина-Z = 10 см., напр сЬчение 5 = 3 см.2 и п = 200 намотки. Какъвъ е коефициента на самоиндукция, ако макарата нЬма же-лЬзна сърдцевина. Решение (вижъ форм. 46 — стр. 126): /= 1 256^"~у **£, гдето д = 1; намираме /. = 00006 Н.
Задача 76. Какъвъ е коеф. на самоиндукция въ задача 75, ако макарата има желЬзна сърдцевина съ магн. проник-
133
ааемость н=1500. L ще бжде 1500 пжти по-голЬмъ:
L = 0-0006 Н. 1500 = 0-9 Н.
Задача 77. Колко навивки тркбва да има една макара, дълга 20 см„ съ диаметъръ 4 см. за да има А = 10 mH, ако сжщата нЪма желЪзна сърдцевина. Решение. Намираме напр. сучение на макарата S = 12'56 см2. Отъ формулата , 1 256. д. п2. S 11О_
L =-----Тб5””/--’ намиРаме /г = И20.
Задача 78. Да се изчисли L на една двупроводна верига, направена отъ 2 мм. проводникъ, съ разстояние между проводницигЬ а = 25 см., ако дължината й е 5 клм. Решение: използуваме табл. IX.
Намираме за г=Л мм. (диаметъръ d=2 мм.) «=0’001155. За 5 клм.: /, = 0’005775 /7=5’775 m H.
V. Електродинамизъмъ.
46. Взаимодействие между токъ и магнитно силово поле.
НамЬрихме (т. 38), че когато проводникъ съ дължина I, по който минава токъ съ сила / се разположи въ магнитно поле съ сила В, то проводника е подложенъ на действието на механичната сила
F = В.I.l. Sin а
кждето а е жгъла между проводника и направлението на магнитнитЬ силови линии; F се получава въ дини, когато Г се вземе въ абсолютни единици, I — въ см., а В означава броя на силовит’Ь линии, които минаватъ презъ 1 см2.
Съгласно принципа на действие и противодействие, мо*
жемъ да твърдимъ, че съ сжщата сила, насочена въ против-
Фиг. 82
на посока, действува магнитното поле, съз-дадено отъ магнитъ съ сила т. Значи можемъ да твърдимъ, че ако проводника I, по който минава токъ съ сила I, се разположи въ едно магнитно поле (фиг. 82) то той е подложенъ на действието на меха-ническата сила F; посоката на тази меха-ническа сила се определи по правилото на
тритЬ пръсти на лЬвата ржка или по правилото за човЬка на Амперъ (т. 38).
Върху това явление се основа-ва направата на всички електромо-тори (електродвигатели—електрически машини, които превръщатъ елек-трическата енергия въ механическа).
Това явление се обяснява лес-но като си представимъ събирането на дветЬ магнитни силови полета
• 1 ‘-it -
I I Г |_gl И I I
Фиг. 83
(на тока и на магнита — фиг. 83);
резултатното магнитно поле е по-
гжсто въ д-Ьсно. Силовит’Ь линии въ стремежа си да се из— правятъ, ще изблъскатъ проводника на л-Ьво.
135
47. Спирала по която тече токъ въ магн. поле.
Да разгледаме една правожгълна спирала, по която тече токъ и която може да се върти около осьта АА (фиг. 84). И върху четиритЪ страни на спиралата ще се прояви действие на механически сили. ДветЪ страни б сж успоредни и токътъ преминава въ противоположни посоки въ тЬхъ; ясно е, че механическит-fe сили на гЬзи две страни ще бждатъ равни, про-
тивоположни и насочени по направлениетэ АА (това се опре-дЪля лесно по правилото на тритЪ пръети на лЪвата ржка).
Върху другитЪ две страни а действуватъ еднакви сили, насочени както е показано на фиг. 84. ТЬзи сили сж F=B.I.a-, (Sin а—1 и 1=а).
ДвегЬ сили образуватъ чифтъ сили съ рамо б. Sin F) (промЪнливо при всЪко положение на спиралата). Моментътъ на чифта е: М — силата. рамото = F. б. Sin 0.
Въ горната формула a.6=S (повръхнината на спиралата), а В.В=Ф„ е максималния магни- | |
нитенъ потокъ. Можемъ следователно на на- !
пишемъ 111 ' i1 1 1
м=ф„.1.яп © (48)
Ако поставимъ / въ ампери, трЪбва да умно- . ' ь—. жимъ съ 10. I 'S I
Чифтътъ сили сили се стреми да завърти фиг. 85 спиралата; когато 0=0 т. е. Sin 0 = 0 (спиралата е въ положение ОО), чифта сили е равенъ на нула. Ако обаче сложимъ още една или нпколко спирали на изее-стенъ ягълъ съ първата, ще осигуримъ непреккснато въртение на спиралитгъ- това ще бжде най-простиятъ електродвигателъ.
136
На фиг. 85 е показано резултатното магнитно поле — сборъ отъ полетата на тока и на магнита; вижда се сжщо какъ то се стреми да завърти спиралата. При движението на спиралата въ магнитното поле, въ нея ще се индуктира електродвигателна сила, както видЪхме въ т. 39.
Тази е. д. сила е съ посока обратна на посоката на тока, заради това тя се нарича противоелектродвижуща сила. Нейната стойность се определи по формула 38. Тази сила отслабва силата на тока и заради това се нама-лява и чифта сипи, кой го върти спиралата; колкото по-бър-зо се върги спирала га, толкова по-гол'Ьма противо е. д сила се образува.
Поради тази причина, напрежението, което вклюсваме въ спиралата, тртъбва да бжде достатъчно не само да пре-дизвиква протичането на желания токъ I, но сжщо така и да неутрализира индуктираната противо е. д. сила.
48. Увличане на проводникъ отъ магнитно поле.
Да разгледаме единъ неподвиженъ проводникъ, чийто краища сяс свързани, за да образуватъ затворена верига. Когато проводника се разположи въ подвижно магнитно поле, въ него се индуктира е д. сила, а около него се създава магнитно поле; дветъ полета се събиратъ въ едно. Въ прэвэдника ще действува механическа сила. Посоката на тази сила съвпада съ посоката на движение на постоянного магнитно поле и проводника ще почне да се движи (фиг. 86). Скоростьта, съ която ще се движи проводника ще бясде винаги по-малка огъ скоростьта, съ която се движи постоянного магнитно поле; иначе проводника не ще сЬче салови линии и въ него н-Ьма да се индуктира е. д. сила.
Този принципъ се използува за направа-та на най-разпространенитп електродвигате-
ли за промпнливъ токъ — асинхроннитгъ електродвигателщ
49. Взаимодействие между токове.
Когато два проводника, по които тече токъ, се нами-ратъ близко единъ до другъ, магнитното поле създадено
Фиг. 86
137
отъ единия, ще предизвика движение на другия и обратно. Можемъ да кажемъ следователно, че нроводницигЬ, по които тече токъ, си взаимодействуватъ.
Амперъ е открилъ следнипиъ закона:
1) два паралелни проводници, по които текатъ токове въ сжщата посока, се привличатъ; ако токовегЬ текатъ въ противна посока, провоцницитЪ се отблъсватъ.
2) два непаралелни проводници се привличатъ, когато токоветф сж насочени къмъ върха на жгъла, който тЪ образуватъ, или ицватъ отъ този връхъ; въ противенъ случай, rfe се отблъсватъ.
Казаното може да се провЪри като се разгледатЪ образуванитЪ отъ токоветЪ резултатни магнитни полета.
Върху взаимодеиствието на токовепиь, познато подъ името електродинамично действие на токоветп>, се основава направата на специална група измгьршпелни инструмента, наречена електродинамична.
Въ електрическит-fe централи честэ се получаватъ голыми механически сили, вследствие взаимодеиствието между то»: кове. ТЬзи сили ставатъ причина да се изкъртятъ изолатори, върху които сж прикрепени проводницитЪ и да се изкривятъ проводницитЪ въ нЪкои случаи.
Силата на взаимодеиствието между паралелни токове е дадена отъ формулата
с h.h.hli т
кждето Л и А сж стойноститЪ на паралелнитЪ токове, h и /а сж дължинитЪ на проводницигЬ, които си взаимодействуватъ, аге разстоянието между проводницитЬ. Нко всички едини-ци вземемъ въ С. G. S-ната система, F се получава въ дини.
50. Решени задачи.
Задача 79. Да се определи какъвъ е максималния мо-ментъ на чифта сили, който се стреми да завърти спиралата на фиг. 84, ако височината на сжщата е I метъръ, дължина-та й е 1 м., силата на магнитното поле е 5000 гауси, а тока* -който протича по сжщата е 10 ампера.
Решение. Максималниятъ моментъ М, ако го изчис-алимъ въ С. G. S.-ни единици
138
М = Фт.1 Sin 0 кждето Фт — 5000.100 см..100 см.~ 1=-1/ю.А0 единици, Sin 0 = 1.
Намираме /И=5.107 ерга см. Понеже 1 кгр. сила = 9’81 .105 дини, ако искаме да превърнемъ момента въ кгр. метри трЪбва да напишемъ
.. 5.Ю7
М = 9-81.105.102 кгРметРи = 05 кгрметри.
Задача 80. Две медни шини съ сЬчение 3/0 5 см. успо-редни, отдалечени 10 см. една отъ друга служатъ за проводници на правъ токъ 7 съ сила 1000 ампери — единиятъ за отиване, другиятъ за връщане на 7. Съ каква сила се стре-
мятъ да се отдалечатъ единъ отъ други всЬки линеенъ ме-търъ отъ тЪзи шини.
Решение. F
7i. h. 1г. 1-2 100.100.100.100
----is---~------------------дини =
Г8ГТб^ КГР-=Г°2 кгр.
Задача 81. Колко нараства силата F при кжсо съедине-ние, ако тока I става 20 пжти по-силенъ; Решение. При кжсо съединение, силата расте пропорционално на квадрата: на тока (7i. 7g = Т2 = 202) следователно F= 202.1'02 = 408 кгр»
VI. ПромЪнливъ токъ.
51. Основни понятия.
Определения. ПромЪнливъ токъ е този, който мЪни-посоката си и силата си. Когато тази промена става презъ
еднакви промеждутъци време, то-кътъ се нарича периодиченъ—фиг. 87. з* Нко периодичния променливъ токъ мЪни своята сила закономерно т. е.
постепенно се увеличава, стига една секунда най-голема стойность (макси мумъ) следъ това пакъ постепенно на-малява, стига до нула, почва да расте въ обратна посока, стига своята най-голема стойность въ тази посока, пакъ почва да намалява и т. н. (фиг. 88) токътъ се нарича промпнливъ синусоидаленъ токъ. Нарича се синусоидаленъ, понеже графиката му е една синусоида, т. е. крива, сходна съ кривата, която показва какъ се изм^ня синуса на единъ жгълъ, който отъ нула расте на 360° (фиг. 88).
Фиг. 88
Въ т. 40 видехме, че когат > въртимъ една спирала въ-еднородно магнитно поле, въ нея се получава електродвигателна сила е=Ф.а>.81п. o)t-
Казахме сжщо, че тази спирала представлява пай-простата машина за произвеждане на електричество по механически начинъ.
Да разгледаме още единъ пжть спиралата за да потвър-димъ намЪреното по графически пжть (фиг. 89)
140
При въртенето на спиралата, въ отвеснитЪ й страни не се индуктира е. д. сила, понеже rfe не сЬкатъ силови линии;
е. д. сила се индук-
Фиг. 89
тира само въ стра-нитЪ 1 и 2. Нейната сила е толкова по-голЪма, колкото повече силови линии се сЬкатъ въ едно и сжщо време. ,Въ положения първо, тре-то и пето на спиралата, проводницитЪ
1 и 2 се движатъ успоредно на магнитнитЬ силови линии; въ тЪзи положения е. д. сила не се индуктира; следъ това е. д. сила постепенно се усилва и когато спиралата дойде въ положение второ и четвърто, индуктира се най-голЪма е. д. сила.
Формата на индуктираната е. д. сила ще бжде синусоидална. Посоката й се с [редЪля съ правилото на тритЪ пръс-ти на дЪсната ржка; тя се обръща въ странитЪ 1 и 2 на спиралата въ момента, когато. последната излиза отъ вертикал-ната плсщь. Спрямо външната верига, индуктиранитЪ е. д. сили въ дветЪ страни се събиратъ и когато веригата е затворена, ще потече токъ, който ще има сжщата синусоидална форма, каквато има индуктираната е. д. сила.
Нко вместо една спирала, въртимъ съ сжщата скорость още една спирала, поставена на 90° спрямо първата, ще получимъ въ нея е. д. сила, която ще бжде сфазирана спрямо първата на 90° (Уа периодъ).
ЕлектрическитЪ машини за промЪнливъ токъ произвеж-датъ е. д. сила, която може да се смЪта, че е синусоидална;
ето защо, когато се говори за промгьнливъ токъ, винаги се разбира синусоидаленъ токъ. И ние отъ тукъ нататъкъ подъ промЪнливъ токъ ще разбираме именно този токъ.
Времето, следъ което тока придобива сжщата стойность (по голпмина и по посока) се нарича периодъ на про-мтьнливия токъ и се белгьжи съ Т; значи, за единъ периодъ, промЪнливиятъ токъ, следъ като взема всички възможни стойности, пакъ се връща къмъ първоначалната си стойность.
141
Броятъ на перисдитгъ, които има промгънливия пюкъ за една секунда, се нарича честота (фреквенцъ) и се белгъжи съ /.
Напр. индустриалниятъ токъ има честота 50 пер./ сек. (50 периоди въ секунда); това значи, че неговиятъ периодъ е равенъ на У&0 отъ секундата; т. е. Уюо отъ секундата тока тече въ една посока и следващата 1/i00 отъ секундата тече въ обратна посока. Перисдътъ се състои отъ два полупериоди: положителенъ и отрицателенъ
Вместо периодъ, често се казва цикълъ или'херцъ. 1000 цикли сж равни на 1 килоцикълъ (7 килохерцъ, кН.). Перио-дътъ на токъ съ честота 1000 кц/сек. е една милионна часть отъ секундата.
Пром'Ьнливиятъ токъ е съ индустриална честота, ако последната на надминава 60 пер./сек.; между 60 и 10,000 пер./сек. честотата е звукова, а надъ 10,000 пер./сек.—висока.
ВсЪка синусоидална промЪнлива величина (фиг. 88) може да се представи съ формулата а=А . Sin (at (49)
кждето а е коя да е моментна стойность на пром'Ьнливата величина,
А е нейната най-гол'Ьма стойность (ширина, максимумъ), со/ е жгълъ, пропорционаленъ на времето (со е жгловата скорость).
Следъ единъ периодъ Т (едно завъртване на спиралата) трЪбва да имаме сжщигЬ стойности на моментната стойность: жгъла со/ се е-увеличилъ съ Зб0’=2л, а времето е нарастна-ло отъ / на /+7'.|Съ други думи
жгъла со (/-j-/)—со/ = 2л
2^ -с 1 Ы г /сп\
отъ кждето со=——; 1 — —; 7 = -г~-------; со = 2л/ (50)
Т • со 1 2л
жгловата скорость со, която е свързана съ f и съ Т се нарича пулсация.
52. Фаза и разлика въ фазитЪ.
Периодътъ на пром-Ьнливия токъ може да се отчита отъ кой да е моментъ.
Когато токътъ се изобразява графически, най удобно е за начало на времената да се избере момента, въ който тока е нула и следниятъ моментъ почва да расте въ -|- посока (фиг. 88).
За да може да се определи която и да е стойность на тока, въвежда се понятието фаза. Подъ фаза на една про-
142
-'мгьнлива^синусоидална величина ще разбираме тази часть отъ периода, която е изтекла отъ момента, избранъ като начало на времето. Така напр. фазата на моментната стойность АА (фиг. 90) е 1/л отъ периода или 90°; на ББ е 7з отъ периодъ (120°).
Понятието фаза е много полезно, когато трЪбва да се разглеждатъ н'Ьколко величини съ еднаква честота.
Две промтнливи величина см въ фаза, когато тгъ едновременно придобиватъ нулева, най-голп>ма и най-малка стойкости. Когато гЬзи тТхни стойности не съвпадатъ, казва се, че.тТ сж сфазирани или, че не см въ фаза. Тогава началото на времената се избира произволно, обаче то е едно и сжщо за всички величини.
' ва
На фиг. 91 токътъ h изпреварва i, а токътъ Б закъсня-спрямо тока I. ДробитТ -у-и уг сж фази съответно на zi
и й; фазата на i е нула: Понеже Б почва преди началото
на времето, казва се, че Д е съ избързала фаза спрямо /; Б е съ закъсняла фаза спрямо I.
Дробьта -Д~Д се нарича фазна разлика между Б и Б.
Съ думи: подъ фазна разлика между две пролиьнливи величини, които иматъ смщата честота, се разбира тази часть отъ периода, съ която едната величина предшедствува другата.
Казаното важи за всички синусоидални величини: токъ, напрежение, силово поле и др.
143
ПромЪнливитЬ величини могатъ да се изразяватъ съ по-мощьта на отсечки. За тази цель се взематъ отсечки, които
изразяватъ въ определена мерка, установени стойности отъ тази величина. Напр. на фиг. 91 сж взети максималните стойности на /, Zi и z'2. Когато въртимъ тези стойности на лево равномерно съ такава скорость, че една обиколка да се из
върши за време равно на 1 периодъ, получаваме графикигЬ на z, z'i и z’a; всека моментна стойность е равна на максимал-ната стойность, умножена по синуса на жгъла, склю-
ченъ между сжщата и хоризонталната отсечка. Ето отгде тази графика носи името си синусоида.
На графа 92 сж представени отделно максималните стойности на z, z’i и i-i. Разликата въ фази-те се явява като жгълъ (часть отъ периода), между означените чрезъ отсечки величини. Жгълътъ надъ z е ф (z’i избързва спрямо /), а подъ I е —(i-i закъснява спрямо /).’
Фиг. 92
53. Средни и ефективни стойности. Събиране на промЪнливитЪ величини.
Променливите синусоидални величини (токъ, напрежение, поле) се менятъ всеки моментъ; техните стойности, оба-че видехме че се повтарятъ периодически. При изучаването на тези величини вместо техните моментни стойности се раз-глеждатъ така наречените средни и ефективни стойности.
Средна стойность. Средната аритметична отъ всички моментни значения на променливата величина за единъ по-лупериодъ, се нарича средна стойность на тази величина.
Намерено е, че средната стойность на една синусоидална величина е равна на 0'637 отъ максималната стойность:
2 4р
/Ср — я /„ — 0'637 /„; /„ — 0’637 — 1 ^ср
Напр. ако /„ = 100 А, /ср — 63'7 А.
Ефективна стойность. Тази стойность е много по-важ -на, понеже обикновените измерителни инструмента измер-ватъ именно нея.
Да разгледаме ефективната стойность на тока. Тя е равна на силата на постоянная токъ, които би извършилъ сж-щата работа, както дадения промгьнливъ токъ.
144
Намерено е, че ефективната стойность на синусоидал-ния токъ (Дф или само Г) е равна на 0’707. максималната стойность на сжщия; или все едно
4ф=^=О-7О7/.;/.=о^7
(51)
Да пояснимъ казаното съ примЪръ (фиг. 93). Да пус-немъ постояненъ токъ съ сила 0’707 А презъ съпротивле
нието R и да предположимъ, че за 10 мин. водата въ сжда ще възври. Нко следъ това на-л’Ьемъ сжщото количество вода съ сжщата първоначална температура, за да възври водата за 10 мин., пром-Ьнливия
токъ тр-Ьбва да има максимална сила 1 А. Лмперм’Ьрътъ ще покаже 0’707 А, когато тече пром’Ьнливия токъ, а не 1 А — колкото е /м, т. е. той ще покаже ефективния токъ.
Това е така, понеже Д, действува върху амперм-fcpa само за моментъ; следъ това силата на тока намалява, стига на нула, пакъ се увеличава и т. н. Въ веригата действува токъ съ стойность, различна отъ срЪдната и отъ максималната стойность. Тази стойность именно е ефективната, т. е. тази, която ни върши работата и подъ часто постоянно действие стрелката на ампермгьра се откланя.
Нко намалимъ силата на тока, пада /„, пада сжщо и Дф и стрелката приближава къмъ нулата; обратно стрелката се откланя повече ако тока се усили.
Казаното за промЪнливия токъ важи сжщо и за про-м’Ьнливата е. д. сила.
Въ практиката, когато се говори за сила на промТнли-вия токъ, промЪнлива е. д. сила, мощность на пром-Ьнливия токъ и пр., се разбира винаги ефективния токъ и пр. освенъ, ако не се каже изрично, че се говори за други стойности. За-това, вместо Дф, пишатъ /.
Събиране на промЪнливи величини. ПромТнливитЬ величини се събиратъ много лесно, когато сж въ фаза и иматъ еднаква честота. За дельта обикновено се взематъ тТх-нитЪ ефективни значения и се прави аритметически сборъ,-получава се ефективната резултатна величина.
145
въ
Фиг. 94
Когато промЪнливите величини иматъ еднаква честота и сж сфазирани (фиг. 94) идватъ моменти, въ които стойно-стигЬ на единия токъ сж положителни, а на другия сж нули или отрицателни. Събирането може да стане графически: за всЬки моментъ се получава сбора а отъ дветЪ величини ai и йз.
По-лесно и удобно е да се събиратъ само най-важнитЬ стойности, напр. ефективнигЬ. ТЪзи стойности се събиратъ геометрически — чрезъ отсечки.
ДвегЬ стойности требва да нанесемъ мЪрка и съ жгълъ помежду имъ, равенъ на жгъла на сфазирането; следъ това, по правилото на паралелограма намираме резултатната величина и опредЪляме по м^рката, каква стойность има сжщата.
На фиг. 95 сж събрани по този начинъ различии величини: въ а) — не сж сфазирани; въ б) — сфазирани на около 45°, въ в) — на 90° и въ г) на 180\
Когато промЪнливит-fc величини не сж съ еднаква честота, резултатната величина н^Ьма синусоидална
S)
определена
форма. Получава се диаграма, въ
0
О
4'
Фиг. 95
която максималната намалява.
стсйность периодически се увеличава или
54. Несинусоидални промЪнливи величини.
ТоковегЬ и е. д. сили, които се използуватъ въ елек-тротехниката не сж точно синусоидални. Знаменитиятъ мате» матикъ Фурие е доказалъ, че всЬка несинусоидална величина меже да се разглежда като съставена отъ нЪколко синусо-
10
146
идални величини. Първата отъ тЪхъ се нарича основна величина и има сжщата фаза и честота, както несинусоидалната, а следващит’Ь по редъ се наричатъ първа, втора и пр. хар-монични. Първата хармонична има по-гол twa максимална стой ность отъ втората, втората отъ третата и т. н.; честотата на втората е по голема отъ честотата на първата, тази на третата е по-голЪма отъ честотата на втората и т. н.
Фиг. 96
Обикновено хармоничнитЪ отъ пета степень и по-горе се пренебр-Ьгвэтъ.
На фиг. 96 сж изобразени несинусоидални токове, раз-ложени на своитЬ хармонични (съставни). Вижда се какъ фаз-ната разлика между хармоничнигк влияе върху формата на несинусоидалната величина.
55. Законъ на Омъ за промЪнливия токъ.
Определения. Да разгледаме верига, въ която сж вклю-чени последователно променлива е. д. сила V, рерстатъ /?,
Фиг. 97
конденсаторъ С и самоиндукция L (фиг. 97).
Когато натиснемъ прекжсвача k, въ веригата протича токъ, макаръ че има вклю-ченъ конденсаторъ, чийто диелектрикъ е изолация.
Въ този случай не само R, но така сжщо конденсатора и самоиндукцията указватъ съпротивление на тока. Съпротивленията на реостата, проводницитЬ и жицата, отъ която е направена L, сж омически. Съпротивлението на конденсатора се казва капацитивно, а
на самоиндукцията — индуктивно.
147
Общото съпротивление на веригата се нарича привидно г21ли импедансъ и се бележи съ Z. За да го нашъримъ, тргъб-sa да намгъримъ поотдплно омическото, капацитивното и ичдуктивното съпротивления и следъ това да ги съберемъ геометрически, както ще видимъ следъ малко.
Законътъ на Омъ за промпмливия токъ гласи: силата на тока въ всеки моментъ е равенъ на е. д. сила Е, която действува въ веригата- въ този моментъ, разделена на импеданса Z на веригата:
/=| (52)
Омическо съпротивление R. Омическото съпротивле-ние на веригата се намира по сжщия начинъ, както въ веригата за постояненъ токъ {R— То се измЪнява, когато се м-Ьни честотата на промЪнливия токъ, обаче това изменение е съвсемъ малко за индустриалнитЪ’честоти (до 60 пер/сек.) и ние нема да го разглеждаме. Когато пресметаме R на една верига, требва да пресметнемъ съпротивлението на всич-жи проводници въ веригата.
Когато въ веригата има включено само омическо съпро-тивление, законътъ на Омъ гласи: 1=—^', виждаме, че когато R
£ е нула, / сжщо ще бжде нула; когато Е е максимална и I е максимално; следователно е. д. сила и тока сж въ фаза.
Капацитивно съпротивление Rc. Отъ опитъ е намерено, че конденсаторътъ представлява толкова по малко сопротивление за промгънлавия токъ, колкото по-голпма е честотата на тока и колкото по-голгьмъ е неговия капаци-тетъ. Rc се измерва въ омове и числената му стойность е:
-------------- J = (53) 628 . честотата . капацитета-------2nf. С
тдето честотата требва да се вземе пер/сек., а капацитета въ фаради, за да се получи въ ома.
Отъ формулата се вижда, че за постоянния токъ (f—0), е безкрайно големо: конденсаторитгъ не пропускать постоянная токъ.
Лесно можемъ да си обяснимъ защо конденсатора поз-волява преминаването на променливия токъ. Когато свър-экемъ плочите на конденсатора съ източника на променлива
148
е. д сила, сжщиятъ се пълни; токътъ на пълнене расте отъ, нула до известна най-голема стойность (фиг. 98). Щомъ е. д„
сила почне да намалява, конденсатора почва да се изпразва
Фиг. 98
ва съ токътъ на изпразване посоки; значи въ веригата ливъ токъ.
въ посока, обратна на посоката, въ която се пълни. Тс— кътъ на изпразване придобива максимална стойность, когато е. д. сила стане равна на нула; сжщиятъ става ну-ла, когато конденсатора се напълни въ обратна посока и т. н.
Виждаме, че токътъ на пълнене постоянно се реду-и че двата тока иматъ противни протича непрекжснато промЬн-
Отъ описаното явление е ясно, че има само привидно преминаване на токъ презъ диелектрика; въ действителность., става само непрекжснато пълнене и изпразване на конденсатора. Виждаме сжщо, че конденсаторътъ предизвиква сфази-ране между тока въ веригата и действуващата е. д. сим V въ сжщата: напрежението закжснява спрямо тока на 90°.
Индуктивно съпротивление 7?l. Опитътъ показва, че и самоиндукционнигЬ макари (самоиндукциитЬ) представля-ватъ съпротивление за пром’Ьнливъ токъ; това съпротиемкие е толкова по-голп>мо, колкото сж по-голгьми коефица-ента на самоиндукцията и честотата на тока.
Числената стойность на индуктивното съпротивление е
=2 л f.L
(54)
За да получимъ /?L въ ома, требва да вземемъ L въ хенри и f въ пер/сек.
За постоянная токъ f= О следователно и RL=0; отъ тукъ следва че за този токъ самоиндукциит'Ь представляватъ само омическо съпротивление, но не и индуктивно.
Подобно на разсжжденията за конденсаторитЪ, можемъ да си обяснимъ какво става, когато тече пром’Ьнливъ токъ презъ една самоиндукция. Този токъ създава магнитно поле, което постоянно се усилва, [отслабва и изм'Ьня посоката си..
149
Вследствие пресичането на проводника отъ полето, въ него се индуктира противо е. д. сила.
Тази противо е. д. сила е нула когато тока има най-голгъми стойности, понеже скщиятъ тогава за моментъ остова постояненъ; става най-голгьма, когато тока минава презъ нула т. е. мгъни най-ргьзко своята стойность.
Индуктираната противо е. д. сила е представено на фиг. 99. Токътъ z, който следва магнитното поле и противо е. д. сила, протича подъ действие на е. д. сила V (напрежението на токоизточника); тази е. д. сила V трЪбва да неутрализира индуктираната е. д. сила т. е. да бжде въ опозиция на (180°) спрямо нея; следователно тя избързва на 90а спрямо тока.
Въ заключение, самоиндукцията, освенъ, че създава индуктивно съпротивление /?L, но така сящр предизвиква сфа-.зиране на тока i и напрежението V въ веригата: токътъ закяснява спрямо напрежението съ 90°.
Импедансъ Z. Привидното съпротивление (импедансъ), се получава най-лесно Това става така (фиг. 100): нанася се по хоризонтална ось въ опред'Ьленъ мащ. по вертикалата напоре отъ началото О се нанася /?L| а на-долу — /?с. Понеже Яи /?с иматъ противни посоки, отъ по голЪмото се изважда
по-мал кото; получената отсЬчка представлява сборъ отъ две-rb, тя се събира съ R по правилото на паралелограма като получения диагоналъ е именно импеданса Z Достатъчно е по мТрката да се определи колко е го-лЪмъ Z.
Яхгълътъ ср (фи), който се получава между R и Z е кгъла, на който сж сфазирани е. д. сила и тока. Когато
той е надъ хоризонталната линия, е. д. сила избързва спряло тока; това показва, че въ веригата има по-голЪмо индуктив
графически.
Фиг. 99.
Фиг. 100
150
но, отколкото капацитивно съпротивлеие; ф се бел’Ьжи катер положителенъ (4~ср) зэ разлика отъ случая, когато /?с е по-голЪмо отъ /?l (—ср).
Често се случва R, - Rl и R? да се различаватъ много по-между си. Събирането имъ графически тогава не е точно. Ако приложимъ Питагоровата теорема къмъ фиг. 100, намираме, че
-Rq )2 или __________________________
У R2 + (2я^“2л7сГ (55
По тази формула винаги можемъ^да ризчислимъ Z щомъ като знаемъ стойностьта на R, RL и Rc.
Отъ фиг. 100 намираме сжщо така Cos ф, Sin ф или tg ф споредъ това, кои величини сж ни’известии:
CoSrn_ Я • V/» - Яь-Яс. ' гп _ Яь-Яс (56>
СО5ф— ——; Sin ф =------; tg ф = ----------R-----
За краткость често ще означаваме: A=RL—Rc-^ се
нарича реатансъ на веригата.
Частни случаи на закона на Омъ. Въ веригата, означена на фиг. 97 има включени^омическо съпротивление, капацитетъ и самоиндукция. Често въ практиката може да имаме верига, въ която да липсва нТкой отъ гЬзи елементи.
Така напр. може да липсва капацитета. Веригата ще бжде само съ съпротивление и самоиндукция. Въ такъвъ случай /?с —0 и закона на Омъ добива формата Е= I.Z = = I 4- о>2I2, кждето со = 2 л/.
Включената е. д. сила Е е равна на падението на напрежение въ омическото съпротивление ЕГ плюсъ падението на напрежение въ самоиндукцията: Е — Er El, кждето чертитЪ надъ означенията показватъ, че тр’Ьбва да се извър-ши геометрическо събиране. За да извършимъ това събира-не, построяваме си диаграмата на фиг. 101: по абцисата нанеся ме силата на тока I и въ фаза съ него Е, — I. R; на 90е ! 'S избързала. нанасяме El=I.G)L ’ Двет-fc е.. д. сили, събрани по
Ег J I правилото на паралелограма, да-ватъ е. д. сила на токоизточника Е. Фиг. 101 л „
Отъ диаграмата се вижда, че с. избързва спрямо тока на жгълъ ф, който представлява сфазиране-то между тока и напрежението. Ако въ веригата имаме само една»
151
самоиндукция, тогава ££ ще представлява напрежението между нейнигЬ краища; сжщо Ег ще представлява напрежението между крайщата на съпротивлението R, ако съпротивлението на проводницитЪ е незначително.
Жгълътъ на сфазирането сжщо се получава отъ диа-грамата (въ значенията на е. д. сили съкращаваме на /):
_ R „ го L го £
Cos <р= Sin 4 = —tg <р=-Z, 2L К
По сжщия начинъ разсжждаваме, когато въ веригата лип-сва самоиндукцията, а има включенъ капацитетъ. Въ този случай R\_ =0 и закона на Омъ добива вида Е—IZ—l У R2 -f- ;
Е= Ёг Ее Геометрическото събиране става както по-горе, само че Ес се нанася съ 90° закъснение спрямо тока. Е се получава подъ абцисата. което показва, че тя закъснява спрямо тока: жгъла Ф на сфазиране е отрицателенъ.
Този случай е по-рЪдъкъ въ практиката, защото уреди-т-fc, които се задействуватъ отъ електричеството, иматъ винаги самоиндукция.
Резонансъ. Когато въ една верига за промЪнливъ токъ индуктивного съпротивление /?L е равно на капацитивното Rc казваме, че имаме резонансъ въ веригата. Условието за резонансъ следователно е
со£ = 1/(оС т. е. со2.£.С = 1 (57)
Резонанса се постига като измЪняме една отъ величинитЪ на веригата: £ или С или / на приложената е. д. сила.
Когато една верига е въ резонансъ, нейния импедансъ се равнява на омическото съпротивление. Силата на тока I—E/R може да вземе много голЪми стойности, когато R е малко, макаръ че приложената е. д. сила Е е малка. Падението на напрежение на крайщата на самоиндукцията е равно на това въ конденсатора; често това падение (El. може да
нэдмине много повече стойностьта на приложената е. д. сила £==/.R. „ .
(0 * -Г
Отношение™ —=___________=-----се нарича коефи-
Е r (о С R
циентъ на свръхнапрежение и въ много случаи за него трЪб-ва да се държи смЪтка.
Разгледаниятъ случай се отнася до вериги за промЪн-ливъ токъ безъ разклонения. Въ точка 56 ще разгледаме яв-лението резонансъ когато веригата има разклонения.
152
Електромагнитна и електростатична енергия. При-чината за свръхнапрежението може да си обяснимъ като раз-гледаме енергията, която се натрупва въ самоиндукцията и въ конденсатора на веригата за промФнливъ токъ.
Въ всЬки моментъ за веригата можемъ да напишемъ: e=Ri+eL-{-ec
кждето е, I, eL и сж моментнигЬ стойности на е. д. сила, на тока, на индуктираната въ самоиндукцията е. д. сила eL и на напрежението въ краищата на конденсатора ес. Нко умно-жимъ съ i.dt ще получимъ
eidt—Ri1. dt-\-e^ . i. dt-[-ec .i.dt кждето RRdt e работата, която e разходвана въ топлина, e^.i.dt е енергията, натрупана въ самоиндукцията подъ формата на магнитно поле и ес i dt е енергията, натрупана въ конденсатора. Енергията натрупана като магн. поле се нарича електромагнитна, а енергията употр!ъбена за зареж-дане на конденсатора—електростатична.
При протичането на промгьнливъ токъ имаме непре-кяснато превръщане на е п,ектромагнитната енергия въ електростатична и обратно.
Така въ определен» моменти (когато тока намалява) електромагн. ечергия го усилва и пълни конденсатора като се превръща въ магнитно поле (cl расте и се стреми да попрьчи на усилването на тока).
При резонансъ дветЪ ечергии сж еднаква и свръхна-прежението се явява имена поради тЪхъ; тЬ сж причина въ веригата да протича значит.еленъ токъ дори и когато включената е. д сила е много малка; тази сила ще даде само енергията, която се разходва въ формата на топлина и смЬната на електромагнитна въ електростатична енергия продължава дълго време. Като най-добъръ примфръ за такава см"Ьна на енергия можемъ да посочимъ трептящи-гЬ (колебателнитЪ) вериги въ радчотехниката.
56. Вериги за промЪнливъ токъ.
i ' j Разгледанит-fe въ т. 55 вериги сж прости т. е. такива, въ които предполагаме, че самоиндукциитЪ и конденсато-ритЪ сж включени г'рупирано, така че образуватъ единствена самоиндукция и единственъ капацитетъ, Въ практиката се
153
срЪщатъ вериги, кои го се свръзватъ помежду си последователно или паралелно и така образуватъ по-сложни вериги. Налага се да спремъ нашего внимание върху rb-зи вериги. за да можемъ да си обяснимъ явленията, които ставатъ въ тЬхъ.
Последователно свързани вериги. Когато имаме нЪ-
колко вериги, свързани последователно, презъ които протича промЪнливъ токъ (фиг. 102) необходимо е да нам^римъ общото омическо съпротивление на веригата; по сжщия начинъ трЪбва да
намЪримъ и общото индуктивно съ- R’ *" R* ^2 противление, както и общото капаци- Фиг. 102
тивно такова (ако има капацитетъ).
Общиятъ импедансъ може да се получи графически; на
фиг. 103 е показано какъ се намира Z въ случай на веригата АС (фиг. 102); намира се първо 2а, следъ това Zi и на края
общия импедансъ Z (да се внимава кжде е нанесено /ф на фигурата). Сжщиятъ резултатъ се постига ако съберемъ (Rf^-Ri) и (/?1_1-|-/?|_2);
Z2=(/?1+/?2)2+(/?l а)2
Отъ сжщата диаграма намираме и жгъла на сфазирането между тока и напрежението.
По сжщия начинъ постжпваме ако
въ веригата има включени и конденсатори.
Вериги за пром, токъ, свързани паралелно. Да раз-гледаме веригата, означена на фиг. 104 въ която има две то-кови разклонения, Да опред'Ьлимъ силата на тока I, ако при-
ложената е. д. сила е промЪнлива синусоидална величина.
ВсЬко отъ разклоненията има собственъ импедансъ Z, който знаемъ какъ да опредЪлимъ. Въ всЬко
Фиг. 104
разклонение токоветЪ ще се раз-пред’Ьлятъ обратно пропорционално
на съответнит-fe импеданси и ще бждатъ сфазирани на из-
вестенъ жгълъ спрямо напрежението, което сжществува между точкитЪ А и Б. ПринципигЬ на Кирхофъ важатъ, но само
154
за моментнитЪ стойности; ефективнит-fe стойности требва да се получать графически.
Задачата е твърде сложна ако не въведемъ нови величини, които се получаватъ отъ разгледанитгь до сега величина въ веригшпть за промгънливъ токъ,
Преди всичко, требва да споменемъ, че всЪки токъ, който е сфазиранъ спрямо напрежението на известенъ жгълъ ср, може да се разложи на две съставни (фиг. 105); едната е активенъ токъ /а = Cos ср, а другата съставна е съ закъснЪла фаза 90° и се нарича реактиве нъ токъ /р —I Sin ср.
Отъ друга страна форм. 56 ни дава стойноститЬ на <р;. _ R с -V Cos ср—и ф
въ фаза съ д: тя се нарича
Фиг. 105
Можемъ следователно
Е
да напишемъ:
Е =/ Cos ср— 2
Е
/р —/Sin ср — 2^' £— Е 2у
р
Величината '=G наричаме кондутансъ на веригата.
величината = В наричиме сушетансъ, а величината У = ^. наричаме аметансъ. Като възприемемъ употр^Ьбата на
тЬзи нови величини можемъ много лесно да напишемъ че активния токъ /а — EG, реактивния токъ /Р = Е В, а обшия. токъ 1—ЕУ. Отъ фиг. 106 намираме, че обшия токъ /= V + =\JE*G^-E*B* ^Е\/ G^-B*
Е
Отъ друга страна знаемъ че / = следователно 1=ЕУ.
Следъ запознаването ни съ т-Ьзи величини да се вър-немъ къмъ нашата верига на фиг. 104. Нп>колкото разклонения на една верига см равностойни съ една единствена верига, чийто общъ кондутансъ G е равенъ на сумата отъ кондутанситть на отдгьлнитиъ вериги и чийто ебщъ сушетансъ В е равенъ на сумата отъ сушетанситгъ на отдп>лнитп> вериги. Общия аметансъ У се получава по два
155
начини: 1) като резултатна величина отъ геометричната сума» на общия кондутансъ и общия сушетансъ (У=С-(-5); 2) като*
резултатна величини на геометрическата сума на всЬка верига (У=У1-|-У2-|—)
Отъ общия празсжгъленъ трижгъл-никъ на фиг. 106 се получава:
у=У
като нам-Ьримъ У, силата на общия токъ е 1=ЕУ.
ТоковегЬ въ разклоненията се нами-ратъ веднага по формулит-fe h У1. V и к—У-2- V, кждето V е ефективната стойность
отъ аметансигЬ.
Фиг. 106
на напрежегието между точкигЬ А и Б (фиг. 104)
Жгълътъ на сфазирането ср сжщо се явява направо въ фигурата между хоризонталната ось и съответната ось на У.
Така, общото сфазиране
е ^g<p-
сфазирането въ
пър-
СсфС/
вото разклонение tgm— и сфазирането въ второто разкло-г от
нение tgcps—
В-2
G.'
Веригу съ самоиндукция и капацитетъ, свързани паралелно. Резонансъ. Този случай се срЪща често въ практиката: въ веригата е включенъ източникъ на промЪнлива е. д.. сила, линия и апаратъ които използува електричеството, имащъ омическо съпротивление R и самоиндукция £; паралелно на апарзта е включенъ единъ конденсаторъ С (фиг. 107).
Преди всичко трЪбва да изчислимъ токоветЬ /с и /_ и-да начертаемъ диаграмата като вземемъ за основа нап р». в ле—
Фиг. 107
Фиг. 108
Фиг. 109
нието на напрежението (фиг. 108). /с е съ избързала фаза» 90°, а е съ закъснЪла фаза <р, която тр-Ьб за да изчислимъ. (/£ф=со1_ / Я (вижъ стр. 151).
156
Намираме 7= У рс /aL Общиятъ токъ I може да бжде >съ избързала фаза, съ закъсн-Ьла фаза (фиг. 108) или въ фаза съ напрежението.
Когато I и V сж въ фаза (фиг. 109), имаме резонансъ на токъ. Това явление е на лице, когато 7С =co.C.V=7i_ Sin или все едно когато . „.
с/i Sin <р
mH
„ 1 V с-
Но ние знаемъ, че 7L = гт ------и че Sm т= ,,
1 V/?2H-(02A2 следователно като замЪстимъ гЬзи стойности въ горното равенство получаваме
С- _____L (58)
/?2+<о2^
Въ заключение, когато равенството, дадено отъ форм. 58 се изпълни, въ веригата имаме резонансъ. Въ такъвъ случай тока I, който тече въ главната верига (съставена отъ 7? и L) е много по-малъкъ отъ тока /L , който тече презъ апарата, включенъ въ веригата. Това е така, понеже апарата получава отъ веригата само активния токъ Cos ср), а необходима реактивенъ токъ му идва отъ конденсатора. И тукъ се явява едно непрекяснато преобразуваНе на ел. статистич-ната енергия на конденсатора въ ел. магнитна и обратно.
Това явление е твърде полезно въ практиката; конденсатора действува като единъ генераторъ, който доставя енергия, която е необходима за създаването на магнитното поле въ апаратит-fa, използуващи електричеството. Тази енергия не се губи въ формата на топлина; тя зам^ства равно количество енергия, която трЪбва да се пренесе по проводницит’Ь; пренасянето увеличава загубит^ въ сжщитЪ поради гЬхното омическо съпротивление.
Въ практиката, поради високата цена на статичнитЬ конденсатори се употрЪбяватъ за цельта въртящи се машини, които иматъ сжщигЬ свойства; гЬзи машини се наричатъ ко-ректори на фазата. За сжщигЬ ще говоримъ и при раз-глеждане мощностьта на промЪнливия токъ (т. 58).
57. Еднофазна и трифазна електрически системи.
Еднофазна и двуфазна системи. ПромЪнливата е. д. сила, която се индуктира при въртенето на една спирала въ
157
магнитно силово поле, се нарича еднофазна (монофазна).. Вместо една спирала, може да се върти намотка съ н-Ьколко спирали, обаче тЪ тркбва да сж разположени така, че въ
сжщото време да пресичатъ еднакъвъ брой силови линии. Съ други думи, индуктиранигЬ е. д. сили въ тТзи спирали трЪбва да сж въ фаза или да сж малко сфазирани помежду си; въ такъвъ случай, когато свържемъ спиралитЪ последо-
вателно, ще се получи обща е. д. сила, която е почти равна
на алгебрическия сборъ отъ отд-ЬлнигЬ е. д. сили.
Да си предстевимъ две спирали, разположени на 90° една спрямо друга. При т^хното въртене, въ всЬка отъ тЪхъ ще се индуктира е. д. сила (фиг. 110). ЦветЬ е. д. сили Ei и
Да ще бждатъ сфазирани на 90° една спрямо друга. Нко съберемъ fi и Е-2. ще получимъ обща е. д. сила, която не е двойно по-гол-Ьма.
Нко спиралитЪ сж не-
Фиг. 110
зависими една отъ друга, ние ще можемъ да използуваме Ei и Еч напълно.
Машина, въ която се получаватъ две промгьнливи е. д. сили, сфазирани на 90°, ще наречемъ двуфазна, а произведе-ната отъ нея е. д. сила — двуф>азна е. д. сила. ВмЪсто еди-нични спирали, употр-Ьбяватъ се намотки, чиито спирали сж близко една до друга.
ИндуктиранигЬ е. д. сили въ двегВ намотки могатъ да бждатъ използувани въ две различии вериги за да създадатъ два независими пром’Ьнливи токове. ВсЬки отъ тЪзи токове е обикновенъ промЪнливъ и се нарича монофазенъ; можемъ да кажемъ, че за всЬка отъ цветЬ вериги използуваме едната фаза на машината.
Вижда се, че тукъ понятието фаза изразява по-друго, отколкото ученото въ т. 52: подъ фаза подразбираме елек-трическа верига. Така напр. двуфэазна машина т. е. машина съ две независими електрически вериги.
ДвуфазнитЬ вериги нЪматъ голЪмо приложение.
Трифазна система. Така наричаме тази система, която се състои отъ три самостоятелни електрически вериги, наречена три фаза; въ всЪка отъ тТхъ действува самостоя-телна промЪнлива е. д. сила. Трит-fe е. д. сили сж сфазирани
158
Фиг. 111
на 2/з периодъ, т. е. на 12СР ецна спрямо друга; тЪ иматъ еднаква честота и еднакви максима дни стойности (фиг. 111).
За да получимъ трифазна система, трЪбва да въртимъ три групи съвършенно ец-накви намотки, разположени въ магнитното поле на 120’ една спрямо друга. Какъ се разполагатъ т-Ьзи групи ще
видимъ по-подробно при изучаване на алтернаторитЬ.
Ако съберемъ геометрически тригЬ е. д. сили Ei, Е> и Ei като свържемъ последователно тригЬ намотки, ще получимъ обща е. д. сила нула; това важи за коя да е моментна стойность на е. д. сили — важи сжщо и за тЬхнитЬ ефек-тивни стойности.
Ясно е, че за да използуваме полученит-fc е. д. сили, трЪбва да създадемъ три отдtnни вериги, вскка съ по два проводници (три фази) или да направимъ свръзването по особенъ начинъ за да економисаме проводници.
Сжществуватъ два начини за свръзване тритЬ фази на една трифазна система: звездно и траягълнаково свръзване.
Звездно свръзване. Нарича се още отворено. БелЪжи се съ Y. Тритгь начала Н\, Hz и нз се свръзватъ помежду си, а тритгь края Ki, к* и кз оставить свободна и за тгьхъ се свръзва външната верига, която се състои отъ три проводници (фиг. 113). Точката, въ която се съединяватъ началата се нарича нулева.
По такъвъ начинъ енергията на трифазната система може да бжде пренасяна само съ три проводници.
Фиг. 112 показва една трифазна система съ б проводници: 1, 2, и 8 представляватъ три апарати които изразходватъ
Фиг. 112
чулев ъ _п_ровоа±
Фиг. 113
електрическа енергия. Ако свържемъ системата звездно, виж-да се, че тригЬ проводници 61, б% и бз могатъ да се изхвър-
159
лятъ, понеже въ тЪхъ тече сбора отъ всички токове т. е. не тече токъ (А+44"/з=0, понеже £14-&-}-£з=0).
Това е вЪрно само ако 1, 2 и 8 сж еднакви апарати и по 6i, 62 и бз текатъ еднакви токове.
Когато Л, /2 и Is не сж еднакви, гЬхниятъ сборъ ще бжде различенъ отъ нула. Тогава се предпочита да се отве-де още единъ—четвърти проводникъ отъ нулевата точка; този проводникъ се нарича нулевъ проводникъ.
Токътъ, който тече презъ коя да е намотка (фаза) е една-къвъ съ тока, който тече презъ външната верига на тази фаза. Казваме. че при звездното свръзване, фазниятъ токъ 1ф е равенъ на линейная токъ 1п : /ф =1Л .
Ако се вглецаме внимателно въ фиг. 113 виждаме, че въ в Ъка включена верига действува разликата отъ е. д. сили на две фази; понеже гЬзи е. д. сили сж сфазирани на 120э, намира се, че тЬхната разлика е равна на V~3? е- Д- сила на една фаза (V3 —1'73): Ел — Г73 Еф .
Когато направимъ разклонение между нулевия и кой да е проводникъ, забел-Ьзваме, че тамъ действува само ЕФ . Това е едно важно преимущество: при звездното свръзване разпо-лагаие съ две различна напрежения; едното е 178 пяти по-голгъчо отъ другото. Поради това именно важно преимущество, звездното свръзване се предпочита предъ трижгълниковото.
Триягълниково (затворено к свръзване) Краятъ на всгька фаза се свръзва съ началото на следващата (ki съ н2, к-2 съ нз, к-з съ Hi) Отъ тритгъ върха на образувания трижгълникъ излизатъ тритгъ проводници за вънишата верига (фиг. 114). Въ вжтрешната верига на тригЬ фази, сумата отъ е. д. сили е
Фиг. 114
Фиг. 115
нула и докато външната верига е отворена, токъ не тече. И тукъ могатъ да се правятъ разклонения отъ кои да сж два проводници.
160
Е. д. сила Ел, чоято действува между два линейни пре-водници при това свръзване е равна на е. д. сила Еф на една само фаза: Еф —Еп .
Токътъ Л, който тече въ едно разклонение не е една-къвъ съ /ф, който тече презъ намоткигЬ на една фаза (фиг». 114 и 115); /л е геометрическата разлика между два /ф, които сж сфазирани на 120°. Намира се, че /л =Г73/ф .
Трижгълниковото свръзване се употрЪбява по р'Ьдко въ практиката.
ТрифазнитЪ системи за добиване, пренасяне и използу" ване на промЪнливия токъ сж много разпространени въ практиката. Така, за осветление на голыми сгради, електричество-то се пренася съ 3 проводника: за всЪки етажъ и пр. взе-матъ отклонение между два проводника и използуватъ монофазенъ променливъ токъ. При това, внимаватъ всички фази да бждатъ еднакво натоварени т. е. да взематъ така разклонения, че токътъ, който протича презъ трите фази да е по възможность еднакво силенъ.
Въ практиката е мжчно да се натоварятъ еднакво трите фази на една 3-фазна система. Поради това, въ трите фази има различно падение на напрежение и разполагаемата е. д. сила въ всека фаза е различна. Малка разлика въ силата на токовеге не се чувствува и заради това въ повечето три-фазни системи има такава слаба разлика. Когато трите фаз-ни токове се различаватъ чувствително, прибегва се къмъ трифазна система съ 4 проводници, единиятъ отъ които е ну-левъ. По този начинъ трите фази сж напълно независими една отъ друга. Освенъ това, разполага се съ две различии напрежения.
58. Мощность и работа на промЪнливия токъ.
Мощность на еднофазенъ токъ. Мощностьта на про-менливия токъ е сжщо променлива; тя се мени всеки моментъ понеже всеки моментъ се мени силата на тока и на е. д. сила.
Мощностьта въ кой да е моментъ е равна на произве-дението отъ действуващитгь въ този моментъ токъ и е. сила; когато / се взема въ ампери, а Е въ волтове, тя се получава въ ватове.
Въ практиката има значение мощностьта, която върши работа; тя се нарича ефективна мощность.
161
Ефективната мощность Ц7еф на промЪнливия токъ сжщо се измЪрва въ ватове; тя обаче не винаги е равна на произ-ведението отъ ефективнитгь стойности на тока и на е. д. сила. Това е така, понеже цЪлата е. д. сила не се изразходва винаги за да предизвика протичане на токъ.
Възмсжни сж два случаи:
1) Ако веригата има само R, тогава е. д. сила служи да предизвика само протичане на токъ; въ този случай /еф Ееф.
2) Ако веригата има освенъ R, сжщо така Rc и RL- тогава една часть отъ е. д. сила ще послужи за да неутрали-зира създадената въ самоиндукцията противо е. д. сила, а друга часть ще послужи да създаде електрическо силово поле въ конденсатора. Следователно, за подържане на тока въ веригата, ще бжде изразходвана само часть отъ действу-ващата е. д. сила.
Коефициенть на мощностьта. Вид-Ьхме че и /?с предизвикватъ сфазиране между тока I и напрежението V. Когато V и I сж сфазирани помежду си, ефективната мощность въ веригата ще бжде по малка, отколкото когато сж въ
фаза. Колкото е по голЪмъ жгъла на сфазирането, т. е. кол-кото е по-голЪмо R\_ или Rc, толкова по-малка ще бжде ефективната мощность.
Това може да се докаже графически или съ помощьта на математиката. На фиг. 116 V и / сж въ фаза; мощностьта W е положителна (надъ осьта) и е полезна.
На фиг. 117, V и I сж сфазирани. Мощностьта и тукъ, както и въ фиг. 116 е получена като за различии времена сж умножени моментнитЪ стойности на / и V (м-ЕркитЬ за /, V и W сж различии). Тамъ гдето V и / сж положителни, W сжщо така е положителна; гдето Ии / сж съ противни зна-ци, W е отрицателна; отрицателната мощность именно е
11
162
погълната за преодоляване на индуктивното а капацитивно-то съпротивления.
Колкото жгълътъ <р на сфазирането е по-гол/ьмъ, толкова no-малка е ефективната мощность (на чертежа—положи-телна). Математически е намерено, че мощностьта на про-мЪнливия токъ, когато V и’/ сж сфазирани на градуси е
/. Cosq> (59)
гдето W, V и / сж ефективнитЬ значения на мощностьта, напрежението и силата на тока. Cosy т. е. косинуса на жгъла на сфазирането се нарича коефициентъ на мощностьта на веригата.
Когато товарътъ (съпротивлението) е чисто индуктивенъ, Cos <У=0, понеже ср=9О°; ефективната мощность ще бжде нула. Въ практиката това не се случва, но често веригигЬ иматъ голЪмо /?ь, което предизвиква значително сфазиране между /и V.
Да предположимъ, че искаме да пренесемъ енергия W—V.I.Cos ср; понеже V ще бжде постоянно, сжщо така I.Coscp требва да бжде постоянно; колкото по-малъкъ е Ссл$ф (т. е. колкото потолЪмо е сфазирането) толкова по-силенъ трДбва да бжде /, за да остане еднакво I.Cosy. Силниятътокъ обаче Предизвиква голЪмо затопляне на проводницит-fe т. е. голЪма загуба на енергия. Ако се направи сметка, ще се види напр. че при Coscp=07, ще се загуби въ линията почти двойно енергия, отколкото ако Садр=1.
Тази е причината въ техниката да потърсятъ средства за подобрение на Садр. За дельта се употрЪбяватъ апарати и машини, които създаватъ /?с; видДхме, че RQ действува точно обратно на Ri_ и може да го неугрализира.
Ватна и безватна мощность. Полезната т. е. ефективната мощность наричатъ още ватна-, тази мощность от-белЪзватъ именно уредитЪ за изм'Ьрвана на мощностьта (ват-мЪри). Общата мощность се нарича привидна, а разликата между привидната и полезната мощность се казва безватна мощность.
Да нанесемъ ефективнит-fa значения на напрежението V и точа I въ една верига, когато тЪ сж сфазирани на извес-тенъ жгълъ ср чрезъ отсечки (фиг. 118). Вижда се, че V може да се разложи на две съставни: едната К, = V’’. Созф, чиято посока съвпада съ посоката на тока /, и друга—V6, която е перпендикулярна на посоката на тока.
163
Сьставната VB кара да тече тока въ веригата; тя се на-рича ватно напрежение (е. д. сила); другата съставна — 14 се нарича безватно или слгьпо напрежение; тя се изразходва въ Rl.
Привидната мощность се дава въ волтампери или кило-яолтамперщ така се разбира по-ясно, че се касае за мощность, получена при Cos(P~A.
Мощность на трифазния токъ. Когато имаме трифаз-«и системи, мощностьта въ всЬка фаза е Уф. /ф. Costy. Мощ-мостьта на цгьлата система ще представлява сборъ отъ мощностьта на тритп» фази: W=V$ .I$ . Costy-
Въ практиката се измЪрватъ напрежението и тока въ линията (Ул и /л); поради това, мощностьта трЪбва да се изра-зи въ зависимость отъ Ул и /л, Нко замЪнимъ Уф . и /ф съ съответнитЪ стойности на 14 и /л ще получимъ много лесно, -че мощностьта на трифазния токъ, безразлично дали свръзва-«ето е звездно или трижгълниково, ще бжде.
1Г=1-73 Гл./л.Со5(р (60)
Тази формула е в-Ьрна само когато тритЪ фази сж ед накво натоварени и Cos<T е еднакъвъ и за тригЬ фази; въ противенъ случай, тркбва да се намЪри поотдЪлно мощностьта на всЬка фаза и така нам’Ьренит-Ь мощности трЪбва да се събератъ.
Работа на промЪнливня токъ. Получава се като произведение на мощностьта по времето, презъ което сжщата е действувала. Тя се измЪрва въ ватчаса (мч) или киловат-часа (кшч). При еднофазния токъ работата Р ще бжде
P=V.I.Cos<y.t
а при трифазния токъ
/>=1-73 Vn.ln.Cos^t
гдето Р ще получимъ въ ватчаса когато V се вземе въ волтъ I— въ амперъ, a t— въ часе ве.
Полезна работа ще бжде само тази, която се извърш--•sa отъ ватната мощно ть.
164
59. Коженъ ефектъ (Скинъ ефектъ).
Постоянниятъ токъ при протичането му по проводника* се разпредЪля равномерно по цЪлото му сечение — гжстота-та на тока въ цЪлото сечение е еднаква.
Когато протича промгьнливъ токъ по проводника, за* белязва се, че гжстотата. на тока е по-голгьма къмъ повър-хнината му, а къмъ центъра на проводника тя намалява, Това явление се нарича коженъ ефектъ. Причината за неравномерного разпределение на променливия токъ по целого сечение на проводника сж паразитни индукционни токове, които се пораждатъ поради електромагнитната индукция вж-тре въ проводника; тези токове се събиратъ съ главния токъ и причиняватъ неговото неравномерно разпределение.
Намерено е, че променливия токъ се стреми да протича толкова повече по повърхнината на проводника колкото:
а) по-голема е неговата честота;
б) по-голема е проводимостьта на проводника;
в) по-голема е магнитната проникваемость на сжщия; г) по-големъ е диаметъра на проводника.
Кожниятъ ефектъ при променливия токъ е причина съпротивлението на проводника да не е обратно пропорцио-нално на сечението (вижъ форм. 20); тукъ централната часть на проводника става__почти излишна и заради това проводници въ видъ на тржби ^иматъ почти сжщото съпротивление, каквото иматъ плътни проводници съ сжщия диаметъръ.
При еднакво^ сечение, омическото съпротивление, което представлява единъ проводникъ за променливъ токъ ще бжде по-големо, отколкото сжщия представлява за постояненъ токъ) защото полезного сечение за пром, токъ ще бжде не целого сечение) За честотата 50 пер./сек. и за медни проводници съ нормално сечение (диаметъръ подъ 10 мм), уве-личението на съпротивлението ще бжде незначително. При по-висока честота обаче, и при железни проводници, нараст-ването на съпротивлението е значително дори и за малки диаметри; това прави железните проводници неудобии за телефония (особено на по-значителните разстояния).
Въ следващата таблица X е нанесено числото, съ коетс требва да умножимъ омическото съпротивление на единъ ме-денъ, алуминиевъ или железенъ проводникъ, за да полу-
165
чимъ сжщото съпротивление за промЪнливъ токъ съ честота f. Това число е дадено за различии произведения fd2, кждето d е диаметъра на проводника въ см.
Таблица X.
fd2 Медъ Длуминий Железо fds Медъ Длуминий
0 1 1 1 980 1-49 1-2
80 1’0001 1 2-25 2000 2 04 1-6
180 1’026 1-0002 3’20 5120 з-ю 2-4
320 1-08 1-03 4-24 32000 7 32 5’6
500 1-17 1-07 —
ПримЪръ за използуване на-таблица X. Колко пжти нараства омическото съпротивление на единъ желЪзенъ проводникъ съ диаметъръ d=4 мм., когато по сжщия протича пром'Ьнливъ токъ съ честота /=1000 пер./сек. Отговоръ: fd3— =1000.0’4а—160; Въ таблицата срещу 180 за жел-Ьзото намираме 3*2; за 160 чрезъ интерполация намираме 3'01; значи съпротивлението на проводника при протичане на този токъ ще бжде надъ 3 пжти по-голЪмо отколкото, ако по сжщия проводникъ про-тичаше постояненъ токъ.
Кожниятъ ефектъ е главната причина да се избпгва употргъбата на желгьзнипиъ проводници за телефонии вериги.
60. Решени задачи.
Задача 82 СрЪдната стойность на даденъ промТнливъ токъ е 127’2 А; колко е ефективната стойностъ на сжщия
токъ? Решение. Намираме максималната стойность на тока:
_ 127-2А 0'636~ 0636
200А Ефективната стойность /еф=Г907 4, —
= 14Г4 А.
Задача 83. На колко ще бжде равенъ сбора Е отъ две е. д. сили: £i=70’7 V и £г - 56’6V, ако сжщитЪ сж сфазирани на 60j? Решение: Избираме си определена мЪрка — напр. 1 cm.=10V и вземаме отсЬчка=£1; следъ това подъ жгълъ=60') нанасяме Е% и построяваме паралелограма, чийто диагоналъ яце бжде £=11IV.
166
Задача 84. На колко ще бжде равна резултатната е. ди сила Е въ задача 83, ако Ei и Ез сж въ опозиция (на^вО9)?-Решение. Резултатната е. д. сила Е ще бжде равна на гео-метричната разлика между Ei и Е^. E=Ei—Ез—lG'l—56’5= =14'1 V понеже дветЪ е.д. сили сж съ противоположни посоки.
Задача 85. Какво напрежение трЪбва да има единъ то-коизточчикъ за промЪнливъ токъ, ако въ веригата му е включена една електрическа крушка съ омическо съпротивление 55 Q, съпротивлението на веригата е 1 Q и презъ крушкате протича токъ 2 А. Решение. Огъ закона на Омъ намираме? E=1.Z=I.R гдето Z=/? —56 й; Е=2.56=1121/.
Задача 86. Една макара има коефициентъ на самоиндукция L—05H. Какво индуктивно съпротивление /?i_ представлява тя за токъ съ честота /=50 пер/сек.? Решение. Ri_=t =2л- .6-28.50.05=157 й.
Задача 87. Какъвъ е коефициента на самоиндукция L на> една макара, която представлява /?i .=1200 й за токъ съ честота /=100 пер./сек.? Решение. 1200 й=6'28.100.L отгде-то L = 1 91 Н.
Задача 88. Една макара представлява /?l=1600 й за токъ. съ честота 800 пер./сек. Какво съпротивление ще представлява сжщата макара за токъ съ честота 50 пер./сек.? Решение: понеже 50 пер./сек. е 16 пжти по-малка отъ 800 пер. сек. то и съпротивлението при 50 пер./сек. ще бжде^^=100 й.
Задача 89. Единъ конденсаторъ има капацитетъ С= 0 5p7v Какво капацитивно съпротивление Rc представлява сжщия за токъ съ честота /-800 пер./сек.? Решение. RQ=--------------
2л. f. С гдето С=05.10-5/:'. ЗамЪстваме и получаваме /?с = 3980й.
Задача 90. Колко е капацитета на единъ конденсаторъ, който указва /?с=500й за токъ съ честота 1000 пер./сек;. Решение. Отъ формулата Rc — - „о 1 , намираме
o’Zo . /. С 106
С = 6-28.1000.5000 Н^==0-0318
Задача 91. Какво Rr указва конденсаторътъ въ задач©
90 за токъ съ честота 100,000 пер./сек.? Решение. Понеже
167
новата честота е сто пжти по-голЕма отъ 1000 пер./сек., то /?с ще бжде 100 пжти по- малко: Rci — й= 50 Q.
Задача 92. Ецна макара указва омическо съпротивление /?=3 Q и /?l = 7’42 Q за тока /. ПромЕнливата е. д. сила Е= =40V. Да се намори I. Решение. Z=V7?2-]-/?l 2=8 й; / = = Е7 = 5 А
Задача 93. Една макара съ /?=30 Q и L — 0’05 Н е свър-зана съ верига за промЪнливъ токъ съ /=50 пер./сек. Презъ сжщата преминава 0'6А Да се намЪри: а) импеданса на мака рата; б) напрежението на краищата й. Р е ш е н и е. a) Z — — V7?T-F^= V№^-(6/2.8 '. бОТОДЭ)^25'43 й- б) E=I • Z= =0-6 А. 25'43 Q=15-258 V.
Задача 94. Какво сфазиране между напрежението и тока предизвиква тази макара (задача 93)? Решение. Отъ ра-/? 20
венството Cosy намираме Cost = — 0'7865: Отъ
Z 25'43
таблици намираме ч =38°10/.
Задача 95. Презъ една макара съ 7?=40 Q и £=0 02 Н протича токъ 1’2 А V на краищата на макарата е 1017. Да се _ Е намЕри честотата на промЪнливия токъ. Решение. Z= —j-------
=50 й; Z2=/?2-]-/?l2; /?l2=900; 7?l = 30q; отъ формулата R\_ = =6’28 f. L намираме /=239 пер.,сек.
Задача 96. Единъ конденсаторъ съ С = 200ц Е и една макара съ R=Q‘5>H сж свързани споредъ фиг. 119. Напрежението между А и Б е 42'42 V, а /=50 пер./сек. Да се намЪри 16 на краищата на макарата и 14 на краищата на конденсатора. Решение: R\_ — =6-28. /. A=157Q; Rc = _ 1_________ =16Q; Z =
628. f. S
=V/?2-|-(/?l —Rq )2=14Г5 Q протичащиятъ токъ E
въ веригата I—~7=СгЗА. Напрежението Vi=/.7?l = 0'3 А. 157 Q = 47’1 V. Напрежението на краищата на макарата е 14=0'3 A 16Q-48 V.
Задача 97. Какъвъ е коефициентътъ на мощностьта въ задача 96? Решение: Коефициентътъ на мощностьта Cos qp = 4=^4—
Фиг. 119
168
Зачача 98. Една макара съ R = 10Q и съ /?L = 15Q е включена въ верига за пром, токъ съ напрежение 90V и /=50 пер./сек. Да се намЪри изразходваната въ макарата мощность.
Решение: W=V.l. Cos ср; 1= Z = Q;
;.90l/_^r _Я_10
1—38Q—э/1. С05ф——-jg=055. Изразходваната въ мре-
жата мощность (привидна) е IF=90F. 5 А. 055=2475 IF.
Задача 99. Колко е безватното падение на напрежение въ макарата отъ задача 98? Решение: Fi=£ /?L = 5 А. 15Q
—75 V; остатъка __752=49? V е падение на напре
жение въ омическото съпротивление R на макарата.
Задача 100. Две макари и ТИз сж свързани последователно. 7И1 има /?i=3Q и £i=001 Н, а М-2 има R-? = 5 Q и £«=002 Н. Презъ макаритЪ минава 7=2 Л съ f = 50 пер./сек. Да се намЪри привидната мощность, поглъщана отъ дветЬ макари заедно. Решение. Търсимъ Zi на Ah, следъ това— Zi на Mi, общата Z, а следъ това Cosy. Огъ фиг. 103 обаче,
се вижда, че е по лесно да намЕримъ Z направо, вместо да го търсимъ като геометрически сборъ отъ Z\ и Zi. Z = =V(Ri-p-Ra)2:f-(RL2-rRL s)2; Rl 1 = 6'28.50.0'01 = 314Q; RL 2 = 6’28Q; Z=V(3-|-5)2-|-(314-|-6'28)2 — 12’4Q. Отъ сжщата фиг.
г _ Ri+R3 _ 8 Q
coscp— — --^-^^-=0'645; V на краищата на двегЬ ма
кари е V—I. Z=2 A. 12'4Q=24’8 V. Погълнатата мощность W=V.L Cos.=52 W.
Задача 101. Две макари сж свързани паралелно въ верига съ напрежение 50 V и /=50 пер./сек. МакаритЪ иматъ Ri=20Q, £1 0005 Н, R2=3Q, £2=004 Н. Да се намЪри какъвъ токъ тече въ неразклонената верига. Решение. Зада-чата може да се реши по 2 начина: графически и алгебри-чески. Графически начинъ. Намираме Zi, и Z>, /1 и z3; търсимъ следъ това жглитТ на сфазиране фг между V и z'i иди—между V и £. Следъ това се нанасятъ z'i и ii по определена м^рка въ закжснение спрямо V (на жгли ф, и ф2) и се прави геометрический сборъ между z’t и £;: Zi = V 20--f-( б28.50Г0005)3 =2005 Q; Z2=V З2-Н (6'28.50.0’04)s =12’69Q; z\= ~=25А
169
fe= ^=3’67Q; Со5ф1=4?=0 988; ср, = 8° 40'; Cos ф2=-^
~ - V
Фиг. 120
=0’2364;ф2=7б,’40/. Правимъ построението споредъ фиг. 120
(въ по-едъръ мащабъ и точно) и намиреме 7=5’24 А.
Алгебрически начинъ. У= V(Gi-)-G:j)8-f-(Z?i -f-B2)2 гдето
G = Д #=-(Rl ~Rc )- (стр. 154). Съ по-Z-2 Z-2
мощьта на тЬзи формули намираме: Gi=
ZP= 20 052=" °0'5’ Gi =Z22== Т^бЭ2""0'0186’’ 1’57 12’56
А= Td№-°039i В- 12-6Т =°'08: -
е равна само на T?L понеже 7?с въ тази задача е нула.)
У=У(0 05 -Ь0’018б)2-Ь(0-0039+0’08)2=0’1086.
Намираме 1=У. У=0Т086.50=5’43.4.
Този начинъ е много по бръзъ и точенъ стига да се при-лага правилно и точно.
Задача 102. Какво е напрежението въ крайщата на на-моткитЪ на една машина, ако сжщата е свързана звездно и линейното напрежение е 380 И? Решение. Ел — Г73 Е^. £ф = 220 V.
Задача 103. Какъвъ токъ тече въ всЪка фазна намотка на една машина, ако сжщата е свързана трижгълниково и 50 А
In—bGA. Решение. /л = 1 ’73 7ф; /ф = -р^у=28’8 А.
Задача 104. Две лампи 1 и 2, които представляватъ са-
мо омическо съпротивление R сж свързани споредъ фиг. 121 (веригата на 3 е прекжсната); съпротивле-нията на лампитЬ сж Ri = 20 Q и R »=30 Q; напрежението на всЬка фаза е 150V. Какъвъ токъ протича въ проводницитЬ «1 и Да? Решение. Лко пренебрЪгнемъ съпротивление -то на съединителнит-fe проводници щ тивлението на фазнигЬ намотки / и II,
•Г2
ЧУЛев Ъ -ПАЯ0-0'— Vb
Фиг. 121
и а-2 а сжщо и съпро-въ затворената верига
J, а\, 1, 2, аз II, действува е. д. сила, която е равна на геомет-
рическата разлика между напреженията въ двегЬ фази. Тази
170
;__V_ 259 5 V
Z 55 й 519 л.
Какъвъ токъ протича презъ линейнитЪ про-121 ако тритЪ лампи 1, 2 и 3 сж включени
7500W 7500
разлика между напреженията Ел=Уз ЕФ —1'73.150V=259’5V.. Съпротивлението R на веригата е /?2=50 й. Токътъ въ
проводницитЪ е
Задача 105. водници на фиг.
паралелно и всЬка отъ тЪхъ има 100 Q? Решение. Систе-мата е трифазна, свързана звездно: въ всЬка лампа действува Ел = 259’5 V. Токътъ, който минава презъ , . Ел 259’5 V
всъка лампа е /л =—= —2 595 -.
R 100 Q
Задача 106. Въ тритЪ фази на единъ алтернаторъ, сж включени 150 лампи отъ по 50117 (фиг. 122) звездно. Какъвъ токъ протича презъ всЪка лампа, ако Ел = 260'17 Решение. Мощностьта, която дава алтерна-тора е U7=50lF. 150 = 7500117. Отъ друга страна 7500 W= Т73. Еп . /л отгдето /л = W
4 с —пг-гмг=^б'6бЛ. Значи въ проводницигЬ ai, а* и 1 73 .ол Г73.260 V г
а, тече токъ 16’66А Понеже този токъ минава едновременно • /л- 1666 презъ 50 лампи, въ всъка лампа протича токъ -----—=
= 0’3332 А.
Задача задача 106? зуватъ __ЕЛ _ VT 1-73
Задача 108. Въ трнтЪ фази на единъ алтернаторъ сж включени 150 лампи отъ по 50U7 (фиг. 123) трижгълниково. Какъвъ токъ протича презъ всЪка лампа ако £'J]=150V? Решение. Мощностьта на алтернатора е W = =50.150 V=7500U7. Отъ 'друга страна W =
~1‘73.ЕП.1Л отгдето /л — - - = 2896 А.
1 /э.1DU V
т z 7 — _28"96Л „
Търсимъ /ф : /ф--------фуз = 16 67А Презъ щсъко токово
разклонение тече /= ^*=0’3332.4.
107. Какво е напрежението на всЪка лампа въ. Решение. ЛампитЪ сж свързани така, че обра-трифазна система: всЬка има напрежение Еф ~
една 260V=150V.
Фиг. 123
171
Задача 109. Какво е напрежението на всЪка лампа въ, задача 108? Решение. Понеже съединението е трижгълнико-во Ел=Еф, Значи, напрежението между точкигк а, б,т.е. напрежението на всКка лампа е 150V.
Задача ПО. Единъ трифазенъ алтернаторъ съ напрежение на съединителитЬ 220V се намира на 300 м. далече отъ мЪстото на освЪтлението. Презъ всЬки отъ тритЪ линейни проводници протича 20А Да се намори: а) мощностьта на ма-шината; 6) съпротивлението на единъ проводникъ, ако допустимого падение на напрежение е 2',/0. Решение. Понеже товара е чисто омически, мощностьта W = 1’73 ЕГ.1Л~ r73.220V.20A=7612W. 6) Загубеното напрежение въ два проводника при трифазната система V заг=1'73.1Л - /?; понеже V Заг=
2 44 V
= 220 ^ТОО"’4'4 v’ ’° * ~f73.20/” =0427й-
Забележка. При съпротивление на всЬки линеенъ проводникъ /?=0127Q на трифазната система, падението на напрежение въ едно токово разклонение, съставено отъ два проводници, ще бжде !/заг =4’4 V.
Задача 111. Какво е напрежението на всЬка лампа въ задача 110, ако всички лампи сж включени така, че образу-ватъ трижгълникова система (както на фиг. 123). Решение: Напрежението на всКка лампа Е$ при трижгълниково свър-зване е равно на нейното напрежение (напрежението на съ-единителитЪ) минусъ падението на напрежение въ два проводника: Еф =ЕЛ —Узаг =220V—4’4V=215’6V.
Задача 112. Да се изчислятъ сЬченията на проводници-rfc въ задача ПО ако сж взети: а) постояненъ токъ; б) трифазенъ токъ съ звездно свръзване. Решение: а) при посто-
7612 W
яненъ токъ: 1У=У./=76121У;/=-g =^-=34-6Д. Допустимо-
го падение на напрежение въ линията V3ar =4*4V = 1. R отъ 4‘4V
гдето R — =013Q. Съпротивлението на ц-Ьлата верига.
т. е. на проводникъ дълъгъ 2.300м.=600 м. трЪбва да бжде гл • / е 0’0165.600
013.Q Отъ формулата /?=р -$г намираме 6=---------=
=76 мм.2. 6) При трифазенъ токъ съ звездно съединение на лампигЬ: щомъ като лампигЬ сж за 220V, напрежението Ел на линията трЪбва да бжде Ел =Г73.220V=390V. Токътъ въ.
"172
единия проводникъ /л намираме отъ Ц7=Г73 Еп гдето W 7612 W
=7612 W. Намираме /л =1.-7-3 -дал w = И 28 А. Допустимого I * /э .эУО V
падение на напрежение 2°/0 отъ 390V е 7'8V. Отъ друга страна V3ar =1'73 /л • R, отгдето намираме съпротивлението /? на 7*8 V
единъ проводникъ; R = 1 11 R л =0'4 Q. СЪчението на
1 /э . 1 1 'Z.O
с 00165.300
единъ проводникъ о=-----------=12'4 мм?
Забележка. Задачата е решена за меденъ проводникъ 'при 0°С.
ЧАСТЬ II
ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ИЗМЪРВЛНИЯ.
VII. Единици за измЪрване.
61. ИзмЪрителни системи. Размерности.
Да се измпри една величина ще рече да се сравни тя съ друга величина, еднородна съ нея, която е приета за единица. Основната единица за изм-Ьрване на дължини е санти-метъра, за маса (тяжесть) е грама и за' време е секундата. ТЪзи три единици сж. основнщ т-fa сж избрани по такъвъ начинъ, че оставатъ постоянни съ течение на времето и могатъ да се възпроизведатъ лесно.
Освенъ дължина, тяжесть и време, има много други величини, които тр-Ьбва да се измЪрватъ. Такива сж напр. по-върхнинитЪ, обемигЬ, ускоренията, работата и пр.
За тЪзи величини се употр-Ьбяватъ измЪрителни единици, които общо взето образуватъ измпрителна система.
Различаваме две системи за измЪрване: абсолютна и практически. Нбсолютната измЪрителна система се нарича още c.g.s. („цегеесна"), понеже въ нея сж избрани три ос-новни единици: см., гр., сек.
Всички останали измЪрителни единици сж производим на основнитЬ; напр. единицата за повърхнина е см2, за обемъ е см3, за скорость е см/сек. и т. н.
Ако означимъ съ L дължина, съ М—маса и съ Т време, за всЬка измпрителна единица можемъ да установимъ една формула, която произхожда отъ нейното определение и ха-_ , дължина
рактеризира тази единица. Така напр. формулата —Брене— j 1 'г*—1 1 скорость . а
ще ни изразява скорость, формулата—д ц1(, 3
ще ни изразява ускорение и т. н.
Тгъзи формула (изражения), които изразяватъ една величина въ зависимость отъ избранипиъ основни величини се наричатъ размгьрности. Напр. разм-Ьрностьта на скоростьта е.
174
1УГ~Х или все едно ИМЛ Т~\ размЪрностьта на повър-хнината е L2MiT'> и т. н. (7И°=1; Т-А=А1Т)
Вижда се, че размерностьта на една величина може да се получи много лесно, когато се знае нейното определение. Така, силата F се равнява на масата М, върху която тя дей-ствува, по ускорението А, което сжщата маса придобива подъ нейното действие: F=M.A; значи, размЪрностьта на силата е L1 М1 Т-\
Въ абсолютната измЪрителна система всички единици се изразяватъ по този начинъ, въ зависимость отъ единицигЬ за дължина, за маса и за време.
62- Геометрически и механически измЪрителни величини.
ГеометрическитЪ величини сж. дължина, повърхнима и обемъ. Единиците за тЪхъ въ абсолютната система сж см. см.2 и см.3. Освенъ тези единици, въ практиката се употрЕ-бяватъ още много други известии намъ, чието споменаване изоставяме.
Механическите величини сж: скорость, ускорение, маса (тяжесть), сила, работа (енергия) мощность.
Подъ скорость V на едно движеще се тело разбираме изминатия пжть въ единица време т. е. изминатйя пжть раз-деленъ на времето, което е употребено за изминаването му: Въ абсолютната система се взема единица за I—см. и единица за t—сек. Значи единицата за скорость въ абсолютната система е см./сек. (сантиметри въ секунди). Практически единици сж метри въ секунда (м./сек.), метри въ минута (м./мин.), километри въ часъ (клм./ч.)
Подъ ускорение А на едно движещо се тело, разбираме увеличението на скоростьта му за единица време: А = V/Z =
Въ абсолютната система се взема за единица ускорение •см./сек.2 (сантиметъръ въ секунда за една секунда) практически единици сж м./сек.2, клм./часъ2 (километъръ въ часъ за 1 часъ). Напр. ускорение 25 м./сек.2 значи, че скоростьта на-раства съ 25 метри въ секунда за една секунда.
Силата F е равна на произведението отъ масата т, върху която тя действува, по ускорението А, което масата полу-
175
-чава вследствие нейното действие: F=mA=ml ll t~2. Единица-та въ абсолютната система видЪхме, че е дината.
Работата Р, която извършва силата F е равна на произведението отъ силата по пжтя I въ продължение на който тя е действувала: P=F.l=m A 1=т3 I1 t~2 1=тУ F t~2. Единица-та за работа въ абс >лютната система е ергъ.
Мощность W е извършената работа за единица време: W=P[t = m1l2t~3. Единицата за мощность въ абсолютната система е ергь (сек. (1 ергъ за 1 секунда).
Въ таблица XI сж дадени геометрическитЪ и механичес-ски величини, тЪхнитЬ размерности, абсолютни и практически измЪрителни единици.
Таблица XI.
Геометрически и механически измЪрителни единици.
Величини ОпредЪ лелия Размерность Нбс. измЪр. единици Практич. изм. единици
Дължина 1 1 L1 Сантим, (см) Метъръ (м);километъръ (км).
Повърх. S=l.l L2 с№ Метъръ квадр. (м3) и др.
Обемъ О O=l.l.l. L3 см3 Метъръ кубиченъ (м3)
Време t t 1 Г1 секунда(сек) Минута, часъ и др.
Скорость V LT"1 см/сек. м/сек. км сек.
Ускорение-^ LT~2 см/сек3 м/сек3
Маса т т м1 грамъ (гр) Килограмъ (клг).
Сила F F=m. А lAMLP2 дина Клгр. сила=981000 дини
Работа Р P=F.l LsMlF2 ергъ Джаулъ (J)=107epra
Мощн. W W=T LWT'3 ергъ/сек Ватъ (\М)=джаулъ/сек. Конска сила=736 W;
63. Магнитки и електрически величини.
Магнитните и електрически величини се изразяватъ чрезъ две системи: абсолютна и практическа.
Основните закони, които свързватъ тЪзи величини съ механическигЬ и геометрическигЬ сж:
1) закона на Кулонъ за магнитизъма;
2) закона на Кулонъ за статического електричество;
3) закона на Лапласъ за електромагнитизъма.
За електрическитЕ и магнитнитЪ величини не сж доста-
176
тъчни трите основни величини: см. гр. сек. Въ електрическата абсолютна система се прибавя и диелектричната постоянна (g) а въ магнитната абсолютна система се прибавя магнитната проникваемость (р).
За да се определять размерностите на всЪка магнитна или електрическа единица, постжпва се по сжщия начинъ, който вече разгледахме, а именно — използува се определе-нието за величината.
Така, закона на Кулонъ за магнитното притегляне гласи:
77Zi.W2-3
pi. Z2’
гдето /Л1 и /Па сж
магнитни маси; отъ този законъ
намираме, каква е размерностьта на магнитната маса [т]:-F. 1*ц=[т]2; [m2]=^LlMl .Т~2 .L2-, [m] = V^L^MrT-2-,
Отъ казаното заключаваме, че ц (а сжщо и g) не сж прости числа, както приехме въ часть /; ак тЪ бЪха прости числа нЪмаше да има никаква разлика между некой обикно-вени величини и некой електрически величини. Понеже не се знае техното естество, принуждаватъ се да ги взематъ
като числа.
Размерностьта на електрическа маса ще бжде [^]=е’/-2 , £.3/з. . Т~] ; електрическиятъ токъ следовател-
но
Отъ размерностите на работата и количеството електричество, можемъ да намеримъ размерностьта на електр. потенциалъ V (напрежение) (Р= V. i. . Q) и т. н.
Електрическата абсолютна система за която говорихме до тукъ се нарича електростатчческа за разлика отъ елек-тромагнитната абсолютна система. Тази последната изра-зява електр. величини въ зависимость отъ магнитн. проникваемость, см., гр., сек. Тя се получава като заменимъ въ елек-тростатичната система диелектричната постоянна g съ магнитната проникваемость. Но каква е връзката между g и ц? Тя се намира отъ закона на Лапласъ (форм. 34), който можемъ да напишемъ така:
m.q
F=U
магн. по електричеството^ . дължина по време /
177
Вко въ това уравнение зам^стимъ разм'Ьрностит-Ь q и т, които получихме по-горе ще получимъ връзката между е и р:
или все едно е=ц-1 Ь-2Тг I
Като използуваме тази зависимость между £ и |1 ние можемъ да превръщаме единицитЪ отъ електростатичната въ едини-ници отъ електромагнитната система и обратно.
Нбсолютната магнитна и електростатическа системи н^Ь-матъ голЪмо значение въ практиката. Ето защо ние не ще дадемъ размЪрностит-Ь на всички магнитни и електрически величини въ гЬзи системи. За упражнение обаче, съветваме нашитЪ читатели да си съставятъ една таблица, подобна на таблица XI и за т-Ьзи величини.
64. Практически измпрителна система.
Въ практиката най голЪмо значение иматъ електромаг-нитнитЪ явления. Ето защо най-удобно би било да се въз-приеме като измЬрителна система абсолютната електромагнитна система.
ЕдиницитЬ, които се получаватъ въ тази система сж обаче неудобии въ практиката: или сж много голыми или сж много малки. Така напр. изчислено е, че ел. магнитната единица за количество електричество (</ем) е ЗЛО10 пжти по-голЪма отъ ел. статичната единица за колич. електричество (^ес); сжщо така /ем=3.1010 гес; ^еи= 1 т. н.
Поради тази причина, прибЪгнали сж до друга, практи-ческа измпрителна система. ЕдиницигЬ въ тази система нс-сятъ имена на видни физици и електротехници.
Въ таблица XII сж дадени практическит-Ь изм-Ьрителни единици и отношенията между практическата и абсолютната електромагнитна единици. Само за капацитета е дадено от-ношението между практическата и електростатическата единица, понеже последната се употрпбява въ практиката.
Електромагнитната единица за капацитетъ е 10!' пжти по-год-Ьма отъ фарада (получава се извънредно голЪма единица за капацитетъ).
12
178
Разгледаната въ тази глава материя единого важна. Така напр. никаква формула не може да използуваме, ако не знаемъ съ какви единици да замЪстимъ даденигЬ величини: абсолютни и практически. Сжщо така провЪрката на какъвто и да било резултатъ требва да стане не само по получения численъ отговоръ, а и по размЪрностыа; а това става много лесно, ако при решаването на задачата, следъ всЬко число означаваме и величината, която измЪрва то; съ други думи трЪбва да извършваме действия не само съ числата, а и съ величинитЪ.
Таблица XII.
Практически електрически измЪрителни единици.
Величини Практи- чески единици Определения Отношение, между । практиче-ската и абсолютната единици Други единици, упо-трЪбявани въ индустрията
Колич. електри- Кулонъ (С) Q 10—1 амперчаса(Д'1)=3600С
чество [q) Нмперъ (.4) Q 10—1
;Сила на токъ (/) 1
Съпротивление( R) Омъ (О) — 10° —
Е. д. сила (напрежение Е, V) Волтъ (V) E=R.l 10s —
Капацитетъ (С) Фарадъ (F) с - q- 9.10й (pF)=10—6Д
L- v Сантим.=ел. стат.абс.
Индукция ('.) Хенри (Н) l-е^г 10f’ единица:! pj.iF=0’9 см.
Мощность (Uz) Ватъ (IV) \V=V.l 101 конска сила (HP).
Работа (Р) Джаулъ (/) P^V.l.l. 101 киловатъ часъ.
VIII. ИзмЪрителни инструмента.
»65. Устройство на измЪрителнитЬ инструменти.
Почти всички електрически изм-Ьрителни инструменти, «оито се употр’Ьбява! ъ въ индустрията, се състоятъ отъ две главни части: едната е подвижна, а другата неподвижна. Подвижната часть се отклонява вследствие действието на зе личи наша, която измпрваме; на нейното отклонение се противопоставя една пружина. Колкото по-голЪма е измЬрва--«ата величина, толкова повече се отклонява подвижната часть и пружината развива по-голЪмо усилие, за да спре откланя-нето й. Когато пружината уравновеси откланящата сила, подвижната часть ще спре.
Обикновено подвижната часть се върти около една ось, която лежи въ лагери, направени отъ твърдъ камъкъ; трие-нето на осьта по този начинъ е намалено до минимумъ. Пру--жината, която пречи за отклонението на подвижната часть е ’плоска, спирална и съ единия край е прикрепена обикновено за подвижната часть, а съ другия край — къмъ неподвижна-та часть на инструмента.
Когато подвижната часть се отклони, тя бързо се въз-връща въ първоначалното си положение, задминава го и по инерция почва да трепти преди да се спре. Това забавя отчи-тането, понеже трЪбва да чакаме стрелката да се успокой. За по бързо успокоение повечето инструменти сж снабдени съ амортисьори (умекчители), които упражняватъ спирачно действие върху подвижната часть и така тя заема бавно мЪ-;стото си. За тази цель може да се използува напр. съпротивлението на въздуха (подвижната часть е снабдена съ малки перки, които забавятъ движението й); въ други инструмента се използуватъ специални металически дискове.
Отчитането на показанията става чрезъ обикновено наблюдение на стрелката или чрезъ наблюдението на нейния образъ върху специално огледало; въ последния случай от-“читането става много по-точно.
180
66. Видове инструмента.
По-голЪмата часть отъ инструментитЬ показватъ, каква-е стойностьта на измЪрваната величина въ момента на от-читачето й. ТЪзи инструмента се наричатъ показатели.
Други инструмента сж снабдени съ писалки и подъ тЬхъ се движи съ равномерна скорость лента отъ хартия. Тези инструменти позволяватъ да узнаемъ въ дадено време (изминало), каква величина сж измерили. Те се наричатъ пишущи (регистратора).
Трети инструменти, каквито сж електромерите, събиратъ автоматически измерените величини и позволяватъ да отче-темъ, каква стойность е изразходвана отъ даденъ моментъ; тези инструменти събиратъ измерваните величини.
Споредъ величинитгь, които измпрватъ и споредъ принципа който използуватъ, електрическитгь измгьрителни инструменти се групирлтъ най-различно: за сила на токъ, за напрежение, за съпротивления и пр.
Споредъ принципите, върху които почива устройството имъ, измерителните прибори могатъ да се подразделятъ на електромагнитични, електродинамични, електростатични, термически и индукционни.
Въ следващата таблица XIII сж дадени различните видо-ве инструменти, които принадлежатъ на горните групи, както и за какъвъ токъ сж. Употребени сж следните съкращения
Таблица XIII.
Измерителни инструменти.
Принципъ на който е устроенъ В и д ъ За какъвъ токъ е
1съ неподвиж. макара Електромаг- 1 НИТ НИ (съ въРтяща се макаРа ) съ мено железо Електроди- /съ Д"Рек™ отчитано НЭМИЧНИ 1съ инДиРек- отчитане Електростатични .... Гтоплинни . Термически ^елекТрОтерМИЧески Индукционни .... Г А, Г, У, О А, Г, V.f А.Г,У,В,Ф,/ А,Г,У,В,Е,Ф>/ Г, У, О А, У Г, А, У А,У,В,Е,Ф,/ само за постоян. } токъ П’Р г, й/ Ч,р с о П.р g я g- X п,р Г ГО S П, ) т „ „ V само за пром. п. Р f ток-ь
181
A—ампермЪръ, Г—галваномЪръ (лабораторенъ инструмент!.), V—волтмЪръ, В—ватмЪръ; Е—електромЪръ; f— фреквенцо-мЪръ; О—оммЪръ; п—показатель, р—регистраторъ.
68. Качества на измЪрителнитЪ инструмента.
ИзмЪрителнитЪ инструменту за да могатъ да изпъл-няватъ предназначението си, трЪбва да притежаватъ известии качества. ТЪзи качества сж: верно показване, чув-ствителность и апериодичность.
Всички инструменти трЪбва прзди всичко да показ-ватъ вгьрно. ВЪрното показване никога не е абсолютно; преди всичко, ше има грЪшка при отчитанего, когато стрелката не съвпада точно съ нъкое отъ дъленията; има и други причини за грешки, които произлизатъ отъ типа и устр<й-ството на инструментитЪ.
Въ индустрията, инструменти, които показватъ съ грЪшки, по-малки отъ 3% сж добри; щомъ като гр'кшка-та е повече стъ 3(’,0—не сж добри.
Друго важно качество е чувствителностьта. Отъ два инструменти, по-чувствителенъ е този, който прави сжщо-то отклонение подъ действието на по малка измЪрваема величина. По чувствителни ще бждатъ тЪзи инструменти, въ които сж по-малки триенията, масата на подвижната часть и погълнатата енергия.
Трето важно качество на измЪрителнигЬ инструмен-ти е апериодичностъта. Единъ инструментъ е апериодиченъ, когато стрелката заема крайното си положение при из-мЪрването безъ трептение; така се спестява мне го време при отчитане съ инструмента.
68. ИзмЪрване сила на електр. токъ.
За измЪрване силата на електрическия токъ се упо-трЪбяватъ уреди наречени ампермгъри и галваномгьри. Галва-номЪритЪ служатъ за измЪрване на много слабъ токъ ето защо тЪ се срЪщатъ само въ лабораториитЪ; въ т^хъ -отчитането става обикновено чрезъ огледална скала.
Въ практиката се използуватъ ампермЬритЪ (за по-слаби токове служатъ милиампермЪри). Устройството на галваном-Ь-
18г
рит"Ь почива на сжщитЬ принципи, Включването имъ става по единъ и сжщъ начинъ.
Ампермпритп и галваномпритп се включватъ винагя последователно въ веригата, по която минава тока, когота измпрваме. Тп трпбва да иматъ малко омическо съпротивление R за да поглъщатъ малко енергия и да изм’Ьрватъ в-Ьрно силата на тока; амперм^ри съ голимо R причинявагь отслабване на тока въ веригата до като сж включени.
Класификация. Споредъ вида на изм!зрвания токъ, ам-перм’Ьрит’Ь и галваном’ЬритЪ се подразд’Ьлятъ на: 1) за правь токъ; 2) за промпнливъ токъ; 3) за правъ и промпнливъ токъ,
Споредъ тЪхното отбелЪзване, се подраздЪлятъ на: 1) показатели и 2) пишущи.
Споредъ принципа, върху който почива гЬхното устройство, д-Ьлятъ се на: електромагнитна, електродинамични^, топлинни, индуктивна и др.
Ние ще разгледаме амперм^рит-Ь споредъ принципит^. върху които тЪ сж устроени.
Увеличаване измЪряемостьта на ампермЪрит’Ь. Ht-кои ампермЪри сж нагодени въ самата фабрика да могатъ. да измЪрватъ по силенъ токъ отъ този, за който сж на» правени. За да не изгорятъ отъ по-силния токъ, една часть оть сжщия се пропуска да мине презъ съпротивление, вил.очено успоредно на инструмента. Това съпротивление се нарича шунтъ.
За да можемъ отъ тока, който минава презъ инструмента, да сждимъ за цЪлия токъ, тркбва да знаемъ съпротивлението на инструмента Ra и съпротивлението на шунта. Rs. Съ помощьта на закона на Омъ и принципигЬ на Кирхофъ, можемъ лесно да нам’Ьримъ, че показанията на инстру-
R I мента тркбва да се умножатъ съ постоянного число К~- а-р—— *\s
(вижъ задача 113). Така напр. ако съпротивлението на шунта е Rs —Vs Ra, измЪряемостьта се увеличава 10 пжти (всЪко дЪление показва 10 пжти повече); ако Rs =7в9 /?а, измеряв— мостьта се увеличава 100 пжти и т. н.
Единъ инструментъ може да бжде снабденъ съ нЬколко шунта. Шунтътъ се прави отъ жица или пластинки отъ специални сплави, които при изменение на температурата, не из->-мЪнятъ своето омическо съпротивление R.
183
При нуждя, всЬки може да си изчисли и употреби съот-
ветенъ шунтъ.
Електромагнитни ампермЪри. Употр’Ьбяватъ се два вида: а) Съ въртяща се макара, наречени още Вестонови ам-пермЪри (фиг. 124). Състоятъ се отъ неподв. часть — постоя-
яненъ магнитъ въ форма на подкова съ по-люсни наставки, ср^занъ обръчъ и пр. и отъ въртяща се макара; последната се върти около стоманена ось, прикрепёна въ лагери отъ камъкъ. Когато протече тока презъ намОткигЬ на въртящата се макара, сжщата придобива Магнитки свойства и се отблъсва отъ постоян-ния магнитъ, поради което се завърта. Спе-
Фиг. 124
циална спиралеобразна пружина се навива и противопоставя на завъртането.
Т'Ьзи инструменти сж за слабъ токъ или се употрЬбя-вагъ съ шунтъ. Служатъ само за пост, токъ и сж много добри. Пружината следъ време отслабва, поради което, инструмента почва да показва неверно.
б) Съ меко желгъзо. Неподвижната часть е макара /И, презъ намоткигЬ на която протича тока, а подвижната е пла-стинката з отъ меко железо (фиг. 125).
Когато презъ /И протече тока, кого-то изм^рваме, сжщата придобива Магнитки свойства и привлича з; s се завърта около осьта си и стрелката се откланя.
Колкото е по-силенъ тока, толкова по-голЪмо ще бжде откло-
кението, на което се противопоставя пружината п.
ТЬзи ампермЪри служатъ за пост, токъ; не сж точни, поради остатъчния магнитизъмъ въ пластинката.
Другъ видъ ампер мгьръ съ меко желп>зо е показанъ на *фиг. 126. Направенъ е отъ неподвижна макара 7И, презъ чий-то намотки протича тока и два цилиндрични сегменти Si и За отъ меко желЪзо; si е неподвиженъ, а За—подвиженъ и евър-занъ съ стрелката. Когато минава токъ презъ 7И, сегментигЬ 31 и за се магнитизиратъ въ сжщата посока и се отблъеватъ; и тукъ една спиралеобразна пружина противодействува на движение™ на з2.
184
Фиг. 126 на действието
Тези инструменти служатъ за пост, и за пром'Ьнливъ токъ; точностьта не е много голема, обаче гЬ сж много прости, здрави и ев-тини, поради което се употребяватъ твърде много въ практиката.
Електродинамични ампермЪри. Състо-ятъ се отъ две макари, подвижна и непод-вижни (фиг. 127). Действието имъ е подобно на електромагнитнитЬ ампермЪри (постоянни-
ятъ магнитъ е замЪненъ съ неподвижна макара).
Токътъ, който се измЪрва, преминава едновременно презъ двегЬ макари; повече токъ преминава презъ неподвижната макара.
ТЬзи ампермЪри измЪрватъ правъ и промен-ливъ токъ. понеже взаимодействието между двет-Ь макари не се измЪня, когато се измени посоката на тока.
За да бжде точенъ инструмента, необходимо е
отношението между токоветЬ, които протичатъ презъ 127 дветЪ макари да е постоянно. Това ще стане само
когато отношението -=?— между съпротивлението 7?п на под-вижната макара и /?н —на неподвижната макара остава постоянно. За измЪрване на постояненъ токъ, това е достатъч-но: за променливия токъ обаче, трЪбва да е верно отноше-нието-з^1 между импедансите на намоткитЪ. Понеже яодвиж-
ZzH
пата макара има голема индукция L, последователно иа сжщата включватъ съпротивление R, което е много големо; така измененията на /?L въ сравнение на R сж незначителни Zr остава почти постоянно: инструментътъ ще показва верно, когато се измерватъ променливи токове.
Топлинни ампермери. На фиг. 128 е показанъ инструменту наричанъ—съ топллнна жичка. Състои се отъ метална жичка ВГ, която се нагрева отъ измервания токъ. Токътъ минава презъ витлата А и Б. Въ средата на ВГ — точката Д, е запоенъ другъ проводникъ, който следъ като обгръща) единъ малъкъ скрипецъ Р, продължава въ точката б, въ ко-ято винаги е опънатъ, благодарение на пружината П. Стрел-ката е закрепена неподвижно за осьта на скрипеца Р.
185
топ-
по-
Фиг. 128
Проводникътъ ВГ се удължава подъ действието на лината, развита отъ тока и причинява премЪстване на Е надолу; скрипеца се завърта и стрелката се отклонява. Съ помощьта на витлото Д е възможно слабото опжване на ВГ и регулирането на стрелката (въ покой да показва нула).
Ткзи инструменти измЪрватъ правъ и пром"Ьнливъ токъ. За да се отклони по-бързо стрелката, трЪбва да се употр’Ьбяватъ тънки провод ници. ИнструментитЪ сж деликатни и
чувствителни къмъ удари и околната температура. Отличаватъ се по това, че изм-Ьрватъ еднакво вЪрно постоянни токове, както и токове съ най-различна честота.
Другъ видъ топлинни ампермгъри сж така нареченит-Ь електротермични ампермгьри. Когато се стопля точката, где-то сж споени два различии метали, сбразува се е. д. сила, която зависи отъ температурата на мЪстото на запояването. Когато това затопляне се извършва отъ електрически токъ, негозата сила може да се измори, измЪрвайки образуваната е. д. сила посрЪдствомъ специаленъ ампермЪръ съ посто-яненъ магни гъ.
На фиг. 129 е изобразена принципната схема на единъ електро-термиченъ амперм-Ьръ. Два проводници отъ константанъ сж запоени въ обща точка съ два же-лЪзни проводници (Ее)-, единъ включенъ въ двата края на константанъ.
Т^зи инструменти слу-жатъ за изм^рване на правъ и пром'Ьнливъ токъ; тЪ сж особен© пригодни за слаби то-
кове съ много висока честота.
Индуктивни ампермЪри. Състоятъ се отъ маталически дискъ Д, който се върти между полюсит-fe на два електромаг-нити А и Б (фиг. 130). Въ намоткитЪ на
ти протичатъ токове А и А, които сж съставни на измЪрва-ния токъ I. Предварително А се сфазира спрямо А (чрезъ пре-карването му презъ специална самоиндукция).
Фиг 129
милиамперкгЬръ е проводницитЪ отъ
Фиг. 130
тЪзи
електромагни-
186
При протичането на А и Л, образуватъ се два промен-» ливи магнитни потока, които индуктиратъ въ диска е. д. сила; тази е. д. сила предизвиква образуването на паразитни токове въ диска. Както видТхме (т. 48) движението на резултат-ния магнитенъ потокъ ще причини движението и'на диска Д, който ще се завърти на известенъ жгълъ (пружината не поз-волява свободного въртене на диска).
ТЬзи инструменти се употрЪбяватъ само за промЪнливъ токъ; отличаватъ се съ своята здравина, простота и ниска цена. Особено сж пригодни за изм^рване на силни токове и не се влияятъ отъ удари и грубо отнасяне. Не сж много точни.. Употр-Ьбяватъ се твърде много въ практиката.
69. ИзмЪрване на напрежение.
Общи сведения. Напрежението между две точки се измпрва съ уреди, конто се наричатъ волтмп>ри.
Въ практиката се употр'Ьбяватъ волтм-Ьри, които измЪр-ватъ напрежението посрЪдствомъ измЪрване силата на тока;
Тп се включватъ паралелно въ точкитгъ Л и Б, между които искаме да измгъримъ напрежението (фиг. 131). Токътъ, който протича презъ волтм^ра, е пропорционаленъ на напрежението V между точкигЬ А и Б.
Да означимъ съ g съпротивлението на волгм’Ьра, съ а—отклонението на стрелката;
v / можемъ да напишемъ, че «э= - (отклсне-
t,
нието ц е пропорционална на силата на тока). Когато увели-чимъ V, увеличава се и а, значи, когато измЪняме напрежението, ще се изм’Ьнятъ и показанията на волтмЪра. Така че можемъ да градуираме инструмента въ волтове (V=/.g) и после да изм^рваме съ сжщия инструментъ непознати напрежения.
За да бжде измгьрването точно, презъ инструмента тр/ьбва да премине много слабъ токъ-, ако токътъ е силенъ, инструмента ще поглъща голема енергия и волтмЪра нТма да показва истинското И. Поради това, волтмгьрипиъ се пра-вятъ съ много голп>мо съпротивление и това е главно то имъ отличие отъ ампермприпиъ.
rA/VvWv^-Я R Б
Фиг. 131
187
Увеличаване измЪряемостьта. Най голЪмото напреже--ние, което е допустимо да измЪрва единъ волтмЪръ безъ да се повреди, може да се увеличи като последователно на сжщия се включи определено съпротивление.
Нко напр. единъ волтмеръ съ съпротивление g, измЪрва V волта, за да измори Vi волта, требва да се включи въ веригата последователно съ съпротивление г; г требва да се подбере така, че силата на тока I, която минава презъ волт-мера, да бжде сжщата, когато се измерватъ напрежения-та V или Ух:
. V Vj .. .,g+r
i=—--—-— отгдето Vi=V—-------
g g^r g
Явно е, че когато включимъ последователно на инструмента съпротивлението г, неговите показания требва да се g4- Z* умножатъ съ числото /<=—-—.
Примеръ: съ единъ волтмФръ, чието £=1000 й, измерва-ме 10V; какво г требва да прибавимъ последователно на инструмента, за да измерва той 100lz?
1000 + х
Решение. 100 V=10 V. — отгдето х=9000 Q.
Съпротивлението г се подбира така, че К да се получи 10, 100, 10С0 и т. н.; тогава всеко деление на инструмента ще показва 10, 100 и т. н. пжти повече.
Видове волтмери. Казаното до тукъ се отнася за обик-новениттъ волтмгьри — тези които се употребяватъ въ прак-тиката. Освенъ техъ, въ лабораториите се използува и друга трупа волтмери, наречени електростатични.
Обикновените волтмери биватъ различии видове споредъ принципа, на който почива устройството имъ; електро-магнитни, електродинамични, топлинни, индуктивна. Устройството имъ е подобно на устройството, което иматъ ам-пермерите отъ сжщия видъ.
Волтмгьритгь съ въртяща се макара сж най-добрите за-, постояненъ токъ; макарата е направена отъ проводникъ съ големо специфично съпротивление (манганинъ, никелинъ • и пр.); токътъ, който протича презъ техъ е отъ 1 до 20 т А споредъ точностьта имъ.
Волтмприпиъ съ подвижно парче экелгьзо се употребяватъ за правъ и променливъ токъ; честотата на измерваните»
388
токове трЪбва да не се различава много отъ честотата на тока, съ който сж изпитвани при фабрикацията, защото, въ лротивенъ случай нЪма да показватъ вЪрно.
Електродинамичнитл волтмгьри се отличаватъ отъ елек-тр< динамичнитЪ ампермЬри по това, че дветЪ макари сж свър-зани последователно; последователно на сжщитЪ е свързано и друго—голимо съпротивление. Поглъщатъ отъ 0 03 до 0’06 А
То плинии тп волтмгьри намиратъ по-малко приложение отъ топлиннигЬ ампермЪри; бавно се нагревать, лесно изга-рятъ и сж чувствителни къмъ ударит^. Поглъщатъ до 0'25 А. Употр’Ьбяватъ се главно въ радиоапаратитЪ.
Индуктивншпп волтмпри сж прости, издържатъ грубо отнасяне и могатъ да работятъ при ней неблагоприятни условия (сътресения и др.). Употр’Ьбяватъ се за изм'Ьрване на промЪнливи напрежения.
Електростатични волтмЪри. Основаватъ действието си
Фиг. 132
на притегателната сила, която се проявява между две тЪла, когато тЪ сж съ различно напрежение. Най-добъръ е волтмгьра на Томсонъ (фиг. 132). Сьстои се отъ два ус-поредни диска, разположени на известно разстояние единъ отъ другъ и свързани по-между си (иматъ еднакво напрежение V); между гкхъ се движи една металическа пластинка въ формата на 8 (осемь) Когато
сжществува разлика въ потенциалитЬ на дисковетЪ и пла-стинката, последната се привлича отъ дисковет-fe и се завър-
та около осьта си; съ това стрелката се откланя и показва
присжтствието на напрежение.
Поср’Ьдствомъ прикачване на малки тяжести за метали-ческата пластинка се увеличава силата, необходима да я за-върти и следователно — увеличава се изм'Ьрваемостьта на
инструмента.
ТЬзи волтмЪри служатъ за правъ и за пром"Ьнливъ токъ; изразходватъ много малка енергия и могатъ да измЪрватъ много високи напрежения. Tt се влияятъ обаче отъ сжщест-вуващитЪ наблизо електрически полета.
189
70. ИзмЪрване на съпротивления.
Henpt ко измЪрване на съпротивления. Едно съпро-
тивление може да се намЪри като се приложи закона на
V
I
Омъ:
/? =
; достатъчно е да изм’Ьримъ напрежението на
краищата на това съпротивление и тока, който протича презъ сжщото.
Ни фиг. 133 сж включени волтмЪра V и амперм^ра А; ампермЪрътъ измпрва не само тока, който минава презъ съпротивлението, а сжщо и този, който минава презъ V; при измЪрването се допуска една грЪшка, която е толкова по-го-л-Ьма, колкото е по голЪмо измЪрваното съпротивление въ сравнение съ съпротивлението на волтмЪра.
Фиг. 133
На фиг. 134, амперм^ра А показва в^рно, обаче волт-мЬра показва по-високо напрежение (У на краищата на съпротивлението плюсъ Vi на краищата на амперм-Ьра); гр-Ьшката е толкова по голЪма, колкото съпротивлението на А е по-
голЪмо въ сравнение съ измЪрваното съпротивление.
ГрЪшкитЬ, които се правятъ при непрЕкото измЪрване сж незначителни и могатъ да се пренебр'Ьгватъ въ практиката.
ИзмЪрване на обикновени съпротивления. Подъ
обикновени съпротивления ще разбираме ность е между 01 Q и 100,000 Q. Tt'ce измЪрватъ най често съ моста на Вит-стонъ и моста на Кирхофъ.
Принципътъ, върху който почива моста на Витстонъ е спедния (фиг. 135): тритЪ съпротивления Ri, R, и Rs сж по-
тЪзи, чиято стой-
Фиг. 135
знати и могатъ да се регулиратъ, а съпро-
тивлението R4 е неизвестно и се измЪрва. Върху единия диа-
гоналъ се включва батерия отъ галванически елементи, а върху другиятъ — галваномЪръ G. Два прекжсвачи ki и Л2 за-
'390
тварятъ, когато пожелаемъ, веригитЪ на елемента и на галва-ном’Ьра. Най-напредъ се включва неизвестного съпротивление Ri, после се затваря ki (на елемента) и следъ това ki (на гал-ваномЪра); отварянето на веригит'Ь става по обратенъ начинъ.
Чрезъ регулиране на Ri R-з и Rs се преустановява всЬ-какво минаване на токъ презъ G; доказва се, че тогава
Ri.Ri=Ri.Rs
т. е. /?4= ~, Rs.
Съпротивленията
Ri и Ri
сж
измЪняеми—обикновено презъ 10, така окончава на
Ri
нула, или е десетично число, a Rs е реостатъ. По този на-
чинъ Ri се намира лесно—чрезъ просто умножение.
Витстоновиятъ мостъ дава най-точни изм"Ьрвания когато
Ri~R-2—Rs=Ri; колкото галваном-fepa е по-чувствителенъ.
толкова измЬрването ще бжде по-точно.
ГрЪшкитЬ, които се правятъ при измЪрване съ този мостъ сж подъ 1°/00.
Мостътъ на Кирхофъ представлява водоизмЪнение на Витстоновия мостъ (фиг. 136); дветЪ съпротивленияА и А сж направечи отъ единъ проводникъ съ голЪмо специфично съпротивление, върху който се движи плъзгачъ п; върху про-
Фиг. 136
водника сж нанесени направо отноше-нията- така че неизвестного съпротивление х се получава чрезъ просто умно-А>
жение на отчетеното отношение— съ съ-А
противлението Гз; Гз е направено обикновено отъ отд-Ьлни съпротивления, разположени въ дървена кутия, които се из-ключватъ чрезъ щепсели и позволяватъ да се измЪня г-л презъ
десеть ома или презъ десети отъ ома.
ИзмЪрванията съ този мостъ се извършавтъ по-бързо, обаче сж по неточни.
ИзмЪрване на малки съпротивления. Малки сж съпротивленията подъ 01Q. При т-Ьхното измЪрвене требва да се иматъ предвидъ грЪшкитЪ, които се правятъ, вследствие съпротивленията на контактигЬ и съединенията.
Най-често се у потреб ява двойни я мостъ на Томсонъ (фиг. 137). Образува се електрическа верига отъ една галва-ническа батерия съ напрежение V, единъ ключъ К, неизвест-
191
ното съпротивление х и едно точно (еталонирано) съпротивление R.
Отъ краищата на R и на х се включватъ паралелно две вериги съ съпротивление а, б, и бц между точ-китк А и Б се включва галваномкра G.
Измкрването се извършва така: избиратъ се a, ai, б и 6t така че
а б 1 п
—= -> = п: следъ това се движи плъзгача 1 по R докато ai 6i „ -г хаб
презъ О престане да тече токъ. 1 огава имаме-=-= —= = п;
R или х=п. R.
По този начинъ могатъ да се измкрватъ
«1 61
съпротивления които сж милионни отъ ома; съпротивленията на контактитЪ се губятъ въ съпротивленията a, ai б, и б1г съ които се вклю-чватъ последователно.
ИзмЪрване на голыми съпротивления. Голкми сж съпротивленията надъ 100,000Q; при гкхното измкрване се изисква по-малка точность. Употркбява се главно така наречения методъ на замгьстване.
Въ една верига включватъ батерия съ напрежение V и съ вжтрешно съпротивление гв, единъ галваномкръ съ съпротивление £ и известно голкмо съпротивление /? (фиг. 138). То-V V
кътъ, които протича е h — —— ~R ако S и г» могатъ
да се пренебрЪгнатъ; галваномкра се отклонява на известенъ У
жгълъ а1;-75-=а<; Следъ това изклк'чватъ R и включватъ неге
известного съпротивление х; получава се 1-2
х'
Нко х е много гол-Ьмо въ сравнение съ £ и гв галваномЪра се отклонява на жгълъ
V
§
Фиг. 138
Значи можемъ
«1
□ 11
пко направимъ отношение -т—=
V/R х а1
—= ir, == получаваме х =— . R.
a2 v I а R а,
да получимъ х, понеже сме отчели щ, а, и R.
192
Специални уреди, наречени оммтъри, служатъ за измер-ване на изолацията. Най-добри оммери сж гЬзи, чието дейст-ие е основано върху електромагнитизъма.
На фиг. 139 е дадено принципното устройство на единъ
електромагнитенъ оммгьръ. Дзете макари А и Б сж I и непод-вижни; последователно съ едната макара се включва неизвестното съпротивление х (напр. изолация на кабелъ), а на другата—извест-
ното съпротивление R. ДветЪ ма-
Фиг. 139
кари се включватъ паралелно не
единъ и сжщъ източникъ на е. д. сила Е.
Е
Презъ макарата А протича токъ /а = , а презъ мака-
Е
рата Б—/6 =~rj (пренебрЪгва
се съпротивлението на макари-
те и на източника на е. д. сила). Дветп> макари създаеатъ Магнитки полета, които действу ватъ въ противни посоки.
Вжтре въ макаритЪ е поставена една подвижна часть,, която се притегля отъ двете полета и е снабдена съ стрелка» Тя ще се отклони различно споредъ това, какво е отноше-/ X
нието —=—. Значи, ако R е неизменяема, споредъ различие К
ните х ще имаме И различно отклонение на подвижната часть. Оммерътъ се награфява опитно и х се отчита направо върху циферблата, по който се движи стрелката, която е прикрепе-на неподвижно къмъ подвижната часть на сжщия.
Точностьта, която се получава съ тези оммери е напъл-
но достатъчна за практиката.
71. ИзмЪрване на мощность.
Измерване мощностьта на постоянния токъ. Мощностьта на постоянния токъ се получава като измеримъ I и V посредствомъ ампермеръ и волтмеръ и умножимъ изме-рените величини (IF=V.
Включването на ампермера и волтмера може да стане, както е показано на фиг. 140 и 141. И въ двата случаи се допуска грпшка въ измтрването, понеже измерителните инструменти поглъщатъ енергия. Така на фиг. 140 ампермера
193
показва всичкия токъ, който протича презъ потрЪбителит-fe на
електричеството л, обаче, волтм-fepa показва напрежение, по-
високо отъ напрежението въ крайщата на потрЪбителит-fe; изм-Ьрената мощность ще бжде п о-г о л t м а отъ погъл-натата.
На фиг. 141 волтм-fepa из-M-fepea истинското напрежение, обаче амперм-fepa изм-fep-ва по силенъ токъ; и въ то
зи случай измЪрената мощность е по-голема отъ истинската.
И въ двата случая се гр-Ьши твърде малко; при включ-ването споредъ фиг. 140, гр-Ьшката е по-малка.
Когато се измЪрва мощностьта, произведена отъ една ма-
шина,
изм-Ьрва се по-малка мощность отъ действително
произведената.
Мощность въ вериги за еднофазенъ токъ. Въ този случай мощностьта W—V .1 .Costy-, за изм-Ьрването й сж необходими или волтм-Ьръ, амперм-fepb и Cos ф-м-Ьръ, или спе-циално устроени ватмгьри, които изм-Ьрватъ W направо. Tt-зи ватм-fepH се наричатъ еднофазни.
Въ практиката се употребяватъ главно два вида ватмп>-ри: електродинамични и индуктивна.
Електродинамичнитгъ ватмгьри сж устроени подобно на
фиг. 142
електродинамичнит-fe амперм^ри. Състоятъ се отъ две макари (фиг. 142): едната—А е ам-пермЪрна (токова), неподвижна, има мелко на брой, но дебели спирали и се включва последователно въ веригата; другата — Б е волтм-Ьрна (вслтова), тънка, подвижна, и се включва паралелно на веригата. Къмъ волт-м-Ърната макара се включва последователно
голимо омическо съпротивление г, за да се направи незначи-
телна разликата между омическото и привидното съпротив
ление на тази спирала.
Тгьзи ватмгьри служатъ за правъ и за промпнливъ токъ.
При правъ токъ, завъртането на подвижната макара е про-
порционално на /а. /в или все едно на /а
т. е. пропориио-
' R
13
194
нално е на мощностьта I. V (понеже R е постоянно, а /в е почти равно на I).
При промЪнливъ токъ, завъртането на подвижната макара е пропорционално на ефективната мощность W=V I Costy, гдето <р е жгъла на сфазирането между I и V.
При изм-Ьрването на гЬзи ватм-Ьри се допускатъ гргьшки, които сж по-чувсгвителни за пром-Ьнливия токъ. Така напр. привидното съпротивление на волтмЪрната макара се мЪни, когато се м-Ьни честотата на промЪнливия токъ и ватм^Ьра показва различии стойности за единъ и сжщъ токъ, ако че-стотит-b сж различии.
Друга причина за грешки е че /в почти винаги се сфа-зира спрямо V: въ инструмента се явява едно двойно сфазиране.
ИндуктивнитЪ ватм^ри се състоятъ отъ два електромаг-нити (фиг. 143): единиятъ — волтмгьренъ се включва паралелно, а другия—ампермгьренъ се вклю-чва последователно въ веригата. Двата фк.Л/ ® електромагнити създаватъ резултатно
, магнитно поле въ металния дискъ, раз-
. I I,_______положенъ между полюсигв имъ Това
। ---------т 1 поле индуктира токъ, които реагира
Фиг. U3 на създалото се магнитно поле и въ
резултатъ, диска се завърта. На завъртането се противопоставя пружината П.
Различии причини дспринасятъ за грешно отчитане и яри т±зи инструменти; тЪзи грешки обаче могатъ да се намалятъ чрезъ съответни м!рки.
Индуктивнит’Ь,ватм’Ьри сж здрави, ефтини и сж много разпространени въ практиката; за предпочитане е тЪ да се употрЪбяватъ за честота—почти еднаква съ честотата, за която сж фабрикувани.
Мощность на вериги за трифазенъ токъ. Различа-ваме два случая: когато трифазната система е симётрична (еднакво натоварена) и когато не е симетрична.
Въ първия случай, мощностьта се получава като из-мтьримъ мощностьта на една фаза и следъ това я утроимъ. ВатмЪрътъ се включва, както е показано на фиг. 144, т. е амперм-Ьрната намотка е последователно въ една отъ фазит’Ь, а волтмЪрната е между сжщата фаза и нулевия проводникъ.
195
Когато не е отведенъ нулевъ проводникъ, можемъ лес-tto да създадемъ нула чрезъ три еднакви съпротивления R «(фиг. 145); едното отъ т"Ьзи R включва вь себе си и съпро-гивлението на волтм-Ьрната намотка.
Фиг. 544 Фиг. 145
Когапю системата не е симетрична, тргьбва да се включать два ватмгьри (фиг. 146); амперм-ЬрнитЪ намотки, се включватъ въ две кои да сж фази, а волтм-ЬрнитЪ — паралелно,— между сжщит-fe фази и третата фаза.
Доказва се, че въ този случай алгебричната сума отъ . показаныята на двата ватмгьри е равна на мощностьта на
Фиг. 147
щгьлата система. Това се вижда’отъ фиг. 147, отгдето е ясно, че трифазната система (7—2—3) е равностойна на дветЬ мо-нофазни системи (7—2 и 2—3).
Вместо два отдЪлни еднофазни ватмЪри, фабрикитЬ правятъ специални трифазни ватмгьри, които представляватъ съчетание отъ два еднофазни ватмЪри.
72. ИзмЪрване на работа.
ВидЪхме, че работата е равна на мощностьта по временно P=W.t. Уредит-fa за изм’Ьрване на работата трЪбва да бждатъ следователно комбинация отъ волтм’Ьръ и часов-яиковъ механизъмъ. ТЪзи уреди се наричатъ електромЪри.
Най-често се срЪщатъ елекгродинамични електромЪри за постояненъ токъ и индукционни електромЪри за пром^н-ливъ токъ.
196
Отъ електродинамичнитЪ електром-Ьри най-разпростра-
ненъ е типа Томсонъ (фиг. 148). Състои се отъ две ампер-
Фиг. 148
на Б е наденатъ диска върти между полюситЕ
мЪрни макари (неподвижни), вклю-чени последователно въ веригата и отъ една подвижна макара Б (намотана вжтре въ цилиндъра), която се свръзва паралелно въ веригата презъ четкитЪ ч.
Действието схожда съ действието на електродинамичнит-fa ватмЪри; когато веригата е включена, Б почва да се върти подъ действието на сили, пропорционални на мощностьта W на веригата.
ВмТсто пружина, върху осьта D (меденъ или алуминиевъ), който се на единъ постояненъ магнитъ /И; т >-
зи дискъ действува подобно не спирачка.
Осьта на макарата Б задействува единъ механизъмъ отъ зжбчати колелета. Макаричката б създава едно допълнително
магнитно поле, което компенсира загубит^ поради триенията.
Броятъ на завъртанията на Б отговаря на изразход-ваната енергия за известно време; напр.: 1200 обръщания (примерно) отговарятъ на 1 ke4, 120 обръщания отговарятъ на 0‘1 ken. и т. н.; въ всЕки моментъ може да се отчете из-
разходваната енергия за известно време.
При фабрикуването на инструмента се държи смЕтка за триенията, за действието на спирачката и др.
Този видъ електромЕри се употрЕбяватъ за постояненъ. токъ; сжщитЕ могатъ, обаче, да служатъ и за промЕнливъ токъ.
Индукционнитп електролиъри се предпочитать за про-мгьчливъ токъ; т служатъ само за такъвь. Устройството имъ е подобно на индукционнит-Е ватмЕри само че, вмЕсто пружина, иматъ дискъ, спиращъ магнитъ и механизъмъ съ зжбчати колела. При тЕхъ липсватъ четкитЕ, подвижната часть е много по-лека, триенията сж намалени. Его защо, тЕ почти единствени се употрЕбяватъ днесъ за измЕрване при промЕнливи токове.
При измЕрване на извършената работа въ трифазнитЕ. вериги можемъда употрЕбимъ сжщитЕ начини, както за из-
197
wfepeane съответната мощность. Така напр., ако имаме симетрична система достатъчно е да измЪримъ работата на едната фаза и да умножимъ на три.
При несиметричната система се приб-Ьгва до два моно-фазни електром-Ьри, които се включватъ подобно на ватмЪ-ригЬ (фиг. 146); енергията, която се разходва въ веригата, е равна на сумата на енергиитЬ, изм-Ьрени поотд-Ьлно въ двата електромЪри.
Въ практиката се употр-Ьбяватъ различии видове трифазни електромп>ри, които представляватъ механическо сглобяване ни два монофазни електромпри въ едно цгьло.
Електром-ЬритЪ които се ср-Ьщатъ на пазаря сж. за 150, 220 и 380 волта и за токъ както следва:
еднофазни: 3, 5, 10, 15, 20 и 30 А.
трифазни: 5, 10, 15, 20, 30, 50, 75 и 100 А.
Всички електромпри, съгласно официалнитЪ наредби тр-Ьбва да иматъ върху табелката си: нумеръ, система, брой аа въртения за 1 /гта'часъ, работно напрежение, фабрика, как-то и означение на напрежението и силата на тока, за който сж конструирани.
Електром-ЬритЪ подлежатъ на проверки отъ страна на Еластит'Ь, които биватъ: първоначални, периодична и внезапна.
73. ИзмФ>рване на капацитетъ и самоиндукция.
ИзмЪрване на капацитетъ. Капацитетътъ на единъ конденсаторъ може да се изчисли, следъ като се измЪри ка-пецитивното съпротивление на една верига, или да се измп>-pit направо.
По първиятъ начинъ, С се намира като се използува о 1
формулата Кс = =— за цельта въ една верига, чието оми-2л/ • С
ческо и индуктивно съпротивления сж твърде малки и мо-ггатъ да се пренебрЪгнатъ, се включва една е. д. сила Е съ известна честота /; измЪрва се следъ това силата на проти-чащия токъ и се намира стойностьта на С отъ израза:
£=I. Rc =
2 л/. С
НепосрЪдственото измЪрване на капацитета се извършва зсъ инструменти, чието устройство е подобно на Витстоновия
98
галванически
и действува-като спре да
мосгъ. Нека Сх е неизвестния капацитетъ, С е познать (ета-лонъ) капацитетъ, л и лз сж познати измЪняеми съпротивления, а Г е специаленъ балистически галваноктЬръ (служи за
изм-Ьрване на моментни токове);
V е батерията отъ елементи (фиг. 149).
Затваряме ki и Е> ме върху п и /а до
тече токъ презъ Г; когат това условие се изпълни, доказва се
С*х /1 „л* с
че -=------ т. е. Сх = С~—
С Г2, Г-2
ИзмЪрване на самоиндукция. Коефициентътъ на самоиндукция може да се изчисли следъ като се измЪри индуктивного съпротивление на една верига. За тази цель, включваме една е. д. сила Е съ позната честота /, последователно въ верига съ непознатата самоиндукция; и R на веригата требва да бждатъ незначителни въ сравнение съ Ri_.
Е
Получава се E=I. R\,~ 1.2nf. L отгдето L — —
Когато знаемъ Е, f и измЪримъ I, можемъ да изчислимъ L.
Освенъ по този начинъ, коефициентътъ на самоиндукцията може да се измгъри непосредствен©, като се употреби уредъ, подобенъ на Витстоновия мостъ (фиг. 150): Ах е непознатата самоиндукция, La е позната изменяема самоиндукция, г$ и сж безиндуктивни омически съпротивления, които сж известии и могатъ да се изменять.
ИзмЪрването се извършва на два пжти:
1) Поставя се моста въ равновесие както при изм-Ьрване на омически съпротивления; галвано-
м-Ьрътъ не се откланя, когато а . . /'з, (а и а сж оми-
ческитЪ съпротивление на Ц и Ах ).
2) Ключътъ к-2 на галваномЪра се оставя затворенъ; ог-варя се и се затваря ключа ki на батерията; индуктира се една е. д. сила, която ще отклони Г; тогава’се измЪня L\ (безъ та се измЪня омическото й съпротивление) до като Г престане да се откланя при отваряне и затваряне на ключа kt.
Фиг. 150
199
Щомъ като се постигне уравновесяването на моста, до-т г Т I ri
казва се че £х . /з=7-1• п или ьх =
За измЕрване на,самоиндукции се употрЪбяватъ и други методи, при които се използува пром’Ьнливъ токъ, а галвано-м"Ьра е замЬненъ съ слушалка. Възъ основа на гЬзи методи сж н< правени множество измЪрителни инструменти, които позволяватъ да се намори неизвестната L много лесно, като се спазватъ упжтванията, дадени за работа съ сжщигЬ.
74. ИзмЪрване коефициента на мощностьта и честотата.
ИзмЪрване коефициента на мощностьта. Коефициентътъ на мощностьта Cosq> се опред'Ьля най-точно като се измЪри ефективната мощность W=V. I, Cos ф съ ватмЬръ, а отд^лно се изм-Ьрятъ V и 7 съ волтмЪръ и ампермЪръ.
Има сжщо така инструменти, наречени фазомгъри, които даватъ Cos ср направо. ТЬзи инструменти сж устроени подобно на ватм-критЪ (фиг. 151).
Неподвижната макара А се включва последователно въ веригата; волтмЪрната макара е заменена съ две макари (7 и 2) юито сж разположени неподвижно на 90° една спрямо друга и се въртятъ заедно съ стрелката. Последователно на макарата 1 е включено омическото съпротивление R, а на макарата 2—една самоиндукция L; тази самоиндукция сфазира тока, който минава презъ 2 почти на 90э спрямо тока, преми-наващъ презъ 7.
Вследствие на гореописаното
разположение имаме: презъ непод-виж’ната макара А преминава почти всичкия токъ, презъ макарата 7 преминава токъ, който е пропорциона-ленъ на напрежението V, а токътъ въ макарата 2 е съ 90’ закъснение спрямо напрежението И.
Когато веригата се включи, подвижната часть заема точно уста-
Фиг. 151
новено положение; доказва се, че
жгъла (р, който е включенъ между осьта на неподвижната
200
спирала А и осьта на спиралата 2, е точно жгъла на сфазирането. Споредъ това, дали отклонение™ е въ дЪсно или въ лЪво отъ единицата, имаме закъснение или избързване на тока спрямо напрежението.
Инструментътъ е награфенъ така, че стрелката показва не q', a Cos <р.
ФазомЪритк сж твърде чувствителни и деликатни инструменти.
При трифазнитЪ системи, Cos гр сжщо така или се из-числява, или се измЪрва напълно съ специални трифазни фа-зомЪри, които сж устроени на сжщия принципъ, както мо-нофазнигЬ.
ИзмЪрване на честота. Високата честота се изм-Ьрва съ специални уреди (вълнамЬри), които се употрЪбяватъ главно въ радиотехниката.
Тукъ ще разгледаме устройството на така нареченитЪ фреквенцмгъри, които измЬрватъ индустриалната честота (до 60 пер. сек.). ТЪ използувать явление™ рэзонансъ. Направени сж отъ отдЪлни мэталически пластинки, всЬка отъ конто има различна дебелина и дължина; подобно на камертонитЪ, всЬка пластинка има различна — своя собствена честота на треп-тенията. Предъ пластинкитЪ е поставенъ елактромагнитъ, презъ който минава промЬнливъ токъ съ неизвесгната честота (която трЪоза да се измЬри). Когато тока прэтече, ще почне да трепги тази пластинка, която има сжщ нягъ периодъ какъвто е периода на промкчлизия токъ. Поедварително се знае коя пластинка при каква честота трепти, така че, ведна-га се отчита честотата на протичащия промЬчливъ токъ.
75. Решени задачи.
Задача 113. Докажете, че показанията на единъ шунти-ранъ амперм’Ьръ трЪбва да се умножатъ съ постоянно™ чис-R A~R
ло А"= —— гдето Ra е съпротивлението на амперм-fepa, а
Rs — съпротивланието на шунта.
Решение; Да означимъ съ 4 тока, който минава презъ
амперм-fepa, а съ is —тока, който минава презъ шунта;
жемъ да напишемъ V=i„ Ra =is Rs отдето 4
MO-
ОТЪ
-i
~la Rs
201
.s
друга страна /=z’a +/s или l=ia -J-/a
Ms
D _|_P
4 ; Виждаме, че общиятъ токъ I се получава като
Ms
• Ms i"Ma D
умножимъ тока za съ--------, което искахме да докажемъ. пко
Ms
r, 1 м ,, 7« /?а +/?а 1Г.
A?s =—/?а получаваме К ~-------т~.—п--= Ю.
У /9 Ма
Задача 114. Докажете съ численъ примЪръ, че ако съпротивлението на волтм+ра е малко, сжщиятъ н+ма да показва в+рно! Решение. Предполагаме че въ една верига (фиг. 131) е. д. сила V=10V, R=10o и съпротивлението на съе-динителнитЬ проводници /'=10 й.
Въ този случай 7= р^~ - =0‘5А Напрежението между А К~гг
и Б ще бжде Vr=I. Д=0’5Д. 10 й=5К
Да включимъ волтм+ръ съ съпротивление 10 й; общото 10 & съпротивление на веригата ще бжде 10 й-|—^-=15 й; проти-чащиятъ токъ ще бжде 1=^^=0‘666А; презъ съпротивление
то R протича 7=0'333А напрежението между А и Б, което ще ни отчете волтм+ра, ще бжде Vi=I. R=0'333j4.10 й=3,ЗЗРг. А ние изчислихме, че истинското напрежение между т+зи две точки е 5V. Ако волтм+ра има 1000 й вм+сто 10 й и повто-римъ изчислението, ще нам+римъ че изм+реното напрежение ще бжде почти 5 И
Задача 115. Единъ волтм+ръ има 1000 й съпротивление и изм+рва до I'Siy като всЪко деление показва !/10 волтъ; ако включимъ последователно на сжщия съпротивление /=9000 й, gVf
колко ще показва вс+ко деление? Решение. К=-------—---
- 1000+9000 ,л . . ,п
=---jOOQ—=10; всЬко д+ление ще показва 10 пжти повече
т. е. Vio-lO—IV; а волтм+ра ще изм+рва до 15И
Задача 116. Колко е х, ако (фиг. 136), /1=100 й, /2=10 й «и гз = 25 й ?
/а 10 й
х=— . Гз=—TTcz . 25 й=2’5 й
ri 100 й
202
Зачача 117. Какъ трЪбва да се измЪрва съ моста нг Витстонъ когато не се знае приблизителната стойность на х!
Решение, За грубо измЕрване се поставЯ“=1, а галвано
м-fepa се шунтира за да не преминатъ силни токове презъ него.
Задача 118. Съ двойния мостъ на Томсонъ е направенс измерение, при което галваном^ра не се откланя, когато «=10 ft, «1=50 Q, 6=25 Q, 6i=125 Q и £=0-005 О; колко Q е х? Реше-_ а 6 10 1 1 пг,г.г-
ние. x~n.R гдето п= =--=,_=-;х= - . 0 005 Q = «1 6i 50 5 5
= 0001 Q.
Задача 119. Колко е капацитетътъ С на единъ конденсаторъ, който е включенъ въ една верига съ е. д. сила £=100 V и /= 100 пер./сек., ако £L и R на веригата сж за пренебрег-ване, а протеклия токъ е 0 0001 Л? Решение.
С= Е.2.з'14.100 F=157,l<>-»r=0-00157|.F=
= 1570 р£=1570.0-9 см. = 1413 см.
Задача 120. Колко е самоиндукцията L на една макара която е включена въ верига съ е. д. сила £=50 V и /=5С пер./сек., ако £с и £ на веригата сж за пренебр-Ьгване, а протеклия токъ е 2 Л? Решение.
____ 50 V_________
2 А . 2.3’14.50 пер./сек.
£=0’157 £=157 mH.
Задача 121. Единъ ампермЪръ за пост, токъ има съпротивление 0005Q. Какво е напрежението V на съединителит-fe му, ако презъ него минава ЮЛ? Решение: V—I.R = 10Л„ 0’005 Q=0 05K; мощностьта 1Р"=/2. R=0 51V7.
Задача 122. Единъ волмЪръ дава най голЪмото си отклонение когато презъ него протече 002Л; съпротивлението му g-1000Q. Какво допълнително г трЪбва да се включи последователно на волтм-fepa за да изм-Ьрва до 100 V? Решение: Най-год-Ьмото напрежение, което измЪрва волтм-fepa е V=J.g. = 002 Л . 1000Q=20V; Отъ формулата 100У=201/&^^ намираме r=4000Q. Понеже Vi=V .К гдето Vi е 100V, V=20V, а £=5, всЪко д-Ьление на волтм-fepa ще показва 5 пжти повече.
Задача 123. Единъ ампермЪръ съ Ra =100Q е шунти-100
ранъ съ съпротивление £s = egg--- Допустимата сила на токъ-
203.
презъ амперм-fepa е за всЕко деление 1а =0’001 А Какъвъ токъ измЕрва амперм-fepa когато стрелката се отклони на 50 деления и колко показва всЬко деление? Решение: Когато ам-nepMfepa се е отклонилъ на 50 дЕления, презъ него (презъ /?а ) минава /а&= 0’00Ы .50=005А Постоянного число k на ам-'р. >о 100+^°-
пермЕра (wz.68) е k =‘—-------=-----— = 1000. Общи*
S 999
ятъ токъ I, който измЕрва амперм-fepa е /=/а . &=005А 100= =50А всЕко дЕление ще измЕрва 1 А.
Задача 124. Единъ волтмЕръ съ скала до 25V има съпротивление £=500 Q. Какви числа трЕбва да се надпишатъ на мЕстата на старитЕ върху скалата (циферблата), ако на сжщия се включи последователно съпротивление г = 500 Q Решение. Числото k, съ което се увеличава измЕряемостьта £-R 5C0Q 500Q
на инструмента е ——=-------— ------=2. ВсЕко дЕление ще
50012
показва двойно по-високо напрежение.
Задача 125. Докажете, че съ два еднофазни ватмЕри може да се измЕри мощностьта на една несиметрична трифаз* на система. Решение. Тр-Ьбва да докажемъ, че W=h (Vi—IA) 4-/3 (14—IA)—фиг. 1Аб. Знаемъ, че мощностьта на една трифазна несиметрична система въ всЕки моментъ е IV= Z!. Vi + z2. 1А-ф/з • IA гдето V и i сж моментнитЕ стойности. Споредъ първия принципъ на Кирхофъ й-ф/а-ф/'з = 0 и следователно А=—й—/з=—(Дф/'з). ЗамЕстваме въ израза за IV и получаваме W=ii.Vi—(й-ф/’з) IA4-/3. 1А=й. Vi—й. IА—1А./84-/з1б3 =/1 (Ц—!А)+/‘з (IA—1А) — това, което искахме да докажемъ.
ЧАСТЬ III
ЕЛЕКТРИЧЕСКИ МАШИНИ.
IX. Динамомашини за правъ токъ..
76. Общи сведения за електр. машини.
Всгъка машина, която произвежда или консумира електрически токъ се нарича електрическа. ЕлектрическитЪ машини се дЪлятъ на две голЪми групп: електропроизводители и електродвигатели.
Електропроизводителнипиъ машини (генератора) пре-връщатъ механическата енергия въ електрическа. ТЪхното действие почива върху принципа на електромагнитната индукция; тЪхната е. д. сила се образува вследствие пресичането на магнитното силово поле отъ една система отъ проводници. Това става обикновено чрезъ въртеливо движение. Меха-ническия двигатель, чиято енергия се превръща въ електрическа и който върти подвижната часть на машината може да бжде най-различенъ: парна или водна турбина, бензиновъ или дизеловъ моторъ и пр.
Всички електропроизводителни машини се състоятъ отъ една система, която дава магнитното силово поле, втора система, въ която се индуктира е. д. сила и трета система, която събира индуктираната е. д. сила и чрезъ която машината се свръзва съ външната електрическа верига.
ЕлектропроизводителнитЪ машини се наричатъ още динамомашини-, по-често подъ динамомашини се разбирать производители тгь на постояненъ токъ, а подъ алтернатори — производителитп, на промгънливъ токъ (динамомашини за промЪнливъ токъ).
ЕлектродвигателитЕ (електромоторитгь) превръщатъ електрическата енергия въ механически. Принципътъ, на конто се дължи гЬхното действие е пораждането на механи-ческа сила вследствие взаимодействието между две магнитни полета, безразлично дали и дветЪ сж създадени отъ.
206
електрическия токъ, или едното се образува отъ постоян-ни магнити. Имаме различии видове мотсри: за пост, и промЪнливъ токъ, синхронии и асихронни и пр Въ всич-ки електромотори имаме подвижна часть, чийто въртеливъ моментъ се поражда поради електрическата енергия, кон-сумирана отъ мотора; този въртеливъ моментъ задвижва различии маш-1ни, конто отъ своя страна извършватъ же-ланата механическа работа (движение на оси, триони, пом-пи, различии машини и пр.)
Тукь тр-Ьбва да споменемъ за още една голЪма трупа електрически машина, конто само преработватъ електрическата енергия: тгъзи машини ск трансформаторитгъ, умформгърштъ и токоизправителитгъ. ТЪ само видоизмЪнятъ основнит’Ь елементи на електрическата енергия (напреже-нието и тока) и я правятъ по този начинъ по-удобна за пренасяне или за използуване.
77. Общо устройство на една динамомашина.
Въ т. 40 разгледахме какъ се получава е. д. сила въ спирала, която се върти въ еднородно магнитно поле. Получена-та е. д. сила е синусоидална; тя обаче може да се „изправи“. За тази цель служи
колекторъ - комута- • тора.
Колект оръ- комута-торътъ на фиг. 152 се състои отъ два по-лупръстени А и Б, изолирани помежду си, конто сж непод
Фиг. 152
вижно закрепени за
спиралата и при движението си триятъ две четки. Въ момента, когато е. д. сила е нула, контактитЪ между полупръсте-нитЬ и четкитЪ се смЪнятъ; това става при всЪко полузавър-тане на спиралата. Въ резултатъ, е. д. сила запазва спрЪмо външната верига една и сжща посока, макаръ че тя мЪни своя-та посока въ продължение на едно завъртане (единъ периодъ).
Получената е. д. сила и токътъ, конто тя кара да те-че, сл пулсиращи, понеже еднитЪ полупериоди сж преобър-
207
пати и е. д. сила въ външната верига тече само въ една посока като отъ нула почва да расте, стига найгол-Ьмата си стойность, следъ това намалява, става отново нула и т. н. (фиг. 152 б).
За да се направягъ колебанията на пулсиращия токъ яо-малки, поставить нЬколко проводници, разположени на известенъ жгълъ (неподвижно) единъ спрЬмо други; е. д.
сила на всЬки проводникъ се изправя и се влива въ общата външна верига. ПолученитЬ е. д. сили се сумиратъ На фиг. 153 е означена диаграмата на е. д. сила, която се е получила отъ събирането на е. д. сили, обра-зувани въ 2 спирали, които сж поставени на 901 една спрЬмо друга.
линии въ динамомашинитЬ обик
новено се получаватъ чрезъ електромагнити, а много рЬд-ко—чрезъ обикновени магнити. ТЬ образуватъ статора т. е. неподвижната часть на динамомашината (фиг. 154). ПроводницигЬ, въ които се индуктира е. д. сила сж намотани върху подвижната часть на динамомашината, наречена роторъ- тЬ сж нераздЬлна часть отъ ротора.
Колекторъ-комутаторътъ (накратко колекторъ) се нарича така, понеже одновременно събира индуктиранитЪ е, д. сили и ги превръща отъ промЬнливи въ една единст-вена пулсираща е. д. сила.
Състои се отъ неподвижна часть — четкигЬ и подвижна часть—сегментитЪ, които сж свързани неподвижно съ проводницигЬ.
фиг. 153
МагнитнитЬ силови
'8. Устройство на статора; видове динамомаши-ни споредъ възбуждането.
Статорътъ е двуполюсенъ или многополюсенъ (четири— шесть полюсенъ и т. н.) Следъ всЬки N полюсь следва 5 полюсь. Въ една четириполюсна машина, намоткитп на ротора при едно завъртане сгъкатъ четири пжти силовитп личин. При еднакви въртения, образуваната е. д. сила въ чети-
208
риполюсната машина ще бжде 'двойно по голема отколкото
СТЯТОРЬ
ВЮБУА
ПОЛ
СПои
сьрдценинн
Фиг. 154
въ двуполюсната; поради това, почти винаги се предпочитать. многополюснитЪ статори.
Статорътъ се състои отъ сърдцевина, кожухъ и полюси (фиг. 154). Сърдцевината е направена отъ чугунъ или отъ спе-циална лЪта стомана, която има голЪма магнитна проникваемость; формата й е обикновено пръстеновидна.
Отъ вжтрешната си страна, сърдцевината носи полюси-т-fe, които завършватъ съ полюсни наставки. Върху полюситгъ см навити възбудителнитгъ намотки т. е. намоткитгь, по конто протича токъ, необходимъ за създаване на магнитното поле. Този токъ се нарича възбудителенъ.
ПолюситЪ въ повечето случай сж нарЪзани за изб-Ьгва-не загубит^, вследствие токоветЪ на Фуко.
ПолюснитЪ наставки служатъ, за да направятъ магнитното поле по-еднородно и да намалятъ пръскането му.
209
ПолюситЪ се прикрепятъ къмъ сьрдцевината по различии начини (фиг. 155): съ витла, въ форма на ластовича опашка и др.
Фиг, 155
ПолюснитЪ наставки обикнсвено се закрепватъ въ форма на ластовича опашка или съ витла.
Когато полюснит-fc наставки не ,могатъ да се отдЪлятъ отъ полюсит-fc, последнит’Ь трЪбва да могатъ лесно да се сне-матъ отъ сьрдцевината; така възбудителнит-fc намотки лесно сё нахлузватъ върху полюсигЬ, следъ като сж били навити предварително на калъпи.
Възбудителниятъ токъ въ динамомашинитгъ се взема или отъ външенъ източникъ, или отъ самата машина. Въ първия случай се казва, че машината е съ независимо (чуждо) възбуждане (фиг. 156); възбудителниятъ токъ се взема отъ аку-мулаторни батерии или отъ други машини за постояненъ токъ.
Когато динамомашината сама дава ну-ждния възбудителенъ токъ, казва се, че тя |
се самовъзбужда. Въ този случай се използу- •*> ИуХ ва остатъчния магнитизъмъ на полюситЪ, ос- ~ а( ) таналъ следъ първото пускане на машината Т ? 7+ -(чрезъ чуждо възбуждане) Образуваната много слаба е. д. сила въ намоткитЪ на ротора Фиг. 156 кара да протече слабъ токъ презъ възбуди-телнит"Ь намотки; този токъ усилва магнитното поле на статора, вследствие на което се усилва индуктираната въ ротора е. д. сила. Така постепенно се усилва и възбудителния токъ и е.д. сила въ машината, до като се създаде желаното магнитно силово поле, което (както ще видимъ) може да се регулира.
Споредъ това, какъ ск свързани възбудителнитп> намотки съ намоткитгь на ротора, различаваме: динамомашини съ последователно възбуждане, динамомашини съ па-ралелно възбуждане и динамомашини съ смгьсено възбуждане.
14
210
При динамомашинитп съ последователно възбуждане (серийни машини— фиг. 157) възбудителнитп намотки см свързани последователно съ намоткитп на ротора: сжщиятъ токъ, който тече презъ намоткитЬ на ротора, тече и въ вън-шната верига, и въ възбудителнитЪ намотки. Поради това, поспеднитЪ се правятъ дебели, съ малко спирали и много малко вжтрешно съпротивление.
При динамомашинитп съ паралелно възбуждане (шун-тови машини—фиг. 158), възбудителнитгь намотки см. свързани паралелно съ намоткитп на ротора-, презъ тЪхъ минава часть отъ тока, който отива въ вжтрешната верига. Този токъ не върши работа, а само създава магнитно поле. За да се избЪгне отклоняването на силенъ токъ отъ външната верига, възбудителнитп намотки се правятъ тънки и съ го-лпмо омическо съпротивление; за да се получи необходимого количество силово
поле, правятъ се съ много спирали, така че ампернамоткитЪ да бждатъ толкова, колкото сж необхо-дими (малка сила на
токъ — много намот- . . 1СО .
Фиг. 157 Фиг. 158 Фиг. 159
ки). Обикновено, при па-
ралелното възбуждане се изразходва 1%—5°/0 отъ общия токъ.
При динамомашинитп съ смпсено възбуждане (компа-ундъ машини—машини съ двойно възбуждане—фиг. 159), ед-
на часть отъ възбудителнитп намотки см свързани паралелно, а друга часть—последователно съ намоткитп на ротора- главного възбуждане става чрезъ паралелнитЪ намотки.
79. Устройство на ротора и на колектора.
Роторъ. Служи за закрепване на въртящитЪ се намотки, въ които се индуктира е. д. сила. Освенъ тази задача, ротора изпълнява и друга, не по-малка важна: намалява съпротивлението на магнитната верига и направлява магнитния потокъ въ определена посока.
ГлавнитЬ части на ротора сж: желЪзна сърдцевина и намотки.
211
Сърдцевина. Прави се почти винаги отъ отдЪлни, изоли-рани единъ отъ другъ жел^зни листове, При по-малкитЬ -машини отд-Ьпнит-Ь листове представляватъ цЪли парчета, които се изр-Ьзватъ изц-Ьло и следъ това, съ помощьта на изолирани витла се затЪгатъ и образуватъ цилиндъръ съ отворъ въ срЪдата; осьта на ротора минава презъ този именно отворъ.
При по-голЬмит-Ь машини се изр-Ьзватъ отд-Ьлни сег-менти, които, подобно наплатитЪ на колело, се придър-жатъ къмъ специална главина поср^дствомъ желЪз-ни спи-ци (фиг. 154). Осьта на ротора минава презъ главината. Спицит-b и главината се правятъ масивни—отъ стомана или чугунъ, а сегментит-fa сж отъ отдЪлни изолирани единъ отъ други листове; листоветЪ сж дебели 0’5—0-3 мм., а изолацията по между имъ е или отъ специаленъ лзкъ, или стъ парафинирана хартия (дебела около */10 отъ дебелината на листоветЬ).
Върху външната повърхнина на ротора се правятъ каналитё за намоткитЪ. ПоследнитЪ сж отворена, затворена или полуотворена (фиг. 160). Съ поставяне на намотайте въ каналит-fe се намалява много въздушната междина между ротора и статора и по този начинъ се намалява съпротивлението на магнитната верига, Ос-венъ това, намоткигЬ мо-гагъ да се изолиратъ и запазятъ много по-добре, когато сж въ канали.
Отъ трите вида канали, отворенитЪ позволяватъ удобно навиване на намотайте отдЪлно—върху специални ка-лъпи и поставянето имъ върху ротора направо; при техъ обаче, магнитните силови линии се стремятъ къмъ поле-тата (не къмъ браздигЬ) и се получава неравномерность въ разпред-Ьлението имъ, а отъ това се получава е. д. сила, която не е точно синусоидална. Освенъ това, намот-ките се задържатъ трудно въ каналигЬ, понеже при вър-тението се получава голЪма центробЪжна сила, която се «стреми да ги изтласка навънъ.
212
ЗатворенигЬ канали иматъ свойства противоположни на току-що описанитЬ: магнитного поле е еднородно, центро-бъжната сила не може да изхвърли намоткитЪ, обаче сжщи-тЪ се навивать и изолиратъ вжтре въ каналитЪ много трудно..
Най-често се употрЪбяватъ полуотворенитЬ канали. При тЬхъ намоткит’Ь се прикрепватъ въ каналитЬ много добре съ помощьта на дървени клинове; освенъ това и rfe могатъ да
се намотаватъ предварително върху калъпи.
Намотки. Править се отъ начини за намотаване: пръсте-новиденъ и барабаненъ.
Пръстеновидниятъ начинъ (фиг. 161) днесь е почти изо-ставень, понеже полезна е само
чиста медь. Различаваме два
външната часть на намоткате: са- . ..... .
Фиг. 161 Фиг. 162
мо въ нея се индуктира е. д. сила.
При барабанного намотаване (фиг. 162), проводницйгЬ ми-
наватъ само по повърхнината на сьрдцевината и се съединя-вать помежду си чрезъ странични проводници. Само при това намотаване е възможно да се приготвятъ намоткитЬ върху калъпи и следъ това да се поставятъ изцкло върху ротора. Това поефтинява значително машината и позволява сжщата
да се поправи много лесно, когато стане нужда.
При барабанного намотаване, полезнигЬ проводници могатъ да се свръзватъ различно и споредъ това различаватъ различии видове намотки. ОсновнитЪ видове сж спирално (за-творено) намотаване и вълнообразно (отворено) намотаване.
Фиг. 163
Фиг. 164
И при двата вида намотки проводницитЪ се съединявагь помежду си така, че посокитЬ на е. д. сили, индуктирани въ. вскки проводникъ, да съвпадатъ.
213
свържемъ
Фиг. 165
На фип 163 е показана схематично една четириполюсна динамомашина съ спирално намотване, а на фиг. 164 е показана сжщата, разгъната въ една плоскость заедно съ колек-тора и полюситЪ.
/Ако се проследи пжтя на тока при включена външна верига, вижда се, че всички е. д. сили въ веригата действуватъ въ една и сжща посока, когато външната верига е включена. положителнит-fe четки въ общъ -ф и от-рицателнигЬ въ общъ —, цЪлата верига на намоткит-fe ще бжде означена-та на фиг. 165; намира се, като се тръгва отъ коя да е четка.
Тази намотка се нарича оше па-ралелна; при- нея всгьки роторъ има толкова паралелни вериги, колкото с,у. четкитгь на машината.
показана схематично една четириполюсна
На фиг. 166
е
Фиг. 166
динамомашина съ отворено
казана сжщата, разгъната въ една плоскость съ колекто-ра и полюсит-fe. Всички проводници сж свързани помеж-. ду си последователно и за-ради това намотката се нарича още последоватепна. Ро-торътъ представлява само две вжтрешни вериги, независимо отъ броя на проводницигЬ.
намотаване, а на фиг. 167 е по-
Фиг. 16&
На фиг. 168 се вижда ротора на малка динамомашина, който е намотанъ предварително върху калъпи. ПръстенитЪ,
214
Фиг. 169
които се виждатъ отгоре, служатъ за да задържатъ пс-добре-намоткитЪ на ротора.
На фиг. 169 се вижда роторъ, койтоенамотанъ на ржка.
За да мсгатъ да се свър-жатъ проводницитЪ спирал-но или отворено, требва да се спазватъ неколко правила.
Освенъ тези две основ-ни намотавания, въ практика-та се употребяватъ и съче-тания отъ сжщите, така че се получаватъ множество разновидности.
Колекторъ. Нарича се Състои се отъ колекторъ и
Колекторътъ (фиг. 170) е направенъ отъ сегменти отъ твърда медь, които сж изолирани помежду си и сж монтирани върху една корона. Всеки сегментъ е по-високъ въ задна-та си часть, за по-удобно свръзване съ намот-ките; свръзването става съ запойка.
Фиг. 170 г
Колекторътъ се свръзва неподвижно съ
още колекторъ — комутаторъ. отъ четки.
ротора и се върти заедно съ него.
Четкшпгь се правятъ обикновенно отъ въгленъ (графитъ) и се допиратъ леко върху колектора, когото триятъ. За да могатъ да се държатъ и за да се регулира техното налегане, те се монтиратъ върху специални четко-държатели, които сж снабдени съ пружини, Специално приспособление позво-лява изместването на четко-държателите върху колектора.
Четките требва да сж твърди, защото въ противенъ случай колектора се покрива съ тънъкъ слой въгленъ, който е причина да се явяватъ искри между сегментите му. Плос-костыа на допирането зависи отъ силата на тока, който протича презъ техъ; допуска се гжстота на тока 5—7Л/см.2.
Освенъ вжгленови четки, срещатъ се и медни; главного имъ неудобство е, че колектора се трие силно и се износва бързо.
Твърде много се употребяватъ медновжгленови четки» които се съетоятъ отъ вжгленъ, прегуванъ между големъ брой медни нишки.
215
80. Е. д. сила и коефициентъ на полезно действие на динамомашинитЬ.
Неутрална
Фиг. 171
е разделена отъ
линия. Да разгледаме динамомашината, представена схематично на фиг. 171; тя е двуполюсна съ пръстеновидно намота-ване, всЬка намотка е свързани съ единъ сегментъ отъ колектора.
Линията 00, която е перпендикулярна на магнитното поле се нарича неутрална; четкит-fe се разполагатъ именно върху тази линия.
Когато роторътъ се върти, въ спи-ралигЬ се индуктира е. д. сила, чиято посока лесно опредЪляме. ЦЪлата намотка четкитЪ на две половини и до като външна-
та верига е прекжсната, е. д. сили които се индуктиратъ въ дветЪ половини, взаимно сё неутрализиратъ: въ намоткитЬ
токъ не тече.
Когато външната верига се включи, дветЪ половини се явя-ватъ свързани помежду си паралелно спрямо сжщата (фиг. 172).
Най голпма е. д. сила на полюситп на ма •
шината имаме тогава, когато четкитгь ел точно въ неутралната линия-, ако rb се из-мЪстятъ въ друга линия, въ една часть отъ спиралигЬ се индуктира е. д. сила съ посока, противна на посоката въ останалигЬ спирали (които сж свързани последователно). Така об-
Фиг. 172
щата е. д. сила се намалява толкова повече, колкото четкитТ се разполагатъ по-близо до осьта на магнитното силово поле (N S).
Четириполюсната машина може да се разглежда като съставена отъ две двуполюсни: посоката на индуктираната е. д. сила се измЪня четири пжти при едно завъртане, следова-телно необходими сж 4 четки, които се редуватъ положител-ни съ отрицателни и се разполагатъ на дветЬ неутрални линии; намотката представлява четири вжтрешни вериги, свързани паралелно помежду си.
Нко означимъ съ 2р броя на магнитнитЬ полюси, при паралелното намотаване сж нуждни 2р броя четки, а броятъ
216
на вжтрешнитЪ вериги, конто сж свързани помежду си пара-лелно, е сжщо 2р.
При последователното намотаване сж достатъчни счмо две четки, независимо отъ броя на полюситЬ.
Е. д. сила на динамомашинитЪ. Е. д. сила е, която се индуктира въ единъ проводникъ на ротора, ако динамо-машината има 2р полюзи, ще бжде е~2р.п.Ф, гдето п е броя на въртенията въ 1 сек., а Ф е магнитния потокъ; е е въ абсолютен единици.
Rko роторътъ се състои отъ N проводници, конто сж свързани последователно, общата е. д. с.ила ще бжде Е—2рпФ. N; за да се получи Е въ волта, тр'Ьбва да умно-жимъ Е съ 10_8: Е=2р. п.Ег.Ф. А0~8 волта.
Споредъ начина на намотаването и вида на машината 2р и N ще бждатъ различии. Ето защо, за коя да е динамо-машина можемъ да напишемъ
E=k.n. Ф волта. (61)
гдето k е коефициентъ, конто зависи отъ типа и фабрич-нигЬ данни на динамомашината, п е броятъ на въртенията въ сек, а Ф е магнитния потокъ на статора (коефициентътъ k съдържа и числого 10~8).
Отъ формула 61 виждаме, че произведената отъ една динамомашина е. д. сила, можемъ да у ее личи иъ като действуваме или на оборотитгъ, или, на магнитното поле, произвеждано отъ възбудителния токъ (к е фабриченъ коефициентъ и не можемъ да го измЪняме). Най често се действу за върху полето Ф, понеже оборотитЪ зависятъ отъ мотора, конто движи машината.
Относно формата на произведената отъ динамомашини-rb е. д. сила казахме, че тя е толкова по-постоянна, колкото по-вече намотки има сжщата; практически, тя е почти постоянна, следователно и токътъ, който протича поради нейното действие, е почти постояненъ.
Произведената е. д. сила Е отъ една динамомашина въ практиката е винаги по-еолгъма отъ напрежението V на по-люситп й. Причината за това е, че когато включимъ външ-ната верига, презъ намоткитЬ на ротора протича токъ, поради което часть отъ Е се разходва въ падение на напрежение. Яко означимъ съ гв вжтрешното съпротивление на динамома-
217
шината, тогава полюсното напрежение V на динамомашина-та ще бжде
V = E — J.rB (62)
Сходството между динамомашинитк и галваническитк елементи на това отношение е пълно. Падението на напрежение J.rB въ динамомашината е обикновено малко (гв е много малко). Eke пакъ, развива се топлина, която ако не се отвежца, поврежда изолацията. За охлаждане на динамо-машинитъ се оставятъ канали и се монтиратъ венгилато-ри. Малкитк динамомашини се правятъ полузатворени или отворени, т. е, дветк страни на ротора и колектора се оставятъ открити; при въртенето на машината става есгест-вено охлаждане. При но голкмитк и работящи въ прашни помещения динамомашини, тклата имъ сж напълно затво-рени и смкняването на затопления въздухъ става чрезъ изкуствена вентилация
Коефициенть на полезно действие. Въ вскка динамомашина различаваме обща електрическа и полезна електрическа мощности.
Общата електрическа мощность IFO е тази, която развива динамомашината; тя е равна на полезната мощность плюсъ мощностьта, която се губи въ самата машини: за възбуждане, въ намоткитк на статора и т. н.
Полезна мощность Wn е тази, която се използува въ външната верига; тя е равна на произведението отъ напрежението на четкитк V, по тока въ линията I.
Подъ електрически коефщиенпгъ на полезно действие Ч1е се разбира отношението между полезната и общата елек-
Wn трическа мощности: т1е = .
И/О
Въ практиката по голкмо значение се отдава на общим, коефициенть на полезно действие т], който е равенъ на отношението между полезната електрическа мощность И7П и общата мощность W, която е необходима за действието на динамомашината:
_ 1ГП W
Явно е, че общата мощность е равна на сбора отъ полезната електрическа мощность и загубитгь въ динамома шината. Ткзи загуби сж: механически (WK), електрически
218
(или загуби въ медьта—1%и) й магнитни (загуби въ желТ-зото — 1%е).
Механическитгь загуби се дължатъ на триенето въ ла-геритТ, съпротивлението на въздуха при въртенето на ротора, сътресенията и пр.
Електрическитгь загуби сж загубит^ вследствие разви-ване на топлина при протичането на тока въ намоткит^з на ротора, искригЬ въ колектора и пр.
Загубите въ желгьзото се дължатъ на токовет-fe на Фуко, магнитния хистерезисъ и поради пръскане на магнитното силово поле.
Следователно, можемъ да напишемъ:
6631
11 U7n-|-U7M-|-trCu-bU7Fe ' ;
Обшиятъ коефициентъ на полезно действие I] на вск-ка динамомашина зависи преди всичко отъ нейната неправа. Той зависи сжщо така и отъ използуването й; колкото пс-близко до нормалната й мощность я натоварваме» толкова го високъ е 1].
При едчакви други условия TJ расте за по-голТ миз t динамомашини: за по-гол'Ьмит’Ь мощности достига 90 95", о,, а за малкит-b спада до 75—80%.
81. Противодействие (реакция) на котвата.
Магнитки полета въ динамомашинитп. При изучава-не на динамомашинитЪ, досега разглежцахме само магнитното поле, което се създава отъ електромагнититЪ. Това поле се нарича главно-, неговата посока съвпада съ осьта на маг-нититЪ (фиг. 173).
Когато въ ротора не тече токъ, въ динамомашината сж-ществува само това поле. Когато презъ намоткитЬ на ротора тече токъ (външната верига е затворена), проводницитЪ на ротора създаватъ друго поле—роторно магнитно поле, нарича-но още реакционно магнитно поле.
На фиг. 174 е означено това поле при предположение,,, че главното поле не сжществува. Въ действителность оба-че двегЬ полета се събиратъ и давать едно общо—резултат-но поле, означено на фиг. 175.
219'
Вижда се, че реакционного поле има^посска, противна, на посоката на главного въ първата половина на всЪки по-
люсь и съвпадаща въ другата половина на полюса. Така че главного поле се гвърде много видоизм'Ьнява; то се изкривява. Новата неутрална линия е показаната съ пунктиръ на фиг. 175.
Трит’Ь магнитни полета на една двуполюсна машина сж начертани на фиг. 176. Ф], е главного мггн. поле; Фи е ротор-
ното магн. поле; Ф е резултатното магнитно поле — сборъ отъ Фт и Ф>.
Вижда се какъ Фг е противоположно на главного магн. поле Ф1 въ първата половина на всЬки полюсь и съвпада съ негр (усилва го) въ втсра-та половина.
Rko машината е много полюсна,
Фиг. 176
начертанит-fe графики на полетата (фиг. 176) ще се повторять толкова пжти, колкото чифта полюси има
машината.
Противодействие (реакция). Нко се сставятъ четкит'Ь върху старата неутральа линия 00, въ една часть отъ спиралитЬ (включени между О и О'- фиг. 177) се ин-дуктира е. д. сила съ посока, обратна на посоката въ другитЪ спирали, съ конто тази часть е свързана псследователно. Тази е. д. сила противодействува на останалата часть и я отслабва. Като резултатъ отъ това от-
Фиг. 177
слабване, машината не дава най-голимого напрежение, което би трЪбвало да даде на своит^ полюси.
-22и
Това явление на пръвъ погледъ изглежда че би се отстранило най-лесно, като се измЪстятъ четкитЪ въ новата неутрална линия. Това обаче е много трудно практически, понеже тази линия постоянно мЪни своето мЪсто: външниятъ товаръ постоянно се мЪни т. е. изм-Ьня се тока въ ротора; а да се измпня силата на тока въ ротора е все едно да се из-мгьня силата. на реакциончото поле и следователно, да се измгъня резултатното магнитно поле.
Приб-Ьгвали сж и до други ср-Ьдсгва за изб-Ьгване вред-ното влияние на реакционно™ магнитно поле, които н^ма да разглаждаме, понеже днесь почти сж изоставени. Най-добро-то средство противъ противодействие™ на котвата е употрЪ-бата на спомагателни полюси и спомагателни намотки.
82. Искру ване (комутация) въ четкитЬ.
Кжсо съединение (комутация) вь колекторДруго неприятно и вредно явление въ динамомашинитЬ е кжсото съединение въ. колектора, наричано още комутиране или
искруване.
Да разгледаме една спирала а отъ ротора, заедно съ
сегментитЪ 2 и 3 на колектора, (фиг. 178).
Когато четката допира до сегмента 2 потока идва отъ две страни и има сгойность-|-гн (фиг. 178). Когато спиралата е дадена на кжсо (четката допира едновременно двата сигмгнта 2 и 3), ма-каръче е върху неутралната линия,
съ които тя е свързана
Фиг. 178
понеже спиралата има
токътъ-ф zH не престава изведнажъ,
самоиндукция L. Създава се противо е. д. сила, която не поз-
волява на -ф zH да престане изведнажъ, а подържа неговото постепенно отслабване (съгласно закона на Ленцъ—фиг. 179— кривата 7). Колкото по голема е £ на спиралата, толкова по-бавно намалява -ф/н.
Когато четката изостави сегмента 2 и почне да трие сегмента 3, презъ спи-
Фиг. 179
ралата трЪбва да протече токъ — zH т. е. силенъ токъ, съ посока—, противна на-ф/Н1 Това мигновенно изменение на тока
221
отъ отслабналъ -J-zH на—/н предизвиква пораждането на голема противо е. д. сила въ спиралата. Сжщевременно нейно-то индуктивно съпротивление силно се увеличава и токътъ —/н намира за по-удобно да скочи въ четката презъ въздуха (отъ сегмента 2 до четката, която въ момента трие сегмента 3) вмЬсто да мине презъ спиралата.
Така се явяватъ силни искри, които прескачатъ между сегментигЬ и четката. ТТзи искри скоро разрушаватъ четкитЪ и колектора.
Това именно явление се нарича комутиране или искру-ване, искрообразуване. То е придружено още отъ редица други, по незначителни явления, които го усложняватъ твърде много.
Най-правилниятъ начинъ да се отстрани това явление ще бжде, като се намали самоиндукцията на спиралата и като се изб^гне това бързо измЪняване силата на тока въ сжщата отъ -f-/H на нула и веднага следъ това на—/н.
Това ще се постигне, ако тока, вместо да се измени по. кривата 7, се изм-Ьняше по кривата-2 ('фиг. 179).
ПремЪстването на четкитЪ малко по-напредъ (въ посоката на въртенето) отъ неутралната ось е ефикасенъ лЪкъ про-тивъ комутирането. Въ такъвъ случай, още преди да е дошла четката върху сегмента 2, въ спиралата а ще има е. д. сила съ посока, еднаква съ тази на—7Н Тогава неудобството се изб-Ьгва, понеже н-Ьма да става мигновенно изменение на тока отъф-/н на—7Н. Практически, четкигЬ тр-Ьбва да се мТс-тятъ до като искруването престане.
Пром-Ьнливиятъ външенъ товаръ обаче предизвиква постоянно м-Ьстене на четкигЬ, което не е удобно.
Тукъ тркбва да споменемъ, че четкитгь трпбва да се правятъ винаги по-широки, отколкото е изолацията между сегментигшъ на колектора. По такъвъ начинъ се намалява искрообразуването; защото при по-тЬсни четки н-Ьма да има непрекжснато протичане на токъ, а веригата постоянно ще се прекжсва.
83. Спомагателни полюси и намотки.
Спомагателни полюси. Между многото средства, които сж употр-Ьбявани за да се отстрани противодействието на котвата и комутирането, най-практично се е указало употр-fe-бата на спомагателни полюси.
222
ТТзи полюси сж малки електромагнити, конто се разпо-лагатъ между главнитЬ полюси (фиг. 154 и 180).
Тгъ ся. едноименни съ полюситп, конто га предшеству-ватъ и презъ намоткитп имъ протича цгьлия токъ на ди
намо машината.
Фиг. 180
Магнитниятъ потокъ, създаденъ отъ спомагателнитЪ полюси, когато Tfe сж пре-смТтнаги добре, неутрализира роторното магнитно поле. Колкото протичащиятъ токъ е по силенъ, толкова по-силни сж двегк полета (роторното и допълнителного—създа-дено отъ спомагателнитЪ полюси), така, че ть винаги се унищожаватъ автоматично. Въ
такъвъ случай четкитЬ тр-Ьбва да си останатъ въ първона-чалната неутрална линия О О (фиг. 171)
За да се унищожи комутирането, спомагателнитЬ полюси се възбуждатъ малко по-силно, отколкото това е необходимо за отстраняването на противодействието на котвата. По
този начинъ въ неутралната линия .сжществува магнитенъ 'потокъ, който произвежда въ дадената на кжсо спирала е. д. сила; тази е. д. сила е достатъчна за да неутрализира проти-во е. д. сила въ сжщата, (която забавя отслабването наф-/н. ) Когато външния товаръ нараства (нараства протичащия тю намотката токъ), явленията реакция и искруване сжщо се усилватъ. Тъй като презъ спомагателнит-fe полюси преминава сжщия токъ, нараства сжщевременно и магнитния потокъ, създаденъ отъ тЬзи полюси. Този потокъ при добро пресм-Ьтане на машината напълно неутрализира причинит^ за реакцията и за ис-круването.
Спомагателни намотки. Спомагателни-тТ полюси не могатъ да унищожатъ напълно роторното магнитно поле; това поле остава въ въздушната междина (между ротора и статора) и въ по гол-ЬмигЬ машини предизвиква нера • вном-Ьрно индуктиране на е. д. сила.
За да се отстрани напълно роторното магнитно поле, въ нЪкои машини (обикновено въ по-мощнитЬ) прибЪгватъ къмъ спомагателни намотки (фиг. 181). ТЪзи намотки се раз- полагатъ върху вжтрешнитЬ страни на магнитнигЬ полюси и
Фиг. 181
23
Т1резъ гЬхъ минава тока на динамомашината. Те сж така раз-яетени, че произвеждатъ магнитенъ потокъ, който унищожа-ва роторния магнитенъ потокъ.
Въ голЪмигЬ модерни машини често се употребяватъ спомагателнигЬ полюси наредъ съ спомагателнитЬ намотки; въ тЪзи машини реакцията и комутирането се избегватъ напълно.
84. Характеристики на динамомашинитЬ.
Въ т. 78 видЪхме, че динамомашинитЬ споредъ начина на т-Ьхното възбуждане се д’Ьлятъ на 4 вида: съ независимо •(чуждо), съ паралелно, съ последоватолно, и съ смЪсено възбуждане. При динамомашинитЕ съ независимо възбуждане, нема никаква свръзка между силата на възбудител--ния токъ и тока, който тече въ външната верига; при последователното възбуждане, възбудителния токъ и тока въ външната вёрига е единъ и сжщъ, така че всЬко изменение на сжщия се отразява върху главн то магнитно поле и следователно върху е. д сила на машината; при па-ралелното възбуждане, изменението на тока въ външната верига предизвиква незначително изменение на възбудителния токъ, понеже последния е малка часть отъ общий токъ.
Вижца се, че динамомашините съ различно възбуждане иматъ различии свойства. ТЪзи свойства требва да се знаятъ, за да се знаг кой вицъ динамомашина въ какъвъ случай е най-удобно да се употреби. Съединението на две или повече динамомашини за да работятъ въ една мрежа ще бжде различно споредъ типа на дина-момашините,
Свойствата на различните видове динамомашини се изучаватъ най добре графически,—чрезъ така нареченитЬ характеристики.
Характеристикитгь с ж криви, които показватъ наглед-но какъ се измгьнява е. д. сила, образувана въ динамомашината или напрежението на полюситгъ на сжщата, когато се измгьнявг силата на възбудителния токъ, или на тока въ външната верига (изменява се товара на динамомашината). Броятъ на оборотите се приема за постояненъ.
224
Основнит-fe характеристики на динамомашинит-fe сж:
1) Характеристика при празенъ ходъ (ненатоварена динамомашина), или характеристика на възбуждането: показва ни какъ расте образуваната е. д. сила £о въ динамомашината, когато расте възбудителния токъ г, а външния товаръ е нула,
2) Обща характеристика: показва ни какъ се измЪнява образуваната въ машината е. д. сила Е когато се изм-Ьня тока /, който минава презъ намоткитЪ на ротора, а скоростьта и възбуждането оставатъ постоянни. НЪкои автори наричатъ тази характеристика вятрешна.
3) Външна характеристика-, показва ни какъ си измЪня напрежението на полюситЬ V, когато се измЪня тока /л, пог-лъщанъ въ външната верига, а възбуждането и скоростьта не се изм-Ьнятъ. За практиката тази характеристика е най- важна.
Зависимостьта между Ео , Е и V, за които се отнасятъ тритЬ характеристики е следната:
Ео е е. д. сила въ ненатоварената машина. Тази е. д. сила е най-гол’Ьма и не се намалява отъ никакви загуби.
Е е е. д. сила, която се индуктира при натоварена ди1 намомашина; тя е по-малка отъ Ео, понеже загубит^ вследствие реакцията на ротора сж я намалили: Ео = Е -f- загуби поради реакция на ротора.
V е напрежението на полюситЪ на динамомашината; то се отличева отъ Е поради загубит^ въ намоткит-fe (поради съпротивлението на намоткигЬ): Ео = 1/-|-загуби на намотки-гЬ-|-загуби поради реакцията на ротора.
Всички характеристики се получаватъ опитно—чрезъ из-м^рване на полученитЪ Ео Е и V въ зависимость отъ i (въз-будителенъ токъ), 1 (токътъ, който минава презъ ротора) и 7Л (токътъ въ външната верига).
/
85. Динамомашини съ независимо (чуждо) възбуждане.
Характеристика при празенъ ходъ. Както вид’Ьхме., тази характеристика ни показва каква е зависимостьта между възбудителния токъ i и е. д. сила Ео, която се индуктира въ ненатоварената динамомашина. Дадена е на фиг. 182—въ n-fe-во отъ вертикалната ось. Получава се опитно като даваме все
225
по-гол'Ьми стойности на възбудителния токъ и чрезъ волт-мЪръ изм-Ьрваме каквз Ev съответствува на всЬка стойность
на i. Така се получаватъ редица точки, конто съединяваме и получаваме кривата (въ опред’Ьленъ мащабъ на-насяме по хоризонталната ось стой-ноститЪ на i въ амперъ, а по верти-калната ось нанасяме въ другъ мащабъ стойностите на Ео въ волтъ).
Характеристиката показва, че до известно време, когато се у величава възбудителния токъ I, расте и Ео ; следъ като i добие известна стойность, Ео почва да расте по-бавно и надъ известна стойность (на фиг. 182 тази стойность не е отбеля-зана) Ео престава да расте: достигнала се е до стойность на насищане, произведено е максималното магнитно силово поле Ф и по-нататыиното увеличаване на Ео чрезъ у величава-не на възбуждането не е възможно.
Обща характеристика. Тя се получава сжщо опитно, но за определена сила на възбудителния токъ напр, io (фиг. 182 въ десно-кривата Е). Показва ни при този възбудителенъ токъ какъ се изм-Ьнява е. д. сила Е на натоварената машина, когато тока въ външната верига 1п расте, или съ други ду-ми казано товара на динамомашината расте. Съ помощьта на тази крива, ние можемъ да намЪримъ каква е. д. сила Е има динамомашината за вс-Ьки външенъ товаръ (за всЬка стойность на тока въ линията 1Л ).
Виждаме, че Е постепенно намалява когато /л расте; причината е, че се получава все по големо падение на напре-жение поради реакцията на котвата.
Външна характеристика. Показва какъ пада полюсно-то напрежение V на динамомашината, когато расте товара (линейния токъ ). Получава се опитно и представлява една крива, която лежи подъ Е (фиг. 182) когато за V и за I сж употребени сжщите мащаби. Разликата между Е и V за всЬ-ка стойность на I (отчитаме я като отъ тази стойность на I издигнемъ перпендикуляръ докато пресече V и Е; получена-та отсечка отчитаме по съответния мащабъ на вертикалната ось) представлява падението на напрежение въ намоткитп> на ротора поради ттьхното омическо съпротивление (E=V-\-I.rB )
15
226
Външната харектеристика ни позволява въ всЬки моментъ да познаемъ какво съпротивление е включено въ външната верига. И наистина, за която и да е точка на характе-ординатата V „ ристиката важи равенството —-----------, —R. Значи ако въ
абцисата 1
дадения моментъ тече тока I, то външното съпротивление R на веригата се получава като раздЪлимъ съответното напрежение V на силата на тока /.
Когато изчезне външното съпротивление или стане много малко, казваме че машинами е дадено на кжсо (имаме кжсо съединение). Теоритично би трЪбвало I—VIR=V[O да стане безкрайно голЪмо. ОпититЬ показватъ, че това не става; както показва и външната характеристика, при кжсо съединение (/=/кс), напрежението на машината спада на нула, макаръ че общата е. д. сила на динамомашината не е нула.
Регулиране. Външната характеристика на тази машина показва, че когато товара / се увеличава, полюсното напрежение V остава почти постоянно; само следъ като товара 7 нарастне значително, И почва да спада по-чувствително. Зак-лючението е, че тази машина ще ни послужи много добре тамъ, кждето ни е необходимо почти постоянно напрежение.
Когато искаме да подържаме това напрежение въ известии граници Из и Hi (примерно между 220 волта и 200 волта) тр'Ьбва да прибЪгнемъ до нейното регулиране. Това регулиране се постига чрезъ възбудителния 'рео-статъ г (фиг. 18 3), който се включва последователно въ въз-будителната намотка (В//). На всЬка стой
ность на възбудителния токъ i (фиг. 184) отговаря една обща характеристика; така че като даваме на възбудителния токъ стойности 1, 2, 3 получаваме съответни характеристики 1, 2, 3. ВсЬка отъ ткзи характеристики ни служи за опред’Ь-ленъ външенъ товаръ (характеристиката 1—за товаръ отъ нула до 7i; характеристиката 2—за товаръ отъ Л до /з; характеристиката 3—за товаръ /з до /з). Така и при измЪняването на външния товаръ /, ние подържаме напрежението почти постоянно (удебелената загзаговидна линия на фиг. 184); чрезъ
Фиг. 184
227
по-бързото или по-бавно премкстване на реостата, минзваме по-5ързо отъ 1 на Р; отъ 2 на 2' и т. н.
УпотрЪбата на ткзи динамомашини е твърде ограничена (въ електрохимията, за много високи напрежения и др). При-чината е, че rfe искать отдЪленъ токоизточникъ за своего възбуждане. Отъ друга страна динамомашинитк съ паралелно възбуждане притежаватъ почти сжщитк свойства.
86. Динамомашини съ паралелно възбуждане.
Въ т-Ьзи динамомашини тока /, който тече въ намоткигк на ротора, когато стигне до четкитк, се раздкля на две: една часть 1п отива въ външната верига за да върши полезна работа; втора часть I отива въ възбудителнитк намотки и тамъ създава необходимого магнитно силово поле Ф; 1—1л ф-1. Напрежението на полюситк на динамомашината V е сжщото, което сжщеСтвува и на краищата на възбудителнитк намогки, чието съпротивление ще означимъ съ г (V=l„ — г).
Характеристика при празенъ ходъ. За да я получимъ практически тркбва да реализираме схемата, означена на фиг. 185; ключътъ k на външната верига оставаме отворенъ.
Фиг. 185
Строго погледнато и при празенъ ходъ имаме известна загуба на енергия въ намоткитк на ротора, гьй като презъ ткхъ протича възбудителния токъ I; практически обаче тЕзи загуби
сж за пренебрЕгване тъй като i е само 2—3° '0отъ стойность-та на общия токъ /, когато машинэта е натоварена.
Характеристиката има сжщия ходъ (£о — фиг. 184) как-то при динамомашинитк съ независимо възбуждане; всичко казано за ткхната характеристика важи и за тЕзи машини.
Външна характеристика. Общата характеристика почти не се различава отъ външната. Ето защо постжпваме къмъ разглеждането на тази последната.
Външната характеристика се получава чрезъ схемата на •фиг. 185, като включимъ k и постепенно изключваме съпротивлението R (увеличаваме външния товаръ /л ). Чрезъ съот*
228
ветни отчитания на V и /л и нанасянето имъ въ опредЪленъ мащабъ, получаваме кривата на фиг. 186 по точки.
Вижда се, че съ постепенного уве-г личаване на /„, полюсното напрежение
——v спада слабо; когато /л достигне една стой-
\ ) ность /к (/к критична стойность), едновре-
1х менно съ спадането на У, спадай линей-ния токъ /л. Критичната стойность на то-Фиг. 186 г
ка се получава, когато съпротивлението въ външната верига има стойность /?к =У//Кр Щомъ съпротивлението на външната верига спадне подъ тази стойность, напрежението на машината пада и възбуждането й изчезва.. За да си обяснимъ причината за това явление трЪбва да си припомнимъ устройството на този видъ динамомашини.
Когато външното съпротивление почне да намалява, /л се увеличава, увеличаватъ се загубит-fe въ намоткитЬ и полюсното напрежение V спада; съ спадането на V, спада и възбудителния токъ I, намалява Ф, намалява Еа, това влече ново спадане на V, на i и т. н. докато машината спре да
дава е. д. сила.
Регулиране. Като разгледаме внимателно външната характеристика на тази динамомашина виждаме, че тя работи въ
горната часть на характеристиката си така, както и динамомашината съ независимо възбуждане. Ето защо тя дава. почти постоянно напрежение за доста голимо изменение на външния токъ.
Фиг. 187
Въ практиката напрежението V се регулира въ известии граници (горна Vs и долна Vi) чрезъ регулиране на възбудителния й токъ. За дельта се употр-Ьбява реостатъ гв , наре-ченъ възбудителенъ (фиг. 187).
Възбудителниятъ реостатъ въ тгьзи динамомашини се включва винаги последователно.
УпотрЪба. Т-Ьзи машини даватъ почти постоянно напрежение. Въ практиката rb намиратъ най-голЪмо и почти единст-вено приложение: служатъ за пълнене на
акумулатори, въ галвано-техниката, като източникъ на постоянно напрежение въ електропроизводителни централи и пр.
229
87. Динамомашини съ последователно възбуждане.
Характеристики. Въ тЪзи машини, възбудителниятъ токъ 1 е еднакъвъ съ тока 1, конто тече въ ротора и съ тока /л
въ външната верига (1=1=1л ). Ето защо, хоризонталната ось « обща за тритЬ характеристики (фиг. 188).
Характеристиката при празенъ ходъ (Ео/) може да се
снеме само чрезъ употр'Ьба на чуждо възбуждане.
Общата и външната характеристики се получаватъ отъ характеристиката при празенъ ходъ чрезъ из-важдане на съответнитЪ загуби.
Отъ външната характеристика
виждаме, че когато /л се усилва, расте бързо и V; следъ ка
то /„ добие известна стойность, V остава постоянно, а следъ това, поради голЪмит-Ь загуби въ машината, когато 1„ се уве-личава, V почва да спада.
Регулиране. Отъ външната характеристика се вижда, че
тази машина
Фиг. 189
не може да дава въ мрежата постоянно напрежение V, ако външния товаръ се м^Ьни. Чрезъ изм-Ьняване на възбудителния токъ тя може да дава почти постояненъ токъ въ външната верига. Възбудителниятъ реостатъ гв тргъбеа да се включи паралелно на възбуждането (фиг. 189).
Употргьба. ТЬзи динамомашини почти не се употрЪбяватъ въ практиката, защото не мо-
тать да подържатъ постоянно напрежение въ линията.
88. Динамомашини съ смЪсено възбуждане.
Характеристики. Приближаватъ се повече до характе-ристикитЬ на динамомашинитЬ съ паралелно възбуждане, понеже паралелно включенитЬ ампернамотки сж повече, откол-кото последователно включенигЬ ампернамотки.
На фиг. 190 е показана формата на външната характеристика на гЬзи динамомашини. Последователното възбуждане компенсира (чрезъ образуване на по-голЪма е. д. сила)
230
загубит^ на напрежение и по този начинъ характеристиката остава хоризонтална за твърде голЪми из-мЬнения на /л (V остава почти напълно постоянно).
; \ .4 Регулиране. Става както при динамо-
Ь.. \ 'г. машинигЬ съ паралелно възбуждмне.
Употргьба. ТЬзи динамомашини обик-
Фиг. 190 новено се употр’Ьбяватъ тамъ, гдето товара бързо се измЬнява (електрически желЬзници); за обикновенитЪ нужди се предпочитатъ дина-момашинитЪ съ паралелно възбуждане, чието устройство е по - просто.
89. Съединяване за съвмЪстна работа.
Въ централитЪ, които произвеждатъ електрическа енергия, общата мощность обикновено се добива отъ нЬ-колко машини вмЬсто отъ една само. ПричинигЬ за упот-р-Ьбата на две или повече машини сж следнитЬ;
1 Когато се касае за годЬми количества енергия, не е възможно произвеждането имъ отъ една само машина;
2) Часть отъ машинитЬ сж резервни и се включватъ когато другата часть трЪбва да се преглеждатъ или рейс нтиратъ;
3) ИзмЬненията на товара се следватъ по-лесно и по-икономичнс; така напр. нощно време когато тс вара нама-лява, часть отъ машинитЬ се спиратъ, понеже тЪхната енергия е ненуждна.
Когато въ една централа трЪбва да работятъ едно-временно н^Ьколко машини за да захранватъ сЬ енергия една и сжща мрежа, налага се тЬ да се съединятъ (куп-лиратъ) за едновременна работа. Съединяването на маши-нитЬ става паралелно или последователно.
Паралелно съединение. Въ практиката най-често се свързватъ да работятъ динамомашинитп) съ паралелно възбуждане паралелно.
Предполегаме, че една машина е включена (фиг. 191) и искаме да включимъ втората машина. Машината 2, преди всичко трЬбва да има еднаква скорость и еднакво напрежение съ машината 1. Това провЬряваме като затворимъ пре-
231
кжсвача б; волтм-fepa V, включенъ паралелно на прекжсвача а тр-Ьбва да показва нула. Следъ като ___________
направимъ тази проверка, включваме а } 1 11 I ~
и съединението е готово. Нмперм-fe- ц X А--Ф
рътъ Л2 обаче н-Ьма да показва пре- | SL. |
минаване на тока; тр-Ьбва да усилимъ възбуждането на 2 и да отслабимъ възбуждането на 1 до тогава, до ка- Фиг. 191
то Ai и Ла показватъ еднакви стой-
ности (ако 1 и 2 сж съ еднакви мощности).
Веднажъ включването и регулирането извършени, дветЪ
машини автоматически взаимно си разпредЪлятъ товара при неговото изм-Ьнение. Казахме, че тЬхното свръзване е стабил-но. И действително, ако напр. динамо 1 (фиг. 191) ускори, въ него се образува по-високо полюсно напрежение V и протича токъ /, часть отъ който ще протече презъ динамо 2. Въ та-къвъ случай динамо 2, която е била по-бавна, се увлича понеже почва да действува като електромоторъ, а динамо 1 забавя хода си защото се натоварва повече отъ 2. Резултатътъ е, че двет-fe скорости се изравняватъ.
Въ известенъ случай напрежението на едната отъ паралелно работящит-fe динамомашини може да спадне твърде много. Тогава тази машина почва да работи като електромо
торъ и понеже вжтрешното й съпротивление е много малко,
поглъща силенъ токъ и дава почти на кжсо първата динамо-машина; последицата може да бжде изгаряне на предпазите-лит-fe, разваляне изолацията на намоткит-fe (понеже тече много силенъ токъ) и пр. За да се избЪгне това, обикновено въ ееригата на всгька динамомашина включватъ автоматиченъ прекжсвачъ, който изключва динамомашината щомъ по не я протече обратенъ токъ, който надвишава опредп>лената стойность,
За да се изключи динамомашината, постжпва се по обратенъ начинъ: намалява се нейното възбуждане до като давания отъ нея токъ спадне на нула и следъ това
се изключва отъ мрежата.
Последователно съединение. УпотрЪбява се много p-feflKO при динамомашинигЬ. При това свръзване, напре-женията на всички машини се събиратъ подобно на пос-ледователното свръзване на галваническит-fe елементи. То-
232
ва свръзване е нормално за динамомашини съ последователно възбуждане; и при него получаваме сгабилно действие; движущата се по-бавно машина бива увлечена отъ по-бързо движущата се и скороститЪ имь автоматически се изравняватъ.
Чоезъ такова свръзване могатъ да се получатъ на-прежения отъ нЪколко десетки хиляди волта, когато при обикновенит’Ь динамомашини. 3000—4000 волта е макси-малното полюсно напрежение (колектора се разваля толкова по-бързо, колкото по-високо е напрежението на динамомашината.)
90. Повреди и поправки на динамомашинитЪ.
ЕлектрическитЪ машини сж едни отъ най проститЪ въртящи се машини. Огличаватъ се съ своето солидно устройство, съ липсата на деликагни части и съ своя дъ-лъгъ животъ. Все пекъ за да се запазятъ изправни и за да служатъ дълго време, налага се тЪ да се познаватъ добре, преди да се пуснатъ въ действие да се преглеж-датъ внимателно, а презъ време на работата да се сле-дятъ дали не показватъ нъкой дефектъ.
Тукъ ще разгледаме главнигЬ повреди, конто ставатъ въ динамомашинит'Ь, причинит^ за т"Ьзи повреди и начи-нитЪ за rfaxHOTO отстранение.
1. Динамомашината не се възбужда (не дава напрежение).
Причини, а) МагнитнигЬ полюси сж се размагни-тизирали поради неправилно свързване или земно съе-динение.
б) ВъзбудителнитЪ намотки сж прекжснати.
в) Остатъчния магнитизъмъ на полюсит^ е много слабъ или е изчезналъ.
Поправки, а) Да се прекара токъ презъ възбуди-телниттз намотки, взетъ отъ чужди токоизточникъ (акуму-латоръ или динамомашина).
б) Да се пробватъ възбуд. намотки за да се на-м-Ьри прекжсването и да се отстрани.
в) Да се постжпи както въ т. а.
2. Подъ четкитгь се образуватъ силни искри.
Причини, а) ЧеткитЪ сж поставени неправилно.
233
б Динамомашината е претоварена (външенъ то-варъ или кжсо съединение).
в) ЧеткитЪ не сж добре поставени въ четкодър-жателитЪ и треперятЪ.
г) Изолацията между пластинкитЕ на колектора стърчи извънъ повърхнината на колектора.
д) Колектора е износенъ.
е) Кжсо съединение между две съседни пластини на колектора поради прахъ или механически ударъ,
ж) Една отъ секциит-fe на роторнигЬ намотки е ло-шо запоена къмъ колектора или се е разединила.
Поправки, а) /Ако искрятъ, всички четки да се пре-м'Ьстятъ бавно всичкигЕ по колектора до като заематъ мЪс-тото си; ако искри само една, да се * освободи четкодър-жателя и да се постави само тя на новою си м^сто.
б) Да се взематъ мЪрки за намаляване товара.
в) ЧеткигЕ да не излизатъ повече отъ 5 мм. на-вънъ отъ четкодържателигЬ и да се затегнатъ.
г) КолекторнигЬ пластини да се затегнатъ като се завиятъ гайкит-b, които затягатъ колектора.
д) Налага се поправката на колектора.
е) Колекторътъ да се почисти (полира) съ гласпапирЪ.
ж) При спрЪна машина пластинката е обгорала; да се запои края й и да се почисти колектора.
3. Загряване на колектора и четкитгъ.
Причини, а) Искрообразуване.
б) Неправилно обстърганъ колекторъ.
в) Зацапанъ колекторъ.
г) Гол-Ьмо триене между четкитъ и колектора.
д) Неподходящи четки (много мекитЬ четки посип-ватъ съ прахъ колектора и увеличаватъ съпротивлението при контакта; твърдит’Ь четки предизвикватъ силно триене).
е) Колекторътъ се нагрЪва отъ други части на машината.
Поправки, а) Отстраняватъ се повредитЬ въ т. 2.
б) Колекторътъ се престъргва.
в) Колекторътъ се почиства и полира.
г) Отслабва се натиска на четкодържателигЬ.
д) СмЪняватъ се четкитЪ съ други-подходящи.
234
е) Търси се причината за нагр'Ьването другаде (напр. въ лагерит-b на машината).
4. Загргъване на лагерипиъ.
Причини, а) Маслото е замърсено, недоброкачественен недостатъчно, или много.
6) ЛагеритЬ сж запапани или износени.
в) Лагернит’Ь черупки сж тЪсни
г) Динамомашината не е добре центрована.
д) Ремъкътъ (при ремъчно предаване) е много обтегнать.
Поправки, а) Преглежда се маслото и ако тр-Ьбва се излива, като лагеригЬ се измиватъ добре съ петролъ преди да се налЪе ново масло.
б) ЛагеригЬ се почистватъ добре и измиватъ; ако сж износени трЪбва да се заменять съ нови.
в) ЛагернитЪ черурки да се престържатъ.
г) Налага се нова центровка на машината.
д) Ремъкътъ трЪбва да се отслаби.
5. Силно загргъване на възбудителнипиъ намотки.
Причини, а) ГолЪмо увеличаване на възбудителния токъ.
б) Кжсо съединение въ една или нЪколко отъ въз-будителнитЪ намотки (една часть отъ намоткит-b сж студени).
в) Топлината се предава отъ други части на машината.
Поправки, а) Да се провЪри всички намотки еднак-во ли се нагрЪва'тъ; ако се нагр’Ьватъ еднакво, да се накали възбуждането; ако не се нагр-Ьватъ еднакво, н-Ькои отъ тЪхъ сж дадени на кжсо.
б) Повредата се търси въ студената намотка, коя-то се поправя.
в) Отстраняватъ се причинит-fe за нагръването въ другит-fe машини.
Въ таблица XIV сж дадени характернигЬ данни на динамомашини, конто се ср'Ьщатъ на пазаря.
235
Таблица XIV.
Динамомашини
(за напрежение 110—220 V; паралелно възбуждане).
Мощность Обороти въ мин. п Коеф. на полезно действие т] Тегло кгр. Размори въ мм.
Полезна’ kw 1 Погълната
kw HP Ширина Дължина Висо-чина
1 1 35 1-8 2000 0'750 45 227 456 270
35 42 5’7 1950 0830 115 317 620 365
45 5’5 7’5 1850 0'830 145 342 685 400
9 105 14-5 1700 0'850 198 450 707 520
10 11-5 16 1550 0 855 220 450 737 520
12 13’8 19 1550 0-870 275 500 807 560
15 17 23 1380 0’880 310 500 837 560
18 20 2 27’5 1200 0885 400 580 913 660
20 23 31 1100 0-875 570 665 1040 750
27 30 41 920 0895 790 750 1145 850
33 37 50 850 0'895 780 750 1155 850
40 45 61 770 0 890 880 750 1155 850
50 55 75 680 0-905 1240 850 1280 970
55 62 84 510 0 895 1540 950 1335 1070
120 134 180 430 0 895 3740 1145 1725 1370
220 240 330 420 0 910 5820 1300 1985 1575
300 328 450 200 0 915 11320 1930 2560 1900
400 446 610 180 0 897 14300 2230 2810 2050
X. Електродвигатели (електромото-ри) за правъ токъ.
91. Принципъ. Устройство. Посока на въртене. Реакция на ротора.
Принципъ. /Ако въ ротора и електромагнититЬ на една динамомашина пустнемъ да тече отвънъ постояненъ токъ,
ротора ще почне да се върти.
Причината за това е механическата сила, която се по-ражда вследствие взаимодеиствието между магнитното поле на статора и електрическия токъ протичащъ въ на-моткигЬ на ротора (вижъ т. 47). Посоката на въртенето се определи съ правилото на тритАз пръсти на лЪвата ржка.
Фиг. 192
На фиг. 192 е означена схематично една машина за постояненъ токъ, състояща се отъ роторъ, статоръ и колекторъ; машината е съ независимо възбуждане.
Когато роторътъ се върти отъ механически двигатель, машината действува като динамомашина. Когато пу— стнемъ въ ротора токъ отвънъ, сжщата действува като електродвигатель; роторътъ почва да се върти на л^во.
Устройство. Отъ казаното е ясно, че всЬка машина за
пост, токъ, може да се използува като електродвигатель за пост. токъ. Конструктивно електро двигателитЪ за пост, токъ по нищо не се отличаватъ отъ динамомашинигЬ. ВсЬки ел. двигатель има статоръ, роторъ и колекторъ.
Устройството на отд-ЬлнитЬ части е сжщото, както при динамомашинитп. Статорътъ създава необходимото магнитно поле; той може да бжде двуполюсенъ, четири-полюсенъ, шестполюсенъ и пр.
Роторътъ носи намоткитЪ, въ които протича токъ отъ външната верига. Понеже този токъ е обикновено съ ниско напрежение (220—380И по съображения за без
237
опасность), то намоткит^ се правятъ много по дебели отколкою при динамомашинит’Е. Колкою ел. двигателя е по-мощенъ, толкова по-дебели сж намоткигЬ.
Колекторътъ въ ел. двигателитЪ за пост, токъ слу-жатъ за да разпредЪлятъ тока по намоткигЬ на ротора по такъвъ начинъ, че полученитЪ механически сили въ всЬка намотка да иматъ едно направление; така въртели-витЪ моменти на всЬка намотка (вижъ т. 93) се събиратъ и се получава общъ въртеливъ моментъ, конто върши полезната работа.
Споредъ възбуждането си ел. двигателитЪ за пост, токъ се д-Ьлятъ на двигатели съ последователно, пара-лёлно и см^сено (компаундъ) възбуждане.
Посока на въртене. Електродвигателит’Ь за пост, токъ съ независимо възбуждане се въртятъ въ посока, обратна на въртенето на динамомашината, ако не се из-м’Ьнятъ полюситЪ и посоката на тока въ ротора.
Електродвигателит'Ь съ последователно възбуждане се въртятъ сжщо въ обратна посока на динамомашинитЪ съ последов, възбуждане, Това се пров^рява много лесно чрезъ правилата за тритЪ пръсти на дЪсната и лЪвата ржка.
/Ако искаме да измЪнимъ посоката на въртенето при тЬзи два вида електродвигатели, тр^Ебва да изм’Ьнимъ или само полюситЪ (да обърнемъ посоката на магнитното поле) или само посоката на тока. Въ този случай, електро-двигателит’Ь ще се въртятъ въ сжщато посока, въ която се въртятъ като динамомашина.
При машинитЪ съ паралелно възбуждане (фиг. 193), ако запазимъ посоката на тока въ ротора една и сжща (при работа като динамо и като двигатель), полюсигЬ на електромагнититЪ сами се промЪнятъ. Ето защо, машината ще се движи въ една и сжща посока и като динамо и като двигатель.
, Електродвигателит-fe съ см-Ьсено възбуждане ще се въртятъ въ сжщата посо
ка, както динамомашината, ако паралелното възбуждане е по-силно отъ последователното и въ обратна посока, ако то е по-слабо.
Фиг. 193
238
Реакция на ротора. Явлението реакция на ротора се забелЪзва и при електродвигателит-fe. Причината е сжщата,, както при динамомашинитЪ: образува се роторчо магнитно поле.
При електродвигателит-fe, линията на четкитЪ требва да се измЪсти назадъ спрямо посоката на въртенето за да се на» мали реакцията. И тукъ най-доброто средство остава употрЬ-бата на спомагателнитЪ полюси и намотки.
.92. Противо е. д. сила. Мощность. Кофициенть на полезно действие.
НамоткитЪ на ротора пресичатъ магнитн то силово поле на статора точно така, както и при динамомашинитЪ. Следствие на това, въ тЪзи намотки се индуктира е. д. сила (вижъ т. 40) която е равна на е. д. сила която би се индукгирала ако машината работи като динамомашина (т. 80): Е—к. п. Ф.
Тази е. д. сила има посока, обратна на посоката, която има напрежението V на външната верига (което кара тока въ електродвигателя да тече); ето защо тя е противо е. д. сила.
Приложеното отвънь напрежение V трЪбва да неутрали-зира противо е. д. сила Е и да преодол-fee съпротивлението на намоткигЬ въ ротора /?р: V = Е R? /р .
Отъ тази формула се получава силата на тока 1Р, кой-
V—E
то протича въ намоткипиъ на ротора: /р = —(64)
Пр
Съпротивлението на ротора Rp е много малко, а когато двигателя не се движи, противо е. д. сила още не се образува; въ намоткитЪ на ротора ще протече токъ 1Р, който може да бжде много силенъ и да изгори машината. Това налага при пускането да се употр-Ьбяватъ така нареченитЪ пускови реостата.
Мощность и кофициентъ на полезно действие. Ако умножимъ двет'Ь страни на равенството V = Е-ф-/р. Rp съ 1Р получаваме VI=Е1Р -ф- 1Р 2. R?. (65)
VI е общата електрическа мощность, която е погълната отъ електродвигателя; Ip 2. Rp е мощностьта, която е израз-ходвана въ топлина, а Е1Р е електрическата мощность, която се преобразува въ механическа и на която се дължи полезната работа (изразходва се за движение на свързанигЬ съ •електродвигателя машини).
239
Отъ тази формула виждаме, че когато магнитнитЬ и механически загуби сж. малки, мощностьта която се преобразу-ва въ механическа се равнява на погълнатата отъ линията мощность, намалена съ загубит^ поради нагр-Ьването на про-водницитЪ на епектродвигат.еля.
Електрическиятъ коефициентъ на полезно действие на единъ електродвигатель е равенъ на полезната работа, която г EI сжщия може да развие, върху изразходванета работа:
Този коефициентъ е толкова по-високъ, колкото образуваната противо е. д. сила Е е по-близка по стойность на напрежението V, което прилагаме на полюситТ на еле-ктродвигателя.
Общиятъ (търговскиятъ) коефициентъ на полезно действие т] е по-малъкъ, понеже една часть" отъ полезната работа EI се изразходва за предоляване триенията въ лагеригЬ, съпротивлението на въздуха и пр. Освенъ това, изразходва-нага работа VI трЪбва да се увеличи съ загубит^, поради възбуждането на статора и магнитнит^ загуби. Този коефициентъ зависи сжщо така отъ товара на електродвигатели; явно е, че когато двигателя се върти безъ товаръ (безъ да върши полезна работа) т] = 0. Той има най-голЪма стойность когато товара е между % и % отъ нормалния товаръ.
Колкото сж по-бавни електродвигателитЬ (по-малко обороти въ мин. иматъ) и колкото сж за по-малки мощности, толкова тЪхния коефициентъ на полезно действие е по-малъкъ. Въ таблица XV сж показани стойноститЪ на т] за нЪ-кои електродвигатели; т| се движи между 78—91%.
93. Въртеливъ моментъ. Изменение броя на оборотить. Характеристики.
Въртеливъ моментъ. Отъ механиката се знае, че полезната мощность, която развива една въртяща се машина, е равна на въртеливия моментъ М по жгловата скорость 2 п.п на сжщата (л=3’14; п е броя на оборотитЪ въ секунда). Вър-теливиятъ моментъ М е произведението отъ силата, която се стреми да завърти ротора, по радиуса на ротора г. M—F.r (вижъ т. 46).
240
Понеже въ електродвигателит-fc електрическата мощность,, която се превръща въ полезна, е ЕI, можемъ да напишемъ:
Е 1 = М. 2 д п, отгдето получаваме въртеливия моментъ
Е1
2 л п
, гдето М ще получимъ въ дини. см., когато вземемъ
Е и I въ абсолютни единици.
Понеже противо е. д. сила, която се индуктира е Е~К- п. Ф, като замЪстимъ въ получената формула Е съ Heftys ф I
ната равна (К. п. Ф) получаваме М=- ' или ЛТ=Лд.Ф.А (66) 2л
Съ думи: въртеливиятъ моментъ, конто развива единъ електродвигатель е толкова по-силенъ, колкото по-силно е
магнитното поле на статора и колкото по-силенъ токъ пускаме презъ ротора-, сгкщиятъ зависи и отъ конструктив-нипиъ данни на електродвигателя.
Отъ тукъ виждаме че, когато увеличаваме тов-ра на единъ електродвигатель, тр'Ьбва да увеличаваме сжщо така и неговия въртеливъ моментъ; това става, като деист-вуваме или на възбуждането, или на тока /Р.
Товарътъ на електродвигателя е приложенъ на осьта (вала) на стадия чрезъ подходяще свръзване (ремъчно, неподвижно и пр). Когато натоварения ел. двигатель се дви-жи съ постоянна скорость, това значи, че е наступило ди-намическо равновесие между въртеливия моментъ и товара. На вепки товаръ на електродвигателя отговаря определено въртеливъ моментъ. Електродвигательтъ не може да понесе неограниченъ тсваръ: максималниятъ товаръ (даденъ въ килограмометри), конто понася единъ електродвигатель е въ зависимость отъ неговата максимална мощность. А поне
же мощностьта е равна на въртеливия моментъ по жгло-вата скорость на ротора, явно е, че колкото е по голЪмъ товара, толкова по гол-Ьмъ въртеливъ моментъ трЪбва да развие електродвигателя, но броя на оборотитЪ трЪбва съответно да се намали.
РазличнитЪ видове електродвигатели иматъ различно действие когато нараства тЪхния товаръ; едни увеличаватъ своя въртеливъ моментъ безъ да изменять твърде много скоростьта си. Казва се, че тЬзи мотори сж стабилни. Други електродвигатели измЪнязатъ въ голыми граници скоростьта си—казва се, че тЪ сж нестабилни.
241
Действието на различимте електродвигатели изпъква много добре чрезъ тухните характеристики. Това сж криви които показватъ зависимостъта между различнитгь величини, отъ които зависи работата на ел. двигателя.
Въ практиката се употребяватъ:
7) Характеристика при празенъ ходъ: определя зависи-мостьта между броя на оборотите и възбудителния токъ;
2) Товарна характеристика: определя зависимостъта между броя на оборотите и възбудителния токъ при постояненъ товаръ;
3) Външни характеристики: определятъ зависимостъта между въртеливия моментъ и броя на оборотите отъ една страна и силата на погълнатия токъ въ ротора отъ друга.
4) Механична характеристика: определя зависимостъта между въртеливия моментъ и броя на оборотите.
Първите две характеристики нематъ големо значение въ практиката.
94. Електродвигатели съ последователно възбуждане.
Пускане въ движение. Включването на електродвига-теля направо въ мрежата, когато е въ покой е опасно, понеже сжщиятъ може да изгори. Налага се да се употреби единъ реостатъ за пускане /?г. който се включва последователно на роторните намотки (фиг. 194). Когато роторътъ се
задвижи, реостата постепенно се изключва, защото образуваната въ ротора противо е. д. сила ограничава протичащия токъ /р. Само мнсго малките електродвигатели сж разчетени така, че нематъ нужда отъ пусковъ реостатъ.
Регулиране скоростьта. Видехме че индуктираната противо е. д. сила Е=К. п. Ф, отгдето можемъ да получимъ
Фиг. 194
скоростьта на въртение п =-,
Е
V-RI
К. Ф. '
Регулиранетэ на скоростьта може да стане като се измтъни V или Ф.
16
242
ИзмЪняването на V (напрежението на линията) може да стане чрезъ реостатъ (може да послужи и /?п ); този начинъ обаче не се употрЪбява често, понеже не е економиченъ и се развива голЪма топлина.
Предпочита се регулирането на скоростьта чрезъ измгъ-нението на магнитния потокъ Ф на статора. Това става най-често чрезъ реостата /?в (фиг. 194) нареченъ възбудите-денъ или регулиращъ реостатъ. /?3 се включва паралелно на възбудителнитп намотки. Когато се намалява възбудителния токъ, намаляватъ се Е и Ф; Намаляването на Ф е много по-голЪмо, отколкото на Е (E=V—Rp /; 1 се увеличава, защото М—К.1.Ф остава постоянно, обаче I.RV е много малко, понеже Rp е незначително). Да се намали Ф, значи да се уве-личи скоростьта на двигателя. По този начинъ скоростьта на електродвигателя може да се измЪнява до 20—25%.
Въртеливиятъ моментъ М—К. Ф. I автоматически съ уве-личаване на товара се усилва, понеже електродвигатели гъл-та по-силенъ токъ отъ мрежата; сжщиятъ (7И) не зависи отъ скоростьта на въртенето, нито отъ напрежението на полюситЪ.
Характеристики. На фиг. 195 сгк дадени външнитгь характеристики на двигателя: По хоризонталната ось сж дадени стойноститЪ на тока въ ротора, който сжщевременно е и възбудителенъ токъ. По ординатата въ различии мащаби се отбел Ьзватъ: а) стойноститЬ на въртеливия моментъ М за външната характеристика на въртеливия моментъ; б) стойно-ститЬ на п (броя на оборотитЪ) за външната характеристика на стойностьта п. Вижда се отъ характеристиката на М, че въртеливия моментъ расте така, както расте квадрата отъ тока (получената крива е почти параболична); въ последствие, когато се достигне максималното възбуждане (полето Ф остане постоянно), въртеливиятъ моментъ расте пропорционал-но на силата на тока.
На сжщата фиг. 195 се вижда и изм-Ьнението на Ф въ зависимость отъ тока.
Отъ характеристиката на п изваждаме заключението, че за по-гол’Ьмата часть отъ работата, произведението nl остава постоянно (за всЬка точка a, ai и пр. произведението на абцисата по ординатата е еднакво). Това показва, че като уве-личаваме силата на тока 1, автоматически скоростьта на мотора намалява (увеличава се товара, намаляватъ се оборотитЪ.)
243
На фиг. 196 е дадена механическата характеристика {Мп) която ни показва какъ се измЪнява въртеливия моментъ
съ увеличаване на ©боротитЬ. Тази крива се получава отъ кривитЕ за М и за п и е много полезна, понеже ни изразява зависимостьта между
Фиг. 196 въртеливия мо-
двата най-важни елементи за мощностьта: иентъ и оборотитЬ.
Употрп>ба. Този видъ електродвигатель има много пенни качества, отъ които ще изброимъ по важнитЪ:
1) При тръгване има гол'Ьмъ въртеливъ моментъ.
2) Автоматически съ увеличаване на товара му се
увеличава и въртеливия му моментъ.
3) Регулирането на скоростьта му става сравнител-
но лесно.
4) Може да се движи съ различии скорости: при годами тбвари по-бавно, а при малки по-бързо.
Главното му неудобство е, че ксгато товара се намалява, стреми се да ускори въртенията и може да стигне ©пасни скорости.
ТЬзи качества на електродвигателя съ послед възбуждане го править най-подходящъ за трамваитЕ и елек-трическитЕ жел’Ьзници; въ т'Ьхъ се иска бързо потегляне, развиване на голыми скорости за кжсо време, бързо спи
ране, претоварване и пр.
Употр-Ебява се сжщо за ксманцване на асансьори, пов-дигателни кранове и др.
95. Електродвигатели съ паралелно възбуждане.
Пускане въ движение. Ел. двигателит-fa съ паралелно възбуждане се пускатъ въ движение както и ел. двигателитЪ съ последователно възбуждане: като се употрЕбява пусковъ реостатъ.
Регулиране скоростьта. Скоростьта на тЪзи ел. двигатели се изм-Ьня както на двигателитЬ съ последователно възбуждане.
244
Възбудителниятъ реостатъ 7?в се нарича още шунтовъ к-се включва последователно на възбудителнитЬ намотки. На-
фиг. 197 е показанъ единъ комбиниранъ реостатъ; отъ а до б е пусковъ, а отъ б до в е възбудителенъ. Когато двигателя-
не работи, дръжката е въ положение а; при положение б, пусковия реостатъ е из-ключенъ; при положение в е изключенъ напълно и възбуд. реостатъ RB.
Регулирането на скоростьта чрезъ уби-ване на часть отъ напрежението V въ реостатъ се избЬгва и се употрЬбява рЪц-ко и то, само за кратко време (само въ нЪкои машини).
На фиг. 198 сж дадени характеристикитгь на въртели-
вия моментъ М и на скоростьта п. Вижда се, че въртеливиятъ
моментъ М се увеличава почти правопорционално на силата на тока /р, конто протича презъ ротора. ОборотитЪ на елек
тродвигателя леко намаля-ватъ съ увеличението на /в.
На фиг. 199 е дадена ме-ханичната характеристика на тЪзи ел. двигатели. Вижда се, че при много слабо увеличаване на оборотить, въртеливия мометъ
Този моторъ поглъща
спада много бързо.
токъ, който расте почти право-
порционално на приложения товаръ.
Въ т. 91 видЬхме, че машината съ паралелно възбуждане се движи въ една и сжща посока, безразлично дали дей-ствува като динамо или като електродвигатель. Това дава възможность този ел. двигатель да работи като динамо, когато скоростьта му надмине нормалната скорость. Тогава обра-зуваната противо е. д. сила Е е по-голЬма отъ приложенота напрежение V и машината действува като електрическа спи-рачка и ецновременно като машина, която вмЬсто да черпи токъ отъ линията, сама влива такъвъ въ сжщата. Това свойство се използува понЪкога въ електрическитЬ лакомотиви, снабдени съ такива мотори.
Употрпба. Този електродвигатель има следнитЪ свойства-
1) силенъ въртеливъ моментъ при тръгване;
245
2) въртеливия моментъ се увеличава автоматически съ увеличаване на товара му (вижъ характеристиката на Л4);
3) скоростьта му се запазва почти еднаква при различии товари. ИзмЪнява се 3—6п/0 при преминаването отъ празенъ ходъ на пъленъ товаръ.
ТЪзи свойства правятъ електродвигателит'Ь съ паралелно възбуждане подходящи за движение на машини, чиято скорость трпбва да остава неизмгънна: въ различии фабрики, конвертисьори (умформери) и др.
96 Електродвигатели съ смЪсено (компаундъ) възбуждане. Свръзване на ел. двигателигЬ.
Т"Ьзи ел. двигатели притежаватъ качества—средни между качествата на ел. двигателигЬ съ последователно и съ па-рзлелно възбуждане. Споредъ това, кои възбудителни намотки сж главни, свойствата му се приближаватъ къмъ еди ;ия или къмъ другия видъ. Могатъ да се изработятъ електродвигатели отъ този видъ, на които броятъ на въртенията да не зависи огъ товара, или пъкъ такива, чието обороти при празенъ ходъ да не надминаватъ напр. двойния брой на оборо-тить при нормаленъ ходъ.
Свръзване на електродвигателитЪ.
ЕлектродвигателитЪ се свръзватъ съ машинит-fe на които предаватъ механическата си енергия най често непоср’Ьдст-вено. Това свръзване става чрезъ съединителни муфи, които сж твърди или еластични.
Твърдитгъ муфи се употрЪбяватъ когато основата за двигателя и за машината е обща и н^Ьма причини за неточно разположение на дветЕ оси (осьта на ротора и на машината).
Еластичнипиъ муфи позволяватъ известна автономность при въртене осьта на машината. Th умекчаватъ ударит^ конто биха се явили при неточно свръзване на дветТ машини.
НепосрЪдственото свръзване се употр-Ьбява, когато скоростьта на машината е еднаква съ скоростьта на електродви-гатетя. Когато машината трЪбва да се движи съ по-мелка скорость, употр-Ьбяватъ се различии приводи (предавания): ремъч-но, съ зл.бни колела, винтово и пр.
246
97. Електрически спирачки на електродвигателя:.
ЕлектродвигателитЕ при изключване отъ външната верига не спирать веднага въртенето си; благодарение на инер-цията, особено за по-голЕмитЕ машини е необходимо доста време до окончателното спиране. Въ нЕкои случаи се налага въртенето на ротора да'спре веднага щомъ се изключи тока.
За тази цель служатъ спирачкитЕ, които биватъ електрически или механически.
Електрическитгъ спирачки основаватъ своето действие върху обратимостьта т. е свойството на ел. дви-гателипиъ да работать като динамомашини. Щомъ спре външния токъ, инерцията действува като механически двигатель. Произвежда се е. д. сила, която се отвежда въ външна верига (включва се съпротивление или полюситЕ на двигателя се давать на-кжсо); така динамото се натоварва, инерцията се указва недо-статъчна да уравновеси товара и въртенето спира.
При електродвигателитЕ съ паралелно възбуждане, из-ползуването на споменатия принципъ не представлява никак-ва труднссть понеже видЕхме, че посоката на въртенето е една и сжща за машината като динамо и като двигатель; просто се изключва външната верига и се съединяватъ чет-китЕ на кжсо или чрезъ нарочно съпротивление.
При електродвигателитЕ съ последователно възбуж-денз, въпросътъ е малко по-сложенъ; ако свържемъ чет-китЕ накжсо следъ изключването на външната верига, машината нЕма да се възбуди— необходимо е чрезъ нгро-ченъ преобръщачъ да се размЕни съединението на про-водницитЕ въ четкитЕ на ротора или пъкъ на крайщата на статора (възбудителнитЕ намотки).
При ел. двигателитЕ съ смЕсено възбуждане електр., спирачка ще действува за смЕтка на тази намотка, която има по голЕмо влияние.
Електрическата спирачка действува толкова по байно,. колкото по-голЕмо съпротивление се включи между по-люситЕ на двигателя (колкото е по-слабъ тока, който про— тича). Когато това съпротивление е нула (кжсо съединение), двигателя спира почти внезапно. Такова спиране обаче е вредно защото презъ кствата протича много силенъ..
247
токъ, конто предизвиква силно искрообразуване и колек* тора се разваля (обгаря),
Механическитгь спирачки допълватъ, а често и замЪстватъ напълно електрическит’Ь. ТЪ сж устроени на познатия принципъ на спирачкит’Ь върху въртящи се оси (автомо-билни и др.); две челюсти отъ материалъ, конто има ви-сокъ коефициентъ на триене, обхващатъ осьта и предиз-викватъ спиране на въртението. Чрезъ различии приспособления (главно електрически) става връщането на челюс-титЬ къмъ положение на покой и осьта се освобождава.
98. Пускови реостати (анласери).
Въ т. 92 разгледахме, защо сж нуждни реостати за пускане въ ходъ на електродвигателитЪ. Т'Ьзи реостати сж течни или металически.
Течнитп реостати сж много прости и ефгини; като съ-противление служи обикновено содовъ разтворъ.
Металическитгъ реостати :ж направени отъ проводници съ голимо съпротивление, чавити спираловидно и поста-вени въ специални кутии. Tt се охлаждатъ въздушно или чрезъ масло. Въ втория случай, спиралит’Ь сж пото-пени въ сждъ съ чисто минерално масло, което при на-гр^ване почва да се движи и така спомага за по-бързо охладяване
СЪчението на проводницитЪ е разчетено за голЪма сила на токъ—надъ допустимата норма. Това е така, за-щото тЪзи реостати се оставятъ включени въ веригата за много кжсо време и еконсмията на материалъ и тежина е оправдана.
Горното, обаче трЪбва да се има предъ видъ и rfe-зи реостати не тр^бва да се оставятъ продължително време включени, понеже могатъ да изгорятъ.
Изключването на пусковит"Ь реостати трЪбва да става постепенно (противо е. д. сила нараства постепенно съ увеличаване на оборотитЪ); колкото е по-мощенъ ел. двигателя, толкова по-бавно тр^бва да се изключи реостата.
МалкитЬ ел. двигатели могатъ да минатъ и безъ, пусковъ реостатъ, тъй като инерцията имъ е малка (вед-
248
нага почватъ да се въртятъ) и съпротивлението на на-моткитк имъ е по-голкмо (проводницитк сж по-тънки).
Сгшрането на ел. двигателитк тркбва да става по обратенъ начинъ—пакъ чрезъ реостата. Така, тока отъ външната верига постепенно намалява и реостата е включенъ за следващето ново пускане. За тази цель реостатитк се снабдяватъ съ единъ глухъ контактъ (глуха планка).
Нко еДинъ ел. двигатель е снабденъ съ пусковъ реостатъ и съ възбудигеленъ реостатъ (реглеръ) необходимо е, когато машината се пуска въ действие да имаме най-голкмо магнитно поле. Това значи, че възбуд. реостатъ тркбва да бжде из-ключенъ преди изключването на пусковия реостатъ. Въ елек-тродвигателитк съ паралелно възбуждане веригата на възбуждането не требва да прекжсва при спиране го имъ. За да може електрическата спирачка да действува бързо, налага се бързотс изключване на анласера при спиране; тогава се образува значителна противо е. д. сила и мотора спира бързо.
За голима електродвигатели, анласеригтъ снабдени съ минимални и максимални автоматична електромагнитна прекмсвачи. Минималниятъ прекжсвачъ предпазва ротора отъ изгаряне при внезапно прекжсване веригата на възбуждането: максималниятъ прекжсвачъ прекжсва веригата на ротора при силно претоварване. Устройството на еднигк и на другитк по-чива на електромагнититк. На фиг. 200 се вижда устройството на единъ минималенъ прекжсвачъ. Щомъ тока I презъ възбудителнитк намотки спре или спадне подъ известии гра-ници (противо е. д. сила стане нула или силно намалке),
Фиг. 200
Фиг. 201
плъзгача на анласера, който до тсггва се привлича отъ елек-тромагнита 1 бива отпуснатъ и издърпанъ отъ пружината П върху глухата планка а-, анласера се включва и прекжсва външната верига.
249
На фиг. 201 сж показани минималенъ и максималенъ прекжсвачъ; щомъ тока I надмине известии граници, котвата k се привлича, дава на кжсо намотката на минималния прекжсвачъ 1 и плъзгача отива върху глухата планка а (външната верига се прекжсва).
На пазаря се срЪщатъ различии видове анласери (прости, комбинирани—фиг. 197). Устройството имъ не е сложно и при внимателно разглеждане може да се разбере лесно.
Направата на пускови реостати не е трудно. При липса на фабрични реостати и наличность на подходяща жица, лесно може да се изчисли какво трЪбва да бжде съпротивлението на необходимия анласеръ и кзкъ да се определи диа-метъра и дължината на употрЪбения проводникъ (вижъ задача 23).
99. ПресмЪтане мощностьта на електро-двигателитЪ.
Ржководни начала. Електродвигательтъ, който ще движи една рабогна машини (помпа, стругъ, вентилаторъ и др) тр’Ьбва да има мощность, която да съответствува на мощностьта на машината. Нко неговата мощность е по-малка, при работата си ще се претоварва и може да изгори лесно; ако мощностьта му е голема, ще работи съ малъкъ коефициентъ на полезно действие и извършената работа ще струва по-скжпо.
МашинигЬ, които се движатъ отъ ел. двигателитЪ могатъ да иматъ различии особености: с) нагодени сж за про-дължителна непрекжсната работа; б) работятъ на интервали презъ време на които машината не се нагрЪва напълно, а презъ паузит’Ь отново се охлажда; в) работи краткотрайно — нЪколко минути само, после спира, пакъ почива и пр. (повди-гателни кранове). Ясно е, че ел. двигатели за машинитЬ въ т. а трЪбва да се разчетагъ така, че да не се претоварватъ, до-като за т-Ьзи въ т. в е допустимо *известно претоварване.
При разчета за мощностьта има значение и конструк-цията на електродвигателя; откршпъ, защите чъ, или напълно закрыть типъ имаме предвидъ. ОгкрититЪ типове допускать по-гол’Ьмо натоварване понеже има естествена вентилация; за-критигЬ типове (употрЪбяватъ се въ прашни, влажни, пожа-роопасни и пр. помещения) не трЪбва да се натоварватъ съ
25и
по-вече отъ 60—70% Отъ нормалната си мощность, защото произведената топлина не може да се излжчва.
Начинътъ по конто ел. двигателя е свързанъ съ работ-ната машина (т. 96) сжщо има значение понеже известна часть отъ енергията се губи въ „привода", който може да бж-де ремъченъ, зжбчатъ, винтовъ или фрикционенъ. Коефици-ентыъ на полезното действие на привода се взема оби-квовенно 0'8—0'9.
ОпредЪляне на мощностьта. Най-простия случай е когато ел. двигателя е свързанъ направо съ работната машина (непосрфцствено свръзване). Въ такъвъ случай е необходимо да се знае каква е мощностьта на работната машина въ /<М/; ако е дадена въ конски Сили, трЪбва да я превърнемъ KW, като помнимъ, че 7 77Р=0’736 KW.
Когато ел. двигателя е свързанъ съ динамомашината чрезъ приводъ (основанъ на триенето: каишъ, зжбчати коле-ла и пр.) тр^бва да си има предвидъ и коефициента на полезно действие т] на привода. Мощностьта W на електродвигателя ще бжде W=W\It{ кждето 1% е мощностьта на работната машина, т] вземаме между 08 и 0’9.
Малко по-сложенъ е случая когато електродвигателя и работната машина иматъ различии обороти — чрезъ привода се измЪняватъ и оборотитЪ на работната машина. 7\ко обо-ротигЬ на ел. двигателя сж п, въртеливия му моментъ е М, а оборотитЪ на работната машина сж zzi и въртеливия й мо-менть е 7И1, можемъ да напишемъ:
Мощностьта на ел. двигателя (1У=7И2л:/г) умножена съ ц на привода, трЪбва да е равна на мощностьта на работната машина (№1=Л'112лП1). Отъ т-Ьзи равенства опредЪляме колко тр-Ьбва да бждатъ оборотит^ на работната машина:
М
=W п- ’1
СтойностигЬ на 7И и получаваме лесно отъ заграде-нигЬ въ скобит-fe равенства.
За улеснение на читателитЪ ще разгледаме нЪколко конкретни случаи за опредЪляне мощностьта на електро-двигателигЬ.
251
а) Центробгьжни водна помпа. Нко означимъ съ h височината, на която работи помпата (изсмукване и изкачване), а съ Q количеството на водата въ м3, мощностьта на водния
Л Л WOO.Q.h
стълбъ ще бждем/i—— — конски сили. Мощностьта на
/5
електродвигателя трЪбва да бжде UZ=TPi/i] кждето ц е коеф. на полезно действие на помпата и е между 0'7 и 0'8. Нко ел. двигателя е свързанъ съ помпата чрезъ ремъкъ, получе-ната W трЪбва да разд-Ьлимъ и на ц, на привода (09). Така получаваме W въ конски сили; трЪбва да я обърнемъ следъ това въ киловати.
П р и м fa р ъ: каква трТбва да бжде мощностьта на ел. двигатель, който да движи помпа, способна да изважда 72м3 вода въ часъ отъ 6 м. дълбочина и да я изкачва на 2 м. ви-сочина? Обшата височина h~8 м.; въ секунда се изваждатъ ^—^^=20 литри вода=002 м3. Мощностьта на ел. двигателя -sf-rl If I ‘
, 1 000002 8
ще бжде W= —759 g “ =2’бб НР= 196 Kw-
б) Центробгьжни вентилятора. Фабрикувэтъ се за раз-
лично налЪгана, което се дава въ мм. двигателит-fe се rpecMfara по формулата
Мощностьта на ел.
W = -5^- , кждею Q
75.1]
е количеството въздухъ въ м3 за една секунда, h е налЪга-нето на въздуха въ мм., а т]=0'5—07 е коеф. на полезно действие на вентилаторитЬ. W се получава въ конски сили.
в) Различна стругове. ТрЪбва да се искатъ фабрични данни, тъй като мощностьта зависи отъ гол-Ьмината на струга. Употр’Ьбяватъ се обикновено следнит-fa мощн- сти: за стругове съ широчина 50—120 см. мощн. 1-1 5 kw w „ „ » 70—120 см. „ 2-3 kw
„ „ „ „ 120—160 см. „ 3-5-5 kw-
100. Повреди и отстранението имъ.
Въ т. 90 разгледахме главнитЪ повреди въ динамо-машинит-fe и поправкитЬ имъ. Повредит-fa на електродви-гателит-fa сж сжщит-fa, както и на динамомашинигЬ, защото устройството на двата вида машини е еднакво. Все пакъЕ,
252
поради важностьта на въпроса, ще повторимъ още вед-нажъ най-важнигЬ повреди като ги раздЪлимъ на механически и електрически.
Механически повреди сж гЬзи, при които нЪкоя часть се счупва, изгаря, изкривява се и пр, Най-важни сж:
1) Оставяне лагеритЪ безъ масло, вследствие на което задира; налага се смЪна на втулката или престъргва-нето и. Тр-Ьбва да се прегледа дали маслото не се из-хвърля вследствие недобро свръзване съ работната машина или лошото действие на вентилатора.
2) Силно опъване на каиша, което предизвиква за-гр-Ьване и стопяване на лагеригЪ; каиша требва да се от-слаби до толкова, че да не повлача,
3) Повреди при поставяне на различии малки части (капаци, четкодържатели), които се насилватъ изкривя-ватъ. лошо затЪгатъ и следъ това предизвикватъ по-го-лЪма повреда; налага се внимание.
4) Други по-малки повреди, които се сдучватъ въ практиката и здравия усетъ ще подскаже какво се налага да се направи.
Електрически повреди сж тЪзи, които ставатъ въ инста-лацията на самата машина (изгаряне на проводници, ис-крообразуване и пр). ТЪ могатъ да се случатъ въ инста-лацията въ статора или въ ротора
1) Електродвигательтъ не тръгва. Причини: липса на токъ въ мрежата; изгорали предпазители или сжщитЪ не лЪгатъ добре; прекжсната иисталация. При кжсо съединение въ инсталацията трЪбва да се търси и отстрани сжщото и въ никакъвъ случай предпазителит-fe да не се за-мЪнятъ съ по силни (ако сж правилно разчетени), защото рюже да изгори самата машина.
2) Загргъване на колектора и четкитгь. ПричинитЪ сж сжщигЬ, както и при динамомашинитЬ, заради това не ще ги повтаряме
3) Искрообразуване между колектора и четкитгь — важи казаното за динамомашинигЬ; трЪбва да припомнимъ че скжсването на възбудителнигЬ намотки предизвиква силно нагрЪване, понеже въртеливия моментъ намалява за смЪтка на много голЪмата скорость, която се развива. Двигателя ще работи отъ полето на остатъчния магнитизъмъ.
253-
Тр-кбва да кажемъ, че могатъ да се случать разнообразии повреди. Практиката ще ни научи какъ да по-сгжпимъ съ вс'Ька отъ т-Ьхъ, следъ като теорията ни е спомогнала да си обяснимъ причинит^, на конто се дъл-жатъ и какво се иска за да не се повторять.
Въ табл. XV сж дадени характернитЪ данни на ел. двигатели за пост. токъ.
Таблица XV.
(парале лно възбуждане, напрежение 110—220 V).
Мощность Обороти въ мин. п Коеф. на полезно действие Тегло кгр. Разм-Ьри въ мм.
Развита Погъл ната kw
kw HP Ширина Дължина Висо-чина
Р4 T9 1-8 1600 0-785 57 257 478 300
2-2 3 2-68 1550 0'820 84 287 541 335
3 4 3-6 1500 0'840 113 317 620 365
8 11 9’3 1400 0'855 198 450 707 520
9 12 10-3 1280 0 860 220 450 737 520
11 15 13 1230 0 855 275 500 807 560
12 16 13-8 1100 0 870 310 500 837 560
14 19 16 1030 0-870 400 580 913 660
18 25 205 960 0’875 570 660 1040 750
30 40 33'5 880 0-895 790 750 1145 850
33 45 34 780 0 885 790 750 1145 850
40 55 45 720 0-890 880 750 1155 850
55 75 60 680 0-910 1240 850 1280 970
70 95 77 580 0-915 1540 950 1335 1070
85 115 98 500 0'870 3060 1020 1845 1295
120 157 134 430 0'895 3740 1145 1725 1370
130 177 145 360 0-895 4950 1300 1985 1575
170 230 188 340 0-005 4950 1300 1985 1575
XL Алтернатори.
101. Устройство на алтернаторитЪ.
Общи сведения. ВсЬки алтернаторъ се състои отъ две главни части:
1) система, която дава необходимого магнитно поле.
2) проводници (намотки), въ които се индуктира е. д. сила. Колекторътъ е необходим ь само въ тЪзи злтернато-ри, чиито намотки сж подвижки; въ обикновенит'Ь алтерна-тори, той е замЪнечъ съ обикновени съединителни брустче-та, чрезъ които външната верига се свръзва съ машината,
Отъ теоритична гледна точка е безразлично дали елек-тромагнитит’Ь сж неподвижни, а намоткитЪ се движатъ или, е обратно: необходимо е само магнитнит"Ь силови линии да сЪкатъ намоткитЪ. Въ началото anTepHgropHTt сж били фабрикувани подобно на динамомашинит’Ь: съ неподвижни електромагнити и подвижни намотки. Практиката, обаче е наложила като по-удобно да се фабрикуватъ алтернатори съ подвижни електромагнити и неподвижни намотки.
Възприемането на алтернатори съ въртящи се електромагнити и неподвижни намотки се е наложило поради много важнитЪ преимущества, съ които то е свързано. Така, неподвижнит-fe намотки се свръзватъ и изолйратъ много по добре, отколкото подвижнитЪ; нЪма опасность тЪ да бждатъ поцложени на центроб^жни сили, както въ дина-момашинитЪ. Освенъ това тЪхното свръзване съ външната верига става много просто: изб’Ьгватъ се деликатнит^ четки, които сж много опасни при високит"Ь напрежения. Отвеждането на произведената е. д. сила въ външната верига е много просто и безопасно.
Неудобствата отъ възприэмането на алтернатори съ въртящи се електромагнити сж следнитЪ: 1) магнитната верига е по-дъпга и за произвеждане на една и сжща е. д. сила е необходимъ по-гол’Ьмъ магнитенъ потокъ; 2) на-моткитЪ сж по-дълги, изискватъ повече медь (по-скжпи сж) и охлаждането имъ става по-трудно; 3) поправката на на-моткитЪ изисква разглобяване на цЪлата машина.
255
Днесъ се фабрикуватъ алтернаторъ за високо напре-даение—до 8000 V и повече.
102. Устройство на ротора.
Въ обикновените алтернатори, чието устройство ще разгледаме, електромагнитите сж вжтрешни и подвижни— те сж ротора на алтернатора.
РоторитЪ сж двуполюсни, четириполюсни и т. н. Отъ числото на полюсигЬ зависи честотата на е. д. сила.
Честотата f на промЪнливия токъ, който се индуктира въ единъ аптернаторъ съ двуполюсенъ роторъ се рав-нява на броя на въртенията на ротора въ 1 секунда. Такъвъ алтернаторъ по нищо не се отличава отъ разгледа-ната въ т. 40 спирала. Когато ротора има повече полюси, честотата е по-гол^ма, защото всЬка намотка при едно завъртане пресича толкова магнитни полета, колкото чиф-та полюси има ротора. За четириполюсенъ алтернаторъ (роторътъ е четириполюсенъ), честотата f е равна на броя на въртенията въ 1 секунда, умноженъ по две и т. н.
Можемъ да кажемъ следователно, че честотата f на индуктираната е. д. сила е равна на произведението отъ броя на завъртанията п въ една секунда, по чифтовепиъ полюси р на ротора: f=n. р.
Нко вместо въртенията въ една секунда п, вземемъ сж-щитЬ въ минути п' =60. л, получаваме:
х п'-Р (67)
60
За да получимъ честотата 50 пер./сек. когато алтернатора е двуполюсенъ (р=1), п‘ требва да е 3000 за четириполюсенъ алтернаторъ (р = 2) п: = 1500; за осемь-полюсенъ (/?=4) п‘ =750 и т. н.
Съ нарастването на честотата, нарастватъ и загубите въ веригитЪ поради нарастването на индуктивното съпротивление, загубите поради остатъчния магнитизъмъ и токовете на Фуко (вижъ т- 41). Ниската честота, обаче за известии нужди не меже да слезе подъ известна граница. Така напр. при осветлението, ако искаме да има спокойна светлина (да не трепти) требва да се употреби токъ съ честота поне 40 пер /сек. За еднообразие и за
256
Фиг. 202
да могатъ да се използуватъ различии токоизтсчници, конто да вливатъ енергията си одновременно въ една и сжща мрежа1 държавата се е намесила и предписва да се употр-Ьбява една и сжща честота—50 пер./сек.
Въ алтернаторигЕ често се говори за електрически градуса вместо за геометрически: 360° електрически отго-варятъ на единъ периодъ; при двуполюснигЕ машини ще имаме 360° електрически =350° геометрически; при чети-полюснит-fe! — 360° електрически = 180° геометрически; при шестполюснигк: 360° електрически •— 120° геометрически и т. н.
Отъ употрЪбя-ванигЬ двигатели за алтернаторитЪ^ само парнитЪ тур-бини развиватъ скорость около 3000 обороти; свързанитк съ тЕзи турбини алтернатори (турбо-
алтернатори) иматъ обикновено двуполюсни ротори, Вси-чки други двигатели (водни, турбини, дизели и пр.) иматъ по-малка скорость и свързанитЪ съ тЪхъ алтернатори иматъ многополюсни ротори (фиг. 202 и фиг. 203)
Роторътъ се състои обокновено отъ колело (плътно или съ главина, спиии и барабанъ). което е направено отъ л^та стомана и върху чиято повръхнина сж закрепени по-люсигЬ. Полюсит-fe N и 5 се редуватъ и се състоятъ отъ сърдцевина, полюсна наставка а намотка (фиг. 203). Сърдце-вината на полюса е обикновенно отъ масивна стомана, а по-люсната наставка е отъ отдЪлни—изолирани листове.
Роторътъ се състои обикновено отъ колело (плътно или съ главина, спици и барабанъ), което е направено отъ лЪта стомана и върху чиято повръхнина сж закрепени полюситЬ.
Възбуждане. Е. д. сила която се индуктира въ алтерна-тора зависи преди всичко отъ магнитното поле Ф и отъ броя на проводницитЪ, конто сЬкатъ това поле. Ето защо, магнит-
257
ното поле Ф, което се образува отъ ротора на единъ алтер-натсръ трЪбва да бжде добре пресмЪтнато.
Силата на магн. поле, произведено отъ ротора, зависи отъ ампернамоткитт на неговитгь полюси: отъ произведе-нието на намоткит-fe въ всЬки полюсъ по силата на възбуди-
Фиг. 203
телния токъ, който тече презъ тЪзи намотки. При пресм-Ьта-нето на ампернамоткит-fe, важи казаното за магнитнитЬ вериги въ т. 36.
И действително, да си представимъ една часть отъ ал-тернатора съ два разноименни полюси (фиг. 204). Магн. токъ, ксйто излиза отъ N полюсъ минава презъ въздушната меж-дина, прониква въ сърдцевината на статора, раздЬля се на
17
253
Фиг. 204
две части и образува две магнитни вериги, които се затва-рятъ презъ съседнитк въздушни междини и сьответнитк полюси S.
Да се пресмктне възбуждането ще рече да се пресмктне една отъ горео-писанитк магнитни вериги; пжтя на магн. верига минава презъ две въздушни междини, презъ жел. сърдцевина на статора и презъ сърдцевината (колело-то на ротора). За по-лесно пресмктане, магнитната верига се подраздкля на отдклни участъци. Въ т. 36 разгледах-
ме подробно какъ става това пресмктане. Тукъ само ще спо-менемъ, че за да се намалятъ загубитк въ желкзната сърдцевина на статора, тк се правятъ отъ отдклни и изолирани ламарини и магнитната индукция В въ ткхъ не се взема повече отъ 7000. Желкзната сърдцевина на ротора не е подложена на промкнливо магнитизиране заради това се прави ма-сивна и се допускатъ голкми стойности на В (надъ 15000). Следъ като се опредклятъ ампернамоткитк, установяватъ броя на намоткитк п и силата на тока / съ такъвъ разчетъ, че енергията, която се изразходва за възбуждането, да не надминава 3—5°'о за голкмитк алтернатори и 1—1’5% за мал-китк алтернатори. Щомъ се знае напрежението на възбудителния токъ е, ще бждатъ известии i и п.
Източникъ на възбудителенъ токъ е или специална малка динамомашина, която е прикрепена върху осьта на алтер-натора и се нарича възбудителка, или акумулаторна батерия (по-ркдко).
Фиг. 205
Свръзването на роторнитк (възбудителнитк) намотки съ източника на възбудителния токъ става чрезъ два въртящи
259
«се пръстени, върху които се триятъ четки, подобно на четки-т-fe въ динамомашинитЬ.
При двуполюсните турбоалтернатори, роторътъ обикновено е желЪзенъ цилиндъръ, върху които сж награ-вени канали и намоткитЪ сж навити така, че сжщиятъ се получава двуполюсенъ (фиг. 205). Така, намотките се при-крепятъ здраво и ротора може да се върти съ много голыми скорости безопасно.
103. Устройство на статора.
Състои се отъ желЪзна сърдцевина, кожухъ и намотки, Жел-Ьзната сърдцевина има форма на пръстенъ и е направена отъ изолирани листове за да се изб'Ьгнатъ гол'Ьмит'^ загуби поради паразитни токове. Употребява се специално меко железо за да се избЪгнатъ сжщо загубите поради остатъчния магнитизъмъ.
Върху вжтрешната повръхнина на сърдцевината се правятъ канали за проводниците, въ които се индуктира е. д. сила. Каналите сж затворена, полуотворена, или отворена (фиг. 206). Предпочитатъ се отвергните канали, понеже тЪ позволяватъ намотките да се приготвятъ отдЪлно върху специални калъпи.
Намотките на статора се правятъ отъ първокачест-вена медь. Въ даденъ моментъ, въ всички полезни про водници на намотките, намиращи се подъ 5 полюсъ се индук-
тиратъ е. д. сили съ една посока, а въ всички проводници подъ полюсъ N —
Фиг. 206
съ противна посока. Отделимте полезни проводници се свързватъ помежду си последователно и образу-ватъ намотките, като се
внимава индуктиранитЬ е. д. сили да се събиратъ.
За да се лолучатъ високи е.д. сили, требва да се употребяватъ много полезни проводници; поради това по-ставятъ по неколко проводници въ единъ и сжщъ ка-налъ като взематъ мерки за техното отлично изолира-не. Освенъ това, каналите въ статора се правятъ колкото е възможно по близко единъ до другъ.
260
ПроводницитЪ, конто сж разположени подъ единъ полюсь (безразлично въ колко канали и по колко въ всЬки ка-налъ) образуватъ една секция; две секции образуватъ една бобина или намотка. ПолезнигЬ проводници на всЬка намотка се свързватъ помежду си така че е. д. сили, конто се образуватъ въ всЬки отъ гЬхъ се събиратъ помежду си (посоката имъ въ общата верига е една и сжща).
Съединяването на полезнигЬ проводници въ намотки става отъ къмъ дветЪ фронтови страни на статора. Различа-ваме два главни вида съединяване; затворено и отворено.
Фиг. 207
Фиг. 208
На фиг. 207 е показанъ схематичния видъ на единъ шесть полюсенъ алтернаторъ съ затворено съединяване не намоткитЬ, а на фиг. 208 — намоткитЬ на сжщия. Всички проводници, разположени подъ единъ чифтъ полюси се свръзватъ помежду си, образуватъ бубината, и едва следъ това, ть се свръзватъ съ проводницигЬ подъ следующия чифтъ полюси»
Фиг. 209
Фиг. 210
На фиг. 209 и 210 е означенъ шесть полюсенъ алтернаторъ съ отворено свръзване. Свръзватъ се проводници, ле-жаши подъ всички полюси и едва следъ пълната обиколка на статора се минава къмъ свръзване на следующата трупа проводници.
Освенъ тЪзи два начини, въ практиката се употрЪбяветъ най-различни комбинации отъ сжщигЬ.
261
Основното правило, което тргьбва да се спазва при тп>-зи съединения е да се свръзватъ помежду си симетричнитгъ проводници (конто иматъ идентично разположение подъ по-люситп) така, че образуваната въ тгьхъ е. д. сила да се съ-бара съ другитп е. д. сили въ общата верига.
Трифазни алтернатори.
Колкото и правилно да се свръзватъ полезнит'Ь проводници, индуктиранитЬ въ гЬхъ е. д. сили сж сфазирани винаги помежду си на известенъ жгълъ. Колкото по-отда-•лечени сж каналит'Ь, толкова жгъла на сфазирането е по-голЬмъ, понеже магнитното поле сЬче прсводницигЬ, въ различно време. По такъвъ начинъ нЪкои отъ прозодчи-цито ще бждатъ безполезни, а други проводници ще сж дори вредни, защото е. д. сила, която се образува въ тТхъ е твърде много сфазирана спрямо останалит^ е. д. сили, а гЬхното омическо и индуктивно съпротивления увеличаватъ общото съпротивление на веригата. Ето защо полезнит'Ь. проводници трЪбва да бждатъ групирани въ «дно много т-Ьсно пространство подъ всЬки полюсъ.
За да се използува ц’Ьлото пространство подъ пслю-ситЪ, на конструкторитЬ имъ е дошла идеята да разпо-ложатъ нЬколко. съвършено различии намотки: понастоя-щемъ се е затвърдила употрЪбата на 3 такива отдклни намотки. Алтернаторитт съ 3 отдплни намотки се наричатъ трифазни.
Подъ всЬки полюсъ се намиратъ проводници, които принадлежать и на тритЪ фази. ТЬзи проводници, сж свързани въ намотки, които сж сфазирани на 120° електрически помежду си. Образуванит-fe въ тритЕ намотки е. ,д. сили иматъ еднакви стойности и еднаква честота, но сж сфазирани помежду си на х/3 отъ периода.
Свръзването на тритЪ намотки става всЕка за себе си по единъ отъ разгледанитЬ начини. Така, на фиг. 211 и 212 е даденъ единъ трифазенъ алтернаторъ съ отворено съединяване на намоткитЪ. За по-голЪма нагледность, подъ всЬки полюсъ е означенъ само по единъ каналъ за всЬка фаза.
Свръзването на тритЬ фази става или звездно или три-лкгълниково. На фиг. 211 е означено звездно свръзване: три-
262
тЕ края I1, 21 и З1 на фазитЕ сж свързани въ едно и давать нулевата точка, а тритЕ начала 1, 2 и 3 се свръзватъ ]с ь брустчета, отъ които почва външната верига.
Фиг. 211
Фиг. 212
Обикновено алтернаторитЕ се свръзватъ звездно. Това свръзване позволява по-добра изолировка на проводницитЕ,. понеже напрежението Е въ тЕхъ е по малко, отколкото линейного (полюсното) напрежение У.
104. Е. д. сила на алтернаторитЪ.
Да разгледаме часть отъ единъ многопопюсенъ алтерна-торъ (фиг. 213). Магнитното силово поле, което излиза отъ АЛ и влиза въ S, пресича последователно всЕки полезенъ проводникъ. Това поле обаче не сЕче равномЕрно проводницитЕ.
Идва моментъ когато единъ проводникъ се сЕче отъ попето, което влиза въ 5; това продължава до като 5 мине
Фиг. 213
подъ проводника; следъ това, известно време проводника почти не се сЕче отъ силови линии; после идватъ маг-нитнитЕ силови линии излизащи отъ N и т. н. Формата на индуктираната е. д. сила следователно нЕма да бжде
Фиг. 214
синусоидална, а показаната на фиг. 214. Тази форма се приближава твърде много до синусоидалната чрезъ употрЕбата на полюснитЕ наставки и даването на подходяща фор ма на сжщитЕ.
Величината на индуктираната е. д. сила зависи отъ сила
та на магнитното поле, отъ честотата (скоростьта на въртенето на ротора), отъ броятъ^на проводницитгь, тгъх-
263
наша дължина и начина на свръзването имъ. Ето защо, можемъ да напишемъ:
E=k. f. Ф волта (68)
Коефициентътъ k, изразява влиянието на броя на про-водницитЬ, тЬхната дължина и начина на свръзването имъ? въ него е включено сжщо така и числото 10~8 съ което трЪб-ва да се умножать абсолютнитЪ единици за да се получи Е въ волтове.
Отпоено формата на получената е. д. сила, тр-Ьбва да добавимъ, че тя не е напълно синусоидална, обаче зависи твърде много отъ конструктивнигЬ особености на алтернато-ра. Bet к а несинусоидална периодична величина можемъ да разложимъ на една основна синусоидална величина и други хармонични на основната величина (вижъ т. 54).
Колкото произведената е. д. сила е по-близка по формата си до синусоидата, толкова тя е по-бедна отъ хар-монични и толкова алтернатора е по-доброкачественъ.
105. Реакция на котвата. Синхронизъмъ.
Реакция на котвата. Описаното при разглеждане на динамомашинит-fe явление реакция на котвата (ротора), сж-ществува и въ anTepnaTopHTi. При т^хъ то е по-сложно, понеже зависи и отъ сфазирането между тока и напреже-нието, а така сжщо и поради това, че протичащия про-мЪнливъ токъ създава пром^нливо магнитно поле.
За по-гол'Ьма нагледность ще разгледаме явление-то въ еднофазнитЪ алтернатори; казаното важи и за трифазнит'Ь.
На фиг. 215 е означена една спирала отъ статора съ посоката на протичащия токъ и образуваното отъ сжщия магнитно поле. Нко токътъ и напрежението сж въ фаза, най-сил-но поле ще имаме когато полезнитЬ проводници на спиралата сж подъ oct неже тогава се индуктира най-голЪма
чащия токъ е най-силенъ. Посоката на това магнитно поле, наречено реакционно, съвпада съ посоката на главно-то поле въ втората половина на вс^Ьки полюсь, а е про
фиг. 215
гЪ на полюситЬ, по-е. д. сила и проти-
264
тивоположна въ първата половина на полюсит'Ь. Резулта-тътъ е, че главного магнитно поле ще се измени; то ще бжде усилено въ втората половина (по посока на вър-тенето) на всЬки полюсъ, а отслабено въ първата половина.
Формата на индуктираната е. д. сила ще се отдале-чи още повече отъ синусоидата; нейната сродна стойность обаче ще остане почти сжщата.
Да разгледаме случая, когато товара е чисто индукти-венъ (ср ==-{-90 ) и тока закъснява спр-Ьмо напрежението на 90’.
Въ този случай (фиг. 216) най-силенъ токъ протича когато индуктираната е. д. сила е нула; тогава имаме и най-сил-но реакционно поле, което има посока, обратна на посоката на главного магнитно поле. Резултатътъ е, че главного магнитно поле отслабва; отслабва и индуктираната е. д. сила,
Дко ср е между О9 и 90’, което се случва най-често въ практиката, създаденото реакционно поле предизвиква едно-временно отслабване и изшъняване формата на индуктира-ната е. д. сила (часть отъ него ще отслабва, а друга часть ще изкривява главного магнитно поле).
Фиг. 216
Фиг. 217
Нко товарътъ е чисто капацитивенъ (ср = 90°), най голЪ-ма сила на тока ще имаме когато спиралата заеме положе-нието, означено на фиг. 217. Посоката на реакционного поле съвпада съ посоката на главного поле и индуктираната е. д. сила се увеличава.
Когато ср е между 0’ и—90°, индуктираната е. д. сила ще бжде едновременно усилена и формата й—изменена.
Въ заключение, значението на реакцията на котвата за действието на алтернатора е следното: напрежението на сжщия когато бжде натоваренъ нЪма да е еднакво съ това, което е, когато не е натоваренъ, макаръ възбуждането и скоростьта да оставатъ неизм-Ьнени. Най-често напрежението пада (товарътъ е индуктивенъ), по-рЪдко остава сжщото (ако това-
265
pa e чисто омически), а още по-рЬдко (при капацитивенъ товаръ) то ще се увеличи.
Синхронизъмъ. Когато две явления ставатъ въ едно и сжщо време и си съответствуватъ напълно, казваме, че тЬ сж. синхронии. Така напр. въ тонфилма говорътъ трЬбва да съот-ветствува напълно на движението на устнигЬ — тЬ трЬбва да бждатъ синхронии.
НлтернаторитЬ сж синхронии машини, понеже въ тЬхъ сжществува пъленъ синхронизъмъ между скоростьта на въртенето (оборотитЬ) и честотата на произведената е. д. сила. Понеже тази честота трЬбва да бжде постоянна, налага се оборститЬ въ алтернатора да бждатъ почти неизмЪнни. Това се постига чрезъ употрЬбата на специални регулатори (цен-тробежни), конто регулиратъ скоростьта на тЬхния механически двигатель (парна или водна турбина, моторъ съ вжт-решно горене и пр). Когато алтернатора се включи за пара-лелна работа въ мрежа заедно съ други алтернатори, негова-та скорость се корегира автоматически или както казваме, той подържа автоматически синхронизъма (вижъ т. 108).
106. Характеристики. Регулиране.
Характеристики. ГлавнитЬ характеристики на единъ ал
тернаторъ сж:
7) Характеристика при празенъ ходъ (характеристика на възбуждането) —фиг. 218 — кривата Е. Показва ни какъ се
измЬня индуктираната е. д. сила Е, когато се измЬня възбудителния токъ Z. Получава се опитно като измЬнятъ си-лата на възбудителния токъ I посрЬдствомъ единъ реостатъ и за всЬка стойность на / измЬрватъ съответната стойность на V. Въ първата си часть тази характеристика
е праволинейна; когато желЬзо-
то почва да се насища, характеристиката прави едно колЬно
и постепенно взема по-малъкъ наклонъ.
2) Външна характеристика-, показва ни какъ се измЬня напрежението V на полюситЬ на алтернатора, когато се из-мЬня тока i въ външната верига (фиг. 218).
266
Тази характеристика се получава сжщо опитно и е раз» лична за различнитЕ товари.
Понеже външния товаръ влияе не само върху величината на напрежението V но и върху жгъла на сфазирането между V и I, характеристиката има различии очертания въ зависимость отъ жгъла на сфазирането <р. За всЕка стойность на <р отговаря една характеристика. Проучванията показватъ, че когато V и I сж въ фаза (<р = 0), характеристиката представлява V4 отъ епипса. Колкото товарътъ е по-индуктивенъ, толкова тя по се приближава къмъ права линия, а колкото товарътъ е по-капацитивенъ, толкова повече се раздува и напрежението, вместо да спада когато I расте, сжщо расте.
Отъ казаното вадимъ заключение, че докато при обик-новени товари (апарати съ индуктивно и омическо съпротивления) напрежението на полюситЕ намалява съ увеличаване-то на товара, ако имаме капацитивни товари, напрежението расте и могатъ да се получатъ стойности за 1 дори по-голЕ-ми, отколкото сж при кжсо съединение.
При кжсо съединение, силата на тока I не трЕбва да над-минава 2 — 3 пжти нормалната сила на тока. Това нЕщо е необходимо, за да може машината да издържа за известно време кжситЕ съединения безъ да изгори. То се постига чрезъ съответно разчитане на съпротивлението, което требва да иматъ проводницитЕ на алтернатора — разчетъ, който се прави още при проекта на машината.
Регулиране. Отъ външната характеристика се вижда, че алтернаторитЕ сж машини, чието напрежение може да се подържа почти постоянно чрезъ изменение на възбуждането. Това регулиране става ржчно или автоматически като се действува върху специаленъ възбудителенъ реостатъ.
Сжществуватъ различии системи за автоматично подър-жане постоянство на напрежението. Като примЕръ за такова регулиране при малки алтернатори ще разгледаме употрЕбе-ния начинъ въ подвижнитЕ електрически агрегати Хумболдтъ Дойцъ (алтернаторъ Кайзеръ съ мощность 25 На фиг. 219 е дадена схемата на алтернатора, заедно съ органитЕ за регулиране:
А — алтернаторъ; В — възбудителка; Ва — възбуждане на алтернатора; Вв — възбуждане на възбудителката; гв — реостатъ за регулиране възбуждането на възбудителката; /?а —
267
ржченъ реостатъ и /?в — автоматически реостатъ за регули-ране възбуждането на алтернатора; ЕМ — електромагнитъ; П — пружина; Т — трансформаторъ; И — сухъ токоизпра-
витель; Л — линия (външна верига).
Желаното напрежение се добива, като се действува вър-
ху реостата гв на възбудителката (усилва се или се отслабва
произвежданиятъ отъ нея възбу-дителенъ токъ). Освенъ това, паралелно на алтернатора (въ ли-нейнитЬ витла 1 и 2) е включена първичната намотка i а трансформатора Г. Когато се увеличи вън-шния товаръ, презъ сжщата протича пс-снленъ токъ и този токъ индуктира пром^нливь токъ /а въ вторичната намотка на сжщия. /а минава презъ /?а, изправя се въ И и протича презъ немоткигЬ ЕМ; ЕМ действува върху своята котва Д’ и я привлича къмъ себе си. Чрезъ регулиране на /?а (ржчно) можемъ да усилваме или отслаб-ваме /а и по този начинъ да ре-гулираме при какъвъ токъ въ външната верига, да се привлече К отъ електромагнита. Съпротивлението RB има устройство подобно на хармоника: когато К е на мЪс-тото си, неговитЪ намотки сж съе-динени на кжсо; когато К се привлече отъ ЕМ намоткитЪ на RB почватъ да се отдалечаватъ една
Фиг. 219
отъ друга и по този начинъ въ възбудителната верига на алтернатора автоматически се включва по-голЪмо съпротивление, /в намалява, напрежението V престава да расте. Когато външния товаръ се намали, намалява се /а , ЕМ отпуска К, която подъ действието на П се връща и RB намалява; увеличава се /в и напрежението пакъ запазва своята стойность.
268
107- Мощность. Коефициенть на полезно действие.
Мощность. Мощностьта W на единъ монофазенъ алтернаторъ е W=-V.I. Cos <р; за трифазнитЬ алтернатори W=V 3 .V. I.Cos ср, гдето V и I сж напрежението и силата на тока въ линията (между фаза и фаза); Cos ср е коефициента на мощностьта.
Явно е, че мощностьта на алтернатора зависи отъ включения товаръ, защото Cos ср зависи отъ сжщия. Ето за-що, обикновено се дава привидната мощность на алтернатора въ киловолтампери (при Cos ср=7), а не действителна-та; тази е максималната мощность, която може да развие машината.
Тя се получава само тогава, когато товарътъ е чисто омически. Това се случва рфдко въ практиката. Обикновено апаратит-fe, които използуватъ електрическата енергия иматъ по-гол'Ьмо или по-малко индуктивно съпротивление, което предизвиква сфазиране между тока и напрежението. Нормално Cos ср на мрежитЬ е къмъ 0'80, ето защо нЬкои фабрики давать мощностьта при този коефициенть на полезно действие. Напри мФ ръ назвать: мощностьта на този алтернаторъ е 8000 kw при Cos со = 0 8. Този алтернаторъ значи има мощность 10000 kw А.
Коефициентъ на полезно действие. Подъ действи-теленъ (ефективенъ) коефициентъ на полезно действие ц се разбира отношението между полезната електрическа мощность W и механическата нуждна за движението на алтернато-W
Ра: 1^м •
Мощностьта W е винаги по-малка отъ И7М1 понеже и при тЬзи машини, както при динамомашинигЬ, има загуби, които не могатъ да се отстранять.
Загубит^ въ алтернаторит-fe сж:
а) загуби въ медьта-, намиратъ се по закона на Джаулъ и зависятъ отъ силата на протичащия токъ 1 и отъ съпротивлението на проводницитЬ;
б) загуби въ желп>зото\ поради паразитни токове, оста тъченъ магнитизъмъ и пръскане на часть отъ магнитния потокъ;
269
в) загуби за възбуждането на алтернатора; ако възбудителния токъ е z, а напрежението на възбудителката е Ve загубит^ за възбуждането сж W\~V Л;
г) механически загуби-, поради триенията, сътресенията р съпротивлението на въздуха.
Освенъ тЬзи загуби има и други, макаръ и незначител-ни. Такива сж загубить поради неравномЬрность на магнитною поле, реакцията на котвата и др.
Коефициентътъ на полезно действие на алтернаторитЬ се мЬни въ твърде широки граници; за малкитЬ машини сли-за до 70° '0, а за голЬмитЬ место надминава 95%—96%.
108. Свръзване за паралелна работа.
Въ електрическитЬ централи обикновено сж инсталира-ни по нЬколко алтернатори. ПричинитЬ сж сжщитЬ, конто раз-гледахме въ т. 89. Свръзването на алтернаторитЬ става вина-ги паралелно. Последователното свръзване не се употрЬбява, никога въ практиката; причинитЬ за това сж, че то не е сга-билно; отъ друга страна чрезъ трансформаторитЬ може да се получи колкото искаме високо напрежение безъ да има на лице неудобствата отъ послед, свръзване на алтернаторитЬ.
Паралелно свръзване може да се реализира не само между алтернаторитп въ една и смща централа, но и между алтернатори, които сж инсталирани въ различии централи За да може алтернаторъ 2 да се включи въ мрежа, въ която е включенъ вече алтернаторъ 7 (фиг. 220), сжщиятъ трЬб-
ва да има еднаква е. д. сила, честота и фаза съ първия. На алтернаторъ 2 регули-ратъ преди всичко оборотитЬ за да бждатъ почти еднакви съ оборотитЬ на 7; следъ това действуватъ върху възбуждането, за да се получи полюсно напрежение V, еднакво съ това въ линията. Остава още
да се види дали 2 има сжщата честота фиг 220
и е въ фаза спрямо външната верига
съ 7. За тази цель най-често се употрЬбяватъ фазни лампи-Л1 и Лг, които сж включени между едноименнитЬ полюси на. алтернаторитЬ.
270
Когато двет-fe машини сж въ фаза спрямо външната ве-
рига, презъ лампитЪ (които сж
Фиг. 221
включени еднакво съ включ-ването имъ на фиг. 221) нЪ-ма да протече токъ и тТ нЬ-ма да св'Ьтягъ. Нко маши-нитЪ н’Ьматъ еднаква фаза и честота, въ веригитЪ на лампит-fe ще действува е.д. сила — сборъ отъ е. д. сили на двет-fe машини. Ней-
ната величина ще се измЪня постоянно (фиг. 222) и лампит-fe ту ще свЪтятъ, ту ще изгасватъ. Колкото фазитЪ на двет-fe
машини сж по-близки и чес-тотит-fe имъ по-еднакви, толкова по-р-Ьдки ще сж тЪзи св-Ьтения и изгасвания.
Трифазнит-fe алтернатори се
включватъ така, както и ед- фиг 222
нофазнитЬ: фазни лампи се
включватъ между трит-fe едноименни фази на машинитЪ.
Следъ включване на алтернаторъ 2, скоростит-fe на двата алтернатори се доизравняватъ автоматически. Остава само да се прехвърли часть отъ товара на 1 върху 2. Това става, като се действува не върху възбуждането на 2, а върху ме-ханическата мощность на сжщия. За тази цель се действува
ърху регулатора на двигателната машина.
Когато алтернаторит-fe сж включени за паралелна ра
бота, гЬхната скорость автоматически се подържа постоянна. Това се дължи на появяването на синхронизиращъ токъ, който се стреми да ускори по-бавната машина, за
съ сжщата фаза, иматъ
да вземе и тя сжщит-fe обороти, които иматъ по бързит-fe машини.
Да разгледаме това интересно явление малко по-подробно. На фиг. 223 сж показами два алтернатори 1 и 2които сж вклю чени въ общата мрежа за паралелна работа. Понеже rfe сж еднаква честота и еднаква е. д.
271
F м
/
Фиг. 224
-сила, тЬхнит-fc полюсни напрежения въ вскки моментъ сж въ опозиция и токъ тече само въ външната верига.
Веригата можемъ да сравнимъ съ верига на галвани-чески елементи.
Да предположимъ, че машината 2 въ даденъ моментъ намали своитЬ обороти; нейната е. д. сила Да до този моментъ е била напълно въ опозиция и равна на е. д. сила Д1 на алтернатора 1 (фиг. 224). Щомъ 1 се забави, Да ще закъсн-fce спрямо първото си положение и ще заеме мЪстото Да. Сумата отъ дветЪ е. д. сили вместо нула ще бжде е. Тази е. д. сила е сфазирана почти на 90° спрямо Да. Тя предизвиква появява-‘нето на тока I, който ще бжде сфазиранъ спрямо е сжщо почти на 90°; това е така, тъй като съпротивлението на двата алтернатори е почти напълно индуктивно (проводницитЪ сж съ много малко омическо съпротивление и представляватъ отъ себе си спирали). Токътъ I виждаме, че е почти въ фаза съ Дь Той ще протече въ вжтрешната вериге на двегЬ ма
шини и ще увеличи товара на първата машина за сметка на втората машина. Поради това, първата машина ще бжде за-бавена, а втората машина ще бжде увлечена като моторъ и ускорена — скороститЪ на дветЬ машини ще се изравнятъ.
Изключването на единъ алтернаторъ отъ мрежата става по обратенъ начинъ; преди всичко се свежда на нула тока, който дава сжщия и следъ това се отваря прекжсвача му.
109. Повреди и поправки.
ПовредигЬ въ алтернаторит-fe сж толкова по-р^дки, колкото повече грижи се полагатъ за тЪхъ и колкото по-добре се познава тЬхното действие. За да си съставятъ читателитЪ едно мнение относно гкхния животъ ще напомнимъ, че въ цен-тралата въ с. Панчерево има алтернатори които сж въ действие още отъ пускането на сжщата въ действие — 1906 год.
Повредит-fe въ алтернаторитЬ както и въ машинитЬ за правъ токъ могатъ да се разцЬлятъ на механически и електрически.
272
МеханическитЕ повреди не ще разглеждаме — казаното въ т. 100 важи и за тЕхъ.
1. Полюсното напрежение на алтернаториттъ е нула. Причини: а) неизправна възбудителна машина.
б) Прекжсване въ веригата на ротора.
в) Кжсо съединение въ веригата на ротора.
Поправки: а) Да се провЕри има ли напрежение между четкитЕ на възбудителката и ако нЕма, да се търси по-вредата както въ обикновена динамомашина.
б) ПровЕрява се протича ли токъ въ намоткитЕ на ротора (електромагнититЕ); ако нЕма, търси се мЕстото на скжсването; особено внимание да се обърне на възбудителния реостатъ.
в) ОтдЕля се веригата на възбудителката и ако тя е изправна, търси се кжсото съединение въ намоткитЕ на ротора и се отстранява.
2. Полюсното напрежение не взема нормалната си стойность.
Причини: а) Възбудителката не е изправна.
б) Кжсо съединение въ ротора на алтернатора.
в) Кжсо съединение въ една или нЕколко отъ намот-китЕ на статора на алтернатора.
г) Прекжсната е една отъ фазитЕ на алтернатора.
Поправки: а) Откача се възбудителката, провЕрява се и се поправя както динамомашинитЕ.
б) Повредата се търси най напредъ въ контактнитЕ пръстени (колектора) на ротора като се провЕрява тЕхна-та изолация; намЕрена, тя се отстранява.
в) Часть отъ намоткитЕ се нагрЕва силно и машината почва да бръмчи; повредената намотка се поправя или временно се изолира като се свръзватъ по между имъ съседни-тЕ изправни намотки.
г) При свръзване „трижгълникъ" напрежението между различнитЕ чифтове полюси ще бжде различно; намЕрената повреда се отстранява.
И тукъ ще подчертаемъ, че практиката е най-добрия учитель-, добрия електротехникъ познава хода на своята машина по шума, както лЕкаря познава хода на болестыа по пулса.
273
110. УпотрЪба.
НлтернаторитЪ сж най-разпространенит-fa производители на електричество. Причината да се предпочита пром-Ьнливия токъ предъ постоянния не е, че той притежава по пенни качества; напротивъ, правиятъ токъ е за предпочитане предъ пром-Ьнливия. ПромЪнливиятъ токъ обаче притежава важного преимущество, че се трансформира много лесно въ токъ съ по-високо или пониско напрежение чрезъ трансформаторит’Ь.
Така е възможно пренасянето на електричеството на да-лечни разстояния съ малки загуби.
Обикновено електрическата енергия се произвежда въ голыми централи отъ мощни алтернатори. Когато се касае за малки, м-Ьстни централи, предпочитатъ се динамомашинит-fe.
Въ таблица XVI даваме най-харектернитЬ данни на алтернатори съ различна мощность.
Таблица XVI.
Трифазни алтернатори.
KVfl на полю-сит±> Мощность при Въртения въ мин. ц при Cos <f=l Тежина кгр. РазмЪри въ мм. . I
Los kw 1’=1 HP Ширина Дължина Висо-чина
15 17’6 24 1500 0 875 330 550 1168 645
22 25'7 35 1500 0'890 374
35 40 54 1500 0'895 750 800 1405 920
50 56 76 1500 0'900 835 »> .. »
62 70 95 1500 0'900 915 » И
65 73'5 100 1000 0'910 925 И55 и
100 ПО 150 1000 0'920 1430 1010 1660 1165
135 147 200 1000 0-930 1600 »
175 190 257 1000 0'930 2420 1220 2020 1365
220 240 325 1000 0-930 2640 »>
270 290 395 1000 0 935 3080 м 2120 •>
320 342 465 1000 0'940 3300 » м
450 470 640 1000 0 945 5050 1600 2420 1715
600 630 860 1000 0'950 5700 >» if
770 810 1100 1000 0 950 6930 »> 2780 1735
950 1000 1350 1000 0'955 7800 » » W
1050 1100 1500 •750 0 955 9900 1950 3030 1975
1300 1360 1850 710 0955 11200 ,, »
1350 1420 1930 600 0 955 12200 2250 3020 2150
1500 1570 2140 500 S 0955 13500 3220 »
18
XII. Електродвигатели за промЪн-ливъ токъ.
111. Видове ел. двигатели за промЪнливъ токъ.
Ел. двигателитЬ за промЬнливъ токъ се подразделять на 3 групи:
1) Синхронна електродвигатели: използуватъ принципа за обрати мостьта на алтернаторитЬ.
2) Асинхронна електродвигатели (индукционни); използуватъ принципа на въртящето се магнитно поле. ТЬ сж най-важнитЬ ел. двигатели за пром. токъ. Могатъ да бждатъ три-фазни и монофазни. Разновидности на трифазнитЬ сж така нареченитЬ курци1лусъ и двойно нутови.
3) Колекторни ел. двигатели-, използуватъ свойството на машинитЬ за пост, токъ да действуватъ и съ промЬнливъ токъ.
Синхронии ел. двигатели.
112. Принципъ. Диаграма.
Принципъ. Действието имъ почива върху свойството на всЬки алтернаторъ да работи като електродвигатель ако се спазватъ нЬкои условия. Отъ това следва, че по устройството си, синхроннитЬ ел. двигатели не се различаватъ отъ обикнове-нитЬ алтернатори. ТЬ иматъ сжщо както алтернаторитЬ елек-тромагнити, които сж вжтрешни (въртящи се—роторъ) и намотки (статоръ).
Въ намоткитЬ, които сж вьншни и неподвижни се пуска да тече промЬнливъ токъ отъ мрежата, а въ намоткитЬ на електромагнититЬ трЬбва да тече постояненъ токъ.
Да разгледаме фиг. 225, която представлява часть отъ синхроненъ ел. двигатель, чийто роторъ не се движи.
Когато въ намоткитЬ на статора протече промЬнливъ токъ, вжтрешната повръхнина на статора се магнитизира. Спо-редъ посоката на тока, опредЬлени части отъ сжщия дейст-
275
гвуватъ като S полюси, а други — като N полюси (N и S ще •се редуватъ); щомъ се промЪни посоката на тока, смЪнятъ <е внезапно и полюситЪ N и S.
Фиг. 225
Вследствие гореизложеното, явява се взаимодействие между смгънящштъ се полюси на статора и постояннитп полюси на ротора. Роторътъ обаче- не ще може да се за-върти, понеже полюситЪ на статора се смЪняватъ въ много кратко време.
Да предположимъ, че роторътъ е завъртянъ на дЪсно фиг. 226), благодарение на външна сила и че полюситЪ му се привличатъ отъ полюситЪ на ротора (N отъ S и 5 отъ следващия N), като го заставятъ да се движи въ д^Ьсно. Нко скоростьта на ротора е такава, че когато се смЪнятъ полю-сит-fe на статора, подъ тЪхъ да идватъ пакъ разноименни полюси на ротора, явно е, че притеглянето на ротора въ дЪс-но ще продължи; ще продължи и въртенето му.
Скоростьта п на ротора ще бжде зависима отъ броя на чифтоветЪ полюси р на ротора: п — тя е сжщата, съ как-вато трЪбва да се върти електродвигателя като алтернаторъ, за да даде е.д. сила съ честота f пер.сек. Така напр., при честота 50 пер.|сек. четири полюсния синхроненъ ел. двигатель •ще прави п = 5° = 25 обороти въ секунда или 1500 обороти въ минута. Тази скорость е постоянна и не зависи отъ товара.
Когато товарътъ се увеличи, скоростьта за мигъ ще се намали и положението на полюситЬ ще се видоизм-fc-ти; това обаче ще предизвика поглъщане на по-силенъ токъ отъ външната верига и скоростьта пакъ ще се въз-станови. Нко товарътъ изведнажъ се изм-Ьни чуствително, полюситЪ на ротора може да изостанатъ спрямо полюси-тг& на статора съ повече отъ 180° електрически и тогаза
276
едни подъ други ще попаднатъ разноименни полюси; роторътъ ще загуби своята скорость и постепенно ще спре.
Диаграма. Да означимъ съ R и L съпротивлението и-самоиндукцията на статора на единъ синхроненъ ел. двигатель. Когато ротора се върти, въ статора (както и въ алтернатора^' се образува противо е. д. сила Е, която действува въ опозиция на напрежението V (което е приложено отвънъ). Споредъ закона на Омъ за пром, токъ, напрежението V трЪбва да е равно на сбора отъ Е и падението на напрежение въ R и L.
Значи V = Е -f- Rl -ф- <0 LI, кждето чертицата надъ символигЬ означава, че трЪбва да се извърши графическо събиране; 1 е стойностьта на тока, който протича презъ статора
Да извършимъ графического събиране следъ като сме изчислили предварително дЪснитЪ членове на равенството. На фиг. 227 извършваме това събиране: О А представлява R R А В = со L I a BD == Е. Стойностьта на V е сегмента О D.
Отъ фиг. 227 се вижда че стойностьта на V представлява радиусъ на очертаната часть отъ окружность; значи това напрежение е необходимо при различии стойкости на про тиво е.д. сила Е. Така напр. сжщото напрежение е необходимо и при е. д. сила Ei (достатъчно е четиристанника О АВ DO да бжде затворенъ). М различнитЬ противо е.д. си-ли се дължатъ на различно възбуждане.
За действието на двигателя е безразлично дали напрежението V (което е пред тавено отъ отсЬчката О D) е
2П
подъ хоризонталната ось или е надъ нея. По хоризонтална-та ось обаче ние нанасяме тока (защото / е въ фаза съ R I). Когато V е надъ I значи че напрежението избързва спрямо тока; когато V е подъ /, напрежението закъснява спрямо тока. Отъ тукъ изваждаме много важно заключение: отъ въздуж-дането на синхронная ел. двигатель зависи дали тока и напрежението въ сжщия да сж въ фаза или да сж сфазирани ; при постепенно увеличаване на възбуждането, жгъла на сфазиране между V и I (който т/ь с ж имали въ линията) постепенно намалява, става нула и следъ това тока избързва спрямо напрежението.
Това свойство на синхронния ел. двигатель е главната причина за неговата употрТба: той действува като регула-торъ за поправяне на Созц на линишшъ, въ които е включенъ.
Диаграмата на фиг. 227 получихме за известна, определена стойность на Е. За всЬка стойность на I отговарятъ две стойности на Е, следователно и на възбуждането.
Да построимъ една крива, която да евързва разпичните стойности на / съ съответнит-fe стойности на Е. Така се получава кривата на фиг. 228 на която ордината е I, а абциса Е.
Всички точки отъ тази крива отговарятъ на една и сжща мощность, обаче на различенъ жгълъ на сфазиране между тока и напрежението. Кривата 1 ни дава жгъла на сфазирането ср (по мащаба въ д-fecHo). При ср = 0, необходима е най слаба сила на токъ; когато се намалява възбуждането {намалява се противо е. д. сила Е), тока I се усилва но е сфазиранъ въ закъснение спрямо напрежението; при усилва-не на възбуждането (увеличава се Е), тока се усилва пакъ но избързва спрямо напрежението. За други мощности се по-лучаватъ други подобии криви.
ТЬзи криви сж известии въ електротехниката като ве-образ-яи (V—образна) или криви на Викъ (Weekes). Тп се получа-ватъ опитно и ни показватъ какъ се измпня Cos tp u I въ зависимость отъ възбуждането при синхроннитгь електродвигатели.
113. Пускане въ действие. УпотрЪба.
Действие. ВидЪхме, че синхронния ел. двигатель не мо-.же да тръгне самъ; необходима е външна сила, която да за-
278
върти неговия роторъ до като достигне скоростьта на синхронизма. Като двигатель за първоначално пускане може-да служи динамомашината—възбудителка ако има необходи-митЬ за това размори. Пусканетс може да стане и безъ помощьта на спомагателенъ двигатель, ако синхронния ел. двигатель е трифазенъ и сж направени проспособления, които го приближаватъ къмъ асинхроннит^ ел. двигатели
ТЪзи приспособления се състоятъ въ следнОто: въ по-люснитЪ наставки на електромагнитигЬ се оставятъ канали успоредно на ссьта; въ тЬзи канали се поставятъ проводници подобно на каналитЪ въ курцшлусъ мотори (т. 115). Каналит'Ь се свръзватъ помежду си и образуватъ намотка, подобна на кафезъ. Когато пуснемъ токъ въ статора, въ тЕзи проводници се индуцтиратъ е. д. сили и протича токъ, който взаимодействува съ полюсигЬ и ротора почва да се върти.
Ел. двигатели, снабдени съ такива намотки се наричатъ авпюсинхронни.
Пускането въ действие става подобно на алтернато-рнтЪ: ненатоваренъ взема синхронната сксрость и се въз-бужда до като развие е. д. сила Е, равна и въ опозиция съ напрежението V на линията; следъ това се включва въ лин.ия-та, изключва се пусковия двигатель и се натоварва постепенно до като поеме нормалния товаръ.
При Включването требва непременно да се достигне синхронна скорость. Нко скоростьта на ротора е по-гол,Ь-ма или по-малка отъ синхронната, взаимодеиствието между полюсигЬ на ротора и статора може да предизви-катъ обратно въртене и ротора да спре. Въ такъвъ случай тр’Ьбва да се прекжсне веднага веригата на пром-Ьнли-вия токъ защото при спирането на ротора, е. д. сила £ на ротора става нула и силата на тока въ ротора ще стане много голЪма—намоткитЪ могатъ да се сгопятъ.
Стирането на синхр. електродвигатель става по сб-рзтенъ начинъ: първо намаляваме товара му, следъ това прекжсваме веригата на външния токъ и на края прекжс-взме вт збудитетната му верига.
Нткога не трЪбва да прекжснемъ първо възбуждането а следъ това външната верига защото е много опасно: веригата на статора действува като първична намотка на.
279
трансфэрматоръ, а веригата на възбуждането-като вторична намотка на сжщия трансформаторъ. Понеже възбуждането има много намотки, въ него ше се индуктира е. д. сила, която е н-Ьколко пжти по-висока отъ напрежението на линията и може да убие прислугата при случайно до-пирзне до прекжсвача ипи до полюсигЬ на възбуждането.
УпотрЪба. Отъ казаното до тукъ изпъкватъ особенитЬ свойства на тЪзи електродвигатели:
1) Не могатъ да тръгнатъ сами; за първоначалното имъ завъртане е необхоцимъ другъ двигатель.
2 Изискватъ<двойно захранване; на ротора (електро-магнитит^) съ постояненъ токъ и на статора — съ про-м'Ьнливъ тскъ.
3) Подържатъ точно определена скорость която не може да се измени, ако не се измени честотата на про-м-Ьнливия токъ. ,
4) Не могатъ да понасятъ бързо изм^няване на товара.
5) Единъ и сжщъ двигатель може да развие да-дена мощность като поема отъ линията различна сила на тока—споредъ възбуждането. Когато машината не е дос-татъчно възбудена тя гълта по-малка мощность, обаче предиззиква сфазиране между тока и напрежението; тока закъснява спрямо напрежението. Когато се превъзбуди, развива сжщата мощность като гълта повече токъ; въ този случай сбаче предизвиква избързване на тока спрямо напрежението и следователно действува като конденсаторъ.
Значи, превъзбудения синхроненъ електродвигатель действува въ веригата противно на индуктивнитп, товара и подобрява коефициента на мощностьта Cos ср.
Поради изтъкнатите свойства, синхроннитЪ електро-двигагели се употрЪбяватъ много рЪдко за индустриални цели и то предимно въ голыми фабрики, заводи и въ елек-тропроизводителни централи за поправяне на Cosср.
Асинхронни електродвигатели.
114. Принципъ.
ЛсинхронниНз електродвигатели се наричатъ ел. двигатели съ въртяще се магнитно поле или индукционни ел. двига-
280
тела. Тгьхпото устройство е основано на увличането на проводникъ (ротора), който образува затворена верига, отъ въртяще се магнитно поле (статора).
Да направимъ следния опитъ: да въртимъ силно подково-
образния магнитъ N S (фиг. 229): мед-ниятъ дискъ А (който може да се върти около осьта си) ще почне сжщо да се върти.
Причината за това е, че при въртенето на магнита N S, неговигЬ силови линии пресичатъ диска и индуктира гъ въ него е. д. сили, които създа-ватъ паразитни токове; посоката на тЪ-зи токове е такава, че тЪ се стремятъ да се противопоставятъ на въртенето на магнита (закона на Ленцъ). Понеже
Фиг. 229
не могатъ да наддЪ-
леятъ на механическата сила, която върти магнита, тЪ увли-чатъ диска, който почва да се върТи.
Вместо постояненъ магнитъ, Галилео Ферарисъ е от-крилъ, че може да се създаде въртяще се магнитно поле отъ
Фиг. 230
неподвижна намотки, въ които те-катъ токове—сфазирани помежду си. Така на фиг. 230 сж разположени три намотки, които сж включени въ тритЪ фази на една трифазна система. ВсЬки токъ образува свое магнитно поле. Три-тЪ магнитни полета се събиратъ помежду си и образуватъ едно резултат-но магнитно поле, чиято стойность не се изм-Ьня. Посоката на това поле обаче постоянно се измгьня, понеже
силата на тритЪ отдЬлни полета постоянно се м-Ьни. Това поле се върти съ смщата скорость п въ една секунда, каквато е честотата f на тока.
Въ простренството, заградено отъ тритЪ спирали се поставя единъ меденъ цилиндъръ. Въ него се индуктиратъ
е. д. сили и протичатъ токозе, които го задвижватъ, стре-мейки се да противодействуватъ на въртенето на резул-татното магнитно поле. Скоростьта на въртенето на мед-ния цилиндъръ обаче винаги ще бжде по-малка отъ ско-
281
росгьта съ която се върти магнитното поле. Ако дветЪ скорости се изравнятъ, цилиндъра не ще се пресича отъ магнитни силови линии и нЪма да се индуктиратъ е. д. сили.
115. Устройство.
Асинхронния електродвигатель се състои отъ ста
торъ и роторъ.
Статоръ. Той е
намотки протича добно на статора
външенъ, неподвиженъ и въ неговитЪ
трифазния токъ. Устройството му е попри трифазнит'Ь алтернатори,
Намотаването на статора може
да бжде извършено така, че той да отговаря на двуполюсна, четириполюсна и пр. машина. ЧифтовегЬ полюси сж толкова, колкото неутрал ни линии могатъ да се прокаратъ за всЬка фаза. Друго правило, което служи за лесно опред-Ьляне броя на полюситЬ на единъ асин-хроненъ електродвигатель е, че той
има толкова полюси, колкото секции има намотката на всЬка фаза. На фиг. 231 е показанъ единъ четири полюсенъ статоръ; всЬка фаза има две бобини, а всЬка бобина е съставена отъ две секции (всЪка секция има два полезни проводници).
Щомъ знаемъ броя на полюситгь на единъ статоръ, мо
жемъ да опред1ълимъ скоростьта п на въртящето се магнитно поле. При двуполюсенъ статоръ, п въ секунда е равна на честотата /; При многополюсенъ статоръ, ако означимъ съ р чифтоветЪ полюси, полето за всЬки периодъ отъ време се завърта на жгълъ, равенъ на 1/р отъ кржга: скоростьта /г = ftp. Ако наприм’Ьръ статора е четири полюсенъ, п — f/2; ако /=50 пер. | сек. тр п = 25 обороти въ сек. или 1500 обороти въ минута.
Роторъ. Може да бжде различно устроенъ и споредъ
това различаваме различии типове двигатели.
а) Роторъ съ накосо съединени проводница. Състои се отъ жел-Ьзенъ цилиндъръ, върху повръхнината на който, въ специални канали сж разположени медни проводници. Цилин-
282
дърътъ е направенъ отъ отд-Ьлни ламаринени кржгове изо-лирани единъ отъ другъ за да се намалятъ токовет-fe на Фуко. Проводницит-fe сж свързани отъ двет-fe страни за пръсте-ни, така че се образува нЪщо като кафезъ (фиг. 232).
Свързването днесъ става най-често чрезъ заварка а не съ калай (за по-голЪма здравина).
ТЪзи ротори сж най-простит-fe и най-здрави. Tt сж много ефтини и много разпространени. Нсинхроннит-fe ел. двигатели, снабдени съ такива ротори се
Фиг. 232
наричатъ въ практиката курцшлусъ мотора. Tfe иматъ обаче
единъ важенъ недостатъкъ; въ момента на пускане въ движение гълтатъ много силенъ токъ (7 — 8 пжти надъ нор-малния). Това предизвиква гол'Ьмо падение на напрежение въ мрежата и колебание въ осв’Ьтлението, ако се включватъ въ освЪтлителната мрежа. Поради това тЪзи ел. двигатели сж разрешени само за малки мощности. Въ София е разрешено включването на курцшлусъ мотори до 2 конски сили, въ други мЪста до 5 конски сили.
б) Роторъ съ фазни намотки: употр-Ьбяеа се за по-го-л'ЬмигЬ мощности. Въ каналигЬ на сърдцевината сж разпо-
ложени медни проводници, които сж свързани въ една три-фазна система така, както намоткит-fe на статора. ТЪзи намотки тр’Ьбва да образуватъ сжщиятъ брой полюси, както статора.
Трит-fe края на намоткит-fe свършватъ върху три пръсте-на (фиг. 233), монтирани върху осьта на ротора. Върху тТзи пръстени триятъ 3 четки, чрезъ които въ всЪка намотка се включва по-гол-Ьмо или по-малко съпротивление отъ трифаз-ния пусковъ реостатъ. Съ този реостатъ се изм-Ьнява съпро-тивлението на ротора.
Роторътъ е снабденъ съ четкоповдигачъ, чиято роля е следъ пускане въ движение и пълното изключване на пуско-вия реостатъ, да се включатъ пръстенит-fe на кжсо. Съ това се изб^гва триенето и изхабяването на четкит-fe както и про-тичането на тока по проводницит-fe до анласера.
Важното преимущество на тЪзи мотори, както ще ви-димъ по-нататъкъ (стр. 286) е, че rfe тръгватъ съ най-малъкъ токъ и иматъ гол-Ьмъ началенъ моментъ.
?83'?
мотки: едната е съ по-
Фиг. 233
гого я?»
ПРЬстеии
в) Двойнонутови ел. двигатели. Роторътъ има две на-съпротивление, а другата е по-дебела и съ помалко съпротивление.
(Двет-b намотки образу-ватъ два кафези, подобии на фиг. 232); намотката съ тънки проводници (по-гол"Ь-мо съпротивление) е външна и служи при тръгване на двигателя; тя се казва зад-
вижваща. Втората намотка, съ по-дебели проводници служи следъ като тръгне двигателя; тя се казва работна.
Ел. двигателитЪ, снабцени съ двойно нутовъ роторъ иматъ по-малъкъ първоначаленъ въртеливъ моментъ, обаче при тръгване гълтатъ 2—3 пжти по слабъ токъ, отколкото курцшлусъ мотори съ сжшата мощность.
Въздушно пространство. Така се нарича междината между неподвижния статоръ и въртящия се роторъ. Колкото това пространство е по-малко, толкова магнитного съпротивление за полето Ф е по-малко. Н това е твърде важно за rfa-зи ел. двигатели (вижъ т. 117). Колкото машината е по-до-бре центрована и направена, толкова тази междина може да бжде по-малка. За малкит-fe ел. двигатели тя е семо нЪколко мм., за по-гол-ЕмитЬ ел. двигатели е малко по-гол'Ьма. НЕкои наричатъ това въздушно пространство интраферъ (междуже-лЪзо).
116. Скорость. Плъзгане.
Скорость. ВидЕхме, че скоростьта п на въртящето се магнитно поле, което се образува въ статора е постоянна; тя зависи отъ честотата / на промЪнливия токъ и отъ гброя на чифтовегЬ полюси р. (п —f p). Скоростьта п се нарича син~ хронна скорость.
Насъ ни интересува въртенето на ротора понеже него-вата ось движи работнит-fe машини. Тази скорость на върте-не т е винаги no-малка отъ синхронната скорость п; поради това именно, тп>зи електродвигатели се наричатъ асинхронна.
284
f r" Разликата n — m се нарича относителна скорость на магнитното поле спрямо ротора; тя е много малка въ сравнение съ синхрон ната скорость п.
Плъзгане. Отношението S между относителната скорость п — т и синхронната скорость п, се нарича плъзгане на „ п — т електродвигателя: о =-------.
Плъзгането се изразява въ процента. Обикновено разликата между п и т е много малка, така че 5 е сжщо много малко. Така напр. единъ асинхроненъ двигатель даденъ за 1500 обороти, ако има плъзгане 5% ще се движи съ 1425 обороти ( 1500 Я — 0.05 отъ кждето т = 1425).
Понятието плъзгане се въвежда затова защото то има голЪмо значение при изучаване свойствата на асинхронния електро двигатель.
Когато електродвигателя е спрЪнъ, т — 0 и S = 1; ако скоростьта т на ротора бЪше еднаква съ тази на полето п, плъзгането S ше бжде нула. Значи, плъзгането може да се изм-Ьнява отъ 0 до 7. Неговата стойность зависи отъ нато-варването; при празенъ ходъ е почти единица, а при пъленъ ходъ (натоваренъ ел. двигатель) 3% — 6% отъ п. Поради това можемъ да кажемъ, че скоростьта на ротора е практически постоянна, независимо отъ натоварването.
117. Диаграма на асинхронния ел. двигатель.
За да можемъ да си обяснимъ действието на асинхронния електродвигатель и да извл’Ьчемъ полезни заключения относно неговит-fe преимущества и недостатъци, трЪб-ва да разгледаме връзката, която сжществува между тока и напрежението на статора, въ зависимость отъ скоростьта и товара на ротора, Тази връзка се изразява въ диаграмата на двигателя.
Диаграма при празенъ ходъ. Да разгледаме първо най-простия случай—когато ел. двигателя не е натоваренъ • и сжщия нЪма разсейване и механически загуби: съпротивление на въздуха, триене въ лагеритЬ и пр. Ице-влниятъ ел. двигатель при празенъ ходъ ще има плъзгане нула (п=т).
285
Напрежението^!/, което прилагаме на полюситЬ на статора ще предизвика протичането на тока I; понеже съпротив-лението на намоткитЬ на статора е почти чисто индуктивно, I ще бжде сфазиранъ почти на 90° спрямо V. Токътъ I съз-дава магнитно силово поле Ф (въ фаза съ тока), което поле пресича намоткит-fe на статора и създава въ него противо е. д. сила Е—въ опозиция на V. Стойностьта на тази е. д. сила разгледахме въ т. 40; тя е толкова пжти по-голЬма, колкото повече спирали има всЬка фазна намотка.
Напрежението V на полюсит-fe трЬбва да бжде равно на сбора отъ тази противо е. д. сила и падението R I въ намоткит-fe на статора (чието съпротив-ление е /?):
V = E-j-~R7
На фиг. 234 по хоризонталната ось нана-сяме R I, което е въ фаза съ 7 и съ полето Ф. Напрежението V получаваме като геометрически сборъ между 7?1 (равна и противоположна на Е) и R I. Казахме, че ако нЬмаше падение RI напрежението V ще бжде равно *и проти-на Е.
Силата на тока въ статора при празенъ ходъ е твър-де голгъма: достига 03—0'5 пяти стойностьта на тока при пълно натоварване. Това е едно отъ най-голЬмитЬ неудобства на асинхроннит-fe ел. двигатели: тгь консумиратъ твърде много токъ и когато не ся натоварени.
Причината за голЬмата бтойность на I при празенъ ходъ е голЬмото сфазиране между /и Увъ тЬзи електродвигатели. Това сфазиране е близко до 909, следователно получава се голЬмъ безватенъ токъ (реактивенъ токъ — т. 56).
Намаляването на тока I при празенъ ходъ може да се постигне:
а) като се увеличи броя на намоткитЬ въ статора;: б) като се намали магнитното съпротивление на ел. двигателя (създава се по-голЬмо Ф при сравнително по-слвбъ токъ 7).
Диаграма на натоваренъ ел. двигатель. Когато ел. двигателя е натоваренъ, само една часть отъ тока 7 създава магнитното поле Ф; друга часть се разходва въ загуби пора--ди магнитния хистерезисъ, паразитни токове, топлина, трие-
R1
Е
Фиг. 234
воположно
286
ния; трета часть върши полезна работа и е прэпорцио->нална на товара, който движи електродвигателя.
Съ нарастването на приложения товаръ, нзрзства и плъзгането. Това предиздиква токъ въ ротора. Роторниятъ токъ по закона на Ленцъ се противопоставя на действието на V и отслабва полето Ф и противо е. д. сила Е. Понеже напрежението V остава постоянно, това предизвиква веднага усилване на тока I до талкова, че отново да се възста-нови полето Ф.
Токътъ въ ротора създава*[свое поле Ф1, което е сфа-зирано на повече отъ 90° спрямо полето Ф. Въ ел. двигате
ля се установява следователно едно въртяще се резултатно поле Фр, което е геометрически сборъ^отъ Ф и Фт.
Да начертаемъ диаграмата на нато-варения ел. двигатель.
По хориз. ось начертаваме равнодействующего поле Фр. Противо е. д. сила Е е съ 90° закъснение спр'Ьмо това поле. Омическото падение въ статора R I е въ фаза съ полето Ф на статора. Напрежението V на полюситЬ на статора получаваме като съберемъ геометрически RI и обратната стойность на Е. Жгъла на сфазирането между / и V е жгъла При увеличаване на товара се увеличава сфазирането между Ф и Фр, жгъла а се увеличава а <рх се намалява; значи сфазирането между тока и напрежението
Фиг. 235
на линията {ста-
тора) се намалява при увеличаване на външния товаръ. То-
-зи изводъ е твърде важенъ.
118. Въртеливъ моментъ.
Въ т, 47 вид’Ьхме, че спирала, по която тече токъ / и се намира въ магнитно силово поле Ф, е подложена на въртеливъ моментъ М=Ф . I. Sin 0 (форм. 48) кждето Ф е мак-сималния магнитенъ потокъ, който пресича спиралата, а 0 е жгъла на завъртането на спиралата (между посоката i на Ф и плоскостьта на спиралата—вижъ фиг. 82.
287
Нсинхронниятъ ел. двигатель можемъ да го разглежда-ме като съставенъ отъ нЬколко спирали (спиралит-fe на ротора, по който тече токъ), които сЬкатъ магнитното поле, съз-
.дадено отъ статора.
Ако опред"Ьлимъ стойностьта на Ц който тече въ ротора, въ зависимость отъ плъзгането 5 и го зам-Ьстимъ въ гор-ната формула, ще получимъ едно уравнение, което ще ни по-каже какъ се изм^Ьня М, въ зависимость отъ плъзгането S.
_ К Ф2.Я1.8
~ X2
М
(68)
кждето К е численъ коефицентъ (зависи отъ броя на спиралит'Ь, дължината имъ и пр.); /ф е омическото съпротивление на ротора; = 2 л f .L е индуктивного съпротивление
на ротора.
Ние ще посочимъ пжтя за нение за тЬзи отъ читателит-fe,
намиране на горного урав-които желаятъ да го изве-
.датъ сами.
Преди всичко индуктираната е. д. сила въ ротора £2 е пропорционална на Ф, на относ. скорость(л — т), а следователи© и на плъзгането: Ei — Ai. Ф. 8 кждето Ад е численъ коефициентъ. Честотата fz на тази е. д. сила £2 зависи отъ това, колко пжти въ една секунда полето Ф пресича ротора: при спрянъ роторъ (8 = 1}. J» = f, при 8 — 0, ft =0; значи /2 = р (п — т) = р. п. S — f.S.
Токътъ А въ ротора намираме по закона на Омъ за
' , Е» Кг.Ф.8
промънливия токъ: k = ; Сфазирането у
О, fa
между Е-2 и 1-2 сжщо намираме лесно: Coscp = ^=у^====
Въ нашия случай тока А е сфазиранъ спрямо Ф на жгълъ 0=9O°-f-y, защото Еъ е сфазирано спр-Ьмо Ф на 90°. Съ други думи Sin ty=Cos у.
Зам-Ьстваме въ форм. 48 стойностигЬ на /2 и Cos у и намираме уравнението за Л4. Това уравнение позволява да пост-роимъ кривата на фиг. 236 която ни показва нагледно зависимостьта между въртеливия моментъ С (или М) на ел. двигателя и плъзгането А. Тази зависимость е дадена на кривата на фиг. 236. Когато т е по малко отъ п, S е положително и машината работи като електродвигатель-, когато т>п, плъзгането S става отрицателно и машината работи като алтернаторъ.
288
Кривит^ 1, 2 и 3 сж за електродвигатели, чието ротори.
иматъ различно съпротивление. Съ увеличение съпротивле-
Фиг. 236
вата (С S) и показва какъ се
то на ротора се|минава отъ кривата 7 на кривата 3.
Вместо кривата, която дава въртеливия моментъ въ зависимость отъ плъзгането, въ практиката се употр-Ьбява кривата, наречена механически характеристика ( ф и'г. 237). Тя се получава отъ кри-измЪня С когато се изм’Ьнява
скоростьта т на ротора. Кривата 7 е при най-малко съпро-
тивление на ротора, а кривата 3 — при
най-гол’Ьмо. Вижда се, че колкото съпро-тивлениетр на ротора е по-голп>мо при пускането на ел. двигателя въ движение (zre=O), толкова по-голгьмъ въртеливъ моментъ развива сжщия. f\ тъкмо при тръг-ването е необходимъ най гол'Ьмъ въртеливъ моментъ. Съ реостатътъ, който е
Фиг. 237
включенъ въ ротора (фиг. 233) се постига именно машината да развие най-голЪмъ въртеливъ моментъ въ начало-то; следъ това постепенно реостата се изключва и при из-ключенъ реостатъ машината ще работи по кривата 7. Съ други думи, при нормалния брой обороти т, ел. двигателя ще развива най гол’Ьмъ въртелив1> моментъ. Тогава именно, чрезъ специално приспособление, пръстенит’Ь се затварятъ на кжсо, четкитЬ се повдигатъ и реостата се изключва напълно; въ двойно нутовигЬ ротори работи на-
мотката съ по малко съпротивление.
119. Пускане въ действие. Регулиране на оборотитЬ.
Да разгледаме какво става когато пуснемъ въ действие единъ асинхроненъ ел. двигатель съ накжсо съедине-ни проводници (курцшлусъ моторъ).
Съ затваряне на прекжсвача, поради внезапного по-качване на тока въ статора, образува се силно статорно
289
магн. поле Ф, което предизвиква индуктирането на голема е. д. сила въ роторе; тази е. д. сила предизвиква появяване-то на силенъ роторенъ токъ, който по закона на Ленцъ се стреми да отслаби тока ] въ статора. Поради това статора поема отъ линията още по-силенъ токъ, който както казахме въ т. 115 може да стигне 7—8 пжти нормалния.
Поради тази причина курцшлусъ моторитЬ се упот-р-Ьбяватъ за малки мощности.
За по-гол-Ьми мощности се употр'Ьбяватъ двигатели съ две фазни намотки (двойно нутови), а за още по-голЪ-ми—двигатели съ фазни намотки, които позволяватъ чрезъ употр-ЬбенигЬ пръстени да се включать допълнителни съпротивления. По този начинъ отначало тока взема малки стойности и въртеливия моментъ е.найгол'Ьмъ при тръг-ването. Съ нарастването на оборотит'Ь, анласера постепенно се изключва и когато двигателя вземе нормалнитЪ си обороти, роюра посрЪдствомъ четкоповдигача се дава накжсо.
За да се намали токз при TpbrBaHeTOt в^кои асин-хронни електродвигатели сж приспособени така, че при пускането, намоткитЬ на статора сж свързани помежду си зваздно, а следъ като придобие нормалнитЪ обоэоти, съ второ завъртане на ключа намоткит^ се свързватъ триж-гълниково и оставатъ свързани така презъ време на работа.
Когато намоткит-fe сж свързани звездно, съпротивлението R, което срЪща тока, е 2 пжти съпротивлението фаза (7? = 2 г). При трижгълниковото свръзване, лението Ri — 2/з г (едното фазово съпротивление но паралелно съ групата, образувана отъ пос-ледователното свръзване на останалитЬ две фазни съпротивления).
Отъ казаното следва, че при звездното свърз-ване, тока срЪща 3 пжти по-голЪмо съпротивле-
R 2 г ние, отколкото при трижгълниковото (-^-=-2—-).
Посоката на въртенето на асинхронния елек-тродвигатель зависи отъ посоката на въртенето
на статорното магнитно поле. Нко разм'Ьни мъ помежду имъ м-Ьстата на две фази, измЪня се и посоката на въртенето (фиг. 238): полето има посока 1, 2, 3; съ смЪняване
г на една съпротив-е включе-
Фиг. 238
19
290
wfccTBTa на втората и третата фаза, измЪня се и посоката на жгловата скорость со.
Скоростьта се регулира по нгьколко начини.:
1) Чрезъ включване на съпротивление въ веригата на ротора; съ увеличение на /?, увеличава се S и следователно, намалява се т. Този начинъ може да се използува само за кратко време, понеже часть отъ енергията се губи въ R.
2) Чрезъ изм’Ьняване напрежението V на външната верига; това се постига чрезъ включване на специални трансформатори. t
3) Чрезъ изм’Ьняване свръзването на намоткитЪ на статора; получаватъ се различенъ брой полюси, измЬня се п
и следователно, изм-Ьня се т. Този начинъ се упо-трЪбява само за голыми машини.
4) Чрезъ последователно свръзване на нЪколко електродвигатели; употр’Ьбява се въ голыми инсталации.
Отъ казаното за урегулирането на скоростьта виждаме, че то става твърде трудно. Тази трудность ограничава упо-трЪбата на тЬзи електродвигатели.
120. Мощность. Коефициентъ на полезно действие.
При асинхроннит"Ь ел. двигатели трЪбва да различаваме полезната механическа мощность, която че способна да раз-вие осьта на ротора, като задвижи съответнит’Ь работни машини и мощностьта, погълната отъ статора. Полезната мощность е W = 2 zt т М а изразходваната мощность Wh ~ 1/3 .V.I. Cosq. Тази мощность е необходима за да се развие мощностьта на статорното поле Wi — 2 я п М (което отъ своя страна дава мощностьта W) и да неутрализира механический загуби въ ротора и магнитнигЬ и електрически загуби въ електродвигателя.
ТТзи загуби сж сжщигЬ, за които говорихме при раз-глеждане на генераторитЪ на електрическа енергия.
Ако пренебрегнемъ механическит’Ь, електрическитЬ и ма-гнитнитЬ загуби, коефициента на полезно действие на асин-ъ к W т
хроннитъ ел. двигатели ще ожде ц = =
291
'Вижда се че т] е толкова по-голЬмъ, колкото плъзгането е по-малко т, е. колкото скоростьта на ротора е по-близка до скоростьта на статора.
Коефициентътъ на полезно действие q е толкова по-го-л’Ьмъ, колкото двигателя е за по-голЬма мощность и колкото при попъленъ товаръ работи. Той се движи отъ 0.70 до 0.96.
121. Характеристики. УпотрЪба.
ХарактеристикитЬ на асинхронния електродвигатель сж криви, които показватъ какъ се измЬнятъ въ зависимость отъ приложения товаръ на осьта му (фиг. 239):
а) тока /, който протича въ намоткитЬ на статора ;
б) коефициента на мощностьта Cos гр;
в) коефициента на полезно действие т];
г) броя на оборотитЬ п.
Вижда се че тока I, поглЪщанъ отъ мрежата, нараства почти право пропорционално на товара на дв игателя.
Коефициента на мощностьта бързо се качва и когато товара на ел. двигателя достигне 7г отъ нормалния, за който е направенъ дви
гателя, той има вече стойность къмъ 0.7; при нормаленъ товаръ Cos qj взема стойность къмъ 0.82 — 0,85; тази е мак-сималната стойность, до която той може да нараства.
Коефициентътъ на полезно действие т] е много ни-съкъ когато двигателя е слабо натоваренъ; при товаръ 1/2 отъ нормалния, т) взема вече максималната си стойность и тази стойность се запазва и тогава, когато ел. двигателя се претовари до 1.5 пжти и повече отъ нормалния си товаръ.
ОбротитЬ на асинхр. ел. двигатель леко намаляватъ съ увеличаването на товара. Този изводъ го направихме
вече при разглеждане на плъзгането.
Употр^Ьба. Отъ изучаването на асинхроннитЬ ел. двигатели виждаме, че тЬ притежаватъ ценни преимущества: а) тръгватъ енергично;
б) понасятъ свръхнатоварване: за кратко време двой* на и дори повече отъ нормалната си мощность;
292
в) много сж здрави, нЪматъ триещи се части и н& се нуждаятъ отъ надзоръ;
г) иматъ много добъръ коефициентъ на полезно действие, — за голЪмитЪ машини достига до 0.95;
д) фабрикуватъ се за най-различни мощности;
д) действуватъ като гечеретори На пром, токъ когато скоростьта на ротора надмине синхронната скорость на статорното магн. поле. Главнит'Ь недостатъци на тЪзи ел. двигатели сж: мжчното регулиране на скоростьта и нис-кия коефициентъ на полезно действие.
Главнитгь недостатъци на тпзи ел. двигатели сж мжчното регулиране на скоростьта и низкая коефициентъ на полезно действие при непъленъ товаръ.
Това ги прави непригоцни за инсталации, кждето ско-ростит-fe тр-ёбза да се регулиратъ въ широки граници
Въ табл. XVII сж дадени характ. данни на асинхр. трифаз-ни ел. двигатели, конто се срЪщатъ по често на пазаря.
Таблица XVII.
Трифазни асинхронни ел. двигатели.
Развита мощность Обороти въ мин. Коеф. па » пол. действие л Напрежение въ V Тегло кгр. Размори въ мм.
Kw Нр Ширина Дължина Висо- ’ чина
075 1 3000 0740 500 30 227 354 270
Г5 2 3000 0’780 42 257 388 300
3’7 5 « 0-820 94 317 515 370
7'5 10 0-840 148 380 613 440
11 15 1500 0-870 550 205 420 651 ^85 |
15 20 0-885 308 460 948 535 |
22 30 0-900 358 ю
45 60 1000 0-910 650 605 620 1039 725
65 90 » 0920 770 700 1153 825
ТОО 135 0’925 - 1000 800 1231 925
150 200 п 0 930 1430 900 1344 1045
210 285 750 0-925 2750 1120 1583 1295
240 325 600 0 925 1000 308J 1215 1583 1383
450 610 0 935 3000 5170 1550 1785 1375
800 1090 ,, 0-940 7770 1750 1835 1475
1000 1350 ЗУ 0-945 5000 12600 2200 2670 2000
1500 2000 0-950 н 17100 2500 2200
1750 2400 500 0 950 • 22600 п 3300 2220
2100 2850 0955 25300 ... 3450 и
293
начинъ ротора, то-сж еднакви, понеже
122. Еднофазни асинхронни електродвигатели.
Принципъ. ПромЪнливиятъ токъ произвежда пром^нли-во магнитно поле. ВсЬко пром-Ьнливо магн. поле може да се разглежда като съставено отъ две полета, равни и въртящи се съ еднакви скорости, въ противни посоки (фиг. 240).
ТЪзи две полета О А и ОВ иматъ резултатна ОС, чиято стойность въ всЬки моментъ е ОС=2ОА. Sin™. Тя е следователно една синусоидална величина (пром’Ьнливо синусоидално поле).
Нко направимъ единъ еднофазенъ статоръ и поставимъ вжтре единъ роторъ, съединенъ на кжсо, последний ще бжде подложенъ на едновременното действие на два тока, които се образуватъ поради действията на полетата ОА и ОВ. ТЪ въ всЪки моментъ сж равни и противополож-ни, неутрализиратъ се и ротора не се движи.
Яко обаче задвижимъ по н-Ькакъвъ коветгь, възбудени отъ дветгь полета не
относителнитгь скорости (плъзгането) съ което тгъ сгькатъ ротора, не сж еднакви. Върху ротора ще действуватъ два мо-менти; единиятъ ще се стреми да го движи въ сжщата посока, въ която той вече се върти, а другиятъ ще се стреми да го завърти обратно. Вториятъ моментъ става почти нула когато роторътъ достигне скорость, почти равна' на синхронната, по следнитЪ причини: роторътъ се върти спрямо обратното поле съ скорость — почти двойна на синхронната: тока, който се индуктира отъ него има честота почти двойна на честотата на тока въ веригата; ин-дуктивното съпротивление на ротора за тЪзи токове е гра-мадно и rfc произвеждатъ силови полета, които по закона на Ленцъ се противопоставятъ на обратното поле и почти го неутрализиратъ. Така остава да действу ва само едното поле, което се върти и увлича ротора както въртящето се трифазно поле.
Характеристика. Механичната. характеристика, която ни дава момента М въ зависимость отъ плъзгането S’
294-
има сжщия ходъ както механичната [характеристика н® трифазнит-fe асинхронни ел. двигатели; тя показва, че действието на ел. двигателя е сжщото както тЬхното.
Пускането въ ходъ става съ помощьта на външенъ двигатель; за малкитЪ, мотори задвижването може да стане и съ ржка (действува се върху ремъчното предаване). Въ по-гол'ЬмитЬ мотори се употр’Ьбява специална допълнител-на — пускова намотка. Тази намотка е сфазирана на 90е спрямо главната, така че въ нея протича токъ, сфазиранъ на 9Э° спрямо тока въ линията. Двата тока обрьзуватъ едно въртяше се двуфазно поле. Следъ като се достигне нормалния брой на обороти, пусковата намотка се изключва.
УпотрЪба. Свойствата на гЬзи двигатели сж подобии на свойствата на трифазнигЬ асинхронни двигатели. Коефициентътъ на полезно действие и Cos <р сж по-малки: не понасятъ голЪми претоварвания; въ началото поглъщатъ силенъ токъ.
Понеже въртящето се магн. поле се дължи на движението на ротора, ел. двигателя може да се върти налгъ-во или надгьечо напълно еднакво: както го завъртимъ първо-начално, така продължава да се движи.
Поради горнит-fe свойства еднофазнигЬ асинхронни ел. двигатели нЪматъ голимо приложение въ практиката. Ед-ничкото имъ преимущество е че rfe могатъ да се употр'Ь-бяватъ за домашни нужди, кждето има само еднофазенъ токъ (вентилатори. прахосмукачки, електр. машини за стри-жене и други кухненски машини).
123. Повреди и поправки.
НсинхроннитЬ ел. двигатели сж най-проститЪ отъ всички въртящи се електр. машини. Все пакъ, както всички други машини и тЪ даватъ дефекти, които трЪбва да се познаватъ, за да могатъ да се отстранятъ лесно.
1. Ел. двигателя не тръгва.
Повреди, а) НЪма токъ въ мрежата или на полк> ситЪ ьъ двигателя.
б) Повреда въ пусковия реостатъ.
в) Прекжсване въ една отъ фазитЪ на статора.
г) Неправилно свръзване на фазигЬ, ако статора е звезда — трижгълникъ.
295
д) Прекжсване въ веригата на ротора.
е) Кжсо съединение въ ротора. Поправки, а) ПровЪрява се мрежата, предпазите-лит-fe и съедин. проводници.
б) ПровЕрява се пусковия реостатъ, четкоповдига-ча (да не е съединенъ ротора накжсо) и се отстраняватъ нам^ренитЬ нередовности.
в) ПровЪряватъ се намоткигЬ една по една чрезъ веригопровЪритель (милиампермЪръ и галван. елементъ* магнитоиндукторъ и пр.)
г) Преглежда се внимателно превключвача звезда-трижгълникъ дали действува правилно; ако намоткитЪ не сж свързани добре, тръгването е невъзможно.
д) Става най-често въ контактнигЕ пръстени на ел. двигатели съ фазни намотки; четкигЬ сж изядени или за-мърсени; пружинит^ не ги натискатъ. Зам'Ьстватъ ги съ нови, почистватъ и пр.
е) Ел. двигателя пищи и не тръгва; да се опита задвижването му при празенъ ходъ; случва се при ел. двигатели съ фазни намотки.
ж) Полюсното напрежение е ниско и началния въртеливъ моментъ недостатъченъ да задвижи ротора; четки-тЪ сж вдигнати и ротора е даденъ; на кжсо; ел. двигателя е трижгълниково, вместо звездно свързанъ. Необходимо е внимание за да не се случватъ тЬзи неизправности.
2. Ел. двигателя спира въ време на работа.
Повреди: а) Претоварване.
б) Скжсване на една отъ фазитЬ на статора.
Поправки: а) Спира се двигателя и се пуска от-ново при празенъ ходъ; ако тръгва, да се намали товара, понеже изолацията на намоткигЬ може да изгори.
а) Спира се двигателя веднага, защото ако е много натоваренъ, ще изгори; ако е слабо натоваренъ про-дължава да се върти като еднофазенъ двигатель; да се нам-Ьри скжсването и да се отстрани.
3. Ел. двигателя не работи нормално.
Повреди; а) Пищи и се нагрЪва силно.
б) Роторътъ се нагрЪва силно.
в) ЛагеритЪ се нагрЪватъ силно.
296
Поправки: а) Има кжсо съединение между две фази на статора или кжсо съединение между намоткитЪ на една отъ фазитЬ; да се търси и отстрани.
б) Проводницит1э и пръстенитЪ на кафеза (курц-шлусмоторъ) не правятъ добъръ контактъ; да се запоятъ наново.
в) Повредата е механическа; да се постжпи както при генераторигЬ на токъ.
Колекторни електродвигатели.
124. Серийни колекторни ел. двигатели.
Разгледанит^ асинхронни .ел. двигатели, въпрЪки про стото си устройство притежаватъ недостатъци, които ги правятъ особенно напригодни за н^кои нужди, ТТ.зи недостатъци сж мжчното изм-Ьняне на тЬхната скорость (която остава почти постоянна) и силния токъ, който гълтатъ отъ мрежата и тогава, ксгато не сж натоварени.
Въ т. 94 видЪхме какви примущества иматъ въ това отношение ел. двигателит'Ь за постояненъ токъ съ последователно (серийно) възбуждане. УпотрЪбата на пост, токъ обаче е твърде скжпо при днешнигЬ условия, когато електрическит^ мрежи сж почти изключително за про-мЪнливъ токъ. Какво голЪмо удобство би представлявалъ ел, двигатель за пром, токъ, който да има ценитЪ качества на серийния ел. двигатель по пост, токъ!
ВсЪки ел. двигатель за пост, токъ може да действува и съ промЪнливъ токъ: необходимо е само одновременно да се измЪня посоката на тока въ ротора и въ статора. Тогава взаимодействието между ротора и статора ще бжде непрекжснато и постоянно. Върху този принципъ сж направени кэлекторнигЬ ел. двигатели които ще раз-гледаме.
Устройство. Серийниятъ колекторенъ ел. двигатель е направенъ въ общи черти така, както и серийния ел. двигатель за пост. токъ. Въ него обаче и статора (ел. магни-тигЬ) и ротора (полезнитЪ намотки), иматъ сърдцевини, направени отъ изолирани жел’Ьзни лисгове, за да се на-малятъ загубитЪ поради паразитнитЪ токове. Действува съ еднофазенъ промЪнливъ токъ.
297
Въ намоткигЬ на ротора, когато той се върти, се образува е. д. сила ei; тази е. д. сила е пропорционална на скоростьта на въртенето и честотата й е равна на честотата на пром, токъ, който протича въ статора. Тази .е. д. сила ei, .е най-голЬма въ проводницитЬ, които сж подъ полюситЬ и е нула въ неутралната линия. Токътъ, който протича въ намоткигЬ на ротора порадй тази е. д. сила взаимодейству-ва съ полето, предизвикано отъ тока въ статора, и става причина за движението на ротора. Е. д. сила ei наричатъ динамична е. д. сила.
Освенъ ei, въ намоткитЬ на ротора се образува и друга е. д. сила ея, която наричатъ статична. Тя се инду.ктира независимо отъ това дали ротора е неподвиженъ или под-виженъ. Причината за нейното индуктиране е промЬнли-вия токъ на статора (електромагнититЬ); ако този то*къ бЬше постояненъ, не би се индукзирала. Тази е. д. сила се индуктира поради взаимоиндукцията между статора и ротора.
Когато четкитЬ на ел. двигателя лежатъ точно на не-уралн.ата' линия, образуванитЬ въ двет"Ь половини на на-мотката статични е. д. сили се взаимно неутрализиратъ, понеже сж равни и противоположни; тЬ не смущаватъ действието на двигателя.
Коефициентъ на мощность. Нко не се взематъ мЬрки, коефициента на мощность Cos ср въ тЬзи ел. двигатели ще бжде много нисъкъ. Причината за това е, че промЬнливи-тЬ магн. полета сЬкатъ намоткитЬ и на ротора и на статора; поради самоиндукцията на тЬзи намотки; пораждатъ се е. д. сили, които допринасятъ за силното сфазиране между тока и напрежението.
За да се намалятъ е. д сили, които се дължатъ на самоиндукцията на ротора, прибЬгватъ къмъ компенсаци-онни (спомагателни намотки-т. 83) ТЬзи намотки се свръз-взтъ последователно на намоткитЬ на ротора, или се зат-варятъ на кжсо; и въ единия и въ другия случай тЬхната магнитна ось трЬбва да съвпада съ осьта на четкитЬ за да има резултатъ.
Е. д. сили, които се дължатъ на самоиндукцията на статора не трЬбва да се унищожатъ като унищожимъ не-товото поле, защото то е необходимо и безъ него двига
298
теля не действува (то сЪздава ei). ТЪ се намаляватъ като се употр’Ьбяватъ еднофазни токове съ ниска честота (16—25 пер./сек.), и като се правятъ електромагнити съ малко намотки, а силенъ токъ.
Комутация въ четкитЪ. Това явление, разгледано въ т. 82, тукъ е още по-силно, поради присжтствието и на статичната е. д. сила е%. Взематъ се специални мЪрки за намалението на комутацията. Така напр, правятъ се допъл-нителни полюси, правятъ намоткитЪ на ротора съ малке спирали, употребяватъ токъ за захранване съ ниска честота, употрЪбяватъ твтрди четки.
Свойства. Регулирането на скоростьта се постига чрезъ изменение на напрежението на статора; това се постига безъ звгуби чрезъ употрЪбата на специални трансформа-тори (т. 131).
Направата на т^зи ел. двигатели е деликатна; тЪ сж по-тежки, по-скжпи; за тЪхъ трЪбва да се полагатъ по-вече грижи.
Действието имъ е напълно сходно съ действието на ел. двигателигЬ за пост, токъ съ последов, възбуждане. Tt иматъ а) скорость, която се мЪни споредъ приложения товаръ, б) извънредно стабилно действие; в) гол-Ьмъ въртеливъ моментъ при потеглянето. Скоростьта имъ се ре-гулира много лесно. Могатъ да работятъ и съ правъ и съ пром-Ьнливъ токъ.
УпотрЪбата на еднофазенъ пром, токъ е грамадне преимущество. Свойствата на тЪзи ел. двигатели сж причина тЪ да се употребяватъ много, особено въ Швейцария и Германия (трамваи и електр. желЪзници).
125. Репулсивни колекторни електродвигатели.,
Устройство. Представляватъ разновидность на току що разгледанитЪ серийни колекторни електродвигатели. Отлича-ватъ се отъ тЪхъ по това, че ротора имъ не получава токъ-отъ външната мрежа, а четкигЬ му сж съединени накжео чрезъ едно малко съпротивление (фиг. 241). Захранването на ротора става по индукция отъ статора. Протичащиятъ токъ презъ ротора създава полюси /V и S на мЪстата на две-тЬ четки (фиг. 241 и фиг. 242). ТЪзи полюси ще се сменять
299
постоянно, като следватъ изм^ненията на посоката на промЪн» ливня токъ. Tt обаче ще сж едноименни съ лежащитЪ сре-
Фиг. 241
Фиг. 242
Фиг. 243
щу тЪхъ магнитни полюси, образувани отъ намоткитЪ на статора,, На фиг. 243 сж означени схематично двата чифта полю-JVS (на статора) и М Si на ротора. Когато четкитЬ сж точно подъ А' и S ротора нЪма да се върти, понеже рамото а, на чифта който се образува е нула. Щомъ се отмЪстятъ малко четкитЪ, ротора почва да се върти; колкото отмЪстването е по-гол’Ьмо, по силенъ е чифта сили и ротора ще се върти по-енергично. Когато жгъла ср е нула (четкитЬ сж разположени на 90° спрямо осьта на статора) чифта сили изчезва отново, понеже въ ротора не протича токъ (инду-ктиранитЬ въ двет-fc половини на роторната намотка е. д. сили сж равни и противоположим).
Явно е, че.четкит-fa трЪбва да се измЪстятъ на жгълъ между 0° и 90°. ОпититЪ показватъ, че най-енергиченъ моментъ има чифта сили, когато жгъла ср е между 70°—80°. При вър-тенето, неутралната линия пп ще бжде минава-на по инерция.
Посоката на въртенето’зависи отъ посоката,
измЪстватъ четкитЬ: ротора се върти въ посока, обратна на посоката, въ която сж измЪстени четкитЪ спрямо неутралната линия пп (фиг. 243).
Свойства. РепулсивнитЪ ел. двигатели иматъ следнигк. свойства:
въ к ято се
303
1) Механичната имъ характеристика е подобна на тази, която иматъ ел. двигателитЬ за пост, токъ съ последов, възбуждане (фиг. 196).
2) Скоростьта на ротора се регулира много лесно чрезъ просто измЬстване на четкитЬ; най-голЬмата скорость, която се стреми да достигне ротора, е синхронната скорость (л =//р, кждето f е честотата на промЬнливия токъ въ статора, а р е броя на полюситЬ на сжщия).
3) Посоката на въртене се промЬня много лесно.
4) Искрообразуването тукъ е много по-малко, отколкото при ел. двигателитЬ за пост. токъ.
Сжществуватъ увъвършенствувани репу лисив ни ел. двигатели, конто позволяватъ много плавно изменение на обо-ротиттъ. Такива сж репулсивнитЬ ел. двигатели система Дери, които иматъ двоенъ брой четки: еднитЬ сж разположени подъ полюситЬ на статора и сж неподвижни, а другитЬ (съединени съ първитЬ), се измЬстватъ по колектора. По такЪвъ начинъ измЬстването напр. на жгълъ отъ 4Э ще отговаря фактически на измЬстване само отъ 2°. При пускане на ел. двигателя въ движение, подвижнитЬ четки сж разположени почти до неподвижнитЬ.
РепулсивнитЬ ел. двигатели сж доста разпростране-ни въ индустрията: тамъ, кждето се налага измЬнението на оборотитЬ въ широки граници.
ХШ. Трансформатори.
126. Принципъ.
ТрансформаторитЪ сж неподвижни електрически машини,. които позволяватъ да се измЪняватъ напрежението и силата на променливия токъ споредъ нуждитЪ ни.
Тгъ използуватъ явление то електромагнитна индукция (взаимоиндукция); позволяватъ електрическата енергия, съ която разполагаме въ една верига (първична) да се прехвър-ли въ друга верига (вторична), която е свързана индуктивно съ първата.
За да се увеличи потока отъ магнитни силови линии и следователно, за да се увеличи индуктираната е. д. сила, дветЪ намотки се навиватъ върху же-лЪзна сърдцевина (фиг. 244). Когато сърдцевината е затворена, магнитнитЪ силови линии намиратъ по-удобенъ пжть и за-губигЬ на енергия сж много по-малки.
Е. д. сила, която се индуктира въ вторичната намотка е промЪнлива и има сжщата фаза, каквато е фазата на е. д. сила въ първичната верига.
ТрансформаторитЪ могатъ да увеличаватъ (повдигатъ) напрежението или да го намаляватъ. Когато приложимъ въ първичната намотка напрежение Vi, въ вторичната намотка се индуктира напрежение Уг. Отношението между дветЬ напрежения е еднакво съ отношението между броя на първичнитЬ намотки М и броя на вторичнигЬ намотки А'а:
Vi М
У2 N-2
Това отношение и се нарича коефициентъ на трансформи-ране или преводно отношение.
Когато вторичната намотка се включи, протичащиятъ въ. нея токъ създава магнитно поле Ф-г, което се събира съ пьр-вичното магнитно поле Ф1; дветЪ полета създаватъ резултат-но магнитно поле Ф, на което се дължатъ индуктиранит-fe е;_
302
,, Лг О Vl Nl
д. сили и въ Ai и въ Ni. Отношението -уу- = -ту- остава въ
V2 As
сила, макаръ и да не е съвсемъ точно.
Понеже мощностьта въ двегЬ вериги, като изключимъ загубит-fe, трЪбва да бжде еднаква, т. е. Vi. Л = V-z. It намира-
Vs А .
ме, че -уу = -у-; вижда се, че отношението между токоветъ
VI /2
А и h ще бжде обратно на отношението между намоткитЪ
КГ ЛЛ А М
М и Л'а: -у =
I> М
Въ заключение, ще имаме трансформатори, които уве-личаватъ напрежението обаче намаляватъ силата на тока и трансформатори, които намаляватъ напрежението, а увеличаватъ силата на тока. ВсЬки трансформаторъ може да се използува като усилватель или умалитель на напрежението: зависи какъ сжщиятъ е включенъ въ веригата.
ТрансформаторигЬ биватъ за еднофазенъ или за трифа-зенъ токъ. ПоследнигЬ се отличаватъ отъ първитЪ по това, че иматъ три отдЪлни вторични намотки. Само желЪзната сърдцевина е обща за всички намотки; свръзването на на-моткигЬ става по единъ отъ познатитЪ начини (звезда и трижгълникъ).
127. Устройство.
Сърдцевина. ОбикновенитЪ трансформатори се състо-ятъ отъ желЪзна сърдцевина и отъ две намотки.
Желкзната сърдцевина е направена отъ отдЪлни изоли-рани желЪзни ламарини съ дебелина 03—0'5 мм.; употрЪбя-ва се специално железо, което има малко загуби вследствие остатъчния магнитизъмъ.
За еднофазнитЪ трансформатори се употр’Ьбяватъ главно два вида сърдцевина: съ вън-шни намотки (фиг. 245) и бро-ниранъ (фиг. 246). При първия
видъ магнитната верига е само една; намоткитЬ сж. навити върху двет-fa страни. При втория видъ, магнитнитЬ вериги сж две: средната колона трЪбва да има двойно по-гол'Ьмо сЬчение.
303
Първиятъ видъ сърдцевина се охлажда по-лесно и
по-лесно се поправя. Вториятъ видъ е съ по малко загуби.
ТрифазнитЬ трансформатори иматъ сърдцевина, която обикновено има формата, означена
на фиг. 247. Върху всЬка колона се навиватъ първичната и вторичната намотки на всЬка фаза.
При сглобяването на сърдцеви-ната, внимава се отдЬлнигЬ ламари
ни да ' попаднатъ една подъ друга, за да не се увеличи съпротивление- фиг- 247 то на магнитнитЬ силови линии, Сърдцевината се прави
така, че да може да се разглобява и да се поставятъ намоткитЬ, предварително върху специални калъпи. Следъ това, отдЬлнитЪ части се стЪгатъ съ изолирани болтове и образуватъ едно цЬло.
Намотки. Намоткит-fe на трансформаторитЬ сж отъ медь.
Краищата на високото напрежение (по-тънкитЬ) се озна-чаватъ обикновено съ римски цифри, а краищата на нис-
кото напрежение (по-дебелит’Ь)
— съ арабски.
НамоткитЬ се разпо-лагатъ върху сърдцевината на Пластове (фиг. 248) или на отдЬлни бо-бини (фиг, 2ч9). Взематъ •се всички мЬрки за да се осигури пълно и си-гурно изолиране между намоткигЬ за високо напрежение и за ниско на-
прежение; така се избЬгватъ опасностит'Ь отъ евентуално съединяване на еднитЬ съ другитЬ. НамоткитЬ на три-фазнитЬ трансформатори се свръзватъ звездно (У), трижгъл-никово(Д) или смЬсено. Възможни сж следнигЬ съчетания: Y Y, Д Y, У Д, Д Д (първото свръзване се отнася за пър-вичнитЬ намотки, а второто — за вторичнитЬ).
Въ практиката се употрЬбяватъ едно или друго съ-четание споредъ нуждитЬ и споредъ удобствата, които
се желаятъ.
304
Охлаждане. Трансформаторит-fe развивать по-гол'Ьма топлина, отколкото другитЬ електрически машини, понеже при тЪхъ нЬма въртящи се части и липсва естествена вентилация. Ето защо въпроса за охлаждането имъ е твър-де важенъ. Охлаждането на малките трансформатори е въздушно, безъ да се взематъ некой специални мерки. За по-гол'Ьми мощности се ,употрЪбява въздушно охлаждане съ специални вентилатори.
Когато напрежението надминава 6000 — 7000 V, почти винаги се употребяватъ трансформатори, които сж пото-пени въ минерално масло. Маслото се поставя въ специа-ленъ жел’Ьзенъ сждъ, по който сж направени ребра или тржби. Маслото приема топлината отъ трансформатора и. самото то се охлаждава отъ въздуха.
Охлаждането съ масло има много голЪми преимущества. Преди всичко, чист ото минерално масло е много добъръ изолаторъ и действува като такъвъ. Освенъ това, то лесно поглъща топлината и лесно се охлажда.
За roritMHTt трансформатори се налага изкуствено охлаждане на самото масло. То се прекарва чрезъ пом-пи презъ серпентини, въ които постоянно тече вода и така изстудено, отива отново въ трансформатора. По този начинъ маслото е постоянно въ движение.
128. Диаграма на идеаленъ трансформаторъ; токъ на намагнитизиране.
Свойствата на ТрансформаторигЬ се виждатъ много нагледно и ясно когато прибЪгнемъ до помощьта на диаграмм, които свързвагъ различимте гЬхни електрически и магнитни елементи.
За леснота да разглепаме първо действието на идеаленъ еднофазенъ трансформаторъ, въ който нема никак-ви загуби въ проводниците и въ сърдцевината.
Ненатоваренъ трансформаторъ. (фиг. 250) Включваме напрежение Vi на първичната намотка, а вторичната намотка оставяме отворена. Поради гол^мата самоиндукция, която има първичната намотка, въ нея протича слабъ токъ ii, конто поражда магн. поле Ф. Това променливо поле пресича дветЪ намотки М и N-> и създава въ техъ две е. д. сили £i
305
и fa, които сж въ опозиция на Vi (закъсняватъ съ 90° спря-
мо попето Ф, което ги създава). Да означимъ съ f честотата на 14. Въ всЬка отъ спиралигЬ на и
?/2 се индуктира е. д. сила е = (вижъ форм. 39). ВмЬсто тази формула да упо-трЬбимъ формула 40, (е = w. ф. Sin^t) като приемемъ, че спиралата е неподвижна, а се върти попето, съ жглова скорость в) = 2 л / = 6.28 /.
Максималната стойность на е ще бжде ем — оз ф = 6.28 /. Ф, а ефектив-ната е,.ф f-Ф = 4.44 /. Ф. Ефектив-
№
Фиг. 250
нитЬ стойности на дветЬ е. д. сили Ei и Eit които се индук-
тиратъ въ първичната и вторичната намотки
броя на спиралитЬ: Ei — М.ееф = 4.44 М f Ф 10“s Да = М е,.ф = 4.44 N2 f Ф 10~8.
Отношението между Ei и Е2 ни дава
то приехме на вЬра въ т. 126.
Когато ефективната стойность на Vi
Д1
Да
зависятъ отъ и (70) М
м = как'
остава постоянна,
сжщо и ефективната стойность Е\ остава постоянна. Токътъ ii въ този случай създава едно и сжщо синусоидално поле Ф, така както възбудителния токъ въ въртящит-fe се машини създава главното магнитно поле. Този токъ можемъ много
основателно да го наречемъ токъ на намагнитизиране или възбудителенъ токъ на трансформатора; нЬкой го наричатъ още токъ при празенъ ходъ на трансформатора.
Натоваренъ трансформаторъ. Да затворимъ вторичната верига, като включимъ външна верига съ импедансъ Z; въ сжщата протича токъ А, който е въ закъснение спрямо Да (жгъла на сфазирането зависи отъ импеданса Z). По закона на Ленцъ, този токъ се стреми да отслаби i: той образува магнитно поле Ф2, което за моментъ намалява Ф, следова-телно намалява се Е\. Понеже напрежението Vi въ този моментъ остава постоянно, въ първичната намотка протича новъ токъ /*, въ опозиция съ А, който неутрализира неговото раз-магнитизираще действие. Последствието е, че въ първичната верига протича токъ А, който е геометрически сборъ отъ I1
20
306
и ii; магнитното поле Ф добива отново своята стойность.
Заключението е: вспко увеличение на тока въ вторичната верига предизвиква увеличение на тока въ първичната верига.
Трансформаторътъ е единъ саморегулиращъ се апаратъ, който автоматически тегли отъ линията по-сйленъ токъ, когато въ вторичната верига се разходва повече вториченъ токъ.
129. Диаграма на обикновенъ трансформаторъ.
При разглеждане на обикновенитЪ трансформатори требва да имаме предвидь:
1) че и въ двегЬ намотки има загуби поради омическото имъ съпротивление;
2) че има загуби поради паразитнит^ токове и поради остатъчния магнитизъмъ; възбудителниягъ токъ ще бжде из-разходванъ отчасти за покрйването на тЪзи загуби, заради това ще бжде той сфазиранъ спрямо Vi на по-малко отъ 90°.
3) една часть отъ магнитнигё силови линии се затва-рятъ презъ въздуха, така че полото поле Ф не сТче вторич-нитЬ намотки; една часть сЬче собственигТ намотки и по-ражда самоиндукционни е. д. сили и е,.
Диаграмата на обикновения трансформаторъ се получава отъ диаграмата на идеалния трансформаторъ, като се има предвидь казаното по-горе.
Нейното посгрояване е необходимо при изчислението (проекта) на трансформатори съ по-голЬма мощность. Така че то ще представлява интересъ само за часть отъ нашит'Ь читатели.
Въ вторичната верига ще се индукира е. д. сила Е>, която трЪбва да е равна на напрежението Vs, събрано съ загу-битТ поради омическото съпротивление ГЕ /а и самоиндукци-онната е. д. сила е-> (е-1~Х-2Е).
Въ първичната верига действува напрежението на линията Vi, което тр-Ьбва да е равно на геомегрическия сборъ отъ: противо е. д. сила Ei, Ri h и ei=Xi h:
A
На фиг. 251 e извършено това събиране: а б — ГЕ A е нанесено въ фаза съ 12 (успоредно съ него), а б в = Х2 Е е сфазирано на 90° спрямо аб. Така получаваме Е>.
307
Щомъ се получи Еч, отъ форм. 70 пэлучаваме Ф и въ
©пред'Ьленъ мащабъ
Фиг. 251
го нанасяме на чертежа.
Щомъ нанесемъ Ф, нанасяме Ei (Е1=и.Ез кждето и е преводното отношение).
Да се занимаемъ сега съ токове-Tt. Полето Ф се дължи на i (състав-на на 71). При разглеждане на магнит-нит"Ь вериги, видЬхме, че закона на
Омъ за сжщит-fe ни дава: 1'26 N\ i —
Ф Rm (формула 32), откждето ме г, жгъла 0 сжщо можемъ
д-Ьлимъ, понеже знаемъ, че h -
намира-
да опре-
Vi
Z?
Cos 0= -h
а
На диаграмата нанасяме it и го ,, М , т
«съоираме геометрически съ 1‘ = Е. 1 ака получаваме стои-
А'1
ностьта на h. Сега вече лесно опредЪляме Vi: събираме Ei съ гд = Ri А (въ фаза съ А — успоредно съ него) и съ de=Xth; общиятъ сборъ е Vb което напрежение трЪбва да при-
ложимъ въ първичната намотка ако искаме да имаме напрежението Пз въ вторичната намотка.
Получената диаграма, ако вземемъ еднакъвъ мащабъ за асички величини ще бжде много по сбита, защото h е много мелко въ сравнение съ R; сжщо и сегментит-fe аб, бе, гд, де сж много малки въ сравнение съ Vt, V2, Ei и Е>. Можемъ да Vi Ei Ni ириемемъ, чеу =£г=д7 ~lt-
При нормаленъ товаръ, ii може да се пренебрегне въ сравнение съ А, така че можемъ да напишемъ сжщо
.. , г А АА
Ni. h=N3. /2 или -7-=-^
/2 N1
Жгълътъ ср] между V; и А зависи отъ сфазирането между V и I, което сжществува въ мрежата; който е между Vs и /2 е винаги по-гол^мъ отъ Заключение™ е, че трансформатора увеличава сфазирането, което сжществува между V и I; това е много естествено като се има предвидъ, че на-мсткигЬ му иматъ гол^мъ коефициентъ на самоиндукция. (На чертежа <Pi е по-гол'Ьмо, понеже сме вземали гол'Ьмо ti).
308
130. Мощность и коефициентъ на полезно действие. \
Подъ действителна полезна мощность на единъ моно» фазенъ трансформаторъ разбираме мощностьта W-2— Vz АСо5ф.-която той дава на външната верига. Понеже Cosq® се измени отъ естеството на товара (омически, индуктивенъ, капацити-венъ), то предпочитатъ да даватъ мощностьта въ волтампе-ри вместо въ ватъ, както при алтернаторитЬ.
Действителната мощь, е по-малка отъ мощностьта Vi Л Cos™, която трансформатора поглъша, защото часть отъ погълнатата енергия се пръска подъ формата на загуби.
Загубит^ въ трансформатора се подразд'Ьлятъ на загуби въ желЪзото и загуби въ медьта (проводницигЬ).
Загубит^ въ желДзого се дължатъ повече на остатъчния магнитизъмъ, тъй като употрЪбата на тънка изолирана ламарина ограничава твърде много загубит^ поради токоветЪ на Фуко. Чрезъ употрЪбата на специална ламарина, която е направена отъ специална сплавь отъ меко железо и силиций, сжщо и загубит^ поради остатъчния магнитизъмъ сж. много малки.
Загубит^ въ медьта сж W,.. = Rih2 + Rs h?; колкото трансформатора е по-натоваренъ, толкова т£ повече нараст-ватъ. За да се намалятъ, требва да употр"Ьбяватъ по-дебели проводници. Така, гжстотата на тока се взема Г5—2 ем-пери за мм.2.
Коефициентътъна полезно действие^ е отношението между действителната мощность и погълнатата мощность. Въ сравнение съ другигЬ електрически машини, трансформаторит^. иматъ високъ коефициентъ на полезно действие, понеже лип-сватъ механическит-b загуби. За малки мощности е отъ 92. — 95%, а за голЪми може да стигне и до 98%.
Мощностьта на трифазнитД алтернатори е дадена отъ формулата U4 — V 3 14 h Cos <ра безразлично какъ сж свързани намоткитЪ (звездно или трижгълниково). Погълнатата отъ нрежата мощность е 114 = V 3. М Л Cos <pi.
131. Специални трансформатори.
Автотрансформатори. Състоятъ се отъ една единстве^ на намотка (фиг. 252), която е първична, а часть отъ нея е-
309
се изваждатъ и
Фиг. 252
'сжщевременно вторична. Въ общага часть отъ намотката. то-ховетЬ Л и h (които иматъ обратни посоки) тече само А — А.
ТЬзи трансформатори иматъ по-малко намотки; тежината имъ е по-малка (по-еф-тини сж) и разходваната енергия въ тЬхъ е по-малка. ТЬ се употрЬбяватъ твърде много когато Vi и 14 сж близки по стойности, или когато Vi трЬбва да се раздЬли на две еднакви напрежения (14 = |^А)*
НвтотрансформаторитЬ могатъ да бждатъ за еднофа-.зенъ и трифазенъ токъ. ТЬ се използуватъ за понижаване на напрежението при пускането въ ходъ на ел. двигателитЬ за промЬнливъ токъ, при включването- на джговитЬ лампи, за
звънци и пр.
Особенъ видъ автотрансформатори сж така нареченитЬ .дЬлители на напрежението. Краищата на автотрансформатора се включватъ въ мрежата. Намотката му е разделена на нЬколко равни части. Яко напр. трансформатора е за 220 V и е раздЬленъ на 4 равни части, въ всЬка часть получаваме -по 55 V. При малки мощности, дЬлителитЬ на напрежение се замЬнятъ съ потенциометри, които представляватъ реостати съ нЬколко отклонения, подобно на автотрансформаторитЬ
Трансформатори на токъ. Така се наричатъ специални трансформатори, които служатъ да се включватъ ампермЬри въ вериги съ високо напрежение. Първичната имъ верига е «ъставена отъ малко спирали, които се включватъ последователно въ веригата (фиг. 253—Та ); вторичната намотка се състои отъ много спирали, въ които е включенъ последователно ампермЬра. Съпротивлението на ампермЬра е много малко, така че i (фиг. 251) е незначителенъ и се приема че отноше-
А А4 , ,
нието е напълно вЬрно. 1Ьзи трансформа-
/2 /V1
тори обикновено намаляватъ силата на тока до 5 ампери.
Трансформатори на напрежение. Иматъ тънка първична намотка, която е включена паралелно на първичната верига; вторичната верига отъ малко намотки, въ които се включва волтмЬръ
фиг. 253
се състои
310
(фиг. 253—Tv ). Вэлгм-Крътъ поглъща много слабъ токъ таке-че трансформатора работи като ненатоваренъ и отношението
4. Л>
между напреженияга въ дветъ спирали^ —е почти без-погрЪшно
ТЬзи трансформатори намаляватъ обикновено напрежението до 100 волта.
Трансформатори за постоянна сила на токъ. Въ нЪ-кои инсталации е необходимо да се подържа постоянна сила на токъ. За тази цель се употр-Ьбяватъ саморегулиращи се-трансформатори отъ типа, означенъ на фиг. 254. Действието е
следното: дветТ намотки сж навити отдЪлно и сж нахлу-зени върху желЪзната сърдцевина, която е брониранъ типъ. Първичната намотка I е,-неподвижна, вторичната може да се движи по вертикал-ната сродна колона на сърдцевината; тяжестьта Т урав-новесява часть отъ тежина-та на намотката.
Когато вторичната верига се включи и отъ трансфор-
Фиг. 254
матора се тегли нормаленъ токъ, между намоткигЬ I и II се упражнява отблъсване (вижъ т. 49—електродинамизъмъ). Те-жината Т е такава, че се постига равновесие.
Щомъ намалЪе външния товаръ, k, се усилва, отблъсва-нето се усилва и II бива повдигната по-високо отъ тежестьта Т (специални пружини пречатъ на издърпването’й до горе), Съ отдалечаването на II отъ I, магнитното поле Ф, което ci-че II намалява, намалява Vs и следователно тока въ вторичната верига Z, автоматически взема нормалната си стойность.
ГЬзи трансформатори иматъ нисъкъ коефициентъ на полезно действие поради пръскането на Ф.
132. Сврьзване на трансформаторитЪ за успоред-на работа.
Место се налага включването на нЪколко трансформатори. паралелно т. с. първи 1нитЪ намотки се включватъ въ обща.
зп
верига, а сжщо и вторичнитЬ намотки се включватъ въ обща —вторична намотка. Най-добре работятъ въ такъвъ случай трансформатори, които иматъ еднакви характеристики и сж
отъ единъ и сжщъ типъ.
Характеристикитп на трансформаторшшъ иматъ очер-танието на фиг. 255. Характеристиката 1 е при индуктивенъ
товаръ (напрежението избързва спрямо тока), а'- характеристиката 2 е при капацитивенъ товаръ (I/ закъснява спр-Ьмо I). ТЬ да-ватъ вторичното напрежение % въ зависимость отъ Силата на вторичния токъ Д. Вижда се, че макаръ V, да остава постоянно въ първичната верига (то зависи отъ токоизточника, а не
отъ трансформатора), V2 бав-
но намалява съ усилването на товара I,. Причината е следна-та: съ нарастването на Д нараства и /, и се увеличаватъ загубить въ първичната верига; намалява Еу (понеже V, е постоянно); намалението на Ег означава намаляване на Ф, на Е., и следсвателно на 1Д. Колкото загубить въ трансформатори-тЬ сж по-малки (по дебели сж проводницитЬ), толкова по-слабо намалява И3.
Напрежението, изразено съ отсЬчката ОА е при празенъ ходъ; а напрежението, изразено съ отсЬчката ВС е при пъленъ товаръ; отсЬчката О h ни дава тока Д при кжсо съединение.
ОА—ВС
Отношението ——> дадено въ процента, се нарича про-
центно изменение на вторичното напрежение. Това изменение е 2—3% при омически товари, а достига 5—7% при Cos ср = 0*8, значи то зависи и отъ сфазирането между V и /. Напр. ако напрежението при празенъ ходъ е WOO V, а при пъленъ товаръ е 950 V, то процентното изменение ще бжде
1000—950
1000
= 0-05 = 5%.
Колкото по-голЬмо е това изменение, толкова по-силенъ токъ ще се черпи когато трансформатора се натоварва.
Трансформаторите, които трЬбва да се включватъ за успоредна работа, трЬбва да иматъ еднакво процентно изменение на вторичното напрежение; тогава тЬ работятъ най-
312
добре. Лко това не е постигнато, товара (тока /2) между тран-сформаторигЬ когато тЪ сж еднакво мощни, ще се разпредЪ-. ли пропорционално на процентното изменение. Напр. ако трансформатори 1 и 2 съ мощность по 300 kw иматъ про-центни изменения рх = 3% и р, — 5%. а общата мощность
е 600 kw, тогава или ~ W2, a W2 = ~WX-,
Решаваме като замЪстваме W2 = 600 — Wx и намираме W7! == 375 kw, a W, — 225 kw. В-тжда се, че първия трансформаторъ ще се претовари за смЪтка на втория.
Когато се наложи да се включать паралелно трансформатори съ различии характеристики, предъ трансформатора съ по малке процентно изменение на вторичного напрежение включватъ специални самоиндукции, които увеличаватъ сжщото.
Когато трансформаторит-fe не сж ни познати, опитно получаваме характеристикигЬ имъ и еждимъ дали можемъ да ги употрЪбимъ за паралелна работа.
133. Изчисление на трансформаторитЪ.
ТрансформаторитЪ сж едни отъ най-често употр^бява-нитЪ машини. ТЬхната направа не представлява мжчнотия, особено когато се касае за по-малки мощности. Изчислението имъ става съ помощьта на формули, нЪкои отъ които сж теоритически, а други практически — резултатъ отъ дългата практика на инженери—конструктори.
ОсновнитЬ данни, които трЪбва да се зададатъ, преди да се приетжпи къмъ самото изчисление сж: 1. полезната мощность 1172 = V-2 1г въ киловолтампери; 2. напреженията Vj и Уа; 3. честотата /; 4. коефициёнта на полезно действие; 5. процентното изменение на напрежението при празеньходъ и при нормаленъ товаръ; 6. МаксималнитЬ допустими температури на нагр'Ьването; 7. типа (съ колко колони, колко фазенъ, съ какво охлаждане).
Следъ това се приетжпва къмъ изчислението на трансформатора. Когато се касае за голыми трансформатори, това изчисление се извършва много точно; прави се единъ пжть, следъ това, въ зависимость отъ полученит'Ь резултати се вна-сятъ поправки на изчисленията; построяватъ се диаграмитЪ на идеалния и обикновения трансформатори и ако се же-
313
лаятъ н'Ькакви особени резулгати, отново се пристжпва къмъ поправка на изчислението.
За по-малки трансформатори препоржчваме на нашитЬ читатели следния порядъкъ при изчисленията:
1) ОпредЬля се сЬчението на сърдцевината.
2) Определи се броя и сЬчението на намоткигЬ Ач и А4.
3) ОпредЬля се височината и широчината на трансфо >-•матора.
4) Изчислява се коефициента на полезно действие възъ -основа на загубить.
5) Изчисляватъ се окончателнитЪ размЬри на трансформатора.
НеобходимитЬ формули при тЬзи начисления ще дадемъ едновременно съ изчислението, което_ ще направимъ като примЪръ.
ПримЪръ. Да се изчисли трансформаторъ съ полезна мощность 5 KVA, за напрежения К = 400 V, V? — 5000 V, честотата / = 50 пер./сек., коефициентъ на полезно действие 1] = 93%, изменение на напрежението при празенъ ходъ и при нормаленъ товаръ 5°/п> допустими температури на нагрЬ-ване 80°С; трифазенъ съ 3 колони, маслено охлаждане; свръз-ка трижгълникъ — звезда.
Решение: 1. Сучение на сърдцевината на една
-колона. Служимъ си съ формулата 5 =
кждето: В е магнитната индукция; за специална трансформа-торна ламарина се взема до 13000 при маслено охлаждане; ние вземаме В = 12000. С = 150 — 500, споредъ охлаждането; вземаме го 500; f = 50; т — 3 е броя на фазигЬ. Изчисля-ваме и получаваме 47 см2. Вземаме 20% по-голЪмо сЬчение поради изолацията на ламарината; 5 = 47 -f" 9’5 = 565см2. Колоната ще бжде съ диаметъръ 115 мм. (разликата въ сЬчението отива поради формата и оставенигЬ 2 канали за провЬтряване).
2. Брой и сЬчение на намоткитЬ. а) Първична намотка. Е. д. сила въ всЬка фаза Ег = Ц = 400 волта. Броя на спиралитЬ се о предал я по формулата Et =10~8.444./.ФА% кждето 0=5.12000=47.12000. Изчисляваме и намираме .320 спирали.
It /с./<ид.юп
В у 4‘44./. т
314
Токътъ, който ще протича въ всЬка фаза е /ф — —
= 4'17 А Вземаме гжстотата на тока 1 '5 ампери за мм.2
или приемаме сЬчение на намотката ЗТ4 мм.2 (циаметъръ 2 мм.).
Вторична намотка. Е. д. сила въ всЕка фаза
р И, 5000
s = V3 = Ттз = 2690 v-
Броягъ на спиралитЪ опредЪляме по сжщата формула: А4=2310; Токътъ — 0'58 А; вземаме сЬчение 0’78 мм.2 (диаметъръ d = 1 мм.).
3. ОпредЪляне височината и широчината на трансформатора.
Преди всичко решаваме какъ да навиемъ намоткитЪ.
а) Първична намотка. Навиваме 3 пласта спирали. Тогава височината на сърдцевината ще бжде: 107 спирали по а.4, кждето коефициента 4 го вземаме поради изолацията на проводника; получаваме 855 мм.; закржгляваме на 860 мм. Къмъ тази височина прйбавяме хоризонталната сърдцевина горе и долу по 60 мм. плюсъ по 10 мм. за луфтъ или общата височина се получава 1000 мм.
б) вторична намотка; броя на пластоветЪ изчислязаме като резултатъ отъ възприетата височина 860 см.; на сжшата можемъ да навиемъ 215 спирали; или всичко ще навиемъ 11 пласта всЪки по 210 спирали.
, в) Изчисляваме диаметъра на една колона заедно съ намоткитЬ така:
Сърдцевината — 115 мм.; изолация 2 мм.; дебелина на първ. намотка 25 мм.; бакелитова тржба 3 мм.; каналъ за вен-тилация 5 мм.; високо напрежение 6 пласта = 25 мм.; каналъ за вентилация 5 мм.; бакелитна тржба 3 мм.; високо напреже— ние още 5 пласта = 20 мм.; бакелитова тржба 2 мм.
. Пфлата колона се получава дебела 205 мм.; разстояние между колонитЪ (праздно пространство) 30 мм., или ширина-та на тритЬ колони става 675 мм., която е общата ширэчи-на на трансформатора безъ сжда за маслото.
4. ОпредЪляне коеф. на полезно действие.
а) Тегло на желЕзото въ трансформатора и загуби въ сжщата; 3 колони по 47 см.2.86 см. = 12140 см.3; два хори-зонтални съединители съ дължина 62 см. по 47 см.2=2914 см8.
315-
Общо 15054 см3. = 15’054 dM?- относ, тегло 7'8. Общото те' • гло на желЪзото е 120 кгр. Възприемайки загуби 1’5 вата-за кгр., получаваме кржгло 180 вата загуби.
СжщитЬ загуби можемъ да смЪтнемъ съ формули (вижъ задача 73).
б) Тегло на медьта и загуби въ сжщата. Върху листъ хартия си начертаваме въ мащабъ 1/10 напр. сучение на 1 колона. Отъ чертежа намираме, че ср^дната дължина на една-спирала отъ първичната намотка ще бжде 456 см. Дъл-жината на първичната намотка ще бжде 320 спирали по 45’6 — 146 м. Съпротивлението при 70э С ще бжде л = Г2 ома. Загубит^ въ първичната намотка ще бждатъ: 3 фази по 1’2 ома по силата на тока 4’17 въ квадратъ; IFi —62 W.
По сжщия начинъ намираме ср-Ьдната дължина на една спирала отъ вторичната намотка 72 см. - Дължината на цЪла-та намотка е 1660 м. Съпротивлението при 70° С ще бжде Г2 — 54 Q. Загубить въ вторичната намотка ще бждатъ. 3 X 54 X 0’58-’ = 54’5 W.
Общо загубить въ медьта сж 116 5 — кржгло 120 W.
Коефициента на полезно действие при пъленъ товаръ и-
« 5000 W пл_0.
Coscp 1 ще бжде n 5000 U7-f-180 120 U7 ~ 943 °’
5. ОпредЬляне окончателнитЪ размЪри на желЪзния сждъ, въ който ще се постави трансформатора, възъ основана направения подробенъ чертежъ въ мащабъ 1:5.
Получаваме ширина 265 мм., дължина 735 мм., височина 1000 см. Така определения сждъ можемъ да изчислимъ колко масло ще събира; сжщо така можемъ да изчислимъ и тем-пературата на маслото възъ основа на добитата топлина. ТЬзи изчисления ги из ставяме.
134. Проби и обслужване на трансформатора.
Проби. ВсЬки новопостроенъ трансформаторъ или тран-сформаторъ, чийто характерни елементи не се познаватъ, тр-Ьб-ва да се пробва. Пробить, които се правягъ сж два вида: при празенъ ходъ и при кжсо съединение.
При празенъ ходъ трансформатора се пробва като оставятъ отворена веригата на едната намотка; за предпочитане е да с&
.316
включи въ мрежата намотката съ по-малко спирали (трансфор-
Фиг. 256
матора действува като усил-ватель на напрежение). Нм-перм-fepa А (фиг. 256) измЪр-ва тока I при празенъ ходъ Ватм-fcpa W измЬрва загубите на трансформатора при празенъ ходъ. Понеже загубите въ медьта сж много малки (Л е незначител-
но), приема се, че загубите при празенъ подъ се равняватъ на загубит^ въ желЬзото.
При празенъ ходъ получаваме сжщо така и преводното
отношение чрезъ показанията на двата волтмЬра Ц и И2: К
= Щ равенство, което е почти верно.
"i
При кжсо съединение затваряме К и даваме вторичнигЬ
намотки на кжсо. Напрежението, което прилагаме на първич-нитЪ намотки требва да бжде ограничено до 2—6% отъ нор-малното; тогава ампермЪра А ни показва тока Д при пъленъ товаръ. Понеже / е нула, значи и Ф е нула; съ други думи загубите въ железото сж нула, така че мощностьта, която по
казва IF, отговаря на загубить въ медьта при пъленъ товаръ {и за дветЬ намотки),
Обслужване. ТрансформаторитЬ сж най-проститЬ елек
трически машини. Въпр'Ьки това тЪхния животъ обикновено е най-малъкъ—най-лесно прегарятъ при кжсо сьеди-нение или претоварване. Това показва, че те искатъ вни-хателно отнасяне и добро познаване.
Преди пускане въ действие, трансформатора требва да се преглеца най-внимателно; да се проверять всички витла (да сж затегнати), съединителни проводници и кожуха. Нко трансформатора е новъ и се включва по раз
личии начини, непременно да има схема, която да показва ясно всички включвания.
Специално за масленигЬ трансформатори, налага се проверка на маслото. Когато се налива ново масло, то требва да бжде абсолютно чисто, безъ влага и съ определени качества.
Влажного масло требва да се просуши като се нагрева продължително до 120° до като по повърхнината ^рестанатъ да се отделять мехурчета.
317
При действие на трансформаторит-fe трЪбва да се внимава тЪ да не се нагрЪятъ вънъ отъ допустимото. За сухи проводници съ памучна изолация се допуска до 90°С а при памучна или книжна изолация, напоени въ масло се допуска температура до 105°; маслото на повърхнината не тр-Ьбва да надвишава 95°.
Претоварването на трансформаторит-fe не требва да надвишава 4О°/о отъ мощностьта за повече отъ 3 минути, или 25°/0 въ продължение на 30 минути; щомъ проводни-цитЪ се загрЪятъ надъ опредЪленит-fe по-горе температури, налагать се мЪрки за охлаждането имъ (намаляване на товара или изключване).
Трансформаторъ, който не е претоваренъ и е редо-венъ, не се нуждае отъ прислужване; само температура-та му трЪбва да се пров-Ьрява отъ време на време.
Таблица XVIII.
Трансформатори съ маслено охлаждане. (трифазни, /=50 пер./сек.^
юсть /Я Напрежение ГО U = 5Х О О о Ййо Ш (D РазмЬри въ мм.
Високо ДО V Ниско ДО V -е-* -- с о о X С В Тегло кгр, 3< съ ма< Ширина Дължина Височина
1 5 10000 500 94'86 220 480 726 1030
10 1, 95-07 290 *9 •9 -
12 17 95-34 320 490 809 1115
15 .. 95’48 380 п
25 •» >» 96‘43 410 510 855 1230
30 И 96'56 470 99 « *9 .
40 W п 96 76 510 520 900 1300
50 » 9696 610 •
60 »» п 97- 680 540 946 1340
70 W 9716 800 » 99 »»
80 97-23 880 560 976 1554 *
100 1000 97 5 1000 570 1012 1724
125 11 97-6 1170 t «9 п -
150 IT 3000 97 66 1300 590 1126 1794
160 и 97 68 1370 99 1206 1894
175 »' 97-7 1500 1096 в.
200 20000 97 6 1800 584 1214 2041
250 п п 97-74 2200 680 1360
320 *9 97-86 2500 ‘ 750 1370
400 И 9795 3000 770 1500 2088
500 Т> м 9805 3400 п » 2308
XIV. Токоизправители.
135. Моторгенератори.
Предварителни сведения. Место въ практиката се на-лага да се използува електр токъ, който се различава отъ този на общата електрическа мрежа. Налага се тога-ва превръщането на този токъ въ токъ съ други свойства. Така напр. промЪнливъ токъ трЬбва да се превърне 'въ постояненъ токъ, промЪнливъ токъ съ честота 50 пер/сек. да се превърне въ токъ съ честота 16 или 25 пер/сек. и пр.
Въ насъ най често се налага изм-Ьняване формата на тока т. е превръщането му отъ про^гЬнливъ въ правъ, „изправянето" му, тъй като за Нокои нужди е необходимъ правъ токъ, а мрежитЪ доставятъ почти навсЬкжде про-мЪнливъ токъ. МашинитЪ, съ които става това изправя-не се наричатъ токоизправители или превръщачи (преобразователи). Tfe сж въртящи се, наричани сжщо конвертисьори, умформери и др. или статична (съ неподвижни части).
Моторгенератори. Най-простиятъ конвертисьоръ е трупа отъ единъ електродвигатель за промЪнливъ токъ и една динамомащина, свързани помежду си неподвижно.
Пролиънливия токъ, съ който се захранва електродвигателя се преобразува въ постояненъ токъ, който се по лукава отъ динамомашината.
Групата отъ дветЪ машини се нарича въ практиката мо-торъ-генераторъ. Коефициентътъ на полезно /действие Т] на групата оть дветЪ мащини е много нисъкъ. Нко дветЪ машини иматъ по отдкпно i]i=i]2=0’8 то общиятъ коефициентъ на полезно действие . Т]2=0‘64.
При моторгенераторитЬ напрежението на постоянния токъ е напълно независимо отъ напрежението на промЪнли-вия токъ. Моторътъ може да се включи направо въ мрежа за високо напрежение (до 10000 V) безъ да се прибЪгва до трансформатори — умалители на напрежение. Най-често се употр'Ьбяватъ асихронни ел. двигатели като мотори, защото пускането имъ въ движение не представлява трудности.
Поради малкия коефициентъ на полезно действие, мо-торгенераторитЪ нЪматъ голЪмо приложение.
319
136. Еднокотвени конвертисьори (умформер и).
Устройство. Първото подобрение на описанитЪ мотор-генератори може да се направи като двегЬ машини се сле-ятъ въ една: електромагнититп да останатъ едни и сл.щи, а намотките да се запазятъ отдЪлно за променливия токъ и отд^лно за постоянна. Така се получава една единствена машина, въ която се намаляватъ механическитЪ и магнитнитЬ загуби; поради това, тя има по-високъ коефициентъ на полезно действие, по-лека е и заема по малко место.
Вървейки по този пжть, намопгкитгь сжщо могатъ да се слеячгъ и по този начинъ се получава сящинския конвертисьоръ.
Роторътъ на сжщинския конверти-
Фиг. 257
осьта. сж
сьоръ има една. единствена намотка, която се свръзва помежду си и съ колектора, както намотката на динамомашината (фиг. 254 — за по-голема яснота колектора е показанъ вънъ отъ ротора). Колекторътъ съ четкитТ е мон-тиранъ отъ едната страна на ротора — върху осьта, както при динамомашините.
Отъ другата страна на ротора, вър-гирани два или три пръстени, спсредъ
това, дали конвертисьора използува еднофазенъ или три-фазенъ промЪнливъ токъ. Тези пръстени сж свързани съ намотката на две места — разположени на 180°, ако тока е еднофазенъ или на три места (на 120°), ако тока е трифазенъ. Върху пръстените триягъ четки, които се свръз-ватъ съ външната верига.
Когато въ ротора се вкара променливъ токъ отъ мрежата (презъ пръстените), машината почва да се върти. Вследствие въртенето на ротора, въ неговите намотки се индуктира е.д. сила съ посока — обратна на деиству-ващата външна е. д. сила; индуктираната е. д. сила именно се превръща чрезъ колектора въ е. д. сила съ постоянна стойность.
Вко роторътъ се движи отъ външенъ двигатель, кон-вертисьорите образуватъ едновременно постояненъ и променливъ токъ. Вко се вкарва отвънъ постояненъ токъ .действуватъ като алтернатори.
320
Така описанитЬ конвертисьори иматъ голЬмъ коефициентъ на полезно действие, защото загубит^ въ медьта сж по-малки и машината се загрЬва по-малко. ТЬзи загуби сж толкова по-малки, колкото повече фази има упо-трЬбения промънливъ токъ. НамЬрено е, че когато машината работи като динамо (движи се отъ отдЬленъ мо-торъ) загубить сж 1'37 пжти по-голЬми, отколкото ако работи като конвертисьоръ съ еднофазенъ промЬнливъ токъ (чийто токъ и напрежение сж въ фаза); ако конвертисьора работи съ трифазенъ токъ, загубить сж 0'56 пжти по-мая-ки, а ако сжщия работи съ шестфазенъ токъ, загубить сж едва 0*27 пжти отъ тЬзи при еднофазния промЬнливъ токъ.
Вижда се колко по за предпочитане сж многофазни-тЬ конвертисьори предъ еднофазнитЬ. Коефициентътъ на полезно действие достига 20 — 95%.
Преводно отношение. Понеже въ сжщия роторъ (кот-ва) протичатъ промЬнливия и постоянниятъ токъ, тЬхнитЬ на-прежения стоять въ опредЬлена зависимость. Огношениетс а между ефективната стойность на промЬнливото напрежение fnp и постоянного напрежение Е се нарича преводно отношение. Намира се, че това отношение се йзмЬнява въ зависимость отъ това, колко фазенъ е промЬнливия токъ съ който се захранва конвертисьора. При еднофазенъ токъ а = 0’707, при трифазенъ токъ а = 0’612, а при шестфазенъ. токъ а = 0’354 Това значи, че ако захранваме мотора съ
110 V шестфазенъ токъ, напрежението на постоянния токъ
ще
бжде
110
0354
= 310 V. Отъ това напрежение ще сеспзд-
не само падението въ ротора, което е незначително.
Вижда се че е необходимо конвертисьора да бжде снаб-денъ съ единъ специаленъ трансформаторъ, който да дава необходимото премгьнливо напрежение, за да се получи же-ланото постоянно напрежение.
Пускане въ ходъ. Еднокотвениятъ конвертисьоръ работи като синхроненъ ел. двигатель съ постоянна скорость.. Пускането му въ ходъ може да стане по 3 начина:
1. Съ помощьта на спомагателенъ ел. двигатель. За та-къвъ най-често се използува малъкъ асинхэоненъ ел. двигатель, който има повече обороти, отколкото е синхронната скорость. Това се постига като се употрЬбява ел..
321
двигатель обикновено отъ 1 чифтъ полюси повече отъ т’Ьзи на конвертисьора.
Ел. двигательтъ, който служи за задвижване се мон-тира върху сжщата ось на конвертисьора. Чрезъ специални — фазни лампи се констатира достигането на синхро-ннит±> обороти.
. 2. Пускане отъ къмъ страната на промгьнливия токъ. Въ този случай прекжсване предварително веригата на пост. токъ. Конвертисьора действува като асинхроненъ ел. двигатель и ротона почва да се върти. Пускането требва да стане съ пусковъ реостатъ, както при асинхроннит-fe ел. двигатели.
3. Пускането откъмъ страната на постоянния токъ. Този случай е много р’Ьдъкъ, понеже не се разполага съ пост, токъ и именно за да се полечи той, си служатъ съ конвертисьора; все пакъ, ако има пост, токъ, конвертисьора се пуска като обикновенъ ел. двигатель за пост, тскь и следъ достигане на синхронната скорость се включва въ веригата за пром, токъ, а отъ страна на пост, токъ се използува.
Главного неудобство на тЕзи конвертисьори е, че иматъ деликатно устройство и служатъ само за токове съ нис-ко напрежение (до 500 V).
138. Каскадии умформери.
Състоятъ се отъ асинхроненъ ел двигатель, монтиранъ
върху сжщата ось съ ед-нокотвенъ умформеръ. На-моткит!з на ротора на асин-хронния ел. двигатель се съе-динявагъ непоср^дствено съ намоткитЪ на умформер-ния роторъ. По такъвъ начинъ статора на асин-хронния ел. двигатель получава токъ отъ линията, а тока, полученъ въ рото-
ра на сжщия ел. двигатель фиг 258
захранва ротора на умфор-
мера. За по-голема простота, двата ротора образуватъ механически едно ц^ло—единъ единственъ роторъ. На
21
322
фиг. 258 е изобразенъ схематично единъ каскаденъ ум-формеръ. Реостатътъ /?п е пусковъ (въ веригата на асинхр. ел. двигатель), a Re е възбудителенъ (въ веригата на умфор-мерния статоръ). ВолтмЪра V служи да покаже кога да се дадатъ накжсо пръстенитЬ (чрезъ четкоповдигача); щомъ ротора почне да се движи съ синхронна скорость, стрел-ката почти престава да се колебае и пръстенитЬ се да-ватъ на кжсо.
Преимуществата на каскадния умформеръ въ сравне-ние^съ еднокотвения сж:
а) лесно пускане въ ходъ (както на асинхронния ел. двигатель);
б) автоматично вземане на синхронната скорость;
в) липсата на триещи се пръстени презъ време на работа (съединяватъ се на кжсо щомъ се достигне синхронната скорость);
г) по-стабилно действие: и при по-р^зки изменения на товара не спира движението си.
"ГЬзи преимущества сж причина той да се предпочи-та предъ еднокотвенния умформеру макаръ че е по-скжпъ.
138. Конвертисьори за постояненъ токъ.
Въ радиотехниката често се използуватъ машини, които се наричатъ сжщо конвертисьори (умформери). ТЪ сж съчетание отъ електродвига-тель за постояненъ токъ и динамомашина. Електродви-гательтъ се захранва съ нис-ко напрежение и силенъ токъ (акумулаторна батерия), а динамомашината дава високо напрежение и слабъ токъ. Фактически, тази машина представлява трансфсрма-торъ за постояненъ токъ. Тфзи машини иматъ
единъ статоръ (електромагнити). Роторътъ е вжтрешенъ, общъ и има две отдЪлни намотки: едната за високото напрежение,
323
а другата за ниското. На фиг. 259 е означенъ схематично единъ такъвъ роторъ за една шестполюсна машина; многото и тънки намотки сж за високото напрежение, а малкото (де-бели) — за ниското напрежение.
Върху осьта на ротора, отъ дветЬ му страни, сж поста-вени два колектори: единиятъ за високото, а другиятъ — за «некого напрежения. ВсЪки колекторъ има съответнитЬ четки съ четкодържатели.
Така направена машината, тя има високъ коефициентъ на полезно действие. По действието си не се различава отъ обикновенитЬ машини за постояненъ токъ.
139. Електролитни и сухи токоизправители.
Електролитни токоизправители. Спадатъ къмъ групата на неподвижнитЪ токоизправители. Използуватъ проводи мостьта на алумания само въ една посока.
Направени сж отъ два електроди, потопени въ електро-литъ: единиятъ отъ електродитЪ е отъ чисть алуминий, другиятъ може да бжде какъвто и да е металъ (обикновено е оловенъ), а електролитътъ е обикновено разтворъ отъ амо-яиевъ фосфатъ (A Hi На РОД или отъ амониевъ карбонатъ
Когато се съедини положителниятъ полюсъ на една батерия съ алуминия, последниятъ почти веднага преста-ва да пропуска токъ, понеже се отд’Ьля кислородъ, който покрива повръхнината му и я изолира отъ електроли-та. При преминаването на токъ въ обратна посока (алу-миниятъ става катодъ), този слой кислородъ много лесно се унищожава и токътъ може да тече.
Ясно е следователно, че подобенъ уредъ може да служи като изправитель на пром-Ьнливъ токъ.
Максималното напрежение, при което може да дей-ствува единъ подобенъ токоизправитель, е ограничено; колкото по-рЪдъкъ е електролита, толкова по-високо напрежение издържа той; одновременно обаче се увеличава и неговото вжтрешно съпротивление.
Увеличаването на температурата се отразява вредно върху електролитния токоизправитель; при 50° С изправител-хното му действие изчезва напълно.
324
Обикновено се използуватъ батерии отъ токоизправи-тели. ВсЪки елементъ тр-Ьбва да работи само за определена сила на токъ и определено напрежение; обикновено за всеки 20—25 И напрежение, е необходимъ единъ елементъ: така напр., за 100 V напрежение, ще сж. необходими 4 елементи, включени последователно. Силата на тока, пресметната за квадратенъ сантиметъръ алуминий (само едната страна), е около 5 т А. Правейки по-голема тази повръхность или свръз-вайки неколко елементи паралелно, може да се тегли нужна-
та сила токъ.
На фиг. 260 е прецставена една батерия отъ 4 токоиз-правителни елементи, която пълни акумулаторната батерия
Б. Включването (система „Гретцъ" — „Gratz") позволява да се използуватъ и двата полупериоди на про-менливия токъ, Въ момента, когато е.д. сила има посока а, токътъ преминава презъ елемента 1, реостата R, аку-
Фиг. 260
мулаторната батерия Б, и презъ елемента 4 отива въ об-
мотката Si; когато посоката на е.д. сила е означената съ стрелката б, тока преминава презъ елемента 3, реостата R, акумо-латорната батерия Б и презъ 2 отива въ Si. Въ случая има
ме винаги дза елементи, свързани последователно и заради
това се получава батерия, чието максимално напрежение е двой-но по-голЪмо отъ това, което може да даде само единъ елемнтъ.
Фиг. 261 то назначение е
Метални (сухи) токоизправители Използуватъ свойството на нЪкои метални съединения да пропускатъ тока само въ една посока. Така напр., намерено е, че една медиа плоча, покрита съ CiteO, пропуска тока въ посока Ctt-iO—Си; въ обратна посока (Си—СйаО) плочата представлява гра-мадно съпротивление. Сжщината на това явление не е още изяснена.
Въ всЪки токоизправителенъ елементъ (фиг. 261) медната плоска и медниятъ окисъ . сж натиснати между, две плочи а и б, чие-— да накаратъ тока да действува върху па
лата повръхность на плочата.
325
Понеже съ загр^ването си елементътъ губи своитк из-
правителни свойства, то се
взематъ мЪрки за по-доброто
естествено разпръсване на топлината. За тази цель служатъ две охладителни плочи в, които сж съ по-толЕми размори отъ Ti зи на плочитЕ а и б и сж изолирани отъ тЕхъ чрезъ изолационнитЕ плочи и.
ПосрЪдствомъ едно витло г всички части сж стегнати здоаво.
На фиг. 262 е пока-
zyma.
Фиг. 263
Фиг. 262
занъ единъ токоизправитель, включенъ поср-Едствомъ единъ трансформаторъ; сжщиятъ използува само еднитЪ полупери-оди. На фиг. 263 сж показани два токоизправители; съ тЕхъ е възможно изправянето и на отрицателнитЬ полупериоди.
Има фирми, които фабрикуватъ много добри сухи токоизправители. Единъ -токоизправитель обикновено служи за напрежения до 50 V и за сила на токъ до 0 2 А. За по-голЪми напрежения, свръзватъ се по нЪколко токоизправители последователно, а. за по-силни токове — свръзватъ се па-
Фиг. 264 ралелно. Така се получаватъ токоиз-
правителни батерии, които могатъ да служатъ за различии напрежения и сила на токъ (фиг. 264). CyxHTt токоизправители иматъ просто устройство, не се нуждаясь отъ подържане, безшумни сж и иматъ голЪмъ коефициентъ на полезно действие (надъ 92‘70)-
Поради тЕзи добри качества тЬ намиратъ все по-голЪмо приложение. Главного имъ неудобство е, че единъ пжть пов-.редени, поправката имъ е трудна и иматъ сравнително ограничена мощность.
140. Лампови токоизправители.
Лампови токоизправители. Устроени сж върху свой-<ството на електроннитЬ лампи да пропускатъ токъ само въ
326
една посока. За цельта се използува диода, който представлява отъ себе си лампа съ два електроди, поставени въ стък— леница, отъ която е изтегленъ почти всичкия въздухъ. Единиятъ електродъ се отоплява и се нарича катодъ, а другиятъ се нарича анодъ. Когато катодътъ се затопли, тока може да минава само отъ анода къмъ катода, т. е. само когато анода-е положителенъ спрямо катода.
На фиг. 265 е означено
Фиг. 265
включването на единъ диодъ въ мрежага посрЪдствомъ трансформатора Т, който има две вторични намотки: по-малката дава необходимия отоплителенъ токъ на катода.
Когато въ вторичната намотка се индуктира е. д. сила съ посока къмъ анода, въ външ
ната верига ще протече токъ, ако тя е включена; долнота витло ще бжде -. Въ следния полупериодъ посоката на ин-дуктираната е. д. сила ще се измени и презъ диода токъ не ще протече, Съпротивлението /? служи да се регулира по желание напрежението на пост. токъ.
Вижда се, че само съ единъ диодъ не могатъ да се използуватъ двата полупериоди. На фиг. 266 е показано включването на два диоди, чрезъ които се използуватъ и двата полупериоди. Вторичната намотка на трансформатора е разделена на две еднакви части, всЪка
Фиг. 267
вува така, както двата отдЪлни
Фиг. 266
отъ които действува за еди-ния видъ полупериоди. Двата края на намотката сж свързани съ анодитЪ на двата диоди, а срЪдната точка е свързана съ брустчето—.
На фиг. 267 е изобра-зенъ диодъ съ два аноди (дуодиодъ); сжщиятъ дейст-диоди на фиг. 266.
327
Получениятъ токъ е пулсиращъ. За да се изравни по-добре, употркбяватъ се така нареченитк филтри — комбинации отъ самоиндукции и конденсатори, които поглъщатъ мак-сималнитк стойности за да засилятъ минималнитк. Когато не се иска съвършенно постояненъ токъ, може да се включать вместо филтри — отдклни самоиндукционни макари.
Ламповитк токоизправители действуватъ много сигурно и правилно; леки сж, лесно се пренасятъ и не се нуждаятъ отъ специални грижи. Иматъ високъ коефициентъ на полезна мощность. Служатъ само за малки мощности.
Венелтови токоизправители. Наричатъ се по името на ткхния изобретатель Венелтъ (Vehnelt), който пръвъ е от-крилъ, че окиситк на алкало-земнитк метали излжчватъ го-лкмо количество електрони и при сравнително ниски температури. Окисътъ обикновено покрива единъ металически проводникъ, по|който минава токъ; срещу така направения катодъ, се намира анодътъ.
За да се намали падението на напрежение когато лам-пата е съ безвъздушно пространство, сжщата е напълнена съ благородния газъ аргонъ. Освенъ това, йонизирането на този газъ дава възможность да се получава no-силенъ правъ токъ, отколкото при юбикнсвенитк диоди.
За да могатъ да се използуватъ и двата полупериоди, обикновено венелтовитк токоизправители иматъ два аноди. За да може по-лесно да почне действието, по-голкмитк изпра-вители иматъ и трети анодъ — по-близко до катода.
Венелтовитк токоизправители се фабрикуватъ за различна сила на токъ и за различии напрежения. Може да се стиг-не дори до 3,000 IZ. При ниски напрежения може да се получи токъ нкколко десетки А. Тк могатъ да се използуватъ за добиване на анодни напрежения въ голкми предавателни станции. По-малкитк типове се използуватъ твърде много за пълнене на акумулатори.
141. Живачни токоизправители.
Направени сж отъ единъ сждъ, въ който се поставятъ два аноди (ф- електродъ) и единъ катодъ (— електродъ).
Сждътъ за по-малкитк мощности е стъкпенъ, а за по-голкмитк — желкзенъ; въздухъть е почти напълно изтегленъ.
328
МнодигЬ сж желЪзни, а катодътъ представлява една ваничка на сжда, пълна съ живакъ
Действието се основава на свойството на живачнитЪ пари да пропускать електрически токъ само отъ анода къмъ катода. За да почне действието, следъ като токоизправителя е включенъ въ мрежата, требва да се предизвика изпарение на живака. Това става или чрезъ спомагателна ваничка, или чрезъ специаленъ — допълнителенъ анодъ.
На фиг. 268 е показано включването на единъ живаченъ токоизправитель съ два аноди Д1 и катодъ К и допълнителенъ катодъ к. Двата аноди сж свързани съ двата края на автотрансформатора Т, а отъ срфдата на сжщия е отведенъ минуса на веригата. Първоначалното действие започва съ по-мощьта на к, който е свързанъ съ Ai презъ съпротивлението г. Когато се наклони (разклати) леко токоизправителя, живака отъ к и К се съединява, почва да тече токъ и така почва първоначалното изпарение на живака. То е достатъчно за
Фиг. 269 I
да почне да тече токъ отъ Ai и отъ Д» (А служи за еднитЪ полупериоди, а А-> — за другитЪ) къмъ катода. Самоиндукцията L служи за изравняване на пулсиращия токъ.
На фиг. 269 е показанъ по-голЪмъ токоизправитель, който е снабденъ съ спомагателенъ анодъ а, който може да се потопи (чрезъ специален!» механизъмъ) въ живака и следъ това да се извади. Изваждането тр-Ьбва да стане въ момента,
когато токътъ следва да протече отъ а къмъ живака, иначе маневрата тр’Ьбва да се направи н^колко пжти много бързо за да се попадне на този именно моментъ.
За да се получи колкото е възможно по-постояненъ токъ, трЪбва да се приб-Ьгне до многофазенъ .токъ. На фиг. 270 е представенъ единъ трифазенъ токоизправитель съ аноди 1, ,2 и 3, който е включенъ въ мрежата посрЪдствомъ единъ трифазенъ трансформаторъ.
329
На фиг. 271 е показанъ шестфазенъ, токоизправитель. ШестыЬ фази се получаватъ много лесно отъ трифазната система. сргьднитгь точки на тритгъ фази се свръзватъ въ една (нулгва точка) а свободнитгь шесть края отиватъ въ шесть-тгь анода на токоизправителя.
Днесъ живачнит-fe токоизправители намиратъ гол-Ьмо приложение и се предпочитать за гол’ЬмитЪ мощности; ТЪ се от-
личаватъ съ своето сигурно действие, безшумность, простота и високъ коефициентъ на полезно действие (за голЪмигЬ токоизправители общъ коефициентъ на полезно действие, вклю-чително трансформатора — надъ 94" 0). Този полезенъ коефициентъ не зависи отъ товара; и при натоваренъ токоизправитель и при слабо натоваренъ — остава единъ и сжщъ. Лип-сата на въртящи се части прави подържането и управлението имъ много леко: възможно е инсталирането имъ въ изоли-рани мЪста и контролирането имъ отъ далече. Днесъ се фа-брикуватъ живачни токоизправители за нЪколко хиляди волта напрежение (за хиляди киловати мощность).
Поради многого хармонични, които съдържа изправе-ния токъ и понеже честотата на тЪзи хармонични е звукова, телефоннитЬ линии, които минаватъ близо до тЪхъ биватъ смущавани твърде много.
XV. Решени задачи.
142. Машини за пост. токъ.
Задача 126. Една динамомашина съ последователно възбуждане има общо 0'4 Q съпротивление. Сжщата при 2000' обороти дава 10 А при ПО V на съединителигк Каква обща е.д. сила произвежда машината при 1500 обороти. Решение. При 2000 обороти, динамомашината произвежда обща е.д. сила El— V-j-1. R — 11 V-f-10A 0'4 Q = 114 К Понеже про-изведената е.д. сила е пропорционална на оборотит-fe, при 1500
обороти тя ще произвежда £2 = 114 ~ V-
Задача 127. Съпротивлението на намоткитЪ на една динамомашина съ послед, възбуждане е 0‘12 Q, а на възбуди-телнигЬ намотки — 008 Q. Мощностьта на динамомашината е 1 kw, а напрежението на полюситЪ е 100 К. Колко е електрическия коефициентъ на полезно действие? Решение. Протича-
. 1000 W .
щия токъ при напълно развита мощность е / = —у = 10 А.
Загубената мощность въ намоткитЪ е Wi = Г- .R = 102.(012 Q-|-0'08Q)=20 W. Електрическиятъ коефициентъ на 1000 W полезно действие е = 0'98.
Задача 128. Една динамомашина съ паралелно възбуждане дава 200 V на съединителитЬ си при 40 А. Електр. коефициентъ на полезно действие е 0'95; електрическитЪ загуби въ ротора сж. 3° 0, а въ статора 2° 0. Какво е: а) съпротивлението на възбудителнитп намотки /?в; б) съпротивлението на ротора /?р. Решение. Преди всичко трЪбва да нам'Ьримъ. общата мощность: W = = 4° "1—°° = 8421 W; а) за-
0’95 0-95 ’ 7
губената мощность въ възбудителнитп намотки IFi е 2%:.
2
U7! = 8421 W . —- = 168'4 W; протичащиятъ токъ презъ rfe-
. W 168'4 W „ я
зи намотки е /в = у = 0'842 А. Съпротивлението
331
D v 200 V „
на възбу дител нить намотки е /<в =< =i п.0/9 i = 23оэ ь<г 1 а и о *
з
б) Загубената мощность въ ротора е W% = 8421. “jpg ==
252’63 W; съпротивлението на ротора /?р намираме отъ фор* мулата Ж — 1Р 2. /?р = (49’4 + 0 842 Л)3. /?р отгдето
_252'63
—40-8422 ~
0151.
Задача 129. Каква е произведената въ ротора на зад; 108 е. д. сила? Решение. Общата е. д. сила Е = V -f- zp . /?р = 200 V +40-842 А. 0151 Q = 206’17 V.
Задача 130. Една динамомашина съ смЕсено възбуждане е за 120 V и дава 100 А. Загубит^ въ топлина сж: 2’5% въ ротора, 2% въ паралелнитЕ намотки- и 0’5" 0 въ последо-вателнитЕ. Какъвъ е електр. коефициентъ на полезно действие 1]е на тази машина? Решение. ОбщитЕ електрически загуби (загуби въ топлина) сж 5" 0 така че 1]е=1—0 05=0'95.
Задача 131. Единъ електродвигатель за пост, токъ съ последов, възбуждане за 100 V, гълта 20 А, като прави 2000 обороти въ мин. Съпротивлението на намоткитЕ му е 0 25 Q. Сжщиятъ се включва чрезъ единъ реостатъ R= 275 Q. Каква противо е. д. сила Е развива електродвигателя при изключенъ реостатъ и каква при включенъ реостатъ? Р е ш'е-ние. Отъ формулата V=E-[-Ip-Rp (стр. 238) намираме Ei = 100 V — 20 Л. 0’25 Q = 95 V; при включенъ реостатъ £-2 = 100 V— 20 Л.(0’25 Q +275 0)^40 V.~~
Задача 132. Колко обороти ще прави електродвигателя
(задача 131) ако 1Р спадне на 5 Л? Решение. Противо е. д. сила при 5 Л, когато реостата е изключенъ, ще бжде £-3 = 100 V— 5 Л.025 Q = 9875 V. Понеже противо е.д. сила
E—k. п Ф (стр. 238), можемъ да напишемъ:
Ei
Es
k . 2000 . Ф
—Г---------, ОТ-
k. п .Ф
ГДбТО п =
9875 У. 2000
95 V
= 2079.
Задача 733. Какъвъ е електрическия коефициентъ на полезно действие ре на електродвигателя въ зад. 131 при вклю-ченъ и при изключенъ реостатъ? Решение, а) при вклк> ченъ реостатъ: общата погълната мощность е W — 100 V. 20 Л. = 2000 W- полезната мощность е £2 = 40 V. 20 Л = 8001У;..
332
800 IV
lie = —™z= 0’4; б) при изключенъ реостатъ: w =
1 2000 w
100 V. 20 А; полезната мощность e lFn = Ei . I = 95 V. 20 A;
95 V.20A
T|e - 100 V.20A -095‘
143. Машини за пром. токъ.
Задача 134.. Единъ трифазенъ алтернаторъ дава фазна е.д. сила Еф = 220 V, когато е натоваренъ. Съпротивлението на всЬка фазна намотка е /?ф = 0’2 Q. Какво е напрежението на съединителнитЬ брустчета при звездно свръзване^ ако ли-нейния токъ 1п =30 А? Решение. Въ всЬка фаза имаме падение Vi = /л . /?ф = 30 А . 0'2 Q = 6 V. Напрежението на една фаза 1/ф = 220 V — 6 V = 214 V; напрежението въ съе-динителнитЬ брустчета Ил = 1'73 .2Т4 И = 270'2 V.
Задачи 135. Единъ 8 полюсовъ алтернаторъ дава токъ за задвижване на единъ трифазенъ асинхроненъ електродвигатель. ОборотитЬ на алтернатора сж 750 въ мин., а на електродвигателя — 1450. Колко полюсенъ е електродвигателя и какво е плъзгането му. Решение. Честотата на промЬнливия токъ е f = 50 пер./сек. Числото на чифтоветЬ по-
60
60. 50 пер./сек.
люси на електродвигателя сж р =------1450-----= '» т- е-
п п — т
електродвигателя е четириполюсенъ. Плъзгането л =-----——
60.50 е 1500—1400
гдето п —------= 1500. Намираме л =----------- = около
р 1500
0'033 т. е. около 3'3%.
Задача 136. Единъ асинхроненъ трифазенъ електродвигатель има 10 HP и е за 220 V и 50 пер./сек. Какъвъ токъ минава презъ всЬка фаза ако коеф. на полезно действие е 0'9, a Cos = 0'85. Решение. Мощностьта W — 10.736 W — 7360 W. Отъ друга страна IF = V73.220 V. I. Cos /р.0'9, отгдего получаваме / = 26'86 А.
Задача 137. Единъ трансформаторъ има М = 40 навивки и А4=560 навивки. Колко ще бжде вторичната е. д. сила £2, ако първичната £i=210 V. Решение. отгдето
М 560 М Е~
~E2.=-£.E1 = ~~.2W У—2940 V.
/vi 4U
333'
Задача 138. Единъ еднофазенъ трансформаторъ съ Vi=120 V, 14=1200 V и /= 50 пер./сек., има сЕчение на сърд-цевината 50 см.2 Да се намЕри броятъ на първичнитЕ и вто-ричнитЕ намотки, ако допустимата гжстота на силовитЕ ли-
Е 108 нии е 6000. Решение. Използуваме формулата .V=—? гдето Ф е общиятъ магнитенъ потокъ: Ф—В. -S =6000.50. т 120.К10ч
Търсимъ първичнитЕ намотки: М= 4.446обб5О,5(у=181- Отъ
М л/ У°- л/ 1200 ТОЩ
отношението . . — ~~ намираме ;\/2=г- - .181 =1810
/V2 Иг vi lz:(J
139. Единъ трифазенъ трансформаторъ, чиито вторични намотки сж свързани звездно, е за
намотки.
Задача първични и У] = 60 V и Vs = 900 V мощностьта на сжщия е 6 KV А.
Какво е сЕчението на първичната намотка, ако допустимата. гжстота на тока е 4 Л/мм.2? Решение. Отъ 173.KZi=6000 ЦТ,. , 6000 W ,
намираме А=—__ „„ = 57 8 Л; сЕчението на проводника^ 1 ’73.60
требва да бжде Л =57'8 А/4 А мм.2 =14'5 мм.2.
Задача 140. Единъ трансформаторъ има М = 120 и —360 намотки; включенъ е въ верига съ 14 = 100 V и у = 50 пер./сек. СЕчението на желЕзната сърдцевина е 25 см.2 Колко силови линии минаватъ презъ сърдцевината и каква е гжстотата имъ? Решение. Използуваме формулата въ зада-100.10s ча 138 като търсимъ Ф:Ф = - =375,400. Гжстотата,
4'44.12U.50
D Ф 375400 на си ловить линии о = ^ = —^5— = 15016.
часть iv
ЕЛЕКТРИЧЕСКО ОСВЪТЛЕНИЕ.
XVI. СвЪтлина. Фотометрични величини.
144. Сущность на свЪтлината.
СвЪтлината е особена форма на енергия, която се из-.лжчва и разпространява въ пространство™ подобно на топли-ната и радиовълнигЬ, безъ да се нуждае отъ проводници. Така, огромни количества св-Ьтлина и топлина се излжчватъ отъ спънцето, преминаватъ между планетното пространство (което се смЬта, че е съвършенно праздно отъ всЬкаква материя) и обливатъ земята. Сжщо така, свЪтлината излжчвана отъ жич-ката на електрическата лампа преминава почти празното пространство въ крушката и освЪтява околното пространство.
За обяснение образуването и разпространението на св'Ьт-лината, допускатъ, че въ природата сжществува особена материя — етеръ, която прониква навредъ, дори и въ междуе-лектроннит-fe пространства на гЬлата. Тази материя може да бжде накарана да трепти; трептенията се разпространяватъ «подобно на воднитЬ вълни, при хвърленъ камъкъ въ спо-коенъ басеинъ. Образуватъ се вълни, които се разпространяватъ въ всички посоки.
Скоростьта, съ която се разпространяватъ етернигЬ вълни е около 300,000 клм./сек. Времето за което една етерна вълна се премЪства на съседното най-близко м^сто се нарича периодъ (Г). Броятъ на периодигЬ, които една вълна пра-ви за 1 секунда се нарича честота (/) на вълната. Отъ ка-заното е явно, че дължината А на една вълна се равнява на изминатия пжть за една секунда (300,000 клм.), раздТленъ на . 300000 клм./сек.
честотата: к—----у------.
Свойствата на етернитгь вълни се различаватъ сжщес-твено съ изм'Ьнението на т-Ьхната дължина. ТЬ се подЪлятъ на следнитЪ видове:
336
7) електромагнитни; 2) ултрачервени; 3) свгьтлинни; 4} ултравиолетови: д) рентгенова; 6) лмчи гама и прониква-щи лмчй.
Най-дълги сж ел. магнитнитЪ вълни. СвЪтлиннитЬ вълни иматъ дължина между 072 и 0’36 микрони (милионни отъ метъра).
Споредъ казаното до тукъ следва, че да се произведе свЪтлина, е все едно да се накара етера да трепти като обра-зува вълна съ дължина 0 72 до 0’34 милионни части отъ метъра. ЕтернитЬ вълни съ дължина по-гол’Ьма отъ 072 минро-ни сж невидими отъ окото; тЕ сж инфрачервенитЬ лжчи; въл-нигЬ съ дължина по малка отъ 0’36 микрони сж сжщо неви-дими; тЕ сж ултравиолетовигЬ лжчи.
ИзточниЦитгь на свгьтлина сж два вида; естествени и изкуствени. Естествени източници сж: слънцето, луната, елек-трически крушки и други силно нажежени т-Ьла.
145. Топла и студена свЪтлина.
ИзточницитЬ на светлина обикновено излжчватъ и теплина; св-Ьтлината представлява само малка часть отъ обща-та изразходвана енергияг Така напр., електрическия токъ, кой-то нагрева електр. крушка, се разходва въ по-гол’Ьмата си часть за добиване на топлина, а само една малка часть се превръща въ светлина. Свтыплината, чието произвеждане е придружено съ образуване на топлина, се нарича топла.
Такава е св'Ьтлината, която се нроизвежда отъ почти всички лампи, употр’Ьбявани въ всЬкидневния животъ.
Свгьтлина, чието произвеждане не е придружено съ образуване на топлина, се нарича студена. Като идеаленъ източникъ на такава св’Ьтлина е малката свЪтулка и други свЪтящи животни (главно обитатели на морето). Като източници на студена св-Ьтлина се см±татъ тржбитЪ съ разредени газове (неонови тржби), при конто газоветЪ даватъ направо светлина. ТЕзи тржби обаче иматъ други недостатъци, конто ги правятъ непригодни .за обикновена употрЪба; при тове и. rfe не излжчватъ напълно студена свЪтлина, защото и въ тЪхъ Се обвазува топлина, макаръ въ по-малко количество.
Източници на студена свгьтлина см емщо така фос-форисциращитгь и флуорисциращитгь текла. Фосфорисциращи
337
Т’Ьла сж фосфорнитЪ соли на калций стронций и барий. Те придобиватъ свойството да изпускатъ на тъмно по-силна или по-слаба светлина ако предварително сж били осв^тени достатъчно силно съ слънчева светлина.
Флуорисциращите тЪла поглъщатъ лжчиста енергия съ определена дължина на вълна и следъ това я изпускатъ въ формата на светлина; това явление е било на-блюдавано за първи пжть върху минерала флуоритъ и отъ тамъ то се нарича флуэрисценция.
Фосфорисциращите и флуорисциращите тела не на-миратъ приложение въ осветлението.
146. Свойства на свЪтлината.
а) Поглъщане. Светлинните лжчи (вълни) се
разпространяватъ въ еднородна среда праволинейно; всеки лжчъ е независимъ отъ съседния. Известии среди и тела пропускатъ свободно светлинните лжчи; те се наричатъ прозрачна. Други тела сж непрозрачна-, те не пропускатъ светлината, а я поглъщатъ.
Когато се постави едно непрозрачно тело въ единъ светлиненъ потокъ, часть отъ светлинните лжчи се зе-държатъ отъ това тело и се образува сгънка-, около сенката се образува полусгьнка.
б) Отражение. Когато светлинните лжчи срещнатъ едно непрозрачно, лъскаво ],ело (съ огледална повърхиость) те се отражаватъ. Жгълътъ на отражението е равенъ на жгъла на падането. Използувайки това свойство, фабрику-ватъ така наречените параболични ог-ледала (фиг. 272). При тези огледала, светлинния източникъ се поставя въ фокуса на огледалото, а отразените лжчи образуватъ единъ снопъ отъ ус-поредни лжчи. Параболичните огледала намиратъ приложение въ прожекто-рите, св. сигналните апарати и пр.
в) Пречупване. Когато светлинните лжчи преминаватъ отъ една среда
въ друга, по-гжста или по-редка прозрачна среда, те претърпяватъ едно отклонение отъ правия си пжть —
22
338
пречупватъ се. Жгълътъ на пречупването зависи отъ естеството на прозрачната среда.
Когато новата срБда не е еднородна, забелЪзва се нетравилно отклонение и пречупване на св’Ьтлината; свет-лината се разпрэстранява и въ околната среда (не само по направление на лжчитБ), обаче се получава по слабо осветление. Такова неправилно отклонение предизвиква светлата хартия, стените, таванитЪ и пр. Получава се ме-ка светлина, въ която не се забелезва хода на светлин-нитЕ лжчи. Глобусите на лампите притежаватъ най-ярко това свойство.
147. ИзмЪрване на свЪтлината. Фотометрични величини.
При изучаване на светлината сж въведени нови величи-ни, наречени фотометрични. Те сж:
1) . СвЕтлиненъ потокъ. Представлява количеството светлина която излжчва светящего тЪло въ целого пространство около себе си. Бележи се съ Ф. Нарича се отъ некой автори светлинна мощность.
2) . СвЕтлинна интензивность. Представлява количе-сгвото светлина, излжчена отъ светящего тело въ единъ ко-нусъ, чийто връхъ има сечение 1 градусъ. Бележи се съ У. Колкото по-мощно е светящего тело, толкова повече лжчи ще попаднатъ въ конуса — толкова по-голЕма е светлинната интензивность на телото.
3) . Сила на осветлението; представлява количеството светлина, която пада върху повърхность отъ м.2, разположена перпендикулярно на светлинните лжчи. Бележи се съ Е.
Единицата за излиърване на свгъпглинния потокъ (мощность,), се нарича луменъ-, единицата за свгыплинна интензивность се нарича хефнерова свгыць, а единицата за сила на освгьтление — луксъ.
Една хефнерова свещь светлинна интензивность имаме тогава, когато светящего тело, е една хефнерова лампа-, тази лампа има масивенъ фитилъ, който минава въ една тржбичка съ вжтрешенъ диаметъръ 8 мм. и гори специално гориво (ами-лацетатъ); пламъка требва да бжде напълно спокоенъ и ви-сокъ 40 мм. Хефнеровата свещь се бележи съ символа НК.
339
Въ некой страни за единица свЪтлинне интензивность е чзъведена международната св-Ьщь, която е Г11 хефнерови cefe-щи (7 НК = 0’9 международни св^щи).
Да предположимъ, че една хефнерова лампа е разположена въ центъра на една сфера съ радиусъ 1 метъръ; потокътъ, конто преминава презъ 1 м.2 отъ повърхнината на сферета е единъ луменъ. Понеже повърхнината на сферата е 4лН=\ 2'56 м'г, ясно е, че цгьлия свгыплиненъ потокъ, който дава една хефнерова свгъщъ е 12-56 лумени.
Понеже хефнеровага лампа не е точкообразна, свЪглин-ната й интензивность не е напълно еднаква въ всички пссо-«и. Приема се, че въ хоризонтална посока тя е 0‘8 отъ сб-щата свЪтлинна интензивность. Или все едно, една хефнерова свещь ще дава 12‘56 Х0‘8 = 10 лумени св’Ьтлиненъ потокъ. Въ практиката казватъ примерно, „таза лампа произвежда 600 лумени (60 декалумени) свгыплиненъ потокъ"; това зна-чи, че тя има 60 хефнерови свгьщи свгьтлинна интензивность.
Една плоскость има сила на освгътление 1 луксъ, кога-то върху всгьки м.~ пада свгьтлиненъ потокъ единъ луменъ, равномгьрно разпредгьленъ. Значи, силата на освЪтлението вър-ху повърхнината на сфера съ радиусъ 1 м. е единъ луксъ, когато въ центъра на сферата е запалена една хефнерова лампа.
Ясно е. че кслкото повече лумени свЪтлиненъ по-токъ пада върху една повърхнина^ толкова по голема сила на осветление има тя.
4) . Гжстота на свЪтлината (гланцъ, блЪсъкъ). Све-тящитЪ тЪла не сж никога точкообразни: тЪ иматъ въ •действителность известии размЪри. Броятъ на произведе-нитЪ хефнерови свещи отъ всЪки квадратенъ сантиметъръ площь на светящего тЪло се нарича гланцъ, блЪсъкъ или гжстота на свЪглината. Когато блЪсъка на едно свЪтяше тело е пс-големъ отъ 0‘75, светящего тело предизвиква заслепяване на очите. Почти всички светящи тела пре-дизвикватъ заслепяване; най-силно заслепяване предизвиква слЪнцето. Заслепяването поради големия блесъкъ е вредно за здравето на очите и заради това то се избъг-sa или чрезъ въвеждането на матови глобуси или като оставятъ лампите на подходяща височина (жгъла на па-дането на лжчите върху работната площь да бжде най манко 30°, за да не гледа окото непосредствено въ светящего тело). Единицата за блгъсъкъ се нарича ламбертъ.
340
Фотометрични закони. ФотометричнигЬ величини се подчиняватъ на известии закони. Първиятъ законъ гласи Силата на осв-Ьтлението върху една повръхность е право про-порционална на свЪтлинната интензивность на свЪтящето тЬ~ ло и на косинуса отъ жгъла, който тази повръхность сключ-ва съ перпендикуляра на свЪтлиннитЪ лжчи; обратно пропор-
ционална е на квадрата отъ разстрянието между повръхность-та и св’Ьтящето тЪло (фиг. 273). Нека означимъ осв^тената
повръхнина съ а свЪтлинния потокъ съ Ф: силата на осветление-то щебждеЕ=Ф/У когато 5 з а е м а положението 1, 1. Нко освЪтенате по-
връхнина е наклонена (положение 2, 2) явно е, че сжщия потокъ ще па да върху друга, по-голЪма повръхнина, която ще бжде 5 Cos щ
Ф. Cos a v
значи Е —-----~--- (а-
О
Огъ друга страна, отъ геометрията знаемъ, че прострем-
ствения жгълъ си
Ф — У. со = У
= ту; свЪтлинната интензивность е У—- или
L- с
Зам^Ьстваме полученото въ (а) и получа-
„ У. Cos и. ,
ване Е —която формула представлява именно пър-
вия законъ на фотометрията. '
Вториятъ законъ гласи: светлинните интензивности Ус
Фиг. 274
и Уз на две св-Ьтящи тЪла, които осв-Ьтяватъ съ еднаквг сила на осветление една повръхнина, сж право пропорционал-ни на квадратит-fe отъ разстоянията между свЪтящитЪ тела и по-
341
>зръхнината (фиг. 274). Този законъ се извежда много лесно
У1 . Cosy.
отъ първия законъ; достатъчно е да напишемъ — =
h~
Ул. Cos у У1 /У
— -,~5-----, отъ кждето ,г=,— (6)
Уз
Фотометрични криви. Да предположимъ че светяще-то тъло е точкообразно; понеже то излжчва светлина въ всички посоки, ако означимъ св'Ьтлинната интензивность съ отсечки, ще получимъ една окржжность (фиг. 275). Нко светя
щего тело е една електрическа крушка (фиг. 276), светлинната интензивность ще бжде най-голема въ посокитЬ а а и най-малка въ посоки J_ на а а-, различимте отсечки на диаграмата ни реватъ представа за светлинните интензивнести на лампата еъ различимте посоки. Кривите на фиг. 275 (окржжность) и на фиг. 276 (неправилна форма) се наричатъ фотометрични крива. Въ търговията почватъ да употребяватъ все по често тези криви; те характеризиратъ светящигЬ тела и различ-нитъ глобуси и показватъ разпределението на светлинните лжчи въ различнее посоки.
За да могатъ да се сравнивать лампите една съ друга, въведено е понятието сргъдна сферически свгыплинна интен-зивчость; тя представлява тази интензивность, която би имало светящего тело, ако излжчваше еднакво въ всички посоки (на фиг. 276 пунктираната окржжность замени неправилната крива).
Въ практиката се употребява сжщо и сргьдна хоризон-та гна свгыплинна интензивность: тя представлява светли н-ната интензивность на светящего тело въ хоризонталната плоскость, която минава презъ неговия центъръ. На фиг. 276 тя е представена съ отсечките О а.
148. ФотомЪри.
Уредшпгь, конто служатъ за измгърване на фотомет-ричнитгь величина, се наричатъ фотомгьри. По-место, съ това ийе назоваватъ само уредитЬ за измЪрване на св-Ьтлинната интензивность: уредитЪ за изм"Ьрване на свЪтлинния потокъ наричатъ лумен-шъри или сферични фотомЪри, а уредит-fe за изг-'.’Ьрване на силата на освЪтлението наричатъ лукс.шъри.
Всички ендове фотомгьри сж основана върху сравнение-то между две свтътлпнни интензивности — едната позна-та, а доугата непознапга. За тази цель обикновено се из-ползува така наречената фотомгьрна маса (фиг. 277): на
Фиг. 277
краищата на сжщата се поставятъ двата свЪтлинни токоиз-очника (единия съ позната св^тлинна интензивность, а другая съ ьепозната), а между т£хъ се поставя фотомЪра В. Сж-
1риятъ се движи на лЪво или на д-Ьсно до като заеме поло-
жение, при което двата свЪтлинни източници го оснЪтяватъ. еднакво силно. Тогава, използувайки втория законъ на фо-
тометрията (стр. 341) можемъ да напишемъ: У2=У1
Z?.~ 7?’
ОТ-
читатъ се 1г, h и понеже се знае Уг, намира се лесно У2. Rkg източника на У1 е една хефнерова лампа, Уч се получава въ хефнерови свТщи.
ФотомЪръ на Бунзенъ. Най-простъ и най-старъ. Пред-ставлява единъ листъ бЪла хартия X, която има едно масле
но петно въ срТдата. Това петно изглежда тъмно отъ къмъ
го-слабо освЪтената страна, а свЪтло отъ къмъ по-освТтена-та сгранв. Отрвженията на петното въ огледалата Oi и О (фиг. 278) позволяватъ да наблюдаваме въ кое положение на фотомЪра върху фотометричната маса, то е еднакво освъ-течо (масленит^ петна изчезватъ).
ФотомЪрътъ на Лумеръ — Бродхаунъ, е единъ отъ-най-добрит"Ь и точни. Двата св’Ьтлинни източника освЪтя-гатъ една непрозрачна плоскость П (фиг. 279), която отрг*
343
жава свЪтлината и чрезъ огледалата Oi и Оз ги насочва къмъ две призми Pi и ft. ГЬзи призми сж така направени, че свЪтлиннитЪ лжчи се насочватъ къмъ окото. Лампата /Д дава изображение на една елип-
Фиг. 278 Фиг. 279
корона; изм^стването става докато дветЪ изображения доби-ятъ еднаква сила на осветление.
ЛуменмгЬръ на Улбрихтъ. Представлява една сфера, чиято вжтрешность е матова б^ла повърхнина. Има единъ прозорецъ, покритъ съ матово стъкло (фиг. 280). Лампата,
Фиг. 280
чийто свЪтлиненъ потокъ се измерва, се поставя вжтре въ сферата. Плочката 5 пречи да се изпращатъ прЪки свЪтлин-ни лжчи върху прозореца. Силата на освЪтлението на прозо-реца е пропорционална на св"Ьтлинния потокъ вжтре въ сферата (само плочката 5 и гЬлото на лампата сж причина за грешки) Изм"Ьрването се прави като поставятъ сферата върху фо-томЪрна маса и работятъ чрезъ измЪстване на лампата — еталонъ до като въ фотомЪра се получи еднаква свЪтлинна интензивность; следъ това пресм-Ьтатъ светлинната интензивность У. Л вид-Ьхме, че светлинната интензивность и свЪт-линния потокъ сж свързани чрезъ уравнението Ф = У.<о кж-
.S' Г*
дето со = — = — — 4л —У256 (Sе повърхнината на сферата).
344
За да се получать точни резултати, диаметъра на сфе-рата трЪбва да бжде най-малко 0’5 м.; сфера съ диаметъръ по голЪмъ отъ 2 м. не се прави, понеже струва скъпо.
ЛуксмЪри. ИзмЪрватъ силата на осв-Ьтлението. И при 4 т'Ьхъ се използува сжщия принципъ: сравнение между освЪт-лението, което дава едно познато св"Ьтящо тЪло съ осв’Ьтле-нието, получено отъ едно непознато св"Ьтящо тЪло. Тукъ се изм"Ьства познатото свЪтяще т"Ьло. На фиг. 281 е изобразена
Фиг. 281
луксмгьра на Макбепгъ. ОсвЪтлението, което се измЪрва, вли-за презъ прозрачното стъкло С; отъ другата страна се м"Ьсти лампата еталонъ; чрезъ линията Л се определи колко се е измЪстила тя; F представлява единъ фотомЪръ Лумеръ — Бродхаунъ. Работи се ,както и при измЪрване на свЪтлинната интензивность, само че размерить на апарата сж малки, така че той е лесно преносимъ.
XVH. Източници на свЪтлина
149. ИзлАкЧване отъ натоплени it ла.
Почти всички светящи тела, които се употребяватъ въ практиката, излжчватъ светлина поради натоплянето си. ВсЬко натоплено тЪло излжчва етерни вълни отъ които само една малка часть сж св^тлинни лжчи (съ дължина между 0'36 и 072 микрони). Количеството на излжме-нитгъ етерни вълни зависи отъ температурата на наже-жаването и отъ цвгьта на тгълото. Най-добре излжчватъ черните тЪла когато се нажежатъ, ЦвЪтнигЬ тЪла поглъщатъ вълни съ определена дължина и излжчватъ други -вълни, чиято дължина зависи отъ тЬхния цвЪтъ.
Изследванията показватъ че:
1) ИзлжченитЬ свЪтлинни лжчи сж толкова повече, колкото гЬлото е нажежено до по-висока температура^ удобно е TtiioTO да се натопля доколкото позволява ,не-говата температура на топене;
2) ИзлжченитЪ свЪтлинни лжчи сж придружени съ развиване на гол’Ьмо количество топлина, която въ пове-чето случаи освенъ че е загубена енергия, но е вредна (сжществува опасность отъ пожаръ).
3) Най- добре е да се употребятъ цвЪтни тела, които излжчватъ светлинни лжчи въ най-голема пропорция въ сравнение съ общото количество на излжчените етерни вълни.
Най-добри източници на свгьтлини сж се указали жич-,китп> отъ волфрамъ, които иматъ сжщо и твърде висока точка на топене; лампи, направени съ такава жичка, могатъ да издържатъ нагреване до 3000°. Получената при това нагреване светлина се приближава твърде много къмъ слънчевата и не поврежда окото. Поради тези причини именно, волфрама днесъ най-много се употребява при направата на електрическите лампи.
346
150. Специфиченъ разходъ на едно св-Ьтяще т-Ьло,
Отъ казаното до тукъ се вижда, че всЪ'ко св^тяще тЪло разходва твърде много енергия, която е необходима за нажежаването му; получената отъ т^лото св-ётлинна енергия представлява само малки части отъ погълнатата енергия.
Отношението между изразходваната отъ лампата. енергия, изразена въ ватове и излячената сшьтлинна енергия, изразена въ хефнерови свгьщи, се нарича специфиченъ разходъ на лампата. Специфичниятъ разходъ на лампите ви~ наги е твърде голЪмъ; при електрическигЬ крушки, той е толкова по-голЪмъ, колкото лампата е по-малка. Така за лампа съ мощность 40 вата, специфичния разходъ е около 1 ватъ за 1 хефнерова свЪщь (1 W/НК)', за лампи съ мощность 500 W, сжщиятъ е около 0 62 (0 62 W[HK). При разглеждане на различимте видове лампи, ще се спремъ върху т^хния специфиченъ разходъ
Изследванията показватъ, че максималния специфиченъ добивъ, който теоритично може да се получи, е около 50 хефнерови свещи отъ единъ ватъ; вижда се, колко сж далече действителнитЪ цифри отъ теорията и какъвъ про-гресъ е възможенъ още въ фабрикуването на лампитЪ.
Главнитъ причини за ниския специф. добивъ сж из-лжчванията на енергия подъ формата на топлина и загубите на топлина; въ тази насока сж и усилията на го-лемите фабрики при подобренията, които правятъ при но-витЪ си лампи.
151. Видове електрически лампи.
' ЕлектрическитЪ лампи поглъщатъ електрически токъ и го превръщатъ въ топлина и светлина. ЛампитЪ могатъ да се подЪлятъ на 2 голЪми групи: лампи съ топла свЪт-лина и лампи съ студена светлина. Лампите съ топла светлина развиватъ висока температура и поради нажежаването си излжчватъ св^тлинни лжчи. Лампите съ студена светлина сж тржби, пълни съ газъ, който свети, когато презъ него преминава електричество. Въ практиката,. за осветление намиратъ приложение почти единствено>
лампит'Ь съ топла св’Ьтлина, които сж съ много просто устройство, малки размори, дълъгъ животъ и ниска цена. Поради тЪзи качества, тТ, сж за предпочитане, въпре-ки гольмия специфиченъ разходъ.
Споредъ действието си, лампитЪ се подълятъ на;
1) Лампи съ нажежена жица.
2) Джгови лампи.
3) Лампи съ разрДденъ газъ.
152. Лампи съ нажежена жичка.
Исторически прегледъ. Първата електрически крутка, фабрикувана отъ Едисонъ, се появи въ 1861 год. Жичка-та на тази лампа е била отъ вжгленъ; специфичниятъ разходъ е билъ надъ 4 вата за една хефнерова св’Ьщь. Къмъ 1905 год. се псявява на чазаря лампа съ метализирана вжгленова жичка, чийго специфиченъ разходъ е около 2 вата за хефнерова св-Ьщь; тЪзи лампи избДгватъ твърде много отъ неудобствата на вжгленовата жичка, главно чупливссть при сътресения.
Въ 1902 год. се появява на пазаря първата крушка съ метална жичка; употрЪбенъ е осмий; въ 1905 год. се явяватъ жички отъ танталъ, който има по-гол’Ьмо специфично съпротивление отъ осмия и необходимата жичка, при еднакви мощности, е много по-кжса. Отъ 19'0 год. почти единствения употрДбяванъ металъ е волфрама (тунг-стена), който има голимо специфично съпротивление, висо-ка температура на топене, голЪма еластичность и се обра ботва много лесно. Специфичниятъ разходъ на първито лампи съ метална жичка е около 1‘5 ватъ за една хефнерова свЪщь; днесъ има лампи, чийто специф. разходъ е 0-6 W/HK.
Лампи съ вжгленна жичка. Звдържаха се на пазаря около 20 години; жичката е направена отъ растително влак-но (пемукъ дървесина и пр.), навита като спирала и изгорела (превърната въ вжгленъ). Въздухътъ въ стъкле-ния балонъ, въ който се поставя жичката, е изсмуканъ; иначе жичката ще изгори веднага. Температурата на на-гр^ване достига до 2000° С. Специфичниятъ разходъ е около 3 5 W/НК; живота имъ продължава до 800 часа. Т’Ьзи лампи днесъ почти не се ср'Ьщать на пазаря.
348
ЛампигЬ съ метализирана вжгленна жичка сж съ спе-щиално приготвена жичка, която съдържа водородъ, вжг-лероденъ окись и др. газове.
Чрезъ преаварително нажежаване, гЬзи газове, се от-страняватъ и жичката придобива металически свойства.
Лампи съ металическа жица. Днесь се употрЪбяватъ почти изключително лампи съ волфрамова жичка. Вол-фрамътъ е много твърдъ и тежъкъ. обаче много крехъкъ и чупливъ металъ; топи се при 3270° С. Жичката се при-готовлява чрезъ стециални процеси, при конто стрития на прахъ волфрамъ се прим^сва съ други вещества; прави се смЪсь, която се пресова при много голЪмо налЪгане, следъ това се нагр-Ьва почти до стопяване и се подлага на редица механически процеси, при конто добива влак-неста структура и може да се игтегля. Работенето на жич-'КИтЪ е извънредно прецизно и деликатно. Специфичного съ-противление на волфрама е около 3 пжти по-голЪмо отъ това на медьта. Поради тази причина употрЪбенитЪ жич-ки сж много тънки и дълги; употрЪбяватъ се жички съ дебелина до 0’02 мм., конто сж едва видими съ просто око. ТЪзи жички се навивать на спирали.
Св’Ьтлината, излжчвана отъ тЬзи лампи се отличава отъ. слънчевата, понеже е много богата съ червени лжчи. Употр-Ьбата на млЪчни и матсви стъклени балони измЪня свЪтлината и я приближава къмъ слънчевата. Бл-Ьсъкътъ [гжстотата на свЪглината е значителенъ и чов1зшкото око не може да гледа по-прсдължително въ лампата; това кара да се предпочита употрЪбата на глобуси.
НагрЪването на жичката въ тЪзи лампи достига до 2250°С. На пазаря се ср-Ьщатъ лампи съ най-различни мощности; отъ нЪколко вата до н^колко киловата. Напреже-нията, за конто се фабрикуватъ тЪ, сж до 250 V. Специ-фичниятъ имъ разходъ достига отъ 12 до О б вата за 1 хефнерова св-Ьщь. Съпротивлението на лампата се измени въ широки граници поради нейното високо нажежаване; лампата въ началото на запалването (докато се натопли жичката) гълта много по-силенъ токъ, отколкого когато св’Ьти нормално.
Животътъ на тЪзи лампи е къмъ 2000 часа,, а по-нЪкога и много по-дълъгъ.
349
Икономични (полуватови) лампи.
Наричатъ се още лампи. съ "неутраленъ (инертенъ) газъ. Представляватъ обикновени лампи съ метална жич-ка, въ които въздуха въ стъклената крушка е изтегленъ а вмЪсто него е вкаранъ неутраленъ газъ: азотъ или ар-гонъ. Газътъ възпрепяствува отд^лянето на частици отъ жичката при нейното нагр-Ьване. Така става възможно по-вишаване на температурата до 2100 \ а това предизвиква намаляване на специфичния разходъ. Достига се до специфиченъ разходъ отъ около 0-5 вата за една хефнерова св’Ьщь, заради това тЪзи лампи се наричатъ полуватови: този разходъ обаче е само за лампитЪ съ много голЪми мощности, които не се употр-Ьбяватъ за всЬкидневни нужди.
Друго преимущество, което иматъ тьзи лампи е, че се получава по-б'Ьла свЪтлина (по-близка до естествената).
Икономичнит’Т лампи иматъ по-голпми загуби поради отд’Ьлянето на топлина; колкото е по-дълъгъ проводника (по-го.тЬма повърхнина има) толкова повече топлина из-лжчватъ т-fa. Това отд’Ьляне на топлина може да унищожи преимуществото отъ по-високата температура на нагр-Ьване; за да се намали, правятъ се колкото се може по-гжсти спи-ралитЪ на жичкитЬ; все съ тази цель се въведоха и жич~ кит-fa съ двойно навити спирали (Осремъ ,,Д“, Тунгсрамъ ,.Д“ и пр).
Т-Ьзи лампи се фабрикуватъ сжщо за р-злични мощности и за напрежения до 250 К Животътъ имъ е cpfafl-но отъ 800 до 1000 часа.
Намаляването на напрежението, при което св-Ьтятъ лампитЪ, предизвиква намаляване на тЪхната св-Ьтлинна мощность въ много по голЪма степень. Така напр. ако на една лампа за 210 V напрежение приложимъ напрежение съ 20% по-ниско (168 I7), тя ще загуби около 45% отъ св-Ьтлин-ната си мощность.
На пазаря се ср-Ьщатъ различии видове лампи. Въ табл. XIX сж дадени характернигё данни за вОсрамъ", които сж валидни почти за всички фабрикати Върху BcfaKa лампа, която се срТща на пазаря, сж ртб1злязани: напрежението, мощностьта й въ ватъ и своглинния потокъ, който тя излжчва въ декалумени. Понеже намЪрихме (стр. 339)
350
че 1 декалуменъ отговаря на една хефнерова свЪщь, специ-фачния разходъ на лампата веднага може да се намгъраг расенъ е на мощностьта разделена на броя на декалуменитгъ.
Таблица XIX, Икономични лампи.
rQ _ Х X Консумация въ Q s Консумация въ
? л ж вата при S £ S = u S вата при
5 § Ч Р Д X 100 до 135 до 200 до Ьтлн ДНО1 еалу 100 до 135 до 200 до
Q о S (J S Ef 1зо v 160 V 260 V И О <р U S Е[ 130 И 160 V 260 V
! 15 16’5 17 17'5 200 132 134 145
25 24 25 27 300 185 195 205
40 34 37 38 500 290 300 315
65 50 54 57 800 440 460 480
100 71 74 79 1250 650 675 710
125 86 89 95 2000 1000 1030 1075
150 99 103 ПО 3000 1420 1500 1570 1
153. Джгови лампи.
Свойството на електрическия токъ да образува вол-това джга между два вжглени, които сж отдалечени на известно разстояние единъ отъ другъ, е било открито за първи пжть въ началото на 19 в£къ отъ Цави. Първата дж-~ова лампа е била фабрикувана и използувана къмъ 1880 год. — следъ откриването на динамомашината.
ДжговигЬ лампи дълго време бЪха предпочитани осо--5ено за голыми мощности и за у лично осветление. Днесъ. ?е сж почти измЪстени отъ употрЪба отъ лампитЪ съ неу--раленъ газъ. T-fe намиратъ приложение обаче въ прожек-торитЪ и въ разни апарати.
Принципътъ, който се използува е следния: два вжгле-ни (електроди) се включватъ въ електрическа верига (пост, или промЪнливъ токъ); въ началото, тЪ сж допряни и следъ това се поставятъ на известно разстояние, което зависи отъ напрежението; въ междината се установяватъ наже-жени йонизирани газове, презъ които електрическия токъ "родължава да преминава. Положителниятъ вжгленъ (анодъ) отд’Ьля електрони, които съ голема скорость се удрятъ въ отрицателния вжгленъ, катода); върха на анода се на-гръва силно и почва да свЪти.
351
Намерено е, че около 85°/ отъ цЪлата излжчена светлина, се излжчва отъ анода, а само 15% се излжчва отъ Дх-кгата и отъ катода. Ннодътъ скоро обгаря и се образува малка вдлъбнатина (кратеръ). Температурата въ кратера достига до 4С00и С. Образува се бЪла светлина, близка до слънчевата. Отъ казаното се вижда, че джго-вата лампа нормално действува съ постояненъ токъ. Тя може да действува и съ промЪнливъ тойъ, само ако се спазятъ известии условия, защото при всЪки полупериодъ на пром^нливия токъ електродитЪ си пром-Ьнятъ ролята (катодъ и анодъ). Така, температурата на волтовата дж-га трЪбва да бжде колкото е възможно по-висока, защото при по-висока температура е достатъчно по ниско на-прежение, за да се възстанови електронния потокъ въ обратна посока. Температурата, която се развива при вж-гленови електроди, е достатъчно висока и джговитЬ лампи действуватъ еднакво добре както съ постояненъ, така й съ пром’Ьнливъ токъ.
При лампит'Ь за постояненъ токъ, анода е по-дебелъ {14 — 20 мд) отъ катода (9 — 15 мм.); при лампит-fe за пром, токъ, двата вжглена сж еднакво дебели (10—16 мм.).
Специфичниятъ разходъ на джговит'Ь лампи за пост, токъ е 0'4—0 8 П" за хефнерова св^щь и 0’8—1 WiliK при лампи за пром. токъ. Необходимото напрежение за да се получи джгата е 30 — 40 волта.
Падението на напрежение въ джговата лампа нама-лява когато се увеличи температурата, понеже температур-«ия коефициентъ ix за вжглена е отрицателенъ.
За да може да се постигне известно постоянство въ това падение, последователно на лампата включватъ едно допълнително съпротивление. По такъвъ начинъ по-сил--ния токъ ще предизвика по-голЪмо падение въ допълни-телното съпротивление, което ще балансира по-малкото падение въ волтовата джга. Въ лампитЪ за пром, токъ, вм-fec-то съпротивление, включватъ една самоиндукциочна макара.
Трайностьта на горене на т-Ьзи лампи достига 100— 180 часа.
Регулатори на джгата. Разстоянието между вжглени-rfa трЪбва да се регулира понеже; а) вжгленитЪ се скж-’Сяватъ поради изгарине презъ време на действието; б) съ-
352
противлението на джгага не е постоянно; в) при запалва-не, тЪ трЪбза да се приближатъ. Това налага да се упо-
тр'Ьбяватъ специални регулатори, които иматъ различно устройство.
На фиг. 282 е представенъ единъ регулаторъ, който се ЕМ, включенъ паралелно на електродитЪ; чрезъ котвата си и скрепера С, при запалване, вжгленит’Ь сж допряни; щомъ джгата се образува, почти веднага котвата се отдЪля, защо-то електромагнита се дава на кжсо презъ джгата; спе-циална пружина завърта скрипеца и вжгленит-ь за-Шомъ джгата се удължи
(съпротивлението й се увеличи), действието на ЕМ се усилва,
състои отъ единъ електромагнйтъ
ЕМ
Фиг. 282
Фиг. 283
ематъ
имъ мЪсто.
той привлича котвата и вжгленитЬ се приближаватъ на сж-
щото отстояние единъ отъ другъ.
На фиг. 283 е дадена схемата на другъ регулаторъ, на-реченъ диференцналенъ (регулаторъ на Алтенакъ), който е много по-разпространенъ. Състои се отъ два електромагнита съ една обща котва; единиятъ ЕМ\ е включенъ последователно на вжгленит-fe, а другия ЕМ% — паралелно; двата дей-ствуватъ върху скрипеца С, който отдалечава или приближа-ва вжгленигЬ. EMi раздалечава вжгленит-fa когато сж много близки (при силенъ токъ), а ЕМ» приближава сжщитЪ, щомъ като джгата се удължи и падението на напрежение надмине допустимитЪ граници. Регулаторътъ има и други допълнител-ни органи, които не ще описваме.
Видове. Джговит’Ь лампи могатъ-да се подраздЪлятъ на н-Ьколко вида споредъ материала, отъ който сж направени електродитЪ.’
а) Лампа съ електроди отъ чисть еягленъ. И двата
електроди сж вжгленови, направени отъ ретортенъ вжг— ленъ, стритъ на прахъ, пресованъ и изпеченъ. Днесъ се фабрикуватъ аноди, чиято стрдцевина е по-мека и съ по-голЪма проводимость; така се постига по-голЪмо постоянство на свЪтлината.
353
Електродит-fe се разполагатъ единъ срещу други, или подо (скжсяватъ се размерите на лампата); it се остакятЪ открити или пъкъ закрити въ затворенъ балонъ.
Излжчената светлина съдържа твърде много червени, виолетови и ултравиолетови лжчи; за осветление почти винаги се предпочитатъ затворенитЬ глобуси, конто по-глъщатъ една часть отъ тези лжчи.
Специфичниятъ разходъ на тТзи лампи е около 0’6 вата за хефнерова свЪщь.
б) Лампи съ метализирани вяглени. Наричатъ се още съ пламтяща джга. Когато лампитЬ сж направени за пост, токъ, анодътъ представлява смесь отъ вжгленъ и луминисцира-щи тела; когато сж за пром, токъ и двата електроди сж отъ такава смесь. Луминисциращит.е тела представляватъ метални соли; калциевъ, бариевъ, или стронциевъ флуориди.
При тези лампи самата джга (а не само анода) из* лжчва голема часть отъ светлината; въ резултатъ, специ-фичния разходъ се намалява твърде много: достига се до 0*16 вата за хефнерова свещь (което отговаря на добивъ около 5—5 декалумени отъ 1 ватъ). Калциевиятъ флуо-ридъ дава най-добра светлина.
Главното неудобство на тези лампи е, че те даватъ пушекъ, конто съдържа отровни газове; образува се сжщо пгпель. Поради това употребата на обикновени затворе-ни лампи се избегва; стъклото се опушва бързо и се разяж-да отъ газовете. За да се намали отделянето на пушекъ, употребяватъ електроди, на които само сърдцевината е ме-тализирана. Явява се обаче друго неудобство: сърдцевината е съ големо съпротивление. Това налага и вжгленната обвивка да се направи съ големо съпротивление. Така се получаватъ тънки електроди, конто по-лесно се чупятъ и прегарятъ.
Днесъ се употребяватъ лампи съ метализирани вжг-лени, разположени косо (V) и съ изкуствено издухване на эбразувалите се газове.
в) Лампи съ метални електроди. Катодътъ е отъ ме-талъ, конто се изпарява; изпаренията излжчватъ светлина и образуватъ джгата. Приготвянето на катода става отъ смесь, която съдържа железенъ окисъ, магнетитъ, хрома-
23
354
титъ и пр.; смесьта се пресова въ железни тржби. Нно-дъгъ обикновено е меденъ.
ТЪзи лампи сж само за постояненъ токъ; свЪтлина-та е много добра, обаче изпарението не е равномерно. РазгледанитЬ регулатори не се употребяватъ (при почив-ка електрэдитЬ трЪбва да се стдалечатъ, защото въ момента на запалването ще се запоятъ помежду си).
Живачни лампи. •
Тези лампи сж сжщо съ метални електроди, само че катодътъ е живакъ (течность) вместо твърдъ металъ. Пред-ставляватъ стъклени тржбички, въ долния край на които е катода (живакъ), а въ горния край анода (железо). Въз-духътъ е изтегленъ. Нормално лампата е хоризонтална. Когато се пуска въ действие, тя се изправя постепенно; об-разуваните’ живачни пари образуватъ волтова джга, която издава характерна синьозелена светлина. Тази светлина е много лоша. За да измЪнятъ цвета на светлината се упо-требяватъ различии средства, които обаче не сж ефикасни.
Живачните лампи иматъ малко съпротивление; дейст-вуватъ при сравнително ниски температури; лесно се за-палватъ и се отличаватъ съ малъкъ специфиченъ разходъ.
Употребата на тези лампи е ограничена въ медици-ната Те излжчватъ много ултравиолетови лжчи, които предизвикватъ промени въ органическите тъкани. Упо-требяватъ се сжщо въ фстографията, фотоцинкографията, при избелване на Платове, дезинфекция на вода и пр.
154. Лампи съ разреденъ газъ (моорова свЪтлина).
Представляватъ дълги стъклени тржби, въздуха отъ които е изтегленъ и е замененъ съ разреденъ газъ (Гей-слерови тржби). Разредениятъ газъ, подъ действието на електричеството, което преминава презъ него, издава свет-линни лжчи. Получената светлина се дължи не на натоп-ляне на газа, а на неговото луминисциране. Светлинните лжчи сж съ различенъ цветъ споредъ това, съ какЪвъ газъ сж напълнени; вжглеродниятъ двуокисъ дава почти белв идеална свътлина; азота дава жълто-червена, а неона—червеникава светлина.
355
Тези лампи иматъ различна дължина; употребяватъ се за декоративни цели въ вжтрешности на артистични и дар. помещения и за реклами. Тржбата може да се нагж-яе най разнообразно и да има различно сучение.
Получената светлина е много равномерна, мека, съ ограниченъ блесъкъ. Специфичниятъ разходъ е различенъ споредъ употрЪбения газъ; при вжглероденъ двуокисъ е около 3—4 вата за една хефн. свЪщь, а при неонъ дос-тига до 0'5 вата за 1 свещь.
Неудобствата на тези лампи сж:
I) изискватъ високо работно напрежение, поради :о-jit’ioTO си съпротивление, това налага да се употребить специални трансформатори;
2) налага се употребата на специални приспособления за подържане нормалната гжстота на газа (газсвъ ре-зервоаръ и вентиль).-
Съпротивлението на лампите зависи отъ ширината на стъклената тржба, отъ нейната дължина, отъ вида на упо-требения разреденъ газъ и отъ степеньта на разреждане-тс (вжтрешното налегане на газа). То се увеличава много по-бързо, отколкото расте дължината на тржбата. Не-обходимите работни напрежения при дължина около 150 ун. достигатъ до 15000 V.
При налегане отъ около 0’0001 отъ атмосферата, вжтр. съпротивление е най-малко.
Неонови тржби. Употребяватъ се днесъ най-много отъ всички тржби съ разреденъ газъ. Причината е, че те иматъ сравнително най малъкъ специфиченъ разходъ, голема сила на осветление и позволяватъ боядисване на СЕЪтлината чрезъ прибавяне на съвършено малки количества отъ други газове или пари (напр. слаби живачни пари давать характерна синя светлина).
Трайностьта на тези тржби зависи отъ чистотата на меона, отъ употребените електроди и отъ големината имъ: тя може да достигне неколко хиляди часа.
Включването на тржбите става посредствомъ тран-сформатори, по два начини: последователно и паралелно. На фиг. 284 е показано последов, включване на всички тржбички (съставляватъ надписа ,,к«яо“) последователно въ вторичната «гамотка на трансформатора. Самоиндукцията L предпазва тран
356
сформатора отъ свръхнапрежение (когато вторичната намотка се даде накжсо). Вторичното напрежение, което е необхо-
Фиг. 284
димо, зависи отъ общата дължина на тржбитЪ; не е удобно то да бжпе по-голЪмо отъ 6000 — 7000 V; при повече тржби, rte се разд£лятъ на гру ти и всЬка се захранва отъ соб» ственъ трансформаторъ.
На фиг. 285 е пскгзана една инсталация съ паралелно включване; тукъ нЕ.ча нужда отъ самоиндукцията L. Единиятъ край на вторичната намотка на Т се заземява; сжщо се за-земяватъ и единия електродъ на всЪка тржба за себе си. Чрезъ реостатит-fe л, г>, Гз, се регулира силата на свЪтлината — спо-редъ съпротивлението на тржбата.
Броятъ на употрЪбенигЬ тржби при това включване зависи не отъ напрежението, а отъ мощностьта на трансформатора.,.
При инсталирането на неоне вит^ тржби тр-Ьбва да се взематъ предпазни мЪрки противъ евешуални нещастия (авто-матични прекжевачи, заземяване и гр).
155. Рефлектори. Ябажури. Глобуси.
РазгледанитЪ източници на свЪтлина почти никога не се използуватъ голи; тЬхната свЪтлина или се пречупва и изпра-ща главно въ опредЕлени посоки, или се видоизмЕня и раз-
357
•пред’Ьля по-равномЪрно върху опредЪлената за освЪтяване ’плоскость. Това става съ помощьта на рефлекторите, абажу-ри.тЪ и глобусите, които се наричатъ съ общото наименование снаряжителни тгьла. Освенъ главното си предназначение, гЬзи снаряжителни тела служатъ да запазятъ лампите
отъ прахъ, нечистотии и счупване.
Рефлекторите иматъ за цель да съсредоточатъ светлинните лжчи въ определена посока, за да ги използуватъ най-добре тамъ. Те се строятъ отъ различии материали, чиято повръхнина блести и отразява светлината (огледала, посре-брени и никелирани плоскости, никели, бело емайлирани или лакирани съ различии Цветове. Металната имъ часть се при-готовлява отъ чугунъ или дебела желез на ламарина.
Подъ коефициентъ на полезно действие на единъ реф-лекторъ се разбира, огношениито между отразеното количество светлина и целото количество светлина, попаднало върху неговата плоскость. Най-добъръ коефициентъ на полезно действие иматъ рефлекторите съ посребрени огледални плоскости.
Подъ степень на усилване на свгьтлината. интензив~ ность отъ единъ рефлекторъ се разбира отношението между най-големата светлинна интензивность въ дадена посока и средната сферическа интензивность на голата лампа. При различнее видове рефлектори се получава степень на усилва
не отъ 2 до 200 пжти.
Рефлекторите сж пригодни особено много за публично
осветление; улици, площади, градини и пр. Те спомагатъ твърде много за да се постиг не по-ико-номйчно осветление. Когато сж снабдени и съ глобуси, получава се сжщо така по-рав номерно и приятно осветление.
На пазаря се нами-ратъ различии видове рефлектори. Най-несъвър-
Фиг. 286
шенни сж рефлекторите отъ емайлирана тенекия. По-добри сж коническите емайлирани рефлектори. На фиг. 286 е пока-занъ рефлекторъ, снабденъ съ глобусъ отъ матово стъкло, 'Зсойто се среща твърде место въ индустриални помещения.
358
Абажуритк се отличаватъ отъ рефлекторитЪ по това,-че съ тЬхъ освенъ отразяване на свЪтлината, се предизвикза и нейното омекотяване чрезъ дифузия (разпространяване на свЪтлината въ всички посоки). Те поглъщатъ по-г'олЪма часть отъ свЪтлината, отколкото рефлекторигк Употребяватъ се пре-димно за осветление не
Фиг. 287 Фиг. 288 Фиг. 289
помещения и допринасятъ-за украсата на помешени-ята. При ткхъ се държи повече на естетиката, ст-колкото на коефипиента на полезно действие. За направата имъ обикновено се използува матово и мл^чно стъкло. При мал
ки абажури се използува сжщо и коприненъ плагъ отъ много добро качества. Глобуситк обгръщатъ изныло лампитк и презъ ткхъ свктлината сгава много по-мека и приятна. Заслкпяването на очитк се избЪгва.
На фиг. 287, фиг. 288 и фиг. 289, се виждатъ различии глобуси.
Когато ще се проектира едно осветление, покрай другото, требва да се подбератъ и подходящи снаряжителни тела. Проектантътъ требва да направи избора си въ зависимость, отъ поставената цель следъ като поиска с тъ търговците ка-талози на продаванитк отъ техъ снаряж. тела, придружеж отъ характеристиките имъ и-фотометричнитк имъ криви.
XVIII. Изчисление на електр. осветление.
156. Условия за|добро осветление.
При изчисление на осветлението, трЪбва да имаме предвидь преди всичко за какво ще служи то, въ зависимость отъ това, то требва да отговаря на извести условия за да бжде добро. Ясно е, че изискванията за осветление на публични места, улици, площади й др. подобии ще се отличаватъ до известна степень отъ изискванията за осветление на затворени помещения.
Първото условие за добро осветление е средната сила на осветлението - да достига известна стоимость. Тази стойкость е различна споредъ вида и назначението на освет-ляваната площь. Докато за улини и площади е достатъчно да се виждатъ предметите за да не ставатъ сблъск-вания, за жилища, работилници, читални и пр. силата на осветлението се подбира така, че да позволява работата, безъ да се изморява окото. Въ таблица XX е дадена средната сила на осветление за разни случаи, конто практи-ката е установила като най-подходящи.
Второто условие за добро осветление е то да бжде равномерно така че да нема много силно и твърде слабо осветявани плоскости. Така се избегва заслепяване на очите. Отношението между силата на осветлението въ най-силно осветената площь и силата на осветлението въ най слабо осветената площь се нарича степень на неравномгьр~ ностъ въ освгыплението. Допустимата неравномерность е по-голема на открито, а по-малка тамъ, гдето се налага вни-мателна работа (стругарна, печатница и пр.). Въ табл. XXI сж дадени установените отъ практиката допустими неравномерности.
Равномерно осветление се постига;
а) чрезъ упстреба на повече лампи;
б) чрезъ подходящето разположение на употребени-те лампи;
360
в) чрезъ поцборъ на подходяща система за осветление (непреко осветление, употреба на абажури и пр.).
Третото условие за добро осветление е цвета на свет-линага да е блъзъкь до слънчевата. Това се постига чрезъ упэтребата на цветни абажури, които задьржатъ часть отъ жълтите и червените лжчи, съ които изкуствената светлина е много богата.
Четвъртото условие за добро осветление е да се из-бегне заслепяването на очите; постига се като се упот-ребявзтъ подходящи абажури, или се избере подходяща височина на лампите (т. 153)
При изчислението на едно осветление требва да се внимава то да бжде, освенъ добро, но и икономично, Те-зи изисквания сж противоположни, заради това, налага се да се даде предимство на едното или другото изискване,
споредъ условията.
Таблица XX.
Необходима сила на осветление въ затворени помещения.
Видъ на помещението
Сила на осветление въ луксъ
Е
Второстепенни помещения (входове, спални, коридори) Обикновени стаи (всЕкидневни, трапезарии) ... Елегантни стаи (приемки, кабинета, чакални въ хотели) Обикновени стаи въ хотели................... ....
Запаятчийски работилници............... . . . •.
Търговски бюра . . .... .................
Магазини, кафенета, ресторан™. ...................
Елегантни салони (бални) . . , .........
Училища (стаи, библиотеки, канцеларии) ... . .
Фабрики (тъкачни, бояджийници, печатници) ....
5—10 15—20 20—30 10—15 20-30 35—50 30-50 60—80 30-50 60—80
Таблица XXI.
Допустима неравномерность въ осветлението.
Качество на осветлението Допустима степень на неравномЕдность
При осв-Ьтлеиие на помещения При улично осветление
Много добро освЕтление .... 1 — 4 5— 20
Дсбро „ , . . 2—4 20- 60
СрЕдно „ .... 4-8 60—150
361
157. Системй за осветление.
Споредъ начина, по който светлинните лжчи освЪтя-ватъ едно ромещение, различаватъ: пр'Ько, непр^ко и см’Ь-сено осветление.
Прп>ко (директно) е това осветление, при което почти зсички светлинни лжчи падатъ направо върху осветява-ната площь. Това осветление е най-иконсмично, обаче най-неравномерно; получените светлини и сенки изморяватъ очите и ги заслепяватъ. Намира приложение при освТтя-ване на улици. площади, складове, клозети и пр., кждето не се работи постоянно.
Непргько (индиректно) е осветлечието, при което светлинните лжчи отиватъ къмъ тавана и стените, и отъ тамъ се разпространяватъ чрезъ отражение по целото помещение. Лампите сж снабденИ съ специални абажури. коитс отразяватъ светлината дифузно, или пъкъ се посгавятъ въ специални места, близо до тавана, кждето сж невидими за окото.
Непрекото освТтлениа е твърде скжпо То требва да се употреби въ помещения съ подходяще боядисани та-вани и стени, защото дифузията на светлината зависи отъ техъ. Така напр. при бТло боядисано (гипсови тавани и варосани стени) коефициента на дифузията е 0 8, при яс-ни Цветове (жълто лимонено и пр ) е 0'6 — 0 7, при средни Цветове е 0’6—0 7, а при тъмни Цветове е само 0’2—0 4. Подъ коефициентъ на дифузия разбираме отношението между отразената свгьтлина и излжчената отъ лампата свгът-лина; разликата между цвете светлини е погълната отъ стените, таваните и пр.).
Непрекото осветление дава слаби сенки, равномерна и приятна светлина. Употребява се въ случаи, когато не се .държи на икономичностьта (театрални салони, читални, лук-созни кабинети и пр.).
Смгьсено осветление е това, при което по-големага часть отъ лжчите се разпространяватъ дифузно, а другата часть осветяватъ плоскостьта следъ като минатъ презъ глобуси отЪ матово или млъчно стъкло, които разсейватъ светлината. УпотрЪбява се тамъ, кждето осветлението требва да бжде силно, обаче очите не требва да се за
362
сл-Ьпяватъ и изморяватъ (класни стаи, бюра, училища и пр.). То днесь се употр'Ьбява най-често.
Въ некой случаи се употребява и локално (мгъстно)' освптление. За цельта се използуватъ отд-клни лампи, конто освЪтяватъ най-добре точно опред-Ьлени работни места, или предмети. Лампата е снабдена съ абажуръ, който отстранява заогЬпяването. Така се осветяватъ бюра, чертожни маси, писалища, машини и др. За да се избегне изморяване на око-то, околната срёда сжщо тр-Ьбва да бжде осв-Ьтена достатъчно.
158. Местоположение и брой на лампитЬ.
РавномЪрностьта на осветлението зависи отъ местополо-жението и броя на лампите. Колкото лампите сж закачени по-високо отъ осветяваната плоскость и колкото по-близкс една до друга сж разположени, толкова по-равномерно осветление се получава; толкова по-скжпо е обаче осветлението.. Обратно — по-ниско поставените лампи позволяватъ по-до-бро използуване на техния светлиненъ потокъ, обаче осзет-лението е по-неравномерно.
Височината, на която се закачватъ лампите зависи пре-ди всичко отъ височината на тавана, въ осветяваното помещение; тя зависи сжщо отъ системата за осветление и отъ назначението на помещението. Най-точно определяне на та-зи височина става като се изхожда отъ градуса на равномер-ностьта, който се иска да се постигне и като се познава фо-тометричната крива на инсталираните лампи въ съответните. снаряжителни тела. Обикновено тази височина е отъ 0.5 до 1 метъръ подъ тавана за обикновени помещения.
Разстоянието а между лампите въ закрити помещения се определя чрезъ практическата формула:
а = Г5 р — 2 р кждето р е височината на окачването (разстоянието между лампата и осветяваната плоскость, която се приема, че е на-1 метъръ надъ пода). При а = 15 р имаме почти равномерно осветление.
При външно осветление (улици, площади и пр.), височината на лампите се приема отъ 4‘5 до 8 метри надъ земя-та (споредъ техната мощность), а разстоянието между пам-пите е отъ 20 до 50 метри. Височината на окачването може да се определи сжщо по формулата
363
/7 = 35+ V.У
10
кждето У е средната светлинна интензивность не лампата. Ус-тановена височината на окачването и разстоянието между лампите, т±хния брой се опредФля лесно, като направимъ скица за разположението имъ.
За улеснение на читателите, препоржчваме употрЪбата на табл. XXII при опред-Ьляне височината и разстоянието между лампите,- р — височина на лампата надъ осветяваната площь (която се взема нормално 1 метъръ надъ пода); а—най-гол-Ьмото разстояние между лампите,- d—разстояние между тавана и лампата, което се препоржчва; I—най-гол-Ьмо разстояние между стената и лампата.
Таблица XXI к
«1 р х: а tr зг d , 1 +1/Р
'«С 1
200 С з-оо 050 ?50
2’50 з-оо 375 -л 4-50 5-25 1 ‘ 0’65 0’75 1 90 2’25
4' 350 085 §| 2 60
А 4’00 6-00 + ТОО з-оо
11 450 6’75 115 3-40
с1 500 7'50 G| 125 375
5'50 1 8-25 г- 1-40 4:5
600 “srl 9-00 ей 1-50 4'5С
* 02 6’50 9-75 1-60 4 90
4-| г 1 ч.
159. ПресмЪтане мощностьта на лампитЪ.
Следъ като се избере срЪдната сила на осветление, която се желае и системата на осветление, следъ като се определи местоположението на лампите и броя имъ, остава да се пресметне светлинната мощность на всека лампа и съот-ветната електрическа мощность. Въ практиката се употребяватъ различии методи за пресметане светлинната мощность на лампите. Ние ще разгледаме най-често употребяваните.
а) . Методъ на Хайкъ. Споредъ Хайкъ, всеки 1 ватъ дава около 5—6 лукса на 1 м2 отъ осветляваната плоскость. Примгьръ. да се определи необходимата светлинна мощность
.364
размори 12 и. на 15 м. Отъ табл. XX стаи сж необходими около 40 лукса 1 ватъ дава 5 лукса, 40 лукса ще бж-За класната стая, която има 180 м2.
въ една класна стая съ намираме, че въ класни на м2. Ако приемемъ, че датъ дадени отъ 8 вата,
сж необходими 7200 лукса, които се получаватъ отъ 1440 вата.
Методътъ на Хайкъ е най-простия и лесенъ начинъ; той е удобенъ за предварителни изчисления или за проверка.
б) . Приблизителенъ методъ съ коефициенти. При този начинъ, общия светлиненъ потокъ F, който е необхо-димъ за ссвЪтяване на едно помещение съ повърхнина S м2, се изчислява по формулата
— (71)
к\ Vk2 .к3 4 ’
Кждето Е е ср-Ьдната сила на осветление въ дуксъ, която же-лаемъ да се получи, Кч е коефициентъ, който зависи отъ сис-темата за осветление: при преко осветление «1=0'2, при непре-«о «1=0'14 и при смесено «1=0'17. «а е отношението между ши-рочината на помещението и височината на лампата отъ работната повърхнина. «з е коефициентъ, равенъ на единица и толкова десети, колкото е отношението между дължината и ши-рината на помещението; напр. ако помещението е дълго 6 м. а е широко 2 м. «з=1‘3; ако сжщото е дълго 6 м. а широко 3 м„ «з=1'2.
Прилиьръ. Да се изчисли необходимия светлиненъ потокъ въ класната стая, разгледана въ т. а. Вземаме «1=0'2. Ако взе-мег^ъ височината на лампите 4 метри надъ работната площь, получаваме «2=12Д=3; «з ще бжде 1'1; заместваме въ форм. 71 и получаваме
F ~= 20000 лумени = 2000 декалумени.
Ако броя на лампите е определенъ на 6. всека лампа требва да има 333 декалумени; отъ табл. XIX виждаме, че лампи съ 205 вата мощность даватъ такъвъ светлиненъ потокъ; или необходимата електр. мощность ще бжде 1230 вата.
в) Методъ на коефициента на полезно действие. Този способъ е твърде простъ и удобенъ и сжщевременно дава много |добри резултати. Употребява се въ всички случаи, обаче е необходимо да се знае коефициента на полезно действие q на една лампа, който се равнява на отношението 'Между полезния светлиненъ потокъ F (който пристига върху
365
освЪтяваната плоскость), и общия св-Ьтлиненъ потокъ Л, кой-F
то е произведенъ отъ лампата: .
* о
Въ затворенигЬ помещения, коефициента на полезното действие зависи отъ формата и размерите имъ, отъ цвета на. тавана и на стенитЪ, отъ вида на снаряжителното тЪло (ре-флекторъ, глобусъ и пр.) и отъ височината на окачването на сжщото. Стойностьта му е между 0’2 и 0'7.
При осветление на открито, коефициента на полезно действие зависи отъ широчината на улицата и височината на която се намира лампата; движи се между 0’15 и 0’4.
За да бждатъ по-в^рни изчисленията, требва да се дър-жи сметка и за запрашването и остраняването на лампите както и на стенигк Това ее постига чрезъ употрЪбата, на единъ коефициентъ на запрашване к, който винаги требва да е по-голЪмъ отъ единица, за да се увеличи свЪтлинната мощность на лампите при първоначалнигЬ изчесления, когато всичко е ново; когато лампата и стените се запращатъ, к намалява, обаче осветлението все още е достатъчно. За тази цель к се взема между Г2 и Г5.
Методътъ на коефициента на полезво действие се съ-стои въ използуване на формулата:
’1
кждето: F е общия свЪтлиненъ потокъ, който требва да се излжчи отъ всички лампи въ пом’Ьщението; к е коефициента на запрашване; X е освЪтяваната повръхнина въ м2.; Е е необ-ходимата сила на осветление въ луксове, i] е коефициента на полезно действие.
За да намеримъ ц требва да си послужимъ съ таблица-XXIII. Въ сжщата, q е даденъ въ зависимость отъ снаряжителното тело, отъ тавана и стените, и отъ коефициента на помещение, който се равнява на Уа отъ отношението между широчината на помещен ието и височината на лампата отъ работната плоскость
Прилиъръ. Да се изчисли необходимия светлиненъ потокъ въ разгледаната вече класна стая, ако тавана и стените сж бели и ё възприето директно осветление, съ рефлекторъ № 1. Решение. Приехме височината на лампите надъ ра-ботната площь, равна на 4 метри; коефициентътъ на помещение
366
. Таблица XXIII.
Коефициентъ на полезно действие •] за различии системи ссвЪтления въ затворени помещения.
Много свътълъ таванъ Ср-Ьдно св-Ьтълъ таванъ
Снаряжителни = 3 С т е н и С т е н и
тъга 3 Е Светли Средни Тъмни Светли । Средни Тъмни
2Г X Коефициентъ на полезно действие
о-6 034 029 1 0 24 0’34 Uc7 0'24
0-8 0'42 0’38 034 0’42 0'37 0'33
10 0'46 0’43 039 0’45 0'42 0'39
12 0 50 0‘47 0’43 0-49 0'46 0'43
1’5 0’53 0-50 0 46 0'52 0 49 0'46
20 1 058 0'55 051 057 0'54 0'51
25 0 62 1 0 59 0’56 0'61 058 0 56
з-о 064 0 61 0-58 0'63 0'60 0'58
06 0-18 013 010 016 012 о-ю
0'8 022 0’17 014 0’20 0'16 0'13
1-0- 0’26 0’21 018 0’23 019 0'16
С ч» 1-2 0 29 0 24 0-21 0-26 0-22 0'19
№ 'Л1 1'5 0’32 । 0'27 । 0'23 029 024 0’21
2'0 0-37 1 0’32 0-28 0’32 0'28 0'25
2-5 0'40 0-35 0-31 0'35 0-31 0-28
з-о 0’43 0'38 0-34 0 38 0-33 0'30
п ще бжде половината отъ 12/4 или п ~ 1'5. Въ табл. XXII за рефлекторъ № 1, срещу. п = Гэ, за свЪтълъ таванъ и свЪтли стени намираме коефициентъ на полезно действие q — 0’53. Вземаме коефициентъ на запрашване к — 1*2. Об-щиятъ свЪтлиненъ потокъ F получаваме отъ форм. 72 кж-дето S == 180 м2., а Е — 40 лукса. Получаваме F — 16300
367
лумени = 1630 декалумени. Нко броя на лампите е б, всЬка лампа тр-Ьбва да даде 270 декалумени. Отъ табл. XIX нами-наме, че лампи съ 205 вата мощность даватъ такъвъ св^тли-ненъ потокъ. Необходимата електрическа мощность ще бжде 1230 вата.
Нко възприемемъ глобуси (№ 4 и 5j коефициента п = 0'32. Общиятъ светлиненъ потокъ F ще бжде равенъ на 27000 лумени; всЬка лампа тр^бва да даде 450 декаДумени. Ще упо-тр"Ьбимъ 315 ватови лампи (за напрежение 220 I/).
г) Методъ по точки. Този способъ се употр-Ьбява гл a i-но за изчисление на осветление на открито и при директно
мЬстата на лампите, пресмета се каква сила на осветление произвежда една лампа, чиято фотометрична крива познаваме, въ неколко характерни точки (напр. най-отдалечените и най-близките: а, б, в (фиг. 290). Обикновено е достатъчено да се пресметне освеглението въ 3—4 точки.
Силата на осветлението въ всека точка се пресмета по У У
формулата Е — Cos а = Cos3 а (73)
кждето Е се получава въ луксъ, У е светлинната интензивность въ свещи по посока ОА, h е височината на която е закачена лампата, a d е разстоянието отъ лампата до осветя-ваната точка А, въ метри (фиг. 291).
Съ тази формула ще се пресметне осветлението, което дава всека лампа въ избраната точка; общото осветление на то'чката се получава като съберемъ осветленията, получени отъ всека съседна на тази точка лампа.
Нко така получената сила на осветление не е достатъч-на, взема се по-силна лампа; определянето на нейната свЪт-
368
линна интензивность става чрезъ пропорция, като се помни» че силата на осв-Ьтлението е правопропорционално на св-Ьт-линната интензивность.
За по-лесно служене съ форм. 73, даваме въ таблица XXIV стойноститЬ на жглит-Ь презъ 5° и съответнитЪ tg а, CosO-, Cos2a и Cos3a презъ 5°. Изчисленията обикновено се извършватъ приблизително—голЪма точность не е необходима..
Таблица XXIV.
а° tga Cos ц Cos2 а Cos3 а
0 0 1 1 1
5 0-087 0’9962 0-9909 0-9883
10 0-174 0'9848 0'9701 0-9555
15 0’259 0-9659 0 9329 0'9011
20 0-342 0'0347 0'8831 0'8300
25 ' 0’423 0'9063 0-8215 0-7445
30 0’500 0 8660 0'7500 0'6494
35 0'573 0’8192 0-6711 0 5500
40 0 643 07660 0-5870 0-4497
45 1-000 0-7071 0-5000 0-3536
50 1-192 0-6428 0'4132 0'2652
55 1 428 0'5736 0 3290 01887
1 60 1-732 0 5000 0'2500 01250
65 2-144 0'4226 01786 0-0755
70 2’747- 0'3420 0'1170 0-3400
, 75 3-732 0'2588 00670 0 0173
80 5-671 0-1736 0 0302 0 0052
85 11-430 00872 0'0076 0 0006
ПримЪръ за работата съ този методъ даваме въ т. 160.
160. Улично осветление.
Общи предписания. Уличното осв^тлание включва ос-вЪтлението на улицит-fe и площадитК То требва да отговаря по своята сила и качество на движението и на обществената сигурность (да се виждатъ достатъчно добре ПредметитЕ, да не ставатъ сблъсквания, да затруднява кражбитЕ, да позволява познаване на срЕщнатитЕ хора, да не изморява окото).
ИзмЕрва се на 1 метъръ надъ земята. Требва да бжде. така проектирано, че да се получи:
365
а) . Равномерность', места/ които се преминаватъ едно следъ друго, не требва да иматъ резки разлики въ осветлението, особено при преходъ^отъ главни въ странични улици.
б) . Съгласуване между различнипиъ осветления: у лично-то осветление не требва да бжде влошено отъ светлинни реклами, осветление на витрини и пр. Отъ друга страна сиг-налните светлини (полицейски знаци които регулиратъ дви-жението) не требва да ставатъ мжчно видими.
в) . Заслппяването требва да се избегва. Дали има за-слепяване се констатира таке: съсредоточава се погледа върху даденъ предметъ, като съ ржка се предпазватъ очите отъ лампата; ако при това предпазване^се вижда по-добре предмета, значи има заслепяване. Необходимата сила на осветление за улици и площади е дадена отъ следната таблица XXV.
Таблица XXV.
Необходима сила на осветление на улици и площади въ лукса.
Степень на движение по улицата (ллощада) Сродна сила на осветлението Сила на осветлението въ най-неблагоприятното м-Ьсто
Най-малка стойность Стойкость, която се препоржчва Най-малка стойность Стойность, която се пре^орткнЕЗ
Слабо .... 1 3 0’2 0'5
Сродно 3 8 0-5 2
Силно ..... 8 15 2 4
Много силно (голыми градове). . . 15 30 4 8
Извършване на уличното? осветление, а). Лампите требва да бждатъ монтирани на височина пене 4 м. надъ зе-мята (съ огледъ на свободно движение на колите).
б) . Висящите лампи по осьта на улиците требва да се прикрепватъ чрезъ специални съоржжения.
в) . Всички снаряжителни тела и др. требва да сж специ-ално построени за монтиране на открито.
г) . Съединителните проводници требва да бждатъ евър-зани съ уличната мрежа чрезъ специални съединители.
Проектъ на улично осветление. Преди всичко опре-деляме каква средна сила на осветление искаме да полу-чимъ като се използува табл. XXV. Следъ това избираме сна-ряжителното тело и височината, на която ще закачимъ лам^ пата. Знаейки фотометричната крива на лампата (снаряж. тело)
24
370
изчисляваме освЪтлението, което ще получимъ отъ една лампа, въ различии точки чрезъ метода по точки и опред^ляме на какво разстояние требва да поставимъ втората лампа.
Примтьръ. Избираме една лампа съ сродна сферична интензивность отъ 500 декалумени, поставена на б метра височина отъ земята. Използуваме рефлектора, даденъ на фиг. 286. Да пресмЪтнемъ уличното осветление.
Решение. Изчисленията ще правимъ за плоскостьта., която е 1 метъръ надъ земята. Нко лампата бЪше гола, силата на осв-Ьтлението подъ нея ще бжде (форм. 73)
„ 500. „
Е — —Cosu—20
За да намеримъ Е въ страни, требва да определимъ жгъла т разстоянието
о Това става лесно, като помнимъ че —------------=<Да.
височината
Чрезъ таблица XXIV определяме съответния жгълъ. Постоян-У
ното отношение^-, което въ нашия случай е 20 лукса, требва да умножимъ съ различнитФ стойности на Cossa. Така получаваме силата на осветлението на различно разстояние I отъ проекцията (стжпката) на лампата (фиг. 291). Въ следващата таблица сж систематизирани получените резултати.
1 Разстояния въ м : 2 4 1 6 8 10 16
//й = tg а 04 0-8 1-2 16 2 32
ЖГЪЛЪ (закржгленъ) 22» 38° 50° 58° 63° 72’
Cos а 0’93 0'78 0-64 0-52 0 45 о-зо
Cos3 а 083 0’47 0-26 013 0’091 0-027
Сила на освЪтл.луксъ при гола лампа . . 16’6 9-4 52 300 Г8 0-54
Сила на осв!зтл. при рефлект. на фиг. 286 . 37’8 12'6 б-з з-б 225 0’83
Нко оставимъ съседната лампа на 20 метри разстояние. тя ще даде сжщо такова осветление; така че въ точката, между двете лампи ще имаме сила на осветление 3'6 лукса стойность, която за насъ е добра (сравни съ табл. XXV).
Полученото осветление се значително подобрява чрезъ употребата на рефлектора. Подобрението се намира лесно съ помощьта на фотометричната крива: гледа се въ дадена по-
371
«гока (градуси), отсЬчката, включена въ дебелата фотометрич-*на крива, колко пжти е по- голема отъ сжщата отсечка, вклю-'чена въ пунктираната фотометрична крива (която е фотом, криза на голата лампа); толкова пжти по-силно осветление ще се получи въ гази посока. Резултатите сж дадени въ таблицата -— най-долния редъ.
161. Осветление на помещения.
Общи упжтвания. Изискванията за уличното осветление далечъ не сж достатъчни за да се получи едно добро осветление на помещения; силата на осветлението сжщо така се изменява твърде много въ различимте помещения. Тукъ ще се спремъ накратко на изискванията, ко-•>ито требва да се спазватъ при различимте помещения.
При осветление на жилищни помещения, светлината требва да позволява почивка и спокойствие; тя требва да бжде мека, приятна и равномерна. Силата на осветлението ще бжде умерено.
При осветление на забавителни заведения (кафенета, ресторанти, сладкарници, танцувални салони и пр.), светлината требва да бжде изобилна, за да биятъ въ очи отделимте предмети или посетители.
При осветление на витрини требва да се получи още по-големо изпжкване на отделяйте предмети. Лампите обаче требва да бждатъ съвършенно закрити за окото.
При осветлението на класни стаи, работни кабинета, работилници, чертежни и пр. требва да се разглеждатъ за всеки случай отделно условията за работа и въ зависимость отъ това да се получи осветлението имъ.
Проект Иране на осветлението. Състои се въ извър--шване на следните последователни работи:
а), избира се системата на осветление;
б), определя се височината и броя на лампите;
в), избира се средната сила на осветление върху работната плоскость;
г), определя се светлинната мощность на осветлител-щите тела и необходимата електрическа мощность.
Ние разгледахме въ какво се състои всека отъ те-зи работа и какъ се постжпва въ различимте случаи.
XIX. Инсталационни материали.
162. Общи сведения.
Инсталационни материала сл всички материала, кои~-то стл необходима при извършване на електрически инста-лация; включвателни апарати, проводници, тржби и пр. ТЬзи материали требва да отговарятъ на известии предписания и нории, които сж подробно изброени въ правилника за качество™ и начина за извършването на електрически инсталации съ ниско напрежение въ сгради и дворища — обнародванъ въ Държ. вестникъ бр. 216 отъ 25 септемврий 1935 г.
Всички инсталационни материали трЪбва да сж нзпра-вени така, че да не представляватъ опасность при обслужва-нето имъ. ЧаститЬ, които сж подъ напрежение трЬбва да сж поставени на изолиращи поставки. ПроводницитЬ трЬбва да се прикрепватъ къмъ апаратитЬ чрезъ завинтване. Отвърстията за вкарването на проводницитЬ трЬбва да позволяватъ вкар-Еането на изолационната обвивка.
МатериалитЬ трТбва да сж построени и пригодени за нормално напрежение и нормална сила на токъ. Нормални нз-прежения за пром, токъ сж: 24, 42, 125, 220 и 380 V. Нормални сили на тока сж: 2, 4, б, 10, 15, 25, 60, 100 и т. н. ампери-
163. Включвателни апарати.
Така се наричатъ всички апарати, които служатъ да се свърже единъ токовъ крхлъ (токово разклонение) съ единъ източникъ на тока. Споредъ цельта и начина на действие, тЬ се дълятъ на: прекжсвачи, контакти, предпазители, фасунги. Споредъ броя на полюситЬ се дТлятъ на едно и многополюсни. Различаватъ се еще споредъ числото на включвателнитЬ положения, начина на задвижването, начина на зашитата и на-чина на свръзването.
Споредъ числото на включвателнитгъ положения раз-л--чзватъ: апарати съ едно включвателно положение (включе-ь- и изключено) или съ многократни включвателни положения..
Споредъ начина на задвижването различаватъ: дирек-тни включвателни апарати (ржчни и крачни) и индиректни (по—
373
ср-Ьдствомъ пружине, електромагнитъ, сгжстенъ въздухъ и др.
Споредъ начина на защитата биватъ: открити, заслоне-ни (съ капачки), покрити (напълно покрити отъ всички стра-ни), затворени (напълно загворени така че прахъ и влага не могатъ да проникнатъ), капсулирани (напълно затворени съ усилена плътность и устойчивость).
Споредъ начина на свръзването съ проводницит-fe биватъ: съ свръзване направо, чрезъ витла, които сж разположени отпредъ или отзадъ, чрезъ вкарване на изолирани и др. трж-би, или чрезъ вкарване на отд-Ьлни кабели.
164 Инсталационни прекжсвачи.
Така се наричатъ апаратит-fe за съединение и раздъля-не пжтя на тока, безъ да се използуватъ гавинтвания и други помощни средства. ДТлятъ се на две групи: обръщачни ключове и лостови прекжсвачи.
Обръщачни ключове. Фабрикуватъ се за открита и закрыта инсталации. За по-лесното имъ разпознаване требва да бждатъ означени съ цифра, както следва: еднополюсни (1), .двупслюсни (2). триполюсни (3). ЕднополюснитЬ ключове се разделять на: обикновени (1), серийни (5), девиаторни (6), кръ-стосани (7). Обикновенипиъ еднополюсни прекжсвачи служатъ за еднополюсно включване, или прекжсване на веригата (фиг. 292)-Серийнитгь прекжсвачи служатъ за групово включване на лампи. На фиг. 293 е показанъ начина на свръзването на ключа съ токовия кржгъ: двет-fe групи лампи могатъ да бж-датъ включени по отд-Ьлно, или и дветТ заедно.
На фиг. 293 е включена 1а трупа; при следното завърта-не (по посока на часовата стрелка) ще се включатъ и двет-fe групи; следъ това остава включена само На трупа, следъ то-гза има прекжсване и на дветЬ групи и т. н.
374
Фиг. 294
Фиг. 295 -
ДевиагКорнитгь прок ковачи служатъ за палене и гасене не> лампи, произволно отъ две различии м-fecra. На фиг. 294 е-показанъ начина на свръзването на прекжсвачигЬ съ лам-пигЬ и съ токовия кржгъ. ЛамтигЬ сж включени; при по-нататъшното завъртане на кой да е отъ прекжсва-чигЬ по посока на стрелки-it, лампитЬ се изключватъ.
Кръстосанипиь прекксвачи се употрЪбяватъ като меж-динни — между крайни девиаторни прекжсвачи, когато едне-или н-Ьколко лампи се палятъ и гасятъ отъ повече отъ две мЪста (всички лампи на стълбището на една многоетажнй-страда се палятъ и гасятъ отъ коя да е площадка. На фиг. 295 е показанъ начина за включването на 2 девиаторни и 1 кръстосанъ, а на фиг. 296 сж показани 2 девиаторни и 2 кръстоса-ни прекжсвачи; и въ две— тЪ фигури, лампитЪ cs-fe.-тятъ; при завъртане не кой да е прекжсвачъ, лампитЪ изгасватъ; при по-нататъшното завър-
тане на кой да е отъ прекжсвачигЬ, лампитЪ се включватъ наново.
При включване на тЬзи ключове въ мрежата, да се обър-не внимание на -4* и —; при промЪнливъ токъ, нулевия про-водникъ да
отива направо въ лампата, а фазния проводникъ (наричанъ директенъ),. да минава презъ ключа.
Всички обръщачни ключове требва да- сж построени най-малко зе 250 V; фабри куватъ се ключове за 6, 10, 25. и 60 ампери. ДръжкитЬ». лостчетата и копчетате
требва да издържатъ безъ да се развалятъ до 20000 прекжс-вения.
£Ш
Фиг. 296
375
На пазаря се ср’Ьщатъ най-различни видове обръщачни ключове: бакелитни, порцеланови и др. Освенъ това срЪщатъ се ключове, конто включватъ и изключватъ като се върти коп-чето безразлично на л^Ьво или на дЪсно; въ други ключове, копчето е заменено съ лостче. Има сжщо ключове за табла, за влажни помещения и пр. Съветваме нашитЪ читатели да разгледатъ всички видове ключове като влЪзатъ въ нЪкой магазинъ за електрически материали.
МногополюснитЬ прекжсвачи се употребяватъ за включване и изключване на електродвигатели и други трифазнй машини. Въвеждането на проводницитЪ требва да се извър-шва много внимателно, понеже при неправилно скачване ще стане кжсо съединение въ веригата.
Лостови прекжсвачи. УпотрЪбяватъ се когато тр-Ьбва да се включватъ и изключватъ по голЪми мощности. ВсЬни
Фиг. 297 Фиг. 298
лостовъ прекжсвачъ (фиг. 297 и 298) се състои отъ основна поставка (направена отъ изолираще вещество), контактни пластинки, контактни ножове (съ пружина и ржчка) и похлупакъ. Вс^ки лостовъ прекжсвачъ се фабрикува за опредЪле-ни напрежения и токъ, конто тр’Ьбва да сж щемпелувани върху му. Когато се включи въ една токова верига по-малъкъ прекжсвачъ, отколкото е необходимо, образуватъ се искри, конто обгарятъ постепенно допирнигЬ плоскости на ножо-ветЬ и пластинкигЬ; искритЪ могатъ сжщо да се превърнатъ
376
бъ волтова джга, която разрушава прекжсвача, а сжщо така представлява опасность за прислугата.
Заради това въ верига, кждето тече силенъ токъ се препоржчва или намаляване силата на тока преди прекжсване на веригата, или употробата на маслени прекжсвачи.
Масленипиъ прекжсвачи сж лостови прекжсвачи, поставе-ни въ затворени сждове, пълни съ минерално масло; ржч-ката се намира отвънъ. ИскритЪ, които се образуватъ сж малки и безопасни. Освенъ това, контактнит^ пластинки могатъ до се приближатъ твърде много и така, за високи-тб напрежения се получаватъ прекжсвачи съ ограничени размори.
Контакти.
КонтактитЪ служатъ за съединение на неподвижни съ подвижни пжтища на тока. Има сжщо контакти, които по-зволяватъ свръзване на подвижни вериги, безъ помощьта на други помощни сродства.
При покупката на контакти, тЬхната голомина трЪб— ва да се подбира споредъ напрежението и силата на тока, То се фабрикуватъ за 6, 10, 25 и 60 ампери и за 220, 380, 500 и 750 волта.
На пазаря се ср'Ьщатъ различии видове контакти: за открити или закрити инсталации, за инсталации въ сухи помещения или плътно затворени противовлажни и др. п,
Едни отъ контактит^ сж снабдени съ предпазители, а други не. Свръзването на проводницитЪ става посрЪд-ствомъ винтове,- НЬкои отъ контактигЬ сж снабдени съ полюсъ за заземяване.
Предпазители.
Въ електрическитЪ инсталации за ниско напрежение различаватъ стопяеми предпазители и самопрекжсвачи.
Стопяеми предпазители. Служатъ да предпазватъ токовигЬ кржгове отъ претоварване поср’Ьдствомъ прекжсване на тока; това става като се стопява лесно замени-ма жичка.
На пазаря се ср’Ьщатъ различии видове предпазители, Почти всички се състоятъ отъ гнЪздо и предпазите-
377
ленъ патронъ (вложка). Гн^здата сж прикрепени къмъ порцеланови поставки. Прецпазителниятъ патронъ съдър-жа стопяема жичка, която обаче не требва да прегаря преждевременно; тя требва да издържа 1-5 пжти нормал-ния токъ; при топенето й, не требва да -се явява искра, защото може да предизвика пожаръ.
На фиг. 299 сж показами стопяеми предпазители, фа-брикатъ Сименсъ. Патронътъ се изолирва отпоре nocptn-
Фиг. 299
ствомъ специална глава съ винтова пластинка. Отъ външната страна главата има целулоидно прозорче, за да се контролира изправностьта на патрона. За различнигЬ напрежения се фабрикуватъ патрони съ различенъ външенъ диаметъръ и дължина. Патронит"Ь за еднакви напрежения, но различна сила на тока, притежаватъ въ долния си край шипъ съ различенъ диаметъръ, така че е възможно да се постави патронъ за по-малка сила на токъ, но не и патронъ за, по-гол^ма сила на токъ отъ тази, за която е направенъ предпазителя.
Зам^Ьняването на стопената жичка на прегорЪлия патронъ съ обикновена жичка (отъ шнуръ) не трЪбва да се допуска, понеже по такъвъ начинъ въ токовата верига се допуска да протича токъ, който е много по-силенъ отъ нормалния. Този токъ може да повреди апаратигЬ и ма-шинигЬ, които сж включени въ токовия кржгъ, а може да предизвика и пожаръ.
Освенъ обикновени патронни предпазители (за сухи помещения), фабрикуватъ се предпазители и за влажни помещения. ТЪ се изолиратъ, като се поставятъ въ специални чугунени кутии, които сж съ плътно затворенъ капакъ и отвори за проводниципТ.
Въ по-старигЬ инсталации се ср-Ьщатъ по-прости стопяеми предпазители, направени отъ порцеланово гиЬзцо,
378
въ което се прикрепва чрезъ две вит ла стопяемата жич*» ка. КапачкигЬ на тЪзи предпазители сж металически. Тьх-ната употрЪба е забранена.
Самопрекжсвачи (автомат). Така се наричатъ апара» титф, конто служатъ за самостоятелно прекжсване на тока. Прекжсването на веригата се дължи на автоматичното раз-д’Ьляне на контактигЬ; следъ като се отстрани повредата, нуж-дно е само да се завърти прекжсвача за да се включи отно-во веригата.
СамопрекжсвачигЬ сж съ несмЪняеми части; it могатъ да действуватъ сигурно съ години. Единственото имъ неудобство е, че сж по-скжпи.
Въ табл. XXVI сж дадени различимте видове самопрекжсвачи, който се срЪщатъ на пазаря.
Таблица XXVI.
1 № по редъ 1 Наименование на прекжсвача । Действие
1. 1 Прекжсвачъ за свърхтокъ Прекжсва при преви-шаване на единъ опре-д"Ьленъ токъ. 1
2. Прекжсвачъ за мини-маленъ токъ Прекжсва при спада-не подъ единъ опредЪ-ленъ токъ. 1 г
3. Прекжсвачъ за обратенъ токъ Прекжсва при обръша-не посоката на тока.
4. Прекжсвачъ за мини-мално напрежение Прекжсва при спадане подъ едно определено напрежение.
Споредъ устройството си, на пазаря се срЪщатъ най-раз-лични видове. Така, срЪщатъ се самопрекжсвачи, чието действие почива на електромагнитизъма (вижъ т. 98); други използуватъ термического действие на електрическия токъ. Подробного устройство на самопрекжсвачигЬ не ще разглеждаме, понеже представлява ограниченъ интересъ. Читательтъ, който ще ку-пува самопрекжсвачъ може да се снабди съ фабрично описание на сжщия..
Въ осветлението се срещатъ два вида инсталационни самопрекжсвачи:
379
а) цокълни, които, подобно на обикновенигЕ лостови прекжсвачи сж прикрепени върху цокли и се монтиратъ не» подвижно на едно мЪсто;
б) винтови, които иматъ формата на обикновенигЬ вин-тови предпазители и служатъ като тЪхъ за завинтване въ обикновени предпазителни гнЪзда.
На фиг. 300 и 301 е даденъ изгледъ на малки еднополюснр
Фиг 300
Фиг. 301
Фиг. 302
цокълни самопрекжсвачи. ТЕ сж свръхтокови самопрекжсвачи, съ свободно откачане и затова, до като има дефектъ въ ли-ниитЪ, тЕ не могатъ да включатъ (веднага откачатъ). На фиг.
302 се вижда другъ винтовъ самопре-кжсвачъ (Елфа), който намира широко приложение у насъ (действието му е електромагнитно, като се използуватъ и топлиннитЕ явления).
Самопрекжсвачит-fe по правило трЕбва да забавятъ за известно време прекжсването; така ще се изб’Егнатъ не-нуждни прекжсвания при кжсотрайни и безопасни претоварвания.
Освенъ еднополюсни, на пазаря се срЪщатъ дву и триполюсни, за напрежения 250, 380 и 500 V при цокълни и за 250 и 380 V при витлови само-
Фиг. 303
прекжсвачи.
На фиг. 303 е дадена схема за
включването на самопрекжсвачъ автоматъ, въ електр. инста-лация на стълбище. За разлика отъ другитЕ самопрекжсваг
380
чи, този автоматъ прекжсва веригата следъ точно определено време (необходимо за покачване на стълбитЬ—неколко минути). Чрезъ ключа сж възможни 3 положения: когато стрелката сочи „вечерь", лампите сж включени постоянно; когато сочи „день" — лампите сж изключени; когато сочи „нощь", лампите се включватъ за определено време чрезъ натиска-не на който и да е отъ бутоните.
Фасунги.
Фасунгите служатъ за свръзване на лампите съ мрежата.
Главната часть на една фасунга е телото, (направе-но отъ изолация—порцеланъ, ебонитъ и др.), къмъ което сж прикрепени две месингови пластинки отъ които едната лежи въ дъното на телото, а другата е стърчаща— винтова (въ нея се навива лампата).
ДветЬ пластинки сж изведени къмъ 2 контактни вит-ла, за които се свръзватъ проводниците на мрежата,
Всички части на фасунгата, които сж подъ напрежение, требва да бждатъ така разположени въ изолационно-то тело, че да не могатъ да се допратъ отъ човека.
Споредъ устройството си, фасунгите биватъ; обикно-вени безъ прекжсвачъ и снабдени съ прекжсвачъ (фиг. 304).
Фиг. 304 Фиг. 305
Фасунги съ прекжсвачи сж позволени само за напрежения до 250 V, които сж за инсталиране въ сухи, обикновени помещения (кждето нема опасность отъ пожаръ, взривъ и пр).
Споредъ начина на прикрепването си, фасунгите би-ватъ висящи и стенни; стенните се делятъ на прави и наклонени (фиг. 297), Споредъ местото, за което сж пред-назначени, те се делятъ на фасунги за сухи помещения, фасунги за открито, фасунги за влажни и прашни помещения.
На пазаря се срещатъ сжщо и така наречените ще-ткерфасунги, които представляватъ комбинация отъ контактъ
381
и фасунга. ТЬ позволяватъ разклонението на токовия кржгъ така, както и обикновенитЬ контакти.
165. Проводници.
За извършване на елейтрическитЬ инсталации съ нис-ко напрежение въ сгради и дворища се употрЬбяватъ след-нитЬ видове проводници:
1) проводници за силнотокови инсталации;
2) оловни кабели за силно токови инсталации;
3) проводници за съобщителни инсталации.
ТЬзи проводници сж медни; като изключение, поради липса на медь се допусна временно презъ настоящата война употрЬбата на желЬзни и алуминиеви проводници. Тукъ ние ще разгледаме нормалнитЬ проводници съгл. правилника.
Гумената изолация на проводницитЬ трЬбва да съ-държа най-малко 33'3°/0 сурова гума. Медьта трЬбва да има най-много 17 84 Q за 1 клм. дължина, 1 мм.2 сЬчение и 20е температура. Медьта трЬбва да отговаря още на редица норми (тегло, температуренъ коефициентъ и пр.).
Проводници за силнотокови инсталации.
РаздЬлятъ се на:
а) проводници за неподвижно полагане;
б) проводници за освЬтлителни тЬла;
в) шнурове за подвижни токовзематели;
г) облицовани проводници.
ПроводницитЬ за неподвижно полагане сх. нп>кол~-ко вида. Най-често се употрЬбяватъ проводници съ гумена изолация (черна жица) означени въ правилника съкратено ПГИ (на нЬмски ATM). Допускатъ се едножилни отъ 1 до 16 кв. мм., а много жилни отъ 1 до 1000 кв. мм. Медната жица трЬбва да бжде обкржжена съ единъ слой вулканизи-рана гума, който е обвитъ съ гумирана памучна лента; върху нея се намира оплетка отъ памукъ, конопъ и др., съответ-но импрегнирана. Жилото е калайдисано, за да не се разяж-да медьта отъ сЬрата. Въ табл. XXVII сж дадени данни за провод-никъ съ сЬчение 5 до 50 мм.2; п—най-голЬмъ брой на жичкитЬ;-d—дебелина натумения слой въ мм. р—тегло на 1000 м. въ кгр..
р
,382
Таблица XXVII.
5 мм Л п d ММ. р кгр. 5 ММ.2 11 d ММ. Р кгр.
то 7 0’7 20 10-0 7 Г2 50
1-5 7 0'8 30 16-0 7 1-2 120
1 2’5 7 0'9 45 250 7 Г4 140
| 40 7 1-0 65 35 0 19 1-4 420
| 6-0 7 ГО 85 500 19 Гб 590
Забележка: Теглото не е задължително по правилника.
Черната жица намира най-широко приложение отъ всич-«и проводници за неподвижно полагане. УпотрЪбява се при инсталации съ бергманови и др. тржби.
Въ влажни помещения се употрЪбяватъ проводници съ ;умена изолация противовлажни ПГПвл (NGAW), конто иматъ още една хартиена лента, между гумираната памучна лента и обвивката.
Други проводници сж така нареченигЬ куло жица—проводница тржбни ПТ (NRA) за работни напрежения до 250 V-и за открито полагане върху мазилката. Th сж проводници съ гумена изолация, обвити съ плътно прилягаща ламарина. Биватъ едно, дву, три и четири проводникови (единъ нулевъ гроводникъ, който може да бжде голъ и съединенъ съ ме-талическата обвивка).
Изолиращата обвивка, която замЬства оплетката, трЬбва да бжде отъ импрегнирана хартия или вулканизирани битуми. Когато тази изолираща обвивка е гума, проводницитЬ се наричатъ набело подобна трябни проводници (ПКСО)-, тЬ ви-наги иматъ нулевъ проводникъ.
Като кабело подобии тржбни проводници се считатъ и г.роводницитп съ оловна мантия ПКОМ (NBU), конто могатъ да се полагатъ подъ мазилката. Оловната мантия се об-Еива съ най-малко 2 слоя импрегнирана хартия и следъ това се оплита съ влакнеста материя.
ПроводницитЪ за освЪтлителни тЪла биватъ провод-яици за инсталиране само въ освгътлителни тгъла ПОТ (NT-А) и подвижна шнурове за инсталиране на висящи лам-ГМ ПШ (NPL). ПървитЬ сж едно или много жилни съ сучение 075 мм.а; жилото е обвито съ гума, върху която се на-
383
мира оплетка отъ коприна, памукъ, лъскави конци и др. п. ПодвижнитЬ шнурове иматъ два проводника по 0 75 мм2, всЬ-ки, обвитъ съ вулканизирана гумена обвивка; двата проводника се оплитатъ съ обща оплетка отъ памукъ, коприна и пр.
ШнуроветЬ за подвижни токовзематели се дЪлятъ на много видове: жилищни шнурове за ютии, котлончета, вен-тилатори), шнурове за работилници (за грубо употребление въ занаятчийството, индустрията и т. н.), леки шнурове за домашни апарати, српдни шнурове за домашни апарати, теж-ки шнурове за индустрии и пр. Всички се състоятъ отъ мед-но жило (една или нЪколко жици) обвито съ гумена изолация и оплетка, която е обща за всички или отдЪлна за всЬ-•ки проводникъ.
Облицовани противовлажни и нулеви проводници.
Тукъ спада така наречената червена жица (Хакетало-ва, рекордеманъ), която се употрЪбява за неподвижно пола-тане на открито. Тя не се смЪта за изолирана. Жилото може да бжде некалайдисано. То се покрива съ маса, издър-Зклива на атмосферни влияния; отгоре се слага оплетка или памукъ, конопъ и пр., която е импрегнирана съ материя, из-.държлива на атмосферно влияние (обикновено миниумъ съ растителни масла). Различаватъ:
обикновени противовлажни проводници ОПвл (LW) боя-дисани червено, за напрежение до 250 V;
противовлажни проводници съ хартия ОПвлХ (PLW) боядисани червено, които сж покрити съ маса, издържлива на атмосферни влияния, съ два слоя импрегнирана хартия и •единъ слой памукъ и още единъ пжть съ импрегнирана маса, издържаща на атмосферни влияния;
нулеви — С. ПН (NL) боядисани съ сива боя;
нулеви — за полагане на земята ОПНЗ (NE), които сж покрити съ гжста асфалтна маса и най-малко съ 4 слоя добре импрегнирана хартия и единъ слой асфалтирана юта.
Натоварване на проводницитЪ.
ПроводницитЪ тр'Ьбва да бждатъ така разчетени, че при . употрЪбата имъ да не се нагрЪватъ до недопустима температура. ИзолиранитЪ проводници могатъ да се натоварватъ
384
съгл. табл. XXVIII кждето S е напр. сЬчение на медьта; Лмакс е максималната сила на тока въ ампери, Дпр е нормалната сила на тока за предпазителя.
Таблица XXVIH.
S мм2 Дълготрайно действие 1 Пректйсн. действие 1 Нюанс S мм2 Дълготрайно действие 1 Пректксн. действие Нмакс 1
Нмакс Нпр
Нюанс Н пр
0.75 9 .6 9 10 43 35 60
1.0 11 6 11 16 75 60 105
1.5 14 10 14 25 100 80 140
2.5 20 15 20 35 125 100 175
4 25 20 25 50 160 125 225
6 31 25 31 70. 200 160 280
За голи проводници до 50 кв. мм. важи сжщата таблица; надъ 50 кв. мм. при всЬки отдЬленъ случай трЬбва да не се получава температура, опасна за уредбата и околностьта й.
Минималното напрЬчно сЬчение на меднитЬ проводници е; за проводници на освЬтлени тЬла 0’75 кв. мм.; за голи проводници на открито — 4 кв. мм.: за неподвижно положени изолирани проводници въ здания и на отк; ито, ако сжщитЬ сж прикрепени въ точки, отстоящи една отъ друга на повече отъ 1м. — 4 kbZ мм.; за всички останали случаи (черна жива, подвижни шнурове, кабели и пр.) — 1 кв. мм.
Оловни кабели за силно токови инсталации.
Споредъ начина на изолацията, различаваме оловни кабели съ гумена изолация и оловни кабели съ хартиена изолация.
Оловни кабели съ гумена изолация. ДЬлятъ се на нор-мални кабели съ гумена изолация и оловна мантия КГОМ (NGK) и кабели за рекламно освЬтление КГСМР (NRGK). И двата вида могатъ да бждатъ многофэзни. Направени сж обикновено отъ черни жици, които следъ това сж осукани и об-вити въ икпрегнирана памучна лента и покрити съ оловна мантия.
Оловни кабели съ хартиена изолация. Изолацията имъ е добре напоена хартия. Има нЬколко вида такъвъ кабелъ: съ оловна мантия КОМ (NK), съ асфзлтирана оловна мантия
385
KAOM (NKA), съ асфалтирана жел-Ьзна мантия (лента) КА/КЛ (NKBA) и т. н. Д-Ьлятъ се още на еднофазни и многофазни. Производителит-fe на тЪзи кабели требва да спаз-ватъ известии норми, дадени отъ правилника (относно напр. сЬчение на медьта, броя на жичкитЪ, дебелината на изола-цията и на оловната? мантия, обвивката на оловната мантия, защитната обвивка, покривката на защитната обвивка и вън-шния диаметъръ на готовия кабелъ).
ВсЬки отъ меднигЬ проводници е загънатъ въ нЪколко пласта хартия, всЬки съ различенъ цвЪтъ. ПроводницитЪ се сплитатъ вжжеобразно и следъ това се завиватъ въ нЪкол-ко пласта хартия и се подпагатъ на изкуствено сушене. Следъ това хартията се напоява съ специална изолираща маса и се обвива поср-Ьдствомъ специална преса съ непропускаема оловна обвивка (кабелъ КОМ). Ако желаятъ да фабрикуватъ КАОМ, върху оловната покривка слагатъ още два пласта (вжтрешенъ отъ хартия и външенъ отъ юта, покрита съ ас-фалтовъ пластъ). КабелитЬ КА/КЛ (армирани кабели) сж снабдени съ жел^зна лента, която пази оловната мантия много добре; самата армировка е покрита отгоре съ новъ пластъ отъ юта, напоена въ асфалтъ.
Натоварване на кабелигЬ. ОловнитЬ кабели съ гумена изолация съ сЬчение до 70 мм2, се натоварватъ съгласно табл. XXVIII. Оловнитк кабели съ хартиена изолация се натоварватъ съгл. табл. XXIX (Д — ампери).
Таблица XXIX.
Напречно сЬчение на медьта кв. ММ. Максимално допустимо трайно натозар-ване при напрежение до 1000 V.
Единиченъ кабелъ А Осуканъ кабелъ двупроводенъ А Осуканъ кабелъ трипроводенъ А Осуканъ кабелъ I четирипроьо- I денъ А
1 24 19 П 16
1-5 31 25 22 20
25 41 34 30 26
4 55 44 38 35
6 70 55 49 45
10 95 75 67 60
16 130 100 90 80
25 170 130 113 105
35 210 155 138 125
50 260 195 170 155
70 320 235 206 190
25
386
Проводници за съобщителни £инсталации.
Така се наричатъ проводницитЬ, които се употребяватъ въ звънчевигЬ и телефонии инсталации, телефонии, телеграфии и радиошнурове, вжтрешнит-fe съобщителни кабели съ оловна мантия и пр. Макаръ, че тЬзи проводници не се упо-тр’Ьбяватъ въ освЪтлителнитЪ инсталации, споменаваме ги, за да иматъ предвидъ нашитЬ читатели, че за ткхъ сжщо сж-гцествуватъ норми, дадени отъ правилника.
Проводницитгъ съ памучно восъчна обвивка СППВ (BW), наричани звънчева жица, се състоятъ отъ меденъ проводникъ съ 0'8 или 1 мм. диаметъръ, двойно оплетенъ съ памукъ въ противоположна посока. Оплетката се импрегнира. Употр’Ьбя-ватъ се за неподвижно полагане върху мазилка въ сухи помещения.
Сжщите проводници, лакирани и съ хартиена обвивка (СПЛХ) иматъ лакирано жило, покрито съ 2 пласта хартиена лента, една памучна лента и върху нея още една, импрегнирана памучна оплетка. УпотрЪбяватъ се въ сухи помещения върху мазилката или въ тржби подъ мазилката.
Проводницитгъ съ гумена изолация СП Г (G) се състоятъ отъ една калайдисана медиа жица, обвита съ вулканизирана гумена обвивка. Надъ гумата се намира напоена памучна оплетка. Употребяватъ се за неподвижно полагане върху мазилката или въ тржби подъ мазилката.
Съобщителнатгь кабели см. нгъколко вида: вжтрешни безъ оловна мантия, вжтрешни съ оловна мантия, външни съ оловна мантия. Устройството имъ е подобно на разгледа-ните кабели за силнотокови инсталации само че нормите зз тЪхъ сж други; проводницитЬ се осукватъ въ групи по 2,3,4 или 5 и образуватъ кабелни сърдцевини.
Шнуроветгь сж лесно подвижни; служатъ за подвижни съединения. Жилата сж многожични, оплетени съ памучни конци, а отгоре съ копринена оплетка.
166. Инсталационни тржби и принадлежности.
Въ насъ се употребяватъ: обикновени изолирани тржби (бергманови), стоманено-панцерови тржби и неизолирани (пе-шелови тржби).
387
Бергманови тржби.
Общи сведения. Приготвени сж отъ книжна импрегни-рана тржба, обвита съ жел-Ьзна пооловена (за да не ръждяс-ва обвивка. Приготовляватъ се на парчета дълги 3 м. и съ вжтрешни диаметри; 7, 9, 11, 13’5, 16, 23, 29, 36, и 48 мм. Дебелината на мантията, на изолацията и външния диаме-търъ се м-Ьнятъ споредъ вжтрешния диаметъръ.
ТржбиНз се огъватъ съ помощьта на специални клещи, които иматъ различии размори споредъ дебелината на тржбата. При огъването се получава едно постепенно, общо огъване така, че проводника лесно минава вжтре въ огънатата тржба.
BeprMaHCBHTt тржби сж механически слаби; т!з тр-Ьб-ва да се инсталиратъ тамъ, гдето не-сж изложени на пов-реждане. Въ замена на това, тЪ сж много леки, ефтини, съ много добра електриче<;ка изолация и лесно се монти-ратъ. Поради това, гкхната упбтрЪба е много по-голЪма въ сравнение съ другитЪ тржби.
Разклонителни кутии и разклонители. Направени сж отъ импрегнирана хартия съ словно жел^Ьзна обвивка; вжтрешния диаметъръ е най-малко 70 мм. а височината имъ 35 мм. Иматъ по н-Ьколко тржбни издатъка, които се отва-рятъ споредъ нуждата за да влезе тржбата. УпотрЪбяватъ се за полагане подъ мазилката,
За полагане надъ мазилката се употрЪбяватъ разклонителни кутии отъ керамични или други изолирващи материалу Разклоненията се правятъ въ специални порцела-нови разклонители, снабдени съ контактни винтове. ТЬзи разклонители се поставятъ въ разклонителнитЪ кутии или се прикрепятъ къмъ стенит-fe (при открити инсталации) съ помощьта на витла, завити въ предварително гипсовани Нървени подложки.
Стоманено-панцерови тржби.
УпотрЪбяватъ се въ инсталации, кждето тржбигЬ сж подложени на голЪми механически усилия. ТЪ иматъ сжщата изолация както бергмановитЪ тржби, но сж обвита съ стоманена мантия, чиято дебелина е отъ 1'4 мм. до 3 мм. споредъ вжтрешния диаметъръ на тржбата.
388
Приготовляватъ се на парчета, дълги 3 м. Краищата имъ иматъ нарези за сЬедин. муфи. За нагаждане на чуп-кигЬ къмъ стените се употребявате специални фабрично приготвени джги, жглови парчета и др., които иматъ сжщия строежъ като тржбите.
Разклонителнит-fe кутии за тЪзи тржби се приготов— ляватъ по сжщия начинъ, както тржбите.
Панцеровитб тржби сж за препоржчване въ инсталации на фабрични помещения и работилници за груба работа. ТЪхната висока цена ограничава употребата имъ.
Пешелови тржби.
Наричатъ се още лакирани стоманени тржби или не-изолирани тржби. Употребяватъ се за полагане надъ или подъ мазилката, когато се изисква по-голема трайность. Тржбите биватъ съ отворенъ или съ закригъ шевъ (фиг. 306)* Вториятъ типъ се предпочита за прашни
If j помещения и за закрити инсталации. Трж-у у Х бите сж лакирани отъ външната и вжтреИгната страна, дълги сж 3 м. Не могатъ да
Фиг. 306 , - , _
се огъватъ, употребяватъ се фабрично приготвени джги, жгли и пр. Разклонителните кутии се приготовляватъ отъ железна ламарина за инсталации надъ мазилката или отъ чугунъ—за инсталации подъ мазилката.
Пешеловите тржби намиратъ ограничена употреба у насъ
167. Разни инсталационни материали.
Изолационна лента (изолирбандъ). Представлява памучна, ленена и пр. лента, напоена съ гумирано изолационно вещество, което увеличава изолацията и й придава лепкавость..
Употребява се за изолиране на оголени части на про-водниците и за др. подобии цели. За да не загуби леп-кавостьта си съ течение на времето, сжщата требва да се пази грижливо; за предпочитане е винаги да се упо— требява пресна лента.
Материала отъ естественъ камъкъ. Най-често се упо-трезява мрамора. За да се намали поемането на влагата, мрамора отъ предната страна се полира, а отъ задната се-
389
<намазва съ маслена боя. УпотрЪбява се за табла и като -основа на некой апарати.
Керамични изолационни материала. Керамичните мате-риали се употребяватъ твърде много. Приготовляватъ се разклонители, части на ключове, различии видове ролки и уводни лули.
На фиг. 307 сж показани различии видове ролки: обик-новени, кабелни, подложни (за прикрепване на различии апарати).
Уводните лули служатъ за вкарване на проводници-
Фиг. 307
тгЪ презъ стенитЪ на помэщението. Фабрикуватъ се лули съ различии вжтрешни диаметри и за единъ, три и чети-ри проводници. При тржбни инсталации се употребяватъ уводни лули, снабдени съ витлово нарезани муфи така че држбите се прикрепватъ направо къмъ лулите.
XX. Извършване на електр. инсталации съ ниско напрежение.
168. Общи сведения.
ЕлектрическитЬ инсталации съ ниско напрежение въ. с"ра.1И71з и дворищата се дЪлятъ на освгътлителни и сплоен. Осв£тлителнигЬ инсталации хранить лампигЬ, които освЪ-тяватъ помещенията. СиловитЬ инсталации хранить електро-двигателитЪ, които сж инсталирани за да задвижатъ различ-нитЬ работни машини. Двата вида инсталации се наричатъ съ общо име силнотокови. инсталации. Предписанията на правилника за качеството на материалитЪ и начина за извършване на електр. инсталации съ ниско напрежение сж едни и сжщи за освЪтлителнитЬ и за силовигЬ инсталации. Поради това и ние ще ги разгледаме заедно.
Силнотоковиттъ инсталации биватъ открити и закри-ти; открититгъ се дплятъ на открити тржбни и откритги проводникови.
ОткрититЪ инсталации сж изложени на механически, удари; проводницитЪ. могатъ да бждатъ наранени или скж-сани. При т’Ьхъ сжществува винаги опасность отъ пожаръ.
ЗакрититЬ инсталации не се виждатъ (естетични сж), проводницитЪ сж предпазени отъ механически удари, отъ влага и отъ прахъ. ПожаритЪ при тЪхъ сж невЪзможни (докато инсталацията е изправна). Tt сж по-дълготрайни, но сж по скжпи.
Поради гореизложеното, закрититЪ инсталации се предпочитать и се сметать като нормални въ помещенията.
Открити инсталации въ сградитЪ се допускать само отъ изолирани проводници; открити инсталации съ голи проводници се допускать само като изключение.
Вь тржбнитЪ инсталации (открити и закрити) се допуска да бждатъ положени проводници, принадлежащи само на единъ токовъ кржгъ. МеталическитЬ тржби не трЪб-ва да се използуватъ като обратни проводници.
Въ земята могатъ да се полагать направо само словно предпазени проводници. Неподвижно полагане на шну-
391
реве не се допуска. Открито положенигЬ изолирани проводници тр-Ьбва да сж отдалечени отъ стената най малко на 1 см.
Прекарването на проводницит’Ь презъ стени, тавани и подове, при открити инсталации се извършва съ изолир-ващи тржби и то за всЬки проводникъ съ отдЬлна трж-ба. Надъ подовет-fe тржбитъ трЪбва да излизатъ най-малко на 10 см.
Предпазителит-fe се поставятъ обикновено на мЪста, достжпни само за вещи лица и то въ началото на линията.
Съединението на проводниципЬ помежду имъ, както и на разклоненията, тр-Ьбва да се извършва само чрезъ запояване или съ витла.
169. Полагане на проводници.
Л. Надъ мазилката.
Общи предписания. Полагането на проводници надъ мазилката се практикува само въ второстепенни помещения (зимници, складове, обори) или въ влажни помещения. Въ плановетЪ требва да се означи въ кои помещения проводницитЪ ще сж надъ мазилката.
Прикрепването на проводницитЪ става върху ролки, конто отъ своя страна сж прикрепени върху загипси-рани колчета. ПроводницигЬ трЬбва да сж добре, но не прекомЪрно опънати.
Голи проводници. Могатъ да се полагатъ въ акумула-торни и машинни помещения, въ силно влажни помещения и пр. Въ жилищни помещения не се допускатъ. Провод-ницигЬ тр-Ьбва да сж боядисани съ блажна боя или ас-фалтовъ лакъ; къмъ изолаторитЬ се прикрепватъ чрезъ тънки медни жици. Разстоянието между отд-ЬлниъЬ голи проводници е най малко 10 см. То се увеличава когато разстоянието между изолаторитЪ е повече отъ 4 м. Разстоянието отъ стенитЪ е най-малко 5 см. Прсводницит1= се полагатъ следъ измазване на помещението,
ВключвателнигЬ апарати трЪбва да сж специални про-тивовлажни, издържливи на химически влияния и пр. Раз-клоненията се извършватъ чрезъ разклонители. При кръс-
392
тосване на голи проводници, поставятъ се изолатори и на двата проводника непосрЪдствено до мЪстото на кръстосването.
Изолирани проводници. Прикрепватъ се къмъ изолатори, както голитЪ; разстояниато между изолаторитЬ не тр-Ьбва да бжде по-голЪмо отъ 1 м. за стенитЪ. Провод-ницитЪ въ влажни помещения се оставатъ на около 5 . см. отъ стенитЪ, а при сухи помещения на около 1 см. Включ-вателнитЪ апарати трЪбва да сж пригодени за условията, при които ще работятъ.
Тржбни проводници. Могатъ да бждатъ боядисани по цв-Ьта на стенитЪ, но не съ варь. Изправятъ се отъ ру-лата (на каквито сж назити) съ специаленъ уредъ. Въ чуп-KHTt и завоитЪ се огъватъ съ специални клещи, подобии на тЪзи за бергмановитЪ тржби. Прикрепватъ се върху мазилката поср-Ьдствомъ специално предназначени за цель-та скоби. Полагането имъ подъ мазилка не се допуща.
Проводници въ тржби. ТржбитЬ се прикрепватъ не-посрЪдствено надъ мазилката посрЪдствомъ скоби; скоби-rfe се прикрепватъ посрЪдствомъ дюбели СкобитЪ се поставятъ най-много на 1 м, разстояние една отъ друга и на 10 см. отъ всЪка чупка, разклон. кутия, ключъ и пр.
ПроводницитЬ се прокарватъ следъ като тржбитЪ сж положени и изсушени отъ влага. На всЬки 10 — 12 м. по права линия (или следъ всЬки две чупки) се поставятъ кутии за удобното изтегляне на проводницигЬ. Въ една разклонителна кутия не може да се прокарватъ проводници за силнотокови и съобщителни инсталации съвм-Ьстно.
Бергмановитгь тржби се съединяватъ съ помощьта на нахлузени отгоре тенекиени муфи. Преди нахлузването на муфата, металната обвивка на тржбата се срЪзва и изчис-тва съ помощьта на ножъ и подходящи клещи.
Преди да се положатъ тржбитЪ, необходимо е съ тънки линии да се означи хода имъ, както и мЪстата на разклон. кутии, ключове и контакти. За тази цель се опъ-ва канапъ, предварително нацапанъ съ вжглища чрезъ по-дръпването му той, трепти и отбел'Ьзва желаното положение.
Пешеловитгь тржби не се допускатъ въ влажни помещения. Съединяването имъ става чрезъ съединителни тржби Огъването имъ не се допуска; употрЪбяватъ се фа-
393
брично приготвени п-арчета, РЬзането се извършва съ ножовка или трижгълна пипа. Шевътъ се поставя къмъ сте-ната; само въ временно влажни помещения се поставя навънъ.
Стоманено панцеровитгь трл'хби се поставятъ, гдето се иска голЬма механическа устойчивость. Чрезъ намазване на съединителнитЬ мЬста съ миниумъ може да се по-стигне пълна плътность противъ проникване на влага. Нагодяването имъ къмъ чупкитЬ се извършва посрЬдст-вомъ огъване въ студено състояние съ помощьта на спе-•циално приспособление за цель га; употрЬбяватъ сж. сжщо готови фабрични жглсви парчета. Когато се отрЪзва тржбата, на краищата се правятъ нарези за да се свърже съ съединителната муфа.
Относно броя на проводницитЬ въ една тржба съвет-ваме използуването на табл. XXX, която е задължителна за тржби подъ мазилката.
Б. Подъ мазилката.
Броятъ на проводницитЪ въ тржбитЬ и диаметъра на сжщитЬ сж дадени въ табл. XXX.
ПримЬръ; Нко искаме да поставамъ 3 проводника съ сЬчение на медьта б кв. мм. въ една бергманова тржба; вжтрешния диаметъръ на сжщата тржба требва да бжде 22 мм.
Реда за извършване на работитЬ за полагане на ин-сталация подъ мазилката е следния:
1) приготовляватъ се леглата на тржбитЬ;
2) прикрепватъ се въ тЬхъ тржбитЬ и се измазватъ;
3) поставятъ се всички кутии (разклонителни, за пре-кжсвачитЬ, контакти и пр.);
4) изтеглятъ се проводницитЬ, поставятъ се разклони-телитЪ, прекжсвачи и пр. и се свръзватъ проводницитЬ.
Леглата на тржбитЪ се приготвятъ така, че тржбитЬ да лежатъ подъ, а не въ мазилката. При прекарване на нЬ-колко успоредни тржби, за всички се прокопава общо легло, Прикрепването на тржбигЬ въ леглата се извършва чрезъ загипсиране, Загипсиратъ се сжщо и различнитЬ кутии. Въ желЬзобетоннитЬ плочи, още преди изливането имъ, се поставятъ летви, съответствуващи на размЬригЬ на тржбитЬ, Сжщо така се оставятъ отвори за преминава-
394
Таблица XXX.
Видъ на НапрЬчно сЬчение на медьта въ кв. мм.
1 1’5 2’5 4 6 10 16 25 35 50
тржбата Вжтрешен ъ диаметъръ на тржбата въ мм.
За 1 ПГИ
Бергманови 11 11 13-5 13-5 13-5 16 23 23 23 23
Пешелови 8-5 85 14 14 14 18-5 18-5 26 26 26
Ст. панцерови За 2 ПГИ 11 и 13'5 135 13’5 16 21 21 21 29
Бергманови 11 13-5 16 23 23 29 29 36 36 48
Пешелови 14 14 14 18’5 18 5 26 26 37 37 37
Ст. панцерови За 3 ПГИ 11 13-5 16 21 21 29 29 36 36 42
Бергманови 13’5 16 23 23 23 29 29 36 36 —
Пешелови 14 14 18’5 18’5 26 26 37 37 37
Ст. панцерови За 4 ПГИ 13'5 16 21 21 21 29 29 36 36 —
Бергманови 16 .16 23 23 29 29 36 — -—• —
Пешелови 18’5 18-5 18’5 26 26 37 37 — —— —
Ст. панцерови 16 16 21 21 29 29 36 — — —
щит-fa тржби. Поставянето на и кръстосани парчета не се допуска: употрЬбяватъ се разклонителни кутии.
Измазването на тржбит-fa тр-Ьбва да се извърши така, че следъ измазването да не личи м-Ьстото на тржбигЬ. При измазването, всички кутии се затварятъ, а свободнигЬ краища на тржбигЬ се запушватъ, за да се предпази про-никването н- мазилка; следъ измазването, всички отвори се откриватъ, за да изсъхнатъ по-лесно тржбит-fa.
Изтеглянато на проводницит-fa се извършва следъ ка-то тржбит-fa изсъхнатъ. За цельта се употрЬбяватъ спени-ални пружини.
Прекжсвачит-fa, контактит-fa и пр. тр-Ьбва да сж спе-циални за закрити инсталации. Излаза на проводницитЬ отъ тавана се покрива съ розетка отъ изолиращъ матери-алъ или чрезъ специално устройство на освЬтителното тъло.
Бергмановит-fa тржби се полагатъ подъ мазилката като се спазватъ сжщит-fa правила, каквито се спазватъ при полагането имъ надъ мазилката. Tfa тр-Ьбва да се полагатъ близо до таванигЬ, а не ниско до пода.
Пешелови тржби въ влажни стени не се пола-'атъ; подъ мазилката се поставятъ само тржби съ закритъ шевъ..
395
И за тЬхното полагане важи казаното за полагането имъ надъ мазилката.
Стоманено- панцеровигЬ тржби се употрЪбяаатъ тамъ, гдето се иска голема здравина и пълна противовлажность., Полагането имъ трЬбва да стане на дълбочина, определена отъ разклонителните и др. кутии, тъй като огъване-то на краищата въ последствие е невъзможно.
170. Полагане на кабели.
Кабелите се полагатъ въ сгради като главни храни-телни линии и въ дворища, когато м-Ьстниг-Ь условия не позволяватъ прокарването на въздушна мрежа.
Въ сгради, надъ мазилкитЬ, кабелите се полагатъ върху желЪзни кснсоли или върху специално иззидани подложки. Подъ мазилката, кабелигЬ се монтиратъ въ специално подготвени за дельта канали, които се покриватъ от-горе съ ламарина или друга покривка така че кабела и канала оставатъ свободни (не се запълватъ съ мазилка). При прокарване презъ стени и тавани кабелите не се за-зиждагъ, а минаватъ презъ зазидани тржби или специал* ни отвори.
Въ дворища и по улиците, кабелитЪ се полагатъ въ предварително изкопани ровове съ дълбочина най-малко 70 см. и широчина най-малко 30 см. Леглото се покрива съ пластъ пЪсъкъ (10—15 см.). Отгоре кабелитЪ се пек-риватъ съ единъ редъ напречно поставени тухли. Тухли-тЬ предпазватъ кабела отъ повргда, когато стане нужда той да бжде отново разровенъ.
Кабелитъ обикновено сж навити на дървени макарн — барабани. Разгъването имъ обикновено става по дтлжи-ната на рова и следъ това се извършва полагането имъ„ КабелитЪ не трЪбва да се изпъватъ по дължината на ро» воветЪ, а се полагатъ зигзагообразно за да не бждатъ под-ложени на разтЪгане при сътресения на почвата. Полагането требва да става при температура най- малко 7°С.
Всички съединения и разклонения ставатъ само въ специални кабелни муфи. Изчистването и съединяването на краищата на проводницитЪ трЪбва да става само отъ опит-ни работници. УводнитЪ гнЪзда и капацитЬ на всички ка».
396
белый кутии се плътно затварятъ, следъ като сж. били запълнени съ разтопена кабелна маса; така се избегва дос-тжпа на влага.
171. Инсталации въ специални помещения.
Инсталации въ влажни помещения. Всички части на инсталацията требва да сж противовлажни. Голи проводници се допускатъ само на недостжпни места. Желателно • е прекжсвачите и проводницигЬ да се полагатъ вънъ отъ помещението (напр. въ коридора), а само отклоненията на токовземателите да влизатъ въ самите помещения.
За осветление се допускатъ напрежения до 250 V. <Въ банитЪ, включвателнитЪ апарати не требва да сж достигаемы отъ ваната. Фасунги съ прекжсвачи не се допускатъ. Всички металически части, които биха могли да по-паднатъ подъ напрежение, требва да се заземятъ.
Инсталации въ пожароопасни помещения. Всички апарати, въ които при нормална работа става прекжсване на тока, требва да сж направени така, че запалителни ма-•териали да не могатъ да се допиратъ съ частите имъ, които могатъ да предизвикатъ запалване. Всички прекжсвачи, предпазители и пр. требва да сж напълно покрити (затворено изпълнение).
Голи проводници не се допускатъ. Изолираните проводници требва да сж положени въ тржби. Предпочитать се оловни кабели. Осветлителните тела, които сж близко до леснозапалителни материали (сено, слама и пр.), требва да сж снабдени съ глобуси (или предпазни мрежи).
Инсталации въ помещения, застрашени отъ експло-зия. Всички електрически апарати, които се инсталиратъ, требва да сж построены противоексплозивно. За осветление се допускатъ само лампи съ нажежена жичка, снабдени съ дебели стъклени глобуси и предпазни мрежи.
Инсталации въ витрини, магазини и др. подобии помещения. Требва да се употребяватъ тржбни проводници или проводници, разположени въ тржби. Всички прекжсвачи и пр. требва да сж поставени въ здрави предпазни кутии, които сж отдалечени отъ лесно запалителните материали.
397
Инсталации въ работилници. НеподвижнитЪ проводници требва да сж предпазени отъ механически повреди. Особени предпазни средства се налагать само на особено застрашени места (употребяватъ се телени огради, же-лезна армировка на кабелите и пр.).
Инсталации въ кина, театри и пр. Важи съответенъ специаленъ правилникъ.
172. Съединения съ уличната мрежа.
Хранителнит-fe проводници, конто сврьзватъ уличната мрежа съ електрическите инсталации на кжщата требва да бжд&тъ изолирани за устояване на атмосферните влияния (червена жица). Голи проводници не се допускать. Яко разстоянието между точките на прикрепването на съедин. проводници не е по-големо отъ 5 м_, напр. сечение на сжщите е най-малко 4 кв. мм. (при големъ товаръ ще бждатъ по-големи); при разстояние до 35 м. — най-малко 6 кв. мм.
Свръзването на съед. проводници къмъ проводниците на уличната мрежа требва да се извършва чрезъ специ-ални съединители; обикновени осуквания не се допускать. По оградите съедин. проводници се прикрепватъ чрезъ изола тори и не требва да се допиратъ до стрехи, водо-сточни тржби, еркери, балкони и пр.; те не требва да бждатъ достжпни за хващане съ ржка отъ прозорци, балкони, тераси и др. Вкарването на проводниците въ оградите презъ стените се извършва съ уводни лули, конто сж поставени на краищата на тржби отъ изолационенъ материалъ. Дъждовната вода не требва да подлизва въ тржбите. Местото на вкарването требва да е свободно отъ теглене посредствомъ прикрепване на проводниците къмъ специално поставени на това место изолатори.
Съединителните проводници завършватъ съ предпа-зители, наречени главни, следъ конто непосредствено след-ва електромера. Главните предпазители предпазватъ кжщ-нитъ инсталации отъ свръхнапрежения, и сжщевремен-но градската мрежа отъ кжси съединения въ кжщната ин-сталация. За предпазване отъ злоупотреба и за сигурно действие, забранява се главните предпазители и електро-
398
МаритЪ да се пипатъ отъ пубпиката; Tt се пломбиратъ. При повреда се извикватъ органи на официалната власть.
СъединителнитЪ проводници по ц^лото си протеже-ние до електром-fapa включително тробза да сж направени така че вземангто на енергия отъ тЪхъ да бжде не-възможно или пъкъ да се забележи веднага.
Когато уличната мрежа е кабелна, съединенията се из-вършватъ съ кабели, посрЪцствомъ съединителна муфа. Свръзването става както при полагането на кабели. Съединителния кабелъ завършва съ кабеленъ краищникъ, непосрЪдствено следъ което следватъ главнитЪ пломбирани предпазители и електромЪра.
173. РазпредЪлителни табла.
Главно разпредЪлително табло. СъецинителнитЪ проводници отъ градската мрежа се въвеждатъ презъ стенитЪ S5 главното разпредгьлшпелно табло. Така се нарича съв-местного инсталиране на главнитЬ предпазители, електром'Ь-ра и главнигЬ прекжсвачи върху обща подложка; въ нЪкои табла се инсталиратъ и изм-Ьрителни уреди. Отъ главния прекжсвачъ (направо или чрезъ събирателни шини) се извеж-датъ отделы и - токови кржгове, които даватъ енергия на от-д-ЬлнитЪ етажи и апартаменти.
Подложката на таблото се прави обикновено отъ мра-моръ или изкуствена изолационна материя. РазпредЪлителни табла, поставени върху стената, трЪбва да отстоятъ отъ сжщата на такова разстояние, че всички части на гърба имъ да сж отдалечени отъ стената най-малко на 30 мм. На всЬко табло трЪбва да се рзначи съ траенъ надписъ предназначението на всЬки намиращъ се върху него уредъ.
MtcTOTO на главното разпредЪлително табло требва да се избере много грижливо: то трЪбва да е светло и удобно за контролиране; сжщевременно то трЪбва да е недо-стжпно за любо;.итни любители. При скрити инсталации таб-лата се поставятъ въ специално направени ниши или шкав-чета, които да могатъ да се заключватъ, ако сж на височина подъ 2'2 м. отъ пода. Всички входящи и изходящи проводници трЪб-ва да минаватъ презъ контролни винтове. ВсЪки изходящъ -проводникъ, преди да напусне таблото, трЪбяа да мине презъ
399
предпазитель. При 2 проводника (единия нулевъ), предпазватъ се и двата; при 4 проводника, нулевия не се предпазва ако всички образуватъ общо единъ токовъ кржгъ.
Къмъ всЬки токовъ кржгъ не трЬбва да се включватъ повече отъ 12 излаза (разклонения къмъ лампа или контактъ) съ най-много Г5 KW. КонтактитЬ се смЬтатъ за 250 W товаръ.
Етажни табла. Въвеждатъ се, когато постройката е го-лЬма и въ единъ етажъ трЬбва да се устроятъ по нЬколко токови кржга. Въ такъвъ случай се отива съ единъ клонъ до етажното табло, а отъ тамъ презъ предпазители се даватъ необходимитЬ токови кржгове. ЕтажнитЬ табла съдържатъ само предпазителитЬ на токовитЬ кржгове и събирателни шипи, посрЬдствомъ които се даватъ отклоненията.
Главната линия на всЬки токовъ кржгъ требва да има сЬчение най-малко Г5 кв. мм. Падението на напрежение въ токовия кржгъ не трЬбва да надминава 2%.
Препоржчва се въ етажнитЬ табла, предъ предпазителитЬ, да се постави единъ прекжсвачъ; когато се преглеждатъ предпазителитЬ, токовия кржгъ се изопира чрезъ отварянето на прекжсвача.
174. Изчисление сЪчението на проводницитЬ.
ПроводницитЬ, които принадлежатъ къмъ освЬтлитепни-тЬ и силови инсталации на помещенията (жилищни, фабрич-ни, работилници и др.) сж обикновено твърде кжси. Поради това, обикновено падението на напрежение въ тЬхъ е незна-чително. Все пакъ, тЬ трЬбва да се провЬрятъ като се начисли тЬхното съпротивление и се намЬри какво падение на напрежение има въ тЬхъ. Какъ става това, видЬхме въ часть I (вижъ задачи 40 и 41). Нормалното падение на напрежение, което се допуска е:
при освЬтлителни мрежи: 1—2%;
при мрежи за освЬтление и двигатели: 2—3%;
при мрежи само за двигатели: 5—6%.
ПровЬрката не се извършва за всички проводници, а само за най-натоваренитЬ. При закржгляване, взема се по-голЬмото сЬчение, което се намира на пазаря.
За инсталациитЬ въ помещенията е многе важно да не се натоварятъ проводницитЬ повече отъ допустимого.
400
Знаемъ отъ закона на Джаулъ (форм. 26), че всЪки про-водникъ, по който минава токъ, се нагръва. При малко напречно сучение (големо съпротивление) и силенъ токъ, проводника може да се нагр-fee до толкова, че да се на-свЪтли и да предизвика изгарине на изолацията, кжси съединения и пожаръ.
Въ табл. XXVIII сж дадени допустимитЪ сили на тока при изолиранитЬ проводници, споредъ тЬхното сечение. Натоварването е дадено съ огледъ проводниците да не се нвгр-Ьять повече отъ 35—40° С. Тази температура е съв-семъ безопасна. При използуването на таблицата требва да се изчисли преди всичко какъвъ токъ протича презъ проводника, чието сечение определяме; за всека лампа до чО декалумени се смета средно 0 25 А. Нко лампите сж. съ по-голема мощность, тогава требва да се изчисли силата на тока за всека отделна лампа. За рекламни осветления се взема сжщинската сила на тока; за отоплителня тела — сжщо. За електродвигатели се взема тока при първоначалното пускане (при пъленъ товаръ); за курцшлусъ мотори този токъ е 3'5—4 пжти по-големъ отъ нормал-ния, а при асинхронни ел. мотори съ пускови реостати е 2—2'5 пжти по-гслемъ отъ нормалния.
За проводниците, който сж изтеглени на открито. опасностьта отъ прекомерно натопляне е по-малка, тъй като условията за охлаждане сж по-благопоиятни. За техъ се прави изчисление за падението на напрежение, което не требва да надмине допустимите граници. Сжщо така,, техното сечение не требва да слиза подъ дадените граници (конто сж въ зависимость отъ разстоянието между изолаторите); иначе проводниците лесно ще се кжсатъ отъ ветъра и други механически сили.
175. Планове на електр. инсталации.
Постройката на всека електр. инсталация требва да се извърши по предварително изработенъ и утвърденъ планъ.
Планътъ требва да отговаря на желанията на стопанина на постройката и на изискванията на правилника за вжтрешните инсталации. Всеки съставитель на планъ требва да има подъ ржка този правилникъ, въ който сж да
401
дени подробности за съставяне на плана (форма на листа, мащабъ, таблица, условии знаци). Тукъ ще дадемъ пжтя, конто трЪбва да се следва при изработване на плана.
Основата на плана е схемата на цЪлата електричес-ка инсталания (освЪтлителна и силова) въ псмещенията. Тази схема трЪбва да бжде многополюсна, съ означение на напрежението, мощностьта, сЬченията на проводницит!з, предпазителит-fe, електром-Ьрит-Ь и пр., всичко нагледно групирано и означено по табла и посока на токовигЬ крж-
Фиг. 308
Фиг. 309
гове. На фиг. 308 и фиг. 309 сж дадени такива схеми При изработване на тази схема трЪбва да се има предвидъ: а) разхода на инсталационни материали;
б) сигурностьта за непрекжсната работе;
в) простотата на инсталацията.
Схемата требва така да се състави, че въ сравнение съ другит'Ь възможни за реализиране схеми, да бжде най икономична, разбираема и сигурна.
. За освЪтлителни инсталации д > 20 лампи се взема единъ фазовъ и единъ нулевъ проводникъ; за повече лампи се.взематъ два или три фазови и нулевия проводници; за електродвигатели се взематъ три фазови проводници.
402
При одновременна употрЪба на двигателна сила и осветление, требва да се предвидятъ отдЬлни разпреде-лителни табла.
Освенъ общата многополюсна схема, за всЪки обектъ и за всЬки етажъ се изработва подробенъ етаженъ планъ на инсталацията (нанеся се върху плана на етажа), въ който се означаватъ проводниците съ сЪченията имъ, мес-тата на осветлителните тела и на включвателните апарати, таблото и пр.
На левия горенъ жгълъ на всеки етаженъ планъ се начертава точна еднополюсна схема на инсталацията въ етажа съ означение какъ се свръзва въ общата схема.
Въ долния дЬсенъ жгълъ на чертежа (листа), се начертава таблица, която се попълва съ адреса на този, който изработва плана, обекта и адреса, кждето ще се ин-сталира сжщия и пр.
Всички употребени съкратени знаци требва да сж сж-щите, които сж дадени въ правилника.
, Преди изготвянето на плана, съставителя му требва да се споразумее съ техн, директоръ при общината за местото на съединението съ градската мрежа и местото на главното табло.
Планътъ (оригиналъ), заедно съ две копия се пред-ставя за утвърждение. Ориги 1алниятъ планъ, заедно съ едно копие се съхраняватъ отъ контролната власть, а другого копие се връща на домопритежателя, който е длъ-женъ да го представя при поискване за ревизия на инсталацията.
ЧНСТЬ V
ЭЛЕКТРИЧЕСКИ МРЕЖИ И ДЛЛЕКОПРОВОДИ.
176. Общи сведения.
ЕпектрическитЪ инсталации залЪха въ кратко време цЪ-лия свЪтъ. Днесъ можемъ да твърдимъ че електричествето е яасжщна нужда за културния чов-Ькъ, толкова, колкото и во дата.
ПричинитЬ за изумителното развитие на електротехни-ката сж две: а) лесното превръщане на електрическата енер-гия въ механическа и обратно; б) лесното пренасяне и раз-предЪляне на електрическата енергия. Никоя друга енергия не може да се пренася и разпредЪля така лесно и толкова далече, както електрическата. Никой не може да си предстаем какъ напр. би могла да бжде използувана грамадната енергия на единъ водопадъ, освенъ чрезъ превръщането й въ електричество.
Електрическата енергия се произвежда въ централи, ком-то сж хидроелектрически (водна) или термоелектрически (парни). Т'кзи централи сж разположенм въ планински м^с-та или въ близость на минитЪ, независимо отъ това, дали до тЬхъ има голыми градове.
Енергията отъ тЪзи централи се пренася (поср-Ьдствомъ далекопроводи) и разпред/ьля (поср-Ьдствомъ разпред-Ьлител-яи мрежи) тамъ, кждето има нужда отъ нея. Пренасянето на енергията става обикновено следъ като тя се трансформира въ подстанции-, пренесената енергия, преди да бжде разпре-дЬлена, минава въ нови подстанции за да бжде отново транс-формирана отъ енергия съ високо напрежение въ енергия съ ниско напрежение.
Въ интереса на нацията е всички електрически централи да образуватъ обща мрежа, за да могатъ rfe да си пре-отстжпватъ енергия. За тази цель у насъ е изработенъ общъ електрификационенъ планъ. Вливането на енергията отъ ед-•ла централа въ общата мрежа става сжщо въ подстанции
404
177. Изборъ на напрежение за разпредЪлителни-rfe мрежи.
Отъ ученото въ часть I е ясно, че колкото напрежението въ мрежата е по-високо, толкова по-малко загуби на мощность ще има, толкова поикономична и ефтина ще бжде енергията. I ва може да се докаже много лесно. Пренасяна-та мощность е W = VI; колкото по-голЪмо е V, толкова по-малка ще бжде силата на тока I; а загубит^ въ линията, ако съпротивлението на сжщата R, сж ISR. Напрежението обаче не може да надвиши известна граница, понеже става опасно за хората и иска много добра изолация. Явява се въпро-сътъ: кое напрежение е опасно за човЪка и не трЪбва да се надвишава въ разпредЪлителнитЪ мрежи. На този въпросъ отговаряме така: токътъ, който минава презъ човЪшкото rfe-ло и органитЪ му, е опасенъ за човЪка; токъ съ сила 0'1 А ако минава презъ тЬлото нЪколко секунди е вече много опа-сечъ, а токъ съ сила 0'02 — О'ОЗД свива мускулитЪ и човЪкъ. мжчно може да пусне хванатия проводникъ.
Силата на тока зависи отъ напрежението на мрежата и отъ съпротивлението на човЪшкото тЬло. ОпититЪ показватъ че когато се хванатъ двата проводници добре съ голи ржце, съпротивлението е около 1200 — 1500 ома; значи 150 V е вече опасно напрежение. Нко ли пъкъ човЪкъ докосне единъ проводникъ и образува верига презъ земята, когато е добре-обутъ, той представлява нЪколко десятки хиляди ома — нЪма опасность; ако обаче земята е влажна и обувкитЪ не сж здра-ви, съпротивлението спада на н^колко стотици ома.
Т-Ьзи разсжждения сж били причина да се възприематъ, отъ международния електротехнически комитетъ като нормал-ни напрежения на разпредЪлителнитЪ мрежи (ниско напрежение) 110,220 и 440 V (последното само за електродвигатели).
178. Видове разпредЬлителни мрежи.
Р^личаваме две главни системи за разпредЪление на? електрическата мрежа: серийно (псследователно) разпредЬ— ление и паралелно разпредЪление. Освенъ тЪзи две ссновни. системи се срЪщатъ по-рЪдко: смЪсено разпред’Ьление и раз-предЪление съ 3 или повече проводници.
405
Серийно (последователно) разпредЪление. Апарати-тЪ, които разходватъ електр. енергия, се включватъ последователно; презъ всичкит-fe преминава единъ и сжщъ токъ. Напрежението трЪбва да се измЪнява споредъ броя на апарати-rfc; когато тЪ сж много, неговата стойность е значителна.
Тази система е удобна за улично осветление. На фиг. 310 е показана една та-кава мрежа, снабдена -^=ZTZZZZZ съ единъ автотрансфор-маторъ за постоянна си-ла на токъ (вж. стр. 310).
Чрезъ специални допъл- ч—*—«.—,—*—*_J
нителни уреди, всЪка Фиг. 310
счупена или изгорала лампа се дава накжсо и по този начинъ веригата остава включена.
Удобствата на тази система сж: а) всЬка лампа е захра-нена съ известно напрежение, независимо на кое мЪсто въ мрежата се намира; б) на всЬка лампа се прилага ниско напрежение, следователно жичкитЪ сж съ по-малко съпротивление —правятъ се по-дебели и сж по-икономични и по-трайни; в) по проводницигЬ минава по-слабъ токъ следозателно по-тън-ки и по-ефтини сж; г) цЪлата система може да се командва отъ едно мЪсто.
Неудобствата сж, че отдЪлнитЪ апарати не сж независи-ми единъ отъ другъ, подържането въ редъ е твърде деликатно и за по-сложни мрежи сж необходими високи напре-зжения, които сж опасни.
Паралелно разпредЪление. АпаратитЬ, които разходватъ електрическа енергия, сж включени паралелно между двата проводника на веригата; всЪки апаратъ може да се включва и изключва независимо отъ другитЪ. При тази система напрежението на мрежата е постоянно, а силата на тока се измЪня споредъ включенитЪ апарати (товара се мЪни).
На фиг. 311 е дадено най-простото паралелно разпредЪ-ление. Явно е, че винаги има падение на напрежение въ линията, така че въ действителность никога всичкитъ апарати не «ж захранени съ еднакво напрежение: последното намалява съ отдалечаването отъ токоизточника. Тъй като повечето отъ апаратитЪ понасятъ само слаби изменения на напрежението.
406
съ което се захранватъ, налага се употрЪбата на по-дебели-проводници, или на специално устроена мрежа. Такава мрежа е показана на фиг. 312 и фиг. 313. Въ този случай, всички лампи иматъ еднакво напрежение тъй като дължината на
Фиг. 311 Фиг. 312
Фиг. 313
проводницигЬ отъ лампата до токоиз-точника е еднаква за всички; системата е особенно пригодна когато лампитЪ (апа-ратитЪ) сж разполо-
жени кржгово около
токоизточника.
Пзралелното разпредЪление е много просто, сигурно и сргвнително безопасно. Поради това, то се употр-Ьбява най-мнсгс
РазпредЪлителни мрежи съ 3 проводници. Системата съ 3 проводници позволява да се увеличи радиуса на действие на паралелното разпредЪление. Употр'Ьбява се предим-но за постояненъ токъ. За цельта се употребяватъ две ди-намомашини, всТка отъ конто дава необходимого напрежение V за апаратигЬ. ДветЪ динамомашини се свръзватъ по-
следователно, така че напрежението между двата главни проводници е 2 по този начинъ, гЬхното сЬчение може да се
намали съ 75%. ЛпаратигЬ се
Фиг. 314 Фиг. 315
свръзватъ или по два после-дователно (фиг. 314) или се прибавя трети проводникъ (фиг. 315), който не ще бжде натоваренъ когато по цвета главни проводници про-тича еднакво силенъ токъ..
Въ мрежитЪ за промЪн-
ливъ токъ, тази система се използува чрезъ употрЪбата не дЬлители на напрежение (вижъ т. 131). Най често се упо-
трЪбява трифазната система; за пренасянето на енергията се използува по-високо напрежение въ мрежата. Употр-Ьбата на трифазната система съ четвърти (нулевъ) проводникъ прави трит-fe фази напълно независими една отъ друга и позволява използуването на две напрежения: V между две фази и Е между фаза и нулевъ проводникъ (V = Уз Е. вижъ стр. 159)„
407
179. Материали^за разпред. мрежи.
Проводници.
Медь. Поради високата си проводимость и голЬма гъв-каво:ть, медьта е най-употрЬбявания металъ за неправа на проводници. И най-малкитЬ примЬси отъ чужди тЬла обаче намаляватъ твърде много нейната проводимость, заради това медьта трЬбва да отговаря на известии норми. Неудобствата на медьта сж високата й цена и загубить поради ефекта корона (вижъ стр. 412).
Медьта се употрЬбява или като жица съ сЬчения до 50 мм2, или като вжже. Вжжетата сж по-гъвкави и удобни за работа, по-здрави сж, даватъ по-малки загуби поради ефекта корона.
Алу маний. УпотрЬбява [се за въздушни линии вмЬсто медь поради по-ниската цена; употрЬбява се само въ формата на вжжета. По-лекъ е, обаче е по-слабъ и има поголЬмо съпротивление. Обикновено се употрЬбяватъ вжжета съ сърдцевина отъ стоманено жило върху което се навиватъ алуми-ниеви проводници.
Желгьзо. УпотрЬбява се само за линии отъ третостепен-но значение и то за незначителни разстояния поради голЬ-мото специфично съпротивление на желЬзото. ЖелЬзнитЬ проводници трЬбва да бждатъ винаги поцинковани за да не ржждясватъ.
Въздушни проводници. [МинималнитЬ сЬчения при меж-дустълбие до 35 м. сж: а) за медь 6 мм2.; б) за алуминиево вжже — 16 мм2.; в) за други проводници (бронзъ, стомана, двуметални) сЬчение, което да издържа най малко 228 кгр опъване безъ да се скжса Якостьта на скжсване трЬбва да бжде изпитана и установена въ изпитателна станция, която е призната отъ държавата.
Оловни кабели. УпотрЬбяватъ се кабели съ хартиена и съ гумена изолация. УпотрЬбяватъ се сжщитЬ видове кабели, които разгледахме въ т. 165.
Изолатори и принадлежности.
Изолатори. УпотрЬбяватъ се порцеланови изолатори отъ твърдъ, хомогененъ и безъ пори материалъ. РазмЬритЬ на изолаторитЬ сж дадени въ правилника за електроразпредЬ-лителнитЬ мрежи, публикуванъЬъ Държавенъ вестникъ, брой 243 отъ 3. XI. 1937 год.
408
Формата на изолаторитЬ е означената на фиг. 316.
Кръзки. УпотрЪбява се тель отъ сжщия металъ, отъ кой-
Фиг. 316
то е проводника. Tfe трЪб ва да сж достатъчно здра-ви за да издържатъ и при най-гол’Ьмото натоварва-не на проводника (зале-дяване или буря).
Куки и подпорки за изолатори. Требва да сж съ опредЪлени размори. По-цинковатъ се или се намаз-ватъ съ предпазно средство противъ ржжда.
Стълбове.
Употребяватъ се дърве-ни, желЪзобетонни или
други стълбове. ДървенитЪ стълбове споредъ направата си биватъ: 1) единични (обикновени)— фиг. 317; 2) двойни, със-
гоящи се отъ два успоредни долепени д единъ до другъ стъл - — i:-
ба — фиг. 321.; 3) /3— стълбове състоящи се отъ по два стъл-ба съединени въ видъ на буквата Н — фиг. 318; 4) подпр^ни стъл бове-състоящи се отъ единъ единиченъ стълбъ, подпренъ съ другъ такъвъ — фиг. 319; 5) закотвени стъл бове единични стъл - Фиг. 317
Фиг. 318 Фиг. 319
бове, укрепени съ обтяжка отъ железно вжже (фиг. 320). 6) ком-бинирани стълбове, състоящи се отъ два или повече успоредни стълбове разположени на известно разстояние единъ отъ другъ. Дървените стълбове требва да бждатъ защитени отъ загниване въ долната си часть като се импрегниратъ, ка-
409
траносатъ, или пъкъ се повдигнатъ на специални жел^зобе-тонни поставки.
ЖелЪзобетонни сд ъ л б о в е. Изчисляватъ се спо-
Фиг. 320 Фиг. 321
редъ правилника за жел'ЬзобетоннитЪ строежи. Отличаватъ се съ своята ниска цена и трайность на атмосфернитЬ условия.
180. Изчисление на проводницитЪ.
Общи сведения. Цельта която се гони съ изчисление на проводниците е да се определять най-удобнитЬ размЪри на сжщите отъ гледна точка на икономия, сигурность и добро действие.
Икономията се постига като се намалятъ загубите поради закона на Джаулъ (W==/?7a); това става чрезъ употрЪба-та на по-дебели и съ по-голЪма проводимость проводници. Отъ друга страна обаче, възприемането на по-дебелитЬ проводници значи влагане на по-голем и капитали; въпросъ на сметка е да се намери най-подходящето сечение (виж. зад. 15).
Сигурность. Огговарящия на изискванията отъ гледна точка на сигурность проводникъ требва да е проверенъ дали има достатъчна якость за да може да издържи при различимте атмосферни условия безъ да се скжса; сжщо така требва да се види нема ли да се нагрее прекомерно и да създаде опасность отъ пожари.
Доброто действие изисква щото тока, който минава презъ токовземателнитЬ апарати (лампи, електродвигатели и пр.), да бжде съ определено напрежение. Измененията на
4Ю
напрежението трЬбва да се движатъ въ известии граници. Поради това, сЬчението на проводницитЬ се опредЬля обик
новено, като се изхожда отъ допустимого падение на напрежение въ тЬхъ, споредъ вида на включенитЬ апарати. Пре-смЬтнато така сЬчението, то се провЬрява да бжде достатъч-но яко и да не се затопля вънъ отъ допустимого. Тази проверка става, като се използува табл. XXV111.
Мрежи за постояненъ токъ. Обикновено сж дадени мощностьта W и напрежението V, които сж нуждни на мЬс-тото на разпредЬлението.
Сгьчението S, се пресмЬта възъ основа на падението на напрежение V, като се допуска известенъ процентъ р на падение въ проводницит-fe (р — 2% — 3%). Да означимъ съ / дължината на линията (дължината на проводника е 21) а съ р — специфичного съпротивление на проводника. Мо-
жемъ да напишемъ:
” = V=R!=
21 21 W
7=р . -ту, откждето намираме сЬ-
О О If
чението S =
200.р I ~Р
W
• 1/2-
(74).
Напрежението V, което трЬбва да има токоизточника ако имаме последователно включени п апарати (лампи) и за всЬ-ки е необходимо напрежение Vi ще бжде: V = п Vi -f- v кждето V е падението на напрежение общо въ мрежата (г' =
д/100. Vi.ri). Rko замЬнимъ, получаваме V = Vi (1 4"
Когато имаме паралелно разпредЬление и мрежата е отворена (фиг. 322), прилагайки закона на Омъ, можемъ да на-
Фиг. 322
пишемъ, че общото падение на напрежение v е равно на сбора отъ паденията на напрежение въ всЬки клонъ: ”<7=(zi+ /3-Н"з) ^?l+(4+^)./?2-|-Z8/?3.
Rko употрЬбимъ едно единствено сЬчение 5 на главнитЬ разпредЬлитепни проводници, и замЬнимъ зна-ченията за и за / получаваме
411
Тази формула можемъ да преобразуваме като вмъкнемъ въ нея: мощностигЬ Wi, IF2, 1Тз на всЬки клонъ и полюсного напрежение V на динамомашината въ киловатъ и ако не вземемъ предвидъ падението на напрежение въ линията, съ което правимъ незначителни грешки. Получава се:
2р1000
® =4г~о- (^1 • Л 4- W-2 . h 4- . Z3).
V .О
Отъ тази формула можемъ да получимъ сЬчението S:
2 р.1000
S = -^7-- - (Wi h 4- IF2.Z24- IF3.Z3 4-.... 4-lFn.Zu) (75)=
2 р 1000
Изразътъ —уПу—* е постоянно число, което можемъ да озна-чимъ съ К. За медни проводници, при допустимо падение 3% и работно напрежение 1/=110 волта, получава се А==0'048; при V = 220 волта получава се К — 0'025.
Въ електротехниката, тази формула е известна подъ име-то „Уравнение за моментигЬ на мощноститЬ". (моментит'Ь на мощностит'Ь сж IFi Zi, Z2, IF3 1з и пр.) Често тази формула се ср'Ьща въ следния съкратенъ видъ
5 - К 2 W. I (76)
(2 означава сума).
Мрежи за промпнливъ токъ. Да разгледаме най простая случай; потр'Ьбителнит'Ь апарати сж включени на края на мрежата (групирано).
При монофазенъ токъ, ако допустимото падение на на
прежението е "c’===^qq а дължината на линията е Z (дъл-жината на проводника е 2 Z), сЬчението на проводника съ го-л'Ьмо приближение, може да се приеме че е
е 2 Z W 200 р Z W
При трифазенъ токъ, се намира че
100.p.Z W
т
Вижда се, че при употрЪбата на трифазенъ токъ, се получава пр-малко сЬчение на проводницигЬ/
Нко потр'Ьбителнит'Ь апарати сж включени паралелно по цЪлото разпред'Ьление на мрежата (фиг. 311), изчислението
412
имъ става по сжщия начинъ, само че трЪбва при изчисление на мощноститЪ да се държи сметка за коефициента на мощность (Cos ф).
181. Постройка на разпредкп. мрежи.
РазпредЪлителнит’Ь мрежи се строятъ като се спазватъ известии норми, дадени отъ правилника за електро-разпред'Ьл. мрежи. ТЪзи норми се отнасятъ за якостьта на проводницитЪ, за окачването на проводницитЬ на стъл-боветЪ, за защитата противъ допиране, за провеси и пр.; за закрепването на стълбовегК, подставкитЪ и заземява-то на сжщигЬ, за полагането на заземителигЬ; за кабел-нигЬ мрежи и пр. Съветваме нашигЬ читатели да се спра-вятъ съ цитирания прэвилникъ.
Огносно практическата постройка на мрежитЪ, тя се извършва TaKaf както и постояннит'Ь т. т. линии; Ето за-що, съветваме читателитЪ, конто иматъ работа съ постройката на такива мрежи, да се снабдятъ съ нЪкое руководство по постройка на т. т. линии.
182. Далекопроводи.
Общи сведения. ДалекопроводитЪ служатъ за прена-сяне на електрическата енергия до консумативнигЬ цен-трове, кждето тя, следъ като мине презъ подстанциитЬ (трансформатори — кабини) се разпред'Ьля. Колкото на-прежението е по високо, толкова по-ефтина ще бжде енергията, понеже загубит^ сж по-незначителни и може да се употр'Ьбяватъ по-тънки проводници. Достигнало се е до далекопроводи съ д80,000 волта, а се правятъ проучвания и за по-високи напрежения.
По-високитЪ напрежения, обаче иматъ сжщо своитЪ слаби страни. Така трансформаторитЬ, конто се употрЪ-бяватъ въ подстанциит’Ь, излизатъ много по скжпи. Друго гол’Ьмо неудобство е, че по продолжение на линията една часть отъ енергията се губи презъ изолаторит"Ь (утечки), а друга часть презъ въздуха, поради ефекта корона.
Ефекта корона се състои въ следното; когато на-прежението надмине известна стойность (критична стой-
413
ность) около проводницитЬ се образуватъ свЬтлинни ефек-ти, които се дължатъ на Гюнизирането на близкостоящия въздухъ; а това йонизиране е придружено съ електрически изпразвания т. е. съ загуба на електрическа енергия.
ОпититЬ показватъ, че критичната стойность на напрежението зависи отъ диаметъра на проводницитЬ и отъ раз-стоянието между тЬхъ, както и отъ повръхнината имъ (гладка ли е или е вжжеобразна). Така напр., при проводници съ диаметъръ б мм. при разстояние 120 см. между проводницитЬ, критичното напрежение е 60000 волта; съ други думи, при 60000 волта напрежение и 6 мм. диаметъръ на проводницитЬ, разстоянието между тЬхъ трЬбва да бжде най малко 120 см. ОпититЬ показватъ сжщо, че много по-чувствително е по-добрението съ увеличаване на диаметъра на проводницитЬ, отколкото на разстоянието между тЬхъ. Н увелича ването на диаметъра и на разстоянието между проводницитЬ носи по-скжпване на линията.
Практиката е установила като най-подходящо за трифиз-нитЬ далекопрсводи употрЬбата на напрежение 500 —1000 V за всЬки клм. далекопроводъ (долната граница е за кжситЬ далекопрсводи). ПримЬръ; за 60 клм. далекопроводъ най-доб-ро ще бжде напрежение между 30,000 V и 60,000 V.
183. Материали за далекопрсводи.
Проводници. Казаното въ т. 170 за ел. разпредЬлители-телнитЬ мрежи важи и за далекопроводитЬ. МеднитЬ про-
водници се предпочитать поради тЬхнитЬ отлични качества. Ллу-миниевитЬ проводници сжщо иматъ нЬкои доб-
Фиг. 323
ри качества (по-леки сж, по-малки сж загубить поради ефекта корона, по-малка самоиндукция иматъ). ТЬхната по-слаба механическа съпротива ги прави неудобии при линии съ много високи
напрежения, кждето се налагать голЬми междустълбия; поради това обикновено се(] употрЬбяватъ металически вжжета съ сърдцевина отъ стоманенъ проводникъ и жици отъалуминий.
414
Изолатори. Употр-Ьбяватъ се два вида изолатори: непо-дви ж ни (фиг. 323и фиг.324), които се закрепватъсъ помощьта
на куки или подпорки за изолатори, и подвижни — ви-
Фиг. 325
сящи изолатори (фиг. 325), които се закреп ватъ въ формата на верига. Неподвижнитк изолатори иматъ формата на камбана и се употрЪбяватъ за напрежение до 50000—60000 К.
ВисящитЪ изолатори се употр'Ьбяватъ за
напрежения по-високи отъ 5000 V; нЪколко едно-образни изолатори (броя имъ зависи отъ напрежението) се свръзватъ помежду си и образуватъ една верига (фиг. 326).
Изолаторит’Ь биватъ порцеланови или стъкле-ни; първигЬ сж по-здрави, хомогенни и плътни; т-fa се предпочитать.
Стълбове. Употребяватъ се дървени, желЪзни или желЪзобетонни стълбове. ДървенитЪ стълбове се употр'Ьбяватъ за по-ниски напрежения. Най-често се употрЪбяватъ желЪзни пилони (направени отъ профилирано железо).
Тамъ, кждето се налага да се мине подъ вода
Фиг. 326
или подъ
земята, употр’Ьбяватъ се кабели, които биватъ различии видове* еднополюсни и триполюсни, обикновени или армирани и пр.
184. Изчисление на проводницитЬ на далеко-проводи.
Пресм’Ьтането на сЬчението, което тр’Ьбва да иматъ про-водницигЬ става по аналогиченъ начинъ на разгледания въ т. 180. Използува се формула 78. Допустимата загуба на мощность въ линията е 5 до 10%; рЪдко се допуска и до 15%.
При пренасянето на промпнливъ токъ, требва да се дър-жи смЪтка не само за омическото съпротивление на линията, а така сжщо и за нейната самоиндукция, капацитетъ, утечка ‘(проводимость поради лоша изолация). За по-лесно пресмЪ-тане, обикновено за по-кжситЪ далекопроводи се пренебрегла капацитета и проводимостьта. По-дългигЬ далекопроводи се подраздЪлятъ на участъци въ краищата на които допускать, че сж съсредоточени капацитета и утечката.
Източници:
Уроци по електротехника, кн. I и II — Д-ръ инж. Г. М. Гетовъ.
Corso di Fisica sperimentale — Prof. M. Cantone.
Elettrotecnica — Prof. L. Lombardi.
Elettrotecnica — Prof. Wallauri.
Практическая електротехника — Инж. Террелль Крофт.
Misure elettriche — Prof. L. Ferraris.
Beleuchtung — P. H-yck.
Lichtechnik — Dr Ing. Bloch.
L’illuminazione elettrica — Ing. D. Hdanti.
Costruzioni elettromeccaniche — Prof. E. Morelli.
Нкумулатори — Д-ръ инж. Г. М. Гетовъ.
Електротехника — С. Стефановъ.
Учебникъ и практ. ржководство по електр. осветление
— Ел. инж. Г. Начевъ.
Официални правилници, период, списания и каталози на фирми.