у осуществляет вертикальное отклонение луча по оси у системы координат и непосредственно связан с исследуемым сигналом. Канал x обеспечивает горизонтальное отклонение луча по оси времени x системы координат. Канал z управляет яркостью луча.
Для создания линейного масштаба по оси времени x необходимо равномерное перемещение электронного луча по горизонтали, что обеспечивается подачей на горизонтально отклоняющие пластины 7 ЭЛТ линейно нарастающего напряжения развертки.
Если при этом отсутствует напряжение на вертикально отклоняющих пластинах 6, на экране осциллографа появляется горизонтальная линия. При одновременной подаче исследуемого напряжения на пластины 6 и напряжения развертки на экране осциллографа появляется осциллограмма, дающая полное представление о форме, амплитуде, частоте исследуемого напряжения.
В канале x частота генератора развертки недостаточно стабильна. Для получения устойчивого изображения на экране осциллографа необходимо выполнение равенства:
Tx = nTy ,
где Tx – период напряжения развертки;
Тy – период исследуемого напряжения;
n = 1, 2, 3… .
Это равенство обеспечивается устройством синхронизации, которое «подстраивает» частоту генератора развертки под частоту исследуемого напряжения.
Если «подстройка» производится исследуемым сигналом, то она называется внутренней синхронизацией, если от какого(либо другого сигнала – внешней синхронизацией.
С целью определения масштаба осциллограмм по осям абсцисс и ординат в осциллографе предусмотрены калибраторы длительности и амплитуды.
34. НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА
С целью экономичной передачи электроэнергии на дальние расстояния и распределения ее между разнообразными потребителями появляется необходимость в ее трансформации. Последнее осуществляется с помощью повышающих и понижающих трансформаторов.
Рис. 39. Пояснение устройства и принципа действия трансформатора
Трансформатор – статический электромагнитный аппарат, его действие основано на явлении взаимной индукции, он предназначен для преобразования электрической энергии переменного тока с параметрами U 1, I 1 в энергию переменного тока с параметрами U 2, I 2 той же частоты.
Трансформатор (рис. 39) состоит из ферромагнитного магнитопровода 1, собранного из отдельных листов электротехнической стали, на котором расположены две (ω1, ω2) обмотки, выполненные из медного или алюминиевого провода. Обмотку, подключенную к источнику питания, принято называть первичной, а обмотку, к которой подключаются приемники, – вторичной. Все величины, относящиеся к первичной и вторичной обмоткам, принято соответственно обозначать индексами 1 и 2.
Если первичную обмотку трансформатора с числом витков ω1 включить в сеть переменного тока, то напряжение сети U 1 вызовет в ней ток I 1 и МДС I 1ω1создаст переменный магнитный поток Ф . Переменный магнитный поток Ф создаст в обмотке ω1 ЭДС E 1 а в обмотке ω2 – ЭДС E 2. Когда есть нагрузка, электрическая цепь вторичной обмотки оказывается замкнутой, и ЭДС Е 2 вызовет в ней ток I 2. Таким образом, электрическая энергия первичной цепи с параметрами U 1, I 1 и частотой f будет преобразована в энергию переменного тока вторичной цепи с параметрами U 2, I 2 и f .
e 1 = –ω1d F / d t , e 2 = –ω2d F / d t .
Их действующие значения (при синусоидальном изменении) соответственно равны:
E 1 = 4,44ω1 fFm ,
E 2 = 4,44ω2 fFm .
Разделив значения ЭДС первичной цепи на соответствующее значение ЭДС вторичной цепи, получим
Величина n называется коэффициентом трансформации трансформатора. Электрическая энергия из первичной цепи во вторичную в трансформаторе передается посредством переменного магнитного потока, поскольку гальваническая связь между первичной и вторичной обмотками трансформатора отсутствует.
Отношение значений ЭДС Е 1 и Е 2 равно отношению числа витков первичной и вторичной обмоток.
35. ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Создание трехфазных трансформаторов относится к периоду 1889—1891 гг. Первые промышленные образцы трансформаторов созданы выдающимся русским электротехником М. О. Доливо-Добровольским .
Рис. 40. Трехфазный трансформатор
Трехфазный трансформатор состоит из трех однофазных, магнитопроводы которых объединены в один общий трехстержневой (рис. 40д). Действительно, если три однофазных двухобмоточных трансформатора расположить, как изображено на рисунке 40а, а их первичные обмотки соединить звездой (рис. 40б) и подключить к трехфазной сети, то в них возникнут токи холостого хода. Токи будут иметь одинаковое значение, но будут сдвинуты друг относительно друга на 120° (рис. 40в). Магнитные потоки, создаваемые токами, также будут сдвинуты на 120°. Сумма магнитных потоков, так же как и токов, будет равна нулю. Если объединить три стержня АВС однофазных трансформаторов в один, то в этом стержне магнитного потока не будет, и надобность в нем отпадает. В результате образуется трехфазный трансформатор (рис. 40г). Но изготовление такого трансформатора технически и технологически затруднено. Действительно, гораздо удобнее расположить стержни магнитопровода в одной плоскости, как изображено на рисунке 40д.
По сути дела, ничего не изменится. Но при этом немного уменьшится длина магнитопровода для среднего стержня В . Это несколько нарушит симметрию магнитопровода трансформатора и приведет к тому, что намагничивающий ток (ток холостого хода) обмотки среднего стержня В будет несколько меньше, чем ток обмоток стержней А и С , но асимметрия не имеет практического значения.
Итак, трехфазный двухобмоточный трансформатор (рис. 40д) имеет один трехстержневой магнитопровод с двумя обмотками на каждом из стержней.
Каждая фаза трехстержневого трансформатора представляет собой по существу однофазный трансформатор. Поэтому анализ работы и расчет трехфазных трансформаторов при равномерной нагрузке каждой фазы аналогичны однофазным и схема замещения изображается для одной фазы.
Начала и концы первичных обмоток обозначаются большими буквами – соответственно, AX , BY , CZ , вторичных обмоток – малыми буквами ax , by , cz .
Фазы вторичных обмоток, так же как и первичных, могут быть соединены звездой или треугольником.
36. ПОТЕРИ МОЩНОСТИ И КПД ТРАНСФОРМАТОРА
В трансформаторе теряется энергия в обмотках и в магнитопроводе. Потери мощности в обмотках равны:
ΔPM=I12r1+I22r2=I12rK
Потери мощности в магнитопроводе составляют (см. рис. 41):
где G – масса магнитопровода, кг;
Bm – амплитуда магнитной индукции, Тл;
ΔP 10 – удельные потери в стали, Вт/кг, при
Bm = 1 Тл и f = 50 Гц;
ΔP 15 – удельные потери в стали, Вт/кг, при
Bm = 1,5 Тл и f = 50 Гц;
f – частота тока в обмотках, Гц.
Рис. 41. График потери мощности
Потери в обмотках зависят от нагрузки, потери в магнитопроводе практически не зависят от нагрузки. Коэффициент полезного действия трансформатора равен:
где Р 2 – мощность, отдаваемая трансформатором;
Р 1 – потребляемая мощность.
Выразив активную мощность, отдаваемую трансформатором, через полную мощность Р 2 = S 2 cos φ,получим:
Выразив S 2 и I 2 через коэффициент загрузки трансформатора β, имеем M2 = βI 2ном, что соответствует S 2 ≈βS ном, и так как U 2 ≈U ном, получим:
где ΔPk = ΔP ном = I 2ном rk – потери мощности в обмотках при номинальной нагрузке;
ΔPCT – потери мощности в магнитопроводе при номинальном напряжении.
Трансформаторы большой мощности при номинальной нагрузке и cos φ2 = 1 обладают высоким КПД, доходящим до 0,98—0,99. Трансформаторы малой мощности имеют КПД примерно 0,82—0,9.
37. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
Машины постоянного тока используют в качестве генераторов и двигателей .
Электрическая энергия постоянного тока, вырабатываемая генераторами, служит для питания двигателей постоянного тока, электролитических ванн, электромагнитов различного назначения, аппаратуры управления и контроля и т. д. В настоящее время генераторы постоянного тока во многих установках заменяют полупроводниковыми преобразователями переменного тока в постоянный.
Двигатели постоянного тока применяют на транспорте, для привода некоторых металлорежущих станков, прокатных станков, подъемно(транспортных машин, экскаваторов и т. д. Одной из главнейших причин применения двигателей постоянного тока вместо наиболее широко распространенных асинхронных двигателей является возможность плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне и получения желаемых механических характеристик n ( M ).
Генераторы и двигатели постоянного тока устроены одинаково. Неподвижная часть машины, называемая статором, состоит из массивного стального корпуса, к которому прикреплены главные полюсы и дополнительные полюсы. Исходя из технологических и других соображений главные полюсы изготавливают чаще из отдельных стальных листов; иногда их изготавливают сплошными. Перечисленные детали статора являются также и деталями его магнитопровода. На главных полюсах размещают катушки одной или нескольких обмоток возбуждения, на дополнительных полюсах – катушки обмотки дополнительных полюсов.
В подшипниковых щитах, прикрепленных с торцевых сторон к корпусу, расположены подшипники, несущие вал вращающейся части машины. На валу закреплен цилиндрический сердечник якоря, который для уменьшения потерь мощности от перемагничивания и вихревых токов набирают из стальных листов.