Файл: Fizika - V. F. Dmitriyeva.pdf

Порівнявши цю формулу з виразами для потужності змінного струму 

(18.53), дістанемо 

^ ' Г і ' ^ ' Г і -

  ( 1 8 5 5 ) 

Аналогічно, діюче значення ЕРС змінного струму в полі менше від йо-

го амплітудного значення: 

Знаючи ефективні значення, середню потужність змінного струму мо-

жна обчислити за тими самими формулами, що й потужність постійного 
струму. Всі вольтметри, призначені для змінного струму, показують ефе-
ктивні значення ЕРС і напруги. 

Коефіцієнт потужності 

Проаналізувавши формулу (18.52), можна сказати, що за цією 

формулою можна обчислювати середню або активну потужність кола 
змінного струму. 

Коефіцієнт

 потужності

 созср характеризує втрати енергії в колі і, 

отже, є найважливішою характеристикою для проектування ліній елект-
ропередачі на змінному струмі. Якщо навантаження в колі мають великі 
ємнісні або індуктивні опори, то  ф ^ О і Ш8ф може бути набагато мен-
ший від одиниці. Щоб передати потрібну потужність, треба збільшити 
силу струму /

е

ф, що призводить до виділення в колі великої кількості те-

плоти. Тому доводиться або збільшувати переріз проводів, або так розпо-
діляти навантаження, щоб соз

 ф

 був якомога ближчий до одиниці. Проек-

туючи лінії електропередачі, слід прагнути до підвищення коефіцієнта 
потужності. 

§ 168. Генератори струму 

Генератори електричного струму - це пристрої перетво-

рення різних видів енергії - механічної, хімічної] теплової, світлової тощо -

в електричну. 

Робота сучасних генераторів грунтується на

 явищі електромагнітної 

індукції.

 На рис. 18.15,

 а

 зображено найпростішу схему генератора змін-

ного струму. У рамці, яка обертається в магнітному полі, виникає 

420 

їм піна ЕРС індукції. Якщо 

коло замкнути, то в колі 
проходитиме змінний струм. 

Із зовнішнім колом рамка 

і (днується

 кільцями

, закріп™ 

пеними на одній осі з рамкою. 

Ча допомогою нерухомих ков-

ших конактів-щіток кільця 
Гєднуюіься із зовнішнім ко-

ном. За один оберт рамки 
полярність щіток змінюється 

двічі.

 Щоб збільшити напругу, 

яку знімають з клем генератора, на рамки намотують не один, а багато 
іштків. У всіх промислових генераторах змінного струму витки, в яких 
індукується змінний струм, установлюють нерухомо, а обертається магнітна 

система. Нерухому частину генератора називають

 статором

, а рухому -

ротором

. Якщо ротор обертати за допомогою зовнішньої сили, то разом з 

ротором обертатиметься і магнітне поле, яке він створює, при цьому в 
провідниках статора індукується ЕРС. 

Електрогенератори, які працюють з гідротурбінами, називають

 гідро-

. снераторами

, а ті, що працюють з паровими турбінами, -

 турбогенера-

торами. 

Тепер статори генераторів виготовляють з тонких, листів електротехнічної 

сталі, що мають вузьку петлю гістерезису, набраних у пакет і скріплених 
болтами. Ротор складають з товстих стальних листів і насаджують на 
спільний вал з турбіною. 

У генераторі змінного струму ЕРС двічі за один оберт змінює на-

прям. Щоб добути постійний за напрямом струм, застосовують спеціаль-
ний пристрій, який називається

 колектором

. Найпростіший колектор - це 

два ізольовані один від одного півкільця, до яких приєднують кінці вит-

ка (рис. 18.15,

 б).

 У ті моменти, коли струм у витку змінює напрям, пів-

кільця змінюють щітки, У зовнішньому колі проходить струм однако-
вого напряму. На рис. 18.16 показано, як змінюється напруга, що зніма-

сться з цього колектора. Такий генератор дає пульсуючий струм; його 

напрям постійний, але сила змінюється. Якщо замість одного витка 

одночасно обертати велику кількість витків, 

(Ц то можна добути струм, який не змі-

нюється не тільки за напрямом, а й за 
значенням. Такий колектор складений з 

Г великої кількості ізольованих одна від 

Рис» 18»! б 

одної пластин. 

421 

§ 169. Трансі 

Трансформа тор 

(18.59) 

.  1 8 . 1 7 

422 

Напруга на кінцях вторинної обмотки трансформатора так відноситься 

до напруги на кінцях його первинної обмотки, як кількість витків вторин-

ної обмотки відноситься до кількості витків первинної обмотки. 

Коефіцієнт трансформації 

Відношення  к ~ М

{

/ N

2

 називають

 коефіцієнтом транс-

формації.

 Якщо на вторинній обмотці витків більше, то трансформатор 

називають

 підвищувальним

 (І

¥

2

>

А

Г

|), якщо менше -

 знижувальним 

(м

г

<м

х

). 

Якщо трансформатор навантажений, то спадом напруги у вторинній 

обмотці порівняно з ЕРС індукції нехтувати не можна, тому вираз (18.59) 
має складніший характер. 

ТИПИ

 трансформаторів 

Є також конструкції трансформаторів, в яких частина пер-

винної обмотки є вторинною або навпаки (рис. 18,18). Такі трансформа-

тори називають

 автотрансформаторами

. Якаю один з контактів авто-

трансформатора зробити рухомим, то можна плавно змінювати вихідну 

напругу, Один з типів трансформаторів, які використовують у лаборатор-
них дослідженнях, називають ЛАТР. 

Для добування в лабораторних умовах змінного струму високої напру-

ги завдяки енергії постійного струму застосовують трансформатор особ-

ливої конструкції, який називають

 індукційною котушкою Румкорфа.

 Ця 

котушка дає можливість добути між кінцями вторинної обмотки напругу 

близько 10 кВ. 

У процесі роботи трансформатори нагріваються, тому їх треба охоло -

джувати. Малопотужні трансформатори охолоджують повітрям, потужні -

мінеральним трансформаторним маслом; Для цього осердя з обмотками 
занурюють у масло, а зовні корпусу встановлюють масляні 
радіатори, через які пропускають або холодне повітря, або 
воду. 

Потужність сучасних трансформаторів досягає 1000 МВт, 

напруга підвищувальних обмоток 750 кВ. При таких парамет-
рах розміри стального осердя і обмоток великі, і такі транс-
форматори є величезними спорудами масою в сотні тонн. 

Трансформатор - найсучасніший перетворювач енергії, 

коефіцієнт корисної дії потужних трансформаторів досягає 
94-99 %. Рис. 18.18 

ч 

423 

§170. Струми високої частоти 

Струми, які мають частоту 50-10 000 Гц, називають

 струма-

ми низької частоти

, струми, частота яких перевищує 10 000 Гц -

 стру-

мами високої частоти. 

Якщо в однорідному провіднику із сталим поперечним перерізом про-

ходить постійний струм, то густина струму однакова в різних точках пе-
рерізу провідника. Якщо проходить змінний струм, то в цьому разі густи-
на струму не буде однаковою по перерізу: вона найбільша на поверхні і 

найменша на осі провідника. Її нерівномірність тим більша, чим товщий 
провідник і чим більша частота змінного струму, а за дуже великих час-
тот струм практично існує лише в тонкому поверхневому шарі. Це явище 
називають

 скін-ефектом

 (від англ. "скін" - шкіра). Воно пояснюється 

виникненням вихрового електричного поля електромагнітної індукції. 

Для таких струмів суцільні проводи можна замінювати тонкостінними 

трубками-хвилеводами, які покривають шаром срібла, що добре прово-
дить струм, оскільки їх опір практично зумовлений лише поверхневим 
шаром. Це явище широко застосовують у радіотехніці надвисоких частот. 

Тепер струми високої частоти застосовують для швидкого прогрівання 

і плавлення металів, поверхневого гартування стальних виробів, прогрі-
вання діелектриків, сушіння деревини, харчових продуктів, у медицині -
для прогрівання уражених органів тіла людини. 

Розглянемо приклад поверхневого гартування стальних виробів. За до-

сить високої частоти струми зосереджуються біля поверхні деталі, яку 
гартують, за короткий час її прогрівають, а всередині метал не досягає 
температури гартування. Поверхня деталі після гартування набирає потріб-
ної твердості і не стає крихкою, бо всередині неї метал не гартувався. 

§ 171. Поняття про трифазний

 струм 

Трифазною системою електричних кіл називають систему, 

що складається з трьох електричних кіл змінного струму однакової час-

тоти, ЕРС яких зсунуті за фазою на 1/3 періоду.

 Якщо амплітуди ЕРС 

однакові між собою, то систему називають

 симетричною.

 Кожне окреме 

коло трифазної системи скорочено називають

 фазою. 

До 90-х років XIX ст. використовували однофазний струм, від генератора 

до споживача йшла лінія з двох проводів. Проте спроби створити потужні 
електродвигуни однофазного струму були невдалі, тому довго змінний 
струм застосовували переважно для освітлення. В кінці 80-х років XIX ст. 
італійський учений Г. Ферраріс і сербський електротехнік Н. Тесла незалеж-
но один від одного розробили теорію використання багатофазного струму. 

424