3-17. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛОГРАФ-

ПРИБОР ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

Изменение тока при включении и выключении генера­тора или нагрузки происходит, как правило, очень быстро {LR—Мало). При помощи обычных стрелочных ампермет­ров и вольтметров нет никакой возможности проследить за быстро происходящими изменениями тока и напряжения.

Вместе с тем иногда бывает очень важно знать, как про­текает переходный процесс.

рис. 3-49. устройство магнитоэлектрического осциллографа.

По тонкой петельке JJ из проводов проходит ток, подлежащий наблюдению, ∏e∙ телька расположена между полюсами маленького, но сильного машита М. При протекании тока петелька слегка поворачирается. Вместе с петелькой поворачи* вается и маленькое зеркальце 3, прикрепленное к ней. Поворот зеркальца (даже очень маленький) приводит к заметному смещению точки падения луча на барабан. При равномерном вращении барабана луч вычерчивает на его поверхности зависи­мость тока, протекающ’^го через петлю, от времени Вследствие малых размеров

Петли и зеркальца они успевают следовать за всеми изменениями тока.

Для этой цели разработаны специальные приборы, за­писывающие световым лучом на фотографической пленке весь ход изменений тока (или напряжения).

ооо о (,рис 3-50. осциллограммы переходных процессов в цепи, содержащей индуктивность и сопротивление. а — включение цепи и ее выключение, сопровождающееся горением дуги, б—включение цепи и разрыв тока, произошедший из-за распл явления предохранителя. на всех осциллограммах проведена горизонтальная прямая, от которой нужно отсчитывать отклонение луча, записывающего ток.

На рис. 3-49 объясняется действие одного из таки. х при­боров, называемого магнитоэлектрическим осциллографом.

На рис. 3-50 показаны фотографии (осциллограммы), записанные магнитоэлектрическим осциллографом. Они изображают переходные процессы.

3-18. ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

В магнитном поле заключена энергия — мы пришли к этому выводу, наблюдая возможность совершать механи­ческую работу за счет энергии, запасенной в магнитном поле, наблюдая передачу механического воздействия через посредство магнитного поля и т. п. (см. первые параграфы этой главы).

Из всех наблюдений за электрической цепью, содержа­щей индуктивность, можно также отчетливо убедиться, что в магнитном поле заключена энергия.

В самом деле, как иначе можно объяснить передачу энергии из одной цени в другую посредством индуктивной связи (рис. 3-51—3-52)?

Запасом энергии в магнитном поле легко объяснить и мощное образование дуги при выключении цепи с большой индуктивностью; в цепи с током существовало магнитное поле, в магнитном поле была заключена энергия; мы раз — 153

Ваем цепь — ток исчезает, исчезает и магнитное поле, !начит, исчезает и энергия.

Но есть незыблемый закон сохранения энергии; энергия жет переходить из одной формы в другую (из тепловой (лектромагнитную, из химической в тепловую и т, д.), но гргия не может исчезнуть.

навезенный тон,рис. 3-51. электрическая лампочка ярко светится под действием э. д. с. взаимной индукции. источник питания держится только 'в первичной цепи, следовательно, энергия передается через магнитное поле, индуктивно связывающее две цепи.

Мы разрываем цепь тока; исчезающая энергия магнит — >го поля выделяется при горении дуги (или при образова — 1И искры), раскаляя воздух, оплавляя ножи рубильника т. д.

Сравните эти явления с теми, которые можно наблю — ать при торможении железнодорожного состава, при тор­можении маховика: в железнодорожном составе запасена энергия движения (кинетическая энергия); остановка со­става связана с исчезновением этой энергии; при торможе­нии эта исчезающая энергия выделяется главным образом в нагреве тормозных колодок и бандажей колес (вероятно, всем известно, как греются тормоза. Посмотрите вечером на колеса заторможенного железнодорожного состава; от колодок отрываются мелкие частицы металла, раскаляе­мые при трении колодок о бандажи).

0/п генера-торапервое
катушва
сердечник из стальных листоврис. 3-52. в простейшем трансформаторе цепь источника энергии генератора замкнута на одну катушку; цепь потребителя присоединена ко второй катушке, как к генератору.
обе катушки посажены на общий стальной сердечник изменения тока в первой катушке сопровождаются изменениями магнитного потока в сердечнике- изменяющийся магнитный поток наводит э. д. с. во второй катушке. к ней можно присоединять нагрузку, как к генератору.
h hompesa-
телю
вторая
катушка

Всем известно, что из-за этой же энергии движения всегда затруднено трогание с места; поезд и автомобиль могут лишь постепенно набирать скорость, так же как они только постепенно могут снижать скорость.

Энергией магнитного поля объясняется и постепенность нарастания электрического тока в цепях с заметной индук­тивностью: нарастание тока в такой цепи связано с накоп­лением энергии в ее магнитном поле, а накопление энергии происходит лишь постепенно. Длительность протекания переходных процессов в электромагнитных системах значи­тельно меньше длительности переходных процессов в обыч­ных механических системах (ток нарастает и исчезает в электрической цепи значительно быстрее, чем развивает скорость и останавливается автомобиль или железнодо­рожный состав).

Энергия магнитного поля (ITJ в цепи электрического тока выражается такой формулой

-l-p
г.

Она равна половине произведения собственной индуктив­ности и квадрата тока.

равна 2 гн. требуется под- lΓj, при протекании тока /,Пример 1. Индуктивность цепи L Считать энергию магнитного поля цепи равного 100 А (ср. пример 1 § 3-16).

Решение. По приведенной выше формуле находим:

LI^ _ 1

W ~~2——- ∙2∙100-= 10000 джоулей или ватт-секунд.

Пример 2. Вычисли. м энергию двухпроводной воздушной ли­нии, имеющей индуктивность 1,2 Мгн/км (ср. пример 2 § 3-16), когда по линии протекает ток короткого замыкания /^g=IOOOOa.

Решение.

w.1

I = — J — 1,2-10’’ Гн (10^’ β)2= 6∙10"* AmCeκKM.

Пример 3. Пусть сопротивление линии, рассмотренной в пре — ыдущем примере, R = 0,2 Ом/км и, следовательно, для поддержа­на тока 10 000 А нужно всего 2 000 В (если ток не меняется и, 1ачит, нет э. д. с. самоиндукции).

Спрашивается: сколько времени нужно для накопления энергии, ычисленной в предыдущем примере при постоянном напряжении = 2 000 в и среднем токе, равном 1/4 установившегося, т. е. при оке

1 о 000 а = 2 500 а?

■ср

мощность, отдаваемая ис-1

Решение. Мы знаем, что средняя очником постоянного напряжения,

Следовательно, энергия, подведенная от источника, lP=P.∕ = t∕√,p. t

Сели бы вся эта энергия шла на создание магнитного поля, Мы Логли бы составить такое равенство:

откуда
6-10^ βmcezc,= 2 000“2 500'в« - ≈ ’2 миллисекунд.
t∕∙∕,,ср

T е. 12 тысячных доли секунды.

Этот пример, конечно, очень грубый: у нас нет никаких оснований предполагать, что среднее значение тока составляет ‘/л установившегося, кроме того, мы не учли такого важного обстоятельства — не вся посту­пающая от генератора энергия идет на создание магнитного поля, зна­чительная часть этой энергии рассеивается в форме тепла (в соответст­вии C законом Ленца — Джоуля).

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *