Материал: Устройство и эксплуатация автомобильных кранов с электрическим и гидравлическим приводами.

спираль лампы накаливания). Это сопротивление несколько выше, чем при прохождении через тот же потребитель постоянного тока, причем разница становится тем больше, чем больше частота пере­ менного тока. Объясняется это тем, что переменный ток распро­ страняется неравномерно по сечению проводника: плотность его на поверхности выше, чем в середине (явление поверхностного эф­ фекта), и полезная площадь поперечного сечения как бы умень­ шается, что вызывает увеличение сопротивления. При такой безиндуктивной нагрузке ток и напряжение совпадают по фазе, т. е. их максимальные и нулевые значения совпадают по времени.

Включение в цепь переменного тока катушки индуктивности оказывает его прохождению большое сопротивление и вызывает отставание тока от напряжения на угол 90°. Если же в цепь пере­ менного тока включить конденсатор, то ток в ней опередит напря­ жение на 90°. Индуктивность и емкость создают в цепи перемен­ ного тока реактивное сопротивление. Практически в любых цепях переменного тока действуют и активное, и реактивное сопротив­ ления, поэтому ток и напряжение не совпадают по фазе на какой-то угол ф, в общем случае не равный ни 0°, ни 90°. Косинус этого угла равен отношению активного сопротивления цепи (Z), т. е.

COS Ф = R .

Общее сопротивление измеряется в омах и определяется по формуле

z = Ktf2 + (*t-*c)a,

где R — активное сопротивление;

Хь — индуктивное сопротивление;

Х с — емкостное сопротивление.

В электротехнике обычно приходится иметь дело с активным и индуктивным сопротивлениями (обмотки электрических машин).

В цепях переменного тока различают активную, реактивную и полную мощность. Активной называется мощность, развиваемая на активном сопротивлении. Она определяется как произведение действующих значений силы тока и напряжения на cos <р, т. е.

Р = U I •cos ф,

и измеряется в ваттах (Вт).

Реактивная мощность постоянно циркулирует в цепи от источ­ ника к потребителю и полезно не используется. Ее определяют по

ляется по формуле 5 = VI.

Из приведенных формул видно, что отношения активной мощ­ ности к полной —cos ф, и поэтому cos ф называют коэффициентом мощности.

На практике необходимо стремиться к увеличению cos ср, так как при этом большая часть мощности, развиваемой источником, используется на совершение полезной работы.

Для повышения коэффициента мощности параллельно нагрузке в цепь переменного тока включают конденсаторы с таким расчетом, чтобы их емкостное сопротивление было близко к индуктивному сопротивлению цепи. В этом случае общее реактивное сопротивле­

ская недогрузка электродвигателей, повышение напряжения в се­ ти, неправильный выбор типа двигателя. О влиянии нагрузки на

При выборе типа двигателя следует учитывать, что быстроход­ ные мощные двигатели имеют более высокий cos ср, нежели мало­ мощные и тихоходные.

2. ТРЕХФАЗНЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

Помимо однофазного переменного тока, основные свойства которого были рассмотрены выше, в электротехнике находят при­ менение так называемые многофазные системы переменных токов. Всякая многофазная система представляет собой совокупность не­ скольких переменных токов одинаковой частоты, отличающихся друг от друга по фазе. Из всех возможных многофазных систем наиболее широкое и почти исключительное распространение по­ лучила трехфазная система переменных токов, впервые разработан­ ная великим русским инженером-электриком М. О. Доливо-Добро- вольским.

Трехфазной системой переменных токов или просто трехфазным током называется совокупность трех переменных токов одной и той же частоты, отстающих друг от друга на одну треть периода. При этом обычно предполагают, что амплитуды всех трех токов тождественны.

Трехфазный ток обычно образует единую трехфазную цепь. Каждая же отдельная цепь трехфазной системы сокращенно назы­ вается _фазой. Ток каждой такой фазы представляет собой по всем свойствам обычный переменный ток.

Одно из самых важных свойств трехфазного тока состоит в том, что в каждый данный момент времени сумма мгновенных значений входящих в его состав трех однофазных переменных токов равна нулю. Это обстоятельство позволяет трехфазный ток передавать по трем проводам вместо обычных шести.

Трехфазный переменный ток получил широкое распростране­ ние в силу того, что он имеет, как будет показано ниже, ряд пре­

имуществ по сравнению с постоянным током и однофазным пере­ менным током.

Получение трехфазного тока. Трехфазный переменный ток можно получить от так называемых трехфазных генераторов. Устройство трехфазного генератора схематически показано на рис. 97. Он состоит из двух основных частей: неподвижной, назы­ ваемой статором, и вращающейся, называемой ротором. На ста­ торе генератора уложены три одинаковые катушки (/, 2, 3), сме­ щенные одна относительно другой по окружности статора на 120°. Эти катушки называются фазными обмотками.

При вращении ротора, представляющего сильный электромаг­ нит с постоянным магнитным полем, в катушках индуцируются переменные э. д. с. одной и той же частоты, имеющие одинаковые амплитуды, но сдвинутые одна относительно другой на 1/3 перио­ да. Если к каждой из трех катушек генератора подключить на­ грузку, то образуются три цепи однофазного переменного тока, также отличающегося один от другого по фазе на 1 /3 периода. Такое устройство носит название системы трехфазного тока. На рис. 98 показаны кривые, характеризующие изменение этих токов по времени.

Таким образом, каждая из обмоток трехфазного генератора яв­ ляется как бы самостоятельным источником электрической энергии и может замыкаться на свой приемник (потребитель). В этом слу­ чае для передачи энергии требуется шесть проводов и получается так называемая несвязанная трехфазная система, схематически представленная на рис. 99. Такая система не имеет никаких пре­ имуществ по сравнению с однофазной. Поэтому на практике обмот­ ки трехфазных генераторов всегда соединяются по схеме звезды или треугольника.

Соединение звездой. Соединение обмоток генератора (рис. 100), при котором концы их соединяются в одну точку, называется со­ единением звездой. При этом соединительные провода называются линейными, так как они составляют линию для передачи энергии от генератора к потребителю. Провод, соединяющий общие точки фаз генератора и потребителя, называется нулевым.

Токи, протекающие по фазам генератора или приемника, на­ зываются фазными и обозначаются /ф . Токи же, протекающие по линейным проводам, называются линейными и обозначаются /л.

Напряжения между линейными проводами называются линей­ ными или междуфазными и обозначаются U„.

Напряжения на зажимах обмоток отдельных фаз генератора или нагрузки, или, что то же, между каждым из линейных прово­

Существуют определенные соотношения между фазными и ли­

нейными напряжениями'и токами: / ф = /л и Un— V 3 ( /ф .

Таким образом, при соединении по схеме звезды линейные токи (Ал) равны токам в обмотках генератора или в фазах нагрузки,

т. е. фазным^токам ( /ф ) , а действующее значение линейного напря­

жения в У 3 раз больше действующего значения фазного напря­ жения.

Одинаковая нагрузка всех трех фаз называется симметричной или равномерной. Это такая нагрузка, при которой сила тока во всех фазах одинакова и одинаковы сдвиги фаз между фазными э. д. с. и токами. При симметричной нагрузке сила тока в нулевом проводе равна нулю. Примером такой нагрузки является двига­ тель трехфазного тока, соединенный по схеме звезды.

Соединение по схеме треугольника. Соединением по схеме треугольника называется такое соединение фаз генератора или на­ грузки, при котором конец первой фазы соединяется с началом второй, конец второй — с началом третьей и конец третьей — с на­ чалом первой, а узловые точки соединяются с линейными прово­ дами (рис. 101).

При соединении треугольником соотношения между линейными

ифазными токами и напряжениями таковы: и л = Uф , /л = V 3 /ф . Мощность трехфазного тока. Трехфазный ток, как уже указы­

валось выше, есть совокупность трех однофазных токов. Поэтому

Если фазные ток и напряжение выразить через линейные, то активная мощность оказывается одинаковой как для соединения звездой, так и для соединения треугольником:

Р = ]/ 3и л Iл • cos ф = 1,73и л1л cos ф.

В таком виде формула широко применяется для определения активной мощности, развиваемой трехфазным током при равно­ мерной нагрузке фаз.