Демонстрация сдвига фаз между током и напряжением. Реле максимального тока

Для проведения этой демонстрации необходимы были два осциллографа или двухлучевой электронный осциллограф, или же один осциллограф, но с применением электронных или механических коммутаторов. Однако сдвиг фаз можно наблюдать на более простом опыте, для проведения которого необходим любой однолучевой электронный осциллограф.

Собираем схему, представленную на рисунке 87. Реостат, бумажный конденсатор (4 мкф) и индуктивность (катушка от трансформатора) включаются последовательно. Параллельно конденсатору и параллельно катушке ставят выключатели. Входные зажимы электронного осциллографа присоединяем к реостату. Посередине экрана осциллографа укрепляем полоску из красной бумаги. Замкнув ключи K₁ и К₂. подаем на реостат, а следовательно, и на осциллограф напряжение из сети. Пусть частота развертки осциллографа будет 30 гц. Ручку ослабителя ставим на цифру 1:100 (снижением напряжение в 100 раз).

Рис. 87. Схема установки для демонстрации сдвига фаз между током и напряжением

Известно, что электронный осциллограф с электростатической трубкой реагирует только на поданное напряжение. Но напряжение на реостате всегда совпадает по фазе с током через реостат. Поэтому получающаяся осциллограмма будет и графиком тока.

Получив на экране осциллографа синусоиду (график сетевого напряжения), перемещаем луч так, чтобы максимум графика был в середине экрана, против красной полоски (рис. 88,а). Введем в цепь индуктивную катушку, размыкая ключ К₂. Ток, пропущенный через реостат, будет отставать по фазе. Напряжение на реостате также отстанет по фазе от сетевого напряжения, и на экране осциллографа максимум окажется правее красной полоски (рис. 88,6). Одновременно заметим, что и амплитуда уменьшилась вследствие введения реактивного сопротивления.

Рис. 88. График сетевого напряжения

Автоматическое регулирование напряжения в автомобильных генераторах постоянного тока. В автомобильных генераторах регулирование напряжения производится с помощью реле-регулятора. Электрическая схема модели реле-регулятора представлена на рисунке 89. Обмотка электромагнита должна содержать не менее 1000 витков проволоки 0 0,3 мм. При меньшем числе витков указанной обмотки ток не возбуждается.

Рис. 89. Электрическая схема модели реле-регулятора

Якорь 2, сделанный из упругой стальной пластинки, должен достаточно надежно касаться контактного винта 3.

Место контакта должно быть хорошо зачищено. Все детали модели реле-регулятора нами выкрашены в черный цвет и укреплены на светлой панели.

Для проведения опыта берут любой автомобильный генератор и включают его в цепь реле-регулятора, как показано на том же рисунке 89. Демонстрационный вольтметр соединяют со щетками генератора. Реостат R вводится в цепь обмотки возбуждения машины последовательно.

Принцип работы реле-регулятора следующий. С увеличением напряжения, возникающего в обмотке генератора, увеличивается и ток. Когда ток достигнет предельной величины, то якорь реле 2 притянется к электромагниту 1, а в цепь обмотки возбуждения будет введен реостат R. Напряжение в обмотке генератора начнет уменьшаться. Но тогда электромагнит реле отпускает якорь, и реостат вновь замкнется накоротко. Ток в цепи возбуждения возрастает, и напряжение машины вновь увеличивается. Так возникающее напряжение будет колебаться около некоторого среднего значения.

Величина сопротивления реостата R влияет также на частоту колебаний якоря реле. Чем чаще колеблется якорь, тем более постоянным будет напряжение машины. Частота колебаний якоря зависит и от упругости пружины.

Магнитный пускатель. Для дистанционного управления электродвигателями в настоящее время получили распространение магнитные пускатели. Схема действующей модели магнитного пускателя представлена на рисунке 90. Все части модели укрепляют на вертикальной панели, а их соединение выполняют цветными проводами. Катушка 1, которая надевается на сердечник электромагнита Ш-образной формы, состоит из 1000 витков провода Ø 0,2 мм. Железный якорь 2 находится от электромагнита на расстоянии 5 мм, но не меньше. Если это расстояние сделать меньше, то может случиться, что при поднятии якоря 2 вверх не будет хорошего контакта между неподвижными 5 и подвижными 4 пластинами.

Рис. 90. Электрическая схема действующей модели магнитного пускателя

Горизонтально расположенные упругие пластинки 4 насаживаются на изолирующую пластинку 3 из текстолита или другой прочной пластмассы. Неподвижных контактов 4 пары. Верхние из них называются блок-контактами 6. Они подключены параллельно пусковой кнопке 7. Кнопка остановки 8 включается последовательно с пусковой кнопкой 7; таким образом, обе кнопки включаются последовательно с электромагнитом 1. Напряжение (трехфазное) сети подают на зажимы, расположенные на панели слева, а двигатель подключают к правым зажимам.

После нажатия пальцем на кнопку пуска 7 электромагнит 1 притянет к себе якорь 2. Вместе с якорем поднимаются четыре подвижные пружинящие пластины 4. Когда подвижные пружинящие пластины соединят неподвижные, двигатель начнет работать. Одновременно блок-контакты 6 замыкают накоротко пусковую кнопку, и можно убрать палец от пусковой кнопки 7, а двигатель будет продолжать работать. Если нажать на кнопку остановки, то цепь электромагнитов размыкается, якорь отпадает и контакты цепи двигателя размыкаются.

Выяснив принцип работы магнитного пускателя, можно продемонстрировать следующее интересное свойство его. Выключим рубильник на распределительном щите. Электромагнит пускателя размагничивается, якорь отпадает, двигатель останавливается. Если вновь включить рубильник, то двигатель не придет в движение до тех пор, пока мы не нажмем пусковую кнопку. Если бы двигатель включался в сеть без пускателя, то, как только с электростанции было бы подано напряжение, двигатель начал бы вращаться «сам собой», что представляло бы большую опасность для рабочего.

Реле максимального тока. Реле максимального тока, или автомат максимального тока, служит для выключения различных электрических установок при их перегрузке.

Принцип действия реле максимального тока можно понять, если рассмотреть установку, изображенную на рисунке 91. Основными деталями установки являются электромагнит 1 и поворачивающийся якорь 2. Для электромагнита можно использовать катушку от школьного разборного трансформатора, вставив в нее железный сердечник. Поворачивающийся якорь 2 можно сделать из полоски жести, согнув ее под прямым углом. Полоска насаживается на круглый медный стержень 3, закрепленный в штативе 4.

Рис. 91. Установка для демонстраций действия реле максимального тока

Около якоря укрепляют неподвижный контакт 8, при соединении с которым якорь замыкает цепь. Электромагнит 1, потребитель— мощная лампа или двигатель, реостат 6 и амперметр 7 включаем в цепь последовательно. Если сопротивление цепи уменьшится (в данной установке уменьшаем сопротивление реостата), то ток увеличится. Наконец, наступает такой момент, когда под влиянием сил поля электромагнита якорь притянется к нему и цепь окажется разомкнутой.