Буду электротехником - Якобсон Авсей Хананович 3 стр.

—            А в каких случаях происходит сильное увеличе­ние тока в цепи? — заинтересовались мы.

Монтер объяснил, что ток сильно увеличивается, когда на каком-либо участке проводки нарушается изоляция между проводами, находящимися под на­пряжением, и происходит их непосредственное соеди­нение. Такое соединение называется коротким замыка­нием. При коротком замыкании ток в цепи достигает очень большой величины, что опасно для источников тока и проводки.

Ток в проводах может значительно увеличиться и в том случае, если включена слишком большая на­грузка, например, очень мощная электрическая плит­ка или чрезмерно большое количество ламп. Предо­хранители и в этом случае выполняют свою роль: при перегрузке они перегорают, обрывая цепь тока.

Не успел монтер закончить свое объяснение, как в домах и на территории лагеря вспыхнули яркие элек­трические огни. Мы поняли, что в линию включили на­пряжение.

Этот день был большим праздником для всего ла­геря. Начальник лагеря на торжественной линейке поблагодарил монтеров и пионеров, принимавших уча­стие в электрификации лагеря. Но в лагере осталось еще много дел для электриков. Вновь в каждом отря­де заработали пионерские электротехнические брига­ды. Теперь уже бригадирами были сами пионеры. Все­ми бригадами руководил вожатый второго отряда — электротехник по специальности.

Помню, как он пришел в домик нашего отряда и принес с собой большой сверток. Это была завернутая в бумагу новенькая, сверкающая хромировкой лю­стра. У нее было пять рожков с лампочками. Вожатый сказал, что люстру нужно подключить вместо лампы, которую подвесили монтеры.

—            Как, ребята,— спросил он,— сумеете сделать эту работу?

Мы ответили утвердительно.

—            Смотрите, ведь это дело не простое. Люстру нужно присоединить так, чтобы можно было включать либо две лампы, либо три лампы, либо, наконец, все пять.

—            Ничего, справимся,— решили мы.

Вожатый рассказал, что для люстры вместо обык­новенного выключателя можно применить переклю­чатель, или сдвоенный выключатель, и нарисовал схему.

—            Как видите,— сказал он,— в проводке, которая у вас имеется, к лампе и выключателю подходит по два провода. А из схемы включения люстры видно,

что от люстры к сдвоенному выключателю должен подходить еще один провод. По внешнему виду сдво­енный выключатель почти не отличается от обыкно­венного перекидного выключателя. Но в его корпусе находятся два независимых выключателя, и каждый из них может включаться и выключаться самостоя­

тельно при помощи отдельного перекидного рычажка. Как видно из схемы, когда оба эти рычажка подня­ты — все лампы люстры погашены; при повороте верх­него рычажка загораются две лампы, а при повороте нижнего — еще три.

—            Как же провести дополнительный провод к лю­стре? — спросил кто-то.

—            Это довольно просто,— ответил вожатый.— От­резают кусок шнура нужной длины и развивают его на два отдельных провода. Смотав провод в клубок, отвязывают шнур проводки от роликов и обматывают его проводом с клубка. В результате получается трех­жильный шнур. После этого в соответствии со схемой подключают провода к сдвоенному выключателю и к люстре, снова надевают шнур на ролики и привязы­вают его к ним.

Выслушав вожатого, мы приступили к подвеске люстры. Прежде всего вывернули пробки из предохра­нителей на щитке, чтобы не работать иод напряжени­ем. Затем, взобравшись на стремянку, обрезали провода, идущие к лампе от потолочного патрона. Сняли

патрон с розеткой, ввернули крючок для люстры и от места подключения люстры к выключателю проложили добавочный провод. Сам выключатель, который теперь уже оказался ненужным, мы отсоединили и от­вернули от розетки.

Наконец, мы подготовили концы проводов для под­ключения и присоединили их к люстре и к сдвоенно­му выключателю.

Итак, все готово! Один из нас снова ввернул проб­ки в предохранители на щитке и повернул левый рычажок выключателя люстры. И вдруг — кр-рак! Раздался треск, из выключателя посыпались искры, и в доме погас свет.

—            Вот так штука! — сказал я растерянно.

—            Это короткое замыкание,— догадались мои то­варищи.— Надо сменить предохранители!

Мы так и сделали. Но не успели до конца ввернуть вторую пробку; как снова — кр-рак! На этот раз искры посыпались из предохранителя.

Только теперь мы сообразили, что нужно сначала устранить неисправность в проводке и лишь после этого ввертывать новые предохранители.

«Вероятно, мы перепутали концы проводов, под­ключенных к люстре»,— подумал я и, отключив их, ввернул новые пробки.

Теперь они уже не перегорели, и в доме снова за­жегся свет. Итак, наше предположение оказалось пра­вильным. Пришлось тщательно проверить все соеди­нения по схеме. При этом выяснилось, что один из про­водов был подключен к люстре неверно. Ошибка была исправлена, и на этот раз люстра зажглась.

После этого задания наша бригада устанавливала новые штепсельные розетки для включения настоль­ных ламп и утюгов и удлиняла шнуры для различных приборов, чтобы ими было удобнее пользоваться.

Кроме того, нам поручи­ли установить звонок с пи­танием от сети. Вожатый сказал, что в этом случае придется использовать зво­нок с трансформатором. Нам рассказали, что не вся­кий ток может быть преоб­разован трансформатором. И вожатый стал нас зна­комить с генераторами пе­ременного тока. Он нари­совал устройство простей­шего генератора. Это был постоянный магнит, между полюсами которого вра­щается проводник, согнутый в виде рамки. Концы про­водника рамки присоединя­лись к двум изолированным друг от друга медным коль­цам, по которым скользи­ли угольные щетки. К щет­кам подключали нагруз­ку — например, лампочку.

Мы заинтересовались, отчего же возникает ток в генераторе и почему он переменный? Вожатый на­чал рассказывать нам о свойствах магнита. Он принес обычный подково­образный магнит, накрыл его листом бумаги и на­сыпал на него немного железных опилок. Мы увидели, что опилки рас­положились на бумаге не как попало, а в определенном порядке. Они как бы выстроились вдоль каких-то не­видимых нам линий. Эти линии называются магнит­ными силовыми линиями. Каждая из железных части­чек, попадая в пространство между полюсами магнита (его называют магнитным полем), становится похожа на крошечную стрелку компаса.

Известно, что зачерненный конец стрелки компа­са показывает на Северный полюс Земли, а светлый

конец — на Южный. Так вот, если поднести стрелку компаса к по­люсам магнита, то ее зачерненный конец бу­дет направлен на так называемый северный полюс магнита, а дру­гой полюс магнита бу­дет южным. В этом легко убедиться, подне­ся к нему компас.

— Вот, — продол­жал вожатый,— запо­мните, что магнитные силовые линии распо­лагаются в пространстве по направлениям, строго зависящим от располо­жения полюсов магнита. Получается, что силовые линии как бы выходят из северного полюса магнита и входят в его южный полюс. Теперь вернемся к на­шему генератору. Когда его рамка вращается, то благодаря замечательному явлению — электромагнит­ной индукции — в проводнике рамки, пересекающем магнитные силовые линии, возникает ЭДС и ток.

Если проводник движется вдоль магнитных сило­вых линий, то ЭДС и ток в нем не возникают. Для получения ЭДС и тока необходимо, чтобы магнитные силовые линии обязательно пересекали проводник. При этом направление ЭДС и тока строго зависит от направления движения проводника и направления пересекаемых им магнитных силовых линий. Чтобы лучше это понять, вспомните про то, как плуг пашет землю. Когда трактор тянет плуг вперед, его лемеха вонзаются в землю и отбрасывают ее на правую сто­рону в направлении, перпендикулярном направлению движения плуга. Подобно этому и магнитные силовые линии, пересекая проводник, как бы перемещают его свободные электроны в одну сторону (то есть создают ток) в проводнике.

Направление тока (или ЭДС) в проводнике, пере­секающем магнитные силовые линии, можно опреде­лить так. Ладонь правой руки надо расположить таким образом, чтобы магнитные силовые линии как бы вонзались в нее, то есть так, чтобы рука была как бы обращена ладонью к северному полюсу магни­та. При этом отведенный большой палец следует на­править в сторону движения проводника, тогда остальные пальцы покажут направление тока или ЭДС в проводнике.

Если мы воспользуемся этим правилом и попро­буем определить направление тока в рамке нашего генератора, в случае, если она вращается по часовой стрелке, то увидим, что в проводнике рамки, пересе­кающем силовые линии вблизи северного полюса магнита, ток будет идти в направлении «от нас», а в другом проводнике, проходящем в это время около южного полюса, ток будет идти в направлении «на нас». Значит, ток будет обходить рамку по ее пери­метру сначала в одном направлении, а через пол-оборота рамки в обратном направлении и т. д.

Вот потому-то через лампочку и проходит пере­менный ток. В течение каждого оборота рамки ЭДС и ток дважды изменяют свое направление. При этом

величина тока изменяется от нуля до некоторого наи­большего значения. Оказывается, что величина тока (или ЭДС), возникающего в рамке генератора, зави­сит от размеров рамки и скорости ее вращения. Чем больше оборотов делает наша рамка в одну секунду, тем больше ЭДС и ток. Чем больше длина провод­ника рамки, пересекающего магнитные силовые ли­нии, тем больше ЭДС и ток. Поэтому в обычных гене­раторах применяют не одну вращающуюся рамку, а много последовательно соединенных рамок (витков). Причем их располагают не в воздухе (как в нашем простейшем генераторе), а в неглубоких пазах рото­ра, набранного из тонких стальных листов. Благодаря этому число силовых линий, проходящих между полю­сами магнита, увеличивается, что также приводит к увеличению ЭДС и тока генератора. Наконец, в обычном генераторе вместо постоянного магнита применяют электромагниты, расположенные по окруж­ности его станины, что позволяет получать большие ЭДС и токи. Ток от такого генератора может питать сеть освещения.

—                 Но почему же лампочки в сети освещения не мигают, если переменный ток все время то появляется, то исчезает? — спросил кто-то из ребят.

—                 А потому,— ответил вожатый,— что изменения тока в сети происходят быстро. Раскаленная нить лампочки не успевает остыть, и мы не замечаем мель­каний. Но если бы мы стали вращать ротор нашего генератора помедленнее, то мерцание лампочки ста­ло бы заметным. За каждый оборот ротора лампочка вспыхивала бы дважды.

— То, что переменный ток (в отличие от постоянного) такой изменчивый, не является его недостат­ком, — продолжал вожатый. — Наоборот, именно благодаря этому такой ток можно легко трансформи­ровать, то есть преобразовывать при помощи транс­форматоров. Вот сейчас я расскажу вам о трансфор­маторе.

И мы узнали, что простейший трансформатор состоит из двух обмоток, расположенных на сердеч­нике, набранном из тонкой листовой стали.

Как же работает трансформатор? А вот как. Когда по одной из его обмоток проходит ток, то вокруг ее витков (как и вокруг любого проводника с током), а также и в сердечнике трансформатора создаются магнитные силовые линии. С увеличением тока число линий растет, и они охватывают все большее простран­ство вокруг обмотки. С уменьшением тока число маг­нитных силовых линий уменьшается, и они стяги­ваются к проводникам обмотки. А когда ток стано­вится равным нулю, магнитные линии исчезают совсем. Так вот, если в обмотку подать переменный ток, то будет все время изменяться и число магнит­ных силовых линий и их расположение вокруг об­мотки.

При этом линии будут пересекать витки другой обмотки трансформатора. Здесь мы опять сталкива­емся с явлением электромагнитной индукции. Когда магнитные силовые линии пересекают витки обмотки, в ней наводится ЭДС. Если к этой обмотке подклю­чена нагрузка (например, лампочка), возникает ток. Сердечник трансформатора служит для увеличения числа магнитных силовых линий, создаваемых током, питающим трансформатор.

Трансформаторы бывают понижающие и повы­шающие.

У понижающего трансформатора обмотка, в кото­рой много витков тонкой изолированной проволоки, называется первичной, а другая, в которой значитель­но меньшее число витков более толстой изолирован­ной проволоки,— вторичной. При подключении пер­вичной обмотки трансформатора к источнику перемен­ного тока в его вторичной обмотке создается ЭДС меньшая, чем у источника тока. Но зато имеется воз­можность получать значительно большую силу тока, чем сила тока в первичной обмотке.

Трансформаторы используются не только для понижения ЭДС или электрического напряжения, но и для повышения их.

Для этого применяют трансформаторы, у которых в первичной обмотке меньше витков, чем во вторич­ной. Когда к первичной обмотке такого трансфор­матора подводят напряжение, то на концах его вторичной обмотки появляется повышенная ЭДС и, соответственно, напряжение. Трансформаторы можно увидеть на электростанции, трансформаторной под­станции, на любом заводе, в радиоприемниках, телеви­зорах и во многих других приборах и устройствах.

—            Вот теперь, прежде чем заняться установкой электрического звонка,— сказал вожатый,— посмот­рим, как он устроен. Вот вам звонок, разберите его и давайте вместе рассмотрим его основные детали. Вы видите, внутри звонка находится сердечник, на­бранный из тонких стальных пластин. Такой сердеч­ник называют Ш-образным, потому что его основные пластины похожи на букву «Ш». У нашего сердечника средняя палочка буквы «Ш» немного укорочена по сравнению с остальными. На боковых палочках бук­вы «Ш» надеты две катушки с обмотками. Одна из них (первичная) предназначена для подключения к сети, а другая (вторичная)—к кнопке звонка. Сверху буква «Ш» накрыта перекладиной, собранной из прямоугольных стальных пластинок. Концы этого пакета плотно прилегают к боковым палочкам основ­ного Ш-образного сердечника. Между средней палоч­кой и перекладиной имеется воздушный зазор. Сбоку средней палочки расположена стальная пружинка, несколько перекрывающая воздушный зазор. К ней прикреплен молоточек. В нижнюю чашку корпуса звонка ввинчивается регулировочный винт, при помо­щи которого можно изменять положение пружинки и приближать или удалять молоточек от чашки звон­ка. Первичную обмотку подсоединяют к сети. При этом через нее проходит переменный ток, сердечник намагничивается, и стальная пружинка с молоточком начинает колебаться. Но эти колебания так слабы, что молоточек не достает до чашки. А вот если на­жать на кнопку, подключенную к вторичной обмотке,то пружинка начнет колебаться значительно сильнее. Теперь уже молоточек будет бить по чашке звонка: и мы услышим звон. Сейчас я вам объясню, почему усиливаются колебания пружинки и молоточка звонка при нажатой кнопке,— и вожатый нарисовал схему звонка.— Ток в сетевой обмотке создает в Ш-образном сердечнике магнитные силовые линии. Эти ли­нии проходят главным образом через крайние палоч­ки буквы «Ш» и почти не проходят через среднюю палочку, так как воздушный зазор представляет для них большое сопротивление. При этом и через стальную пружинку магнитные силовые линии почти не проходят и поэтому она колеблется очень слабо.