Т-184. Электричество помогает электричеству. В производстве, распределении и использовании электрической энергии участвует много вспомогательных электрических приборов. Неприметные со стороны, они решают очень важные задачи, например, собирают информацию о работе электрических систем, по указанию диспетчера или автоматически меняют режим электрических машин и аппаратов, защищают их от опасных перегрузок, подают предупреждающие аварийные сигналы, включают, выключают или переключают электрические сети и машины, в том числе дистанционно — с пульта управления.
На первый взгляд может показаться, что какие-то из названных операций не заслуживают серьёзного внимания: что нового можно, например, узнать о давно всем знакомом выключателе? Вместе с тем специальный выключатель — незаменимый работник электрической команды, в сетях, где циркулируют мегаватты мощности и действуют напряжения в десятки и даже в сотни тысяч вольт. Это непростой аппарат, он совсем не похож на простенькие выключатели на стенах вашей квартиры. Но даже в этих простейших представителях коммутирующей, то есть переключающей, техники можно заметить общие для неё проблемы.
ВК-231.В системе передачи цвета многое изобретено и придумано, его вполне хватило бы, чтобы всех жителей страны сделать почётными академиками. Сейчас для цветного ТВ не нужны три картинки, как это было раньше. Сигналы цветности незаметно втиснуты в основной сигнал, и компьютер телевизора превращает их в 3 цветные картинки. А рисуют их идущие рядом три электронных луча, пройдя через щель перед самым экраном, каждый из них попадает на свою синюю, зелёную и красную светящуюся точку.
У любого выключателя при любом включении-выключении слышится лёгкий щелчок, и это не музыкальный привет от шутника конструктора. Щелчок говорит о том, что в выключателе срабатывают пружины, они нужны для того, чтобы ускорить процесс замыкания или разъединения контактов, а при замыкании плотно сжать их. Если затянуть процесс переключения или недостаточно плотно сжать контакты, то в какой-то момент между ними может возникнуть электрическая дуга, контакты будут постепенно подгорать, из-за этого будет расти сопротивление контактирующего участка, со временем он начнёт сильно нагреваться со всеми вытекающими неприятными последствиями. Так что никакой выключатель не обходится без пружин, сближающих и сжимающих контакты. Их срабатывание особенно чувствуешь в промышленных пускателях с двумя кнопками — «Пуск» и «Стоп».
Серьёзные меры приходится принимать для гашения дуги в сильноточных и высоковольтных выключателях. Иногда, например, с помощью встроенного электромагнита увеличивают изгиб, а значит, длину дуги, увеличивая тем самым её сопротивление и уменьшая ток в ней. В других системах ослабляют дугу, заставляя её проходить через металлическую сетку или щелевые камеры. Их можно встретить и в контроллерах — переключателях на несколько положений, с их помощью, в частности, переключая сопротивления в цепи мощного двигателя, меняют его режим.
А ещё помещают всю переключающую систему в масло, при нагреве оно выделяет газы, которые гасят дугу. При напряжении более 35 киловольт в состав переключателей входят специальные дугогасящие камеры, наполненные газом. Даже в простейшем одноразовом аварийном выключателе тоже принимаются меры для гашения дуги.
ВК-232. Ближайшая группа рисунков просто требует повторения одной из предыдущих тем, которую можно назвать так: «частотное разделение каналов связи» (ВК-137). Разные станции в одно и то же время принимаются разными приёмниками и не мешают друг другу. Подобное возможно потому, что эти станции работают на разных частотах. Контуры приёмников настроены именно на эти частоты и за счёт резонанса сильно поднимают уровень сигнала принимаемой станции. То есть выделяют её из других.
Во многих случаях коммутация в электрических системах производится дистанционно, и само механическое действие, само перемещение контактов осуществляют с помощью электромагнитов. Самый распространённый переключатель такого типа — электромагнитное реле (Р-49), с его помощью слабый сигнал может включить, выключить или каким-то иным образом переключить значительно более мощные электрические цепи. Своего рода мощные реле — автоматические воздушные выключатели, они могут за сотые и даже тысячные доли секунды отключить электрическую цепь при появлении в ней недопустимого тока. Похожие маломощные автоматы максимального тока используются вместо плавких предохранителей, в частности, на входе электрической сети в квартиру.
В последнее время вместо электромагнитных переключателей всё чаще работают транзисторы и тиристоры, они срабатывают за миллионные доли секунды, в них нет проблемы электрической дуги и вообще нет контактов. Эти ещё не так давно маломощные полупроводниковые транзисторные выключатели уже усилены настолько, что могут переключать токи в десятки ампер и напряжения в тысячи вольт.
В электрическую команду обслуживания электрических систем ещё входят измерительные приборы, но о них нужно сказать особо.
ВК-233.При амплитудной модуляции боковые частоты, верхняя fв и нижняя fн,отстоят от основной несущей частоты передатчика f0 в зависимости от того, какова наибольшая низкая частота Fнч. Этим же, естественно, определяется и полоса частот, которую радиостанция занимает в эфире. Для ручной (медленной) телеграфной передачи достаточно 0,5 килогерца, для передачи телефонных разговоров — примерно 4 килогерца, ну а дальше полоса становится шире с повышением качества передачи музыки.
Т-185. Измерительные приборы рассказывают о невидимом и неуловимом. Приборы для измерения напряжений, токов и других параметров электрической цепи обычно считают оборудованием вспомогательным, но они не меньше иного основного многое сделали и делают для электричества. Достаточно вспомнить, что эти приборы, рассказывая о невидимых событиях в электрической цепи, помогают проверять расчёты и теории, быстро находить и устранять неисправности, непрерывно контролировать работу машин и аппаратов, предупреждать о каких-либо отклонениях от нормы, не дожидаясь появления дыма.
Кое-что об измерительных приборах уже сообщалось, было сказано, как включаются в цепь вольтметр и амперметр, почему собственное сопротивление вольтметра должно быть как можно больше, амперметра — как можно меньше. Настал момент пояснить, как выглядят и как работают реальные приборы, которые раньше в нашем рассказе появлялись лишь в виде условных обозначений на схемах и в простейших рисунках.
Самый простой — прибор электромагнитного типа, через его катушку пропускают измеряемый ток, и она, как любой электромагнит, намагничивает и втягивает небольшой железный сердечник. Но втягиванию противодействует пружина, и чем больше измеряемый ток, тем больше втягивающая сила электромагнита, тем в большей мере он преодолевает сопротивление пружины, тем сильнее в катушку втягивается сердечник и дальше отклоняется связанная с ним стрелка. Недостаток прибора — не очень высокие точность и чувствительность, достоинство — он с одинаковым успехом измеряет постоянный и переменный ток: когда направление тока меняется, сердечник тут же перемагничивается и продолжает втягиваться в катушку прибора.
Более точный стрелочный прибор магнитоэлектрического типа, в нём на спиральных пружинках подвешена лёгкая квадратной формы катушка, которую называют рамкой. Рамка находится в поле постоянного магнита, а через пружинки к ней подводится измеряемый ток. Взаимодействуя с полем магнита, магнитное поле рамки старается повернуть её, с рамкой жёстко связана стрелка, по отклонению которой можно судить о величине тока. Основная характеристика прибора — это его чувствительность, то есть ток, который отклоняет стрелку до конца шкалы. У средних приборов это 1–5 миллиампер, у хороших 50-100 или даже 10–20 микроампер. Магнитоэлектрический прибор, в отличие от электромагнитного, измеряет только постоянный ток: если ток меняет направление, то рамка и вместе с ней стрелка отклоняются в обратную сторону, влево от нуля. А при переменном токе стрелка дергалась бы туда-сюда, но из-за инерции она не успевает отклоняться и, подрагивая, стоит на месте. Вместе с тем магнитоэлектрическим прибором можно измерять переменное напряжение, используя простейший полупроводниковый выпрямитель.
Любой из приборов может быть не только амперметром, но и вольтметром: чем больше измеряемое напряжение, тем больший ток идёт через прибор, тем сильнее отклоняется стрелка. Главное, чтобы прибор своим сопротивлением сам не менял режим цепи и не показывал ток или напряжение, которые без него будут совсем иными.
На основе чувствительного магнитоэлектрического прибора (его часто называют гальванометром) строится очень популярный комбинированный прибор авометр, это сокращение от слов амперметр, вольтметр, омметр. Чтобы по общей шкале удобно было отсчитывать и большие, и малые величины, прибор, как правило, делают многопредельным: переключая добавочные резисторы и шунты, делают так, чтобы стрелку в одном случае полностью отклонял ток, например, 500 мА, а в другом 5 мА. Сопротивление авометр измеряет с помощью внутренней батарейки.
В последние годы с традиционными стрелочными приборами успешно конкурируют цифровые. В них измеряемый ток или напряжение преобразуются в определённый код, который в итоге и высвечивает на экране нужные цифры. Но совсем не обязательно традиционные стрелочные приборы будут вытеснены цифровыми, ведь не вышли же из употребления часы со стрелками с появлением очень точных часов с небольшим цифровым экраном. Иногда особая точность отсчёта не нужна, и стрелочный прибор удобнее — взглянул на положение стрелки и, не задумываясь, сразу чувствуешь суть дела.
Существует большое многообразие измерительных приборов, например, генераторы постоянного тока, измерительные (маломощные) генераторы переменного тока различных частот, приборы для измерения индуктивности катушек или ёмкости конденсаторов, измерители частоты, фазы, амплитуды, напряжённости электрического или магнитного поля, использующие принцип радиолокатора определители места повреждения кабеля и много других приборов.