В ряде случаев можно использовать смешанное соединение источников тока и потребителей. В этом случае некоторые участки будут соединены последовательно между собой, а некоторые параллельно. Так, например, на вагонах КТМ-5МЗ в аккумуляторной батарее 40 элементов (банок) соединены в две группы по 20 элементов последовательно, а обе группы между собой соединены параллельно.

Плавкие предохранители. Действие плавких предохранителей основано на использовании теплового действия тока. Для предохранителей используют тонкие легкоплавкие проводники. При прохождении тока, на который рассчитана данная цепь, проводник не перегревается. При повышении же тока выше допустимого выделяется большое количество теплоты, проводник нагревается, плавится и разрывает цепь, предохраняя ее от последствий, вызванных прохождением тока перегрузки или короткого замыкания. При разрыве тока высокого напряжения образовавшаяся дуга вызывает достаточно сильную ионизацию воздуха, который становится проводником, и дуга не гаснет. Чтобы ее погасить, легкоплавкий проводник помещают в изоляционную трубку, заполненную наполнителем

Рис. 1. Предохранители:
а – высоковольтный, б – низковольтный; 1 – легкоплавкий проводник, 2 – наполнитель, 3 – изоляционная трубка, 4 – колпачок, 5 пластинка, 6 – наконечник

Наполнитель (асбест, порошок магнезии или кварцевый песок) при возникновении дуги выделяет газы, способствующие гашению дуги, а сам наполнитель, быстро заполняя образовавшееся пространство, гасит дугу. Нельзя пользоваться высоковольтными предохранителями, лишенными наполнителя, или помещать провод снаружи во избежание переброса дуги на заземленные или токонесущие части оборудования. При низком напряжении ионизация незначительна и дуга неопасна, поэтому в низковольтных предохранителях нет наполнителя. На предохранителях обозначается нормальный ток, для которого они предназначены.

Принцип действия аккумулятора. Аккумулятор — устройство для многократного накопления электроэнергии, полученной извне. Потребляют ее по мере надобности. Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых электродов, погруженных в сосуд с серной кислотой. Если такой аккумулятор подключить к цепи постоянного тока, то в результате прохождения тока на положительном электроде образуется перекись свинца, а на отрицательном — чистый свинец. После этого аккумулятор становится заряженным и может являться источником тока. В этом случае одновременно с отдачей электроэнергии (при разрядке аккумулятора) происходит реакция, в результате которой на электродах образуется сернокислый свинец и вода. Разряженный аккумулятор можно вновь зарядить, и химические процессы при этом повторятся.

В зависимости от применяемого электролита и электродов аккумуляторы бывают кислотными (свинцовыми) и щелочными (кадмиево-никелевыми или железоникелевыми). На трамвае используют щелочные аккумуляторы. Они требуют меньшего ухода, устойчивы при перегрузках, механически более прочные, хотя и дают более низкое напряжение.

Магнитное поле. Вокруг проводника, по которому проходит электрический ток, образуется магнитное поле. Магнитные линии этого поля располагаются по концентрическим окружностям, центр которых находится На оси проводника. Если проводник намотать в виде спирали или катушки и пропустить по нему электрический ток, то получим магнитное поле, аналогичное полю прямолинейного магнита. Проводник, намотанный в виде спирали или катушки, по которому можно пропускать электрический ток, называется соленоидом. Соленоид, внутри которого закреплен железный сердечник, называется электромагнитом. Электромагниты широко применяются в различных аппаратах и машинах, используемых на трамвайных вагонах. Это катушки контакторов и реле, полюсы электродвигателей, дугогасительные обмотки высоковольтных выключателей. Действие электромагнита значительно сильнее, чем действие соленоида, так как сталь сердечника обладает значительно большими магнитными свойствами,чем воздух.

Рис. 2. Соединения источников тока:
а – последовательное, б – параллельное

Явление электромагнитной индукции и принцип действия генератора. Если перемещать проводник, помещенный в магнитном поле так, чтобы он пересекал магнитные линии, то на концах проводника образуется электродвижущая сила. Это явление называется электромагнитной индукцией. Если проводник, изогнутый в виде рамки, поместить в магнитное ноле, образованное полюсами С и 10 магнита, закрепив его на оси, и вращать ось с рамкой, то в проводниках рамки образуется э.д.с. Направление э.д.с. определяется по правилу правой руки. Под действием э.д.с. по цепи потечет ток. Полученный в этом случае ток является переменным. За один оборот рамки он протекает сначала в одном, а затем в противоположном направлении и при этом изменяется и по величине за счет того, что в разные моменты поворота рамки проводники ее пересекают различное количество линий.

Для получения постоянного тока вместо колец следует установить коллектор. В простейшем случае это два полукольца. Ток, снимаемый в коллекторе с помощью щеток, по направлению не изменяется, но изменяется по величине от нуля до максимума за один оборот дважды. Для получения постоянного тока с малой пульсацией напряжения (близкого к постоянному току, полученному от химических источников тока) делают большое количество проводников в виде секций якоря, расположенных в пазах сердечника, изготовленных из листовой электротехнической стали, и большое количество пластин (ламелей) коллектора.

Ток часто изображают графически. При этом по вертикальной оси откладывают значение тока в каждый данный момент времени, а по горизонтальной – время. Верхний график соответствует постоянному току, средний — переменному, а нижний — пульсирующему.

Обратимость электрических машин постоянного тока. Машины постоянного тока обладают свойством обратимости: если к машине подводить электроэнергию, то она работает, преобразуя эту энергию в механическую, а если якорь машины вращать, то можно получать электрическую энергию (т. е. машина преобразует механическую энергию в электрическую). Поэтому электродвигатель и генератор имеют аналогичные основные части: остов с полюсами и катушки для создания магнитного поля (неподвижная часть), якорь, имеющий вал, сердечник с пазами, в которых уложены проводники в виде секций, коллектор, состоящий из изолированных друг от друга пластин, соединенных с проводниками якоря, и щеткодержателей для съема тока с коллектора.

Рис. 3. Явление электромагнитной индукции:
а – получение переменного тока, б – правило правой руки, в – получение постоянного тока, г – графическое изображение постоянного, переменного и пульсирующего тока

Рис. 4. Схемы полупроводниковых приборов:
а – диод, б – транзистор, в – тиристор

Принцип действия электродвигателя основан на явлении выталкивания проводника с током, помещенного в магнитное поле. Выталкивающая проводники сила (направление ее можно определить по правилу правой руки) создает вращающий момент, и якорь электродвигателя вращается. Коллектор в этом случае служит для изменения тока в проводниках во время вращения якоря при прохождении ими “нейтрали”.

Полупроводниковые приборы. Как известно, свойства полупроводников (таких веществ, как кремний, германий и т.д.) быть и проводником и изолятором зависят от внешних условий. Большинство электронов -носителей отрицательных зарядов — в полупроводниках жестко связаны с атомами. Но часть их при некотором воздействии теплоты, света или электрического напряжения освобождается. При этом освобождаются и носители положительных зарядов – так называемые дырки. Если к полупроводнику приложить напряжение, образуется два тока: электронный и дырчатый. Атом, потерявший электрон, захватывает электрон соседнего атома, соседний — следующего и т.д. Поэтому, хотя атомы и остаются на местах, дырки передвигаются в направлении, противоположном движению электронов. Полупроводники могут иметь различную проводимость: преобладающую электронную (типа п) или преобладающую дырочную (тина р).

Кремниевый полупроводниковый диод имеет два слоя с различной проводимостью. Между пластинками кремния «-типа и /;-типа прокладывают алюминиевую фольгу и нагревают. При этом алюминий сплавляется с кремнием и внутри получившейся монолитной пластины образуется р – л-переход. Полупроводниковые диоды используются для выпрямления переменного тока в цепях, где необходимо пропускать ток в одном направлении.

Полупроводниковый триод — транзистор состоит из трех слоев с различной проводимостью, например крайние — с дырочной, а средний (называемый базой) — с электронной. Величина коллекторного тока в транзисторе зависит от величины тока эмиттера. Управляя эмиттер-ным током, можно управлять и коллекторным. При этом незначительные изменения напряжения на эмиттерном переходе вызывают существенные изменения на коллекторном переходе. Транзисторы используются для радиоусилителей (в том числе и для звукоусилительной установки , на трамваях).