Получение переменной электродвижущей силы

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

СРСМ-21 28.10.2021

Тема 15-16. Синусоидальный переменный ток. Параметры и форма представления переменных ЭДС, напряжения, тока, магнитного потока. Получение переменной ЭДС.

Переменный электрический ток, который используется в промышленности и в быту, изменяется в зависимости от времени по синусоиде. Международная стандартная промышленная частота переменного тока выбрана равной 50 Гц. Только в США (в большинстве штатов) и Японии применяется ток с частотой 60 Гц. На рис. 8 показана зависимость синусоидального переменного тока от времени. Рис. 8. Синусоидальный переменный ток В каждый момент времени значение тока различно и называется мгновенным значением - i. Модуль наибольшего значения тока за половину периода называется амплитудным значением - 1щ. Мгновенные и амплитудное значения связаны соотношением В этом выражении амплитудное значение является постоянной величиной, а мгновенное - зависит от угла а, связь которого с временем т мы рассмотрим в разделе 2.5. Важной характеристикой переменного тока является его действующее значение. Определение этой величины дается в разделе 2.3. СИНУСОИДАЛЬНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ Синусоидальный переменный ток возникает в электрической цепи под действием синусоидальной электродвижущей силы (ЭДС). В электроэнергетике источником ЭДС служат вращающиеся электрические машины - генераторы. Вращающаяся часть генератора (ротор) содержит обмотки, по которым проходит постоянный ток. Этот ток возбуждает магнитное поле, которое пересекает обмотки, расположенные в неподвижной части генератора - статоре. Форма магнитопроводов обмоток возбуждения подобрана таким образом, чтобы магнитный поток вдоль окружности машины в воздушном зазоре при вращении ротора изменялся по синусоидальному закону. В соответствии с законом ЭМИ в обмотках статора возникает переменная ЭДС, меняющаяся также по синусоидальному закону[1]. В электрической цепи синусоидальный ток вызывает на каждом участке синусоидальное падение напряжения или синусоидальную разность потенциалов. Объединим все сказанное общим понятием «электрическое напряжение» и покажем его зависимость от времени на рис. 9. Рис. 9. Синусоидальное переменное напряжение Так же как для синусоидального тока, мгновенное значение напряжения будет

Получение переменной электродвижущей силы

Переменным током называется такой электрический ток, который периодически изменяется по величине и направлению.
Для получения переменного тока используют электромашинные генераторы. Работа генератора переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции.
Рассмотрим принцип работы генератора и выясним при помощи простейшей схемы (см. рис. 49), как создается переменная э. д. с., под действием которой в электрической цепи протекает переменный ток.

Магнитное поле генератора (рис. 49) возбуждается электромагнитом 1, по обмоткам которого протекает постоянный ток от внешнего источника электрической энергии. В магнитном поле помещен виток 3 медной проволоки, укрепленный на оси 2 и вращаемый вокруг нее каким-либо двигателем. Концы 4 и 7 витка соединены с медными контактными кольцами 6, изолированными от оси. К кольцам прижимаются неподвижные щетки 5, к которым присоединяется приемник электрической энергии.
Известно, что величина индуктированной э. д. с. е, возникающей в проводнике при пересечении им магнитного потока, зависит от магнитной индукции В, рабочей длины l, скорости V движения проводника в магнитном поле, синуса угла между направлением движения проводника и направлением магнитного потока:

e = B l v sin α. (48)

На рис. 50 показаны различные положения витка, вращающегося в однородном магнитном поле генератора с равномерной скоростью. В положении 1 виток перемещается вдоль магнитного потока. Следовательно, виток не пересекает магнитных линий, угол α между направлением движения проводника и магнитным потоком равен нулю, а sin 0° = 0. Поэтому индуктированная в витке электродвижущая сила е = В l v sin 0° = 0.

Виток, вращаясь по окружности, через некоторое время повернется на угол α = 90° и займет положение 2. При этом он пересекает наибольшее количество магнитных линий. Индуктированная в нем электродвижущая сила будет наибольшей, sin 90° = 1 и е = В l v sin 90° = В l v.
Из положения 2 виток, продолжая вращаться, займет положение 3 и будет пересекать магнитный поток под углом α = 180°. На пути от 2 до 3 индуктированная электродвижущая сила будет постепенно уменьшаться и в положении 3 станет равной нулю, так как виток не будет пересекать магнитный поток; sin 180° = 0 и е = В l v sin 180° = 0.
Пользуясь правилом правой руки, определим направление электродвижущей силы в витке, когда он перемещается в магнитном поле по окружности от положения 1 до положения 3. Э. д. с. будет направлена от нас за плоскость чертежа. Условимся считать это направление э. д. с. положительным.
Далее виток при своем вращении займет поочередно положения 4, 5 и вновь вернется в положение 1. Электродвижущая сила в витке при этом постепенно увеличится и в положении 4 она станет наибольшей (α — 270°), после чего э. д. с. уменьшится и в положении 5 вновь станет равной нулю (sin 360° = 0). Далее весь процесс изменения э. д. с. повторится.
Пользуясь правилом правой руки, можно убедиться в том, что во вторую половину оборота витка возникающая в нем электродвижущая сила изменит свое направление и будет направлена к нам. Это направление э. д. с. условимся считать отрицательным.
График изменения электродвижущей силы, возникающей в витке в зависимости от угла его поворота в магнитном поле, приведен на рис. 51.

Получение переменной электродвижущей силы

Переменным током называется такой электрический ток, который периодически изменяется по величине и направлению.

Для получения переменного тока используют электромашинные генераторы. Работа генератора переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции.

Рассмотрим принцип работы генератора и выясним при помощи простейшей схемы (см. рис. 49), как создается переменная э. д. с., под действием которой в электрической цепи протекает переменный ток.

Магнитное поле генератора (рис. 49) возбуждается электромагнитом 1, по обмоткам которого протекает постоянный ток от внешнего источника электрической энергии. В магнитном поле помещен виток 3 медной проволоки, укрепленный на оси 2 и вращаемый вокруг нее каким-либо двигателем. Концы 4 и 7 витка соединены с медными контактными кольцами 6, изолированными от оси. К кольцам прижимаются неподвижные щетки 5, к которым присоединяется приемник электрической энергии.

Известно, что величина индуктированной э. д. с. е, возникающей в проводнике при пересечении им магнитного потока, зависит от магнитной индукции В, рабочей длины l, скорости V движения проводника в магнитном поле, синуса угла между направлением движения проводника и направлением магнитного потока:

e = B l v sin α. (48)

На рис. 50 показаны различные положения витка, вращающегося в однородном магнитном поле генератора с равномерной скоростью. В положении 1 виток перемещается вдоль магнитного потока. Следовательно, виток не пересекает магнитных линий, угол α между направлением движения проводника и магнитным потоком равен нулю, а sin 0° = 0. Поэтому индуктированная в витке электродвижущая сила е = В l v sin 0° = 0.

Виток, вращаясь по окружности, через некоторое время повернется на угол α = 90° и займет положение 2. При этом он пересекает наибольшее количество магнитных линий. Индуктированная в нем электродвижущая сила будет наибольшей, sin 90° = 1 и е = В l v sin 90° = В l v.

Из положения 2 виток, продолжая вращаться, займет положение 3 и будет пересекать магнитный поток под углом α = 180°. На пути от 2 до 3 индуктированная электродвижущая сила будет постепенно уменьшаться и в положении 3 станет равной нулю, так как виток не будет пересекать магнитный поток; sin 180° = 0 и е = В l v sin 180° = 0.

Пользуясь правилом правой руки, определим направление электродвижущей силы в витке, когда он перемещается в магнитном поле по окружности от положения 1 до положения 3. Э. д. с. будет направлена от нас за плоскость чертежа. Условимся считать это направление э. д. с. положительным.

Далее виток при своем вращении займет поочередно положения 4, 5 и вновь вернется в положение 1. Электродвижущая сила в витке при этом постепенно увеличится и в положении 4 она станет наибольшей (α — 270°), после чего э. д. с. уменьшится и в положении 5 вновь станет равной нулю (sin 360° = 0). Далее весь процесс изменения э. д. с. повторится.

Пользуясь правилом правой руки, можно убедиться в том, что во вторую половину оборота витка возникающая в нем электродвижущая сила изменит свое направление и будет направлена к нам. Это направление э. д. с. условимся считать отрицательным.

График изменения электродвижущей силы, возникающей в витке в зависимости от угла его поворота в магнитном поле, приведен на рис. 51.

Электродвижущая сила (рис. 51), изменяющаяся по синусоиде, называется синусоидальной. Под действием такой э. д. с. в электрических цепях течет синусоидальный переменный ток.

Электродвижущая сила (рис. 51), изменяющаяся по синусоиде, называется синусоидальной. Под действием такой э. д. с. в электрических цепях течет синусоидальный переменный ток.