Принцип получения переменной ЭДС. Однофазные цепи.

До конца XIX века использовались только ис­точники постоянного тока — химические элементы и генераторы. Это ограничивало возможности пере­дачи электрической энергии на большие расстояния. Проблема передачи электри­ческой энергии на большие расстояния была реше­на только при использовании переменного тока и трансформаторов.

Переменный ток имеет ряд преимуществ по сравнению с постоянным:

-генератор переменного тока значительно проще и дешевле генератора по­стоянного тока;

-переменный ток можно трансфор­мировать;

-переменный ток легко преобразуется в постоянный;

-двигатели переменного тока значитель­но проще и дешевле, чем двигатели постоянного тока.

Переменным током в технике называют такой ток, который периодически изменяет и величину и направление. Причем среднее значе­ние силы такого тока за период Т равно нулю. Пери­одическим переменный ток называется потому, что через промежутки времени, кратные Т, характеризу­ющие его физические величины принимают одина­ковые значения. Русское название " переменный" не вполне точно отражает это обстоятельство (более то­чен английский термин " alternating" — чередующийся). В электротехнике наибольшее распространение получил синусоидальный переменный ток, т.е. ток, величина которого изменяется по закону синуса (или косинуса), обладающий рядом достоинств по срав­нению с другими периодическими токами.

Переменный ток промышленной частоты полу­чают на электростанциях с помощью генераторов пе­ременного тока (трехфазных синхронных генерато­ров). Сейчас мы рассмотрим физические основы их действия, т.е. идею получения переменно­го тока. Пусть в однородном магнитном поле постоян­ного магнита равномерно вращается рамка, активные стороны которой перпендикулярны чертежу и пересекающие линии магнитной индукции с некоторой линейной скоростью v по часовой стрелке. При этом в сторонах а и в рамки наводится ЭДС противоположной полярности. При пересечении линии между точками А и В в сторонах а и в полярность меняется на противоположную. Время Т одного полного изменения ЭДС (это вре­мя одного оборота рамки) называют периодом ЭДС.

Рис.3.1

Изменение ЭДС со временем может быть изображено на временной диаграмме (рис. 3.2). Магнитный поток Ф через рамку будет равен:

В – вектор магнитной индукции

S – площадь активной части рамки

сos α – угол между нормалью к рамке n и вектором магнитной индукции

3.1

Для исчерпывающего определения синусоиды дос­таточно указать ее амплитуду, период и начальную фазу. Рекомендуем читателю самостоятельно построить две-три синусоиды с разными начальными фазами.

Кривая (функция) переменного тока или напряжения, соответственно, может иметь различную форму. На рис. 3.2 показаны

 

 

Рис. 3.2

 

некоторые из типичных для электротехники и электроники функций. Кроме того, различают однофазные и многофазные переменные напряжения и токи. Например, электроснабжение массовых потребителей осуществляется, как правило, посредством трехфазного тока.

Последующие эксперименты ограничены синусоидальными напряжениями, которые наиболее часто встречаются в электротехнике и электронике.

Эксперименты затрагивают такие параметры как частота, амплитуда, среднеквадратическое (действующее) значение, фазовый сдвиг (угол) и мощность.

На рис. 3.3 показаны напряжение и ток, как синусоидальные функции времени.

Рис. 3.3

В течение одного периода T напряжение последовательно оказывается равным нулю, положительному максимуму ( амплитудное значение ) U_m, затем нулю, отрицательному максимуму и снова нулю.

Аналогично выглядит график изменения тока, но в общем случае он может быть сдвинут во времени относительно напряжения (отставать от напряжения или опережать его).

Мгновенные значения синусоидальных напряжения u и тока i выражаются так:

 

u = U_m × sin (wt+y_u), i = I_m × sin (wt+y_i), 3.2

 

где y_u и y_i – начальные фазы напряжения и тока.

Разность фаз напряжения и тока (фазовый сдвиг):

 

j = y_u - y_i. 3.3

 

Другие параметры синусоидальных величин и формулы для их вычисления приведены ниже.

Частота f в Герцах (Гц) выражается как число периодов в секунду

 

f = 1 ¤ T. 3.4

Угловая частота w в рад ¤ с равна

 

w = 2× p × f. 3.5

Действующие значения синусоидальных тока и напряжения равны

 

I = I_m / Ö 2, U = U_m / Ö 2. 3.6

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: