Способ получения синусоидального тока

Получение синусоидальной ЭДС

Для получения э. д. с. синусоидальной формы применяется генератор переменного тока. Однако для изучения принципа получения синусоидального переменного тока генератор можно заменить, проводником в виде прямоугольной рамки который вращают в равномерном магнитном поле с постоянной частотой. (рис. 12.1).

Вращение витка в равномерном магнитном поле

ЭДС в рамке, имеющей два активных проводника длиной l равна:

(в дальнейшем все изменяющиеся во времени величины: токи, напряжения, э.д.с. и т. д.— будем обозначать малыми буквами в отличие от постоянных значений для тех же величин, которые обозначают большими буквами).

При равномерном вращении рамки линейная скорость проводника не изменяется:

а угол между направлением скорости и направлением магнитного поля изменяется пропорционально времени:

Угол β определяет положение вращающейся рамки относительно плоскости, перпендикулярной направлению магнитной индукции. (Положение рамки в момент начала отсчета времени t = 0 характеризуется углом β = 0.) Поэтому э.д. с. в рамке является синусоидальной функцией времени

Наибольшей величины э. д. с. достигает при угле:

В рассмотренном случае синусоидальное изменение э. д. с. достигается за счет непрерывного изменения угла, под которым проводники пересекают линии магнитной индукции. Однако такой способ получения э. д. с. в практике не применяется,так как трудно создать равномерное поле в достаточно большом объеме.

Получение синусоидальной эдс в генераторе переменного тока

В электромашинных генераторах переменного тока промышленного типа синусоидальная э. д. с. получается при постоянном угле, но в неравномерном магнитном поле.

Магнитное поле генератора (радиальное) в воздушном зазоре между статором и ротором направлено по радиусам окружности ротора (рис. 12.2, а). Магнитная индукция вдоль воздушного зазора распределена по закону, близкому к синусоидальному. Такое распределение достигается соответствующей формой полюсных наконечников. Синусоидальный закон распределения магнитной индукции вдоль воздушного зазора показан на рис. 12.2, б в развернутом виде.

В любой точке воздушного зазора, положение которой определя­ется углом β, отсчитанным от нейтральной плоскости (нейтрали) против движения часовой стрелки, магнитная индукция выражается уравнением

Нейтральная плоскость перпендикулярна оси полюсов и делит магнитную систему на симметричные части, из которых одна относится к северному полюсу, а другая — к южному.

Наибольшую величину магнитная индукция имеет под серединой полюсов, т. е. при углах β=90° (B_m = B) и β=270° (B = -B_m). На нейтрали (при β=0° и β=180°) магнитная индукция равна нулю (В = 0).

На рис. 12.3 показана конструктивная схема генератора переменного тока с двумя парами полюсов, расположенных на роторе, а проводники обмотки, где наводится э. д. с., помещены в пазах сердечника статора.

Отметим еще одну разновидность генераторов переменного тока — генератор с тремя обмотками (трехфазный генератор), которые на схеме рис. 12.4 представлены тремя витками на роторе. Плоскости витков находятся под углом 120° друг к другу.

ЭДС в обмотке генератора

При равномерном вращении ротора в его обмотке (на рис. 12.2, а — в витке) наводится э. д. с., определяемая формулой

Подставляя выражение магнитной индукции, получим

При β = 90°, т. е. в положении проводника под серединой полюса, наводится наибольшая ЭДС.

Уравнение ЭДС можно записать так:

Учитывая формулу

, получим такую же зависимость э.д.с. от времени, как при вращении рамки (см. рис. 12.1), считая начальным положение витка (t=0), когда его плоскость совпадает с нейтралью:

Таким образом, и в данном случае э. д. с. является синусоидальной функцией времени (рис. 12.5). Такой же результат получается, если вращать полюса, а проводники оставить неподвижными.

В прямоугольной системе координат э. д. с. можно изобразить в функции угла β=ωt или в функции времени t. Зависимость e(ωt) и e(t) можно изобразить одной кривой, но при разных масштабах по оси абсцисс, отличающихся в ω раз.

Ток в обмотке генератора

Если обмотку генератора замкнуть через сопротивление, то в образовавшейся цепи возникает синусоидальный ток, повторяющий по форме кривую э. д. с.

Полагая сопротивление цепи линейным, равным R, получим для тока такое выражение:

где I_m = E_m/R— наибольшая величина тока.

Напряжение и ток синусоидальной формы можно получить при помощи генераторов, не имеющих вращающихся частей и магнитных полюсов, например ламповых генераторов.

Источник

Получение переменного синусоидального тока

Электрические цепи синусоидального тока.

Получить переменный синусоидальный ток можно следующим образом. Пусть в однородном магнитном поле с равномерной угловой скоростью ω вращается замкнутый виток (рис.2). Согласно закону электромагнитной индукции, при вращении витка в магнитном поле будет наводиться э.д.с.

, (1)

где В – магнитная индукция;

l – активная длина проводника;

υ – скорость движения проводника;

α – угол между направлением движения проводника и магнитной индукцией.

Рисунок 2 – Виток, вращающийся в магнитном поле.

Значение е для различных углов α поворота витка от 0 до 360 о представлено в таблице 1.

При повороте витка на угол 360 о э.д.с., меняясь по закону синуса, пройдет один полный цикл своих изменений, а время, соответствующее одному обороту витка, будет равно периоду.

На рисунке 3 показаны изменения э.д.с. е в зависимости от угла поворота витка α.

Рисунок 3 – Синусоидальная кривая э.д.с.

В генераторах переменного тока, применяемых на электростанциях, проводники неподвижны, а вращается магнитное поле (большие токи, протекающие в проводниках мощных машин, трудно пропустить без искрения через скользящие контакты между щетками и вращающимися кольцами; кроме того, проводники, находящиеся под высоким напряжением, желательно иметь неподвижными). Проводники располагают в пазах стального кольцевого цилиндра, который называется статором. Магнитный поток создается электромагнитами, питаемыми постоянным током от возбудителя (возбудителем является специальный генератор постоянного тока или выпрямитель). Вращающаяся часть машины с находящимися на общем валу электромагнитами называется ротором.

Четырехполюсный генератор переменного тока схематически изображен на рисунке 4.

Магнитные силовые линии, выходя из полюсных наконечников ротора, направляются по кратчайшему пути – перпендикулярно к поверхности статора. Поэтому угол α будет все время постоянным, близким к 90 о и, следовательно sin α ≈ 1.

Чтобы э.д.с. е = Blv sinα изменялась при равномерной скорости (ω, v = const) по закону синуса, магнитная индукция В должна иметь синусоидальный характер. В гидрогенераторах этого достигают путем придания соответствующей формы полюсным наконечникам (разная величина воздушного зазора между полюсными наконечниками вызывает неравномерное распределение магнитного потока по зазору), в турбогенераторах – благодаря расположению обмотки ротора по его окружности.

В двухполюсной машине при повороте ротора или витка на 360 геометрических градусов (т.е. на угол 2π) наведенная э.д.с. проходит полный цикл изменений, а время, соответствующее одному обороту, будет равно одному периоду.

Если ротор делает п оборотов в минуту, то число периодов в секунду, или частота, будет

(2)

При этом угловая скорость ротора

(3)

Подставляя значение п из выражения (2) в выражение (3), получим

(4)

В четырехполюсной машине (т.е. при числе пар полюсов р=2) за один оборот ротора произойдет два цикла изменений э.д.с., или два периода (рис.5).

Если ротор будет иметь не две, а р пар полюсов, то изменению угла α=ωt от 0 до 360 о будет соответствовать угол поворота ротора на часть двойного углового расстояния между двумя смежными полюсами называется электрическим градусом.

На рис.4 для четырехполюсной машины двойное угловое расстояние между полюсами составляет 180 геометрических градусов. Следовательно, один электрический градус будет равен геометрического градуса.

При числе пар полюсов, равном р,

(5)

При любом числе полюсов поворот ротора на 360 электрических градусов будет всегда соответствовать одному периоду.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Получение переменного синусоидального тока

Метод получения переменного тока

Преимущество переменного тока перед постоянным током состоит в:

1. Его достаточно легко перемещать на большие расстояния с минимальными потерями.
2. Величину напряжения можно изменять с помощью трансформатора.
3. Электродвигатели переменного тока простые в эксплуатации, конструкции и имеют небольшой вес.

Если рамку из медной проволоки поместить в электромагнитное поле и начать вращать, то на ее концах появится разность потенциалов. И если рамку замкнуть через нагрузку тогда потечёт электрический переменный синусоидальный ток. Величина и полярность переменного тока будет зависеть от положения рамки в электромагнитном поле, и при равномерном ее вращении получим переменный синусоидальный ток.

Вращение рамки в электромагнитном поле

В зависимости от частоты вращения рамки получим различную частоту переменного тока. Чтобы увеличить значение ЭДС добавляют число витков, и получается многовитковая катушка. Для генерации переменного тока применяют синхронные генераторы. Синхронный генератор переменного тока хорошо выдерживает большие токовые перегрузки, легко стабилизирует частоту переменного тока и э.д.с.

Электростанции работают на трехфазных генераторах, вырабатывающих трёхфазное напряжение. Такое напряжение считается экономически выгодным, а с технической стороны хорошим решением для работы электрических генераторов. Для генераторов, ротор которого имеет частоту вращения 3000 об/ мин с частотой 50 Гц необходимо всего два полюса, а при 1500 об/ мин генератор имеет четыре полюса.

Синхронный генератор содержит статор с обмотками, ротор с катушкой возбуждения и щётки. Щётки скользят по кольцам и, поэтому электромагнитное поле не меняет знак и направление. Есть возможность менять величину тока возбуждения и автоматически поддерживать режим работы синхронного генератора. Новые проститутки омска индивидуалки, девушки по вызову.

Устройство генератора

В промышленных объемах электроэнергию вырабатывают трехфазными синхронными генераторами. В частном случае используют однофазные и трехфазные генераторы. Для электроинструмента с большими пусковыми токами используют синхронные генераторы, которые хорошо выдерживают большие кратковременные токовые перегрузки. Для частных домов, где нет больших перегрузок, применяют асинхронные генераторы.

Катушки трехфазного генератора могут иметь два вида соединений, как и для трехфазной нагрузки-это соединения “звезда” и “треугольник”. В генераторах электрический ток получают в трех обмотках соединенных по схеме ”звезда”. Такой вид соединения более экономный, так как не имеет четвертого провода.

Из общей точки соединения обмоток, при одинаковых напряжениях и нагрузках на 3 фазах, провод не выводится. Так в симметричных сетях при одинаковых нагрузках общий провод не обязателен. В электрических низковольтных сетях, для однофазных нагрузок равномерная нагрузка невозможна, поэтому здесь используют четырех проводные сети с глухозаземленной нейтралью.

Напряжение между фазами называют линейным напряжением, а между фазой и центральным проводом — фазным напряжением. В электростанциях и подстанциях применяют схему соединения “звезда”. Для низковольтных сетей до 1000 В линейное напряжения (между фазами) составляет 380 В, а напряжение между фазой и нейтралью (фазное) 220 В.

Сети до 1000 В с использованием различных нагрузок в разных фазах могут иметь перекос фаз. По правилам ПУЭ сети до 1000 В должны быть четырех проводными с глухозаземленной нейтралью. Таким образом, на понижающей подстанции нулевой провод с вторичной обмотки трансформатора, соединяется с заземляющим устройством и четвертым проводом идет к потребителям.

Четырех проводная вторичная обмотка подстанции

Не всегда рационально использовать синхронные генераторы. Иногда возникает необходимость получить переменное напряжение из постоянного 12-220 В или 24-220 В. В этом случае используют электронные преобразователи. В дешёвых вариантах электронных преобразователей синусоида переменного тока нечистая. Поэтому они подходят для активной нагрузки (лампы накаливания, тэны, различные обогреватели). Для индуктивной нагрузки (электродвигатели) нужна чистая синусоида переменного напряжения. Такие электронные преобразователи значительно дороже.

Источник