Содержание  
< назад вперед >

ГЛАВА ВОСЬМАЯ. ОДНОФАЗНЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

§ 57. ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В начальной стадии развития электротехники применяли исклю­чительно постоянный ток.  В настоящее время преимущественное  распространение получил переменный ток.

Постоянный ток, необходимый в промышленности на электрифицированном транспорте, в электросвязи и т. д., в большинстве случаев  получают путем   выпрямления  переменного   тока.  Преимуществами переменного тока являются: возможность трансформации и передачи на далекие расстояния, более простое устройство генераторов переменного тока, более простые в устройстве и надеж­ные в эксплуатации электродвигатели переменного  тока   и т. д.

Рассмотрим принцип получения переменного тока в результате преобразования механической энергии в электрическую.

Пусть имеется однородное магнитное поле, образованное между полюсами N — 8 электромагнита (рис. 120, а). Внутри поля под действием посторонней силы вращается по окружности в сторону движения часовой стрелки металлический прямолинейный провод­ник. Как известно, пересечение проводником магнитных линий приведет   к  появлению   в   проводнике  индуктированной   з. д. с.

Величина этой э. д. с, как было указано ранее, зависит от вели­чины магнитной индукции В, активной длины проводника l, ско­рости пересечения проводником магнитных линий v и синуса угла α между направлением движения проводника и направлением маг­нитного поля:

Разложим окружную скорость v на две составляющие — нор­мальную и тангенциальную по отношению к направлению магнит­ной индукции В, как было показано в § 45. Нормальная составляющая скорости v_n обусловливает наводимую э. д. с. индукции и равна

Тангенциальная составляющая скорости v₁ не принимает участия в создании индуктированной э. д. с. и равна

при α = 90° нормальная составляющая скорости

т. е. в этом случае нормальная составляющая скорости имеет макси­мальное значение. Такое же значение имеет в этот момент величина индуктированной э. д. с. в проводнике

откуда общее выражение для э. д. с. в проводнике будет

При движении проводник будет занимать различные положения. На чертеже положения проводника даны через каждые 45° угла поворота. Рассматривая отдельные положения проводника, мы ви­дим, что угол пересечения а меняется и, кроме того, при переходе проводника через нейтральную линию направление индуктиро­ванной э. д. с, определяемое по правилу правой руки, также ме­няется.

За один полный оборот проводника э. д. с. в нем сначала увели­чивается от нуля до максимального значения (+Е_М), затем умень­шается до нуля и, изменив свое направление, вновь увеличивается до максимального значения (— Е_м) и вновь уменьшается до нуля. При дальнейшем движении проводника указанные изменения э. д. с. будут повторяться.

Для наглядного представления о ходе изменения индуктиро­ванной э. д. с. в проводнике воспользуемся графическим методом. Проведем две взаимно перпендикулярные оси (рис. 120, б). На горизонтальной оси в одном масштабе отложим углы поворота проводника,  а на вертикальной в другом масштабе — величину э. д. с, индуктированную в проводнике в каждый момент времени. Если э. д. с, индуктированную в проводнике при прохождении его под южным полюсом, считать положительной и откладывать от  горизонтальной оси вверх, то э. д. с, индуктированную в провод­нике при прохождении его под северным полюсом, следует считать отрицательной и откладывать от горизонтальной оси вниз. При­ведя затем через концы отрезков, изображающих в масштабе величины э. д. с, непрерывную линию, получим кривую, называе­мую  синусоидой.    При помощи кривой мы можем легко определить величину э. д. с. в любой момент времени. Для этого на горизонтальной оси откладываем интересующий нас угол поворота

проводника от начального положения. Затем от этой точки вос­ставляем перпендикуляр. Отрезок, заключенный между точками пересечения перпендикуляра с кривой и горизонтальной осью, будет в масштабе выражать величину индуктированной э. д. с. в проводнике в этот момент времени.

В нашем примере проводник вращался в однородном магнитном  поле. В проводнике индуктировалась переменная э. д. с, изменяю­щаяся по закону синуса.  Такая э. д. с.   называется     синусо­идальной.

В дальнейшем мы увидим, что электротехника предпочитает пользоваться переменными величинами, изменяющимися по синусо­идальному закону.

Устройство, показанное на рис. 121, позволяет снимать и отво­дить во внешнюю цепь переменную э. д. с. Согнутый в виде рамки проводник вращается в магнитном поле с постоянной скоростью а под действием посторонней силы.  Концы рамки присоединены к двум медным кольцам 3 и 4, на которых наложены две угольные щетки 5 и б. Во внешней цепи будет протекать изменяющийся по величине и направлению ток. Такой ток называется перемен­ным в отличие от постоянного, который дают гальванические элементы и аккумуляторы. Переменный ток на электрических схемах принято обозначать условным знаком ~.

В создании индуктированной э. д. с. будут участвовать не все стороны рамки, а лишь те, которые пересекают магнитные линии. Эти стороны называются активными сторонами (на рис. 121 они обозначены цифрами 1 и 2).

 Недостатком рассмотренного выше устройства является труд­ность создания однородного магнитного поля и большое магнитное сопротивление магнитному потоку, ко­торый значительный путь проходит по воздуху.

В конструкциях электрических ма­шин между полюсами электромагнита помещают стальной барабан, в пазы ко­торого укладывают проводники обмот­ки. Такая конструкция машины пред­ставлена на рис. 122. Магнитным линиям в этом случае приходится проходить по воздуху короткий путь между сталью полюсов и барабана. Магнитные ли­нии, проходя воздушный промежуток, будут входить в барабан в радиальном направлении и в таком же направлении будут выходить из него, чтобы попасть в другой полюс. В этом случае направление окружной скорости в каждый момент перпендикулярно на­правлению магнитных линий, т. е. скорость будет все время v = v_n,  α = 90°.

Для получения индуктированной э. д. с. в генераторах без­различно, будет ли движущийся проводник пересекать неподвижное магнитное поле или движущееся поле будет пересекать неподвиж­ный проводник. В рассмотренной конструкции обмотка, где ин­дуктировалась переменная э. д. с, размещалась на вращающейся части машины — роторе, а полюса располагались на неподвижной части машины — статоре. Однако для того чтобы поставить якор­ную обмотку переменного тока в более благоприятные условия, ее обычно располагают на статоре, а обмотку возбуждения полюсов помещают на роторе [7] . Генератор такой конструкции представлен на рис. 123.

 Постоянный ток, необходимый для создания магнитного потока  машины, подается в обмотку возбуждения от специального генератора-возбудителя постоянного тока, сидящего на одном валу с генератором переменного тока, или от выпрямительного устройства.

Стремление получить си­нусоидальную э. д. с. застав­ляет конструктора машины переменного тока придать такую форму полюсным наконечникам, при которой магнитная индукция (плот­ность магнитных линий) в воздушном зазоре изменялась бы по закону синуса:

где В_т — максимальная маг­нитная индукция в воздуш­ном зазоре при  α== 90°, т. е.

В этот момент э. д. с, индуктированная в проводнике, также имеет максимальное значение:

откуда общее выражение для э. д. с. в проводнике будет

[7]  Обмотки переменного тока в современных генераторах рассчитываются на высокие напряжения и на весьма значительные токи. Неподвижную якорную об­мотку легче изолировать и от нее проще отвести значительный ток во внешнюю цепь.

Содержание  
< назад вперед >