Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Переменным электрическим током называется ток, изменяющийся по гармоническому (периодически меняющемуся по модулю и направлению) закону.
Переменный ток представляет собой вынужденные колебания тока в электрической цепи, происходящие с частотой , совпадающей с частотой вынуждающей э.д.с.
Уравнение переменного тока ,
где I0 - амплитудное значение силы тока, φ - сдвиг фазы между колебаниями тока и э.д.с.
В осветительной сети наших домов и во многих отраслях промышленности используется именно переменный ток.
Стандартная частота переменного тока, применяемого в промышленности и осветительной сети в России и многих других странах, равна 50 Гц. Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз течет в одну сторону и 50 раз в другую. В некоторых странах (например, США) стандартная частота переменного тока равна 60 Гц.
Машина, превращающая механическую энергию в энергию переменного тока с использованием явления электромагнитной индукции, называется генератором переменного тока.
Неподвижная часть генератора (аналогичная вращающемуся контуру ), называет-ся статором, а вращающаяся, т. е. магнит, — ротором. В мощных промышленных гене-раторах вместо постоянного магнита используется электромагнит.
Статор промышленного генератора представляет собой стальную станину цилиндрической формы (станина — это основная несущая часть машины, на которой монтируются различные рабочие узлы, механизмы и пр.). Во внутренней его части прорезаются пазы, в которые нитками укладывается толстый медный провод. В нитках и индуцируется переменный электрический ток при изменении пронизывающего их магнитного потока.
Магнитное поле создается ротором (рис. а). Он представляет собой электромагнит: на стальной сердечник сложной формы надета обмотка, по которой протекает постоянный электрический ток. Ток к этой обмотке подводится через щетки и кольца от постороннего источника постоянного тока.
На рисунке 6) дается полная схема генератора переменного тока. Штрихами показано примерное расположение линий индукции магнитного поля ротора. При вращении ротора какой-либо внешней механической силой создаваемое им магнитное поле тоже вращается. При этом магнитный поток, пронизывающий витки обмотки статора, периодически меняется, в результате чего в них индуцируется переменный ток.
На тепловых электростанциях ротор генератора вращается с помощью паровой турбины, на гидроэлектростанциях — с помощью водяной турбины.
При вращении ротора возникает переменная э.д.с. индукции в обмотках, расположенных в неподвижной части генератора в статоре. Для увеличения э.д.с. индукции используется обмотка статора с большим числом витков. Для увеличения магнитного потока эту обмотку наматывают на стальной сердечник и зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим.
Если внутреннее сопротивление источника тока, т. е. сопротивление проводов обмотки статора, значительно меньше сопротивления внешней электрической цепи, то напряжение на выходе генератора можно считать равным по абсолютному значению э.д.с. индукции в п последовательно включенных витках обмотки.
Самый простой трансформатор переменного тока состоит из двух катушек (рис.4). Одна из катушек, концы которой подключаются к источнику перемен-ного напряжения, называется первичной катушкой (обмоткой), другая – вторичной катушкой (обмоткой). Рис.4
Отношение ЭДС самоиндукции в первичной катушке к ЭДС индукции во вторичной катушке равно отношению числа витков N1 в первичной катушке к числу витков N2 во вторичной катушке:
Если активное сопротивление провода катушки мало по сравнению с его индуктивным сопротивлением, то приложенное напряжение U в любой момент времени примерно равно ЭДС самоиндукции, взятой с противоположным знаком, т.е
А
N1
N2
Рис.5
Это отношение называется коэффициентом трансформации К: .
При К>1 трансформатор понижающий, при К<1 – повышающий.
Трансформаторы для преобразования переменных токов больших мощностей обладают высокими КПД, достигающими 98÷99,5%. КПД трансформатора называется отношение мощности, передаваемой нагрузке, к мощности, потребляемой в первичной обмотке:
или
Снижение КПД трансформатора обусловлено потерями энергии на нагревание проводов его обмоток и стального сердечника. Сердечник нагревается в результате перемагничивания и возникновения в нем вихревых индукционных токов. Для уменьшения вихревых токов сердечники трансформаторов обычно изготавливают из тонких стальных листов, изолированных друг от друга. Это приводит к значительному увеличению электрического сопротивления сердечника и уменьшению потерь на его нагревание вихревыми токами.
Если трансформатор перегружен или недогружен, то его кпд уменьшается.