Определение получение и изображение переменного тока

Определение получение и изображение переменного тока

Получение переменного тока и его параметры.

Генераторы переменного и постоянного тока.

Трансформаторы.

Индукционная катушка.

1) Получение переменного тока и его параметры.

При вращении рамки в однородном магнитном поле с постоянной угловой скоростью w получается синосиодальный переменный ток.

В отрезках провода АВ и СД возникает ЭДС индукции E1 и E2 ,направление которых определяется по правилу Правой руки.

Угол поворота рамки α выразим формулой.

T – время одного полного оборота рамки, это и есть период изменения переменного тока.

— частота переменного тока.

е=Emax sin wt формула расчета мгновенного значения ЭДС в рамке.

Параметры переменного тока.

1) Мгновенное значение ЭДС (E) напряжения (U) силы тока (I) определяются по формулам:

2) Максимальное значение (или амплитудные) ЭДС (Еmах), напряжение (Umах) или тока (Imах)

3) эффективными или действующими значениями переменного тока являются:

Все вольтметры предназначенные для переменного тока показывают эффективные значения ЭДС и напряжения.

2. Генераторы переменного и постоянного тока.

Электрические машины в которых механическая энергия превращается в электрическую с помощью явления электромагнитной индукции называется инд. генераторами.

Основные элементы генератора:

1) индуктор создающий магнитное поле.

2) якорь, проводник в котором наводится ЭДС.

3) металлические кольца.

4) Щетки, соединяющие неподвижные проводники с вращающимися проводниками. В данном рисунке ротор – якорь подвижный статор – индуктор неподвижный. Частота вращения ротора совпадает с частотой переменного тока.

Схема устройства генератора постоянного тока отличается от схемы генератора переменного тока только тем, что здесь вместо колец используется коллектор (кольцо, разрезание на секторы, изолированные друг от друга).

Левая щетка всегда соединяется с поднимающейся стороной рамки (витка), а правая с опускающейся стороны. Коллектор создает у потребителя ток, одинаковой по направлению.

Трансформатор – прибор для изменения напряжения и силы переменного тока.

Принцип работы трансформатора основан на явлении (электромагнитной индукции, трансформатор состоит из ферромагнитного сердечника и двух обмоток (катушек)).

Первичная подсоединяется к источнику переменного напряжения, а вторичная к потребителю.

Первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга.

Если ключ вторичной цепи разомкнут, а на первичной обмотке w подадут переменное напряжение, то по этой обмотке пойдет ток, называемый током холостого хода.

Этот ток в сердечнике трансформатора создает переменный магнитный поток, который пронизывая витки первичной обмотки наводит в ней ЭДС самоиндукции, а в витках вторичной обмотки ЭДС индукции, так как вторичная и первичная обмотки находятся в одном и том же измененном магнитном поле, то наводимая ЭДС в каждом витке первичной и вторичной обмоток будет одинаковой, количество витков разное.

lw1 если не учитывать падения lw2 направления в первичной обмотке трансформатора, то можно считать u1,2

Сравним ЭДС и u в первичной и во вторичной обмотках.

kТР коэффициент трансформации

Вывод: для идеального трансформаторного напряжения в обмотках и количестве витков находится в прямой пропорциональной зависимости.

1) kтр > 1 трансформ.пониж.

Индукционная катушка является преобразователем постоянного тока низкого напряжения в изменяющий ток высокого напряжения.

При размыкании ключа (к) ток проходит через винт (В). Стальной молоточек (m) первичной катушки (w1) с сердечником так как сердечник при этом намагничивается, то молоточек (м) притягивается к нему и цепь размыкается, затем сердечник размагничивается молоточек выпрямляется и основа замыкает цепь через винт (В) вокруг первичной катушки создается переменное магнитное поле которое наводит ЭДС и во вторичной катушке имеющей большее число витков индукционная катушка позволяет получить напряжение конт. вторичной обмотки до 10 000 В.

Читайте также:  Осенний урожай поделки своими руками

Однофазные электрические цепи переменного тока (16)

Цель: Сформировать знания о различных значениях синусоидального тока, о графическом изображении и параметрах электрических цепей переменного тока; о физических процессах в цепях переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью, емкостью, с реальной катушкой; о последовательном и параллельном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивления; о векторных диаграммах, расчетных соотношениях, резонансе напряжений и резонансе токов.

Научить рассчитывать электрические цепи переменного тока.

Тема: Переменный электрический ток: получение, основные характеристики. Графическое изображение переменных величин

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В настоящее время в большинстве случаев получение, передача, распределение и преобразование электрической энергии осуществляются на переменном токе. Пере­менным током называют электрический ток, изме­няющийся е течением времени. Значение переменного тока, а также напряжения и ЭДС в любой момент вре­мени t называется мгновенным значением. Мгновенные значения обозначаются строчными буквами: сила тока i = i(t), напряжение u = u(t), ЭДС e = e(t). Наибольшие из мгновенных значений периодически изменяющихся величин называются максимальными или амплитудными значениями и обозначаются прописными буквами с индек­сом т, например сила тока 1т, напряжение Um, ЭДС Ет (рис. 4.1,6).

Под переменным током обычно подразумевается синусоидальный электрический ток — периодический электрический ток, являющийся синусоидальной функцией времени. В электрических цепях синусоидальный ток создается под действием синусоидальной ЭДС.

Генератор переменного тока состоит из электромаг­нита (рис. 4.1,а), между полюсами которого расположен якорь с обмоткой. На рисунке показан один виток обмот­ки. Концы обмотки через контактные кольца и щетки соединены с внешней электрической цепью. При вращении якоря приводным двигателем с частотой ω = α/t в вит­ках его обмотки возбуждается ЭДС.

Когда виток проходит положение α = 0 (нейтральное положение 0=0′), магнитный поток внутри

витка на мгновение перестает изменяться, поэтому, в соответствии с формулой ,е=-dФ/dt = 0. При α = 90° ско­рость изменения потока, пронизывающего виток, макси­мальная, значит, е = Ет.

Полюсам NS придается такая форма, благодаря кото­рой при равномерном вращении якоря индуцируемая в его обмотке ЭДС изменяется по синусоидальному закону:

Если к обмотке генератора подключить приемник с постоянным сопротивлением R, то в образовавшейся электрической цепи возникает ток, повторяющий по форме кривую ЭДС: i = e/R = (Em/R) sin ωt = Im sin ωt.

Промежуток времени T (рис. 4.1,6), в течение кото­рого ЭДС (ток) совершает полное колебание и принимает прежнее по величине и знаку значение, называется периодом.

Число периодов в секунду есть частота переменного тока:

Единица частоты — герц (Гц). Диапазон частот, применяемых в технике, очень широк. Стандартной про­мышленной частотой в СССР и Европе является частота 50 Гц, в США — 60 Гц. Звуковые частоты, применяемые в проводной связи, 300—5000 Гц. В радиотехнике используются частоты до тысяч миллиардов герц.

Заметим, что одному обороту якоря соответствует один период (рис. 4.1), т. е. f = n, где п — частота вра­щения якоря генератора, с -1 .

В этом случае в течение одного оборота якоря про­ходят два цикла изменения ЭДС, т. е. f = 2n, а в общем случае f = рп, где р — число пар полюсов генератора. Причем если п измеряется в мин -1 , то

Так как в течение периода α = 2π, то ω = α/t = 2π/Т, т. е.

Читайте также:  Станок для резки дерева под углом

Величина ω называется угловой частотой. Угло­вая частота равна числу периодов за 2π секунд.

При расчете цепей переменного тока чаще всего поль­зуются понятием действующего значения тока, напряжения, ЭДС. Действующие значения обозначаются прописными буквами без индексов, т. е. I — ток, U — напряжение, Е — ЭДС. На шкалах измерительных при­боров, а также в технической документации, если нет ого­ворок, указываются действующие значения тока, напря­жения, ЭДС.

Действующее значение переменного тока — это сред­нее квадратичное значение электрического тока за период, численно равное значению такого эквивалентного постоян­ного тока, при котором на сопротивлении выделяется такое же количество теплоты, как и при переменном токе (1).

По закону Джоуля — Ленца количество теплоты Ɵ= I 2 Rt, т. е. пропорционально площади прямоуголь­ника со сторонами I 2 и Т (рис. 4.3), который заменяет

площадь графика i 2 (t). Очевидно, что равенство этих площадей (вытекающее из равенства количества теплоты, выделяемой токами i и I) возможно при условии I 2 = , т. е.

I = 1т / = 0,7 Im. (4.4)

Отметим, что приведенное соотношение токов справедливо лишь для синусоидального тока.

В электротехнике пользуются также понятием сред­нее значение переменного тока Iср, которое численно равно среднему арифметическому всех мгно­венных значений тока за полупериод. Для синусои­дального тока

Уравнение (4.1) записано для случая, когда начало отсчета времени t= 0 совпадает с моментом прохожде­ния витка через нейтральное положение 00′ (см. рис. 4.1), при котором e(0) = Em sin 0 = 0. Если же начало отсчета времени принять несколько позже или раньше, когда виток находится под углом к нейтрали, то значение ЭДС в начальный момент времени е(0) = Ет sin (0 ± ) = Ет sin не будет равно нулю и будет определяться углом , называемым начальным фа­зовым (фазным) углом или просто начальной фазой.

Таким образом, в общем виде уравнение ЭДС должно быть записано так:

е = Ет sin α = Ет sin (ωt+ ),

где α = (ωt+ ),— угол, называемый фазой.

Фаза определяет мгновенное значение синусоидаль­ной величины. При вращении якоря генератора фаза ЭДС непрерывно увеличивается.

Рассмотрим схему генератора с двумя витками (рис. 4.4, а). Так как витки сдвинуты под углом φ, то ЭДС е1 достигает амплитудного значения (при α1 =90°) рань­ше, чем ЭДС е2. Это обусловливает несовпадение во времени синусоид е1(t) и е2(t) и различие фаз α1 и α2.

О синусоидальных величинах, имеющих разные по зна­чению фазы, говорят, что они сдвинуты по фазе. Сдвиг фаз φ = α1 — α2 = (ωt+ ) — (ωt+ ) = , т. е. сдвиг фаз равен разности начальных фаз. На графике (рис. 4.4,6) угол сдвига фаз определяется как угол между положительными амплитудами величин.

Часто синусоидальные величины изображают векто­рами. Построим вектор амплитудного значения ЭДС Ет (рис. 4.5) под углом α к оси абсцисс, равным фазе ЭДС. Тогда мгновенное значение ЭДС e = Em sin α — это проекция вектора Ет на ось ординат.

a S

о

Фаза α непрерывно возрастает, поэтому рассматриваемый вектор непрерывно вращается с угловой частотой ω.

Векторами изображают также действующие значения величин. Так, если длину вектора Ет синусоидальной ЭДС, в соответствии с формулой (4.4), уменьшить в раз, получим вектор Е действующего значения ЭДС.

Если векторами изобразить несколько синусоидаль­ных величин (рис. 4.6), получим векторную диаграмму. Векторная диаграмма — это совокупность векторов действующих (или амплитудных) значений синусоидаль­ных величин, вращающихся против часовой стрелки с одинаковой угловой частотой (2).

Читайте также:  На принтере надо распечатать н страниц

Из двух сдвинутых по фазе величин одна — опере­жающая по фазе, а другая — отстающая по фазе ве­личина.

Величина, вектор которой идет впереди другой вели­чины по ходу вращения диаграммы, является опережаю­щей. Так, на рис. 4.6 опережающей является ЭДС Е1. Принято считать, что величины совпадают по фазе, если угол сдвига фаз равен нулю (рис. 4.7,а), находятся в противофазе (рис. 4.7, б) — если угол сдвига фаз равен 180°. Если величины сдвинуты на 90°, (рис. 4.7, в) то при амплитудном значении одной величины вторая имеет нулевое значение.

С целью увеличения ЭДС генератора витки обмотки якоря соединяют последовательно. При этом мгновенное значение результирующей ЭДС равно сумме мгновен­ных значений ЭДС витков.

Чему равно амплитудное значение результирующей ЭДС при сдвиге по фазе е и е2 на угол 90°, если Еm1 = 4 В, Ет2 = 3 В?

Если бы ЭДС совпадали по фазе (рис. 4.8, а), то Em = Em1 + Em2 = 7 В, а находились бы в противофазе (рис. 4.8, б), то Ет = Ет1 —Em2 = 1 В.

Так как эти ЭДС cдвинуты по фазе на угол 90° (рис. 4.8, в), то Ет= = 5 В.

По векторной диаграмме можно определить: 1) дей­ствующие значения величин (если их векторы построены в масштабе); 2) углы сдвига фаз между ними; 3) опере­жающие и отстающие величины;

4) суммарные действую­щие значения величин (путем сложения их векторов).

Переменным называют ток, изменение которого по значению и направлению повторяется через равные промежутки времени.

Широкое применение переменного тока в различных областях техники объясняется легкостью его получения и преобразования, а также простотой устройства генераторов и двигателей переменного тока, надежностью их работы и удобством эксплуатации. Рассмотрим принцип действия простейшего генератора переменного тока.

Между полюсами электромагнита или постоянного магнита (рис. 4.1) расположен цилиндрический ротор (якорь), набранный из листов электротехнической стали. На якоре укреплена катушка, состоящая из определенного числа витков проволоки. Концы этой катушки соединены с контактными кольцами, которые вращаются вместе с якорем.

Рисунок 4.1 Модель генератора переменного тока

С контактными кольцами связаны неподвижные контакты (щетки), с помощью которых катушка соединяется с внешней цепью. Воздушный зазор между полюсами и якорем профилируют так, чтобы индукция магнитного поля в нем менялась по синусоидальному закону:

,

где α— угол между плоскостью катушки и нейтральной плоскостью 00′.

Когда якорь вращается в магнитном поле со скоростью о), в активных сторонах катушки наводится ЭДС индукции (активными называют стороны, находящиеся в магнитном поле генератора)

,

где β — угол между направлениями векторов индукции магнитного поля В и скорости v; l — длина активных сторон витков катушки.

Магнитное поле в зазоре расположено так, что угол . Таким образом,

.

При числе витков w число активных сторон катушки равно 2w. Тогда ЭДС катушки

(4.1)

Где — максимальное значение ЭДС.

Таким образом, ЭДС генератора меняется по синусоидальному закону. Если к зажимам генератора подключить нагрузку, то через нее пойдет ток, который также будет изменяться по синусоидальному закону. График синусоидального тока представлен на рис. 4.2. По оси ординат откладывают ток i, по оси абсцисс — угол или время t.

Ссылка на основную публикацию
Область применения осб плиты
Описание, применение и характеристики OSB Содержание: В процессе сооружения разного рода построек и зданий нередко возникает необходимость в качественном и...
Ноутбук показывает батарея подключена но не заряжается
Батарея у ноутбука подключена, но не заряжается — в чем причина? Microsoft Edge стал вторым по популярности браузером NewsBar Windows:...
Ноутбук с лучшим звуком
Н оутбук – устройство универсальное. Кто-то ищет «помощника» в ежедневных делах, кому-то нужен игровой «монстр», а для кого-то лэптоп –...
Облегченные многопустотные плиты перекрытий
Мы предлагаем плиты ПНО всех востребованных типоразмеров. Осуществляем доставку до клиентов на транспортных средствах собственного автопарка. Реализуем облегченные плиты по...
Adblock detector