Переменный ток.

Переменный ток – ток, периодически изменяющийся по модулю и направлению.

Схема получения переменного тока: вращение витка проводника в магнитном поле. Формула получена в лекции 5. . Переменный ток, изменяющийся по синусоидальному закону, называется синусоидальным током. Колебания э.д.с. и переменного тока – гармонические.

В случае синусоидальных переменных токов при мгновенных значениях э.д.с. в контуре или при напряжении (на концах участка цепи) мгновенные значения тока в этом контуре (на этом участке цепи) , где амплитудные (наибольшие)значения э.д.с. напряжения и тока, начальная фаза э.д.с. (или напряжения). Начальная фаза тока принята равной нулю. Амплитуда силы тока зависит не только от параметров контура и амплитуды э.д.с. , но и от циклической частоты .

Средняя мощность на участке цепи , где коэффициент мощности, .

При прохождении по проводнику с сопротивлением переменного тока в течении времени выделяется количество теплоты . На индуктивном и емкостном сопротивлениях тепло на выделяется.

При преобразовании переменного тока с помощью трансформатора, в котором можно пренебречь рассеянием магнитного потока и током в первичной обмотке при разомкнутой вторичной (током холостого хода), токи и в обмотках пропорциональны числам и витков обмоток: . коэффициент трансформации. .

Трансформатор, сопротивление обмоток которого мало по сравнению с индуктивным сопротивлением, имеет к.п.д., близкий к единице. Для такого трансформатора , т.е. мощность тока во вторичной цепи равна мощности тока в первичной цепи.

Генераторы постоянного тока, у которых магнитное поле создается постоянным магнитом, носят название магнето. Магнето имеют большую мощность и употребляются для зажигания в двигателях внутреннего сгорания, для вызывных звонков телефонных аппаратов в коротких телефонных линиях, вообще там, где требуется небольшая сила тока.

Генераторы постоянного тока, у которых магнитное поле создается электромагнитом, иногда называют динамо-машинами. Динамо-машина состоит из неподвижного индуктора, вращающегося якоря с контактным устройством – коллектором и корпуса.

Индуктор, создающий магнитное поле, представляет собой двухполюсный, четырехполюсный или многополюсной электромагнит. Многополюсные индукторы делаются для уменьшения числа оборотов машин при сохранении достаточно высокой частоты тока в обмотке якоря, т.е. при сохранении э.д.с. индукции. Обмотка полюсов индуктора называется обмоткой возбуждения; в многополюсной динамо-машине полюсы электромагнита чередуются.

Питание электромагнита динамо-машины производится током от обмотки ее якоря, т.е. вырабатываемым самой машиной. В начальный момент пуска генератора постоянного тока, когда еще нет тока в обмотке якоря, появление его обеспечивается наличием остаточной намагниченности полюсов индуктора. Как только якорь машины приводится во вращение, его обмотка пересекает слабое магнитное поле, вызванное остаточным намагничиванием, и в ней индуцируется небольшая э.д.с., вызывающая появление в обмотке якоря и полюсов небольшого тока, который несколько увеличивает магнитное Оле полюсов и его магнитный поток. Увеличение магнитного потока в свою очередь вызывает увеличение э.д.с. индукции, и т.д.

В зависимости от схемы присоединения обмотки возбуждения к обмотке якоря различают три типа генераторов:

1. сериесный генератор, в котором обмотка возбуждения соединяется с обмоткой якоря последовательно. Такое соединение употребляется сравнительно редко. Сериесный генератор не может работать при разомкнутой цепи;

2. шунтовый генератор с параллельным соединением обмоток. Параллельно с обмоткой якоря включается реостат возбуждения для регулирования силы тока в обмотке;

3. компаундный генератор, в котором обмотка возбуждения состоит из двух частей: одна обмотка соединяется с обмоткой якоря последовательно, другая – параллельно.

Якорь – это вращающаяся обмотка. В современных динамо-машинах применяется якорь барабанного типа; он состоит из железного сердечника в форме цилиндра с пазами по образующим, в которых монтируются секции обмотки. Сердечник якоря делается из штампованных листов мягкого железа, изолированных лаком или прокладками бумаги с целью уменьшения токов Фуко.

Коллектор предназначается для выпрямления тока, закреплен на одном валу с якорем и вращается вместе с ним. Снятие тока с коллектора производится щетками, представляющими собой угольные пластины с небольшой примесью меди, укрепленные в щеткодержателях на корпусе машины. Щетки прижимаются к коллектору пружинами, находящимися в щеткодержателях, и соединены с зажимами генератора.

Задача 5. Сериесный генератор с сопротивлениями обмотки якоря Ом и обмотки индуктора Ом дает ток при напряжении на щетках . Найти э.д.с. генератора, напряжение на зажимах, внешнее сопротивление и к.п.д. генератора.

Д

. Напряжение на зажимах . Внешнее сопротивление , ,

ано: Решение:

Ом, Ом

,

Ответ: ; ; ; .

З адача 6. Шунтовый генератор имеет э.д.с. , сопротивление обмотки якоря Ом и обмотки индуктора Ом. Найти ток во внешней цепи, напряжение на щетках и к.п.д. генератора при сопротивлении внешней цепи . Найти к.п.д. генератора при сопротивлении внешней цепи ..

Дано: Решение:

Т.к. внешняя цепь и индуктор включаются в цепь параллельно, то их общее сопротивление , откуда Ом. При сопротивлении внешней цепи получаем и Ом. Сила тока . Напряжение на щетках . Сила тока во внешней цепи

Ом, Ом

,

. К.п.д. машины .

При , ,

При

Ответ: , , , .

З адача 7. Компаундный генератор дает во внешнюю цепь ток при напряжении на зажимах . Э.д.с. генератора , сопротивление тонкой обмотки индуктора Ом, толстой Ом. Найти сопротивление обмотки якоря и к.п.д. генератора.

Д

Толстая обмотка индуктора включена последовательно с якорем генератора и сопротивлением внешней цепи, тонкая – параллельно им. Сопротивление внешней цепи и толстой обмотки , где сопротивление внешней цепи. Получаем . Ток в якоре найдем из уравнения . . Потеря напряжения в якоре , Сопротивление Ом. Полезная мощность

ано: Решение:

,

,

Ом,

Ом

генератора . Потери мощности в толстой и тонкой обмотках индуктора имеют вид .

Полные потери мощности . К.п.д. генератора

Ответ: Ом; .