1.7 Переменный ток. Характеристики

Переменным током называется ток, периодически меняющийся по величине и направлению. Переменный ток характеризуется амплитудой, периодом, частотой и фазой.

Амплитудой называется наибольшее значение, положительное или отрицательное, принимаемое переменным током.

Периодом называется время, в течение которого происходит полное колебание тока в проводнике.

Частота – величина, обратная периоду.

Фазой называется угол wt или wt+t стоящий под знаком синуса. Фаза характеризует состояние переменного тока с течением времени. При t =0 фаза называется начальной.

Мгновенное - значение переменного тока в данный момент времени.

Переменный ток получил гораздо большее распространение в промышленности и быту, чем постоянный, так как упрощается конструкция электродвигателей, а синхронные генераторы могут быть выполнены на значительно большие мощности, чем генераторы постоянного тока.

Периодический режим:

I0 (t)=I0 (T+kt)

К такому режиму может быть отнесен и синусоидальный:

U0 (t)=U0 (wt)=Um sin(wt+u)

где Um – амплитуда, u - начальная фаза;

w = 2П/Т = 2Пf - угловая скорость вращения ротора генератора.

При f = 50 Гц, Т =1/f =0,02 с, w = 314 рад/с

График синусоидальной функции называется волновой диаграммой.

Тепловое действие тока, а также сила взаимодействия двух проводников, по которым проходит один и тот же ток, пропорциональны друг другу. Поэтому о величине тока судят по так называемому действующему (средне квадратичному) значению тока.

Действующее значение переменного тока равно по величине такому постоянному току, который, проходя через неизменное сопротивление R за период T, выделяет то же количество тела, что и переменный ток:

RI²T=Ri²dt , откуда

При синусоидальном законе изменения действующее значение тока и напряжения:

Im

I= ---

V²

Um

U= ---

V²

Приборы электромагнитной системы, применяемые для измерений напряжений и токов на переменном токе, регистрируют действующее значение.

1.8 Синхронные машины

Синхронные машины используются в качестве генераторов, двигателей и синхронных компенсаторов. Устанавливаемые на тепловых электростанциях гене­раторы приводятся во вращение паровыми турбинами и называются турбогенераторами. Синхронные ге­нераторы гидроэлектростанций вращаются с помощью гидротурбин и носят название гидрогенераторов. Кроме электростанций, синхронные генераторы нахо­дят применение в установках, требующих автономного источника электроэнергии. Примерами могут служить автомобильные электрические краны, на которых син­хронные генераторы приводятся во вращение двига­телями внутреннего сгорания.

Устройство синхронной машины: а) с неявно выраженными полюсами: б) ротора машины с явно выраженными полюсами

Трехфазные синхронные генераторы, двигатели и синхронные компенсаторы имеют в принципе оди­наковое устройство.

Неподвижная часть машины, называемая статором (а), состоит из стального или чугунного корпуса 1, в котором закреплен цилиндрический сердечник 2 статора. Для уменьшения потерь на перемагничивание и вихревые токи его набирают из листов электро­технической стали. В пазах сердечника статора уло­жена трехфазная обмотка 3, выполняемая так же, как и обмотка статора асинхронных двигателей. Сердеч­ник статора в совокупности с обмоткой статора назы­вается якорем машины. В подшипниковых щитах, при крепленных с торцевых сторон к корпусу, либо в стоя­ках, закрепленных на фундаменте, расположены под­шипники, несущие вал 4 вращающейся части маши­ны - ротора или индуктора. Синхронные генераторы гидроэлектростанций выполняют обычно с вертикаль­ным расположением вала. На валу размещен цилин­дрический сердечник 7 ротора, выполняемый из сплошной стали. В пазах сердечника ротора уложена обмотка возбуждения 8, питаемая постоянным током. Для присоединения обмотки возбуждения к внешней электрической цепи на валу укрепляют два изолиро­ванных друг от друга и от вала контактных кольца 6, к которым пружинами прижимаются неподвижные щетки 5. Обмотка 8 служит для возбуждения основно­го магнитного поля машины.

Питание обмотки возбуждения осуществляется от генератора постоянного тока (возбудителя), вал ко­торого соединен с валом синхронной машины, от полу­проводникового преобразователя переменного тока в постоянный либо от других источников постоянного тока.

На рисунке (а) показан разрез двухполюсной синх­ронной машины с неявно выраженными полюсами ро­тора. Такие машины изготовляют на частоты вращения 3000,1500 и 1000 об/мин. Машины, предназначенные для работы с меньшими частотами вращения (750,600, 500 об/мин и т. д.), имеют явно выраженные полюсы, число которых тем больше, чем меньше частота вра­щения. На рисунке (б) показано устройство ротора восьмиполюсной машины с явно выраженными полю­сами. Ротор вписан в окружность 5, представляющую собой условно внутреннюю окружность сердечника статора. Выраженные полюсы 1 изготовляют из сталь­ных листов (реже - массивных) и закрепляют на ободе 2 ротора. Обод ротора в совокупности с явно выражен­ными полюсами представляет собой сердечник ротора. Отдельные катушки обмотки возбуждения 3, расположен­ные на явно выраженных полюсах, соединены между собой так, что северные и южные полюсы чередуются. Трехфазная обмотка якоря синхронных машин выполня­ется так, что возбуждаемое ею вращающееся магнит­ное поле имеет такое же число полюсов, как и ротор.