Билет №3 Вынужденные электромагнитные колебания. Индукционный генератор: устройство, принцип действия.

Процессы, возникающие в электрических цепях под действием внешнего периодического источника тока, называются вынужденными колебаниями. Вынужденные колебания, в отличие от собственных колебаний в электрических цепях, являются незатухающими. Периодический внешний источник обеспечивает приток энергии к системе и не дает колебаниям затухать, несмотря на наличие неизбежных потерь. Особый интерес представляет случай, когда внешний источник, напряжение которого изменяется по гармоническому закону с частотой ω, включен в электрическую цепь, способную совершать собственные свободные колебания на некоторой частоте ω0. Если частота ω0 свободных колебаний определяется параметрами электрической цепи, то установившиеся вынужденные колебания всегда происходят на частоте ω внешнего источника. Для установления стационарных вынужденных колебаний необходимо некоторое время Δt после включения в цепь внешнего источника.

Электрические машины, в которых механическая энергия превращается в электрическую с помощью явления электромагнитной индукции, называют индукционными генераторами.

Основные элементы индукционного генератора показаны на рис.: 1 — и н д у к т о р, создающий магнитное поле; 2 — якорь (проводник, в котором наводится э. д . с); 3 — металлические кольца и 4 — щетки, соединяющие неподвижные проводники с вращающимися проводниками.

Для получения э. д. с. индукции важно относительное перемещение проводника и магнитного поля, поэтому на практике индуктор делают вращающимся и называют его ротором, а якорь делают неподвижным и называют его статором. Это целесообразно, так как ротором является электромагнит, для питания которого нужен сравнительно слабый постоянный ток. При такой конструкции ток в ротор передается с помощью скользящего контакта, который хорошо работает при слабом токе, а потребитель соединяется с генератором неподвижными проводами. При работе генератора на проводники якоря действует сила Ампера, препятствующая вращению якоря, которая тем' больше, чем сильнее ток, протекающий через обмотку якоря. Следовательно, при увеличении тока, потребляемого от генератора, для вращения его якоря приходится затрачивать все больше энергии. Это относится и к генератору переменного тока.

Билет №4 Параметры переменного тока. Мгновенное, максимальное и действующее значение эдс, напряжения, силы тока. Индуктивность и ёмкость в цепи переменного тока. Электрический резонанс.

Ток, изменяющийся во времени по величине и направлению, называется переменным током. Как правило, переменный ток является периодическим. В дальнейшем под переменным током мы будем подразумевать периодический синусоидальный ток. Зависимость от времени такого тока имеет вид гармонического колебания:

где Im – амплитудное значение тока, ω – циклическая частота, φi - начальная фаза колебаний тока. Для тока определяются все те же самые величины, что и для механических гармонических колебаний – частота, циклическая частота, период, фаза и амплитуда.

Переменная ЭДС вызывает в цепи переменный электрический ток. Наибольшему значению ЭДС соответствует и наибольшее значение силы тока и наоборот. В этом случае принято говорить, что напряжение и сила тока совпадают по фазе. Мгновенное значение силы переменного тока периодически изменяется, принимая значения от 0 до некоторого максимального значения. Тем не менее существуют приборы, измеряющие силу переменного тока. Мы говорим, что сила тока равна, например, 10 А, сила тока в спирали нагревательного прибора равна 5 А, и т. д.

Эффективным (или действующим) значением силы переменного тока называют силу такого постоянного тока I, который за один период переменного тока выделяет столько же тепла, сколько последний за то же время.

Коэффициент пропорциональности называют индуктивностью. Индуктивность — это величина, равная ЭДС самоиндукции при изменении силы тока в проводнике на 1 А за 1 с. Единица индуктивности — генри (Гн). 1 Гн = 1 В • с/А. 1 генри — это индуктивность такого проводника, в котором возникает ЭДС самоиндукции 1 вольт при скорости изменения силы тока 1 А/с. Индуктивность характеризует магнитные свойства электрической цепи (проводника), зависит от магнитной проницаемости среды сердечника, размеров и формы катушки и числа витков в ней. При отключении катушки индуктивности от источника тока лампа, включенная параллельно катушке, дает кратковременную вспышку. Ток в цепи возникает под действием ЭДС самоиндукции. Источником энергии, выделяющейся при этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки.