13. Переменный ток: измерение, получение.

Переме́нный ток — электрический ток, меняющийся по величине и направлению с течением времени.

Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае мгновенные значения тока и напряжения изменяются по гармоническому закону.

В устройствах-потребителях постоянного тока переменный ток часто преобразуется выпрямителями для получения постоянного тока.

Преимущества сетей переменного тока

Напряжение в сетях переменного тока легко преобразуется от одного уровня к другому путем применения трансформатора.

Асинхронные электродвигатели переменного тока проще и надежнее двигателей постоянного тока. (90% вырабатываемой электроэнергии потребляется асинхронными электродвигателями[источник не указан 1302 дня]).

Возможность передачи на большее расстояние, нежели постоянный.

Стандарты частоты

В большинстве стран применяются частоты 50 или 60 Гц (60 - этот вариант принят в США и Канаде) В некоторых странах, например, в Японии, используются оба стандарта. Частота 16 ⅔ Гц до сих пор используется в некоторых европейских железнодорожных сетях (Австрия, Германия, Норвегия, Швеция и Швейцария).

В текстильной промышленности, авиации, метрополитене и военной технике для снижения веса устройств или с целью повышения частот вращения могут применять частоту 400 Гц (однако, чаще всего - метрополитены электрифицированы по системе постоянного тока), а в морском флоте 500 Гц.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ПОЛУЧЕНИЕ И ИЗОБРАЖЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Переменным называют ток, изменение которого по значению и направлению повторяется периодически 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.

Рис. 4.1. Модель генератора переменного тока

Рис. 4.2. График синусоидального 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. 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.

B=Bmsin α

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

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

E1 = BLv sinβ,

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 β = π/2. Таким образом,

E1 = BLv=BmLv sinα = Bm sinωt.

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

e = e 12w = 2BmwLv sinωt = Em sinωt, (4.1)

где Em = 2BwLv — максимальное значение ЭДС.

Таким образом, ЭДС генератора меняется по синусоидальному закону. Если к зажимам генератора подключить нагрузку, то через нее пойдет ток, который тоже будет изменяться по синусоидальному закону i=Imsin ωt.