Электроснабжение / Lektsia_3_SB

№3 Цепи переменного тока

Получение переменного тока

Переменный ток отличается от постоянного тем, что он периодически изменяет свое направление, т. е. течет по проводнику то в одну, то в другую сторону.

Представим себе проводник, согнутый в виде рамки и вращающийся в равномерном магнитном поле.

Астахов С.М.

№3 Цепи переменного тока

При вращении рамки магнитный поток, охватываемый ею, будет изменяться, следовательно, в рамке возникнет ЭДС индукции. В этом случае форма ЭДС индукции возникающей в рамке, при подключении нагрузки к ней и форма переменного электрического тока текущего по цепи будет иметь вид показанный на рисунке, то есть изменение переменного тока будет осуществляться по закону синусоиды.

Астахов С.М.

№3 Цепи переменного тока

а - ряд последовательных положений рамки в магнитном поле; б -график переменного тока (синусоида)

Астахов С.М.

№3 Цепи переменного тока

В начале вращения рамки ее стороны будут скользить почти вдоль магнитных силовых линий, пересекая очень малое число их, то есть магнитный поток, проходящий через рамку, будет изменяться очень медленно, следовательно, и наводимая этим изменением потока ЭДС индукции будет невелика.

По мере приближения рамки, к положению 2, когда плоскость ее становится параллельной силовым линиям, количество пересекаемых рамкой силовых линий возрастает (при постоянной скорости вращения рамки) а, следовательно, возрастает и индуктируемая в ней ЭДС.

Когда рамка пройдет положение 2, действующая в рамке ЭДС начнет постепенно убывать и станет равной нулю, когда рамка сделает полоборота (положение 3). Затем ЭДС будет снова возрастать, но уже в обратном направлении, так как теперь стороны рамки будут пересекать магнитные силовые линии в противоположном направлении. В момент, когда рамка займет положение 4, т.е. сделает три четверти оборота, ЭДС будет наибольшей, после чего она начнет снова убывать и сделается равной нулю в тот момент, когда рамка завершит полный оборот (положение 5).

Астахов С.М.

№3 Цепи переменного тока

При дальнейшем вращении рамки все явления будут повторяться в прежнем порядке. Так как ЭДС в рамке непрерывно изменяется по величине и, кроме того, два раза в течение каждого оборота изменяет свое направление, то и ток, вызываемый ею в рамке, будет также изменяться и по величине и по направлению.

Если изображать изменение переменной ЭДС, наводимой в рамке при вращении ее в магнитном поле, таким образом, что по горизонтальной прямой линии (оси) слева направо будем откладывать в каком-нибудь масштабе угол поворота рамки или время, протекшее от начала поворота, а вверх и вниз (по вертикали) будем откладывать те ЭДС, которые наводятся в рамке при данном угле ее поворота. Вверх будем откладывать ЭДС одного направления, а вниз — ЭДС другого направления. В результате такого построения получим график изменения ЭДС в зависимости от угла поворота рамки или, что то же самое, в зависимости от времени, так как рамка вращается с постоянной скоростью.

Итак, мы видим, что при равномерном вращении рамки в равномерном магнитном поле в ней индуктируется переменная ЭДС, изменяющаяся по периодическому закону, выражаемому синусоидой; ЭДС и токи, изменяющиеся по такому закону, называются синусоидальными.

Астахов С.М.

№3 Цепи переменного тока

Время, в течение которого совершается одно полное изменение ЭДС, то есть один цикл колебания или один полный оборот радиуса-вектора, называется периодом колебания переменного тока.

Астахов С.М.

№3 Цепи переменного тока

Период выражают в секундах и обозначают буквой Т.

Так же используются более мелкие единицы измерения периода это миллисекунда (мс)- одна тысячная секунды и микросекунда (мкс)- одна миллионная секунды.

1мс = 0,001 сек =10-3 сек.

1мкс=0,001 мс = 0,000001 сек =10-6 сек.

1000 мкс = 1 мс.

Число полных изменений ЭДС или число оборотов радиуса-вектора, то есть иначе говоря, число полных циклов колебаний, совершаемых переменным током в течение одной секунды, называется частотой колебаний переменного тока.

Частота обозначается буквой f и выражается в периодах в секунду или в герцах.

Одна тысяча герц называется килогерцом (кГц), а миллион герц — мегагерцом (МГц). Существует так же единица гигагерц (ГГц) равная одной тысячи мегагерц.

1000 Гц = 103 Гц = 1 кГц; 1000 000 Гц = 106 Гц = 1000 кГц = 1 МГц;

1000 000 000 Гц = 109 Гц = 1000 000 кГц = 1000 МГц = 1 ГГц;

Астахов С.М.

№3 Цепи переменного тока

Чем быстрее происходит изменение ЭДС, то есть чем быстрее вращается радиус-вектор, тем меньше период колебания. Чем быстрее вращается радиус-вектор, тем выше частота. Таким образом, частота и период переменного тока являются величинами, обратно пропорциональными друг другу. Чем больше одна из них, тем меньше другая.

Математическая связь между периодом и частотой переменного тока и

Например, если частота тока равна 50 Гц, то период будет равен:

Т= 1/f = 1/50 = 0,02 сек.

Инаоборот, если известно, что период тока равен 0,02 сек, (T= 0,02 сек.), то частота будет равна:

f = 1/T=1/0,02 = 100/2 = 50 Гц

Частота переменного тока, используемого для освещения и промышленных целей, как раз и равна 50 Гц.

Частоты от 20 до 20 000 Гц называются звуковыми частотами.

Токи в антеннах радиолокационных станций, станций спутниковой связи, других спецсистем (например ГЛАНАСС, GPS) колеблются с частотами до 40 000 МГц (40 ГГц) и выше.

Астахов С.М.

№3 Цепи переменного тока

Наибольшее значение, которого достигает ЭДС или сила тока за один период, называется амплитудой ЭДС или силы переменного тока.

Астахов С.М.

№3 Цепи переменного тока

Электротехнические устройства синусоидального (переменного) тока находят широкое применение в различных областях, при генерировании, передаче и трансформировании электрической энергии, в электроприводе, бытовой технике, промышленной электронике, радиотехнике и т.д.

Современная энергетика основана на передаче энергии на дальние расстояния с помощью электрического тока. Обязательным условием такой передачи является возможность эффективного преобразования тока. Такое преобразование осуществимо лишь в электротехнических устройствах переменного тока — трансформаторах. Вследствие громадных преимуществ трансформирования в современной электроэнергетике применяется прежде всего синусоидальный ток. Исключение составляют лишь линии передачи постоянного тока сверхвысокого напряжения и некоторые технические установки, но и они входят составной частью в систему цепей синусоидального тока.

Большим стимулом для разработки и развития электротехнических устройств синусоидального тока является возможность получения источников электрической энергии большой мощности. У современных турбогенераторов электростанций мощность равна 100 — 1500 МВт на один агрегат.

Астахов С.М.