|
Читайте также: |
ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (уч.11кл.стр.131)
ЭДС рамки, вращающейся в поле
Генератор переменного тока.
В проводнике, движущемся в постоянном магнитном поле, генерируется электрическое поле, возникает ЭДС индукции.
Основным элементом генератора является рамка, вращающаяся в магнитном поле внешним механическим двигателем.
Найдем ЭДС, индуцируемую в рамке размером a x b, вращающейся с угловой частотой ω в магнитном поле с индукцией В.
Пусть в начальном положении угол α между вектором магнитной индукции В и вектором площади рамки S равен нулю. В этом положении никакого разделения зарядов не происходит.
В правой половинке рамки вектор скорости сонаправлен вектору индукции, а в левой половине противоположен ему. Поэтому сила Лоренца, действующая на заряды в рамке, равна нулю
При повороте рамки на угол 90о в сторонах рамки под действием силы Лоренца происходит разделение зарядов. В сторонах рамки 1 и 3 возникают одинаковые ЭДС индукции:
εi1 = εi3 = υBb
Разделение зарядов в сторонах 2 и 4 незначительно, и поэтому ЭДС индукции, возникающими в них, можно пренебречь.
С учетом того, что υ = ω a/2, полная ЭДС, индуцируемая в рамке:
εi = 2 εi1 = ωBΔS
где ΔS = ab
ЭДС, индуцируемую в рамке можно найти из закона электромагнитной индукции Фарадея. Магнитный поток через площадь вращающейся рамки изменяется во времени в зависимости от угла поворота φ = wt между линиями магнитной индукции и вектором площади.
При вращении витка с частотой n угол j меняется по закону j = 2πnt, и выражение для потока примет вид:
Φ = BDS cos(wt) = BDS cos(2πnt)
По закону Фарадея изменения магнитного потока создают ЭДС индукции, равную минус скорости изменения потока:
εi = - dΦ/dt = -Φ’ = BSω sin(ωt) = εmax sin(wt).
где εmax = wBDS - максимальная ЭДС, индуцируемая в рамке
Следовательно, изменение ЭДС индукции будет происходить по гармоническому закону.
Если с помощью контактных колец и скользящих по ним щеток соединить концы витка с электрической цепью, то под действием ЭДС индукции, изменяющейся со временем по гармоническому закону, в электрической цепи возникнут вынужденные электрические колебания силы тока – переменный ток.
На практике синусоидальная ЭДС возбуждается не путем вращения витка в магнитном поле, а путем вращения магнита или электромагнита (ротора) внутри статора – неподвижных обмоток, навитых на стальные сердечники.
Это позволяет избежать снятия больших амплитуд напряжения и тока с помощью контактных колец.
Обмотка ротора, создающая магнитное поле, называется – обмоткой возбуждения генератора.
Ротор, как правило, имеет не два, а большее число пар полюсов (обозначение 2p)
Частота генерируемого тока определяется оборотами генератора и числом пар полюсов ротора (2p)
Для увеличения генерируемой ЭДС вместо рамки используют катушку с большим числом витков.
Напряжение, снимаемое с выхода генератора, пропорционально количеству витков обмотки.
При подключении в электрическую цепь генератора переменной ЭДС в цепи возникают вынужденные электромагнитные колебания.
Переменный ток в электрических цепях является результатом возбуждения в них вынужденных электромагнитных колебаний.
Колебания силы тока в цепи являются вынужденными, возникающими под воздействием приложенного переменного напряжения.
Закон изменения тока в нагрузке зависит от характера нагрузки.
Ток нагрузки создает в обмотке статора генератора магнитное поле, направленное против поля ротора, тормозящее генератор. Таким образом нагрузка на приводной двигатель генератора определяется током нагрузки.
ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЗНАЧЕНИЯ СИЛЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
При включении в цепь переменного тока амперметра, рассчитанного на измерение постоянного тока, его стрелка будет колебаться с частотой тока. Определить значение тока будет невозможно.
Среди известных действий электрического тока – химического, магнитного и теплового, только тепловое действие не зависит от изменения направления тока. На резисторе P = I2R
Сила переменного тока 1А – сила тока, выделяющего в проводнике такое же количество теплоты, что и постоянный ток в 1А за тот же промежуток времени.
Действующее значение силы переменного тока равно силе постоянного тока, при котором в проводнике выделяется такое же количество теплоты, что и при переменном токе за тот же промежуток времени.
Амперметр переменного тока измеряет (и показывает) действующее значение силы тока.
Если переменный ток изменяется по гармоническому закону, в качестве промежутка времени выбирается период изменения тока.
На резисторе, при совпадении фаз тока и напряжения, мощность переменного тока равна,
учитывая что cos2(ωt) = (1 + cos(2ωt)):
p = iu = i2R = I2maxR cos2(ωt) = + cos(2ωt)
Частота изменения тепловой мощности вдвое больше частоты силы тока.
Равенство количества теплоты, выделяемого за период переменным и постоянным током, означает равенство средних тепловых мощностей этих токов.
Средняя мощность, выделяемая за период переменным гармоническим током, учитывая что p = I2maxR cos2(ωt) и среднее значение квадрата косинуса за период равно 1/2:
=
Такая же мощность выделяется на резисторе при протекании постоянного тока с действующим значением равным соответствующему переменному току:
P = Iд2R
Так как исходя из определения действующего значения тока мощности равны, то:
Iд =
Действующее (эффективное) значение силы переменного гармонического тока в меньше его амплитуды.
Аналогично определяется действующее (эффективное) значение переменного гармонического напряжения:
Uд =
АКТИВНОЕ, ЕМКОСТНОЕ И ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Дата добавления: 2015-11-14; просмотров: 74 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| ДОБАВИТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШИМ | | | Конденсатор в цепи переменного тока |