Источники электрической энергии синусоидального тока

Промышленными источниками синусоидального тока являются электромеханические генераторы, в которых механическая энергия паровых или гидравлических турбин преобразуется в электрическую. Конструкция и работа промышленных электромеханических генера­торов будет подробно рассмотрена в дальнейшем. Здесь ограничимся лишь анализом принципа работы такого генератора при некоторых упрощающих допущениях. Принципиальная конструкция простей­шего электромеханического генератора изображена на рис. 2.5, а. Она содержит неподвижный, плоский разомкнутый виток с выводами а и Ъ и постоянный магнит, который вращается с постоянной частотой f, т. е. с постоянной угловой, частотой w= 2пf, рад/с, внутри витка.

Основной единицей частоты в системе СИ является герц (Гц), 1 Гц = 1 с-¹. В различных областях применения синусоидальных токов часто используются кратные единицы частоты: килогерц (кГц), 1 кГц = = 1*10³ Гц, и мегагерц (МГц), 1 МГц = 1 • 10⁶ Гц. Величина, обратная частоте, называется периодом Т = 1/f, который измеряется в секундах.

Пусть магнитный поток постоянного магнита равен Ф_m. Из про­странственного распределения магнитного потока (рис. 2.5, б) следует, что мгновенное значение составляющей магнитного потока, пронизы­вающей виток, т. е. направленной вдоль оси х, равно:

Ф_х=ф_mcos(wt+a)= ф_msin(wt+¥_ф) (2.14)

где Ф_m — максимальное значение (амплитуда) магнитного потока, пронизывающего виток; а. — начальный (т. е. в момент t = 0 приня­тый за начало отсчета времени) угол пространственного расположения постоянного магнита относительно оси х; ¥_ф = п/2 + а — начальная фаза магнитного потока; wt+¥_ф — фаза магнитного потока. Здесь и в дальнейшем начальная фаза определяет значение синусоидальной функции в момент времени t = 0.

Согласно закону электромагнитной индукции при изменении потоко-сцепления витка в нем индуктируется ЭДС, положительное направле­ние которой (рис. 2.5, а) связывают с положительным направлением потока Ф_хправилом буравчика (положительное направление ЭДС совпадаете направлением вращения рукоятки буравчика, ввинчиваю­щегося в направлении магнитного потока Ф_х). ЭДС индукции

E=-dф_x/dt=-ф_mwcos(wt+¥_ф)=E_msin(wt+¥_e) (2.15)

где Е_т = wф_mфаза ЭДС.— амплитуда ЭДС; ¥_e =¥_ф-п/2=а — начальная фаза ЭДС.

На рис. 2.6 изображены зависимости магнитного потока Ф_х- = = Ф_х (wt)и ЭДС е = е (wt) от фазы wt, т. е, времени t. Заметим, что синусоидальные величины принято изображать графиками в виде зависимостей от wt. Поэтому начальная фаза определяет смещение синусоидальной величины. относительно начала координат, т. е. wt = 0. Начальная фаза всегда отсчитывается вдоль оси абсцисс от ближайшего к началу координат нулевого значения синусоидальной величины при ее переходе от отрицательных значений к положительным до начала координат. Если начальная фаза больше (меньше) нуля, то начало синусоидальной величины сдвинуто влево, как на рис. 2.6, или вправо от начала координат.

Если к выводам а и Ь генератора подключить резистор (рис. 2.5, а), то в полученной цепи возникает синусоидальный ток I.

На рис. 2.5, в приведена схема замещения электромеханического генератора, в которой резистивнын элемент L_вт и индуктивный элемент r_вт отображают внутренние параметры генератора: сопротивление проводов витка и индуктивность витка.

Если параметрами резистивного и индуктивного элементов в схеме замещения генератора можно при расчете тока в цепи пренебречь, то его схемой замещения будет идеальный источник синусоидальной ЭДС (рис. 2.7, а). Если ток в цепи генератора практически не зависит от параметров внешней цепи, то схемой замещения генератора будет идеальный источник синусоидального тока J(t) (рис. 2.7, б), где J (t) = i_К — ток генератора при коротком замыкании его выводов а и Ь.

Промышленный генератор синусоидального тока состоит из непо­движной части — статора [Stator (лат.) — стоящий! и вращающейся части — ротора [Rоtог (лат.) — вращающийся]. Статор собирается из листовой электротехнической стали. Он имеет форму полого цилин­дра (рис. 2.8). В пазах, сделанных вдоль внутренней поверхности ста-

тора, уложены изолированные провода, определенным образом соеди­ненные между собой и образующие обмотку статора, в которой индук­тируется синусоидальная ЭДС. Ротор представляет собой электромаг­нит, возбуждаемый постоянным током. Источником тока возбуждения является возбудитель — небольшой гене­ратор постоянного тока, который соеди­няется с обмоткой ротора через контак­тные кольца, укрепленные на валу ро­тора, и неподвижные щетки.

Одному обороту двухполюсного (N и S) ротора соответствует один период Синусоидальной ЭДС, индуктируемой в проводах обмотки статора. Если же ста­тор имеет р пар полюсов, то одному обо­роту ротора соответствуют р периодов синусоидальной ЭДС. Если частота вра­щения ротора n оборотов в минуту, то ЭДС генератора будет иметь рn периодов в минуту. Частота синусо­идальной ЭДС, т. е. число периодов в секунду:

Рис 2.8

f=pn/60

Дата добавления: 2015-08-02