Главная → Статьи

Однофазный переменный ток

Между северным и южным полюсами электромагнита под действием внешней силы по часовой стрелке перемещается прямолинейный проводник (рис. 5,а). Пересечение проводником магнитных линий приведет к появлению индуктированной ЭДС. При движении проводник занимает различные положения. За один полный оборот проводника ЭДС в нем сначала увеличивается от нуля до максимума, затем уменьшается до нуля и, изменив свое направление, вновь возрастет до максимального значения, а затем упадет до нуля. При дальнейшем движении проводника изменения ЭДС будут повторяться. Изменения индуктированной ЭДС можно изобразить графически (рис. 5,6). На горизонтальной оси откладываются углы поворота проводника, а на вертикальной — величина ЭДС, индуктированная в проводнике в каждый момент времени. Принято считать, что ЭДС, индуктированная в проводнике при прохождении его под южным полюсом, положительна, а под северным — отрицательна. Проведя через концы отрезков, изображающих в масштабе величины ЭДС, непрерывную линию, получим кривую, называемую синусоидой.

Рис. 5. Схема получения переменного тока
а — вращение проводника в однородном магнитном поле; б — график .изменения переменного тока

Если согнутый рамкой проводник вращать в магнитном поле, а концы рамки присоединить к медным кольцам, на которые наложены угольные щетки, то во внешней цепи будет протекать изменяющийся по величине и направлению ток, называемый переменным. Однако такие генераторы переменного тока на практике не применяются, так как у них трудно создать однородное магнитное поле и существует большое магнитное сопротивление магнитному потоку. В конструкциях современных машин между полюсами электромагнита помещают стальной барабан, в пазы которого укладывают проводники обмотки. Для получения индуктированной ЭДС в генераторах безразлично, будет ли двигаться проводник, пересекая неподвижное магнитное поле, или наоборот. В некоторых конструкциях генераторов переменного тока обмотка, где индуктируется переменная ЭДС, размещается на вращающейся части машины — роторе, а полюса располагаются на неподвижной части машины —статоре. Однако чаще в генераторах переменного тока обмотка находится на статоре, а обмотка возбуждения полюсов —на роторе. Это позволяет создать для обмотки переменного тока более благоприятные условия. Постоянный ток для обмотки возбуждения подается от специального генератора или выпрямителя.

Переменные ЭДС и ток периодически меняют свое направление и величину. Значение переменной величины (тока, напряжения, ЭДС), полученное в рассматриваемый момент времени, называется мгновенным. Промежуток времени, по истечении которого повторяются изменения переменной величины, называется периодом. Числом периодов в секунду определяется частота переменного тока, измеряемая в герцах (Гц). В технике применяют переменные токи различной частоты. В СССР в основном используют ток с частотой 50 Гц.

В сдвинутых между собой под определенными углами проводниках, вращающихся между полюсами магнита, наводится ЭДС с одинаковыми амплитудами и частотами. Углы, под которыми расположены проводники относительно нейтральной линии, называют начальными фазами. Разность начальных фаз синусоидальных величин с одинаковой частотой называют углом сдвига фаз или просто сдвигом фаз.

Изменение тока в электрической цепи (включение, выключение) вызывает появление в ней ЭДС самоиндукции, препятствующей этому изменению. При увеличении тока она направлена против ЭДС источника напряжения, а при уменьшении тока, она мешает ему исчезнуть. Сопротивление в цепи, возникающее в результате действия ЭДС самоиндукции, называется индуктивным, а сопротивление проводников цепи — активным. Вся мощность, получаемая цепью переменного тока, называется кажущейся и состоит из активной и реактивной мощностей. Активная мощность расходуется на нагрев. В двигателях переменного тока большая часть активной мощности прейращается в механическую. Реактивная мощность обусловлена наличием магнитных и электрических полей в индуктивностях и емкостях цепей. В цепи с индуктивной нагрузкой нельзя избежать наличия реактивной мощности, но разгрузить генератор от реактивной мощности необходимо.

Коэффициент мощности всегда меньше единицы, так как активная мощность меньше кажущейся. Только в случае чисто активной нагрузки, когда вся мощность является активной, коэффициент мощности будет равен единице. Поэтому чем большую часть кажущейся мощности составляет активная, тем меньше числитель отличается от знаменателя и тем ближе коэффициент мощности к единице. Задача состоит в том, чтобы заставить протекать по линии к потребителю только минимально необходимую реактивную мощность, т. е. увеличить коэффициент мощности. Низкий коэффициент мощности потребителя приводит к увеличению полной (кажущейся) мощности электрических станций и трансформаторов, к понижению КПД генераторов и трансформаторов, к возрастанию потерь мощности и напряжения в проводах и увеличению сечения проводов. Это приводит к тому, что приходится учитывать не только активную мощность, забираемую потребителем от электростанции, но и реактивную. Поэтому потребитель, имеющий реактивную нагрузку, обязан установить электросчетчики активной и реактивной нагрузок.

Причинами низкого коэффициента мощности может быть неполная нагрузка электродвигателей переменного тока, неправильный выбор его типа и режима работы, повышение напряжения в сети. Увеличить коэффициент мощности можно, устранив указанные выше причины, а также не допуская работы двигателей вхолостую продолжительное время и применяя статические конденсаторы.

Ваш отзыв