Получение однофазного переменного тока

Переменным называется ток, который изменяется с течением времени как по значению (вольты), так и по направлению.

Для получения такого тока используются вращающиеся генераторы переменного тока.

Устройство генератора синусоидального тока поясняет рис. 6.45, а.

 

Рис. 6.45. Устройство модели генератора переменного тока (а); кривая распределения магнитной индукции в воздушном зазоре (б)

На поверхности цилиндрического якоря укреплен виток изолированного провода 2. Концы витка через щетки 3 и контактные кольца 4 соединены с приемником энергии .

При вращении якоря по часовой стрелке (обозначено стрелкой с буквой ) в каждом из двух проводников витка индуктируются ЭДС и .

Направление каждой из них найдено по правилу правой руки.

Магнитная система генератора имеет особенность, а именно: воздушный зазор под полюсными наконечниками минимальный в их середине и максимальный под краями.

Как известно, воздух оказывает большое сопротивление прохождению магнитного потока. Значит, чем меньше зазор, тем легче потоку проходить через него, и наоборот.

Поэтому под серединами полюсов, где зазор минимальный, магнитная индукция имеет максимальное значение (рис. 6.45, б).

По мере же приближения к краям полюсов индукция постепенно уменьшается, и в точках и становится равной нулю.

Благодаря такой форме зазора магнитная индукция поля по окружности якоря генератора распределяется по синусоидальному закону:

(6.122),

где – значение индукции в любой точке на поверхности якоря;

α – угол между нейтральной плоскостью и подвижным радиусом ОА (рис. 6.45, б).

А поскольку сами проводники обмотки якоря расположены в пазах на поверхности якоря, ЭДС в каждом из них будет синусоидальной.

Плоскость называется нейтральной, потому что в каждой её точке индукция равна нулю.

По этой же причине прямая, проходящая через точки и , называется физической нейтралью генератора.

Ранее было показано (формула 6.102), что при вращении якоря в каждом из двух его витков индуктируется ЭДС

= Blv. (6.123)

Эти проводники соединены последовательно, а ЭДС в замкнутой цепи, состоящей из обмотки якоря и резистора, направлены согласно (рис. 6.45, а) и поэтому суммируются.

Поэтому общая ЭДС витка, с учетом (6.123)

.= = , (6.124)

где = – максимальное значение ЭДС в обмотке якоря при α; = 90º.

По закону Ома для замкнутой цепи, ток в ней

= , (6.125)

где

= (6.126)

– полное (эквивалентное) сопротивление замкнутой цепи, в котором

– внутренне сопротивление генератора, т.е. сопротивление витка;

– максимальный ток (6.127).

Отсюда следует, что при синусоидальной ЭДС ток в цепи – также синусоидальный.

Из закона Ома для участка цепи с резистором нагрузки , напряжение на нём

, (6.128)

 

где

, (6.129)

– максимальное напряжение на резисторе нагрузки.

Таким образом, при синусоидальной ЭДС напряжение на нагрузке – также синусоидальное. Сплошные синусоиды!