Получение однофазного переменного тока.

Основными преимуществами переменного тока перед постоянным являются:

1. Относительная простота конструкции и надежность в эксплуатации генераторов переменного тока;

2. Возможность передачи переменного тока практически на любые расстояния с помощью современных трансформаторов;

3. Двигатели переменного тока проще, надёжнее и дешевле двигателей постоянного тока.

Рис. 2.1 Генератор переменного тока.

Получение однофазного переменного тока можно пояснить из следующей схемы (рис. 2.1). Между полюсами NиSпостоянного магнита помещён виток провода, начало и конец которого присоединены к двум изолированным друг от друга кольцам К₁и К₂. На кольца наложены токосъемные щетки С₁и С_2,к которым через ключ К подключается нагрузкаR.

Если привести виток во вращение, то магнитные силовые линии начнут пронизывать проводники витка abиcdи, в соответствии с законом электромагнитной индукции, в них будет наводиться ЭДС индукции, определяемая законом Фарадея:

(2.1)

где – мгновенное значение ЭДС (B);

B– магнитная индукция измеряемая в теслах (Тл);

– длина проводника ab или cd (м);

V– скорость вращения витка (м/сек);

– угол между вектором магнитной индукции и направлением движения проводника в магнитном поле.

При одном полном обороте витка угол принимает все значения от нуля до 360° и, как следствие, ЭДС проходит полный цикл изменения по синусоидальному закону. При , ЭДС достигает своего максимального значения E_m:

(2.2)

Подставляя (2.2) в (2.1) имеем: (2.3)

Если вращение витка будет происходить с постоянной угловой скоростью ω, то угол =ωt (2.4)

Подставляя (2.4) в (2.3), получим:

При замыкании ключа К (рис. 2.1) по замкнутой цепи потечет электрический ток, мгновенное значение которого, согласно закону Ленца, будет изменяться во времени так же как и ЭДС по синусоидальному закону:

Этот ток, проходящий по сопротивлению нагрузки R, вызывает на его зажимах синусоидальное падение напряжения, мгновенное значение которого равно:

Волновая диаграмма тока приведена на рис. 2.2. Волновые диаграммы ЭДС и напряжения имеют аналогичный вид.

В цепях переменного тока различают мгновенные, амплитудные и действующие значения ЭДС, тока и напряжения. Значение переменной величины в произвольный момент времени называют мгновенным значением. Мгновенные значения ЭДС, тока и напряжения обозначаются соответственно через, и . Наибольшее значение этих величин называют амплитудным или максимальным значением. Амплитудные значения ЭДС, тока и напряжения обозначаются соответственно через .

Действующие значения ЭДС, тока и напряжения обозначаются соответственно через и определяются по формулам:

; ; ;

Рис. 2.2 Волновая диаграмма однофазного переменного тока.

Промежуток времени, в течении которого проходит полный цикл изменения синусоидальной величины, называется периодом и обозначается буквой Т (рис. 2.2).

Число периодов в единицу времени называется частотой, обозначается буквой ƒ и измеряется в герцах.

Между угловой частотой ω, измеряемой в радианах в секунду, и частотой электрического тока ƒ существует прямая пропорциональная зависимость: .