Получение синусоидальной э. д. с.

ПОЛУЧЕНИЕ СИНУСОИДАЛЬНОЙ Э. Д. С.

Получение синусоидальной э д сВ технике пользуются токами, изменяющимися по закону синуса (рис. 5-1), так как при таком изменении по тому же закону будут изменяться э. д. с, индуктированные этими токами и напряжения, что будет показано ниже. На рис. 5-2 показано устройство простейшего генератора. Между полюсами электромагнита NS расположен якорь — цилиндр, набранный из листов стали, с укрепленным на его поверхности витком проволоки. Концы витка соединены с медными изолированными кольцами, укрепленными на валу якоря. На кольца наложены щетки, соединенные с внешнею цепью.

 

Полюсам придана такая форма, при которой воздушный зазор увеличивается от середины полюса к его краям и магнитная индукция В в зазоре вдоль окружности якоря у его поверхности изменяется по закону синуса, т. е.

В Вм sin α,

где Вм — максимальная индукция под серединой полюса, а α — угол между нейтральной плоскостью 00‘, проходящей через ось якоря, и плоскостью, проведенной через ту же ось и произвольную точку на поверхности якоря.

Рис. 5-2. Схематическое устройство генератора переменного тока.

При вращении якоря с постоянной угловой скоростью ω = α/в каждой активной стороне витка будет наводиться э.д. с.

е’= Blυ = Bмlυ sin α = Bмlυ sin ωt.

Активные стороны витка соединены последовательно, поэтому э. д. с, наведенная в витке,

е — 2e’ = 2Bмlυ sin ωt.

Графики переменных э. д. с.

На рис. 5-3 приведены графики э. д. с. е = f (t) и e’ =(t).

Если вместо одного витка на якоре будет катушка, имеющая ɯ витков, то э. д. с.

е = 2Bмɯυ sin ωt,

т. е. в ɯ раз больше.

Рис. 5-3. Графики переменных э. д. с.

При sin ωt = 1 э. д. с. будет иметь максимальное значение

Ем 2Bмυ

и, следовательно, наведенная в катушке якоря э. д. с.

е = Ем sin ωt.

Из написанного выражения следует, что в момент времени, принятый за начало отсчета t = 0, плоскость витка совпадает с нейтральной плоскостью, так как а = ω= 0.

При постоянной скорости вращения якоря за один оборот его α = 2π происходит полный цикл изменения э. д. с, соответствующий одному периоду t Тпоэтому угловая скорость вращения может быть выражена:

ω = α: t = 2π : T =2πf

Кроме генераторов с одной парой полюсов, применяются генераторы с большим числом пар полюсов. У генератора с р парами полюсов (рис. 5-4) за один оборот его происходит р циклов изменения э. д. с, так как за один оборот каждый проводник р раз пройдет под северным и р раз — под южным полюсом.

Генератор переменного тока с двумя парами полюсов

На рис. 5-5 приведен график е =(t) за время одного оборота якоря генератора с двумя парами полюсов.

Для получения синусоидальной э.д.с. магнитная индукция у поверхности якоря многополюсного генератора с р парами полюсов должна изменяться по закону

Рис. 5-4. Генератор переменного тока с двумя парами полюсов.

В = Вм sin pα.

Произведение  называется электрическим углом в отличие от геометрического угла α.

Отношение электрического угла ко времени /t = ω называется электрической угловой скоростью или угловой частотой. При t = Т будем иметь pα = 2π и, следовательно, для многополюсного генератора угловая частота

ω = 2π : T = 2πf

не зависит от числа пар полюсов генератора.

График переменной э. д. с генератора с двумя парами полюсов

Рис. 5-5. График переменной э. д. с генератора с двумя парами полюсов.

Если якорь вращается со скоростью п, т. е. совершает п оборотов в минуту, то число циклов наведенной э. д. с. в минуту будет рп, а число циклов в секунду, т. е. частота,

f pn : 60

а угловая частота

ω = 2πf = 2π(pn : 60)

Пример 5-1. Генератор, работающий совместно с паровой турбиной, имеет две пары полюсов (р = 2); Якорь его вращается со скоростью 1 500 об/мин. Определить частоту переменного тока

f = (pn) : 60 = (2 • 1500) : 60 = 50 гц.

Пример 5-2. Сколько пар полюсов должен иметь генератор, работающий совместно с гидротурбиной, имеющей номинальную скорость 250 об/мин, если генератор работает при частоте f = 50 гц.

p = (f • 60) : 60 = (50 • 60) : 250 = 12 пар.

 

Статья на тему Получение синусоидальной э. д. с.