Величины, характеризующие синусоидальный ток. Генерирование синусоидальной ЭДС

Периодические ЭДС, напряжения и токи, являющиеся синусоидальными функциями времени, аналитически представляют в виде следующих уравнений:

е = Ет sin (cor + Же); и = Um sin (соґ + |/ы); * = /„ sin (

Величины e, и, і называют мгновенными, а Ет, Um, 1т - амплитудными (максимальными) значениями ЭДС, напряжения и тока. Аргумент синуса (+ |/) называют фазой. Величину

со =

  • Т
  • - Inf, определяющую скорость изменения аргумента утла,

называют угловой частотой, а |/е, - начальной фазой соот

ветственно ЭДС, напряжения и тока.

На рисунке 8.1 показаны графики изменения во времени синусоидальных напряжения и тока с одним и тем же периодом. Их еще называют временными диаграммами. По оси абсцисс можно откладывать или время t, или пропорциональную ему угловую величину со/. Соответственно периодом будет являться Т или 2л.

Графики синусоидальных функций z/(r) и i(t)

Рис. 8.1. Графики синусоидальных функций z/(r) и i(t)

Следует обратить внимание, что начальная фаза |/;( или у, определяемая смещением синусоиды относительно начала координат, измеряется абсциссой точки перехода отрицательной полуволны синусоиды в положительную и является величиной алгебраической. Угол V положителен и отсчитывается вправо к точке t - 0, когда синусоидальная функция смещена влево относительно начала координат. Таким образом, для представленных на рисунке 8.1 функций ]/ы >0, а у. <0.

Если начала синусоид напряжения и токов, изменяющихся с одинаковой частотой, в какой-то цепи не совпадают, то говорят, что они сдвинуты по фазе относительно друг друга.

Угол сдвига фаз измеряется разностью начальных фаз напряжения и тока, т. е.

Таким образом, основными величинами, характеризующими синусоидально изменяющуюся величину (ЭДС, напряжение и ток), являются амплитуда Ет, Um или 1т, угловая частота со и начальная фаза у.

К синусоидальным функциям в общем случае причисляют и косинусоидальные функции. Поскольку косинусоида может рас-

71 сматриваться как синусоида с начальной фазой |/=—, ее можно

представить в синусоидальной форме:

71 | ^ + VU+-I-

w = C/Mcos(cor + |/„) = ^sin

В зависимости от требуемой частоты источниками синусоидальной ЭДС являются генераторы разных типов: вращающиеся электрические машины (для промышленных частот); ионные и полупроводниковые преобразователи постоянного тока в переменный (инверторы) или ламповые генераторы (для промышленных и повышенных частот); квантовые генераторы (для высоких частот).

Наиболее распространенным промышленным способом получения синусоидальной ЭДС является применение электромагнитных машин - синхронных генераторов, приводимых во вращение гидравлическими, тепловыми и другими двигателями.

Синхронный генератор (рис. 8.2) состоит из неподвижной части - статора 1 и вращающейся части - ротора 2.

Упрощенный схематичный разрез синхронного генератора

Рис. 8.2. Упрощенный схематичный разрез синхронного генератора

Магнитная цепь машины изготовляется из электротехнической стали: статор и полюсные наконечники 3 ротора - из листовой стали; остальная часть ротора - из сплошного стального массива. В пазах статора размещена рабочая обмотка 4, а на роторе - обмотка возбуждения 5, которая через кольца и щетки питается от источника постоянного тока.

Таким образом, ротор представляет собой электромагнит с явно выраженными полюсами. При вращении ротора в генераторе получается вращающееся магнитное поле, под действием которого в каждом проводнике рабочей обмотки (согласно закону Фарадея) наводится ЭДС

е = Blv,

где В - магнитная индукция поля под проводником обмотки;

/ - длина активной части витка (проводника);

у - линейная скорость перемещения магнитного поля.

При постоянных значениях /иг закон изменения ЭДС e(f) определяется законом распределения В в воздушном зазоре машины. Благодаря специальной форме полюсных наконечников распределение магнитной индукции создается синусоидальным вдоль всей окружности зазора между ротором и статором: магнитная индукция максимальна, когда полюса ротора находятся напротив виткоа обмотки, и постепенно убывает к краям полюсных наконечников при повороте ротора.

В момент времени, когда ротор находится в положении, перпендикулярном указанному на рисунке 8.2, магнитная индукция под проводником обмотки равна нулю, и поэтому ЭДС также равна нулю.

После поворота ротора по часовой стрелке в положение, когда полюсные наконечники появляются в зоне проводников обмотки, возникает небольшая ЭДС, постепенно возрастающая до максимума, когда положение ротора соответствует указанному на рисунке 8.2. Затем ЭДС уменьшается до нуля. В это время ток протекает от одного (допустим, верхнего) вывода обмотки к другому.

При последующем вращении ротора поменяются полюса магнитного поля и возникает ЭДС другой полярности (от нижнего к верхнему выводу). Таким образом, на выводах генератора возникает практически синусоидальная ЭДС.

Частота генерируемой ЭДС

7 60’

где п - частота вращающегося ротора, об/мин;

р — число пар полюсов.

Генератор может иметь одну или несколько пар полюсов. Более детально устройство и принцип действия различных генераторов изучают специальные учебные дисциплины: «Электрические машины», «Основы электроники» и др.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >