Получение переменного электрического тока

Рассмотрим еще раз получение индукционного тока в катушке с помощью перемещения относительно нее постоянного магнита (см. рис. 126, а). Но теперь будем периодически двигать магнит вверх и вниз в течение нескольких секунд. Мы увидим, что при этом стрелка гальванометра отклоняется от нулевого деления то в одну, то в другую сторону. Это говорит о том, что модуль силы индукционного тока в ка­тушке и направление этого тока периодически меняются.

Электрический ток, периодически меняющийся со вре­менем по модулю и направлению, называется переменным током.

В осветительной сети наших домов и во многих отраслях про­мышленности используется именно переменный ток.

В настоящее время для получения переменного тока используют в основном электромеханические индукционные генерато­ры, т. е. устройства, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую. Индукционными они называются потому, что их действие основано на явлении электромагнитной индукции.

В § 48 рассматривался пример получения индукционного тока в плоском контуре при вращении внутри него магнита (см. рис. 128, б). На этом принципе и работает электромеханический генератор пере­менного тока. Неподвижная часть генератора, аналогичная контуру, называется статором, а вращающаяся, т.е. магнит,— ротором. В мощных промышленных генераторах вместо постоянного магнита используется электромагнит.

Статор промышленного генератора представляет собой стальную станину цилиндрической формы (станина — это основная несущая часть машины, на которой монтируются различные рабочие узлы, механизмы и пр.). Во внутренней его части прорезаются пазы, в ко­торые витками укладывается толстый медный провод. В витках и индуцируется переменный электрический ток при изменении прони­зывающего их магнитного потока.

Магнитное поле создается ротором (рис. 138, а). Он представляет собой электромагнит: на стальной сердечник сложной формы надета обмотка, по которой протекает постоянный электрический ток. Ток к этой обмотке подводится через щетки и кольца от постороннего ис­точника постоянного тока.

На рисунке 138, б вы видите полную схему генератора перемен­ного тока. Штрихами показано примерное расположение линий ин­дукции магнитного поля ротора. При вращении ротора какой-либо внешней механической силой создаваемое им магнитное поле тоже вращается. При этом магнитный поток, пронизывающий витки об­мотки статора, периодически меняется, в результате чего в них ин­дуцируется переменный ток.

На тепловых электростанциях ротор генератора вращается с по­мощью паровой турбины, на гидроэлектростанциях — с помощью водяной турбины.

На рисунке 139, а изображен внешний вид мощного гидрогенера­тора, а на рисунке 139, б схематично показано его устройство, где цифрой 1 обозначен статор, цифрой 2 — ротор, а цифрой 3 — водяная турбина.

Мы видим, что ротор гидрогенератора имеет не одну, а несколько пар магнитных полюсов. Чем больше пар полюсов, тем больше часто­та переменного электрического тока, вырабатываемого генератором при данной скорости вращения ротора. Поскольку скорость враще­ния водяных турбин обычно невелика, то для создания тока стан­дартной частоты используют многополюсные роторы.

Стандартная частота переменного тока, применяемого в про­мышленности и осветительной сети в России и многих других странах, равна 50 Гц. Это означает, на протяжении 1 с ток 50 раз течет в одну сторону и 50 раз в другую. В не­которых странах (например, США) стандартная частота переменного то­ка равна 60 Гц.

Сила тока, вырабатываемого ге­нераторами переменного тока, ме­няется со временем по гармоническому закону (т. е. по закону синуса или косинуса). На рисунке 140 показан график изменения силы тока i со временем t.

Дата добавления: 2017-01-14