§ 57. Derivarea curentului alternativ
În stadiul inițial al dezvoltării ingineriei electrice, a fost utilizat doar curentul direct. În prezent, distribuția predominantă a primit curent alternativ.
curent constant necesare în industria de transport electrificate, telecomunicații și așa mai departe. E., în majoritatea cazurilor, obținute prin rectificare a curentului alternativ. Avantajele AC sunt: posibilitatea de transformare și de transport pe distanțe lungi, un simplu dispozitiv alternatoare, mai mult dispozitiv simplu și de încredere pentru a opera motoare de curent alternativ, etc ...
Luați în considerare principiul obținerii unui curent alternativ ca rezultat al transformării energiei mecanice în energie electrică.
Să se formeze un câmp magnetic omogen între polii electromagnetului N-S (figura 120, a). În interiorul câmpului, sub influența unei forțe străine, un conductor rectiliniu metalic se rotește în jurul circumferinței în direcția mișcării în sensul acelor de ceasornic. După cum se știe, traversarea conductorului de linii magnetice va conduce la apariția în conductor a unui emf inductat. Amplitudinea acestei emf așa cum s-a indicat mai devreme, depinde de magnitudinea inducției magnetice B, de lungimea activă a conductorului l, de viteza liniei magnetice care traversează conductorul # 965; și sinusul unghiului # 945; între direcția de mișcare a conductorului și direcția câmpului magnetic:
e = Bl # 965; păcat # 945;.
Fig. 120. Obținerea variabilei emf. a este rotația conductorului într-un câmp magnetic omogen, b este graficul modificării variabilei emf
Descompunem viteza circumferențială # 965; pe două componente - normale și tangențiale în raport cu direcția inducției magnetice B, așa cum se arată în § 45. Componenta normală a vitezei # N determină emf-ul indus. inducție și este
Componentă de viteză tangențială Nu participă la crearea emf-ului inducționat. și este
la # 945; = Componentă de viteză normală de 90 °
# 965; n = # 965; păcat # 945; = # 965; sin 90 ° = # 965;
adică în acest caz componenta normală a vitezei are o valoare maximă. În același timp, valoarea emf-ului indus are aceeași valoare. în dirijor
din care expresia generală pentru emf. în Explorer va fi
e = Em sin # 945; sau e ≡ sin # 945;.
Când se mișcă, conductorul va ocupa diferite poziții. În desen, pozițiile conductorului sunt date la fiecare 45 ° din unghiul de rotație. Având în vedere pozițiile individuale ale conductorului, vedem că unghiul de intersecție se modifică și, în plus, atunci când conductorul trece prin linia neutră, direcția emf-ului indus. determinată de regula dreptei, variază de asemenea.
Pentru o revoluție completă a conductorului emf. aceasta este mai întâi a crescut de la zero la o valoare maximă (EM +), apoi scade la zero, și schimbarea în direcția, din nou, crește la valoarea maximă (-Em) și din nou redus la zero. Cu mișcarea suplimentară a conductorului, modificările indicate în emf. se va repeta.
Pentru o reprezentare vizuală a cursului unei schimbări în emf induse. în conductor utilizăm metoda grafică. Desenăm două axe reciproc perpendiculare (figura 120, b). Axa orizontală este aceeași scală amâne unghiurile de rotație ale conductorului, iar axa verticală la o scară diferită - magnitudinea electromotoare indusă în conductor în fiecare moment al timpului. Dacă emf indus în conductorul pe măsură ce trece sub polul sud, și a considerat întârziere pozitiv de axa orizontală în sus, FME indusă în conductă la trecerea sa sub polul nord, ar trebui considerată negativă și pusă de pe axa orizontală în jos. Apoi, trecând prin capetele segmentelor reprezentând magnitudinea lui emf. linia continuă, obținem o curbă numită sinusoid. Folosind curba, putem determina cu ușurință magnitudinea emf. în orice moment. Pentru a face acest lucru, pe axa orizontală, compuneți unghiul de rotație al conductorului de interes din poziția inițială. Apoi, din acest punct, creăm un perpendicular. Segmentul inclus între punctele de intersecție ale perpendicularei din curba și axa orizontală este o scară care exprimă magnitudinea electromotoare induse în dirijor în acest moment.
În exemplul nostru, conductorul a fost rotit într-un câmp magnetic uniform. În conductor, emf variabilă a fost indusă. schimbând în conformitate cu legea sinusurilor. O asemenea emf se numește sinusoidal.
În viitor, vom vedea că ingineria electrică preferă să utilizeze valori variabile care variază în funcție de legea sinusoidală.
Dispozitivul prezentat în Fig. 121, vă permite să eliminați și să redirecționați emf variabila în circuitul extern. Îndoit sub forma unui cadru, conductorul se rotește într-un câmp magnetic la o viteză constantă ω sub influența unei forțe străine. Capetele cadrului sunt atașate la cele două inele de cupru 3 și 4, în care două perii de carbon 5 și 6. în circuitul extern va curge variind în mărime și direcția curentului este impusă. Un astfel de curent este numit o variabilă, spre deosebire de un curent constant, care este furnizat de celule și acumulatori galvanici. Curentul alternativ în circuitele electrice este de obicei marcat printr-un semn convențional # 8764;.
Fig. 121. Dispozitiv pentru atingerea AC de pe rotorul generatorului
În crearea unui emf inductat. Nu vor participa toate părțile laterale ale cadrului, ci numai cele care traversează liniile magnetice. Aceste laturi se numesc laturi active (în Figura 121 sunt indicate prin numerele 1 și 2).
Un dezavantaj al dispozitivului discutat mai sus este dificultatea de a crea un câmp magnetic omogen și rezistență magnetică ridicată la fluxul magnetic care merge un drum lung prin aer.
În modele mașini electrice este amplasat între polii tamburului de oțel electromagnet, care este pus în niște canale ale conductoarelor de bobinaj. Un astfel de design al mașinii este prezentat în Fig. 122. În acest caz, liniile magnetice trebuie să treacă prin aer printr-o scurtă cale între polii de oțel și tambur. Liniile magnetice care trec un decalaj de aer, va fi o parte a tamburului în direcție radială și în aceeași direcție va ieși din ea, pentru a ajunge la celălalt pol. În acest caz, direcția viteza circumferențială la fiecare punct în direcția perpendiculară pe liniile magnetice, adică. E. Speed va tot timpul # 965; = # 965; n. ∠ # 945; = 90 °.
Fig. 122. Debitul magnetic al mașinii în prezența unui tambur de oțel
Pentru a obține un emf inductat. în generatoare, nu contează dacă un conductor în mișcare traversează un câmp magnetic staționar sau un câmp mișcat traversează un conductor fix. În construcția considerată, înfășurarea, unde a fost indusă emf-ul variabil A fost așezată pe partea rotativă a mașinii - rotorul, iar stalpii erau situați pe partea fixă a mașinii - statorul. Cu toate acestea, pentru a furniza armătura de înfășurare de curent alternativ în condiții mai favorabile, de obicei este plasat pe polii statorului și bobina de excitație este plasată pe rotor. * Un generator al acestei construcții este prezentat în Fig. 123.
* (Înfășurările de curent alternativ în generatoarele moderne sunt calculate pentru tensiuni înalte și pentru curenți foarte mari.) O bobina de ancorare imobiliară este mai ușor de izolat și este mai ușor să iei un curent semnificativ dintr-un circuit extern.)
Fig. 123. Alternator cu două poli: 1 - stator, 2 - parte a înfășurării cu curent alternativ, 3 - rotor, 4 - înfășurare de excitație
Curentul direct necesar pentru a crea fluxul magnetic al mașinii este alimentat la bobina de excitație de la un generator special de curent continuu, așezat pe un arbore cu un alternator sau dintr-un dispozitiv de rectificare.
Dorința de a obține o emf sinusoidală. determină proiectantul mașinii de curent alternativ să dea o astfel de formă polilor, la care inducția magnetică (densitatea liniilor magnetice) în spațiul de aer ar varia în conformitate cu legea sinei:
unde Bm este inducția magnetică maximă în spațiul de aer la # 945; = 90 °, adică,
În acest moment, emf. Inducția într-un conductor are de asemenea o valoare maximă: