Получение переменного тока

Благодаря огромной теоретической и практической работе ученых по изучению индукционного тока, сегодня в каждом доме есть электрическая энергия.  На предыдущих уроках мы рассматривали простейшие опыты, которые легли в основу тех механизмов, которые помогают произвести и доставить электрическую энергию всем потребителям. В наши дома поступает переменный электрический ток.   Переменный ток – это электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и по направлению.  Сегодня мы найдем ответ на вопросы: какие устройства производят переменный электрический ток и как он попадает к нам в дома? Промышленное получение электрического переменного тока сосредоточено на электростанциях. Различают гидравлические, тепловые, атомные, и другие станции.  В гидроэлектростанциях (ГЭС) механическая энергия воды преобразуется в гидрогенераторе в электроэнергию переменного тока. Принцип их действия основан на принципе электромагнитной индукции.  На тепловых станциях энергия сгораемого топлива преобразуется в энергию электрического тока с помощью турбогенераторов. На атомных станциях энергия расщепления урана в реакторе в превращается в электроэнергию. Простейший генератор мы уже рассматривали ранее, когда вращали замкнутый контур в подковообразном магните. Для получения энергии в промышленном масштабе используют генераторы переменного тока, принцип устройства которого мы сейчас рассмотрим. Промышленный генератор состоит из следующих основных элементов: неподвижной части, ее называют статором и подвижной – ротором. Ротор промышленного генератора представляет собой электромагнит. Он создает магнитное поле, которое индуцирует переменный ток в медных контурах, которые располагаются в статоре. Вращение ротора на тепловых электростанциях вызвано мощным паровым потоком, на гидроэлектростанциях – потоками воды. Приборы потребителей в определенных странах рассчитаны на конкретную частоту переменного тока. Например, в России и странах СНГ она равна 50 Герц (Гц), то есть за одну секунду переменный ток совершает 50 колебательных движений, а США частота переменного тока 60 Герц (Гц). Это движение удобно рассмотреть на графике зависимости силы переменного тока от времени. Переменный ток сначала возрастает, при этом течет в одном направлении, затем убывает до нуля и начинает двигаться в противоположном направлении, достигает максимума, и снова убывает до нуля, такой процесс повторяется 50 раз (в России) или 60 раз (В США) за одну секунду.  Чтобы передать электроэнергию от электростанции к потребителям используют линии электропередач (ЛЭП). Во время прохождения тока по проводам происходит частичная потеря энергии за счет нагревания проводов, согласно закону Джоуля-Ленца. Для того, чтобы уменьшить потери, уменьшают силу тока, но для сохранения прежней мощности необходимо увеличить напряжение. Электростанции вырабатывают ток невысокого напряжения, поэтому с помощью специального устройства – трансформатора, его повышают, передают по проводам, и только вблизи потребителя опять же с помощью трансформатора его понижают до нужного напряжения, привычного нам в 220 Вольт.  Рассмотрим подробнее устройство и принцип действия трансформатора. Это устройство было изобретено русским ученым изобретателем Павлом Николаевичем Яблочковым. Оно состоит из двух катушек, охватываемых общим магнитным потоком. В зависимости от числа витков на катушках будут различать трансформаторы повышающие и понижающие. Если число витков на первичной обмотке N1 меньше, чем на вторичной N2, трансформатор понижающий. Если число витков на первичной обмотке N1 больше, чем на вторичной N2, трансформатор понижающий.

Рассмотрим полную схему передачи электроэнергии.  Напряжение, которое вырабатывает генератор на электростанции, подается на повышающую трансформаторную подстанцию, так как, как уже говорилось ранее, для передачи электроэнергии на большие расстояния требуется большее напряжение – несколько сотен киловольт, а генератор вырабатывает напряжение, которое обычно не превышает 25 кВ.

Далее напряжение передается в линии электропередачи. Так как на предприятиях и жилых домах используется напряжение до 380 или 220 В, то в конце линии его поочередно подают на несколько понижающих трансформаторов. Трансформаторы используются и в быту: в подзарядке мобильных телефонов, в телевизорах.

[ads-pc-1]

В промышленности в основном применяют синусоидальный переменный ток, который в отличие от постоянного каждое мгновение изменяет свое значение и периодически направление.

Для получения такого тока используют источники электрической энергии, создающие переменную э. д. с, периодически изменяющуюся по величине и направлению; такие источники называются генераторами переменного тока.

Принцип получения переменного тока.Простейшим генератором переменного тока может служить виток, вращающийся в равномерном магнитном поле (рис. 168, а). Пользуясь правилом правой руки, легко определить, что в процессе вращения витка направление э.

д. с. е, индуцированной в рабочих участках 1 и 2 витка, непрерывно изменяется (показано стрелками), следовательно, изменяется и направление проходящего по замкнутой цепи тока i.

По закону электромагнитной индукции э.

д. с, индуцируемая в витке при вращении его с окружной скоростью ? в магнитном поле с индукцией В,

e = 2lB? sin?,

где

2l — длина двух рабочих частей витка, находящихся в магнитном поле;

? — угол между направлением силовых магнитных линий и направлением движения витка в рассматриваемый момент времени (направлением вектора скорости ?).

При вращении витка с угловой скоростью ? угол ? = ?t, следовательно,

e = 2lBv sin ?t.

Переменный угол ?

t называется фазойэ. д. с.

Величина 2lB ? представляет собой максимальное значение э. д.

с. е, которое она принимает при ?t = 90° (когда плоскость витка перпендикулярна силовым магнитным линиям). Обозначив его Eт получим:

е = Етsin ?t.

Полученная зависимость изменения э.

д. с. е от угла ?t или от времени t графически изображается синусоидой (рис.

168,б). Э. д.

с, токи и напряжения, изменяющие свои значения и направления по закону синусоиды, называются синусоидальными. Ось, по которой откладывают углы ? t, можно рассматривать как ось времени t.

Рассмотрим несколько отдельных положений витка. В момент времени, соответствующий углу ?t1(см. рис.

168, а), когда виток находится в горизонтальном положении, его рабочие участки как бы скользят вдоль силовых магнитных линий, не пересекая их; поэтому в этот момент э. д. с.

в них не индуцируется (точка 1 на рис. 168,б). При дальнейшем повороте витка стороны его начнут пересекать магнитные силовые линии.

По мере увеличения угла поворота увеличивается и число силовых линий, пересекаемых сторонами витка в единицу времени, и соответственно возрастает индуцированная в витке э. д. с е.

В момент времени, соответствующий углу ?t2, виток пересекает наибольшее число силовых магнитных линий, так как его рабочие участки 1 и 2 движутся перпендикулярно силовым линиям магнитного поля; в этот момент э. д. с.

е достигает своего максимального значения Ет(точка 2 на графике). При дальнейшем вращении витка число пересекаемых силовых линий уменьшается и соответственно уменьшается индуцированная в витке э. д.

с. В момент времени, соответствующий углу рабочие участки витка опять как бы скользят вдоль магнитных силовых линий, в результате чего э. д.

с. е будет равна нулю (точка 3). Затем рабочие участки 1 и 2 витка вновь начинают пересекать магнитные силовые линии, но уже в другом направлении, поэтому в витке появляется э.

д. с. противоположного направления.

В момент времени, соответствующий углу ?t4. при вертикальном расположении витка э. д.

с. в достигает максимального значения — Ет(точка 4), затем она уменьшается, и в момент времени, соответствующий ?t5, снова становится равной нулю (точка 5). При дальнейшем движении витка с каждым

Рис. 168. Индуцирование синусоидальной э.

д. с. (а) и кривая ее изменения (б)

новым оборотом описанный выше процесс индуцирования э.

д. с. будет повторяться.

В современных генераторах переменного тока магниты или электромагниты, создающие магнитное поле, обычно располагаются на вращающейся части машины — роторе, а витки, в которых индуцируется переменная э. д. с,— на неподвижной части генератора — статоре.

Однако с точки зрения принципа действия генератора переменного тока безразлично, на какой части машины — роторе или статоре — расположены витки, в которых индуцируется переменная э. д. с.

Работа приемников электрической энергии при переменном токе.Если подключить к генератору переменного тока электрическую лампу (см. рис.

168, а), то нить ее будет периодически накаляться и остывать. Однако если частота изменений переменного тока достаточно велика, то нить лампы не будет успевать охлаждаться и глаз человека не будет улавливать изменений ее накала. Такие же условия имеют место и при работе электродвигателей переменного тока; такой двигатель при работе получает от источника импульсы переменного тока, следующие один за другим с большой частотой, и его ротор будет вращаться с постоянной частотой.

[ads-pc-2]Наименование параметра ЗначениеТема статьи:Получение переменного токаРубрика (тематическая категория)Образование

Электрические цепи однофазного переменного тока

Переменный электрический ток

Переменным принято называть ток, который изменяется в течение времени по величинœе или направлению. Переменный ток получил преимущественное распространение в промышленности, что связано с его преимуществами перед постоянным током:

− легко повышается и понижается напряжение с помощью трансформаторов;

− генераторы и двигатели переменного тока проще по устройству, в эксплуатации, надежней и дешевле;

− переменный ток удобнее вырабатывать на электростанциях;

− многие физические явления проявляются только при переменном токе.

− В электрических цепях переменного тока наиболее часто используют синусоидальную форму, характеризующуюся тем, что всœе токи и напряжения являются синусоидальными функциями времени. Синусоидальная форма тока и напряжения позволяет производить точный расчет электрических цепей с использованием метода комплексных чисел и приближенный расчет на базе метода векторных диаграмм.

Недостатки:в цепях питания потребителœей таким током могут происходить перегрузки, вызванные реактивной мощностью потребителœей (когда в цепи питания присутствуют индуктивности или емкости); переменный ток приводит к образованию переменных электромагнитных полей, воздействующих на работу различной радиоаппаратуры и др.

Переменный ток получают при помощи синхронных генераторов.

 

Синхронный генератор состоит из статора 1, обмотки статора 2 (А-х), ротора 3 и обмотки возбуждения 4.

Ротор выполнен в виде постоянного магнита или электромагнита с полюсами Nи S. Магнитное поле ротора возбуждается обмоткой возбуждения, по которой протекает постоянный ток возбуждения IВ.

Ротор принудительно приводится во вращение с частотой w от постороннего двигателя. (Т.е. к ротору подводится механическая энергия). При вращении магнитное поле ротора пересекает обмотку статора и в соответствии с законом электромагнитной индукции в ней индуцируется ЭДС:

где В- индукция магнитного поля полюсов ротора;

l- длина активной части обмотки статора А-х;

v- линœейная скорость пересечения магнитным полем обмотки статора.

Форма изменения ЭДС обмотки статора синусоидальна:

Получение переменного тока — понятие и виды. Классификация и особенности категории «Получение переменного тока» 2014, 2015.

Читайте также

— Получение переменного токаЗначение тока и напряжения. Тема 3.1 Однофазный переменный ток.

Получение переменного тока. Действующее РАЗДЕЛ 3 ОДНОФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Явление электромагнитной индукции применяется для преобразования механической… [читать подробнее].

— Переменный ток. Получение переменного тока.

Индуктивность и емкость в цепи переменного тока.Вынужденные колебания в RLC-контуре Чтобы вызвать вынужденные колебания, нужно оказывать на систему внешние, периодически изменяемые воздействия. В случае электронных колебаний могут вызвать в контуре периодическую ЭДС c R L Данное уравнение совпадает с… [читать подробнее].

  • — Получение переменного токаЭлектрические цепи однофазного переменного тока Переменным называется ток, который изменяется в течение времени по величине или направлению. Переменный ток получил преимущественное распространение в промышленности и в сельском хозяйстве, что связано с… [читать подробнее].
  • — Получение переменного токаЕсли относительно магнитного поля перемещать проводник, то вследствие электромагнитной индукции в нем возникает ЭДС.

    Рисунок 57. Пусть проводник выполнен в виде рамки, которая имеет площадь S и может вращаться вокруг оси перпендикулярной однородному магнитному полю… [читать подробнее].

    Урок будет посвящен теме «Получение переменного электрического тока». Этот вопрос вплотную связан с явлением электромагнитной индукции. Когда мы говорили об индукционном электрическом токе, наверное, вы заметили, что величина и направление тока зависит от того, как двигался магнит по направлению и по скорости – от того, как изменялся магнитный поток.

    Если обобщить имеющиеся экспериментальные данные, то можно предложить следующее устройство: закрепить магнит и относительно него двигать катушку с большим числом витков (или наоборот, двигать магнит относительно неподвижной катушки). В результате будет создаваться индукционный электрический ток.

    Так мы переходим к устройству, которое дает возможность получить электрический ток и называется генератором.

    Идея получения электрического тока таким способом впервые пришла Майклу Фарадею. В его рисунках даже сохранился чертеж первого генератора.

    Большинство генераторов – это т.н. электромеханические генераторы, в них за счет механического движения подвижной части такого генератора создается переменный электрический ток.

    Что же такое переменный электрический ток? Переменным электрическим током называют такой ток, который периодически изменяется по своей величине, модулю и направлению.

    На сегодняшний день вся промышленность использует именно переменный электрический ток.

    Объясняется это тем, что очень удобно, во-первых, получить переменный электрический ток, а во-вторых, удобно передавать его на большие расстояния. Вот поэтому в мире везде и всюду используется именно переменный ток.

    Обозначают его на всех схемах волнистой линией.

    Рис. 1. Обозначение переменного тока

    Обратите внимание: если дома есть какие-либо электрические приборы и на этих приборах встречается такое обозначение, значит, эти приборы работают на переменном электрическом токе.

    Как устроены генераторы?

    Итак, современный генератор представляет собой довольно сложное устройство, но в основном состоит он из двух частей – ротора и статора.

    Рис.

    2. Устройство генератораСтатор – это неподвижная часть.Ротор – подвижная. Можно сказать, что статор – это аналог катушки с большим числом витков.

    А ротор – это магнит, который вращается и создает изменяющийся магнитный поток с течением времени, пронизывая те витки, которые находятся в статоре, индуцирует, наводит в этих витках электрический ток.Если генератор маломощный, то обычно ротор делают из постоянного магнита.Ему придают определённую форму, создают внутри несколько отдельных полюсов. Этот постоянный магнит, вращаясь прямо внутри статора, непосредственно создаёт индукционный электрический ток. Если же необходим мощный генератор, то в этом случае ротор – уже не постоянный магнит, а электромагнит.Конечно, необходимо сказать, что во всех генераторах ротор вращается за счет работы сторонней силы.

    Если этот генератор установлен на гидроэлектростанции, то там используется энергия падающей воды.В этом случае ротор вращается с небольшой скоростью. Поэтому приходится делать ротор сложной формы, чтобы создать большое изменение магнитного потока при вращении ротора и получить значительный электрический ток. Например, у генератора на тепловых электростанциях ротор будет вращаться за счет поступающего пара, там частота вращения достаточно большая, и в этом случае количество полюсов и форма ротора будет совсем иная.

    Рис.

    3. Устройство ротора и статораЕсли говорить про статор, то это неподвижная часть генератора.В ней прорезаются пазы. Представьте себе цилиндр, в котором прорезаны пазы, в этих пазах укладывается обмотка статора, где и создается индукционный электрический ток.

    Так устроены генераторы переменного тока.Передача электроэнергииБольшое значение имеет вопрос о передаче переменного электрического тока.Передача переменного электрического тока на большие расстояния связана с электромагнитной индукцией. Чтобы передать переменный электрический ток, используются приборы, которые называются трансформаторами. Трансформатор– прибор для преобразования электрического тока и напряжения.Он состоит из двух катушек, они называются обмотками, и эти две катушки (катушек может быть и больше на самом деле) надеты на один сердечник.

    Рис. 4. Трансформатор состоит из двух катушекТрансформатор– это устройство, которое состоит из двух катушек или большего количества катушек, надетых на общий сердечник.Когда мы подключаем переменный электрический токк одной из катушек, в ней создается переменное магнитное поле.Магнитное поле одной катушки усиливается за счет железного сердечника и своим магнитным потоком пронизывает витки другой катушки.

    Тем самым в другой катушке тоже будет создаваться электрический ток. Если мы будем теперь изменять количество витков в одной катушке и в другой катушке, то будут меняться значения электрического тока в различных катушках.Вот здесь и происходит самое главное. Дело в том, что, когда электрический ток протекает по проводам, главная потеря связана с тем, что провода нагреваются, т.

    е. сказывается тепловое действие электрического тока. Это является главным неудобством при передаче постоянного электрического тока.А если мы говорим о переменном токе, то за счет трансформатора, изменяя витки в катушках, можно регулировать значение электрического тока.Если мы уменьшим количество витков, то можем изменить и значение электрического тока.

    Мы можем его уменьшить, и потери электрического тока при передаче тоже уменьшатся.Если мы все это примем во внимание, то можем сказать следующее. Трансформатор дает возможность уменьшить значение электрического тока и увеличить при этом напряжение электрического тока.Таким образом удобно передавать переменный электрический ток, трансформатор называется повышающим тогда, когда напряжение увеличивается. Когда такой электрический ток приходит уже непосредственно к нам в квартиры, то включают другой трансформатор, который называется понижающим.

    В этом случае напряжение уменьшается до 220 В, но сила тока в цепи возрастает.Этот электрический ток мы используем в бытовых приборах. Если мы будем рассматривать отдельно каждую линию электропередач (кратко ее называют ЛЭП), то каждая такая линия отдельно разрабатывается для конкретной электростанции, с которой мы получаем электроэнергию. На пути ее передачи устанавливаются трансформаторные станции, которые меняют напряжение переменного электрического тока.

    Источники:

    • infourok.ru
    • electrono.ru
    • referatwork.ru
    • interneturok.ru

    Поделиться:
    Нет комментариев