Получение переменного тока.

Переменный ток получают при помощи генераторов переменного тока с использованием явлений электромагнитной индукции. На рис. 3.2 изображена примитивная установка для выработки переменного тока.

Рисунок 3.2. Простейшая установка для получения переменного электрического тока

Принцип действия установки прост. Проволочная рамка вращается в однородном магнитном поле с постоянной скоростью. Концами рамка закреплена на кольцах, вращающихся вместе с ней. К кольцам плотно прилегают пружины, выполняющие роль контактов. Через поверхность рамки непрерывно будет протекать изменяющийся магнитный поток. Поток, создаваемый электромагнитом, останется постоянным. В рамке возникнет э.д.с. индукции.

Для того чтобы определить, изменяется ли магнитный поток, проходящий по поверхности рамки, нужно всего лишь сравнить положение рамки в определенные периоды времени. Для этого нужно внимательно посмотреть на рис. 3.3.

Рисунок 3.3. Изменения положения рамки в разные периоды времени

Точкой отсчета будет положение рамки, показанное на рис. 3.3, а. В этот момент плоскость рамки перпендикулярна к магнитным линиям, и магнитный поток будет иметь максимальное значение. Параллельно магнитным линиям рамка встанет через четверть периода. Магнитный поток при этом станет равным нулю, потому что ни одна магнитная линия не проходит через поверхность рамки. Чтобы определить э.д.с. индукции, нужно знать не величину потока, а скорость его изменения. В точке отсчета э.д.с. индукции равна нулю, а в третьем (рис. 3.3, в) - максимальному значению. Исходя из положений рамки, можно увидеть, что э.д.с. индукции меняет и значение, и знак. Таким образом, она является переменной (см. график на рис. 3.3).

В данное время в мировой промышленной практике широко распространен трехфазный переменный ток, который имеет множество преимуществ перед однофазным током. Трехфазной называют такую систему, которая имеет три электрические цепи со своими переменными э.д.с. с одинаковыми амплитудами и частотой, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120° или на 1/3 периода. Каждая такая цепь называется фазой.

Для получения трехфазной системы нужно взять три одинаковых генератора переменного однофазного тока, соединить их роторы между собой, чтобы они не меняли свое положение при вращении. Статорные обмотки этих генераторов должны быть повернуты относительно друг друга на 120° в сторону вращения ротора. Пример такой системы показан на рис. 3.4, б.

Согласно вышеперечисленным условиям, выясняется, что э.д.с., возникающая во втором генераторе, не будет успевать измениться, по сравнению с э.д.с. первого генератора, т.е. она будет опаздывать на 120°. Э.д.с. третьего генератора также будет опаздывать по отношению ко второму на 120°.

Однако такой способ получения переменного трехфазного тока весьма громоздкий и экономически невыгодный. Чтобы упростить задачу, нужно все статорные обмотки генераторов совместить в одном корпусе. Такой генератор получил название генератор трехфазного тока (рис. 3.4, а). Когда ротор начинает вращаться, в каждой обмотке возникает изменяющаяся э.д.с. индукции. Из-за того, что происходит сдвиг обмоток в пространстве, фазы колебаний в них также сдвигаются относительно друг друга на 120°.

Рис. 3.4. Пример трехфазной системы переменного тока а) генератор трёхфазного тока; б) с тремя генераторами

а) б)

Для того чтобы подсоединить трехфазный генератор переменного тока к цепи, нужно иметь шесть проводов. Для уменьшения количества проводов обмотки генератора и приемников нужно соединить между собой, образовав трехфазную систему. Данных соединений два: звезда и треугольник. При использовании и того и другого способа можно сэкономить электропроводку

Соединение звездой

Обычно генератор трехфазного тока изображают в виде 3 статорных обмоток, которые располагаются друг к другу под углом 120°. Начала обмоток принято обозначать буквами А, В, С, а концы - X, Y, Z. В случае, когда концы статорных обмоток соединены в одну общую точку (нулевая точка генератора), способ соединения называется «звезда». В этом случае к началам обмоток присоединяются провода, называемые линейными (рис. 3.5 слева).

Точно так же можно соединять и приемники (рис. 3.5, справа). В этом случае провод, который соединяет нулевую точку генератора и приемников, называется нулевой. Данная система трехфазного тока имеет два разных напряжения: между линейным и нулевым проводами или, что то же самое, между началом и концом любой обмотки статора. Такая величина называется фазным напряжением (U_ф). Поскольку цепь трехфазная, то линейное напряжение будет в v3 раз больше фазного, т.е.: U_Л = v3U_Ф.

	Рисунок 3.5. Соединение трехфазных генераторов способом «звезда»

Соединение треугольником.

Рисунок 3.6. Пример соединения «треугольником»

При использовании данного способа соединения конец X первой обмотки генератора подключают к началу В второй его обмотки, конец Y второй обмотки - к началу С третьей обмотки, конец Z третьей обмотки - к началу А первой обмотки. Пример соединения показан на рис. 3.6. При данном способе соединения фазных обмоток и подключении трехфазного генератора к трехпроводной линии линейное напряжение по своему значению сравнивается с фазным: U_Ф = U_Л.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные параметры, характеризующие переменный ток.

2. Дайте определение частоты и назовите единицы её измерения.

3. Дайте определение амплитуды и назовите единицы её измерения.

4. Дайте определение периода и назовите единицы его измерения.

5. Отличие простейшего генератора трёхфазного тока от генератора однофазного тока.

6. Что такое фаза?

7. Что представляет собой ротор генератора трёхфазного тока?

8. Почему сдвинуты по фазе обмотки статора генератора трёхфазного тока?

9. Принцип соединения фазных обмоток трёхфазных генераторов и трансформаторов по схеме «звезда».

10. Принцип соединения фазных обмоток трёхфазных генераторов и трансформаторов по схеме «треугольник».