Владимир Жабцев - Электричество дома и на даче. Как сделать просто и надежно

Сила переменного тока состоит в прямой зависимости не только от напряжения и сопротивления, но и индуктивности проводников, подключенных к цепи. Как правило, индуктивность существенно уменьшает силу переменного тока. В связи с тем, что сопротивление цепи равно отношению напряжения к силе тока, подключение к цепи катушки индуктивности увеличит общее сопротивление. Это произойдет вследствие наличия эдс самоиндукции, которая не дает току увеличиваться. Если напряжение изменяется, то сила тока просто не успевает достигнуть тех максимальных значений, которые она приобрела бы, не будь самоиндукции. Из этого вытекает, что наибольшее значение силы переменного тока ограничивается индуктивностью, т. е. чем больше будут индуктивность и частота напряжения, тем меньше будет значение силы тока.

Если в цепь постоянного тока включить батарею конденсаторов, то тока в цепи не будет, потому что пластины конденсатора отделяются друг от друга изоляционными прокладками. При наличии в цепи конденсатора постоянный ток существовать не может.

Если точно такую же батарею подсоединить к цепи переменного тока, то в ней возникнет ток. Объясняется это следующим образом. Под действием изменяющегося напряжения происходит зарядка и разрядка конденсаторов. То есть если одна обкладка конденсатора имела в течение какого-либо полупериода отрицательный заряд, то в следующий полупериод она приобретет положительный заряд. Следовательно, перезарядка конденсатора перемещает заряды по цепи. А это и есть электрический ток, который можно обнаружить при помощи амперметра. Чем больше будет перемещаемый заряд, тем больше сила тока, т. е. чем большей емкостью обладает конденсатор и чем чаще он перезаряжается, тем больше частота.

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 эдс с одинаковыми амплитудами и частотой, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120° или на 1/3 периода. Каждая такая цепь называется фазой.

Способ получения переменного тока при вращении обмотки в постоянном магнитном поле.

Вверху на рисунке показан принцип получения однофазного тока и его форма. Здесь рамка вращается в поле постоянного магнита и в ней индуцируется синусоидальная эдс. Если мы возьмем 3 рамки, расположенные под углом 120° друг к другу (рис. внизу), то в результате получим три эдс, которые сдвинуты относительно друг друга по фазе на 120°. При этом предполагаем, что вращение происходит с постоянной скоростью. Если считать, что эдс первой фазной обмотки el начинается в начале периода, т. е. t = 0, то:

e1 = Em1·sinωt, e2 = Em2·sin (ωt — 120°),

e3 = Em3·sin (ωt + 120°).

Способ получения трехфазного тока на современных генераторах.

В современных генераторах фазные обмотки размещены в неподвижной части генератора — статоре, а магнитное поле создается вращающимся с одной скоростью ротором, который представляет собой электромагнит. Ниже представлены векторная диаграмма и график трехфазного тока.

В общем случае для соединения трехфазного генератора переменного тока к потребляющему устройству нужно иметь шесть проводов. Однако существуют и более экономичные способы соединения: звезда и треугольник. 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.

Соединение трехфазных генераторов способом «звезда».

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. Точно так же можно соединять и приемники. 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 (фазное напряжение) и между двумя линейными (линейное напряжение). Линейное напряжение будет в √3 раз больше фазного, т. е.

U л = √3 U ф.

Пример соединения треугольником.

При использовании данного способа соединения конец X первой обмотки генератора подключают к началу В второй его обмотки, конец У второй обмотки — к началу С третьей обмотки, конец Z третьей обмотки — к началу А первой обмотки. 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.

Чтобы привести в движение любой исполнительный механизм, нужен двигатель, преобразующий какой-либо вид энергии в механическую, а также система механических передач между валом двигателя и исполнительным механизмом. До конца XIX в. в промышленности использовали в основном паровые и водяные двигатели. В настоящее время они практически полностью вытеснены электродвигателями.

Применение электродвигателей для привода в движение исполнительных механизмов (бытовой и промышленной аппаратуры) обусловлено рядом их преимуществ перед другими двигателями. Среди этих преимуществ можно отметить возможность изготовления электродвигателей любой мощности, простоту устройства и управления, надежность эксплуатации, возможность автоматизации.

Электрические машины подразделяются на два вида. Те, которые преобразовывают электрическую энергию в механическую, называются двигателями. Машины, трансформирующие механическую энергию в электрическую, называются генераторами. Действие двигателей и генераторов основано на явлении электромагнитной индукции.

Как уже говорилось выше, генераторы преобразовывают механическую энергию в электрическую. Вращающийся ротор генератора расположен в магнитном поле, на его поверхности выполнена обмотка, в которой индуцируется эдс. Если к концам обмотки присоединить резистор, то в нем возникнет ток. Это описание принципа действия простейшего генератора переменного тока. Но устройство данного типа электрической машины должно быть намного сложнее, потому что с его клемм берется довольно высокое напряжение. В связи с этим нужно выполнять большое количество витков обмотки и специальным способом соединять их между собой.