Получение переменной электродвижущей силы

В большинстве электрических устройств вихревые токи нежела­тельны и для их уменьшения увеличивают сопротивление тех проводников, в которых они возникают. Это достигается путем введе­ния в состав материалов специальных примесей. Кроме того, ферромагнитные детали электрических машин, подвергающихся перемагничиванию, изготовляют из листовой стали толщиной 0,35— 0,5 мм, изолируя отдельные листы лаком, тонкой бумагой или ока­линой.

Однако в некоторых установках и приборах появление вихревых токов желательно. На использовании вихревых токов основана, например, работа индукционных электрических печей для плавки металлов и индукционных электроизмерительных приборов (счет­чиков электроэнергии).

Индукционная печь представляет собой тигель, расположенный внутри катушки из трубчатой медной проволоки. В тигель поме­щают металл. Когда по обмотке печи проходит изменяющийся (переменный) электрический ток, внутри печи создается перемен­ное магнитное поле. Магнитные линии поля индуктируют в ме­талле вихревые токи, вызывающие его нагревание, в результате чего металл расплавляется.

Контрольные вопросы

Что называется относительной магнитной проницаемостью? От каких величин зависит напряженность магнитного поля? В каких единицах измеряется магнитная индукция? Как устроен электромагнит? Что называется электромагнитным реле? Назовите правило для определения направления перемещения проводника с током в магнитном поле. При каких условиях в проводнике возникает э. д. с, индукции? От каких величин зависит э. д. с. индукции? При каких условиях возникает в катушке э. д. с. самоиндукции? В каких единицах измеряется индуктивность? При каких условиях возникает э. д, с. взаимоиндукции?.

ГЛАВА IV ОДНОФАЗНЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

§ 48. ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРЕМЕННОЙ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ

Переменным током называется такой электрический ток, который периодически изменяется по величине и направлению.

Для получения переменного тока используют электромашинные генераторы. Работа генератора переменного тока основана на явле­нии электромагнитной индукции.

Рассмотрим принцип работы генератора и выясним при помощи простейшей схемы (рис. 46), как создается переменная э. д. с, под действием которой в электрической  цепи  протекает  переменный ток.

Магнитное поле генератора возбуждается электромагнитом по обмоткам которого протекает постоянный ток от внешнего источника электрической энергии. В магнитном поле помещен виток 3 медной проволоки, укрепленный на оси 2 и вращаемый вокруг нее каким-либо двигателем. Концы 4 и 7 витка соединены с медными контактными кольцами 6, изолированными от оси. К кольцам при­нимаются неподвижные щетки 5, к которым присоединяется прием­ник электрической энергии.

Известно, что величина индуктированной э. д. с. е, возникающей в проводнике при пересечении им магнитного потока, зависит от магнитной индукции В, рабочей длины l, скорости и движения проводника в магнитном поле, синуса угла между направлением дви­жения проводника и направлением магнитного потока:

На рис. 47 показаны различные положения витка, вращающего­ся в однородном магнитном поле генератора с равномерной ско­ростью. В положении 1 виток перемещается вдоль магнитного потока. Следовательно, виток не пересекает магнитных линий, угол  ά между направлением движения проводника и магнитным потоком равен нулю, a sin 0° = 0. Поэтому индуктированная в витке электродвижущая сила e = Blν sin 00=0.

Виток, вращаясь по окружности, через некоторое время повер­нется на угол ά =90° и займет положение 2. При этом он пересекает наибольшее количество магнитных линий. Индуктированная в нем электродвижущая сила будет наибольшей, sin 90°= 1 и e= Blν sin 90°== Blν.

Из положения 2 виток, продолжая вращаться, займет положе­ние 3 и будет пересекать магнитный поток под углом ά =180°. На Пути от 2 до 3 индуктированная электродвижущая сила будет по­степенно уменьшаться и в положении 3 станет равной нулю, так как виток не будет пересекать магнитный поток; sin 180° = 0 и e = Blν. sin 180°=0.

Пользуясь правилом правой руки, определим направление электродвижущей силы в витке, когда он перемещается в магнитном поле по окружности от положения  до положения 3. Э. д.с будет направлена от нас за плоскость чертежа. Условимся считать  это направление э. д. с. положительным.

Далее виток при своем вращении займет поочередно положения 4, 5 и вновь вернется в положение 1. Электродвижущая сила в витке при этом постепенно увеличится и в положении 4 она ста­нет наибольшей (ά = 270°), после чего э. д.с. уменьшится и в положении 5 вновь станет равной нулю

(sin 360° = 0). Далее весь процесс изменения э. д. с. повторится.

Пользуясь правилом правой руки, можно убедиться в том, что во вторую половину оборота витка возникающая в нем электродвижущая сила изменит свое направление и будет направлена к нам. Это направление э. д.с. условимся считать отрицательным.

График изменения электродвижущей силы, возникающей в витке в зависимости от угла его поворота в магнитном поле, приведен на рис. 48.

Электродвижущая сила (рис. 48), изменяющаяся по синусоиде, называется синусоидальной. Под действием такой э. д. с. в электри­ческих цепях течет синусоидальный переменный ток.

§ 49. ОСНОВНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

Переменная э. д.с, переменное напряжение, а также перемен­ный ток характеризуются периодом, частотой, мгновенным, максимальным и действующим значениями.

Период. Время, в течение которого переменная э. д. с. (напряже­ние или ток) совершает одно полное изменение по величине и на­правлению (один цикл), называется периодом. Период обозначает­ся буквой Т и измеряется в секундах.

Если одно полное изменение переменной э. д.с. совершается за 1/50 сек, то период этой э. д. с. равен 1/50 сек.

Частота. Число полных изменений переменной э. д. с. (напряже­ния или тока), совершаемых за одну секунду, называется частотой. Частота обозначается буквой f и измеряется в герцах (гц). При измерении больших частот пользуются единицами килогерц (кгц) и мегагерц (Мгц); 1 кгц = 1000 гц,

1 Мгц=1000 кгц, 1 Мгц=1 000 000 гц=106 гц. Чем больше частота переменного тока, тем короче период. Таким образом, частота — величина, обратная пе­риоду.

Пример. Длительность одного периода переменного тока равна 1/500 сек. Определить частоту тока.

Решение. Одно полное изменение переменного тока происходит за 1/500 сек. Следовательно, за одну секунду совершится 500 таких изменений. На основании этого частота

Чем больше период переменного тока, тем меньше его частота. Таким образом, период является величиной, обратной частоте, т. е.

Пример. Частота тока равна 2000 гц (2 кгц). Определить период этого пере­менного тока.

Решение. За 1 сек происходит 2000 полных изменений переменного тока. Следовательно, одно полное изменение тока — один период совершается за 1/2000 долю секунды. На основании этого период

Угловая частота. При вращении витка в магнитном поле один его оборот соответствует 360°, или 2π радиан[9] . Если, например, виток за время Т = 3 сек совершает один оборот, то угловая ско­рость его вращения за одну секунду

Соответственно угловая скорость вращения этого витка выражается в рад/сек и определяется отношением   . Эта величина называется угловой частотой и обозначается буквой ω.

Таким образом