Получение однофазного переменного тока Пусть имеется однородное магнитное

Получение однофазного переменного тока Пусть имеется однородное магнитное поле, образованное между полюсами NS магнита. Внутри поля под действием посторонней силы вращается по окружности в сторону движения часовой стрелки металлический прямолинейный проводник. 1

2 Пересечение проводником магнитных линий приведет к появлению в проводнике индуктированной э. д. с. Величина э. д. с. зависит от величины магнитной индукции В, активной длины проводника l, скорости пересечения проводником магнитных линий v и синуса угла а между направлением движения проводника и направлением магнитного поля. е = B l v sin a.

3 Нормальная составляющая скорости vn обусловливает наводимую э. д. с. индукции и равна: vn = v sin a Тангенциальная составляющая скорости vt не принимает участия в создании индуктированной э. д. с. и равна: vt = v cos a При а=90° нормальная скорость vn = v sin a = v sin 90° = v имеет максимальное значение. Такое же значение имеет в этот момент величина индуктированной э. д. с. в проводнике, откуда общее выражение для э. д. с. в проводнике будет: е = Ет sin а или е = sin a.

4 При движении проводник будет занимать различные положения. Угол пересечения а меняется и при переходе проводника через нейтральную линию направление индуктированной э. д. с, определяемое по правилу правой руки, также меняется. За один полный оборот проводника э. д. с. в нем сначала увеличивается от нуля до максимального значения, затем уменьшается до нуля и, изменив свое направление, вновь увеличивается до максимального значения и вновь уменьшается до нуля. При дальнейшем движении проводника изменения э. д. с. будут повторяться.

5

6 Устройство, показанное на рис. 2, позволяет снимать и отводить во внешнюю цепь переменную э. д. с. Согнутый рамкой проводник вращается в магнитном поле под действием посторонней силы. Концы рамки присоединены к двум медным кольцам 3 и 4, на которых наложены две угольные щетки 5 и 6. Во внешней цепи будет протекать изменяющийся по величине и направлению ток. Такой ток называется переменным в отличие от постоянного, который дают гальванические элементы и аккумуляторы. Переменный ток на электрических схемах принято обозначать условным знаком ~.

Устройство промышленного генератора синусоидального тока Неподвижная часть – статор 7 Вращающаяся часть – ротор Источник тока возбуждения – возбудитель, соединенный с обмоткой ротора через контактные кольца и неподвижные щетки. Одному обороту двухполюсного ротора соответствует один период синусоидальной ЭДС. р парам полюсов соответствует р периодов синусоидальной ЭДС – частота синусоидальной ЭДС, n – число оборотов в минуту

8 Трехфазный переменный ток Объединение в одну цепь нескольких подобных по структуре цепей синусоидального тока одной частоты с независимыми источниками энергии широко применяется в технике. Русский инженер М. О. Доливо-Добровольский (1862 -1919) изобрел и разработал трехфазную систему во всех деталях, включая трехфазные трансформатор и асинхронный двигатель. Своими работами (1888 -1891 гг. ) он способствовал быстрому внедрению трехфазного тока и широкому распространению его на практике, который применяется до настоящего времени.

9 Трехфазные цепи являются наиболее экономичными и совершенными по сравнению с другими многофазными цепями и используются для электроснабжения большинства мощных потребителей электрической энергии. В качестве трехфазного источника электрической энергии в основном используются трехфазные генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую, каждая из трех обмоток якоря которого является источником однофазной синусоидальной ЭДС.

10 Трехфазный переменный ток получается следующим образом. Если в однородном магнитном поле полюсов NS поместить три витка, расположив каждый из них по отношению к другому под углом 120°, и вращать витки с постоянной угловой скоростью, то в витках будут индуктироваться э. д. с, которые также будут сдвинуты по фазе на 120°. Если принять начальную фазу первого витка, равной нулю, то э. д. с. в витках выразятся следующими уравнениями:

11 Многофазную цепь и многофазный приемник называют симметричными, если комплексные сопротивления всех фаз одинаковы. Если к симметричной трехфазной цепи приложена симметричная система напряжений, то получается симметричная система токов. Режим многофазной цепи, при котором многофазные системы напряжений и токов симметричны, называется симметричным режимом.

12 Векторная диаграмма э. д. с. трех витков. Длина векторов равна действующему значению э. д. с. На практике для получения трехфазного тока на статоре генератора переменного тока делают три обмотки, сдвинутые одна относительно другой на 120°. Они называются фазными обмотками или просто фазами генератора.

13 К трехфазным потребителям электрической энергии относятся трехфазные синхронныс и асинхронные двигатели и трансформаторы (с нагрузкой), электрические печи, приборы электрического освещения и др. Существуют различные способы соединения фаз трехфазных источников питания и трехфазных потребителей электроэнергии. Наиболее распространенными являются соединения «звезда» и «треугольник» . При этом способы соединения фаз источников и фаз потребителей в трехфазных системах могут быть различными. Фазы источника обычно соединены «звездой» , фазы потребителей соединяются либо «звездой» , либо «треугольником» .

Cоединение звездой Концы фаз источников Х, У, Z объединены в общую нейтральную (нулевую) точку N. 14 Начала фаз А, В, С подключаются к соответствующим линейным проводам. Аналогичным образом при соединении трехфазных потребителей объединяются в нейтральную точку п концы его фаз х’, у’, z’, при этом начала фаз подключаются к линейным проводам. Нулевая точка

15 Четырехпроводная система трехфазного тока

16 Роль обратного провода выполняет нулевой провод. При работе по нулевому проводу протекает ток, равный геометрической сумме трех токов: IА, IB и IC , т. е. I 0=IA+IB+IC Напряжение, измеренное между началом фазы генератора или потребителя и нулевой точкой (или нулевым проводом), называется фазным напряжением UAB , UBC , UCA и обозначается в общем виде Uф. Величины э. д. с. фазных обмоток генератора обозначаются ЕА, ЕВ, ЕС.

17 Напряжения, измеренные между началами фаз А и В, В и С, С и А генератора или потребителя, называются линейными напряжениями и обозначаются UAB , UBC , UCA или в общем виде UЛ. Если присоединить зажимы вольтметра к точкам А и В, то он покажет линейное напряжение UAB.

18 Так как положительные направления фазных напряжений UA , U B и UC выбраны от начал фазных обмоток к их концам, то вектор линейного напряжения UAB будет равен геометрической разности векторов фазных напряжений UА и UB : UAB =UA – UB UBC =UB – UC UCA =UC – UА. Мгновенное значение линейного напряжения равно разности мгновенных значений соответствующих фазных напряжений.

19 Векторы линейных напряжений составляют замкнутый треугольник.

20 Из рисунка: UBC= 2 UB cos 30°, так как сos 30° = UBC= или Uл= , то UB Uф При соединении звездой линейное напряжение в раз больше фазного напряжения.

21 Ток, протекающий по фазной обмотке генератора или потребителя, называется фазным током IФ. Ток, протекающий по линейному проводу, называется линейным током IЛ. При соединении звездой линейный ток равен фазному току, т. е. Iл=Iф. Когда нагрузка в фазах потребителя одинакова как по величине, так и по характеру, она называется равномерной или симметричной. Это условие выражается равенством: z 1 = z 2 =z 3.

22 При равномерной нагрузке сумма мгновенных значений токов трехфазной системы равна нулю. Следовательно, ток в нулевом проводе будет равен нулю.

23 Если имеем равномерную нагрузку, как, например, трехфазные двигатели переменного тока, трехфазные печи и т. п. , то к такой нагрузке подводятся только три провода. Потребители, включенные звездой с неравномерной нагрузкой фаз, нуждаются в нулевом проводе. К таким потребителям, как, например, при осветительной нагрузке, подводятся четыре провода.

24 Соединение треугольником Генераторы или потребители трехфазного тока могут включаться треугольником. Cоединение треугольником выполняется таким образом, чтобы конец фазы А был соединен с началом фазы В, конец фазы В соединен с началом фазы С и конец фазы С соединен с началом фазы А. К местам соединения фаз подключаются линейные провода.

25 Если обмотки генератора соединены треугольником, то линейное напряжение создает каждая фазная обмотка. У потребителя, соединенного треугольником, линейное напряжение подключается к зажимам фазного сопротивления. При соединении треугольником фазное напряжение равно линейному. , а ток

26 Активная Р, реактивная Q и полная S мощности потребителя электроэнергии при симметричной нагрузке (Z*a = Z*b = Z*c = Z*Ф) определяются : Р=Ра+ Рb+ Рc = 3 Рф = 3 Uф. Iфcos φф = 3 Rф. I 2 ф = = 3 Rф. I 2 л = √ 3 Uл. Iлcosφф; Q=Qа+ Qb+ Qc = 3 Qф = 3 Uф. Iфsinφф = 3 Xф. I 2 ф = = 3 Xф. I 2 л = √ 3 Uл. Iлsinφф; S=Sа+ Sb+ Sc = 3 Sф = 3 Uф. Iф= 3 Zф. I 2 ф = 3 Zф. I 2 л; где При этом S = √(P 2 + Q 2)=√ 3 Uл. Iл