Як ми вже знаємо, електричний струм буває постійним і змінним. Але широко застосовується тільки змінний струм. Це обумовлено тим, що напруга і силу змінного струму можна перетворювати практично без втрат енергії. Змінний струм отримують за допомогою генераторів змінного струму з використанням явищ електромагнітної індукції. На рис. 8 зображена примітивна установка для вироблення змінного струму.

Мал. 8. Найпростіша установка для вироблення змінного електричного струму

Принцип дії установки простий. Дротяна рамка обертається в однорідному магнітному полі з постійною швидкістю. Своїми кінцями рамка закріплена на кільцях, що обертаються разом з нею. До кілець щільно прилягають пружини, що виконують роль контактів. Через поверхню рамки безперервно буде протікати змінюється магнітний потік, але потік, створюваний електромагнітом, залишиться незмінним. У зв'язку з цим в рамці виникне ЕРС індукції. Для того щоб визначити, чи змінюється магнітний потік, що проходить по поверхні рамки, потрібно всього лише порівняти становище рамки в певні періоди часу. Для цього потрібно уважно подивитися на рис. 9.

Мал. 9. Зміни положення рамки в різні періоди часу

Точкою відліку буде положення рамки, показане на рис. 9, а. У цей момент площину рамки перпендикулярна до магнітних лініях, і магнітний потік буде мати максимальне значення. Паралельно магнітним лініям рамка встане через чверть періоду. Магнітний потік при цьому стане рівним нулю, тому що ні одна магнітна лінія не проходить через поверхню рамки. Щоб визначити ЕРС індукції, потрібно знати не величину потоку, а швидкість його зміни. У точці відліку ЕРС індукції дорівнює нулю, а в третьому (рис. 9, в) - максимального значення. Виходячи з положень рамки, можна побачити, що ЕРС індукції змінює і значення, і знак. Таким чином, вона є змінною (див. Графік на рис. 9).

Якщо рамка має тільки активний опір, то струм, який виникає в контурі під дією ЕРС індукції, з плином часу буде змінюватися, як і сама ЕРС. Такий струм називається змінним синусоїдальним струмом. Періодом змінного струму називається відрізок часу, протягом якого струм виконує одне повне коливання (цю одиницю позначають буквою Т). Число повних коливань за 1 с називається частотою струму і позначається буквою f. Частота вимірюється в герцах (Гц). У промисловості і побуті більшості країн використовують змінний струм з частотою 50 Гц.

Діючі значення сили струму і напруги

Як відомо, змінна ЕРС індукції викликає в ланцюзі змінний струм. При найбільшому значенні ЕРС сила струму буде мати максимальне значення і навпаки. Це явище називається збігом по фазі. Незважаючи на те що значення сили струму можуть коливатися від нуля і до певного максимального значення, є прилади, за допомогою яких можна заміряти силу змінного струму.

Характеристикою змінного струму можуть бути дії, які не залежать від напрямку струму і можуть бути такими ж, як і при постійному струмі. До таких дій можна віднести теплове. Наприклад, змінний струм протікає через провідник із заданим опором. Через певний проміжок часу в цьому провіднику виділиться якусь кількість тепла. Можна підібрати таке значення сили постійного струму, щоб на цьому ж провіднику за той же час виділялося цим струмом таку ж кількість тепла, що і при змінному струмі. Таке значення постійного струму називається діючим значенням сили змінного струму.

Амперметри і вольтметри магнітоелектричної системи не дозволяють проводити виміри в ланцюгах змінного струму. Це відбувається тому, що при кожній зміні струму в котушці змінюється напрямок крутного моменту, яке впливає на стрілку приладу. Через те що котушка і стрілка мають велику інерцію, прилад не реагує на змінний струм. Для цих цілей застосовуються прилади, які не залежать від напрямку струму. Наприклад, це можуть бути прилади, засновані на тепловій дії струму. В таких приладах стрілка повертається за рахунок подовження нитки, що нагрівається струмом.

Можна також застосовувати прилади з електромагнітної системою дії. Рухомою частиною в даних пристроях є залізний диск невеликого діаметру. Він перемагнічується і втягується всередину котушки, через яку пропущений змінний струм. Такі прилади вимірюють діючі значення сили струму і напруги.

Котушка індуктивності і конденсатор в мети змінного струму

Особливостями змінного струму є зміна сили і напрямку струму. Ці явища відрізняють його від постійного струму. Наприклад, за допомогою змінного струму не можна зарядити акумулятор. Також не можна застосовувати його для інших технічних цілей.

Сила змінного струму полягає в прямій залежності не тільки від напруги і опору, а й індуктивності провідників, підключених до ланцюга. Як правило, індуктивність істотно зменшує силу змінного струму. У зв'язку з тим що опір ланцюга дорівнює відношенню напруги до сили струму, то підключення до ланцюга котушки індуктивності збільшить загальний опір. Це станеться внаслідок наявності ЕРС самоіндукції, яка не дає току збільшуватися. Якщо напруга змінюється, то сила струму просто не встигає досягти тих максимальних значень, які вона придбала б, якби не було самоіндукції. З цього випливає, що найбільше значення сили змінного струму обмежується індуктивністю, т. Е. Чим більше буде індуктивність і частота напруги, тим менше буде значення сили струму.

Якщо в ланцюг постійного струму включити батарею конденсаторів, то струму в ланцюзі не буде, тому що пластини конденсатора відокремлюються одна від одної ізоляційними прокладками. При наявності в ланцюзі конденсатора постійний струм існувати не може.

Якщо точно таку ж батарею приєднати до ланцюга змінного струму, то в ній виникне струм. Пояснюється це наступним чином. Під дією змінюється напруги відбувається зарядка і розрядка конденсаторів. Тобто якщо одна обкладка конденсатора мала протягом будь-якого напівперіоду негативний заряд, то в наступний напівперіод вона придбає позитивний заряд. Отже, перезарядка конденсатора переміщує заряди по ланцюгу. А це і є електричний струм, який можна виявити за допомогою амперметра. Чим більше буде переміщуваний заряд, тим більше сила струму, т. Е. Чим більшою ємністю володіє конденсатор і чим частіше він перезаряджається, тим більше частота.

Трифазний змінний струм

В даний час в світовій промисловій практиці широко поширений трифазний змінний струм, який має безліч переваг перед однофазним струмом. Трифазної називають таку систему, яка має три електричні ланцюги зі своїми змінними ЕРС з однаковими амплітудами і частотою, але зрушені по фазі відносно один одного на 120 ° або на 1/3 періоду. Кожна така ланцюг називається фазою.

Мал. 10. Приклад трифазної системи змінного струму з трьома генераторами

Для отримання трифазної системи потрібно взяти три однакових генератора змінного однофазного струму, з'єднати їх ротори між собою, щоб вони не змінювали своє становище при обертанні. Статорні обмотки цих генераторів повинні бути повернені відносно один одного на 120 ° в бік обертання ротора. Приклад такої системи показаний на рис. 10.

Згідно перерахованим вище умовам, з'ясовується, що ЕРС, що виникає в другому генераторі, не встигатиме змінитися, в порівнянні з ЕРС першого генератора, т. Е. Вона буде спізнюватися на 120 °. ЕРС третього генератора також буде спізнюватися по відношенню до другого на 120 °.

Однак такий спосіб отримання змінного трифазного струму вельми громіздкий і економічно невигідний. Щоб спростити завдання, потрібно все статорні обмотки генераторів поєднати в одному корпусі. Такий генератор отримав назву генератор трифазного струму. Коли ротор починає обертатися, в кожній обмотці виникає змінюється ЕРС індукції. Через те що відбувається зсув обмоток в просторі, фази коливань в них також зсуваються відносно один одного на 120 °.

Для того щоб приєднати трифазний генератор змінного струму до ланцюга, потрібно мати 6 проводів. Для зменшення кількості проводів обмотки генератора і приймачів потрібно з'єднати між собою, утворивши трифазну систему. Даних з'єднань два: зірка і трикутник. При використанні і того й іншого способу можна заощадити електропроводку.

з'єднання зіркою

Зазвичай генератор трифазного струму зображують у вигляді 3 статорних обмоток, які розташовуються один до одного під кутом 120 °. Почала обмоток прийнято позначати буквами А, В, С, а кінці - X, Y, Z. У разі, коли кінці статорних обмоток з'єднані в одну загальну точку (нульова точка генератора), спосіб з'єднання називається «зірка». В цьому випадку до початків обмоток приєднуються проводи, звані лінійними (рис. 11 зліва).

Мал. 11. З'єднання трифазних генераторів способом «зірка»

Точно так само можна з'єднувати і приймачі (рис. 11 праворуч). У цьому випадку провід, який з'єднує нульову точку генератора і приймачів, називається нульовою. Дана система трифазного струму має два різних напруги: між лінійним і нульовим проводами або, що те ж саме, між початком і кінцем будь обмотки статора. Така величина називається фазною напругою (Uл). Оскільки ланцюг трифазна, то лінійна напруга буде в v3 разів більше фазного, т. Е .:

Uл = v3Uф

з'єднання трикутником

Мал. 12. Приклад з'єднання трикутником

При використанні даного способу з'єднання кінець X першої обмотки генератора підключають до початку У другій його обмотки, кінець Y другий обмотки - до початку З третьої обмотки, кінець Z третьої обмотки - до початку А першої обмотки. Приклад з'єднання показаний на рис. 12. При даному способі з'єднання фазних обмоток і підключенні трифазного генератора до трехпроводной лінії лінійна напруга за своїм значенням порівнюється з фазним:

Uф = Uл

До ЗМІСТУ

---

Посилання на інші сторінки сайту по темі «будівництво, облаштування будинку»:

© 2000 - 2007 Oleg V. Mukhin.Ru ™