Принцип работы генератора переменного тока

Генератор переменного тока

Проведём опыт по получению индукционного тока. Будем вдвигать и выдвигать постоянный магнит в катушку, соединённую с гальванометром.

Рисунок 1. Опыт по получению индукционного тока

Можно наблюдать отклонение гальванометра в одну и другую стороны. Это значит, что по катушке течёт индукционный ток, у которого изменяется как модуль, так и направление с течением времени. Такой ток называется переменным током.

Переменный ток создаётся и в замкнутом контуре изменяющимся магнитным потоком, пронизывающим его площадь. Изменение магнитного потока связано с изменением индукции магнитного поля. Величину магнитного потока можно изменить, поворачивая контур (или магнит), то есть меняя его ориентацию по отношению к линиям магнитной индукции.

Рисунок 2. Изменение магнитного потока при вращении постоянного магнита

Этот принцип получения переменного электрического тока используется в механических индукционных генераторах — устройствах, преобразующих механическую энергию в электрическую. Основные части: статор (неподвижная часть) и ротор (подвижная часть).

Рисунок 3. Схема генератора

1 — корпус;

2 — статор;

3 — ротор;

4 — скользящие контакты (щётки, кольца).

В промышленном генераторе статором является цилиндр с прорезанными внутри него пазами, в которые уложен витками провод из меди с большой площадью поперечного сечения (аналогично рамке). Переменный магнитный поток в таких витках порождает переменный индукционный электрический ток.

Ротор — это постоянный магнит или электромагнит. Электромагнит представляет собой обмотку с железным сердечником внутри, по которому течёт постоянный электрический ток. Он подводится от внешнего источника тока через щётки и кольца.

Какая-либо механическая сила (паровая или водяная турбина) вращает ротор. Вращающееся одновременно с ним магнитное поле образует изменяющийся магнитный поток в статоре, в котором возникает переменный электрический ток.

Рисунок 4. Устройство гидрогенератора

1 — статор;

2 — ротор;

3 — водяная турбина.

В промышленных генераторах используют много пар магнитных полюсов. От их количества прямо пропорционально зависит значение частоты переменного тока. В различных государствах пользуются переменным током разной стандартной частоты: в Соединённых Штатах Америки — 60 Гц, в Российской Федерации — 50 Гц. Это значит, что происходит изменение направления электрического тока за 1 секунду 50 раз в каждую сторону.

Сила тока, получаемого с помощью такого генератора, изменяется с течением времени по гармоническому закону.

По графику силы тока видно, что она меняется от максимального (амплитудного) значения до нуля и обратно на протяжении одного периода.

Переменный ток можно характеризовать величинами I_m и U_m — амплитудные значения силы тока и напряжения. Но из-за постоянного изменения значений силы тока и напряжения по их амплитудным величинам нельзя оценить те действия, которые производит переменный ток (одно из них — тепловое действие).

Обрати внимание!

Поэтому для переменного тока пользуются характеристикой, которая называется действующим значением переменного тока. Его числовое значение соответствует силе постоянного тока, оказывает точно такое же действие, как и данный переменный ток за определённое время.

Действующие значения силы переменного тока и напряжения вычисляются соответственно по формулам:  и .