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 = B lν 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= B lν sin 90°== B lν.

Из положения 2 виток, продолжая вращаться, займет положе­ние 3 и будет пересекать магнитный поток под углом ά = нулю, так как виток не будет пересекать магнитный поток; sin 180° = 0 и e = B lν. 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.

180°. На Пути от 2 до 3 индуктированная электродвижущая сила будет по­степенно уменьшаться и в положении 3 станет равной

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.

Рис. 3-б Схема сборки ветрогенератора

Рис. 3-в  Схема сборки ветрогенератора