Однофазный переменный ток
- Подробности
- Категория: Электротехника
Однофазный переменный ток
Практически в домашних условиях применяют однофазный переменный ток, который получают с помощью генераторов переменного тока. Устройство и принцип действия этих генераторов основывается на явлении электромагнитной индукции — возникновение электрического тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного потока, проходящего через него. Это явление было открыто английским ученым М.Фарадеем (1791-1867) в 1831 г.
Переменный ток, используемый в производстве и быту, изменяется по синусоидальному закону:
i = Im · sin(2·π·f·t),
где i— мгновенное значение тока;
Im — амплитудное (наибольшее) значение тока;
f — частота переменного тока;
t — время.
На рис. справа представлен график переменного тока и указаны амплитудные и мгновенное значения переменного тока в момент времени t.
Частота измеряется в герцах (Гц) в честь немецкого ученого Г. Герца (1857-1894). В сети переменного тока она равна 50 Гц. Частота переменного тока характеризует быстроту периодических процессов, число колебаний, совершаемых в единицу времени. Она измеряется с помощью специальных приборов — частотомеров.
Величина, обратная частоте, называется периодом колебания Т. Он равен для сети переменного тока 0,02 секунды.
Частота переменного тока зависит от частоты вращения ротора генератора и числа пар полюсов индуктора. Она определяется по формуле:
|
f = |
p.n |
|
60 |
где p — число пар полюсов индуктора;
n — частота вращения ротора в минуту.
Если генератор имеет одну пару полюсов, то ротор такого генератора совершает 3000 об/мин для получения переменного тока частотой 50 Гц.
Переменный ток так же, как и постоянный ток, может производить тепловое действие. Накаливание волоска лампочки осуществляется как переменным, так и постоянным током. Поэтому, сравнивая тепловые эффекты постоянного и переменного токов (Q= = Q-_), получают соотношение между действующим (эффективным) и максимальным токами:
|
|
I = |
Im |
≈ 0,7· Im |
|
|
|
√2 |
|
или напряжениями:
|
|
Um |
Um |
≈ 0,7· Um |
|
|
|
√2 |
|
где I, U — действующие значения тока и напряжения;
Im, Um— максимальные значения тока и напряжения.
Измерительные приборы, включенные в цепь переменного тока, показывают действующие значения тока или напряжения.
Переменный ток одного напряжения, в отличие от постоянного, легко преобразовать в переменный ток другого напряжения с помощью трансформатора.
Трансформатором называется электромагнитный аппарат, который служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте тока. Трансформаторы широко используются при передаче и распределении электрической энергии переменного тока. Они бывают однофазные и трехфазные.
Однофазный трансформатор состоит из сердечника и двух обмоток изолированного провода. Сердечник трансформатора делается из листов электротехнической стали и служит магнитопроводом. Листы стали изолируются лаком для уменьшения потери энергии в сердечнике. Обмотка, подключенная в сеть, называется первичной, а обмотка, с которой снимается напряжение, — вторичной. Трансформаторы, в которых вторичная обмотка имеет большее число витков, чем первичная, являются повышающими, а трансформаторы, в которых вторичная обмотка имеет меньшее число витков, чем первичная, являются понижающими. Отношение числа витков W1 и W2 обеих обмоток трансформатора равно отношению напряжений U1 и U2 на зажимах обмоток и называется коэффициентом трансформации К, т. е.
|
|
K= |
W1 |
= |
U1 |
|
|
W2 |
U2 |
При малых потерях энергии в трансформаторе (1-3%) можно принять, что мощность во вторичной цепи трансформатора приблизительно равна мощности в первичной. Тогда Р2 ≈ Р1 или I2 . U2 ≈ I1 . U1 , откуда
|
|
I2 |
= |
U1 |
= |
W1 |
= K |
|
|
I1 |
U2 |
W2 |
Следовательно, токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны напряжениям, а значит и числу витков обмоток. Это означает, что в повышающем трансформаторе сила тока во вторичной обмотке меньше, чем в первичной, и поэтому вторичная обмотка может быть выполнена из более тонкой проволоки; в понижающем же трансформаторе, наоборот, вторичная обмотка имеет большее сечение провода обмотки, чем первичная.
Для изменения напряжений в небольших пределах применяют трансформаторы с одной обмоткой — автотрансформаторы, которые представляют как бы трансформатор с последовательным соединением обмоток.