Генератор переменного тока (Динамо) -Генератор переменного тока и эффективное значение переменного тока

| 1 октября, 2021 | Физика

Генератор переменного тока — это устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую. Когда катушка вращается между двумя полюсами магнита , она перехватывает линии магнитного потока, которые генерируют наведенную ЭДС и наведенный электрический ток, который может передаваться по проводам в течение длительного времени, расстояния.

Электрогенератор (Динамо)

Электрогенератор состоит из неподвижного магнита, который может быть постоянным магнитом или электромагнитом , якоря (одиночная петля из проволочной катушки с множеством витков), подвешенной между полюсами магнита , пары контактных колец, подключенных по одному к каждой клемме катушки. и вращаются вместе с катушкой в магнитном поле. Каждая из двух графитовых щеток касается одного из двух контактных колец, через которые индуцированный электрический ток течет во внешнюю цепь (полюса динамо).

Учет наведенной мгновенной ЭДС, генерируемой в катушке динамо-машины.

Электрический генератор используется для преобразования механической энергии в электрическую ,когда петля вращается с линейной скоростью (v) так, что ее две стороны AB и CD пересекают магнитный поток плотности (B), и если угол между направлением линейной скорость и магнитные линии равны θ, тогда наведенная ЭДС, генерируемая на каждой из двух сторон, равна ЭДС = Blv sin θ.

Где: l = длина сторон AB и CD, но никакая наведенная ЭДС не генерируется ни на одной из сторон BC и AD, так что они всегда параллельны направлению магнитного поля , таким образом, ЭДС на каждом повороте становится:

emf = 2 Blv sin θ,   поскольку: v = ω r

Где: (ω) — угловая скорость, равная (2πf), (f) — частота, (r) — радиус круга, в котором катушка вращается вокруг своей оси.

ЭДС = 2 B l ω r sin θ

Поскольку A (площадь торца якоря) = l × 2r

ЭДС = BAω sin θ

Когда количество витков катушки (Н), то мгновенная ЭДС равна

ЭДС = NBAω sin θ

Если плоскость якоря перпендикулярна силовым линиям , то перпендикуляр к якорю параллелен полю (θ = 0 °), ЭДС = NBAω sin 0 = 0, ЭДС равна нулю.

Если плоскость якоря параллельна силовым линиям , то перпендикуляр к якорю перпендикулярен полю (θ = 90 °), ЭДС = NBAω sin 90 = NBAω, ЭДС становится максимальной.

Таким образом, ЭДС изменяется от нуля при θ = 0 до положительного максимума при θ = 90 °.

Мгновенная наведенная ЭДС может быть определена через (ЭДС) max :

ЭДС = (ЭДС) max sin θ = NBAω sin θ = NBA × 2πf sin θ (π = 22/7).

θ = ωt = 2πft, ЭДС = (ЭДС) max sin 2πft (π = 180 °)

Факторы, влияющие на мгновенную наведенную ЭДС в динамо переменного тока

  1. Количество витков катушки (N), (прямо пропорционально).
  2. Площадь торца якоря (A), (прямо пропорциональная).
  3. Частота (f) или угловая скорость (ω) катушки прямо пропорциональна.
  4. Плотность магнитного потока (B) для используемого магнита (прямо пропорциональная).
  5. Поскольку угол между перпендикуляром на пластине якоря и магнитным потоком или синусом, то угол между направлением линейной скорости и направлением магнитного потока (прямо пропорционален).

Объясняя работу динамо через полную революцию:

  1. Когда катушка вращается между полюсами магнита, начиная с положения, в котором ее плоскость перпендикулярна линиям магнитного потока (θ = 0 °), ЭДС = (ЭДС) maxsin 0 = 0, как наведенная ЭДС, так и наведенный ток исчезает.
  2. Когда катушка вращается и ее плоскость становится параллельной силовым линиям магнитного потока (θ = 90 °), ЭДС = (ЭДС) max, каки индуцированный ток.
  3. Затем катушка вращается, и ее плоскость снова становится перпендикулярной линиям магнитного потока, и ЭДС снова исчезает.
  4. Шаги 2 и 3 повторяются, таким образом, катушка завершает один полный цикл, который может быть представлен синусоидальной кривой.

Индуцированная ЭДС изменяется синусоидально с углом θ, где максимальное значение составляет 90 ° и 270 °. Индуцированная ЭДС исчезает при углах 0 °, 180 ° и 360 °.

I = 0, когда ЭДС = 0, I — максимальное значение, когда ЭДС является максимальным значением, индуцированный электрический ток прямо пропорционален индуцированной ЭДС, и, следовательно, мгновенный индуцированный ток может быть вычислен по формуле:

I = I max sin (2 π футов)

Генерируемый электрический ток меняет свое направление каждые полупериод и известен как переменный ток . Частота переменного тока определяется соотношением:

F = количество циклов / общее время

Периодическое время (T) = 1 / Текущая частота (f)

Частота домашнего тока = 50 цикл / сек.

Переменный ток — это электрический ток, который периодически меняет свою интенсивность и направление со временем от нуля до максимального значения, затем возвращается к нулю в полупериоде, затем меняет свое направление на противоположное и увеличивается до максимального значения, затем до нуля во втором полупериоде, и это повторяется каждый цикл.

Вычитание среднего ЭДС индукции в катушке (эдс) пр

ЭДС = — N (ΔΦ м / Δt)

Внутри цикла: Δt = T / 4 = 1 / 4f, ΔΦ m = BA, (ЭДС) ср = — NBA × 4f

В пределах ½ цикла: Δt = T / 2 = 1 / 2f, ΔΦ m = BA — (- BA) = 2 BA, (ЭДС) ср = — NBA × 4f

∴ Средняя ЭДС за цикла = Средняя ЭДС за ½ цикла

Средняя ЭДС в течение полного цикла = нулю, потому что направление ЭДС в первой половине цикла противоположно ее направлению во второй половине цикла.

Действующее значение переменного тока

Значение переменного тока изменяется от (+ I max ) до (- I max ), таким образом, среднее значение переменного тока равно нулю (I ave = ноль).

Тем не менее, электрическая энергия потребляется как тепловая из-за движения электрического заряда, и скорость потребляемой электрической энергии пропорциональна квадрату силы тока.

Лучший метод измерения эффективного значения силы переменного тока — это найти значение постоянного тока, которое вызывает такой же тепловой эффект в сопротивлении (или той же мощности), что и рассматриваемый переменный ток, и это эффективное значение переменного тока (I eff ) равно 0,707 максимального тока.

I эфф = 0,707 I макс.

Также действующее значение электродвижущей силы :

(ЭДС) эфф = 0,707 (ЭДС) макс.

Действующее значение переменного тока — это значение постоянного тока, который вызывает такой же тепловой эффект в сопротивлении, как и тот, который создается рассматриваемым переменным током в том же сопротивлении и в течение того же периода времени, или это постоянный ток, который генерирует такая же электрическая мощность, как и мощность, генерируемая переменным током при том же сопротивлении.

Когда эффективное значение силы переменного тока в цепи = 10 А, это означает, что сила постоянного тока, генерирующая такую ​​же тепловую мощность, вырабатываемую переменным током при том же сопротивлении и в том же интервале времени = 10 А.

Выпрямление электрического тока в динамо-машине

Выпрямление тока означает преобразование переменного тока в однонаправленный или постоянный ток, который имеет одно направление и почти постоянное значение. Многие электрические процессы, такие как производство некоторых металлов, требуют постоянного тока. Для этой цели генератор переменного тока может быть преобразован в постоянный ток. генератор.

Выпрямление тока — это преобразование переменного тока в постоянный, имеющее одно направление и почти постоянное значение. Выпрямление тока может производить либо:

  1. Однонаправленный электрический ток переменной силы.
  2. Однонаправленный электрический ток с почти постоянной силой.

Для получения однонаправленного электрического тока переменной силы.

Использование: получение некоторых металлов из их соединений электролизом.

Состав:

  1. Два металлических кольца в динамо-машине переменного тока заменены коммутатором, который состоит из полого металлического цилиндра, разделенного на две половины (1, 2), хорошо изолированные друг от друга.
  2. Две щетки F 1и F 2 касаются двух половин (1, 2) во время вращения катушки. Внешний контур соединен с двумя щетками F 1 и F 2 .
  3. Необходимо, чтобы две щетки F 1и F 2 касались изолятора между двумя половинами в момент, когда плоскость катушки перпендикулярна магнитному полю , в момент, когда генерируемая электродвижущая сила в катушке равна нулю.

Как это работает:

Будем считать, что катушка начинает вращаться в направлении, в течение первого полупериода щетка F 1 касается половины цилиндра (I), а щетка F 2 касается другой половины (2) цилиндра. Ток в таком случае будет проходить в катушке в направлении WXYZ. В результате ток проходит во внешней цепи в направлении от F 1 к F 2 в течение первой половины цикла.

Во второй половине цикла электрический ток меняет свое направление в катушке, ток проходит в катушке в направлении ZYXW, при этом щетка F 1 будет контактировать с половиной (2), в то время как F 2 будет в контакте с половиной (1), две половинки коммутатора меняют свое положение относительно двух щеток. В этом случае ток во внешней цепи проходит от F 1 к F 2 , что является одинаковым направление, как в первой половине цикла.

Продолжая вращение, щетка F 1 действует как положительный полюс, а F 2 действует как отрицательный полюс динамо-машины. Соответственно, ток и наведенная ЭДС во внешней цепи всегда будут в одном направлении, но ее значение изменяется от нуля. до максимального значения, затем снова уменьшается до нуля в течение каждого полупериода вращения катушки, но всегда в одном направлении.

Для получения однонаправленного тока примерно постоянной величины

Использование: Гальваника и зарядка электрических аккумуляторов.

Структура: используется много катушек, разделенных небольшими углами. Используется полый металлический цилиндр, который разделен на несколько сегментов, удвоенное количество катушек, таким образом, ток во внешней цепи почти постоянный, это способ получить генератор постоянного тока.

Переменный ток

Переменный ток получается с помощью динамо переменного тока , переменный ток периодически и равномерно меняет свою интенсивность и направление, его можно транспортировать на большие расстояния без больших потерь энергии с помощью электрического трансформатора, его можно преобразовывать на большие расстояния без потерь энергии путем повышения его напряжение до высокого значения с помощью трансформаторов, его можно преобразовать в постоянный ток, переменный ток используется в освещении и обогреве.

Постоянный ток

Постоянный ток получается с помощью динамо-машины постоянного тока, электрических ячеек или электрических аккумуляторов, постоянный ток имеет постоянное направление и интенсивность, его нельзя транспортировать на большие расстояния из-за очень больших потерь энергии в виде тепла в проводах, Его нельзя передавать на большие расстояния, так как он теряет большую часть своей энергии в виде тепловой энергии, он не может быть преобразован в переменный ток, постоянный ток используется в освещении, обогреве, гальванике и зарядке аккумуляторов, электролизе и мобильных устройствах. зарядное устройство.