Как происходит получение переменной ЭДС

Фундаментальные предпосылки сегодняшнего «электричества из розетки» были созданы английским физиком-экспериментатором Майклом Фарадеем в 1831 году благодаря его исследованиям электромагнитной индукции. Фундаментальные исследования ученого позволили преобразовать механическую энергию в электрическую, а в дальнейшем обеспечить получение и преобразование переменной ЭДС (электродвижущей силы).

Что такое переменный ток

Переменный ток — это электрический ток, регулярно изменяющий свое направление (полярность). Во всем мире электрическая энергия чаще всего передается синусоидальным напряжением. Причинами такого предпочтения являются простота генерации и простота преобразования синусоидального напряжения.

Простейшая форма переменного напряжения может быть выработана путем периодического изменения полярности источника постоянного напряжения. Подобное напряжение для крупномасштабного энергоснабжения не используется. Причина заключается в расширенном частотном спектре такой формы волны, что приводит к большим затратам энергии на преобразование и передачу электроэнергии на большие расстояния.

Практически в электроснабжении используется только синусоидальное напряжение. Графическое представление на оси времени подобного напряжения дает типичную кривую синуса. Помимо однофазного для питания электродвигателей используется трехфазное переменное напряжение.

Преимущество трехфазного тока

Трехфазный ток — это три независимых переменных напряжения, смещенные по фазе на 120 градусов. Отдельные фазы могут использоваться независимо друг от друга в качестве индивидуальных систем для потребителей небольшой мощности.

Трехфазные токи имеют помимо прочего то преимущество, что сечение проводников может быть уменьшено в целом для той же передаваемой мощности, а передача на большие расстояния высокого напряжения сопровождается меньшими потерями мощности. Кроме того, можно создавать экономичные и надежные асинхронные электродвигатели.

Частота характеризует число колебаний периодического процесса, отнесенное к интервалу времени, и измеряется в герцах (Гц). Наиболее применяемая частота переменного тока — 50 Гц, это частота сети общественного электроснабжения в Европейском Союзе и России.

Генератор переменного тока

Получить переменный ток можно с помощью генератора. Его работа основывается на явлении электромагнитной индукции. Электродвижущая сила возникает в замкнутом контуре в результате изменения магнитного потока, пронизывающего данный контур. Чтобы получить переменную ЭДС, следует изменить магнитный поток так, чтобы скорость его изменения подчинялась бы синусоидальному закону.

Самый простой генератор переменного тока — это вращающийся постоянный магнит, создающий в обмотке статора переменное напряжение, характеризующееся электродвижущей силой (ЭДС), измеряемой в вольтах. Электрическое напряжение вырабатывается при пересечении витков проволочной катушки силовыми линиями движущегося магнита.

Исторически первые громоздкие и неэкономичные генераторы эпохи зарождения электричества являлись машинами с постоянными магнитами. Но в середине 19-го века был открыт принцип, позволивший заменить стальные магниты, использовавшиеся ранее, электромагнитами с самоиндукцией, что привело к повышению экономической эффективности генераторов. Честь создания подобных агрегатов принадлежит инженеру-электротехнику русского происхождения М. О. Доливо-Добровольскому и сербскому изобретателю Николе Тесла.

Трехфазный генератор

Трехфазный генератор — это особая форма электрического генератора, индуцирующего три независимых переменных напряжения в трех статорных обмотках, смещенных на 120 градусов. Три статорных обмотки соединяются по схеме треугольника либо звезды. Звездой обмотки соединяются, когда требуется нейтральный проводник.

Существуют трехфазные синхронные и асинхронные генераторы. Синхронные генераторы применяются для крупномасштабного производства электроэнергии. Они используются, например, на теплоэлектростанциях, гидроэлектростанциях или атомных электростанциях.

Асинхронные генераторы используются в меньшем диапазоне мощностей, например, в ветряных электростанциях и генераторах аварийного питания.

Хотя по промышленным сетям энергоснабжения передается трехфазный ток, в домашнюю бытовую розетку обычно подается однофазный переменный ток. Однако для некоторых приборов, требующих большой мощности, используется трехфазный ток, их можно подключать к специальным трехфазным розеткам.

Видео по теме