Понятие системы электропитания. Структура системы электропитания. Каналы электроснабжения, страница 8

Современные наземные источники электрической энергии – это преимущественно синхронные генераторы, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую вследствие явления электромагнитной индукции. При движении магнитного поля ротора относительно обмотки статора генератора в ней индуктируется Э.Д.С.

, пропорциональная скорости изменения потокосцепления φ_G магнитного поля. Благодаря малому внутреннему сопротивлению обмотки статора, напряжение на зажимах генератора мало зависит от тока нагрузки. Поэтому индуктивные машины переменного и постоянного тока различных типов, обладающие малым внутренним сопротивление, принято называть источниками напряжения. Схема замещения источника напряжения обычно (см. рисунок П1.1.) изображается в виде двух элементов: активного элемента – источника Э.Д.С. е(t), напряжение на зажимах которого не зависит от происходящего по нему тока, и пассивного элемента – внутреннего сопротивления Z_i.

Гальванические элементы, аккумуляторы, некоторые виды термоэлементов также обладают малым внутренним сопротивлением и тоже могут быть отнесены к источникам напряжения. На рисунке П1.2. приведена вольтамперная характеристика источника Э.Д.С. в виде прямой (1), там же показана внешняя характеристика реального источника напряжения (2), учитывающая его конечное внутренне сопротивление, мощность и падение напряжения на его внутреннем сопротивлении в зависимости от тока нагрузки I_н. При изменении в широком диапазоне тока нагрузки напряжение на зажимах идеального источника электрического напряжения изменяется столь незначительно, что практически его принимают неизменным.

В современной практике принята система преобразования, передачи, распределения и потребления электрической энергии при постоянном напряжении. Величина тока нагрузки I_н зависит только от величины сопротивления приемника Z_н и при переменной нагрузке, т.е. при изменении ее сопротивления, соответственно, меняется ток I_н.

На практике нередки случаи, когда возникает необходимость поддерживать неизменным заданное значение тока нагрузки независимо от ее сопротивления. Для этого требуется, чтобы генератор электрической энергии обеспечивал ток, величина которого не зависела бы от параметров нагрузки, т.е. чтобы генератор был источником тока.

Первым генераторами, преобразующими механическое движение в электрическую форму, были электростатические машины трения, известные уже в середине XVII века. Затем появились емкостные электрофорные машины, основанные на использовании явления электростатической индукции.

В емкостной машине, как и в индуктивной электрической машине, различают статор и ротор, только выполненные из диэлектрика и проводящих пластин, образующих емкости. Один из таких элементов машины, например ротор, между пластинами которого возбуждено электрическое поле Е (напряжение возбуждения), служит для создания заряда q на втором элементе – статоре. При относительном движении ротора и статора периодически изменяется емкость между ними и вследствие электростатической индукции изменяется заряд на статоре, и если пластины замкнуты на нагрузку, в ней появляется ток. Связь между током машины и скоростью изменения заряда выражается в виде .

Поскольку заряд равен потоку вектора смещения q=ψ_D, то, по закону электростатической индукции, изменение потокосцепления вектора смещения ψ_D создает ток в емкостном электрическом генераторе

.

Согласно закону электростатической индукции, ток на зажимах емкостного генератора переменного или постоянного тока будет неизменным по величине независимо от нагрузки, а напряжение на зажимах нагрузки пропорционально сопротивлению нагрузки.

Таким образом, индуктивные машины генерируют электроэнергию при постоянной Э.Д.С. и представляют собой источники напряжения, а величина тока в них зависит от сопротивления нагрузки; емкостные машины генерируют электрическую энергию с постоянным током и являются источниками тока, а напряжение на зажимах емкостных машин – явление вторичное, определяемое величиной сопротивления нагрузки.