Если в магнитном поле (рис.18, а)
вращается не один, а два витка, сдвинутых один относительно другого на
некоторый угол φ, то в каждом из них возникнет собственная ЭДС и при замыкании этих
витков на какие либо собственные нагрузки, возникнут две самостоятельные
электрические цепи, которые называются в электротехнике фазами.
Рис. 18. получение сдвига фаз между двумя ЭДС.
При изучении вопроса о получении переменного тока (см. 4.1.) мы предполагали, что в начальный момент времени t=0 плоскость витка перпендикулярна направлению магнитного поля, т.е. виток расположен по нейтральной линии, проходящей между полюсами. При этом ЭДС равна нулю. Если виток (рис. 18, а) расположен в начальный момент времени под углом φ1 к нейтральной линии, то ЭДС при этом не равна нулю, так как виток пересекает силовые линии под углом φ1. Мгновенное значение ЭДС для такого случая
e1 = Em sin (ωt + φ1).
График изменения ЭДС представлен на рис. 18, б.
Величина ЭДС при t = 0 (начальный момент)
e1.0= Em ∙sin (ω ∙ 0 + φ1) = Em∙ sin φ1.
Угол φ1 называется начальным фазным углом, или начальной фазой.
Аналогично мгновенное значение ЭДС для витка 2
е2 = Em∙ sin (ωt + φ2),
ЭДС при t=0
e2.0= Em∙ sin (ω ∙ 0 + φ2) = Em ∙sin φ2.
Как видно из графика, синусоиды ЭДС первого и второго витков сдвинуты относительно друг друга. Разность начальных фаз называется углом сдвига фаз или сдвигом фаз. Угол сдвига фаз – величина вполне определённая. Если изменить момент начала отсчёта времени, то изменяется и начальная фаза, но угол сдвига фаз останется постоянным. Сдвиг фаз синусоид е1 и е2 равен
φ = φ2 – φ1.
Как видно из рис. 18, б , ЭДС е2 раньше достигнет своего положительного амплитудного значения, чем ЭДС е1, поэтому она является опережающей по отношению к е1. ЭДС е1 по отношению к е2 является отстающей. Угол сдвига фаз не может быть больше 180о , так как в противном случае не было бы ясности при определении опережающей и отстающей величин. Если φ1 = φ2, то синусоидальные величины имеют одинаковый начальный угол, т.е. они совпадают по фазе.
Примерные контрольные вопросы
1. Что такое фаза?
2. Объясните, пользуясь рисунком 18, чему равно в математическом выражении мгновенное значение ЭДС первого витка в общем случае и в начальный момент.
3. Выполните аналогичное объяснение для второго витка.
4. Что называется начальной фазой для первого витка и соответственно – для второго витка?
5. Чему равен сдвиг фаз?
6. Какая ЭДС называется опережающей, а какая – отстающей?
7. Почему угол сдвига фаз не может быть больше 180о?
4. Многофазные токи
Получение трёхфазного тока
Если на якорь генератора переменного тока поместить не одну, а несколько катушек, сдвинутых одна относительно другой на некоторый угол, то ЭДС в катушках будет достигать своих максимальных и нулевых значений в разное время, т.е. ЭДС будут сдвинуты по фазе. К каждой катушке может быть подключена произвольной величины нагрузка. Система, состоящая из нескольких электрических цепей переменного тока одной частоты, ЭДС в которых имеют разные фазы, называется многофазной системой.
Если сдвиг фаз ЭДС между соседними цепями
одинаков и амплитуды ЭДС равны между собой, то такая система называется симметричной.
Каждая цепь многофазной системы называется фазой. В настоящее время
их всех многофазных систем в основном применяется симметричная трёхфазная
система. Эта система была предложена и разработана русским инженером-электриком
М.О. Доливо-Добровольским в 1887 г.
Рис. 19. Получение трёхфазного тока
Для получения трёхфазной системы на якоре генератора переменного тока располагаются три катушки, сдвинутые одна относительно другой на угол 2/3 π (120о) (рис. 19, а) Выводы катушек в трёхфазной системе принято обозначать следующими буквами: А и Х для первой катушки, Bи Yдля второй и C и Zдля третьей. Выводы А, В и С считаются началами фаз, а X, Y и Z – концами. При этом обязательно должно быть соблюдено требование, чтобы все катушки от начала к концу фаз наматывались в одном и том же направлении.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.