Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение резонанса

2. Резонанс в электрической цепи.

Тема 16: Генераторы электрического тока. Трансформаторы

План:

1. Генераторы электрического тока.

2. Трансформаторы.

3. Токи высокой частоты.

Вопрос 1. Генераторы электрического тока. Электрический ток вырабатывается в генераторах - устройствах, преобразующих энергию того или иного вида в электрическую энергию. К генераторам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи и т.п. Область применения каждого из перечисленных видов генераторов электроэнергии определяется их характеристиками. Так, электростатические машины создают высокую разность потенциалов, но неспособны создать в цепи сколько-нибудь значительную силу тока. Гальванические элементы могут дать большой ток, но продолжительность их действия невелика. В генераторах механическая энергия превращается в электрическую. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции. Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из электротехнической стали. Один из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому он называется ротором. Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором. Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим. Этим обеспечивается наибольшее значение потока магнитной индукции. В больших промышленных генераторах вращается электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными. В маломощных генераторах магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом.

Вопрос 2. Трансформаторы. Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г. русским учёным П.Н. Яблочковым для питания изобретённых им ''электрических свечей» Трансформатор состоит из замкнутого сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками. Одну из обмоток, называемую первичной, подключают к источнику переменного напряжения. Вторую обмотку, к которой присоединяют «нагрузку», то есть приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называют вторичной. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле, так, что магнитный поток существует только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях. В первичной обмотке, имеющей n₁ витков, полная ЭДС индукции е₁ равна n₁е. Во вторичной обмотке полная ЭДС е₂ равна n₂е, следовательно Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен ЭДС индукции, значит: , Мгновенные значения ЭДС е₁ и е₂ изменяются синфазно (одновременно достигают максимума и одновременно проходят через нуль.) Поэтому отношение можно заменить: Величину k называют коэффициентом трансформации. При k 1, - трансформатор – понижающий.

Вопрос 3. Токи высокой частоты. Токи с частотой выше 10000 гц называют токами высокой частоты. Их получают с помощью электронных устройств. Если поместить проводник внутрь катушки, по которой течет ток высокой частоты, то в проводнике возникнут вихревые токи. Вихревые токи нагревают проводник. Влияние поля Е усиливает ток на поверхности проводника и ослабляет в середине. При достаточно большой частоте ток течет только в поверхностном слое проводника. Метод поверхностной закалки стальных изделий придумал и предложил российский ученый В. П. Вологдин. На высокой частоте индукционный ток нагревает только поверхностный слой детали. После быстрого охлаждения получается нехрупкое изделие с твердой поверхностью.