Принцип генерации переменного синусоидального напряжения.

Генерация синусоидального напряжения основана на законе электромагнитной индукции. Опытные доказательства этого закона студентам известны из курса школьной физики. Например, при перемещении постоянного магнита вверх и в низ внутри проволочной катушки на концах катушки регистрируется переменное напряжение. Закон формулируется так — э.д.с. индукции пропорциональна скорости изменения потока магнитной индукции со временем или э.д.с.=-d/dt. Где э.д.с. — электродвижущая сила,— поток магнитной индукции, равный произведению магнитной индукцииBна площадь проводящего контура S, t — время.

Промышленное получение переменного электрического тока основано на вращении прямоугольного проводника в постоянном магнитном поле. Прямоугольный проводник создают, навивая на цилиндрический ротор генератора обмотку из медных проводов. При вращении ротора с постоянной частотой (в нашей стране частота вращения выбрана равной 50 Гц) на концах обмотки возникает переменное синусоидальное напряжение U=U₀sin(ωt). В промышленных генераторах одновременно вращаются три одинаковые обмотки или магнит относительно неподвижных обмоток, плоскости которых повернуты друг относительно друга на угол 120. э.д.с. в этих обмотках будут сдвинуты по фазе на угол 120.

Трехфазная схема электроснабжения.

В настоящее время в сетях эектроснабжения используются трехфазные схемы, предложенные русским инженером М.О. Доливо‑Добровольским в 1891 г. Это обусловлено экономическими выгодами, связанными с экономией меди (вместо шести медных проводов для организации электропитания требуется четыре) и простотой конструкции трехфазных электродвигателей.

На рис. 1 представлена трехфазная схема электроснабжения. В левой части рисунка изображены три обмотки генератора, соединенные друг с другом по т.н. схеме звезда, в правой части — потребители электроэнергии. Провода, соединяющие генератор с потребителем, обозначены на схеме буквами 0,A,B,C. Общие точки обмоток генератора и потребителя соединены с землёй, т.е. со специальной металлической конструкцией закопанной достаточно глубоко в землю. Это рабочее заземление. ПроводаA,B,Cназываютлинейными проводами. Провод, соединенный с землей, называютрабочим нулевым проводом. Напряжения между линейными проводами U_AB, U_AC, U_BCназываютлинейными. Это переменные синусоидальные напряжения со сдвигом фаза относительно друг друга в 120. Напряжение между нулевым проводом и линейными называютфазовымU_0A, U_0B, U_0C. Это также переменные синусоидальные напряжения.

Рис. 1. Трёхфазная схема электропитания.

При эксплуатации трехфазной системы электроснабжения интересна в первую очередь величина работы, которую можно получить с помощью эксплуатируемой системы. Расчет работы для синусоидального напряжения и тока довольно сложен, и поэтому его производят с помощью эффективных значений напряжения и тока. Эффективным напряжениемназывают постоянное напряжение, при приложении которого в цепи выделяется такое же количество тепла, что и при приложении синусоидальные напряжения, эффективное значение которого нужно найти. В трехфазной системе эффективное линейное напряжение равно 380 В, а фазовое напряжение — 220 В. Соответствующее амплитудное значение синусоидального напряжения будет в √2 раз больше. Названные величины напряжений встречаются в бытовых цепях и, как правило, при эксплуатации электроприборов. При передаче электроэнергии на большие расстояния напряжения между нулевым и линейными проводами намного больше и могут достигать нескольких сотен тысяч вольт.

Рис. 2. Схема бытовой электропроводки.

Схема электропитания в бытовых помещениях представлена на рис. 2. На схеме: 0 — нулевой провод, A,B,C— линейные провода. Прибор или бытовая нагрузка подключаются к нулевому и одному из линейных проводов через предохранитель. Назначение предохранителя — защищать электрическую цепь от перегрузки. Подперегрузкойэлектрической цепи понимают ситуацию, когда сила тока, текущего в цепи, больше, чем та, на которую она рассчитана. При перегрузке предохранитель отключает прибор от электрической цепи. Одной из причин перегрузки электрической цепи может быть короткое замыкание, т.е. соединение линейного и нулевого провода через очень малое сопротивление (т.е. без нагрузки). В этом случае сила тока в цепи очень велика, что приводит к сильному нагреву подводящих проводов, что может привести к пожару.