4. Электрические цепи однофазного синусоидального тока

4.1. Общие и методические замечания

Переменным электрическим током называется ток, изменяющийся с точением времени. В технике наибольшее распространение получил синусоидальный (гармонический) ток.

Самые простые двигатели, экономически выгодные, не требующие большой специальной подготовки персонала при эксплуатации – это асинхронные двигатели, работающие на переменном синусоидальном токе. Синусоидальные токи широко применяются в радиоэлектронике, контрольно-измерительной технике и т. д.

Теория однофазного переменного тока является базой для изучения трехфазного тока, несинусоидальных токов и напряжений, цепей с распределенными параметрами и т. д. Поэтому на материал этой и последующих глав настоящего пособия следует обратить особое внимание.

Расчет электрических цепей переменного синусоидального тока в установившемся режиме связан с нахождением частных решений неоднородных дифференциальных уравнений. Применение законов Кирхгофа и других методов расчета требуют проведения операций (суммирования, умножения и т. д.) над синусоидальными величинами.

Указанные громоздкие вычисления заменяются действиями над комплексными числами, которые определенным образом соответствуют рассматриваемым синусоидальным величинам. Найденная в результате расчета комплексная величина является символом действительной величины, подлежащей определению (ей соответствует). Затем, в случае необходимости, осуществляется переход от комплекса к искомой величине. Такой метод - расчета называют символическим или комплексным методом расчета. Метод впервые предложил американский ученый Ч. Штейнмец в 1894 г.

Для плодотворных расчетов цепей переменного тока необходимо знание основных положений теории функций комплексного переменного. Навыки работы с комплексными числами (сложение, вычитание и т. д.) должны быть приобретены обязательно. Это даётся только упорным трудом.

При изучении материала необходимо обратить внимание ни построение векторных и топографических диаграмм.

Успех в изучении данного раздела курса ТОЭ – в самостоятельном и многократном решении примеров и задач.

4.2. Понятие о генераторе переменного синусоидального тока

На рис. 4.1 схематически представлен генератор переменного тока. Генератор состоит в основном из двух частей. Подвижная часть – ротор, неподвижная – статор.

На вращающейся части машины – роторе, располагается обмотка возбуждения, питаемая постоянным током. Обмотка, в которой генерируется переменная ЭДС, расположена в пазах неподвижной части машины – на статоре. Проводники, находящиеся в пазах статора соединены друг с другом последовательно поочередно с передней и задней сторон статора. Эти соединения показаны на рис. 4.1 соответственное сплошными и пунктирными линиями. Магнитная часть машин изготовляется из электротехнической стали; статор и полюсные наконечники ротора – из листовой стали; остальные части – из сплошного стального массива.

При вращении ротора изменяется магнитный поток, сцепленный с обмоткой статора. В этой обмотке и наводится ЭДС. Генераторы конструируются таким образом, чтобы ЭДС была близка к синусоидальной.