От чего зависит частота генерируемого тока

Зависимость частоты генерации емкостного генератора от напряжения питания.

См. схему прибора. С возрастанием напряжения возрастает ток через транзистор. Соответственно изменяется емкость активного элемента за счет открытия транзистора больше/меньше. Соответственно частота уменьшается.

Принцип действия, устройство и назначение автогенераторного индуктивного датчика, с использованием магнитной компоненты.

Автогенераторный индуктивный датчик с использованием магнитной компонентой можно применять для обнаружения и определения (проводящее или не проводящее) тела находящегося в электромагнитном поле рамочной антенны датчика.

Устройство датчика. Этот датчик представляет собой автогенератор с емкостной об­ратной связью, в котором в качестве индуктивности колебательного контура используется измерительный элемент, экранированная многовитковая рамочная антенна. Экранирование рамки практически полно­стью исключает влияние емкостных связей датчика с исследуемым объектом, для этой же цели последовательно рамке с индуктивностью Lk включен конденсатор С1. Поскольку экран рамки выполнен из не­магнитного материала, он практически не приводит к уменьшению чув­ствительности датчика. С помощью резисторов R1, R2, R3 устанавливается режим рабо­ты автогенератора и обеспечивается температурная стабильность. Рамка и параллельно подключенный к ней конденсатор образуют ко­лебательный контур, который создает собственное электромагнитное поле Индуктивность L исключает шунтирование рамки цепью питания Полезный сигнал может сниматься с цепи коллектора (нагрузки R3) по постоянному току и с цепи эмиттера — сигнал генерируемой частоты. Для уменьшения влияния емкостей конструкции и схемы целесо­образно параллельно индуктивности контура включать конденсатор, возможно большей ёмкости. В данной конструкции функцию этого кон­денсатора выполняет экран рамки.

Принцип работы датчика. При включении питания автогенератор при отсутствии вблизи рамки (рамочной антенны) ферромагнитных или проводящих электри­ческий ток тел возбуждается и через небольшое время начинает рабо­тать в установившемся (стационарном) режиме. Частота генерируемых колебаний в этом случае определяется параметрами колебательного контура

Электромагнитная энергия, создаваемая автогенератором в ко­лебательном контуре, частично излучается в окружающее пространство. Причем максимум магнитной компоненты поля будет направлен вдоль оси рамки, т. е. перпендикулярно ее плоскости.

Взаимодействие автогенераторного индуктивного датчика с ферромагнитным и проводящим телами.

Взаимодействие с ферромагнитным телом. Появление вблизи рамки тела с магнитной проницаемостью и приводит к концентрации магнитных силовых линий электромагнитного поля, увеличению потока сцепления ψ, что сопровождается увеличе­нием индуктивности L=dψ/di где L — собственная индуктивность рамки; dψ — приращение потокосцепления; di — приращение тока в рамке. В общем случае на изменении индуктивности сказывается эффективная магнитная проницаемость, которая зависит от μ материала объек­та, размеров воздействующего объекта, его положения и расстояния до рамочной антенны. При этом частота генерации fц=1/(2*π*sqrt(C1(Lk+∆Lk)) т.е. частота генерации понизится. Одновременно с этим изменится ре­жим работы автогенератора, т.е. токи и напряжений, действующие в его цепях, вследствие изменения его нагрузки. Таким образом, в каче­стве информации о появлении ферромагнитного объекта в поле рамки можно использовать изменение частоты генерации или постоянного напряжения на сопротивлении R3.

Взаимодействие с проводящим телом. При появлении вблизи рамочной антенны проводящего тела электромагнитное поле вызывает появление в последнем вихревых то­ков, которые создают собственное поле, противодействующее основ­ному. Это сопровождается уменьшением потокосцепления у, создан­ного рамкой, то есть уменьшением её индуктивности. Одновременно в результате взаимодействия с объектом последним потребляется часть энергии излучения, т.е. можно считать, что в колебательный контур вносятся потери и соответственно изменяется нагрузка автогенерато­ра и соответственно режим работы. Таким образом, в результате взаимодействия с токопроводящим объектом происходит повышение частоты генерации и изменение то­ков и напряжений в цепях автогенератора, в частности, изменение по­стоянного напряжения на R2. Так же как и в предыдущем случае, эти изменения частоты или напряжения на R2 могут использоваться как информация об объекте.

Физика — Поурочные планы к учебникам Мякишева Г. Я. и Касьянова В. А. 11 класс Электрификация России — Производство, передача и использование электрической энергии — Колебания и волны

Цель: показать значение электрификации для развития и благополучия страны.

I. Организационный момент

II. Проведение самостоятельной работы

1. Какой ток называется переменным? (Ток, у которого периодически изменяется величина и направление.)

2. Виток вращается в однородном магнитном поле. Как расположены магнитные силовые линии относительно плоскости витка в момент вращения, когда ЭДС индукции равна нулю? (Перпендикулярно плоскости витка.)

3. От каких величин зависит максимальная ЭДС генератора? (От числа витков обмотки, числа оборотов в единицу времени и величины площади витка магнитного поля.)

4. От каких величин зависит частота генерируемого тока? (От числа оборотов в единицу времени и пар магнитных полюсов.)

5. Рамка вращается в магнитном поле, причем ε_m = 4 В. Какова ЭДС в рамке через 1/4Т, если при t = 0 нормаль к плоскости рамки параллельна линиям индукции поля? (ε = 4 В.)

6. Изменение ЭДС в рамке, которая вращается в магнитном поле, задано уравнением l = 10cos 200t. Какова амплитуда ЭДС и собственная частота вращения рамки? (ε_m = 10 В; v = 100/πГц.)

7. Как изменится ЭДС генератора, если число оборотов ротора увеличить в 2 раза? (Увеличится в 2 раза.)

8. Для чего используют в качестве ротора многополюсной электромагнит? (Для получения тока высокой частоты (50 Гц) при малых оборотах.)

9. Для питания обмотки ротора генератора переменного тока используют. (постоянный ток.)

1. Какое явление было использовано при устройстве генератора переменного тока? (Явление электромагнитной индукции.)

2. Виток вращается в однородном магнитном поле. Как расположены магнитные силовые линии относительно плоскости витка в момент времени, когда Е₁ имеет максимальное значение? (Параллельно плоскости витка.)

3. Изменение ЭДС в зависимости от времени для рамки, вращающейся в магнитном поле, задано уравнением ε = 200cos 100πt. Каковы значения амплитуды и циклической частоты вращения рамки? (ε_m = 200 В; ω = 100 кГц.)

4. Какое уравнение зависимости ЭДС от времени соответствует рисунку? (Е = 50sin 10πt.)

5. Каково число витков в рамке площадью 1 м 2 , вращающейся в однородном магнитном поле с частотой v = 0,5 Гц. Индукция магнитного поля равна 1 Тл. Максимальная ЭДС в рамке 3,14 В. (5 витков.)

6. Согласно рисунку (см. рис. 44) определите число оборотов в единицу времени ротора генератора (ρ = 1 пара). (5 С -1 .)

7. Согласно рисунку (см. рис. 44) определите частоту тока. (5 Гц.)

8. Амплитудное значение ЭДС индукции во вращающейся рамке равно. (BSω.)

9. В больших промышленных генераторах ЭДС находится. (в статоре.)

III. Изучение нового материала

Преимущества электроэнергии перед другими видами энергии заключается в том, что ее можно передавать по проводам на большие расстояния, распределять между потребителями, можно превращать в любые виды энергии. Преимущество переменного тока над постоянным заключается в том, что можно изменять силу тока и напряжение в очень широком пределе. Отсюда вывод: электрификация — показатель развития, благосостояния и мощи страны. Как же развивалась энергетика нашей страны?

1920-1921 гг. были периодом тотального кризиса российского общества. В европейской части России уже отгрохотала Гражданская война, переход к миру проходил в невероятно тяжелой обстановке. За годы войны страна потеряла больше четверти своего национального богатства. Национальный доход сократился от 11 млрд. руб. в 1917 г. до 4 млрд. в 1920 г. Объем валовой продукции уменьшился в 7 раз, добыча каменного угля и нефти была на уровне конца XIX века. Рабочие лишились средств к существованию. Из-за нехватки топлива прекратилось движение паровозов на тридцати железных дорогах страны. В селе тоже был кризис. Продукция сельского хозяйства составляла лишь половину довоенного объема. Население России сократилось больше чем на 10 млн. человек.

Разработку плана электрификации России поручили Г. Н. Кржижановскому. Главная идея плана — обновить всю структуру производственных сил России, для чего было задумано создать обширную сеть крупных и мелких электростанций, связанных в единую энергетическую сеть.

Предполагалось, что крупные электростанции снабдят энергией фабрики и заводы, позволят реконструировать их техническую базу. Мелкие электростанции должны были принести свет в крестьянские избы, дать энергию мельницам.

План ГОЭЛРО закладывал фундамент для индустриализации и коллективизации сельского хозяйства, он разрабатывался в расчете на «сознательных» рабочих. Уже ближе к середине 30-х годов методы руководства сменились: план — любой ценой, невыполнение плана — вредительство, на место недоучившихся рабочих — даровая сила ГУЛАГА. Силами заключенных создавались Колымская ГЭС, ГЭС на Свири, Беломорканал, Западный и Восточный участок БАМа и многие другие объекты.

Как бы то ни было, но электрификация страны состоялась. Что же можно сказать об электроэнергетике нашей страны. План ГОЭЛРО предполагал строительство электростанций, работающих на природных ископаемых. Но запасы угля, нефти и газа не бесконечны. Современная энергетика стремится использовать альтернативные виды энергии (ветроэлектростанции, гелиоэнергетика, энергетика на отходах).

В начале XXI века Россия снова переживает не лучшие времена. Сегодня страна строит рыночную экономику. Наряду со старыми проблемами (по-прежнему не хватает топлива, энергии) появляются новые, но Единая энергосистема России смогла сохранить то, что когда-то с большим трудом создавала вся страна. В условиях переходного периода можно надеяться только на мудрую политику законодательной и исполнительной власти. Тем более что Россия теперь не создает гигантские планы, наподобие ГОЭЛРО, а составляет только прогнозы на развитие тех или иных отраслей народного хозяйства.

Будущее нашей страны зависит от вас.

IV. Закрепление изученного материала

— Какова цель плана ГОЭЛРО? (Сделать всю Россию «электрической».)

— На чем должны были работать будущие станции? (На природных ресурсах.)

— Где предполагалось использовать электроэнергию? (В промышленности, сельском хозяйстве.)

— На какой основе должен базироваться план? Как это следует понимать? (На наружной основе, то есть на строгом расчете.)

— Какое условие необходимо для реализации плана? (Привлечение масс рабочих и крестьян.)

V. Подведение итогов урока

Тест по теме: «Электромагнитные колебания»

А. Ток, у которого периодически изменяется только численное значение.

Б. Ток, у которого периодически изменяется величина и направление.

В. Ток, у которого изменяется только направление.

2. Виток вращается в однородном магнитном поле. Как расположены магнитные силовые линии относительно плоскости витков в момент времени, когда ЭДС индукции равна нулю?

А. Перпендикулярно плоскости витка.

Б. Параллельно плоскости витка.

В. Под углом к нормали плоскости витка.

3. От каких величин зависит максимальная ЭДС генератора?

А. От числа оборотов в единицу времени.

Б. От числа витков обмотки, числа оборотов в единицу времени и величины площади витка магнитного поля.

В. От числа оборотов в единицу времени и числа витков обмотки.

4. Изменение ЭДС в рамке, которая вращается в магнитном поле, задано уравнением е = 10 со s 200 t . Каковы амплитуда ЭДС и собственная частота вращения рамки?

А. 10 В Гц.

Б. -10 В 100 Гц.

В. 10 В 200 Гц.

5. Какова циклическая частота рамки, вращающаяся в постоянном магнитном поле, если 10 В, площадь рамки 0,1 , индукция магнитного поля 0,5 Тл?

А. 200 . Б. 0,5 . В. 0,005 .

6. От каких величин зависит частота генерируемого тока?

А. От числа оборотов в единицу времени.

Б. От числа пар магнитных полюсов.

В. От числа оборотов в единицу времени и пар магнитных полюсов.

7. Рамка вращается в магнитном поле, причем 4 В. Какова ЭДС в рамке через Т, если при t = 0 нормаль к плоскости рамки параллельна линиям индукции поля?

А. е = 0. Б. е = 4 В. В. е = -2 В.

8. Как изменится ЭДС генератора, если число оборотов ротора увеличится в 2 раза?

А. Увеличится в 4 раза. Б. Уменьшится в 2 раза.

В. Увеличится в 2 раза. Г. Не изменится.

9. В качестве ротора часто используют многополюсный электромагнит для:

А. Увеличения ЭДС генератора.

Б. Получения тока высокой частоты (50 Гц) при малых оборотах ротора.

В. Уменьшения частоты тока при больших оборотах ротора.

10. Для питания обмотки ротора генератора переменного тока используют:

От чего зависит частота генерируемого тока

ПИ № ФС 77-69346

ISSN 2541-9250

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Июль, 2019 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №7 (28) 2019

Автор: Стоцкий Кирилл Степанович, Магистрант 1 курс
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Частота электрического тока 50 гц, 60 гц, 400 гц

Статья просмотрена: 2287 раз
Дата публикации: 10.07.2019

ЧАСТОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА 50 ГЦ, 60 ГЦ, 400 ГЦ

Стоцкий Кирилл Степанович

студент 1 курса магистратуры

Фазылов Ильшат Занфирович

студент 1 курса магистратуры

кафедра электромеханики факультет авионики, энергетики и инфокоммуникаций

Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет, г. Уфа

Стоцкая Диана Рашитовна

студент 2 курса бакалавриата

биологический факультет, Башкирский Государственный Университет, г. Уфа

Аннотация. Почему частота источников питания в странах Европы и Азии составляет 50 Гц, а в американских странах используются источники питания с частотой 60 Гц? Что является основным в стандарте? Каковы преимущества и недостатки источников питания 50 Гц и 60 Гц? Кроме того, почему самолет используют частоту 400 Гц?

Ключевые слова: частота, 50 Гц, электричество, ток, Герц.

На самом деле, между 50 Гц и 60 Гц нет большой разницы, только частота генератора имеет небольшую разницу.

Мы должны знать, что зачем использовать 50 Гц или 60 Гц, а не более низкую или более высокую частоту.

В электрической системе частота является очень важным базовым элементом, который не определяется произвольно. Это выглядит просто, но на самом деле это очень сложный вопрос, затрагивающий многие аспекты. Исходя из этого принципа, мы должны упомянуть классическую электромагнитную теорию, найденную Максвеллом, Герц добавил критическую точку для теории Максвелла, закон электромагнитной индукции Фарадея и первый в мире генератор электромагнитной индукции, британский инженер Уорд Кинг первым сделал электромотор, French Pixie Сделав генератор, Siemens нашел принцип генератора, изобрел машину для выработки электроэнергии, которая является первым случаем в практическом применении.

С тех пор была найдена и суммирована теорема о том, что циклические изменения в направлении тока называются переменным током, время тока в одном циклическом изменении называется периодом, количество периодов тока за одну секунду и называется частотой, единица измерения — Герц (чтобы отметить вклад немецкого физика Генриха Рудольфа Герца). Частота переменного тока составляет 50 (60) Гц, ток проходит 50 (60) периодов, другими словами меняет направление 100 (120) раз в секунду (рисунок – 1).[1]

Рисунок 1. один период электрического тока где, Т – период; I – ток; t – время.

Электродвигатель выполнен по основному принципу вращения катушки в магнитном поле. Если соединить два медных контактных кольца соответственно с концами катушки двигателя и две щетки соединить с контактными кольца, это становится генератором. Генератор – это устройство для преобразования механической энергии в электрическую.

Значение частоты связано со структурами и материалами генератора, двигателя и трансформатора.

Синхронная скорость генератора 50 Гц составляет 3000 об / мин, если частота 100 Гц, то синхронная скорость будет 6000 об / мин. Такая высокая скорость доставит много хлопот при изготовлении генераторов, особенно скорость вращения ротора слишком высока, что значительно ограничит мощность генератора. В реальных условиях высокая частота будет увеличивать реактивное сопротивление, электромагнитные потери и увеличивать реактивную мощность. У двигателя, например, ток будет сильно уменьшаться, выходная мощность и крутящий момент явно уменьшится, что не дает никакой пользы. Кроме того, если использовать более низкую частоту, например, 30 Гц, КПД трансформатора будет слишком низким, что не принесет пользы для преобразования и передачи мощности переменного тока.[2]

Частота в современной энергосистеме — это частота синусоидального тока, генерируемого синхронным генератором. Частота — это унифицированный рабочий параметр во всей энергосистеме. Система питания имеет только одну частоту. Большинство азиатских и европейских стран используют частоту 50 Гц. Американские страны используют 60 Гц. Большинство стран регулируют отклонение частоты в пределах ± 0,1 ~ 0,3 Гц (рисунок 2).

Рисунок 2. причины изменения частоты в энергосистеме.

Особые обстоятельства в самолетах: авиагенераторам требуется небольшой размер, легкий вес, единственный способ удовлетворить требования к мощности — это увеличить частоту, поэтому соответствующее электрооборудование на самолетах должно быть 400 Гц, и источники питания, связанные с самолетом, 400 Гц. Военные используют еще более высокую частоту.

Авиационный источник питания использует 400 Гц, чтобы уменьшить габариты и вес, это сложная система. 400 Гц, используемая в военной и авиационной радиоэлектронике, в основном зависит от следующих факторов:

1. Высокочастотный генератор или электродвигатель имеют небольшие размеры и малый вес из-за высокой скорости вращения и низкого крутящего момента;
2. Генератор самолета приводится в движение авиационным двигателем, он имеет высокую скорость;
3. Самолеты имеют много машин постоянного тока, высокая частота используется для снижения пульсации выпрямления.

В случае одинакового напряжения, чем отличаются источники питания 50 Гц, 60 Гц и 400 Гц в передаче и эффективности?

Причиной неиспользования 100 Гц или 120 Гц является высокая частота, с одной стороны, передача будет затруднена; с другой стороны, нецелесообразно увеличивать скорость или полюсы генератора и электродвигателя. Мощность 400 Гц не может передаваться на большие расстояния, пользователь должен отрегулировать расстояние передачи и метод перед заказом генератора 400 Гц, и эффективность выпрямителя будет низкой, но пульсация выпрямителя меньше, частота пульсации выше и удобна для обработки.[3]

1. Рожкова Л.Д., Карнеева Л.К, Электрооборудование электрических станций и подстанций, Москва – 2013;
2. Частота электрического тока — определение, физический смысл. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://pue8.ru/elektrotekhnik/808-chastota-elektricheskogo-toka.html (дата обращения: 05.07.2019).
3. Электричество на самолете. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://habr.com/ru/post/367477/ (дата обращения: 05.07.2019).