Многополюсные генераторы переменного тока

Если ротор генератора имеет одну пару полюсов (см. рис. 18.4),то частота ЭДС, индуцируемой вгенераторе, оказывается равной частоте вращения ротора, так как один оборот ротора соответствует одному периоду индуцируемой ЭДС. Для получения ЭДС с частотой n = 50 Гц двигатель, приводящий в движение ротор генератора с одной парой полюсов, должен вращаться с частотой 50 об/с. Некоторые двигатели (например, водяные турбины) не могут развивать такие скорости вращения. Поэтому, кроме генераторов с одной парой полюсов, изготавливаются многополюсные генераторы, укоторых ротор имеет несколько пар полюсов.

Рис. 18.5

На рис. 18.5 представлена схема устрой­ства генератора: 1 – неподвижный якорь, 2 – вращающийся индуктор, 3 – контактные кольца; 4 – скользящие по ним щетки.

При наличии п пар полюсов частота индуцированной ЭДС в генераторе равна

n = пр, (18.1)

где п – частота вращения; р – число пар полюсов индуктора генератора.

Читатель: Не понимаю, каким образом число пар полюсов может повлиять на частоту ЭДС! Ведь частота ЭДС должен равняться частоте вращения ротора, потому что если Ф = Ф₀sinwt, то ℰ = –Ф_t¢ = wФ₀coswt! И от количества полюсов аргумент косинуса никак не зависит.

Автор: Давайте рассмотрим картину силовых линий магнитного поля для случая двух пар полюсов (рис. 18.6, а).

Рис. 18.6

Рассмотрим два положения рамки (вид сверху) (рис. 18.6, б и в) в этом поле. Заметим, что в силу симметрии схемы магнитный поток через рамку в случае на рис. 18.6, б точно такой же, как и в случае на рис. 18.6 в. То есть два положения рамки, отличающиеся друг от друга поворотом на (360:2) = 180° «с точки зрения» потока, пронизывающего рамку, абсолютно одинаковы. Это означает, что период изменения потока сократился ровно в 2 раза, следовательно, частота изменения потока (а значит, ЭДС индукции) в 2 раза возросли.

Другое дело, что с учетом более сложной геометрии данной схемы закон, по которому изменяется поток через рамку, более сложный, чем Ф = Ф₀sinwt.

Рис. 18.8

На рис. 18.8 показан вращающийся индуктор генератора 1 (ротор) и якорь (статор) 2,в обмотке которого индуцируется ток. Нетрудно убедиться, что при наличии большого числа пар полюсов (р > 2) период ЭДС равен времени, необходимому для поворота ротора на часть окружности, занимаемую одной парой полюсов. Если в статоре р пар полюсов, то период равен времени поворота на .

Задача 18.2. Ротор генератора переменного тока имеет 12 пар полюсов и вращается с частотой 1500 оборотов в минуту. Какова частота электрического тока? Сколько раз в секунду этот ток меняет свое направление?

Ответ: n = пр = 300 Гц; 600 раз в секунду.

СТОП! Решите самостоятельно: А2–А5.