ПОЛУЧЕНИЕ И ПЕРЕДАЧА ПЕРЕМЕННОГго ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА. ТРАНСФОРМАТОР Рассмотрим ещё раз получение индукцион-ного тока в катушке с помощью перемещения относительно неё постоянного магнита (см. рис. 119, а). Но теперь будем периодически двигать магнит вверх и вниз в течение несколь ких секунд. Мы увидим, что при этом стрелка гальванометра отклоняется от нулевого деле-ния то в одну, то в другую сторону. Это говорит о том, что модуль силы индукционного тока в катушке и направление этого тока периоди-чески меняются. Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению, называется переменным током. В осветительной сети наших домов и во мно-гих отраслях промышленности используется именно переменный ток. В настоящее время для получения перемен-ного тока используют в основном электроме-ханические индукционные генераторы,т. е. устройства, в которых механическая энер-гия преобразуется в электрическую. Индукци-онными они называются потому, что их дейст вие основано на явлении электромагнитной индукции. В § 39 рассматривался пример получения индукционного тока в плоском контуре при вращении внутри него магнита (см. рис. 121, 6). На этом принципе и работает электромеха-нический генератор переменного тока. Непо-движная часть генератора, аналогичная конту-ру, называется статором, а вращающаяся, т. е. магнит, ротором. В мощных промыш-ленных генераторах вместо постоянного маг-нита используется электромагнит. весте й. Статор промышленного генератора пред-ставляет собой стальную станину цилиндриче-ской формы (станина это основная несущая часть машины, на которой монтируются раз-личные рабочие узлы, механизмы и пр.). Во внутренней его части прорезаются пазы, в ко-торые витками укладывается толстый медный провод. В витках и индуцируется переменный электрический ток при изменении пронизыват ющего их магнитного потока. Магнитное поле создаётся ротором (рис. 131 а). Он представляет собой электромагнит: на стальной сердечник сложной формы надета об-мотка, по которой протекает постоянный элек-трический ток. Ток к этой обмотке подводится через щётки и кольца от постороннего источ-ника постоянного тока. На рисунке 131, б приведена схема генера-тора переменного тока. Штрихами показано примерное расположение линий индукции магнитного поля ротора. При вращении рото-ра какой-либо внешней механической силой создаваемое им магнитное поле тоже вращает-ся. При этом магнитный поток, пронизываю-щий витки обмотки статора, периодически ме-няется, в результате чего в них индуцируется переменный ток. На тепловых электростанциях ротор генера-тора вращается с помощью паровой турбины, на гидроэлектростанциях ной турбины. с помощью водя- На рисунке 132, а изображён внешний вид мощного гидрогенератора, а на рисунке 132, б схематично показано его устройство, где циф-рой 1 обозначен статор, цифрой 2 ротор, а цифрой 3 водяная турбина. Ротор гидрогенератора имеет не одну, а не-сколько пар магнитных полюсов. Чем больше пар полюсов, тем больше частота переменного электрического тока, вырабатываемого генера-тором при данной скорости вращения ротора. Поскольку скорость вращения водяных тур-бин обычно невелика, то для создания тока стандартной частоты используют многополюс-ные роторы. Стандартная частота переменного тока, при-меняемого в промышленности и осветитель-ной сети в России и многих других странах, равна 50 Гц. Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз течёт в одну сторону и 50 раз в другую. В некоторых странах (например, США) стандартная частота переменного тока равна 60 Гц. Сила тока, вырабатываемого генераторами переменного тока, меняется со временем по гармо-ническому закону (т. е. по зако-ну синуса или косинуса). На ри-сунке 133 показан график изме-нения силы тока і со временем t. * Для передачи электроэнергии от электро-станций в места её потребления служат линии электропередачи (ЛЭП). Чем дальше от элек-тростанции находится потребитель тока, тем больше энергии тратится на нагревание про-водов и тем меньше доходит до потребителя: Е потребляемая - Егенерируемая - Q. Уменьшение потерь электроэнергии при её передаче от электростанций к потребителям является важной задачей экономики. Из закона Джоуля-Ленца (Q = I2Rt) следу-ет, что уменьшить потери можно за счёт умень-шения сопротивления R проводов и силы тока І в них (что более эффективно, поскольку при уменьшении 1 в праз уменьшается в п² раз). Сопротивление проводов будет тем меньше, чем больше площадь S их поперечного сече-ния и чем меньше удельное сопротивление р металла, из которого они изготовлены так как Провода делают из меди или алюми- ния, так как среди относительно недорогих ме- таллов они обладают наименьшим удельным сопротивлением. Увеличивать толщину про- водов экономически невыгодно (ввиду увели- чения расхода металла) и неудобно (из-за труд- ностей при их подвеске). Поэтому существенного снижения потерь Q можно добиться только за счёт уменьшения си-лы тока І. Но при этом необходимо во столько же раз увеличить получаемое от генератора на-пряжение И, чтобы не снижать мощность тока Р (так как P = U * I ^ 1 ) . Без такого преобразования силы тока и напряжения передача электро-энергии на большие расстояния становится не-выгодной из-за существенных потерь. Решение этой важнейшей технической зада-чи стало возможным только после изобретения трансформатора — устройства, предназна-ченного для увеличения или уменьшения пе-ременного напряжения и силы тока. Трансформатор был изобретён в 1876 г. русским учёным Павлом Ни-колаевичем Яблочковым. В осно-ве его работы лежит явление элек-тромагнитной индукции. На рисунке 134, а показан внешний вид транс-форматора, а на рисунке 134, б схе-матично изображены его основные части. Обратите внимание на то, что число витков в обмотках различно: в данном случае №2 > №1. Протекающий в первичной обмотке пере-менный ток создаёт (главным образом в сердечнике) переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает переменное элек-трическое поле. В результате действия этого поля на концах вторичной обмотки возникает переменное напряжение U2. Величина U2 определяется из соотношения: 01 - №1 или U2 = N2U1. U2 N2 N Значит, при №2 > №₁ трансформатор будет по-вышающим (так как U2 > U₁), а при №2 < №1 понижающим (в данном случае U2