ΣΤΡΕΦΟΜΕΝΟ ΠΛΑΙΣΙΟ-ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΗ ΤΑΣΗ

ΣΤΡΕΦΟΜΕΝΟ ΠΛΑΙΣΙΟ-ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΗ ΤΑΣΗ

ΣΤΡΕΦΟΜΕΝΟ ΠΛΑΙΣΙΟ-ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΗ ΤΑΣΗ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Υπάρχουν πολλών ειδών ηλεκτρικές πηγές.Οι γνωστότερες είναι τα ηλεκτρικά στοιχεία που μετατρέπουν τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική,τα φωτοστοιχεία που μετατρέπουν τη φωτεινή ενέργεια σε ηλεκτρική κ.τ.λ.

Οι ηλεκτρογεννήτριες είναι απ΄όλες τις γνωστές πηγές ρεύματος οι μόνες κατάλληλες,για να δώσουν ρεύματα μεγάλης ισχύος για βιομηχανική και οικιακή χρήση

  Απ΄όλες όμως τις γνωστές πηγές ρεύματος οι μόνες κατάλληλες,για να δώσουν ρεύματα μεγάλης ισχύος για βιομηχανική και οικιακή χρήση είναι οι ηλεκτρογεννήτριες.

Η παραγωγή της εναλλασσόμενης τάσης στηρίζεται στο φαινόμενο της επαγωγής και οι διατάξεις που την παράγουν λέγονται γεννήτριες εναλλασσόμενης τάσης

 Είμαστε σε θέση να ορίσουμε ένα καινούριο φυσικό μέγεθος,την εναλλασσόμενη τάση.Η παραγωγή της εναλλασσόμενης τάσης στηρίζεται στο φαινόμενο της επαγωγής και οι διατάξεις που την παράγουν λέγονται γεννήτριες εναλλασσόμενης τάσης.

ΣΤΡΕΦΟΜΕΝΟ ΠΛΑΙΣΙΟ

 Θεωρούμε ένα αγώγιμο πλαίσιο σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου εμβαδού Α.Το πλαίσιο στρέφεται  με σταθερή γωνιακή ταχύτητα ω γύρω από ένα άξονα συμμετρίας κάθετο στις δυναμικές γραμμές ομογενούς μαγνητικού πεδίου μαγνητικής επαγωγής Β.Το πλαίσιο αυτό ονομάζεται στρεφόμενο πλαίσιο.

Θεωρούμε ένα αγώγιμο πλαίσιο σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου εμβαδού Α.Το πλαίσιο στρέφεται  με σταθερή γωνιακή ταχύτητα ω γύρω από ένα άξονα συμμετρίας κάθετο στις δυναμικές γραμμές ομογενούς μαγνητικού πεδίου μαγνητικής επαγωγής Β

 Αν τη χρονική στιγμή t=0 το επίπεδο του πλαισίου είναι κάθετο στο Β σε μία τυχαία χρονική στιγμή t το πλαίσιο θα έχει στραφεί κατά γωνία θ=ω·t.Συνεπώς η μαγνητική ροή μέσα από την επιφάνεια του πλαισίου θα είναι: 

                                                                                         ΦB=B·A·συνω·t

ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΗ ΤΑΣΗ

 Όταν το πλαίσιο στρέφεται η μαγνητική ροή μέσα από την επιφάνειά του μεταβάλλεται.Όπως γνωρίζουμε αφού έχουμε μεταβολή της μαγνητικής ροής θα εμφανίζεται ηλεκτρεγερτική δύναμη από επαγωγή. 

Όταν το πλαίσιο στρέφεται η μαγνητική ροή μέσα από την επιφάνειά του μεταβάλλεται

 Από το νόμο του Faraday έχουμε:

ΕΕΠ=-dΦB/dt

ΕΕΠ=-dΦB/dt=dB·A·συνω·t/dt  

ΕΕΠ=ω·B·A·ημω·t  

 Εάν  το πλαίσιό έχει Ν σπείρες τότε ΦB=Ν·B·A·συνω·t και αντίστοιχα:

                                                                              ΕΕΠ=Ν·ω·B·A·ημω·t  

 Η τάση αυτή πιο συχνά γράφεται με τη μορφή:

                                                                                 υ=V·ημω·t  

όπου: 
V=Ν·ω·B·A.
 Η τάση υ είναι ημιτονοειδής συνάρτηση του χρόνου και ονομάζεται εναλλασσόμενη τάση (ac) γιατί η πολικότητά της εναλλάσσεται,στο χρόνο μιας περιστροφής του πλαισίου.

Η τάση υ είναι ημιτονοειδής συνάρτηση του χρόνου και ονομάζεται εναλλασσόμενη τάση (ac) γιατί η πολικότητά της εναλλάσσεται, στο χρόνο μιας περιστροφής του πλαισίου

 Άρα η εναλλασσόμενη τάση περιγράφεται μαθηματικά από την σχέση:

                                                                                                           υ=V·ημω·t  

όπου:
υ η στιγμιαία εναλλασσόμενη τάση,δηλαδή η τάση την χρονική στιγμή t.
V το πλάτος της εναλλασσόμενη τάσης.
ω·t η φάση.
ω η κυκλική συχνότητα της εναλλασσόμενη τάσης.
t η χρονική στιγμή.

Η εναλλασσόμενη τάση υ είναι ημιτονοειδής συνάρτηση του χρόνου.Για αυτό λέγεται και ημιτονοειδής τάση

 Παρατηρούμε ότι η εναλλασσόμενη τάση υ είναι ημιτονοειδής συνάρτηση του χρόνου.Για αυτό λέγεται και ημιτονοειδής τάση και παριστάνεται γραφικά στο παραπάνω σχήμα.

ΠΛΑΤΟΣ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΗΣ ΤΑΣΗΣ

 Πλάτος της εναλλασσόμενης τάσης V ονομάζεται η μεγαλύτερη τιμή που μπορεί να πάρει η εναλλασσόμενη τάση.H μονάδα μέτρησης του πλάτους της εναλλασσόμενης τάσης V είναι το 1 Volt(1 V). 

ΦΑΣΗ ΤΗΣ ΤΑΣΗΣ

 Φάση της τάσης ονομάζεται το γινόμενο ω·t.Το μέγεθος αυτό είναι γωνία.Άρα  η μονάδα μέτρησης της φάσης είναι το 1 rad.

ΓΩΝΙΑΚΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΗΣ ΤΑΣΗΣ

 Γωνιακή συχνότητα ω της εναλλασσόμενης τάσης  ονομάζεται η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του πλαισίου που παρήγαγε την τάση.Η μονάδα μέτρησης της γωνιακή συχνότητας είναι το 1  rad/s.

ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΗΣ ΤΑΣΗΣ

 Περίοδος Τ της εναλλασσόμενης τάσης  ονομάζεται ο χρόνος μέσα στον οποίο η τάση ολοκληρώνει μια πλήρη εναλλαγή τιμών.Αφού η περίοδος είναι μέγεθος χρόνου η  μονάδα μέτρησης της είναι το 1 s.
 Η γωνιακή συχνότητα ω συνδέεται με την περίοδο Τ της εναλλασσόμενης τάσης με τη σχέση:

                                                                                   ω=2·π/Τ

ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΗΣ ΤΑΣΗΣ

 Συχνότητα f της εναλλασσόμενης τάσης ονομάζεται ο αριθμός των πλήρων εναλλαγών της τάσης στη μονάδα του χρόνου.Η μονάδα μέτρησης της συχνότητας της εναλλασσόμενης τάσης είναι το 1 Hertz (1 Hz) ή,αλλιώς 1 s^-1.

Η κυματομορφή μιας εναλλασσόμενης τάσης όπως φαίνεται στην οθόνη του παλμογράφου

 Η συχνότητα f συνδέεται με την περίοδο Τ της εναλλασσόμενης τάσης με τη σχέση:

                                                                                      f=1/Τ

 Η γωνιακή συχνότητα ω συνδέεται με την συχνότητα  f της εναλλασσόμενης τάσης με τη σχέση:

                                                                                     ω=2·π·f 

ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΗ ΤΑΣΗ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ

 Παντού η μεταφορά και διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται με εναλλασσόμενη τάση.Στην Ελλάδα,στα δίκτυα των πόλεων το πλάτος της εναλλασσόμενης τάσης,στην κατανάλωση,είναι V=220√2 V και η συχνότητα f=50 Hz.