Разложим окружную скорость v на две составляющие — нормальную и тангенциальную по отношению к направлению магнитной индукции В, как было показано в 71. Нормальная составляющая скорости v_n обусловливает наводимую э. д. с. индукции и равна:

Тангенциальная составляющая скорости v_t не принимает участия в создании индуктированной э. д. с. и равна:

при а=90° нормальная скорость

откуда общее выражение для э. д. с. в проводнике будет:

т. е. в этом случае нормальная составляющая скорости имеет максимальное значение. Такое же значение имеет в этот момент величина индуктированной э. д. с. в проводнике.

При движении проводник будет занимать различные положения. На чертеже положения проводника даны через каждые 45° угла поворота. Рассматривая отдельные положения проводника, мы видим, что угол пересечения а меняется и, кроме того, при переходе проводника через нейтральную линию направление индуктированной э. д. с, определяемое по правилу правой руки, также меняется. Для наглядности составим таблицу зависимости величины и направления э. д. с. (пропорциональной sin a) от положения проводника и угла между векторами индукции и скорости вращения проводника (табл. 16).

Из таблицы видно, что за один полный оборот проводника э. д. с. в нем сначала увеличивается от нуля до максимального значения, затем уменьшается до нуля и, изменив свое направление, вновь увеличивается до максимального значения н вновь уменьшается до нуля. При дальнейшем движении проводника изменения э. д. с. будут повторяться.

Для наглядного представления о ходе изменения индуктированной э. д. с. в проводнике воспользуемся графическим методом. Проведем две взаимно перпендикулярные оси (фиг. 126, б). На горизонтальной оси в одном масштабе отложим углы поворота проводника, а на вертикальной в другом масштабе — величину э. д. с, индуктированную в проводнике в каждый момент времени. Если э. д. с, индуктированную в проводнике при прохождении его под южным полюсом, считать положительной и откладывать от горизонтальной оси вверх, то э. д. с, индуктированную в проводнике при прохождении его под северным полюсом, следует считать отрицательной и откладывать от горизонтальной оси вниз. Проведя затем через концы отрезков, изображающих в масштабе величины э. д. с, непрерывную линию, получим кривую, называемую синусоидой. При помощи кривой мы можем легко определить величину э. д. с. в любой момент времени. Для этого на горизонтальной оси откладываем интересующий нас угол поворота проводника от начального положения. Затем от этой точки восстанавливаем перпендикуляр. Отрезок, заключенный между точками пересечения перпендикуляра с кривой и горизонтальной осью, будет в масштабе выражать величину индуктированной э. д. с. в проводнике в этот момент времени.

В нашем примере проводник вращается в однородном магнитном поле. В проводнике индуктировалась э. д. с, изменяющаяся по закону синуса. Такая э. д. с. называется синусоидальной.

В дальнейшем мы увидим, что электротехника предпочитает пользоваться переменными величинами, изменяющимися по синусоидальному закону.

Устройство, показанное на фиг. 127, позволяет снимать и отводить во внешнюю цепь переменную э. д. с. Согнутый рамкой проводник вращается в магнитном поле под действием посторонней силы. Концы рамки присоединены к двум медным кольцам 3 и 4, на которых наложены две угольные щетки 5 и 6. Во внешней цепи будет протекать изменяющийся по величине и направлению ток. Такой ток называется переменным в отличие от постоянного, который дают гальванические элементы и аккумуляторы. Переменный ток на электрических схемах принято обозначать условным знаком ~.

В создании индуктированной э. д. с. будут участвовать не все стороны рамки, а лишь те, которые пересекают магнитные линин. Эти стороны называются активными сторонами (на фиг. 127 они обозначены цифрами 1 и 2).

Конструкция генератора переменного тока, показанная на фиг. 127, не может быть практически нопользована. Недостатком ее является трудность создания однородного магнитного поля и большое магнитное сопротивление магнитному потоку, который значительный путь проходит по воздуху.

В конструкциях современных электрических машин между полюсами электромагнита помещают стальной барабан, в пазы которого укладывают проводники обмотки. Такая конструкция машины представлена на фиг. 128. Магнитным линиям в этом случае приходится проходить по воздуху короткий путь между сталью полюсов и барабана. Можно доказать, что магнитные линии, проходя воздушный промежуток, будут входить в барабан в радиальном направлении и в таком же направлении будут выходить из него, чтобы попасть в другой полюс. В этом случае направление окружной скорости в каждый момент перпендикулярно направлению магнитных линий, т. е. скорость будет все время нормальной скоростью (v = v_n).

Стремление получить синусоидальную э. д. с. заставляет конструктора машины придать такую форму полюсным наконечникам, при которой магнитная индукция в воздушном зазоре изменялась бы по закону синуса:

где Вт — максимальная магнитная индукция в воздушном зазоре при а = 90°, т. е.

В этот момент э. д. с, индуктированная в проводнике, также имеет максимальное значение:

откуда общее выражение для э. д. с. в проводнике будет:

Для получения индуктированной э. д. с. в генераторах безразлично, будет ли движущийся проводник пересекать неподвижное магнитное поле или движущееся поле будет пересекать

неподвижный проводник. В рассмотренных конструкциях генераторов переменного тока обмотка, где индуктировалась переменная э. д. с, размещалась на вращающейся части машины— роторе, а полюса располагались на неподвижной части машины — статоре. Однако для того чтобы поставить обмотку переменного тока в более благоприятные условия, ее чаще располагают на статоре, а обмотку возбуждения полюсов помещают на роторе. Генератор такой конструкции представлен на фиг. 129.

Постоянный ток, необходимый для обмотки возбуждения, подается от специального генератора-возбудителя постоянного тока, сидящего на одном валу с генератором переменного тока, или от выпрямительного устройства.