Номер 1, страница 190, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

1. Вращающуюся часть генератора называют ротором, а неподвижную — статором. Объясните, почему в больших промышленных генераторах переменного тока ротором является не обмотка, в которой индуцируется ЭДС, а электромагнит.

1. В больших промышленных генераторах переменного тока электромагнит, создающий магнитное поле, делают вращающейся частью (ротором), а обмотку, в которой индуцируется ЭДС (ее также называют якорной обмоткой), — неподвижной частью (статором). Такое конструктивное решение обусловлено несколькими ключевыми инженерными причинами:

Проблема отвода вырабатываемой мощности. Промышленные генераторы вырабатывают электроэнергию при очень высоких напряжениях и силе тока, то есть обладают огромной мощностью. Если бы обмотка, в которой генерируется ток, была ротором, то для передачи этой мощности во внешнюю цепь потребовались бы очень массивные и сложные скользящие контакты (щетки и контактные кольца). Такие контакты были бы ненадежны, подвержены быстрому износу, искрению и приводили бы к большим потерям энергии. В принятой же конструкции на вращающийся ротор-электромагнит нужно подавать лишь относительно небольшой ток возбуждения. Это можно сделать с помощью компактных и надежных скользящих контактов. Основной же ток, в сотни и тысячи раз больший, снимается с неподвижных клемм статора, что гораздо проще, безопаснее и эффективнее.

Механическая прочность и масса. Обмотка статора, рассчитанная на большую мощность, имеет очень большую массу и сложные габариты. Она состоит из массивного сердечника и множества витков толстого провода, покрытого слоем изоляции. Вращать такую тяжелую и несбалансированную конструкцию на высоких скоростях (например, 3000 оборотов в минуту) технически чрезвычайно сложно. Возникающие при этом огромные центробежные силы могли бы просто разрушить ротор. Конструкция электромагнита намного проще, компактнее и прочнее. Такой ротор легче изготовить, сбалансировать и он способен выдерживать высокие скорости вращения без риска разрушения.

Эффективность охлаждения. При протекании больших токов по обмоткам в них из-за электрического сопротивления выделяется значительное количество тепла (потери мощности $\text{P}$ пропорциональны квадрату тока $\text{I}$: $P = I^2R$). Это тепло необходимо эффективно отводить, чтобы избежать перегрева и повреждения изоляции. Охладить массивный неподвижный статор, который находится снаружи, гораздо проще, чем вращающийся с большой скоростью ротор. В статор можно легко встроить каналы для воздушного или жидкостного охлаждения.

Таким образом, размещение обмотки, в которой индуцируется ЭДС, на статоре, а электромагнита — на роторе является оптимальным решением для мощных промышленных генераторов, которое обеспечивает их надежность, безопасность, долговечность и высокую эффективность.

Ответ: В больших промышленных генераторах электромагнит является ротором, а обмотка, в которой индуцируется ЭДС, — статором, потому что такое устройство позволяет: 1) легко и безопасно отводить огромную электрическую мощность с неподвижных клемм, избегая громоздких и ненадежных скользящих контактов; 2) обеспечить механическую прочность конструкции при высоких скоростях вращения, так как вращается более легкий и прочный электромагнит, а не массивная обмотка; 3) эффективно охлаждать генератор, так как основное тепло выделяется в неподвижном статоре, который легко охладить.