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

2. Почему на гидроэлектростанциях применяются генераторы с роторами, имеющими большое число пар полюсов?

2. Применение генераторов с большим числом пар полюсов на гидроэлектростанциях (ГЭС) напрямую связано с низкой скоростью вращения гидравлических турбин.

Частота переменного тока $\text{f}$, вырабатываемого синхронным генератором, определяется двумя параметрами: скоростью вращения его ротора $\text{n}$ (измеряемой в оборотах в минуту) и числом пар магнитных полюсов ротора $\text{p}$. Эта зависимость описывается формулой:

$f = \frac{p \cdot n}{60}$

В России, как и в большинстве стран Европы, стандартная частота электрического тока в сети составляет $f = 50$ Гц. Все генераторы, работающие в единой энергосистеме, должны вырабатывать ток именно этой частоты.

Гидравлические турбины, вращаемые потоком воды, по своей природе являются тихоходными машинами. Их скорость вращения $\text{n}$ значительно ниже, чем у паровых турбин, используемых на тепловых (ТЭС) и атомных (АЭС) электростанциях. Типичные скорости вращения для гидрогенераторов составляют от 60 до 750 об/мин, в то время как турбогенераторы на ТЭС обычно вращаются со скоростью 3000 об/мин.

Чтобы при низкой скорости вращения ротора $\text{n}$ получить стандартную частоту $f = 50$ Гц, необходимо увеличить число пар полюсов $\text{p}$. Это следует из преобразованной формулы:

$p = \frac{60 \cdot f}{n}$

Из формулы видно, что для поддержания постоянной частоты ($f = const$) число пар полюсов $\text{p}$ должно быть обратно пропорционально скорости вращения $\text{n}$.

Например, для турбогенератора на ТЭС, вращающегося со скоростью $n = 3000$ об/мин, для получения частоты 50 Гц достаточно $p = \frac{60 \cdot 50}{3000} = 1$ пары полюсов.

Для гидрогенератора же, вращающегося со скоростью, например, $n = 100$ об/мин, потребуется уже $p = \frac{60 \cdot 50}{100} = 30$ пар полюсов.

Поэтому гидрогенераторы конструктивно выполняются как многополюсные машины, что также определяет их большие радиальные размеры и относительно малую осевую длину.

Ответ: На гидроэлектростанциях применяются относительно тихоходные турбины. Для того чтобы при низкой скорости вращения ротора вырабатывать переменный ток стандартной промышленной частоты (50 Гц), генераторы должны иметь большое число пар полюсов, так как частота тока прямо пропорциональна и скорости вращения, и числу пар полюсов.