Номер 5.102, страница 118 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 5. Электромагнитные колебания. Переменный ток - номер 5.102, страница 118.

Условие.

5.102. Для чего на гидроэлектростанциях используют генераторы, роторы которых имеют несколько пар магнитных полюсов (рис. 5.18)?

Рис. 5.18

Решение.

Решение

Частота переменного тока $\text{f}$, вырабатываемого генератором, напрямую связана со скоростью вращения его ротора $\text{n}$ (измеряемой в оборотах в секунду) и числом пар магнитных полюсов $\text{p}$. Эта зависимость описывается формулой:

$f = p \cdot n$

На гидроэлектростанциях (ГЭС) используются гидравлические турбины, которые приводятся в движение потоком воды. Из-за большой массы воды и массивности самих турбин, скорость их вращения сравнительно невелика, обычно она составляет от нескольких десятков до нескольких сотен оборотов в минуту.

В то же время, для обеспечения стабильной работы энергосистемы, генераторы должны вырабатывать ток стандартной промышленной частоты, которая в России и многих других странах составляет 50 Гц. Чтобы получить ток с такой частотой при низкой скорости вращения ротора, необходимо использовать генераторы с большим числом пар магнитных полюсов.

Например, если скорость вращения турбины составляет 120 оборотов в минуту (то есть $n = 120 / 60 = 2$ об/с), то для получения частоты $f = 50$ Гц потребуется генератор с числом пар полюсов $\text{p}$, равным:

$p = \frac{f}{n} = \frac{50 \text{ Гц}}{2 \text{ об/с}} = 25$

Таким образом, ротор такого генератора должен иметь 25 пар магнитных полюсов (всего 50 полюсов). Для сравнения, роторы турбогенераторов на тепловых электростанциях, вращающиеся со скоростью 3000 об/мин (50 об/с), имеют всего одну пару полюсов для создания тока той же частоты.

Следовательно, использование роторов с несколькими парами магнитных полюсов является конструктивной необходимостью, позволяющей генерировать переменный ток стандартной частоты при низкой скорости вращения, характерной для гидравлических турбин.

Ответ: Генераторы с роторами, имеющими несколько пар магнитных полюсов, используются на гидроэлектростанциях для того, чтобы вырабатывать переменный ток стандартной промышленной частоты (например, 50 Гц) при сравнительно низкой скорости вращения гидравлических турбин. Чем ниже скорость вращения ротора, тем большее число пар полюсов необходимо для получения тока заданной частоты.