Номер 3, страница 30 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

3. Каким способом уменьшают частоту вращения ротора генератора? Для чего это необходимо?

Каким способом уменьшают частоту вращения ротора генератора?
Частота переменного тока $\text{f}$, вырабатываемого синхронным генератором, напрямую связана с частотой вращения его ротора $\text{n}$ и числом пар полюсов $\text{p}$ в его конструкции. Эта зависимость выражается формулой: $f = \frac{p \cdot n}{60}$ где частота тока $\text{f}$ измеряется в герцах (Гц), а частота вращения ротора $\text{n}$ — в оборотах в минуту. Из формулы видно, что для уменьшения частоты тока необходимо уменьшить частоту вращения ротора. Это достигается путем регулирования мощности первичного двигателя, который вращает ротор генератора. Способ регулирования зависит от типа электростанции:

• На тепловых (ТЭС) и атомных (АЭС) электростанциях, где используются паровые турбины, частоту вращения уменьшают, снижая подачу пара на лопатки турбины с помощью специальных регулирующих клапанов.
• На гидроэлектростанциях (ГЭС), использующих гидравлические турбины, скорость вращения регулируют, изменяя поток воды через турбину. Это делается с помощью поворотных лопаток направляющего аппарата, которые могут частично или полностью перекрывать доступ воде.
• На газотурбинных электростанциях скорость вращения контролируется изменением подачи топлива в камеру сгорания. Уменьшение подачи топлива снижает мощность турбины и, как следствие, замедляет вращение ротора.
• В ветрогенераторах для уменьшения скорости вращения изменяют угол атаки лопастей (поворачивают их почти параллельно ветру), что снижает действующую на них аэродинамическую силу.

Таким образом, общий принцип заключается в уменьшении подводимой к генератору механической энергии от первичного двигателя.

Ответ: Частоту вращения ротора генератора уменьшают путем снижения мощности первичного двигателя, который его приводит в движение (например, уменьшая подачу пара на турбину, воды, топлива или изменяя угол атаки лопастей ветрогенератора).

Для чего это необходимо?
Уменьшение частоты вращения ротора является важным элементом управления работой как отдельного генератора, так и всей энергосистемы в целом. Это необходимо в следующих случаях:

• Регулирование частоты в энергосистеме. Частота тока (в России и Европе стандарт — 50 Гц) является ключевым показателем баланса между производимой и потребляемой электроэнергией. Если потребление в сети падает (например, ночью), а генераторы продолжают вырабатывать прежнюю мощность, возникает избыток энергии. Этот избыток заставляет роторы генераторов вращаться быстрее, что приводит к нежелательному росту частоты в сети. Чтобы вернуть частоту к стандартному значению, диспетчеры энергосистемы дают команду на снижение выработки мощности, что и достигается уменьшением частоты вращения роторов генераторов.
• Синхронизация с сетью. Перед подключением генератора к общей энергосистеме необходимо выполнить процесс, называемый синхронизацией. Для этого нужно, чтобы частота, фаза и напряжение генератора точно совпали с параметрами сети. Если в момент подключения частота вращения ротора выше, чем требуется для синхронизации, её необходимо плавно уменьшить.
• Плановая остановка генератора. При выводе генератора из эксплуатации его не отключают от сети мгновенно под полной нагрузкой. Сначала плавно снижают мощность первичного двигателя, что приводит к уменьшению частоты вращения ротора и снижению вырабатываемой мощности до нуля. Только после этого генератор безопасно отключают от сети.

Ответ: Уменьшение частоты вращения ротора необходимо для поддержания стандартной частоты тока в энергосистеме (особенно при снижении потребления электроэнергии), для выполнения синхронизации генератора с сетью перед его подключением, а также для плановой и безопасной остановки генератора.