Номер 3, страница 28 - 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?

Частоту вращения ротора генератора переменного тока уменьшают путем снижения механической мощности, подаваемой на вал генератора от первичного двигателя, которым, как правило, является турбина. Конкретный способ регулирования зависит от типа электростанции.

На тепловых (ТЭС) и атомных (АЭС) электростанциях, где используются паровые турбины, частоту вращения уменьшают, прикрывая регулирующие клапаны. Это снижает количество пара высокого давления, поступающего на лопатки турбины, что приводит к уменьшению ее крутящего момента и, как следствие, к снижению скорости вращения ротора.

На гидроэлектростанциях (ГЭС), использующих гидравлические турбины, скорость вращения регулируется изменением потока воды через турбину. Это достигается с помощью поворота лопаток направляющего аппарата, которые могут частично или полностью перекрывать доступ воды к рабочему колесу турбины.

На газотурбинных установках (ГТУ) и в двигателях внутреннего сгорания регулирование происходит за счет изменения подачи топлива, что влияет на энергию рабочего тела (горячих газов), вращающего турбину или коленчатый вал.

Таким образом, основной способ — это управление подачей рабочего тела (пара, воды, газа) или топлива на первичный двигатель, который вращает ротор генератора.

Ответ: Частоту вращения ротора генератора уменьшают путем снижения мощности первичного двигателя (турбины), регулируя подачу на него рабочего тела (пара, воды, газа) или топлива.

Для чего это необходимо?

Необходимость в уменьшении (и в целом — в регулировании) частоты вращения ротора генератора обусловлена несколькими ключевыми причинами, связанными с работой энергосистемы.

1. Поддержание стандартной частоты переменного тока в сети. Частота электрического тока $\text{f}$, вырабатываемого генератором, напрямую связана с частотой вращения его ротора $\text{n}$ (в оборотах в минуту) и числом пар полюсов $\text{p}$. Эта связь описывается формулой:

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

Во всех странах приняты строгие стандарты промышленной частоты (например, 50 Гц в России и Европе). Для стабильной работы всех подключенных к сети электроприборов и синхронной работы всех генераторов в энергосистеме эта частота должна поддерживаться с очень высокой точностью. Если суммарная мощность, вырабатываемая всеми генераторами, превышает мощность, потребляемую нагрузкой, возникает избыток энергии. Этот избыток заставляет роторы генераторов ускоряться, а частота в сети начинает расти. Чтобы предотвратить это и вернуть частоту к номинальному значению, необходимо уменьшить механическую мощность на валах некоторых генераторов, что приводит к снижению их частоты вращения.

2. Обеспечение баланса мощности. Регулирование частоты вращения является основным инструментом для поддержания баланса между генерируемой и потребляемой мощностью в энергосистеме в реальном времени. Снижение скорости вращения — это реакция системы автоматического регулирования на падение нагрузки в сети.

3. Процесс синхронизации. Перед подключением генератора к общей сети необходимо, чтобы его частота, напряжение и фаза совпали с параметрами сети. Для точной подстройки частоты генератора под частоту сети оператор управляет скоростью вращения турбины, незначительно уменьшая или увеличивая ее до достижения полного совпадения.

Ответ: Это необходимо для поддержания стандартной частоты переменного тока (например, 50 Гц) в энергосистеме, для обеспечения баланса между производимой и потребляемой мощностью (в частности, при снижении нагрузки в сети), а также для выполнения процесса синхронизации генератора с сетью.