Номер 61.3, страница 134 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Ханнанова

Электромагнитные явления - номер 61.3, страница 134.

Условие.

Задание 61.3. На рисунке показан разрез генератора переменного тока, установленного на гидроэлектростанции.

a) Заполните таблицу, указав название и функцию его важнейших узлов, обозначенных на рисунке цифрами 1—3.

Номер	Название узла	Функция узла
1
2
3

б)* Как вы думаете, почему в генераторах гидроэлектростанций вращаются электромагниты, создающие изменяющийся магнитный поток через витки катушек (в которых создаётся электрический ток), а не сами катушки при неподвижных электромагнитах?

Решение.

а)

На представленном на рисунке разрезе генератора переменного тока цифрами обозначены следующие его важнейшие узлы:

1. Статор (также называемый якорем) — это неподвижная внешняя часть генератора. Она содержит обмотки (катушки с проводом), в которых, согласно явлению электромагнитной индукции, возникает электрический ток.

2. Ротор (также называемый индуктором) — это вращающаяся внутренняя часть генератора. В данном случае он представляет собой систему электромагнитов (с чередующимися северным (N) и южным (S) полюсами), которая при вращении создает переменное магнитное поле.

3. Гидравлическая турбина — это устройство с лопастями, которое преобразует кинетическую энергию движущегося потока воды в механическую энергию вращения вала, на котором закреплен ротор генератора.

На основе этого анализа можно заполнить предложенную таблицу.

Ответ:

Номер 1
Название узла: Статор (якорь)
Функция узла: В его обмотках индуцируется переменный электрический ток под действием переменного магнитного поля, создаваемого ротором.

Номер 2
Название узла: Ротор (индуктор)
Функция узла: Создание переменного магнитного поля при его вращении.

Номер 3
Название узла: Гидравлическая турбина
Функция узла: Преобразование энергии потока воды в механическую энергию вращения ротора генератора.

б)*

В мощных генераторах переменного тока, устанавливаемых на гидроэлектростанциях, используется конструкция с вращающимся ротором (электромагнитами) и неподвижным статором (катушками, в которых генерируется ток). Такой выбор обусловлен несколькими важными инженерно-техническими причинами.

1. Электрические причины. Генераторы на ГЭС вырабатывают электрический ток очень большой силы и высокого напряжения. Если бы катушки, в которых возникает этот ток, вращались, то для его отвода потребовалась бы чрезвычайно сложная, громоздкая и ненадежная система скользящих контактов (щеток и контактных колец). Такие контакты для передачи огромной мощности сильно бы нагревались, искрили, быстро изнашивались и были бы источником значительных потерь энергии. Гораздо проще, безопаснее и надежнее снимать ток большой мощности с неподвижных обмоток статора, напрямую подключая к ним силовые кабели. При этом для питания электромагнитов вращающегося ротора требуется постоянный ток возбуждения, который значительно меньше вырабатываемого. Подать такой относительно небольшой ток на ротор через простую и надежную систему скользящих контактов технически не представляет сложности.

2. Механические причины. Обмотки статора, состоящие из большого количества витков тяжелого медного провода, имеют очень большую массу. Вращение такой массивной конструкции создавало бы колоссальные центробежные силы, что потребовало бы исключительно прочного крепления и сделало бы балансировку системы крайне сложной. Ротор, представляющий собой, по сути, стальной сердечник с обмотками возбуждения, является более прочной, жесткой и компактной конструкцией, которую значительно проще сбалансировать для вращения с высокой скоростью без риска механического разрушения.

Ответ: В генераторах гидроэлектростанций вращаются электромагниты (ротор), а не катушки (статор), так как:
1) отводить вырабатываемый ток огромной мощности с неподвижных обмоток намного проще, безопаснее и эффективнее, чем с вращающихся, что позволяет избежать использования сложных и ненадежных скользящих контактов для больших токов;
2) подавать на вращающиеся электромагниты относительно небольшой ток возбуждения технически значительно проще;
3) с точки зрения механики, более легкий, компактный и прочный ротор проще вращать и балансировать, чем тяжелые и массивные катушки статора.