Номер 3, страница 223 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Вопросы после параграфа. § 61. Способы получения электрической энергии. Глава 3. Электромагнитные явления - номер 3, страница 223.

3. Расскажите об устройстве и принципе действия промышленного генератора.

Промышленный генератор переменного тока — это, как правило, синхронная электрическая машина, которая преобразует механическую энергию вращения в электрическую энергию переменного тока.

Устройство промышленного генератора

Основными конструктивными элементами промышленного генератора являются:

• Статор — неподвижная часть генератора. Он имеет форму полого цилиндра, который собран из листов электротехнической стали для минимизации потерь на вихревые токи. На внутренней поверхности статора в специальных пазах располагается трехфазная обмотка, называемая якорной. Именно в этой обмотке индуцируется выходное напряжение и ток.
• Ротор — вращающаяся часть генератора. В промышленных синхронных генераторах ротор представляет собой мощный электромагнит. Его обмотка, называемая обмоткой возбуждения, питается постоянным током и создает сильное магнитное поле. Ротор механически соединен с валом первичного двигателя (например, паровой, газовой или гидравлической турбины), который и обеспечивает его вращение.
• Система возбуждения — это комплекс устройств, предназначенный для питания обмотки ротора постоянным током. Она создает и регулирует магнитное поле генератора, что позволяет управлять его выходным напряжением.
• Корпус и система охлаждения — корпус выполняет защитную и несущую функции. Поскольку при работе генератора выделяется большое количество тепла из-за электрических и магнитных потерь, для предотвращения перегрева используется мощная система охлаждения. В зависимости от мощности генератора она может быть воздушной, водородной или водяной.

Принцип действия промышленного генератора

Работа генератора основана на фундаментальном физическом явлении — электромагнитной индукции, открытом Майклом Фарадеем. Закон электромагнитной индукции гласит, что в любом замкнутом проводящем контуре возникает электродвижущая сила (ЭДС) при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Процесс генерации электроэнергии происходит в несколько этапов:

1. Первичный двигатель (турбина) приводит ротор генератора во вращение с постоянной скоростью.
2. Одновременно система возбуждения подает в обмотку ротора постоянный ток. В результате ротор превращается в электромагнит, создающий постоянное во времени, но вращающееся в пространстве магнитное поле.
3. Вращающееся магнитное поле ротора пересекает проводники неподвижной обмотки статора.
4. Из-за непрерывного изменения магнитного потока через витки статорной обмотки в них, согласно закону электромагнитной индукции, наводится (индуцируется) переменная ЭДС.
5. Обмотка статора состоит из трех секций, которые сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 120°. Поэтому в них индуцируются три синусоидальные ЭДС, которые сдвинуты по времени (по фазе) также на 120°. Таким образом, генератор вырабатывает трехфазный переменный ток.
6. Частота $f$ генерируемого переменного тока строго синхронизирована со скоростью вращения ротора $n$ (измеряемой в оборотах в минуту) и зависит от числа пар магнитных полюсов ротора $p$. Эта зависимость выражается формулой: $f = \frac{p \cdot n}{60}$. Для получения стандартной в России и Европе промышленной частоты 50 Гц двухполюсный ($p=1$) ротор должен вращаться с частотой 3000 об/мин.

Ответ:

Промышленный генератор состоит из неподвижного статора с трехфазной обмоткой и вращающегося ротора, который является электромагнитом. Его работа основана на явлении электромагнитной индукции: турбина вращает ротор, создавая вращающееся магнитное поле. Это поле пересекает проводники обмотки статора, индуцируя в них переменную электродвижущую силу (ЭДС). Так как обмотка статора трехфазная, на выходе генератора образуется трехфазный переменный электрический ток.