Номер 4, страница 225 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

4. В чем сходство и различие индукционного генератора с двигателем посто-янного тока?

Индукционный генератор и двигатель постоянного тока являются электрическими машинами, но они основаны на разных принципах работы с током и имеют существенные конструктивные различия. Рассмотрим их сходства и различия подробнее.

Несмотря на различия, у этих двух устройств есть фундаментальные сходства, связанные с их природой как электромеханических преобразователей энергии:

• Принцип электромагнитной индукции: Оба устройства работают на основе закона Фарадея об электромагнитной индукции. Взаимодействие магнитных полей и проводников с током лежит в основе их функционирования. В двигателе это взаимодействие создает вращающий момент, а в генераторе — индуцирует ЭДС и ток.
• Основная структура: Оба имеют неподвижную часть — статор (индуктор) и вращающуюся часть — ротор (якорь). И статор, и ротор содержат обмотки или постоянные магниты для создания магнитных полей.
• Обратимость: Обе машины являются обратимыми. Двигатель постоянного тока может работать как генератор постоянного тока (динамо), если его ротор вращать внешней силой. Аналогично, асинхронный (индукционный) двигатель переменного тока становится индукционным генератором, если его ротор вращать с частотой, превышающей синхронную частоту вращения магнитного поля.

Различия между индукционным генератором и двигателем постоянного тока более многочисленны и значимы:

1. Тип тока: Это ключевое различие.
   • Индукционный генератор работает с переменным током (AC). Он генерирует переменный ток и для своей работы (для создания магнитного поля) требует подключения к сети переменного тока или к батарее конденсаторов, которые поставляют реактивную мощность.
   • Двигатель постоянного тока работает от источника постоянного тока (DC). Он потребляет постоянный ток для создания вращающего момента.
2. Конструкция и наличие коллектора:
   • Индукционный генератор (в наиболее распространенном исполнении) имеет короткозамкнутый ротор типа "беличья клетка", который не имеет электрических контактов с внешней цепью. Это простая, надежная и не требующая обслуживания конструкция без щеток и коллектора.
   • Двигатель постоянного тока имеет сложный ротор (якорь) с обмотками, которые подключаются к источнику питания через щеточно-коллекторный узел. Этот узел необходим для переключения направления тока в обмотках ротора при его вращении, что обеспечивает непрерывный вращающий момент. Щетки и коллектор подвержены износу, требуют обслуживания и создают искрение.
3. Принцип возбуждения магнитного поля:
   • Индукционный генератор является асинхронной машиной неявного возбуждения. Его магнитное поле создается за счет реактивной мощности, потребляемой из сети переменного тока. Он не может работать автономно без внешнего источника возбуждения.
   • Двигатель постоянного тока имеет обмотку возбуждения на статоре (или постоянные магниты), которая создает постоянное во времени магнитное поле. Это поле создается тем же или отдельным источником постоянного тока.
4. Режим работы и скорость вращения:
   • Индукционный генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Для этого его ротор должен вращаться с частотой $n$, которая превышает синхронную частоту вращения магнитного поля статора $n_s$ ($n > n_s$). Разница скоростей (скольжение) определяет количество генерируемой мощности.
   • Двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию в механическую. Он вращается, потребляя ток, а его скорость зависит от приложенного напряжения и величины магнитного потока возбуждения.

Ответ:

Сходство: Оба устройства являются обратимыми электромеханическими машинами, в основе работы которых лежит принцип электромагнитной индукции, и оба состоят из статора и ротора.

Различие: Основные различия заключаются в типе используемого тока (переменный для индукционного генератора, постоянный для двигателя), конструкции ротора (короткозамкнутый без щеток у генератора и обмоточный с щеточно-коллекторным узлом у двигателя), способе возбуждения магнитного поля и режиме работы (генератор вырабатывает энергию при вращении ротора быстрее синхронной частоты, а двигатель потребляет энергию для создания вращения).