Генераторы переменного тока

доповідь з фізики

ліцеїста тл нтуу "КПі"

групи фм - 43

демиденка германа

на тему:

" генератори змінного струму"

Генераторы переменного тока

Электрический ток вырабатывается в генераторах - устройствах,
преобразующих энергию того или иного вида в электрическую энергию. К
генераторам относятся гальванические элементы, электростатические
машины, термобатареи, солнечные батареи и т.п. Область применения
каждого из перечисленных видов генераторов электроэнергии определяется
их характеристиками. Так, электростатические машины создают высокую
разность потенциалов, но неспособны создать в цепи сколько-нибудь
значительную силу тока. Гальванические элементы могут дать большой ток,
но продолжительность их действия невелика. Преобладающую роль в наше
время играют электромеханические индукционные генераторы переменного
тока. В этих генераторах механическая энергия превращается в
электрическую. Их действие основано на явлении электромагнитной
индукции. Такие генераторы имеют сравнительно простое устройство и
позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении.

В настоящее время имеется много типов индукционных генераторов. Но все
они состоят из одних и тех же основных частей. Это, во-первых,
электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле, и,
во-вторых, обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС (в
рассмотренной модели это вращающаяся рамка). Так как ЭДС, наводимые в
последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда ЭДС
индукции в рамке пропорциональна числу витков в ней. Она пропорциональна
также амплитуде переменного магнитного потока Ф=BS через каждый виток.
Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют
специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных
из электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле,
размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых
индуцируется ЭДС, - в пазах другого. Один из сердечников (обычно
внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или
вертикальной оси. Поэтому он называется ротором. Неподвижный сердечник с
его обмоткой называют статором. Зазор между сердечниками статора и
ротора делают как можно меньшим. Этим обеспечивается наибольшее значение
потока магнитной индукции. В больших промышленных генераторах вращается
электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в
которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными.
Дело в том, что подводить ток к ротору или отводить его из обмотки
ротора во внешнюю цепь приходиться при помощи скользящих контактов. Для
этого ротор снабжается контактными кольцами, присоединенными к концам
его обмотки. Неподвижные пластины - щетки - прижаты к кольцам и
осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках
электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока,
отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток
удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты
подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот
ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока
(возбудителем), расположенным на том же валу. В маломощных генераторах
магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом. В таком случае
кольца и щетки вообще не нужны. Появление ЭДС в неподвижных обмотках
статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля,
порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.

Современный генератор электрического тока - это внушительное сооружение
из медных проводов, изоляционных материалов и стальных конструкций. При
размерах в несколько метров важнейшие детали генераторов изготовляются с
точностью до миллиметра. Нигде в природе нет такого сочетания движущихся
частей, которые могли бы порождать электрическую энергию столь же
непрерывно и экономично.