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.