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.