План конспект уроку на тему генератори. Генераторы постоянного тока план-конспект занятия на тему

Размер: px

Начинать показ со страницы:

Транскрипт

1 Учитель физики Шпаковская О.Ю. 11 класс Генерирование электрической энергии. Генератор переменного тока Цели урока: 1. Показать преимущества электрической энергии перед другими видами энергии. 2. Дать понятие о принципиальном устройстве генератора переменного тока. 3. Осветить экологические проблемы, связанные с выработкой электроэнергии. Оборудование: компьютер интерактивная доска проектор источники тока батарея карманного фонарика, фотоэлемент, модель генератора постоянного тока, Комплекс «Наглядная физика» Тип урока: комбинированный, время проведения 45 минут. Основные этапы урока: 1. Организационный момент (2 мин.) 2. Актуализация опорных знаний (3-5 мин.) 3. Изучение нового материала (20 мин.) 4. Закрепление новой темы (5 мин.) 5. Проверка знаний (10 мин.) 6. Подведение итогов. (3 мин.) 1. Организационный момент. Ход урока 2. Актуализация опорных знаний фронтальная беседа. Прежде чем мы будем говорить о производстве электрического тока, давайте вспомним: Вопрос: Что называют электрическим током? Ответ: Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц. Вопрос: Какие вам известны источники тока? Ответ: Аккумуляторы, батарейки и т. д. У меня на столе всем известные источники тока: батарейка, фотоэлемент, модель индукционного генератора. Область применения каждого из перечисленных видов определяется их характеристиками. Давайте выясним, какие у них достоинства и недостатки и можно ли их применять повсеместно? Химические источники тока: гальванические элементы; батареи аккумуляторов; ртутная батарейка, используемая в часах, калькуляторах и слуховых аппаратах, дает 1,4В;

2 традиционная батарейка для карманного фонарика, дает 4,5 В. (демонстрация) Достоинства компактность, возможность использовать как автономный источник энергии. Недостатки небольшая энергоемкость, высокая стоимость энергии, недолговечность, проблема утилизации отходов. Термоэлементы, фотоэлементы, солнечные батареи (демонстрация) Достоинства безмашинный способ получения энергии. Недостатки малый КПД, зависимость от погодных условий. Преобладающую роль в наше время играют электромеханические индукционные генераторы постоянного и переменного тока. Практически они дают всю используемую энергию. Какие они имеют достоинства, преимущества и недостатки, нам предстоит выяснить сегодня на уроке. 3. Объяснение новой темы. Так как мы сегодня изучаем генераторы переменного тока, давайте вспомним: Вопрос: Что такое переменный ток? Ответ: Переменный ток можно рассматривать как вынужденное колебательное движение свободных электронов или вынужденные электромагнитные колебания силы тока и напряжения, меняющееся со временем по гармоническому закону. Переменный ток имеет преимущество перед постоянным, потому что напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовать (трансформировать) почти без потерь, а такие преобразования необходимы во многих электро- и радиотехнических устройствах. Но особенно большая необходимость трансформации напряжения и тока возникает при передаче электроэнергии на большие расстояния. Электрическая энергия обладает преимуществом перед всеми другими видами энергии: ее можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в другие формы: механическую, тепловую, световую и т.д. Запишите в тетради преимущества переменного тока. В современной энергетике применяются индукционные генераторы переменного тока, действие которых основано на явлении электромагнитной индукции. Вопрос: Вспомните, что такое электромагнитная индукция, и кто открыл это явление? Ответ: Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, которое заключается в возникновении индукционного тока под действием переменного магнитного поля. (1 слайд комплекса) После открытия этого явления многие скептики, сомневаясь, спрашивали: «Какая от этого польза?» На что Фарадей ответил: «Какая может быть польза от новорожденного?» Прошло немногим более половины столетия и, как сказал американский физик Р.Фейнман, «бесполезный новорожденный превратился в чудо-богатыря и изменил облик Земли так, как его гордый отец не мог себе и представить». И этим богатырем, изменившим облик Земли, является генератор. Генератор это устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую энергию (запишите определение в тетрадь). (1 слайд комплекса)

3 Электрический ток вырабатывается в генераторах - Откройте учебник на странице 106 рисунок 97. Давайте вместе назовем и запишем в тетради, как устроен генератор, его основные части. - Что обозначено цифрой 1,2,3,4,5,6,7? 1. Ротор, вращающаяся часть генератора, создает магнитное поле от электромашины постоянного тока. 2. Статор, состоит из отдельных пластин для уменьшения нагрева от вихревых токов, пластины сделаны из электротехнической стали. 3. Щетки, неподвижные пластины, прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. 4. Кольца, чтобы подводить ток к ротору и отводить из обмотки ротора во внешнюю цепь при помощи скользящих контактов. 5. Турбина, сочетание турбины с генератором переменного тока называется турбогенератором. 6. Станина, корпус, внутри которой размещены статор и ротор. 7. Возбудитель, генератор, вырабатываемый постоянный ток, который подводят к вращающему электромагниту. В настоящее время существуют различные модификации индукционных генераторов. Но все они состоят, из одних и тех же, частей это магнит или электромагнит, создающий магнитное поле, и обмотка в которой индуцируется ЭДС. Один из сердечников (обычно внутренний) вращается вокруг вертикальной или горизонтальной оси называется ротором. Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором. (1 слайд) Обратите внимание, в данной модели генератора вращается проволочная рамка, которая является ротором, магнитное поле создает неподвижный, постоянный магнит. При движении проводника его свободные заряды движутся вместе с ним. Поэтому на заряды со стороны магнитного поля действует сила Лоренца. ЭДС индукции, следовательно, имеет магнитное происхождение. На многих электростанциях земного шара именно сила Лоренца вызывает появление тока. ε = ε m sin ωt В больших промышленных генераторах вращается именно электромагнит, который является ротором. Обмотки, в которых наводится ЭДС, вложены в пазах статора появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора. Из закона электромагнитной индукции следует: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром. Какова же должна быть скорость изменения магнитного потока, скорость вращения ротора, если в некоторых установках применяются токи в несколько килогерц и даже мегагерц? Для примера, попробуйте рассчитать скорость вращения ротора для стандартной частоты промышленного тока. Чтобы ответить на данный вопрос, вспомните: Вопрос: Чему равна частота промышленного тока? Ответ: Стандартная частота промышленного переменного тока равна 50 Гц во многих странах мира, в США частота равна 60Гц, это означает, что на протяжении 1 с. ток 50 раз

4 течет в одну сторону и 50 раз в противоположную. -Тогда сколько колебаний будет происходить в 1 минуту? Умножим на 60 сек. получается 3000 об/мин. Такая скорость нереальна и чтобы уменьшить скорость вращения, используют многополюсный магнит. Частота наводимой ЭДС определяется формулой ν = p*n, где р число пар полюсов индуктора, n частота вращения ротора. Так, роторы генераторов Угличской ГЭС на Волге имеют 48 пар полюсов, и скорость их вращения уменьшается, становится 62,5 об/мин. Мы живем в 21 веке и основой цивилизованного образа жизни, следовательно, и научнотехнического прогресса, является энергия, которой требуется все больше и больше. Казалось бы, вырабатывайте ее сколько угодно, пока есть полезные ископаемые, есть машины, вырабатывающие эту энергию. Но здесь возникает проблема. Эту проблему можно назвать - проблема «трех Э»: Энергетика + Экономика + Экология. Для бурного развития экономики, требуется все больше и больше энергии, увеличение выработки энергии - ведет к ухудшению экологии, наносит большой вред окружающей среде. Ведь энергетика является одной из самых загрязняющих отраслей народного хозяйства. При неразумном подходе происходит нарушение нормального функционирования всех компонентов биосферы (воздуха, воды, почвы, животного и растительного мира), а в исключительных случаях, подобных Чернобылю, под угрозой оказывается и сама жизнь. Поэтому главным должен стать подход с экологических позиций, учитывающих интересы не только настоящего, но и будущего. Между тем, ТЭС являются одними из основных загрязнителей атмосферы твердыми частицами золы, окислами серы и азота, а также углекислым газом, способствующим возникновению «парникового эффекта». Над городами образуются, так называемые острова тепла, из-за усиленного выброса энергии которых, нарушается нормальное течение атмосферных процессов. В сентябре этого года, мы все с вами были свидетелями образования торнадо над водохранилищем ГРЭС -2 в городе Сургуте. Вопрос: Кто сможет объяснить это явление? Ответ: Над поверхностью водохранилища образовался теплый воздушный фронт, в то время когда температура и давление окружающего воздуха были сравнительно низкими. Встреча, этих двух потоков и привела к образованию смерча. Важнейшими направлениями экологизации научно-технического процесса, должны стать внедрение ресурсосберегающих и безотходных технологий; переход к чистым и неисчерпаемым источникам энергии. Уже разрабатываются, так называемые топливные элементы, в которых энергия освобождается в результате реакции водорода с кислородом, получили широкое применение МГД генераторы. Строят электростанции разного типа, геотермальные, ветряные, солнечные и т.д. 4. Закрепление новой темы - решение качественных и количественных задач. Какими бы ни были типы электростанций, главное устройство на любом из них это генератор. Вопрос: Что называют генератором? Ответ: Генератор это устройство, преобразующее энергию того или иного вида в

5 электрическую. Вопрос: Назовите основные части генератора. Ответ: Ротор, статор. Вопрос: Фонари по дороге стоят одиноко. Десять герц частота переменного тока. Кто ответит мне ясно, без тени смущенья: Этот ток применяют ли для освещения? Ответ: Нет. Вопрос: Генератор переменного тока имеет на роторе 6 пар полюсов. Какой должна быть частота вращения ротора, чтобы генератор вырабатывал ток стандартной частоты? Ответ: (500 об/мин) 5. Проверка знаний (задания комплекса 1-6) 6. Подведение итогов. Сегодня на уроке, мы с вами разобрали принцип действия генератора, этого внушительного сооружения из проводов, изоляционных материалов, стальных конструкций. Не перестаю удивляться, как при таких огромных размерах в несколько метров важнейшие детали генераторов изготавливаются с точностью до миллиметра. Нигде в природе нет такого сочетания движущихся частей, которые могли бы порождать, электрическую энергию столь же непрерывно и экономично. А теперь постарайтесь ответить на вопрос, поставленный в начале урока. - Какие достоинства и недостатки у генератора переменного тока? Выставление оценок в журнал. Домашнее задание. 37

Автор: Касимова М.И. ГБОУ ЦО 133 г. Санкт-Петербург УРОК ПО ФИЗИКЕ В 9 КЛАССЕ ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ РАБОТА В ГРУППАХ: ИСТОРИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАТОРЫ ТЕОРЕТИКИ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ ПРОВЕРКА РАНЕЕ ИЗУЧЕННОГО

Примерный банк заданий по физике 11 класс погружение 3 (базовый уровень) часть 1 Механические колебания. 1.Механическим колебательным движением называют 1) Движение, при котором состояния тела с течением

Тема 9. Электрические машины переменного тока Вопросы темы.. Классификация машин переменного тока.. Устройство и принцип работы асинхронного двигателя. 3. Создание вращающегося магнитного поля. 4. Скорость

Учитель физики Шпаковская О.Ю. 9 класс Урок по теме "Электромагнитная индукция" Цель: изучить понятие электромагнитной индукции. Учащиеся должны знать: понятие электромагнитной индукции; понятие индукционный

Блок разработок (рабочие листы + примерное планирование уроков) для использования компьютерных лабораторий комплекса «Интерактивные лаборатории по физике» на уроках в 11 классе (или в других классах по

Тема 13 Синхронные генераторы, двигатели План 1. Конструкция синхронного генератора 2. Принцип действия синхронного генератора 3. Конструкция синхронного двигателя 4. Принцип действия синхронного двигателя

Тема: Лекция 39 Вынужденные колебания в цепи переменного тока. Индуктивность и емкость в цепи переменного тока. Векторные диаграммы. Закон Ома для цепи переменного тока. Мощность переменного тока. Резонанс

Конспект урока по технологии 8 класс Урок 29. Тема: Электрические двигатели Цель: изучить устройство и принцип действия электрических двигателей различных конструкций; ознакомиться с принципом работы асинхронного

Вращение рамки в магнитном поле. Переменный ток 3. Трансформаторы Тема 3. Переменный ток. Вращение рамки в магнитном поле Явление электромагнитной индукции применяется для преобразования механической

МБОУ Школа 57 г.о. Самара Физика 8 класс Источники электрического тока Электрический ток упорядоченное движение заряженных частиц. Для существования электрического тока необходимы следующие условия: 1.

4 ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА 4.1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ. ПРИНЦИП ГЕНЕРИРОВАНИЯ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА 4.1.001. Электрическая машина (ЭМ) 4.1.002. По направлению

Урок физики в 8 классе 1. ФИО (полностью) Вольнова Светлана Юрьевна 2. Место работы МБОУ СОШ 3 3. Должность Учитель физики 4. Предмет Физика 5. Класс 8 6. Тема урока Электрический ток. Источники электрического

Тема 8.1. Электрические машины. Генераторы постоянного тока Вопросы темы 1. Электрические машины постоянного и переменного тока. 1. Устройство и принцип работы генератора постоянного тока. 2. ЭДС и вращающий

Тема 2.3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ 1. Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея) 2. Закон Фарадея 3. Вихревые токи (токи Фуко) 4. Индуктивность контура. Самоиндукция 5. Взаимная индукция 1. Явление

Блок 9. Электромагнитная индукция. Переменный ток. Лекции: 9.1 Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции. Причины возникновения индукционного тока: сила Лоренца

Контрольный тест по физике Электромагнитное поле 9 класс 1 вариант 1. К магнитной стрелке (северный полюс голубого цвета), которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси, перпендикулярной плоскости

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ» Зеленодольский институт машиностроения

3.13 Работа, совершаемая при перемещении тока в магнитном поле Поместим в однородное магнитное поле не закрепленный проводник с током. На него будет действовать сила Ампера. В результате проводник начнет

И. В. Яковлев Материалы по физике MathUs.ru Переменный ток. 1 Темы кодификатора ЕГЭ: переменный ток, вынужденные электромагнитные колебания. Переменный ток это вынужденные электромагнитные колебания, вызываемые

Конденсатор колебательного контура длительное время подключён к источнику постоянного напряжения (см. рисунок). В момент t = 0 переключатель К переводят из положения 1 в положение 2. Графики А и Б представляют

ПРИМЕРНЫЙ БАНК ЗАДАНИЙ ПО ФИЗИКЕ 11 КЛАСС (БАЗОВЫЙ УРОВЕНЬ) погружение 2 Магнитное поле. Однородное и неоднородное магнитное поле 1.Какое вещество совсем не притягивается магнитом? 1) Сталь 2) Стекло 3)

1 Синхронные электрические машины Общие сведения и элементы конструкции Лекции профессора Полевского В.И. Синхронными машинами называются электрические машины переменного тока, у которых магнитное поле,

Асинхронные машины Асинхронная машина это машина, в которой при работе возбуждается вращающееся магнитное поле (ВМП), нороторкоторойвращаетсяасинхронно, т.е. со скоростью, отличной от скорости поля. Достоинства:

Приложение 1 Тест по теме: Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатель. Вариант 1 Вариант 2 1 Возле проводника с током расположена магнитная стрелка. Как изменится ее направление, если

9. Автоколебания возбуждаются в колебательном контуре генератора на транзисторе за счет энергии источника постоянного напряжения. В генераторе используется транзистор, т. е. полупроводниковое устройство,

Колебания. Лекция 3 Генератор переменного тока Для пояснения принципа действия генератора переменного тока рассмотрим сначала, что происходит при вращении плоского витка провода в однородном магнитном

Электромагнитные колебания. 1. Собственная частота электромагнитных колебаний в контуре 5 кгц, емкость конденсатора 1 мкф. Индуктивность катушки в этом случае равна A) 4 мгн. B),4 мгн. C) мгн. D),9 мгн.

Оценочные материалы промежуточной атестации по физике 10 класс Вариант I. 1. На рисунке 1.01 показан график зависимости скорости движения тела от времени. Какой из предложенных графиков выражает график

Обязательный минимум по предмету физика 11 класс 1 полугодие Основные понятия: Магнитное поле. Взаимодействие токов. Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Сила Ампера. Сила Лоренца. Электромагнитная

МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ Вариант 1 1. На рисунке 1 представлен график зависимости от времени координаты х тела, совершающего гармонические колебания вдоль оси Ох. Чему равен период колебаний

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕЗАВИСИМЫМ И ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ Цель работы: 1. Ознакомиться с конструкцией электрической машины постоянного тока.. Изучить принцип действия генератора

Домашняя работа по физике за 11 класс к учебнику «Физика. 11 класс» Г.Я Мякишев, Б.Б. Буховцев, М.: «Просвещение», 000 г. учебно-практическое пособие 3 СОДЕРЖАНИЕ Глава 1. Электромагнитная индукция Упражнение

Тема 9.3. Синхронные машины переменного тока Вопросы темы. 1. Устройство и принцип действия синхронного генератора 2. Реакция якоря 3. Характеристики синхронного генератора 4. Работа синхронной машины

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА УРОКА Учитель: Голяшова Елена Владимировна Тема урока: Электрический ток. Источники электрического тока. Гальванические элементы и аккумуляторы. Класс: 8 Тип урока: изучение нового

«Электромагнитная индукция. Опыт Фарадея. Правило Ленца» Тип урока: изучение нового материала. Класс: 9 Б класс Цели урока: I. Обучающая 1. Закрепление знаний по теме «Индукция магнитного поля, Магнитный

Арданян А.М. 1 Урок 2/11. Явление электромагнитной индукции. Индукционный ток. Правило Ленца. (? учитель,! учащиеся) условное обозначение.? На прошлых занятиях мы узнали, что магнитных зарядов не существует.!

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 2 «Исследование резольвера» Цель работы: изучение принципов действия и характеристик резольверов (вращающихся трансформаторов), используемых в системах автоматического управления.

Магнитное поле Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца. Вихревое электрическое поле. Токи Фуко. Генератор, электродвигатель. Явление электромагнитной индукции

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" Кафедра "Электротехника и электротехнологические системы"

ЧАСТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ШКОЛА «МОИ ГОРИЗОНТЫ» ГОРОДА СЕВАСТОПОЛЬ Разработчик Шокель О.И. Урок физики в 8 классе Тема: «Опыты Фарадея. Электромагнитная индукция». Цели: образовательные:

КАРТА СХЕМА ПРОРАБОТКИ ТЕМЫ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ СТАЦИОНАРНЫХ ТОКОВ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И ЕДИНИЦА ИХ ИЗМЕРЕНИЯ В СИ Вектор магнитной индукции B Связь В и Н Вектор напряженности магнитного

Явление электромагнитной индукции Можно ли в проводнике (без подключения источника питания) создать электрический ток с помощью магнитного тока? В промозглый декабрьский день 1821 года, в лаборатории

Производство, передача и использование электрической энергии

Цели урока:

Конкретизировать представление школьников о способах передачи электроэнергии, о взаимных переходах одного вида энергии в другой.

Дальнейшее развитие у учащихся практических навыков исследовательского характера, выведение познавательной активности детей на творческий уровень знаний.

Отработка и закрепление понятия «энергосистема» на краеведческом материале.

Оборудование: электробытовые приборы, трансформатор, карта

План урока

Организационный момент

Актуализация знаний

Изучение нового материала

Итог урока.

ХОД УРОКА

Организационный момент

Актуализация знаний

Изучение нового материала

Практически вся жизнь человека в быту связана с электричеством. Электричество помогает нам обогревать и освещать наши дома, готовить пищу, делать уборку, развлекать нас с вами, поддерживать связь с нашими близкими и многое другое. А что будет, если его не станет?

Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света
И электрических лучей?

А. Мицкевич

А, действительно, как бы жила планета? Ведь было время, когда люди жили без света. Трудно жили.

Говоря об истории использования электрической энергии в нашей стране следует отметить 1920 год.

В феврале 1920 года была создана комиссия по электрификации, которая предложила план ГОЭЛРО . Этим планом предусматривалось:

Опережающее развитие электроэнергетики;

Повышение мощности электростанций;

Централизация производства электроэнергии;

Широкое использование местного топлива и энергетических ресурсов;

Постепенный переход промышленности, сельского хозяйства, транспорта на электроэнергию.

– Почему именно развитие электроэнергетики было поставлено на первое место для развития государства?
– В чем преимущество электроэнергии перед другими видами энергии?
– Как осуществляется передача электроэнергии?
– Вот вопросы, на которые мы с вами ответим в процессе нашего урока.
Тема урока: «Производство, передача и использование электрической энергии »

– В чем преимущество электроэнергии перед другими видами энергии?

Ее можно передавать по проводам в любой населенный пункт;

Можно легко превращать в любые виды энергии;

Легко получать из других видов энергии;

– Какие виды энергии можно преобразовать в электрическую? (Ответы учащихся).

В зависимости от вида преобразуемой энергии электростанции бывают (Ответы учащихся):

Ветряные

Тепловые

Гидравлические

1. Приливные

   Геотермальные

Какими бы ни были типы электростанций, главное устройство на любой из них – это генератор.

Генератор – это устройство, преобразующее энергию того или иного вида в электрическую энергию.

Примеры генераторов:

Гальванические элементы;

Электростатические машины;

Термобатареи;

Солнечные батареи;

Индукционные генераторы постоянного и переменного тока.

В современной энергетике применяются индукционные генераторы переменного тока, действие которых основано на явлении электромагнитной индукции.

? Вспомните, что такое электромагнитная индукция, и кто открыл это явление?

Ответ: Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, которое заключается в возникновении индукционного тока под действием переменного магнитного поля.

После открытия этого явления многие скептики, сомневаясь, спрашивали: «Какая от этого польза?» На что Фарадей ответил: «Какая может быть польза от новорожденного?» Прошло немногим более половины столетия и, как сказал американский физик Р.Фейнман, «бесполезный новорожденный превратился в чудо-богатыря и изменил облик Земли так, как его гордый отец не мог себе и представить». И этим богатырем, изменившим облик Земли, является генератор.

В настоящее время существуют различные модификации индукционных генераторов. Но все они состоят, из одних и тех же, частей – это магнит или электромагнит, создающий магнитное поле, и обмотка в которой индуцируется ЭДС.

Принцип действия генератора

Принцип действия генератора нам поможет понять модель, находящаяся у меня на столе (или рис10.2 стр.68 учебника):

Обратите внимание, в данной модели генератора вращается проволочная рамка, магнитное поле создает неподвижный, постоянный магнит. При движении проводника его свободные заряды движутся вместе с ним. Поэтому на заряды со стороны магнитного поля действует сила Лоренца, под действием которой свободные заряды приходят в направленное движение, то есть наводится ЭДС индукции, которая имеет магнитное происхождение.

В больших промышленных генераторах вращается именно электромагнит, который является ротором.

Ротор – подвижная часть генератора

Обмотки, в которых наводится ЭДС, вложены в пазах статора.

Статор – неподвижная часть генератора.

Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.

Генераторы вырабатывают переменный электрический ток.

Переменный ток – это электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому закону.

График переменного тока представлен на стр 68, рис. 10.3 учебника. Отрицательное значение силы тока соответствуют противоположному направлению тока.

Переменный ток имеет преимущество перед постоянным, потому что напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовать (трансформировать) почти без потерь, а такие преобразования необходимы во многих электро- и радиотехнических устройствах. Но особенно большая необходимость трансформации напряжения и тока возникает при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Произведенная электроэнергия передается к потребителю.

- Кто, на ваш взгляд, являются основными потребителями электроэнергии?

Ответы учащихся:

Промышленность (почти 70%)

Транспорт

Сельское хозяйство

Бытовые нужду населения

- Вся ли энергия, получаемая на электростанции, доходит до потребителя? Почему происходят потери при передаче электроэнергии?

При прохождении тока по проводам, они нагреваются. По закону Джоуля-Ленца учитывая что , получим .
Отчего зависит количество теплоты, выделяемое в проводах?
Чем сила тока, удельное сопротивление и длина проводов, тем количество теплоты и наоборот. Чем площадь поперечного сечения провода, тем количество теплоты. Но увеличивать S не выгодно, так как это приведет к увеличению массы проводов.
Уменьшить количество теплоты можно за счет уменьшения силы тока. Для этого применяют устройство, называемое трансформатором.

Трансформатор – это устройство, преобразующее переменный ток, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности.

В первые трансформаторы были использованы в 1878 году русским учённым П.Н.Яблочковым для питания изобретённых им электрических свечей.

Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы из магнитомягкого материала, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная (смотри рис.)

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть источника переменного тока, то по ней будет протекать переменный ток, который создаст в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток. Этот магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки, будет индуктировать в ней электродвижущую силу (ЭДС). Если вторичную обмотку замкнуть на какой-либо приемник энергии, то под действием индуктируемой ЭДС по этой обмотке и через приемник энергии будет протекать электрический ток. Одновременно в первичной обмотке также появится нагрузочный ток. Таковым образом, электрическая энергия, трансформируясь, передается из первичной сети во вторичную при напряжении, на которое рассчитан приемник энергии, включенный во вторичную сеть.

Основной величиной, характеризующей работу трансформатора является коэффициент трансформации- К

К - коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации - это величина, численно равная отношению напряжений на зажимах двух обмоток в режиме холостого хода.

Для двух обмоток силового трансформатора, расположенных на одном стержне, коэффициент трансформации принимается равным отношению чисел их витков.

Трансформаторы могут быть повышающими и понижающими.

При K 1 трансформатор называется понижающим , так как

при K повышающим, так как

При передаче электроэнергии на значительное расстояние напряжение повышают до нескольких сотен киловольт, поэтому на выходе из электростанции должен стоять повышающий трансформатор. Но так как потребитель в основном использует более низкое напряжение, то на входе в населенный пункт ставят понижающий трансформатор.

Выступление учащихся с докладами

Закрепление изученного материала

№1. Для определения числа витков на первичной обмотке трансформатора на его сердечник было намотано 30 витков провода, концы которого подключили к вольтметру. Чему равно число витков в первичной обмотке трансформатора, если при подаче на него напряжения 220 В, вольтметр, подключенный к катушке из 30 витков, показал напряжение 2 В?

№2. Внутреннее сопротивление источника переменного тока r вн = 6,4·10 3 Ом. Определите коэффициент трансформации K идеального трансформатора, с помощью которого можно получить от этого источника максимальную мощность на нагрузочном сопротивлении R н = 16 Ом.

№3. На первичную обмотку понижающего трансформатора в высоковольтной линии передачи электрической энергии подается переменное напряжение с действующим значением (U 1) д = 12 кВ. Напряжение со вторичной обмотки (U 2) д = 220 В используется для электроснабжения жилых домов. Предполагая трансформатор идеальным, а нагрузку вторичной обмотки чисто активной, определите

1) коэффициент трансформации K ;

2) действующие значения токов (I 1) д и (I 2) д в первичной и вторичной обмотках в предположении, что потребляемая мощность P ср = 96 кВт;

3) сопротивление нагрузки R н во вторичной цепи трансформатора

Решение

Итог урока.

Домашнее задание. § 10, № 7.2, 7.19, 7.24, лаб. раб. № 3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8

Испытание генератора постоянного тока

Цель работы:

1. Изучить принцип действия, конструкцию и свойства генераторов постоянного тока с параллельным и независимым возбуждением.

2. Ознакомиться с методикой снятия основных характеристик генераторов: холостого хода, внешней, регулировочной.

3. Выявить по снятым характеристикам рабочие свойства генераторов.

Указания к работе

Используя рекомендованную литературу, ознакомьтесь с принципом действия, конструкцией и назначением основных частей генератора. Обратите внимание на конструкцию таких элементов, как якорь, коллектор, обмотка возбуждения. Четко уясните процессы, происходящие в генераторе и роль коллектора. Уясните процесс самовозбуждения. Выясните, какие характеристики определяют эксплуатационные возможности генератора и почему они имеют такой вид.

Генератор постоянного тока (рис. 1) состоит из двух частей: неподвижной и вращающейся. Неподвижная часть (статор) является остовом машины и одновременно служит для создания магнитного потока. Во вращающейся части, называемой якорем (ротором), индуцируется электродвижущая сила - ЭДС.

Неподвижная часть состоит из станины (1), главных полюсов (2) с обмоткой возбуждения (3) и дополнительных полюсов (4), уменьшаемых искрение под щетками.

Якорь имеет сердечник (5), набираемый из тонких стальных листов, обмотку якоря (6), заложенную в пазы сердечника и коллектор (7). На поверхность коллектора наложены угольно-графитовые щетки (8), обеспечивающие скользящий контакт с обмоткой вращающегося якоря. Коллектор имеет форму цилиндра и выполняется из изолированных медных пластин - ламелей - к которым подсоединены секции якорной обмотки. Вращаясь вместе с обмоткой, коллектор выполняет роль механического выпрямителя.

Обмотка возбуждения (3) создает главный магнитный поток Ф полюсов. В генераторах с независимым возбуждением она питается от постороннего источника постоянного тока (выпрямителя, аккумулятора и т.п.). С генератором с параллельным возбуждением обмотка главных полюсов подключена к главным щеткам, т.е. параллельно цепи якоря. В связи с этим для возникновения магнитного потока и ЭДС необходим хотя бы слабый остаточный магнитный поток. Благодаря наличию остаточного магнетизма возникает процесс самовозбуждения генератора.

Рис. 1. Конструкция генератора постоянного тока

1. Станина.
2. Главные полюса.
3. Обмотка возбуждения.
4. Дополнительные полюса.
5. Сердечник.
6. Обмотка якоря.
7. Коллектор.
8. Угольно-графитовые щетки.

ЭДС, индуцируемая в обмотке якоря, определяется следующим выражением:

где: р - число пар полюсов генератора;

N - число активных проводников обмотки якоря;

А - число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

Угловая частота вращения в (рад/с)

Ф - магнитный поток полюса.

Обычно используется сокращенная запись выражения (1):

где - конструктивная постоянная.

Поскольку в паспорте генератора приведена частота вращения n, выраженная в (об/мин), то на практике удобнее пользоваться следующей формулой для ЭДС:

где .

Рис. 2. Характеристика холостого хода

Зависимость ЭДС, индуцируемой в обмотке якоря от тока возбуждения I B при постоянной частоте вращения n и токе нагрузки равном нулю, называют характеристикой холостого хода.

Характеристика холостого хода (рис. 2) имеет вид петли гистерезиса и отражает свойства магнитной цепи генератора. По ней можно судить о степени использования (насыщения) стали, остаточном магнетизме, потерях в стали.

Эксплуатационные свойства генератора постоянного тока определяются величиной изменения напряжения при изменении тока нагрузки.

Зависимость напряжения генератора U от тока нагрузки I (или тока якоря) при постоянной частоте вращения n и неизменном сопротивлении цепи обмотки возбуждения, называют внешней характеристикой.

Из сравнения внешних характеристик, приведенных на рис. 3, видно, что напряжение на зажимах генератора с параллельным возбуждением (кривая 1) уменьшается с ростом тока нагрузки в большей степени, чем у генератора с независимым возбуждением (кривая 2).

Напряжение генератора определяется следующим выражением:

U = E - I я r я ,

где r я - сопротивление якорной цепи;

I я - ток якоря. (В генераторах с параллельным возбуждением ток якоря принимают равным току нагрузки I, поскольку мал ток возбуждения I B ).

Рис. 3. Внешние характеристики генераторов

Уменьшение напряжения с ростом тока нагрузки (или тока якоря) происходит по следующим причинам:

Увеличение падения напряжения в цепи якоря (I я r я );

Реакция якоря оказывает размагничивающее действие на магнитный поток полюсов. Вследствие этого уменьшается ЭДС.

В генераторах с параллельным возбуждением уменьшается ток обмотки возбуждения I В . Уменьшение тока I B вызывает уменьшение магнитного потока, ЭДС и напряжения генератора. Следствием этого является дальнейшее уменьшение тока возбуждения и размагничивание полюсов.

Рис. 4. Регулировочная характеристика

У генератора с независимым возбуждением отсутствует третья причина, поэтому напряжение изменяется менее интенсивно.

Регулировочная характеристика (рис. 4) показывает зависимость тока возбуждения I B от тока нагрузки I при постоянном напряжении на зажимах генератора U и постоянной частоте вращения n. Регулировочная характеристика показывает как нужно изменять ток возбуждения, чтобы напряжение генератора оставалось неизменным.

Генераторы постоянного тока применяются в электрохимии для питания электролизных ванн, для сварки, в качестве возбудителей синхронных машин, в регулируемом электроприводе и т.п.

Рабочее задание

а) Генератор с параллельным возбуждением

Подготовьте лабораторную экспериментальную установку для снятия основных характеристик генератора с параллельным возбуждением. Схема установки приведена на рис. 5. На схеме приняты следующие обозначения:

	Якорь генератор постоянного тока;
АД	Приводной асинхронный двигатель. Обмотка статора С1 - С6 соединяется по схеме треугольник установкой перемычек, показанных жирными линиями;
Я 1 , Я 2	Выводы обмотки якоря;
Д 1 , Д 2	Выводы обмотки дополнительных полюсов;
ОВГ	Обмотка возбуждения генератора;
Ш 1 , Ш 2	Выводы обмотки возбуждения;
	Регулировочный резистор для изменения тока возбуждения I B ;
	Нагрузочные резисторы;
Т1 ÷ Т9	Тумблеры нагрузочных резисторов;
	Вольтметр переносной Э533, 300 В;
А 1	Амперметр переносной Э 514 (Э 526), 5 А. Измеряет ток нагрузки генератора, I Г ;
А В	Амперметр переносной Э 513 (Э 525), 0,5 А; 1 А. Измеряет ток обмотки возбуждения генератора;
	Клеммы 4-х проводной трехфазной питающей сети. Расположены на панели питания в правой части стенда;
0 ± 250 В	Клеммы источника регулируемого напряжения постоянного тока для подключения обмотки возбуждения генератора. Расположены на панели питания в правой части стенда.

Ознакомьтесь с оборудованием стенда. Выпишите паспортные данные машины постоянного тока типа 2ПН90МУХЛ4, используемой в качестве генератора:

Рис. 5. Схема генератора с параллельным возбуждением

Структура условного обозначения машин постоянного тока серии 2П:

2 П Н 90 М УХЛ4

порядковый номер серии									климатическое исполнение
машина постоянного тока									условная длина сердечника
исполнение по роду защиты и охлаждения, Н-защищеное									высота оси вращения в мм
с самовентиляцией

Ознакомьтесь с техническими характеристиками приводного двигателя АД, которым служит трехфазный асинхронный короткозамкнутый двигатель серии 4А.

Частота вращения асинхронного двигателя мало зависит от нагрузки на валу. В связи с этим при снятии всех характеристик генератора контроль за частотой вращения можно не осуществлять.

Выпишите в таблицу 1 основные сведения об электроизмерительных приборах.

• Таблица 1

Соберите схему (рис. 5) и предъявите цепь для проверки преподавателю или лаборанту.

ОПЫТ 1

Характеристика холостого хода Е = f(I B ) при n = const, I = 0.

1 - Т 9 .

2. Разомкните вспомогательный тумблер S 1 .

3. Поверните рукоятку R p в крайнее правое положение, соответствующее наибольшему сопротивлению резистора.

4. Пустите в ход приводной двигатель АД, для этого сначала включите автомат АП, расположенный в правой части стенда на панели питания (при этом загорится сигнальная лампа). Затем нажмите правую кнопку ”Пуск” (одновременно с пуском АД загорается вторая сигнальная лампа).

5. Повышая через равные промежутки ток возбуждения I B , запишите 10-12 показаний вольтметра V и амперметра А 2 в графу ”прямой ход” таблицы 2. Последняя точка прямого хода должна соответствовать крайнему левому положению R p . 6. Снимите нисходящую ветвь характеристики, постепенно уменьшая ток возбуждения I B до минимального значения. Запишите 5 показаний в графу ”обратный ход” таблицы 2.

Таблица 2

	Прямой ход		Обратный ход		Среднее
	I B , A	E, B	I B , A	E, B	E, B

Примечание:

При снятии каждой из ветвей характеристики поворот рукоятки R p должен производиться только в одном направлении с тем, чтобы ток возбуждения или только возрастал, или только убывал. В противном случае из-за перемагничивания генератора на характеристике появятся выпадающие точки.

ОПЫТ 2

Внешняя характеристика U = f(I) при n = const, R p + r B = const.

1. Резистором R p установите напряжение холостого хода U o = 100-120 В (точное значение получите у преподавателя).

2. Постепенно увеличивая нагрузку генератора тумблерами Т 1 -Т 9 , запишите 10 показаний V и А 1 в таблицу 3.

Таблица 3

I, A
U, B

ОПЫТ 3

1. Отключите нагрузочные резисторы Т 1 -Т 9 и установите резистором R p напряжение генератора U = 90-110 B (точное значение получите у преподавателя).

2. Увеличьте нагрузку генератора, включив тумблер Т 1 . Одновременно резистором R p установите такой ток возбуждения, при котором напряжение генератора вновь будет равно заданному значению. Запишите показания амперметров А 1 и А 2 в таблицу 4.

I B уменьш, A

I СР , A

3. Аналогично снимайте остальные точки регулировочной характеристики, включая тумблеры Т 2 , Т 3 и т.д.

Автоматом АП отключите стенд от питающей сети. Все сигнальные лампы должны погаснуть, а генератор остановиться. По данным таблиц 2,3,4 постройте характеристики и предъявите их преподавателю.

б) Генератор с независимым возбуждением

Подготовьте лабораторную установку для снятия характеристик генератора с независимым возбуждением. Схема установки приведена на рис. 6. Клеммы источника независимого возбуждения ”0-250 B” расположены на панели питания в правой части стенда. Для регулирования тока возбуждения предусмотрен резистор R p (можно использовать также рукоятку ЛАТР на панели блока питания).

Характеристика холостого хода ничем не отличается от ранее снятой, поэтому она не входит в программу испытаний.

ОПЫТ 4

Внешняя характеристика U = f(I) при n = const, I B = const.

1. Пустите в ход приводной двигатель АД автоматом АП и кнопкой ”Пуск”.

2. Включите источник независимого возбуждения. Для этого нажмите левую кнопку ”Пуск” на панели питания (загорится третья сигнальная лампа).

3. Резистором R p или рукояткой регулятора установите такой ток возбуждения, при котором напряжение холостого хода генератора U 0 будет равно заданному в опыте 2.

4. Постепенно повышая нагрузку генератора, снимите зависимость напряжения от тока нагрузки. Для записи результатов измерений используйте форму таблицы 3.

ОПЫТ 5

Регулировочная характеристика I B = f(I) при n = const, U = const.

1. Отключите нагрузочные резисторы тумблерами Т 1 - Т 9 .

2. Установите ток возбуждения, при котором напряжение холостого хода генератора будет равно заданному в опыте 3.

3. Постепенно повышая нагрузку генератора, регулируйте ток возбуждение генератора так, чтобы напряжение не изменялось. При этом записывайте показания амперметров А 1 и А 2 в таблицу. Форма таблицы аналогична табл. 4.

Отключите стенд автоматом АП. Постройте внешнюю и регулировочную характеристики генератора с независимым возбуждением. Используйте координатные оси, на которых построены аналогичные характеристики генератора с параллельным возбуждением.

Покажите графики преподавателю и получите разрешение на разборку схемы.

Рис. 6. Схема генератора с независимым возбуждением

Обработка результатов

1. Объясните вид характеристики холостого хода и причину несовпадения восходящей и нисходящей ветвей.
2. Сопоставьте внешние характеристики генераторов с параллельным и независимым возбуждением. Кратко объясните их вид.
3. Объясните вид регулировочных характеристик.
4. Дайте заключение об эксплуатационных свойствах генераторов и объясните причины снижения напряжения с ростом нагрузки.

1. Наименование и цель работы.
2. Технические сведения об оборудовании и электроизмерительных приборах.
3. Схемы экспериментальных установок.
4. Таблицы с результатами измерений.
5. Графические материалы - характеристики.
6. Выводы о соответствии результатов эксперимента теоретическим положениям.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит назначение генератора постоянного тока и на чем основан принцип его работы?
2. Для каких целей предназначены обмотка возбуждения, якорь, коллектор, щетки?
3. В чем различие между генераторами с параллельным и независимым возбуждением?
4. Чем объясняется, что характеристика холостого хода имеет две ветви?
5. В чем состоит процесс самовозбуждения генератора?
6. Почему с увеличением нагрузки генератора напряжение на зажимах якоря снижается?
7. Почему с ростом нагрузки напряжение генератора с независимым возбуждением снижается менее интенсивно, чем генератора с параллельным возбуждением?
8. Для какого из генераторов режим короткого замыкания наиболее опасен? Почему?
9. Каким образом можно регулировать напряжение генератора?
10. Где применяются генераторы постоянного тока?

ознакомиться с устройством, принципом действия, основными режимами работы генератора постоянного тока с независимым возбуждением;

приобрестипрактические навыки пуска, эксплуатации и остановки генератора постоянного тока;

экспериментально подтвердить теоретические сведения о характеристиках генератора постоянного тока.

Основные теоретические положения

Электрические машины постоянного тока могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, т.е. обладают свойством обратимости.

Генератор постоянного тока - это электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую энергию постоянного тока.

Электродвигатель постоянного тока -электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую.

Общий вид электрической машины постоянного тока представлен на рис. 1.

Устройство электрической машины постоянного тока

Как и любая другая электрическая машина, машина постоянного тока состоит из неподвижной части - статора и вращающейся части -ротора 1, выполняющего функциюякоря , так как в его обмотках наводится ЭДС.

В статоре машины находится обмотка возбуждения, создающая необходимый магнитный поток Ф . Статор состоит из цилиндрической станины 2 (стальное литье, стальная труба или сваренная листовая сталь), к которой крепятся главные 3 и дополнительные 4 полюса с обмотками возбуждения. С торцов статор закрывают подшипниковые щиты 5. В них впрессовываются подшипники и укрепляется щеточная траверса с щетками 6.

Якорь состоит из цилиндрического пакета (набранного из лакированных листов электротехнической стали для ослабления вихревых токов). В пазы сердечника якоря укладывается обмотка, соединенная с коллектором 7; все это закрепляется на валу якоря.

Принцип действия

Простейшую электрическую машину можно представить в виде витка, вращающегося в магнитном поле (рис. 2,а ,б ). Концы витка выведены на две пластины коллектора. К коллекторным пластинам прижимаются неподвижные щетки, к которым подключается внешняя цепь.

Принцип работы электрической машины основан на явлении электромагнитной индукции. Рассмотрим принцип работы электрической машины в режиме генератора. Пусть виток приводится во вращение от внешнего приводного двигателя (ПД). Виток пересекает магнитное поле, и в нем по закону электромагнитной индукции наводится переменная ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. Если внешняя цепь замкнута, то по ней потечет ток, направленный от нижней щетки к потребителю и от него - к верхней щетке. Нижняя щетка оказывается положительным выводом генератора, а верхняя щетка - отрицательным. При повороте витка на 180 0 проводники из зоны одного полюса переходят в зону другого полюса и направление ЭДС в них изменится на обратное. Одновременно верхняя коллекторная пластина входит в контакт с нижней щеткой, а нижняя пластина-с верхней щеткой, направление тока во внешней цепи не изменяется. Таким образом, коллекторные пластины не только обеспечивают соединение вращающего витка с внешней цепью, но и выполняют роль переключающегося устройства, т.е. являются простейшим механическим выпрямителем.

Для уменьшения пульсаций в генераторе постоянного тока вместо одной катушки по окружности якоря размещается несколько равномерно разнесенных обмоток, которые образуют обмотку якоря, и присоединяются для изменения полярности ЭДСк коллектору, состоящему из большего числа сегментов. Поэтому ЭДСв цепи между выводами щеток пульсирует уже не так сильно, т.е. получается практически постоянной.

Для этой постоянной ЭДС справедливо выражение

Е =с 1 Фn ,

где с 1 -коэффициент, зависящий от конструктивных элементов якоря и числа полюсов электрической машины;Ф - магнитный поток;n - частота вращения якоря.

При работе машины в режиме генератора по замкнутой внешней цепи и витку обмотки якоря протекает ток i = I я, направление которого совпадает с направлением ЭДС (см. рис. 2,б ). По закону Ампера взаимодействие тока i и магнитного поляВ создает силуf , которая направлена перпендикулярноВ иi . Направление силыf определяется правилом левой руки: на верхний проводник сила действует влево, на нижний-вправо. Эта пара сил создает вращающий моментМ вр , направленный в данном случае против часовой стрелки и равный

М =с 2 Ф I я.

Этот момент противодействует моменту привода, т.е. является тормозящим моментом.

Ток якоря I я вызывает в якорной обмотке с сопротивлениемR я падение напряженияR я I я , так что при нагрузке напряжениеU на выводах щеток получается меньше, чемЭДС , а именно

U = E – R я I я.

Генератор переменного тока . Генератор тока – устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.

Основные части генератора:

Индуктор – устройство, создающее МП. Якорь – обмотка, в которой индуцируется ЭДС. Кольца со щетками – устройство, которым снимают с вращающихся частей индукционный ток или подают ток питания электромагнитом.

ЭДС, индуцируемая в последовательно соединенных витках, будет складываться из суммы ЭДС в каждом из них, поэтому обмотка якоря состоит из множества витков. Генератор состоит из неподвижной части - статора и подвижной части - ротора . Обычно на роторе располагаются электромагниты с полюсами N и S. Их обмотка, называемая обмоткой возбуждения, питается через кольца и щетки от источника постоянного тока. В пазах статора, собранного из стальных листов, находятся проводники обмотки статора. Они соединены друг с другом последовательно поочередно с передней и с задней сторон статора. Для технических целей применяется переменный ток синусоидальной формы с частотой 50 Гц, для этого ротор должен вращаться с частотой 50 об/с. Чтобы уменьшить частоту вращения, увеличивают число пар полюсов индуктора. ν = nf , n – число пар полюсов, f - частота вращения ротора.

Трансформатор.

Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г. русским учёным П.Н. Яблочковым для питания изобретённых им ""электрических свечей» – нового в то время источника света. Идея П.Н. Яблочкова была развита сотрудником Московского университета И.Ф. Усагиным, сконструировавшим усовершенствованный трансформатор. (Демонстрация разборного универсального трансформатора). С помощью разборного универсального трансформатора рассматриваем устройство трансформатора. Трансформатор состоит из замкнутого сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками. Одну из обмоток, называемую первичной, подключают к источнику переменного напряжения. Вторую обмотку, к которой присоединяют «нагрузку», то есть приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называют вторичной. Зарисовать в тетрадь схему устройства трансформатора, его условное обозначение (планшет)
Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле, так, что магнитный поток существует только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях. В первичной обмотке, имеющей n 1 витков, полная ЭДС индукции е 1 равна n 1 е.Во вторичной обмотке полная ЭДС е 2 равна n 2 е, следовательно Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен ЭДС индукции, значит: ,

Мгновенные значения ЭДС е 1 и е 2 изменяются синфазно (одновременно достигают максимума и одновременно проходят через нуль.) Поэтому отношение можно заменить:

Величину k называют коэффициентом трансформации . При k > 1, - трансформатор – понижающий. При k

Вывод о назначении трансформатора

Наиболее важное применение трансформатора - это передача электрической энергии на большое расстояние. Большое практическое применение трансформатор находит в электросварке. Образование двух противоположных магнитных потоков в сердечнике полностью нагруженного трансформатора положено в основу устройства современного бытового электрического звонка. В радиотехнике для понижения напряжения (силовые трансформаторы).

КПД трансформатора ɳ = * 100%, или ɳ= I 2 U 2 / I 1 U 1 . Р 2 -мощность вторичной обмотки, Р 1 -мощность первичной обмотки. В современных мощных трансформаторах суммарные потери 2-3%. КПД составляет 97-98%.

Вопрос:
1. Какой электрический ток называется переменным?
1) Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению
2) Электрический ток, периодически меняющийся со временем
3) Электрический ток, периодически меняющийся по модулю
4) Электрический ток, периодически меняющийся со временем по направлению

2. Где используют переменный электрический ток?
1) в домах. 2) квартирах. 3) на производстве. 4) на автомобилях.
5) велосипедах.

3. Почему генераторы переменного тока называют индукционными?
1) их действие основано на явлении электрического тока
2) их действие основано на магнитном действии
3) их действие основано на явлении электромагнитной индукции
4) их действие основано на явлении постоянного магнита:

4. Из чего состоит электромеханический индукционный генератор?
1) генератора. 2) станины. 3) статора.
4) ротора. 5) полукольца. 6) щетки.
5. Какая часть индукционного генератора подвижная?
1) статор. 2) ротор. 3) щетки. 4) обмотка.

6. Какая часть индукционного генератора не подвижна?
1) обмотка. 2) ротор. 3) статор.

7. Чем приводится во вращение ротор генератора на тепловых станциях?
1) водой. 2) паром от сгоревшего топлива. 3) бензином. 4) керосином.

8. Чем приводится во вращение ротор генератора на гидроэлектростанции?
1) паром. 2) водой. 3) керосином. 4) кувалдой.

9. Какова стандартная частота переменного тока?
1) 65Гц. 2) 55 Гц. 3) 40 Гц. 4) 50 Гц. 5) 70 Гц.

10. Из каких элементов состоит трансформатор?
1) сердцевина. 2) сердечник. 3) первичная обмотка.
4) вторичная обмотка. 5) обмотки из проволоки.

11. Для чего предназначен трансформатор?
1) Трансформатор предназначен для увеличения или уменьшения переменного напряжения и силы тока
2) Трансформатор предназначен для увеличения или уменьшения переменного напряжения
3) Трансформатор предназначен для увеличения или уменьшения силы тока
4) Трансформатор предназначен для уменьшения переменного напряжения и силы тока
5) Трансформатор предназначен для увеличения напряжения и силы тока

12. Сколько видов трансформаторов существует?
1) 1. 2) 2. 3) 3. 4) 4. 5) 5.

13. К какой обмотке трансформатора подключают переменный электрический ток?
1) к первичной. 2) к вторичной. 3) к первичной и вторичной.

14. По какому физическому закону можно определить потери электроэнергии в ЛЭП?
1) закон Джоуля. 2) закон Джоуля-Ленца. 3) закон Ленца.
4) закон Паскаля. 5) закон Ньютона.

15. Кто изобрел трансформатор?
1) Лебедев. 2) Тимирязев. 3) Яблочков. 4) Паскаль.