Для школьников.
Переменный ток, о котором говорилось при рассмотрении вращения рамки в магнитном поле, называется простым или однофазным.
Генераторы, установленные на крупных электростанциях, работают по трёхфазной системе переменного тока.
Её изобретателем в конце 19 века стал русский электротехник Доливо-Добровольский.
По сути трёхфазный генератор является соединением в одной машине трёх генераторов переменного тока.
На статоре генератора расположены три самостоятельные обмотки смещённые по окружности на 120 градусов друг от друга.
В центре генератора вращается ротор, который на рисунке изображён в виде постоянного магнита. На самом деле ротором мощного генератора является электромагнит, имеющий магнитные полюсы.
Магнитные полюсы ротора создаются обмотками возбуждения - обмотками, по которым пропускается постоянный ток.
(Как создаются магнитные полюсы катушкой с постоянным током можно увидеть в Занятии 63.)
При вращении ротора в каждой из трёх обмоток статора появляется переменная ЭДС одной и той же частоты, но сдвинутых по фазе на одну треть периода.
Каждая обмотка трёхфазного генератора является самостоятельным генератором тока и источником электрической энергии.
Из первого рисунка видно, что к каждой обмотке можно присоединить провода, и питать переменным током потребителя (на рисунке в качестве потребителя показаны электрические лампочки).
В таком случае для присоединения потребителей энергии к трём обмоткам, потребовалось бы 6 проводов. Но обмотки можно соединить так, что количество проводов уменьшится до 4 и даже трёх, что даёт значительную экономию.
На следующем рисунке показана четырёхпроводная система соединения обмоток трёхфазного генератора звездой.
Цифрами со штрихами обозначены концы обмоток фаз, соединённые в одну точку генератора, называемую нулевой точкой или нейтралью.
Генератор с потребителями энергии соединяется линейными проводами, идущими от начала обмоток 1, 2, 3 и нулевым проводом, идущим от нулевой точки генератора.
Напряжение между нулевой точкой и началом каждой фазы называется фазным напряжением, а напряжения между началами обмоток 1 и 2, 2 и 3, 3 и 1 называются линейными.
В наши дома, квартиры подходят два провода - нулевой и фаза, напряжение между ними равно 220 В.
Лампочки, плитка, другие электрические приборы, подсоединённые к этим проводам, между собой соединяются параллельно, не влияя на работу друг друга.
Коротко скажем, как работают крупные электростанции (тепловые, гидроэлектростанции), на которых устанавливаются мощные трёхфазные генераторы переменного тока.
На тепловых электростанциях ротор генератора приводится во вращательное движение паровой турбиной, а паровая турбина приводится во вращение сжатым и перегретым паром.
О работе паровой турбины см. в статье "Реакция движущейся жидкости и газа.)
Тепловые электростанции работают на газе, каменном угле, торфе.
На фото показана мощная турбина тепловой электростанции.
Чтобы снизить температуру и давление пара на выходе из турбины, его направляют в конденсатор, где пар превращается в воду.
Тепловые электростанции, которые одновременно дают электроэнергию и тепло для обогрева зданий, называют ТЭЦ (теплоэлектроцентралью).
А так выглядит машинный зал ТЭЦ:
Чтобы получить ток частотой 50 Гц (промышленный ток) ротор генератора должен делать 50 оборотов в секунду. Эту скорость ротор получает от турбины, специально рассчитанную на эту скорость.
Турбины гидроэлектростанции приводятся во вращение напором воды.
Для создания напора воды реку перегораживают плотиной, оставляя в ней небольшое отверстие. Уровень воды перед плотиной поднимается, а за плотиной остаётся на прежнем уровне. Появившаяся разность уровней и создаёт напор воды.
Гидротурбина, поставленная у отверстия плотины, под напором воды вращается, передавая своё вращение ротору генератора и создавая этим в обмотках статора генератора переменный электрический ток.
Гидротурбина массивная, раскрутить её до 50 оборотов в секунду невозможно.
Чтобы получить ток частотой 50 Гц, ротор генератора делают в виде "лепёшки" - колеса очень большого диаметра. На окружности такого колеса (ротора) размещают не одну пару магнитных полюсов, а большое количество пар полюсов.
По форме ротора делают и статор, содержащий три обмотки.
Проносясь мимо проводников статора, магнитные полюсы ротора наводят в них ЭДС индукции.
Магнитных полюсов на роторе устанавливается столько, чтобы частота получаемого в обмотках статора тока была равна 50 Гц.
На следующих рисунках показано, как под напором воды рабочее колесо с лопастями гидротурбины приводится во вращательное движение. которое через вал передаётся ротору генератора.
После турбины по расширяющимся трубам вода попадает в русло реки и уходит по течению.
Таким образом, на крупных электростанциях устанавливаются трёхфазные генераторы переменного тока. Работа генераторов переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции. Ротор генератора приводится во вращательное движение первичным источником (на гидростанциях таким источником является энергия падающей воды), а вращающийся ротор, имеющий магнитные полюсы, наводит в обмотках статора переменную ЭДС.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.
Предыдущая запись : Занятие 70. Принцип работы генераторов переменного и постоянного тока.
Следующая запись : Двигатели постоянного и переменного тока. Вращающееся магнитное поле.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1 .
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45 .
Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58 .
Ссылки на занятия, начиная с переменного тока, даны в конце Занятия 70.
