Օրինակ հարցեր քննարկման գեներատոր
Գեներատորը էլեկտրամագնիսական սարք է, որը մեխանիկական էներգիան վերածում է էլեկտրական էներգիայի՝ էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի սկզբունքի միջոցով: Գեներատորների ամենատարածված տեսակներն են սինխրոն գեներատորները և ասինխրոն (կամ ինդուկցիոն) գեներատորները: Այս հոդվածը կներկայացնի գեներատորների վերաբերյալ մի քանի օրինակելի խնդիրներ և քննարկումներ՝ էլեկտրական շղթաներում դրանց աշխատանքային սկզբունքների, բաղադրիչների և կիրառությունների վերաբերյալ մեր պատկերացումները խորացնելու համար:
Գեներատորի աշխատանքի սկզբունքը
Գեներատորի աշխատանքի հիմնական սկզբունքը հիմնված է Ֆարադեյի էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի օրենքի վրա, որը նշում է, որ լարի օղակում մագնիսական հոսքի փոփոխությունը կառաջացնի էլեկտրաշարժիչ ուժ (ԷՈւՈւ): Գեներատորը բաղկացած է մի քանի հիմնական բաղադրիչներից՝
1. Ռոտոր. Պտտվող մասը։
2. Ստատոր. անշարժ մասը, որտեղ տեղադրվում է ամբողջական լարը կամ կծիկը։
3. Մագնիսական դաշտ. Ստեղծվում է մշտական մագնիսների կամ էլեկտրամագնիսների կողմից:
Հարցերի և քննարկման նմուշներ
Հարց 1. Ինդուկցված լարման հաշվարկ
Հարց. Գեներատորը ստատորի կծիկի վրա ունի 50 պտույտ։ Եթե ռոտորի պտտման արագությունը 1200 պտույտ/րոպե է (պտույտներ րոպեում) և մեկ պտույտով անցնող մագնիսական հոսքը փոխվում է 0,02 Վբ-ով, որքա՞ն է գեներատորի կողմից արտադրվող ինդուկցված լարումը (ԷԼՎ):
Քննարկում. Ինդուկցված լարումը հաշվարկելու համար կարող ենք օգտագործել Ֆարադեյի օրենքի հավասարումը.
\[ \text{EMF} = -N \frac{d\Phi}{dt} \]
Որտեղ՝
– \( N \)-ն պտույտների քանակն է,
– \( \Phi \)-ն մագնիսական հոսքն է, և
– \(t \)-ն ժամանակն է։
Առաջին քայլը արագությունը RPM-ից RPS-ի (պտույտների քանակը վայրկյանում) փոխարկելն է։
\[ 1200 RPM = \frac{1200}{60} RPS = 20 RPS} \]
Հոսքը փոխվում է յուրաքանչյուր պտույտի հետ, ուստի հոսքի փոփոխության հաճախականությունը նույնն է, ինչ պտտման հաճախականությունը, որը կազմում է 20 Հց: Այսպիսով, հոսքի փոփոխությունը վայրկյանում (\( \frac{d\Phi}{dt} \)) կազմում է.
\[ \frac{d\Phi}{dt} = 0,02 \text{Wb} \times 20 \text{Hz} = 0,4 \text{Wb/s} \]
Այսպիսով, արդյունքում ստացված ինդուկցված լարումը հավասար է.
\[ \text{ԷՄԴ} = -50 \times 0,4 \text{Վ} = -20 \text{Վ} \]
Քանի որ էլեկտրամագնիսական լարումը բացարձակ արժեք է, արդյունքում ստացված ինդուկցված լարումը 20 Վ է։
Հարց 2. Գեներատորի ելքային հզորությունը
Հարց. Եթե նախորդ հարցում նշված գեներատորը հոսում է 10 օհմ դիմադրության բեռի միջով, որքա՞ն էլեկտրական էներգիա է արտադրվում։
Քննարկում. Նախ, մենք հաշվարկում ենք էլեկտրական հոսանքը՝ օգտագործելով Օմի օրենքը։
\[ I = \frac{V}{R} = \frac{20 \text{V}}{10 \text{օհմ}} = 2 \text{A} \]
Ստացված էլեկտրաէներգիան կարելի է հաշվարկել բանաձևով.
P = V անգամ I = 20 V անգամ 2 A = 40 W
Այսպիսով, արտադրված էլեկտրաէներգիան 40 վտ է։
Հարց 3. Գեներատորի արդյունավետությունը
Հարց. Գեներատորի մեխանիկական մուտքային հզորությունը 60 վատտ է, իսկ էլեկտրական ելքային հզորությունը՝ 45 վատտ: Որքա՞ն է գեներատորի արդյունավետությունը:
Քննարկում. Գեներատորի արդյունավետությունը կարելի է հաշվարկել հետևյալ բանաձևով.
\[ \eta = \frac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}} \times 100\% \]
Որտեղ՝
– \(P_{\text{out}} \)-ն էլեկտրական ելքային հզորությունն է,
– \(P_{\text{in}} \)-ն մեխանիկական մուտքային հզորությունն է։
Այսպիսով, արդյունավետությունը հետևյալն է.
\[ \eta = \frac{45 \text{W}}{60 \text{W}} \times 100\% = 75\% \]
Հարց 4. Ստեղծված փոփոխական հոսանքի լարման հաճախականությունը
Հարց. Սինխրոն գեներատորն ունի 4 բևեռ և պտտվում է 1800 պտույտ/րոպե արագությամբ: Որքա՞ն է արտադրված փոփոխական հոսանքի լարման հաճախականությունը:
Քննարկում. Սինխրոն գեներատորի կողմից արտադրվող փոփոխական հոսանքի լարման հաճախականությունը կարելի է հաշվարկել հետևյալ բանաձևով.
\[ f = \frac{P \times N}{120} \]
Որտեղ՝
– \( P \)-ն բևեռների թիվն է,
– \(N\)-ն պտտման արագությունն է պտույտների քանակով (RPM):
Փոխարինեք տրված արժեքները՝
\[ f = \frac{4 \times 1800}{120} = 60 \text{Hz} \]
Այսպիսով, արտադրված AC լարման հաճախականությունը 60 Հց է:
Հարց 5. Սինխրոն արագություն
Հարց՝ Որոշեք 50 Հց հաճախականությամբ էլեկտրական ցանցին միացված և 6 բևեռ ունեցող գեներատորի համաժամանակյա արագությունը։
Քննարկում. Սինխրոն արագությունը կարելի է հաշվարկել հետևյալ բանաձևով.
\[ N_s = \frac{120 \times f}{P} \]
Որտեղ՝
– \(N_s \)-ն սինխրոն արագությունն է պտույտ/րոպեով,
– \( f \)-ն հաճախականությունն է Հց-ով,
– \( P \)-ն բևեռների թիվն է։
Փոխարինեք տրված արժեքները՝
\[ N_s = \frac{120 \times 50}{6} = 1000 \text{RPM} \]
Այսպիսով, գեներատորի սինխրոն արագությունը 1000 պտույտ/րոպե է։
Եզրակացություն
Այս հոդվածում մենք քննարկել ենք գեներատորի աշխատանքի հիմնական սկզբունքները և ներկայացրել ենք մի քանի օրինակելի խնդիրներ, որոնք ներառում են ինդուկցված լարման, էլեկտրական հզորության, արդյունավետության, փոփոխական հոսանքի լարման հաճախականության և սինխրոն արագության հաշվարկները: Այս խնդիրների միջոցով մենք տեսել ենք, թե ինչպես են գեներատորի տարբեր պարամետրերը կապված միմյանց հետ և ինչպես են դրանք ազդում ընդհանուր աշխատանքի վրա: Այս սկզբունքների մանրակրկիտ ըմբռնումը կարևոր է էլեկտրատեխնիկայի գործնական կիրառությունների համար:
