Жишээ асуултууд Хэлэлцүүлэг үүсгэгч
Генератор гэдэг нь цахилгаан соронзон индукцийн зарчмаар механик энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргадаг цахилгаан соронзон төхөөрөмж юм. Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг генераторын төрөл нь синхрон генератор ба асинхрон (эсвэл индукцийн) генератор юм. Энэ нийтлэлд генераторын ажиллах зарчим, бүрэлдэхүүн хэсэг, цахилгаан хэлхээнд хэрэглэх хэрэглээний талаарх ойлголтыг гүнзгийрүүлэхийн тулд тэдгээрийн талаарх хэд хэдэн жишээ асуудал, хэлэлцүүлгийг өгөх болно.
Генераторын ажиллах зарчим
Генераторын ажиллах үндсэн зарчим нь Фарадейгийн Цахилгаан соронзон индукцийн хууль дээр суурилдаг бөгөөд уг хуульд утасны гогцоонд соронзон урсгалын өөрчлөлт нь цахилгаан хөдөлгөгч хүч (EMF) үүсгэдэг гэж заасан байдаг. Генератор нь хэд хэдэн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэнэ.
1. Ротор: Эргэлдэгч хэсэг.
2. Статор: Хатуу утас эсвэл ороомог байрлуулсан хөдөлгөөнгүй хэсэг.
3. Соронзон орон: Байнгын соронз эсвэл цахилгаан соронзоор үүсгэгддэг.
Жишээ асуултууд болон хэлэлцүүлэг
Асуулт 1: Индукцийн хүчдэлийг тооцоолох
Асуулт: Генератор нь статорын ороомог дээр 50 эргэлттэй. Хэрэв роторын эргэлтийн хурд 1200 эрг/минут (минутанд эргэлт) бөгөөд нэг эргэлтээр дамжин өнгөрөх соронзон урсгал 0,02 Вб-ээр өөрчлөгдвөл генераторын үүсгэсэн индукцийн хүчдэл (ЦХХ) хэд вэ?
Хэлэлцүүлэг: Өдөөгдсөн хүчдэлийг тооцоолохын тулд бид Фарадейгийн хуулийн тэгшитгэлийг ашиглаж болно:
\[ \text{EMF} = -N \frac{d\Phi}{dt} \]
ди мана:
– \( N \) нь эргэлтийн тоо,
– \( \Phi \) нь соронзон урсгал бөгөөд
– \( t \) нь цаг хугацаа юм.
Эхний алхам бол хурдыг RPM-ээс RPS (секундэд эргэлт) болгон хөрвүүлэх явдал юм:
\[ 1200 \text{ RPM} = \frac{1200}{60} \text{ RPS} = 20 \text{ RPS} \]
Урсгал нь хувьсгал бүрт өөрчлөгддөг тул урсгалын өөрчлөлтийн давтамж нь эргэлтийн давтамжтай ижил бөгөөд энэ нь 20 Гц юм. Тиймээс секундэд урсгалын өөрчлөлт (\( \frac{d\Phi}{dt} \)) нь:
\[ \frac{d\Phi}{dt} = 0,02 \text{ Wb} \times 20 \text{ Hz} = 0,4 \text{ Wb/s} \]
Тиймээс үүссэн индукцийн хүчдэл нь:
\[ \text{EMF} = -50 \times 0,4 \text{ V} = -20 \text{ V} \]
EMF нь абсолют утга тул үүссэн индукцийн хүчдэл нь 20 В байна.
Асуулт 2: Генераторын гаралтын чадал
Асуулт: Хэрэв өмнөх асуултын генератор 10 ом эсэргүүцлийн ачааллаар урсвал хэр их цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх вэ?
Хэлэлцүүлэг: Эхлээд бид Омын хуулийг ашиглан цахилгаан гүйдлийг тооцоолно:
\[ I = \frac{V}{R} = \frac{20 \text{ V}}{10 \text{ ом}} = 2 \text{ A} \]
Үйлдвэрлэсэн цахилгаан эрчим хүчийг дараах томъёогоор тооцоолж болно.
\[ P = V \удаа I = 20 \text{ V} \удаа 2 \text{ A} = 40 \text{ W} \]
Тиймээс үйлдвэрлэсэн цахилгаан эрчим хүч нь 40 ватт.
Асуулт 3: Генераторын үр ашиг
Асуулт: Генераторын механик оролтын чадал 60 ватт, цахилгаан гаралтын чадал 45 ватт байна. Генераторын үр ашиг хэд вэ?
Хэлэлцүүлэг: Генераторын үр ашгийг дараах томъёогоор тооцоолж болно.
\[ \eta = \frac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}} \удаа 100\% \]
ди мана:
– \( P_{\text{out}} \) нь цахилгаан гаралтын чадал,
– \( P_{\text{in}} \) нь механик оролтын чадал юм.
Тиймээс бүтээмж нь:
\[ \eta = \frac{45 \text{ W}}{60 \text{ W}} \удаа 100\% = 75\% \]
Асуулт 4: Үүсгэсэн хувьсах гүйдлийн хүчдэлийн давтамж
Асуулт: Синхрон генератор нь 4 туйлтай бөгөөд 1800 эрг/мин хурдтай эргэлддэг. Үүссэн хувьсах гүйдлийн хүчдэлийн давтамж хэд вэ?
Хэлэлцүүлэг: Синхрон генераторын үүсгэсэн хувьсах гүйдлийн хүчдэлийн давтамжийг дараах томъёогоор тооцоолж болно.
\[ f = \frac{P \times N}{120} \]
ди мана:
– \( P \) нь туйлуудын тоо,
– \( N \) нь эргэлтийн хурд (RPM) юм.
Өгөгдсөн утгуудыг орлуулна уу:
\[ f = \frac{4 \times 1800}{120} = 60 \text{ Hz} \]
Тиймээс үүссэн хувьсах гүйдлийн хүчдэлийн давтамж нь 60 Гц байна.
Асуулт 5: Синхрон хурд
Асуулт: 50 Гц-ийн цахилгаан сүлжээнд холбогдсон, 6 туйлтай генераторын синхрон хурдыг тодорхойлно уу.
Хэлэлцүүлэг: Синхрон хурдыг дараах томъёогоор тооцоолж болно:
\[ N_s = \frac{120 \times f}{P} \]
ди мана:
– \( N_s \) нь RPM-ээр илэрхийлэгдсэн синхрон хурд,
– \( f \) нь Гц-ээр илэрхийлэгдсэн давтамж,
– \( P \) нь туйлуудын тоо юм.
Өгөгдсөн утгуудыг орлуулна уу:
\[ N_s = \frac{120 \times 50}{6} = 1000 \text{ RPM} \]
Тиймээс генераторын синхрон хурд нь 1000 эрг/мин байна.
Дүгнэлт
Энэ нийтлэлд бид генераторын ажиллагааны үндсэн зарчмуудыг хэлэлцэж, индукцийн хүчдэл, цахилгаан эрчим хүч, үр ашиг, хувьсах гүйдлийн хүчдэлийн давтамж, синхрон хурдны тооцоололтой холбоотой хэд хэдэн жишээ бодлогыг танилцуулсан. Эдгээр бодлогуудаар дамжуулан бид генераторын янз бүрийн параметрүүд хоорондоо хэрхэн холбогдож, нийт гүйцэтгэлд хэрхэн нөлөөлж байгааг харсан. Эдгээр зарчмуудыг бүрэн ойлгох нь цахилгааны инженерчлэлийн практик хэрэглээнд зайлшгүй шаардлагатай.
