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.
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).
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.
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):
Приливные
Геотермальные
Ветряные
Тепловые
Гидравлические
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
Всероссийский фестиваль педагогического творчества
(2016/2017 учебный год)
Номинация: Педагогические идеи и технологии
Название работы: Конспект урока по теме «Генератор переменного тока. Трансформатор» 9 кл
Урок по теме: Генератор переменного тока. Трансформатор.
Цель урока: повторение и обобщение знаний о промышленном способе получения электрической энергии, детальное изучение трансформатора.
Задачи
Обучающая
Закрепить знания по темам «Явление электромагнитной индукции и Переменный ток».
Изучить принцип получения и передачи переменного тока.
Познакомить с техническими устройствами: генератором переменного тока и трансформатором.
Развивающая
Создать условия для развития познавательных интересов и интеллектуальных способностей в процессе наблюдения за демонстрацией эксперимента и самостоятельной работы на уроке.
Развивать умения выдвигать и проверять гипотезы, обнаруживать зависимости между электрическим током и магнитным полем, объяснять полученные результаты.
Воспитательная
Создать условия для воспитания интереса к предмету, вооружения учащихся научными методами познания, позволяющими получить объективные знания об окружающем мире.
Воспитывать необходимость соблюдения правил безопасного использования технических устройств, выступать в роли грамотного потребителя электрической энергии.
План урока:
Организационный момент.
Изучение материала о переменном токе (+ демонстрация).
Изучение принципа работы генератора переменного тока.
Знакомство с трудностями передачи переменного тока.
Изучение устройства трансформатора.
Знакомство с принципами передачи переменного тока.
Подведение итогов урока
Домашнее задание.
Ход урока
Оргмомент. Повторение д/з. Мотивация:
Знаете ли вы какое-нибудь физическое явление явление, открытое в начале 19-го века, которое лежит в основе всей современной цивилизациии и даже личный комфорт каждого из нас напрямую связан с этим явлением? Выслушать детей
(Это явление ЭМИ)
Существует ли связь между явлением ЭМИ и производством электроэнергии, которая поступает в каждый наш дом, квартиру?
О том как создаётся электроэнергия мы с вами говорили еще в 9 классе.
(проверка повторения с Plikers)
Итак, тема сегодняшнего урока: «Генератор переменного тока. Трансформатор»
Сегодня на уроке мы разберёмся более детально с физическими основами получения электроэнергии и её передачи потребителям.
Предлагаю рассмотреть эксперимент
катушка и магнит при приближении и удалении,
катушка и магнит при движении перпендикулярно оси катушки
Независимо от полученных предложений провести демонстрацию возникновения индукционного тока (с помощью программы Logger Lite).
Обратить внимание учащихся на отклонение колебаний в противоположных направлениях.
Задать вопросы:
-менялось ли направление индукционного тока при изменении магнитного потока, пронизывающего контур?
-можно ли утверждать, что значение модуля силы индукционного тока было постоянным?
-можно ли для системы катушка-магнит добиться непрерывного изменения магнитного потока?
3. Демонстрация возникновения индукционного тока при вращении магнита. Пошаговый анализ результатов демонстрации. Использовать Logger Lite.
Из графика зависимости значения индукционного тока от времени следует, что переменный ток периодически меняется по модулю и направлению за время, равное времени полного оборота рамки.
Демонстрация видеофрагмента о местной гидроэлектростанции.
Таблица «Генератор переменного тока» + рисунок в учебнике - сравнить, что не понятно?
2. Пояснения к устройству:
В турбогенераторах – ротор (вращается с большой частотой) поэтому он представляет массивный стальной цилиндр с осевыми пазами, где размещены обмотки постоянного тока.
В гидрогенераторах (тихоходные) ротор изготавливают в форме звезды, на внешней поверхности которой укрепляют электромагниты чередующейся полярности, возбуждаемые постоянным током.
РОТОР генератора переменного тока приводится в движение первичным двигателем: паровой турбиной, гидротурбиной, ДВС, ветродвигателем. Его обмотка питается от генератора постоянного тока, который обычно размещают на общем валу с генератором переменного тока, а иногда от выпрямительного устройства, которое подключено к зажимам самого генератора.
Вопрос: Почему в мощных генераторах переменного тока индукционный ток возбуждается не во вращающейся рамке, а в неподвижной обмотке статора за счет вращения индуктора.
Ответ: В статоре мощной машины, например, на на 500 кВт, генерирующей ток напряжением 20 кВ, сила тока в обмотке равна 25кА. Снять такой ток с помощью скользящего контакта невозможно. А возбудители имеют небольшие мощности, токи намагничивания не превышают сотни ампер, что вполне позволяет подавать их в обмотку ротора с помощью скользящего контакта. Кроме того, статор легче охлаждать.
Важной характеристикой генератора является частота, наводимой ЭДС.
$=р·п, где р- число пар полюсов, п- частота вращения ротора.
В) Применение генератора переменного тока - на различных электростанциях. Генераторы мощностью 300-500 МВт имеют КПД 99% - это весьма совершенные установки.
С) об электростанциях: тепловых, гидравлических, атомных.
КПД тепловых электростанций не больше 40%.
ГЭС – потери энергии очень малы.
D) ОГРАНИЧЕНИЯ:
Чем больше мощность генератора, тем меньше расходуется топлива на 1 кВт.час энергии. Это экономически выгодно. Но чем больше мощность, тем больше сила тока, больше нагревание и потери. Применение различных способов охлаждения (воздухом, водой, водородом, маслом) уже дошло до разумных пределов – дальнейший рост мощности приведет к размерам энергоблоков, невыгодным с точки зрения металлоемкости и потерь электроэнергии.
Поэтому разрабатываются турбогенераторы новой конструкции, в которых используются сверхпроводящие обмотки.
О КРИОГЕННЫХ ТУРБОГЕНЕРАТОРАХ – СООБЩЕНИЕ НА СЛЕДУЮЩИЙ УРОК?
Итак, если магнитный поток пронизывающий контур меняется, то возникает переменный индукционный ток. При этом совершенно неважно будет ли в этом случае магнит двигаться относительно катушки или катушка относительно магнита: главное, чтобы магнитный поток, пронизывающий контур непрерывно менялся.
Машина, в которой магнитный поток, пронизывающий контур меняется непрерывно периодическим образом и при этом генерируется переменный, ток называют электромеханическим индукционным генератором.
Вращающаяся часть генератора называется ротором, а неподвижная статором.
Генераторы, производящие большие индукционные токи, в качестве ротора используют электромагнит и как правило не один, а несколько. Это позволяет снизить скорость вращения и уменьшить износ генератора. Стандартная частота переменного тока в промышленной и осветительной сети России 50 Гц.
Генераторы, вырабатывающие большие переменные токи, приводит в движение механическая энергия: падающей воды (ГЭС), пара (ТЭС, АЭС). Но электростанции располагают вблизи энергоресурсов, а электроэнергию по проводам передают к потребителю. При протекании тока по проводам возникает нагрев проводов. Поэтому некоторое количество теплоты по закону Джоуля-Ленца теряется.
Но сечение провода не может быть очень большим, поэтому для передачи электроэнергии к потребителю на большие расстояния необходимо понизить значение переменного тока
Трансформатор.
Изменять значение переменного тока и напряжения помогло изобретение в 1876 году П.Н. Яблочковым трансформатора.
Назначение: 1 – повышать и понижать напряжение переменного тока при передаче его от источника на дальние расстояния к потребителю.
2- для питания различных приборов и установок от сети переменного тока.
Устройство: самостоятельная работа на модели трансформатора и по плакату.
Задание: - рассмотреть устройство, зарисовать схематически, работа трансформатора на холостом ходу (????- почему при разомкнутой вторичной цепи трансформатор почти не потребляет энергию)
Демонстрации: понижение напряжения (Logger Lite).
Использовать рисунок и обозначение на схемах.
13 QUOTE 13 QUOTE 1415 1415 13 QUOTE 1415
Предлагаю вам оценить свои знания по теме «переменный ток, трансформатор»
Далее тест с Plikers.
Домашнее задание: 51 упр 42 (1, 2)
Рисунок 5515
Приложенные файлы
Цели урока:
Обучающие:
- Показать преимущества электрической энергии перед другими видами энергии.
- Дать понятие о принципиальном устройстве генератора переменного тока.
- Осветить экологические проблемы, связанные с выработкой электроэнергии.
Развивающая: Развитие логического мышления, профессиональной лексики.
Воспитывающая : Воспитывать самосознание и настойчивость в овладении профессией.
Оборудование:
- компьютер,
- проектор,
- источники тока – батарея карманного фонарика,
- фотоэлемент,
- модель генератора постоянного тока,
- DVD - диск «Виртуальная школа Кирилла и Мефодия»,
- проверочный тест.
Тип урока: комбинированный, время проведения 40 минут.
Основные этапы урока:- Организационный момент (2 мин.)
- Актуализация опорных знаний (3-5 мин.)
- Изучение нового материала (15 мин.)
- Закрепление новой темы (5 мин.)
- Проверка знаний (10 мин.)
- Подведение итогов. (3 мин.)
Ход урока
- Организационный момент - приветствие, настрой деятельности на успех.(1 Слайд)
Здравствуйте ребята, сегодня тема нашего урока «Генерирование электрической энергии. Генератор переменного тока».
Эта тема созвучна с вашей профессией, вы будите изучать ее на уроках спецтехнологии, электротехники, на классном часе «Вы будущие энергетики» мы встречались со специалистами Сургутских ГРЭС, вы успешно прошли производственную практику, и многое уже знаете. Поэтому я рассчитываю на вашу помощь, заинтересованность. Надеюсь, что сегодня вы узнаете много нового и полезного.
- Актуализация опорных знаний – фронтальная беседа со студентами.
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; 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.
- 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.
(2 слайд) 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.
(3 слайд) 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).
(4 слайд)
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?
- Статор, состоит из отдельных пластин для уменьшения нагрева от вихревых токов, пластины сделаны из электротехнической стали.
- Щетки, неподвижные пластины, прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью.
- Кольца, чтобы подводить ток к ротору и отводить из обмотки ротора во внешнюю цепь при помощи скользящих контактов.
- Турбина, сочетание турбины с генератором переменного тока называется турбогенератором.
- Станина, корпус, внутри которой размещены статор и ротор.
- Возбудитель, генератор, вырабатываемый постоянный ток, который подводят к вращающему электромагниту.
Ротор, вращающаяся часть генератора, создает магнитное поле от электромашины постоянного тока.
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.
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 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 научно-технического 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.
- 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 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)
- Проверка знаний - проверь соседа!
А сейчас проверим, на сколько, вы усвоили данный материал. У вас на столах лежат тестовые задания по теме нашего урока и карточка, в которую вы заносите правильный ответ. Кто ответит правильно на 6 вопросов, получит «5», на 4-5 вопросов, оценку - «4», за 3 правильных ответа получит «3».
- Подведение итогов. (10 слайд)
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?
О трехфазном генераторе вы узнаете на уроках электротехники, а к следующему уроку попрошу вас приготовить сообщение о новых, современных типах генераторов.
Конспект урока физики в 9 классе по теме
«Получение переменного электрического тока. Генератор»
Цели урока: выяснить условия существования переменного тока; познакомиться с устройством трансформатора, рассмотреть принцип его действия, достоинства, практическое применение.
Задачи урока:
Образовательные:
-создание условий для формирования представлений о переменном электрическом токе; генераторе.
Развивающие:
-формирование умения делать выводы, обобщать полученные сведения;
-формирование у учащихся навыков работы с источниками информации
-развивать навыки логического мышления, умение обосновывать свои высказывания, делать выводы.
Воспитательные:
- формирование положительной мотивации к учебному труду, коммуникативных умений;
- формирование интереса к познанию окружающего мира;
- формировать чувство гордости за развитие отечественной техники;
- развивать интерес к рабочим профессиям.
Тип урока: урок изучения нового материала.
До начала урока демонстрируется таблица с комментированием.
1 этап. Мотивация.
На доске эпиграф: «...а какая польза может быть от новорожденного?» М. Фарадей.
Проверка д/з
«Да-нет»
Верно ли, что явление электромагнитной индукции открыл Никола Тесла?
Верно ли, что возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитный действием противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван?
При приближении магнита к сплошному кольцу оно, притягиваясь, следует к магниту?
При удалении магнита от разрезанного кольцу оно, притягиваясь, следует за магнитом?
Прибор для демонстрации правила Ленца нельзя изготовить из железа?
В 1821 году Майкл Фарадей написал в своем дневнике: «Превратить магнетизм в электричество», а в 1831 году открыл явление электромагнитной индукции. Нарисуйте схему эксперимента.
Однажды Майкл Фарадей читал лекции в Лондонском Королевском университете, и одна из слушательниц его спросила «Какая польза может быть от такого малого тока?» На это Фарадей ей ответил: «А какая польза может быть от новорожденного?»
Тема урока:Производство и передача электроэнергии. Генератор.
Задачи: Выяснить, какие устройства порождают переменный электрический ток, изучить принцип их действия, выяснить принципы передачи тока.
3 этап. Изучение нового материала. Генератор. Устройство и принцип действия.
Генератор - устройство, которое преобразует энергию того или иного вида в электрическую. Еги принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции. Простейший генератор состоит из двух частей - подвижного ротора и неподвижного статора. Видео 1мин46 сек.
Эксперимент (если получится)
4 этап. Первичное закрепление.
Работа в группах. Рассмотрите схему генератора. Укажите его составные элементы, объясните, как он работает. При необходимости пользуйтесь стр. 174 учебника.
Где производят электрический ток? На электростанциях. Какие виды электростанций вы знаете? Какие превращения энергии там происходят?
Задание 4. Таблица. Работа в парах.
Задание 5. Лови ошибку.
Лови ошибку.
Переменный электрический ток производится на электрических станциях с помощью акселератора.
Генератором называется устройство, которое преобразует энергию любого вида в механическую.
Электромеханический генератор состоит из подвижного ротора и неподвижного стартера.
В основе действия генератора лежит правило буравчика.
Генераторы используются в быту, в промышленности и в транспорте.
Задание 6. В тестовой форме (по времени)
5 этап. Рефлексия. Так какая же польза от новорожденного? Благодаря огромной теоретической работе ученых по изучению индукционного тока, сегодня в каждом доме есть электроэнергия. Подведение итогов. Заполнение таблицы.
Д/З подготовить доклады по электростанциям.
