Электричество шаг за шагом

На настоящей электростанции настоящий генератор вместе с двигателем входит в единую сложную систему, и в дальнейшем будет рассказано о нескольких таких системах, представляющих основные направления электроэнергетики. Но перед этим уместно вспомнить, что при знакомстве с электрическими генераторами рано или поздно откуда-то обязательно выплывает коварный вопрос, как говорят студенты, вопрос на засыпку. Излагается он примерно так: почему, чтобы вращать ротор генератора, нужны мощные двигатели? Пусть он даже очень тяжёлый, этот ротор, но подшипники у него наверняка хорошо смазаны, и, скорее всего, можно и вручную ротор провернуть. Для чего же тогда двигателю такая большая мощность?

Сначала общий ответ: электрогенератор не источник энергии, а всего лишь её преобразователь — чтобы получить от генератора электрическую мощность 100 тысяч киловатт, нужно в каком-то виде дать ему никак не меньше, а реально нужно с несколько большей мощностью (с учётом потерь) вращать ротор этого генератора. За конкретным пояснением обратимся к нашей экспериментальной установке — к простейшему генератору в виде рамки, которая вращается в магнитном поле, и наведённую в ней э.д.с. выдаёт во внешнюю электрическую цепь.

В режиме холостого хода, когда нагрузки нет, тока тоже нет и мощность от рамки не потребляется, вращать её действительно нетрудно. Но если вращать рамку и подключить к ней нагрузку, то наведённая э. д.с. создаст в цепи ток, а он, проходя по самой рамке, будет взаимодействовать с внешним магнитным полем. Вспомните обнаруженный нами когда-то факт: проводник, по которому идёт ток, выталкивается из магнитного поля, так собственное магнитное поле проводника взаимодействует с внешним полем. Если по правилу правой руки определить полярность э.д.с., наведённой в проводах рамки, а по правилу левой руки определить направление выталкивания проводников, то окажется, что выталкивание направлено против вращения рамки. А это значит, что силу выталкивания нужно преодолеть, если мы хотим вращать рамку и получать от неё какую-то электрическую мощность. Чем больше потребляемая от рамки (от генератора) мощность, тем больше ток в цепи (а значит, и в рамке), тем больше выталкивающая сила, которую нужно преодолеть, тем, следовательно, больше должна быть сила, которая вращает рамку. Вот почему нужны мощные первичные двигатели, которые поставляют механическую энергию для мощных электрогенераторов.