Odkiaľ pochádza elektrina? Ako sa v našich zásuvkách objavuje prúd? Prečo alternátory automobilov vyrábajú striedavý prúd? Ako vzniká elektrický prúd

Desaťkrát denne, zapínaním a vypínaním svetla a používaním domácich spotrebičov, ani nemyslíme na to, odkiaľ elektrina pochádza a aká je jej povaha. Je samozrejme jasné, že podľa elektrického vedenia ( elektrické vedenie) pochádza z najbližšej elektrárne, ale toto je veľmi obmedzená predstava o svete okolo nás. Ak sa však výroba elektriny na celom svete zastaví aspoň na pár dní, počet obetí sa bude počítať v stovkách miliónov.

Ako sa generuje prúd?

Z kurzu fyziky vieme, že:

• Všetka hmota sa skladá z atómov, najmenších častíc.
• Elektróny obiehajú po obežnej dráhe okolo jadra atómu, majú záporný náboj.
• Jadro obsahuje kladne nabité protóny.
• Normálne je tento systém v rovnovážnom stave.

Ale ak aspoň jeden atóm stratí iba jeden elektrón:

1. Jeho náboj sa stáva kladným.
2. Kladne nabitý atóm začne priťahovať elektrón k sebe kvôli rozdielu v nábojoch.
3. Aby ste získali chýbajúci elektrón pre seba, bude ho treba niekomu „vytrhnúť“ z obežnej dráhy.
4. Výsledkom je, že ďalší atóm bude kladne nabitý a všetko sa bude opakovať, počnúc prvým bodom.
5. Takáto cyklickosť povedie k vytvoreniu elektrického obvodu a lineárnemu rozloženiu prúdu.

Takže z pohľadu jadrovej fyziky je všetko extrémne jednoduché, atóm sa snaží získať to, čo mu najviac chýba, a teda spustí reakciu .

„Zlatý vek“ elektriny

Človek si zákony vesmíru prispôsobil svojim potrebám pomerne nedávno. A stalo sa to asi pred dvoma storočiami, keď vynálezca menoval Volt vyvinuli prvú batériu schopnú udržať nabitie dostatočného výkonu po dlhú dobu.

Pokusy využiť prúd vo svoj prospech majú dávnu históriu. Archeologické vykopávky ukázali, že aj v rímskych svätyniach a potom v prvých kresťanských kostoloch existovali remeselné „batérie“ vyrobené z medi, ktoré dávali minimálne napätie. Takýto systém bol spojený s oltárom alebo jeho ohradením a akonáhle sa veriaci dotkol konštrukcie, okamžite dostal „ božská iskra". Ide skôr o vynález jedného remeselníka ako o rozšírenú prax, no skutočnosť je v každom prípade kuriózna.

Stalo sa dvadsiate storočie mocenský boom:

1. Objavili sa nielen nové typy generátorov a batérií, ale boli vyvinuté aj unikátne koncepty výroby práve tejto energie.
2. Už niekoľko desaťročí elektrické spotrebiče pevne vstupujú do života každého človeka na planéte.
3. Nezostali žiadne krajiny, okrem tých najmenej rozvinutých, kde elektrárne a držal elektrické vedenie.
4. Všetok ďalší pokrok bol založený na možnostiach elektriny a zariadení, ktoré z nej fungujú.
5. Éra informatizácie spôsobila, že človek je závislý od prúdu, v pravom slova zmysle.

Ako získať elektrinu?

Predstavovať si človeka ako narkomana, ktorý pravidelne potrebuje „životodarnú dávku elektriny“, je trochu naivné, no skúste svoj domov úplne odbiť energiou a aspoň na deň žiť v kľude. Zúfalstvo vás môže prinútiť spomenúť si na pôvodné spôsoby extrakcie prúdu. V praxi je to pre nikoho málo užitočné, ale možno pár voltov zachráni život alebo pomôže zapôsobiť na dieťa:

• Vybitá batéria telefón sa dá rozotrieť o oblečenie, postačí džínsy alebo vlnený sveter. Statická elektrina nevydrží dlho, ale je to aspoň niečo.
• Ak je v blízkosti morská voda, môžete naliať do dvoch téglikov alebo pohárov, spojiť medeným drôtikom, po obaľovaní oboch koncov fóliou. Samozrejme, na to všetko budete okrem slanej vody potrebovať aj nádoby, meď a alobal. Nie je to najlepšia voľba pre extrémne situácie.
• Oveľa realistickejšie železný klinec a malý dychový nástroj. Ako anóda a katóda by sa mali použiť dva kusy kovu - klinec v najbližšom strome, meď v zemi. Potiahnite medzi nimi ľubovoľnú niť, jednoduchý dizajn dá asi jeden Volt.
• V prípade použitia vzácne kovy- zlato a striebro, bude možné dosiahnuť väčšie napätie.

Ako ušetriť elektrinu?

Dôvody na šetrenie elektriny môžu byť rôzne – túžba šetriť životné prostredie, snaha znížiť mesačné účty alebo niečo iné. Metódy sú však vždy rovnaké:

Nie vždy sa treba v niečom výrazne obmedzovať, aby ste znížili náklady. Existuje ďalší dobrý tip - odpojte všetky spotrebiče, keď ich nepoužívate.

Chladnička sa, samozrejme, nepočíta. Aj keď je zariadenie v „pohotovostnom“ režime, spotrebuje určité množstvo elektriny. Ak sa však aspoň na sekundu zamyslíte, môžete dospieť k záveru, že väčšinu dňa nepotrebujete takmer všetky zariadenia. A celý ten čas oni neprestávajte spaľovať elektrinu .

Moderné technológie sú zamerané aj na zníženie celkovej úrovne spotreby elektrickej energie. Čo aspoň stojí za to energeticky úsporné žiarovky, čo môže znížiť náklady na osvetlenie miestnosti, päťkrát toľko. Rada žiť podľa „slnečných hodín“ sa môže zdať divoká a absurdná, no už dávno je dokázané, že umelé osvetlenie zvyšuje riziko depresie.

Ako sa vyrába elektrina?

Ideme do vedeckých detailov:

1. Prúd sa objavuje v dôsledku straty elektrónu atómom.
2. Kladne nabitý atóm k sebe priťahuje záporne nabité častice.
3. Ďalší atóm stráca elektróny z obežnej dráhy a história sa opakuje.
4. To vysvetľuje riadený pohyb prúdu a prítomnosť vektora šírenia.

Ale všeobecne elektrinu vyrábajú elektrárne. Buď spaľujú palivo, alebo využívajú energiu štiepenia atómov, prípadne dokonca využívajú prírodné prvky. Hovoríme o solárnych paneloch, veterných mlynoch a elektrárňach.

Výsledná mechanická alebo tepelná energia sa vďaka generátoru premení na prúd. Hromadí sa v batériách a cez elektrické vedenie sa dostáva do každého domu.

Dnes nie je potrebné vedieť, odkiaľ elektrina pochádza, aby ste mohli využívať všetky výhody, ktoré poskytuje. Ľudia sa už dávno vzdialili od pôvodnej podstaty vecí a pomaly na ňu začínajú zabúdať.

Video: odkiaľ pochádza elektrina?

Toto video názorne ukáže cestu elektriny z elektrárne k nám, odkiaľ pochádza a ako sa dostáva do nášho domu:

Generátory sú zariadenia, ktoré premieňajú mechanickú energiu na elektrickú energiu. Spravidla produkujú dva druhy elektrického prúdu - jednosmerný a striedavý.

DC a AC generátory

Ak uvažujeme DC generátor, potom jeho konštrukcia obsahuje pevný stator s rotujúcim rotorom a prídavným vinutím. V dôsledku pohybu rotora vzniká elektrický prúd. DC generátory sa používajú hlavne v oceliarskom priemysle, námorných plavidlách a verejnej doprave.

Alternátory generovať energiu otáčaním rotora v magnetickom poli. Otáčaním obdĺžnikového obvodu okolo pevného magnetického poľa sa mechanická energia premieňa na elektrický prúd. Tento typ generátora má tú výhodu, že rotor (hlavný hnací prvok) sa otáča rýchlejšie ako v alternátoroch.

Synchrónne a asynchrónne generátory

Generátory striedavého prúdu sú synchrónne A asynchrónne. Líšia sa od seba svojimi schopnosťami. Nebudeme podrobne zvažovať ich princíp fungovania, ale budeme sa zaoberať iba niektorými funkciami.

Synchrónny generátor konštrukčne zložitejší ako asynchrónny, produkuje čistejší prúd a zároveň ľahko toleruje rozbehové preťaženie. Synchrónne jednotky sú skvelé na pripojenie zariadení, ktoré sú citlivé na poklesy napätia (počítače, televízory a rôzne elektronické zariadenia). Tiež odvádzajú vynikajúcu prácu s napájaním elektromotorov a elektrického náradia.

Asynchrónne generátory, vďaka jednoduchosti prevedenia je dostatočne odolný voči skratom. Z tohto dôvodu sa používajú na napájanie zváracích zariadení a elektrického náradia. V žiadnom prípade nemožno k týmto jednotkám pripojiť vysoko presné zariadenia.

Jednofázové a trojfázové generátory

Je potrebné vziať do úvahy charakteristiku spojenú s typom generovaného prúdu. jednofázový modely vydávajú 220 V, trojfázový- 380 V. Toto sú veľmi dôležité technické parametre, ktoré musí poznať každý kupujúci.

Jednofázové modely sa považujú za najbežnejšie, pretože sa často používajú pre domáce potreby. Trojfázové umožňujú priamo zásobovať elektrinou veľké priemyselné objekty, budovy a celé dediny.

Pred zakúpením generátora musíte mať určité technické informácie, pochopiť, ako sa líšia, pretože vám to pomôže vybrať si slušný model špeciálne pre vaše potreby, ako aj zbaviť sa zbytočných problémov a ušetriť peniaze.

LLC "Kronvus-South" predáva a vyrába , a ktoré môžete kúpiť za výhodnú cenu.

Elektrický generátor je stroj alebo zariadenie určené na premenu neelektrickej energie na elektrickú energiu: mechanickú energiu na elektrickú energiu, chemickú energiu na elektrickú energiu, tepelnú energiu na elektrickú energiu atď. energiu na elektrickú energiu.

Môže to byť dieselový alebo benzínový prenosný generátor, generátor jadrovej elektrárne, automobilový generátor, podomácky vyrobený generátor z asynchrónneho elektromotora alebo nízkootáčkový generátor pre veterný mlyn s nízkym výkonom. Na konci článku sa ako príklad pozrieme na dva najbežnejšie generátory, najskôr si však povieme, ako fungujú.

Tak či onak, z fyzikálneho hľadiska je princíp činnosti každého z mechanických generátorov rovnaký: keď, keď čiary magnetického poľa pretínajú vodič, vzniká v tomto vodiči EMF indukcie. Zdroje sily vedúce k vzájomnému pohybu vodiča a magnetického poľa môžu byť rôzne procesy, v dôsledku toho však generátor vždy potrebuje prijímať EMF a prúd na napájanie záťaže.

Princíp činnosti elektrického generátora - Faradayov zákon

Princíp fungovania elektrického generátora objavil už v roku 1831 anglický fyzik Michael Faraday. Tento princíp bol neskôr nazvaný Faradayov zákon. Spočíva v tom, že pri kolmom prechode vodiča cez magnetické pole vzniká na koncoch tohto vodiča potenciálny rozdiel.

Prvý generátor zostrojil sám Faraday podľa princípu, ktorý objavil, bol to „Faradayov disk“ – unipolárny generátor, v ktorom sa medzi pólmi podkovovitého magnetu otáčal medený kotúč. Zariadenie poskytovalo značný prúd pri nízkom napätí.

Neskôr sa zistilo, že jednotlivé izolované vodiče v generátoroch sú z praktického hľadiska oveľa efektívnejšie ako pevný vodivý kotúč. A v moderných generátoroch sa teraz používajú drôtové vinutia statora (v najjednoduchšom demonštračnom prípade cievka drôtu).

Alternátor

Prevažná väčšina moderných generátorov sú synchrónne alternátory. Na statore majú vinutie kotvy, z ktorého je odvádzaná vytvorená elektrická energia. Na rotore je umiestnené budiace vinutie, do ktorého je privádzaný jednosmerný prúd cez dvojicu zberacích krúžkov, aby sa z rotujúceho rotora získalo točivé magnetické pole.

V dôsledku javu elektromagnetickej indukcie, keď sa rotor otáča z externého pohonu (napríklad zo spaľovacieho motora), jeho magnetický tok postupne pretína každú z fáz statorového vinutia a tým v nich indukuje EMF.

Najčastejšie existujú tri fázy, ktoré sú fyzicky posunuté v kotve voči sebe o 120 stupňov, takže sa získa trojfázový sínusový prúd. Fázy je možné pripojiť podľa schémy "hviezda" alebo "trojuholník".

Frekvencia sínusového EMF f je úmerná rýchlosti rotora: f = np/60, kde - p je počet párov magnetických plusov rotora, n je počet otáčok rotora za minútu. Typicky je maximálna rýchlosť rotora 3000 ot./min. Ak k vinutiu statora takéhoto synchrónneho generátora pripojíte trojfázový usmerňovač, získate jednosmerný generátor (mimochodom, takto fungujú všetky generátory automobilov).

Trojstrojový synchrónny generátor

Klasický synchrónny generátor má samozrejme jednu vážnu nevýhodu - na rotore sú umiestnené zberacie krúžky a kefy, ktoré k nim priliehajú. Kefy iskry a opotrebovávajú sa v dôsledku trenia a elektrickej erózie. Vo výbušnom prostredí to nie je povolené. Preto sú v letectve a v dieselových generátoroch bežnejšie bezkontaktné synchrónne generátory, najmä trojstrojové.

Pre trojstrojové zariadenia sú v jednom kryte inštalované tri stroje: predbudič, budič a generátor - na spoločnom hriadeli. Predbudič je synchrónny generátor, je budený permanentnými magnetmi na hriadeli, napätie, ktoré generuje, je privedené na vinutie statora budiča.

Stator budiča pôsobí na vinutie na rotore, spojené s na ňom upevneným trojfázovým usmerňovačom, z ktorého je napájané hlavné budiace vinutie generátora. Generátor generuje prúd vo svojom statore.

Prenosné plynové, naftové a benzínové generátory

Dnes je v domácnostiach veľmi bežné, že ako hnacie motory sa používajú spaľovacie motory – spaľovací motor, ktorý prenáša mechanické otáčanie na rotor generátora.

Generátory na kvapalné palivo majú palivové nádrže, plynové generátory potrebujú dodávať palivo potrubím, aby sa plyn následne privádzal do karburátora, kde sa premení na neoddeliteľnú súčasť palivovej zmesi.

Vo všetkých prípadoch dochádza k spaľovaniu palivovej zmesi v piestovom systéme, čo spôsobuje otáčanie kľukového hriadeľa. Je to podobné, ako funguje motor auta. Kľukový hriadeľ otáča rotor bezkontaktného synchrónneho generátora (alternátora).

Andrej Povny

Toto je usporiadaný pohyb určitých nabitých častíc. Aby bolo možné kompetentne využiť plný potenciál elektrickej energie, je potrebné jasne pochopiť všetky princípy zariadenia a fungovanie elektrického prúdu. Poďme teda zistiť, aká je práca a aktuálna sila.

Odkiaľ pochádza elektrický prúd?

Napriek zjavnej jednoduchosti otázky na ňu málokto dokáže dať zrozumiteľnú odpoveď. Samozrejme, v dnešnej dobe, keď sa technológia vyvíja neuveriteľnou rýchlosťou, človek nepremýšľa o takých elementárnych veciach, ako je princíp fungovania elektrického prúdu. Odkiaľ pochádza elektrina? Určite mnohí odpovedia „No, zo zásuvky, samozrejme“ alebo jednoducho pokrčia plecami. Medzitým je veľmi dôležité pochopiť, ako prúd funguje. To by mali vedieť nielen vedci, ale aj ľudia, ktorí nie sú nijako spojení so svetom vied, pre ich všeobecný všestranný rozvoj. Ale vedieť správne používať princíp súčasného fungovania nie je pre každého.

Na začiatok by ste teda mali pochopiť, že elektrina nevzniká odnikiaľ: vyrábajú ju špeciálne generátory, ktoré sa nachádzajú v rôznych elektrárňach. Vďaka práci pri otáčaní lopatiek turbín para získaná ohrievaním vody uhlím alebo olejom generuje energiu, ktorá sa následne pomocou generátora premieňa na elektrickú energiu. Generátor je veľmi jednoduchý: v strede zariadenia je obrovský a veľmi silný magnet, ktorý spôsobuje, že elektrické náboje sa pohybujú po medených drôtoch.

Ako sa elektrina dostane do našich domovov?

Po získaní určitého množstva elektrického prúdu pomocou energie (tepelnej alebo jadrovej) je možné ho dodávať ľuďom. Takáto dodávka elektriny funguje nasledovne: aby sa elektrina úspešne dostala do všetkých bytov a podnikov, musí byť „tlačená“. A na to musíte zvýšiť silu, ktorá to urobí. Nazýva sa to napätie elektrického prúdu. Princíp činnosti je nasledujúci: prúd prechádza transformátorom, čo zvyšuje jeho napätie. Ďalej elektrický prúd tečie cez káble inštalované hlboko pod zemou alebo vo výške (pretože napätie niekedy dosahuje 10 000 voltov, čo je pre človeka smrteľné). Keď prúd dosiahne svoj cieľ, musí opäť prejsť cez transformátor, ktorý teraz zníži jeho napätie. Potom prechádza drôtmi do inštalovaných štítov v bytových domoch alebo iných budovách.

Elektrinu vedenú cez drôty je možné využiť vďaka systému zásuviek, ktoré k nim pripájajú domáce spotrebiče. V stenách sa vedú ďalšie drôty, ktorými preteká elektrický prúd a vďaka nemu funguje osvetlenie a všetky spotrebiče v dome.

Čo je súčasná práca?

Energia, ktorú v sebe nesie elektrický prúd, sa časom premení na svetlo alebo teplo. Napríklad, keď zapneme lampu, elektrická forma energie sa premení na svetlo.

V prístupnom jazyku je dielom prúdu činnosť, ktorú samotná elektrina vyrába. Navyše sa dá veľmi jednoducho vypočítať podľa vzorca. Na základe zákona zachovania energie môžeme konštatovať, že elektrická energia nezmizla, úplne alebo čiastočne sa zmenila na inú formu, pričom vydáva určité množstvo tepla. Toto teplo je prácou prúdu, keď prechádza vodičom a ohrieva ho (dochádza k výmene tepla). Takto vyzerá vzorec Joule-Lenz: A \u003d Q \u003d U * I * t (práca sa rovná množstvu tepla alebo súčinu aktuálneho výkonu a času, počas ktorého pretekala vodičom).

Čo znamená jednosmerný prúd?

Elektrický prúd je dvoch typov: striedavý a jednosmerný. Líšia sa tým, že nemení smer, má dve svorky (kladné „+“ a záporné „-“) a vždy začína svoj pohyb od „+“. A striedavý prúd má dve svorky - fázu a nulu. Je to kvôli prítomnosti jednej fázy na konci vodiča, ktorý sa nazýva aj jednofázový.

Princípy zariadenia jednofázového striedavého a jednosmerného elektrického prúdu sú úplne odlišné: na rozdiel od jednosmerného prúdu striedavý prúd mení svoj smer (tvorí tok z fázy smerom k nule a od nuly smerom k fáze), ako aj svoju veľkosť. . Takže napríklad striedavý prúd pravidelne mení hodnotu svojho náboja. Ukazuje sa, že pri frekvencii 50 Hz (50 kmitov za sekundu) elektróny zmenia smer svojho pohybu presne 100-krát.

Kde sa používa jednosmerný prúd?

Jednosmerný elektrický prúd má niektoré vlastnosti. Vzhľadom na to, že tečie striktne jedným smerom, je ťažšie ho transformovať. Nasledujúce prvky možno považovať za zdroje jednosmerného prúdu:

• batérie (alkalické aj kyslé);
• konvenčné batérie používané v malých spotrebičoch;
• ako aj rôzne zariadenia, ako sú prevodníky.

DC prevádzka

Aké sú jeho hlavné charakteristiky? Ide o prácu a momentálnu silu a oba tieto pojmy spolu veľmi úzko súvisia. Výkon znamená rýchlosť práce za jednotku času (za 1 s). Podľa Joule-Lenzovho zákona získame, že práca jednosmerného elektrického prúdu sa rovná súčinu sily samotného prúdu, napätia a času, počas ktorého bola práca elektrického poľa dokončená na prenos náboja pozdĺž dirigent.

Takto vyzerá vzorec na nájdenie práce prúdu, berúc do úvahy Ohmov zákon odporu vo vodičoch: A \u003d I 2 * R * t (práca sa rovná druhej mocnine sily prúdu vynásobenej hodnotou odporu vodiča a ešte raz vynásobený hodnotou času, za ktorý bola práca vykonaná).

Elektrický prúd je hlavným typom energie, ktorá vykonáva užitočnú prácu vo všetkých sférach ľudského života. Dáva do pohybu rôzne mechanizmy, dáva svetlo, vyhrieva domy a oživuje celý rad zariadení, ktoré nám zabezpečujú pohodlnú existenciu na planéte. Tento druh energie je skutočne univerzálny. Dá sa z nej získať čokoľvek a dokonca aj veľká skaza, ak sa použije nevhodne.

Ale boli časy, keď elektrické efekty boli v prírode stále prítomné, ale človeku nijako nepomáhali. Čo sa odvtedy zmenilo? Ľudia začali študovať fyzikálne javy a prišli so zaujímavými strojmi - konvertormi, ktoré vo všeobecnosti urobili revolučný skok v našej civilizácii a umožnili človeku prijímať jednu energiu z druhej.

Ľudia sa teda naučili vyrábať elektrinu z obyčajného kovu, magnetov a mechanického pohybu – to je všetko. Generátory boli skonštruované schopné produkovať obrovské energetické toky energie, počítané v megawattoch. Je však zaujímavé, že princíp fungovania týchto strojov nie je taký zložitý a môže byť jasný aj pre teenagerov. Čo je Pokúsme sa pochopiť tento problém.

Vplyv elektromagnetickej indukcie

Základom pre vznik elektrického prúdu vo vodiči je elektromotorická sila - EMF. Je schopný rozhýbať nabité častice, ktorých je veľa v akomkoľvek kove. Táto sila sa objaví iba vtedy, ak vodič pocíti zmenu intenzity magnetického poľa. Samotný efekt sa nazýva elektromagnetická indukcia. EMF je tým väčšie, čím väčšia je rýchlosť zmeny toku magnetických vĺn. To znamená, že je možné pohybovať vodičom v blízkosti permanentného magnetu alebo ovplyvňovať pevný drôt poľom elektromagnetu, meniť jeho silu, efekt bude rovnaký - vo vodiči sa objaví elektrický prúd.

Vedci Oersted a Faraday pracovali na tejto problematike v prvej polovici 19. storočia. Objavili aj tento fyzikálny jav. Následne boli na báze elektromagnetickej indukcie vytvorené generátory prúdu a elektromotory. Zaujímavosťou je, že tieto stroje sa dajú ľahko prerobiť jeden na druhý.

Ako fungujú generátory jednosmerného a striedavého prúdu

Je zrejmé, že generátor elektrického prúdu je elektromechanický stroj, ktorý generuje prúd. Ale v skutočnosti je to menič energie: vietor, voda, teplo, čokoľvek v EMF, čo už spôsobuje prúd vo vodiči. Zariadenie akéhokoľvek generátora sa v zásade nelíši od uzavretého vodivého obvodu, ktorý sa otáča medzi pólmi magnetu, ako v prvých experimentoch vedcov. Len veľkosť magnetického toku vytváraného silnými permanentnými alebo častejšie elektrickými magnetmi je oveľa väčšia. Uzavretý obvod má formu viacotáčkového vinutia, ktoré v modernom generátore nie je jedno, ale najmenej tri. To všetko sa robí s cieľom získať čo najviac EMF.

Štandardný AC (alebo DC) elektrický generátor pozostáva z:

• zboru. Plní funkciu rámu, vo vnútri ktorého je namontovaný stator s pólmi elektromagnetu. Obsahuje valivé ložiská hriadeľa rotora. Je vyrobený z kovu, chráni aj celú vnútornú výplň stroja.
• Stator s magnetickými pólmi. Na ňom je pripevnené budiace vinutie magnetického toku. Je vyrobený z feromagnetickej ocele.
• Rotor alebo kotva. Toto je pohyblivá časť generátora, ktorého hriadeľ je poháňaný vonkajšou silou. Na jadre kotvy je umiestnené samobudiace vinutie, kde vzniká elektrický prúd.
• Prepnúť uzol. Tento konštrukčný prvok slúži na odvádzanie elektriny z pohyblivého hriadeľa rotora. Zahŕňa vodivé krúžky, ktoré sú pohyblivo spojené s grafitovými klznými kontaktmi.

Vytvorenie jednosmerného prúdu

V generátore produkujúcom jednosmerný prúd sa vodivý obvod otáča v priestore magnetickej saturácie. Navyše, pre určitý moment rotácie je každá polovica obvodu blízko jedného alebo druhého pólu. Náboj vo vodiči sa počas tejto polotočky pohybuje jedným smerom.

Aby sa dosiahlo odstránenie častíc, bol vyrobený mechanizmus na odstránenie energie. Jeho zvláštnosťou je, že každá polovica vinutia (rámu) je spojená s vodivým polovičným krúžkom. Semirings nie sú navzájom uzavreté, ale upevnené na dielektrickom materiáli. Počas obdobia, keď jedna časť vinutia začína prechádzať určitým pólom, je polkrúžok uzavretý do elektrického obvodu skupinami kefových kontaktov. Ukazuje sa, že ku každému terminálu prichádza iba jeden typ potenciálu.

Je správnejšie nazývať energiu nie konštantnou, ale pulzujúcou, s nezmenenou polaritou. Zvlnenie je spôsobené tým, že magnetický tok na vodič počas otáčania má maximálny aj minimálny účinok. Na vyrovnanie tohto zvlnenia sa na vstupe obvodu používa niekoľko vinutí na rotore a výkonné kondenzátory. Aby sa znížila strata magnetického toku, medzera medzi kotvou a statorom je minimálna.

Obvod alternátora

Keď sa pohyblivá časť zariadenia generujúceho prúd otáča, EMF sa tiež indukuje vo vodičoch rámu, ako v generátore jednosmerného prúdu. Ale malá vlastnosť - zariadenie uzla zberača alternátora má niečo iné. V ňom je každá svorka spojená s vlastným vodivým krúžkom.

Princíp činnosti alternátora je nasledovný: keď polovica vinutia prechádza blízko jedného pólu (druhá v blízkosti opačného pólu), prúd v obvode sa pohybuje jedným smerom od minima po najvyššiu hodnotu a znova na nulu. Akonáhle vinutia zmenia svoju polohu voči pólom, prúd sa začne pohybovať v opačnom smere s rovnakým vzorom.

Súčasne sa na vstupe obvodu získa forma signálu vo forme sínusoidy s frekvenciou polovičnej vlny zodpovedajúcou perióde otáčania hriadeľa rotora. Pre získanie stabilného signálu na výstupe, kde je frekvencia alternátora konštantná, musí byť konštantná perióda otáčania mechanickej časti.

typ plynu

Konštrukcie prúdových generátorov, kde sa ako nosič náboja namiesto kovového rámu používa vodivá plazma, kvapalina alebo plyn, sa nazývajú generátory MHD. Látky pod tlakom sú poháňané v magnetickom poli. Pod vplyvom rovnakého EMF indukcie získavajú nabité častice usmernený pohyb a vytvárajú elektrický prúd. Veľkosť prúdu je priamo úmerná rýchlosti prechodu magnetickým tokom, ako aj jeho výkonu.

Generátory MHD majú jednoduchšie konštrukčné riešenie – nemajú mechanizmus otáčania rotora. Takéto napájacie zdroje sú schopné dodávať veľké množstvo energie v krátkom čase. Používajú sa ako záložné zariadenia a v núdzových situáciách. Koeficient, ktorý určuje užitočnú činnosť (COP) týchto strojov je vyšší ako koeficient elektrického alternátora.

Synchrónny alternátor

Existujú také typy alternátorov:

• Stroje sú synchrónne.
• Stroje sú asynchrónne.

Synchrónny alternátor má striktný fyzikálny vzťah medzi rotačným pohybom rotora a elektrickou energiou. V takýchto systémoch je rotor elektromagnet zostavený z jadier, pólov a budiacich vinutí. Tie sú napájané z jednosmerného zdroja pomocou kefiek a prstencových kontaktov. Stator je zvitok drôtu prepojený podľa princípu hviezdy so spoločným bodom - nulou. EMF sa v nich už indukuje a vytvára sa prúd.

Hriadeľ rotora je poháňaný vonkajšou silou, zvyčajne turbínami, ktorých otáčky sú synchronizované a konštantné. Elektrický obvod pripojený k takémuto generátoru je trojfázový obvod, ktorého frekvencia prúdu v jednom vedení je posunutá o fázu o 120 stupňov vzhľadom na ostatné vedenia. Na získanie správnej sínusoidy je smer magnetického toku v medzere medzi časťami statora a rotora regulovaný ich konštrukciou.

Budenie alternátora sa realizuje dvoma spôsobmi:

1. Kontakt.
2. Bezkontaktne.

V kontaktnom budiacom obvode je elektrická energia privádzaná do vinutí elektromagnetu cez pár kief z iného generátora. Tento generátor je možné kombinovať s hlavným hriadeľom. Zvyčajne má menšiu silu, ale dostatočnú na vytvorenie silného magnetického poľa.

Bezkontaktný princíp zabezpečuje, že synchrónny alternátor má na hriadeli prídavné trojfázové vinutia, v ktorých sa pri otáčaní indukuje EMF a generuje sa elektrina. Cez usmerňovací obvod sa privádza k budiacim cievkam rotora. Štrukturálne v takomto systéme nie sú žiadne pohyblivé kontakty, čo zjednodušuje systém a robí ho spoľahlivejším.

Asynchrónny generátor

Je tam asynchrónny alternátor. Jeho zariadenie sa líši od synchrónneho. Nemá presnú závislosť EMF od frekvencie, s ktorou sa otáča hriadeľ rotora. Existuje taká vec ako "slip S", ktorá charakterizuje tento rozdiel v vplyve. Veľkosť sklzu je určená výpočtom, takže je nesprávne myslieť si, že v elektromechanickom procese v indukčnom motore nie je žiadna pravidelnosť.

Ak je voľnobežný generátor zaťažený, potom prúd tečúci vo vinutí vytvorí magnetický tok, ktorý zabráni otáčaniu rotora pri danej frekvencii. Takto vzniká sklz, ktorý prirodzene ovplyvňuje tvorbu EMP.

Moderný asynchrónny alternátor má pohyblivú časť v troch rôznych verziách:

1. dutý rotor.
2. rotor vo veveričke.
3. Fázový rotor.

Takéto stroje môžu mať vlastné a nezávislé budenie. Prvá schéma je implementovaná zahrnutím kondenzátorov a polovodičových meničov do vinutia. Nezávislý typ budenia je vytvorený prídavným AC zdrojom.

Spínacie obvody generátora

Všetky vysokovýkonné prenosové napájacie zdroje produkujú trojfázový elektrický prúd. Obsahujú tri vinutia, v ktorých sa tvoria striedavé prúdy s fázou posunutou od seba o 1/3 periódy. Ak vezmeme do úvahy každé jednotlivé vinutie takéhoto zdroja energie, dostaneme do vedenia jednofázový striedavý prúd. Generátor dokáže generovať napätie desiatky tisíc voltov. spotrebiteľ dostáva z distribučného transformátora.

Každý alternátor má štandardné navíjacie zariadenie, existujú však dva typy pripojenia k záťaži:

• hviezda;
• trojuholník.

Princíp činnosti alternátora zapínaného hviezdou spočíva v spojení všetkých vodičov (nula) do jedného, ​​ktoré idú zo záťaže späť do generátora. Je to spôsobené tým, že signál (elektrický prúd) sa prenáša hlavne cez výstupný vodič vinutia (lineárny), ktorý sa nazýva fáza. V praxi je to veľmi výhodné, pretože na pripojenie spotrebiteľa nemusíte ťahať tri ďalšie vodiče. Napätie medzi linkovými vodičmi a linkovým a neutrálnym vodičom bude odlišné.

Spojením vinutí generátora s trojuholníkom sú navzájom uzavreté v sérii v jednom okruhu. Z miest ich spojenia sú vedenia vedené k spotrebiteľovi. Potom nulový vodič nie je vôbec potrebný a napätie na každom vedení bude rovnaké bez ohľadu na zaťaženie.

Výhodou trojfázového prúdu oproti jednofázovému je jeho nižšie zvlnenie pri usmernení. To má pozitívny vplyv na napájané zariadenia, najmä jednosmerné motory. Trojfázový prúd tiež vytvára rotačný tok magnetického poľa, ktorý je schopný poháňať výkonné asynchrónne motory.

Kde sú použiteľné DC a AC generátory

Generátory jednosmerného prúdu majú oveľa menšie rozmery a hmotnosť ako stroje na striedavý prúd. Keďže majú zložitejší dizajn ako ten druhý, stále našli uplatnenie v mnohých odvetviach.

Používajú sa hlavne ako vysokorýchlostné pohony v strojoch, kde je potrebná regulácia otáčok, napríklad v kovoobrábacích mechanizmoch, banských kladkostrojoch, valcovniach. V doprave sa takéto generátory inštalujú na dieselové lokomotívy a rôzne lode. Mnoho modelov veterných turbín je zostavených na základe zdrojov jednosmerného napätia.

Jednosmerné generátory na špeciálne účely sa používajú pri zváraní, na budenie vinutí synchrónnych generátorov, ako jednosmerné zosilňovače, na napájanie galvanických a elektrolýznych zariadení.

Účelom alternátora je vyrábať elektrickú energiu v priemyselnom meradle. Tento typ energie dal ľudstvu Nikola Tesla. Čím to je, že prúd meniaci polaritu, a nie konštantný, našiel široké uplatnenie? Je to spôsobené tým, že pri prenose jednosmerného napätia dochádza k veľkým stratám vo vodičoch. A čím dlhší je drôt, tým vyššie sú straty. Striedavé napätie je možné prenášať na veľké vzdialenosti za oveľa nižšie náklady. Navyše je možné jednoducho konvertovať striedavé napätie (znižovať a zvyšovať), ktoré generoval generátor 220 V.

Záver

Človek úplne nepozná, čo všetko naokolo preniká. A elektrická energia je len malá časť otvorených tajomstiev vesmíru. Stroje, ktoré nazývame elektrocentrály, sú vo svojej podstate veľmi jednoduché, ale to, čo nám môžu poskytnúť, je jednoducho úžasné. Skutočný zázrak tu však nie je v technike, ale v ľudskom myslení, ktoré dokázalo preniknúť do nevyčerpateľnej zásobárne nápadov rozsypaných vesmírom!