Điện từ đâu ra? Làm thế nào để dòng điện xuất hiện trong các ổ cắm của chúng tôi? Tại sao máy phát điện trên ô tô tạo ra dòng điện xoay chiều? Dòng điện được tạo ra như thế nào

Mỗi ngày mười lần bật tắt đèn và sử dụng các thiết bị gia dụng, chúng tôi thậm chí còn không nghĩ đến nguồn điện từ đâu ra và bản chất của nó là gì. Tất nhiên, rõ ràng là theo đường dây điện ( đường dây điện) nó đến từ nhà máy điện gần nhất, nhưng đây là một ý tưởng rất hạn chế về \ u200b \ u200b thế giới xung quanh chúng ta. Nhưng nếu việc phát điện trên toàn thế giới ngừng trong ít nhất vài ngày, số người chết sẽ tính bằng hàng trăm triệu người.

Dòng điện được tạo ra như thế nào?

Từ khóa học vật lý, chúng tôi biết rằng:

• Mọi vật chất đều được tạo thành từ các nguyên tử, những hạt nhỏ nhất.
• Electron quay theo quỹ đạo xung quanh hạt nhân nguyên tử, chúng mang điện tích âm.
• Hạt nhân chứa các proton mang điện tích dương.
• Thông thường, hệ thống này ở trạng thái cân bằng.

Nhưng nếu ít nhất một nguyên tử chỉ mất một electron:

1. Điện tích của nó trở thành dương.
2. Một nguyên tử mang điện tích dương sẽ bắt đầu hút một electron về phía chính nó, do sự khác biệt về điện tích.
3. Để có được electron còn thiếu cho mình, nó sẽ phải được "nhổ" khỏi quỹ đạo của ai đó.
4. Kết quả là, một nguyên tử nữa sẽ mang điện tích dương và mọi thứ sẽ được lặp lại, bắt đầu từ điểm đầu tiên.
5. Tính chu kỳ như vậy sẽ dẫn đến sự hình thành mạch điện và sự phân bố tuyến tính của dòng điện.

Vì vậy, theo quan điểm của vật lý hạt nhân, mọi thứ đều cực kỳ đơn giản, nguyên tử đang cố gắng lấy thứ mà nó thiếu nhiều nhất, và do đó bắt đầu phản ứng .

"Thời kỳ hoàng kim" của điện

Gần đây, con người đã điều chỉnh các quy luật của vũ trụ theo nhu cầu của mình. Và nó đã xảy ra khoảng hai thế kỷ trước, khi một nhà phát minh tên Vônđã phát triển loại pin đầu tiên có khả năng duy trì sạc đủ điện trong thời gian dài.

Nỗ lực sử dụng dòng điện vì lợi ích của riêng mình đã có từ xa xưa. Các cuộc khai quật khảo cổ học đã chỉ ra rằng ngay cả trong các khu bảo tồn của người La Mã, và sau đó là trong các nhà thờ Cơ đốc giáo đầu tiên, đã có những chiếc "pin" thủ công làm bằng đồng, cho hiệu điện thế tối thiểu. Một hệ thống như vậy được kết nối với bàn thờ hoặc bao quanh nó, và ngay khi tín đồ chạm vào cấu trúc, anh ta ngay lập tức nhận được “ tia lửa thần thánh". Đúng hơn, đây là phát minh của một người thợ thủ công chứ không phải là thực tế phổ biến, nhưng thực tế là gây tò mò, trong mọi trường hợp.

Thế kỷ XX đã trở thành bùng nổ sức mạnh:

1. Không chỉ các loại máy phát điện và pin mới xuất hiện, mà các khái niệm độc đáo để sản xuất năng lượng này cũng được phát triển.
2. Trong nhiều thập kỷ, các thiết bị điện đã đi vào cuộc sống của mỗi người trên hành tinh.
3. Không còn quốc gia nào, ngoại trừ những quốc gia kém phát triển nhất, nơi nhà máy điện và được tổ chức đường dây điện.
4. Tất cả những tiến bộ tiếp theo đều dựa trên khả năng của điện và các thiết bị hoạt động từ nó.
5. Thời đại tin học hóa đã làm cho một người nghiện hiện tại, theo nghĩa chân thực nhất của từ này.

Làm thế nào để có điện?

Tưởng tượng một người nghiện ma túy thường xuyên cần một “liều điện tăng sinh” thì hơi ngây thơ, nhưng hãy cố gắng loại bỏ hoàn toàn năng lượng trong nhà của bạn và sống yên tĩnh ít nhất một ngày. Sự tuyệt vọng có thể khiến bạn nhớ lại những cách giải nén ban đầu. Trong thực tế, điều này ít được sử dụng đối với bất kỳ ai, nhưng có thể một vài Volt sẽ cứu một mạng người hoặc giúp gây ấn tượng với một đứa trẻ:

• Hết pinđiện thoại có thể được cọ xát vào quần áo, quần jean hoặc một chiếc áo len len sẽ làm được. Tĩnh điện sẽ không tồn tại lâu, nhưng nó ít nhất là một cái gì đó.
• Nếu có gần đây nước biển, bạn có thể đổ vào hai lọ hoặc ly, nối chúng bằng dây đồng, sau khi dùng giấy bạc quấn cả hai đầu. Tất nhiên, đối với tất cả những điều này, ngoài nước muối, bạn cũng sẽ cần hộp đựng, đồng và giấy bạc. Không phải là lựa chọn tốt nhất cho những tình huống khắc nghiệt.
• Thực tế hơn nhiều đinh sắt và một nhạc cụ nhỏ bằng đồng. Hai miếng kim loại nên được sử dụng làm cực dương và cực âm - một chiếc đinh trên cây gần nhất, đồng trong lòng đất. Kéo bất kỳ sợi nào giữa chúng, một thiết kế đơn giản sẽ cho khoảng một Vôn.
• Nếu sử dụng kim loại quý- vàng và bạc, nó sẽ có thể đạt được sức căng lớn hơn.

Làm thế nào để tiết kiệm điện?

Có thể có nhiều lý do khác nhau để tiết kiệm điện - mong muốn tiết kiệm môi trường, nỗ lực giảm hóa đơn hàng tháng, hoặc một số lý do khác. Nhưng các phương pháp luôn giống nhau:

Không phải lúc nào bạn cũng cần phải hạn chế bản thân trong một điều gì đó để giảm chi phí. Có một mẹo hay khác - rút phích cắm của tất cả các thiết bị khi bạn không sử dụng chúng.

Tủ lạnh, tất nhiên, không được tính. Ngay cả khi ở chế độ "standby", thiết bị cũng tiêu thụ một lượng điện nhất định. Nhưng nếu bạn suy nghĩ dù chỉ trong một giây, bạn có thể đi đến kết luận rằng bạn không cần hầu như tất cả các thiết bị trong hầu hết thời gian trong ngày. Và tất cả thời gian họ tiếp tục đốt điện của bạn .

Các công nghệ hiện đại cũng nhằm mục đích giảm mức tiêu thụ điện tổng thể. Những gì ít nhất có giá trị bóng đèn tiết kiệm năng lượng, có thể giảm chi phí chiếu sáng căn phòng xuống gấp 5 lần. Lời khuyên sống bằng "đồng hồ mặt trời" có vẻ ngông cuồng và vô lý, nhưng từ lâu người ta đã chứng minh rằng ánh sáng nhân tạo làm tăng nguy cơ trầm cảm.

Điện năng được tạo ra như thế nào?

Đi vào chi tiết khoa học:

1. Dòng điện xuất hiện do nguyên tử mất một êlectron.
2. Nguyên tử mang điện tích dương hút các hạt mang điện tích âm về phía mình.
3. Một nguyên tử khác mất electron khỏi quỹ đạo và lịch sử lặp lại chính nó.
4. Điều này giải thích sự chuyển động có hướng của dòng điện và sự hiện diện của một vectơ truyền.

Nhưng về tổng thể điện được tạo ra bởi các nhà máy điện. Chúng hoặc đốt cháy nhiên liệu, hoặc sử dụng năng lượng phân tách các nguyên tử, hoặc thậm chí có thể sử dụng các nguyên tố tự nhiên. Chúng ta đang nói về các tấm pin mặt trời, cối xay gió và nhà máy điện.

Năng lượng cơ học hoặc nhiệt năng do máy phát điện tạo ra, được biến đổi thành dòng điện. Nó tích tụ trong pin và xâm nhập vào mọi ngôi nhà thông qua đường dây điện.

Ngày nay, không cần phải biết điện đến từ đâu để có thể tận hưởng tất cả những lợi ích mà nó mang lại. Con người từ lâu đã rời xa bản chất ban đầu của sự vật và dần dần bắt đầu quên đi nó.

Video: điện từ đâu ra?

Video này sẽ cho chúng ta thấy rõ đường đi của dòng điện từ nhà máy điện đến chúng ta, nó đến từ đâu và làm thế nào nó đi vào nhà chúng ta:

Máy phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành năng lượng điện. Theo quy luật, chúng tạo ra hai loại dòng điện - một chiều và xoay chiều.

Máy phát điện một chiều và xoay chiều

Nếu chúng ta xem xét Máy phát điện một chiều, khi đó cấu tạo của nó bao gồm một stato cố định với một rôto quay và một dây quấn bổ sung. Do chuyển động của rôto sinh ra dòng điện. Máy phát điện một chiều được sử dụng chủ yếu trong ngành công nghiệp thép, tàu biển và giao thông công cộng.

Người thay thế tạo ra năng lượng bằng cách quay rôto trong từ trường. Bằng cách quay một mạch hình chữ nhật quanh một từ trường cố định, cơ năng được biến đổi thành dòng điện. Loại máy phát điện này có ưu điểm là rôto (bộ phận dẫn động chính) quay nhanh hơn máy phát điện xoay chiều.

Máy phát điện đồng bộ và không đồng bộ

Máy phát điện xoay chiều là đồng bộ và không đồng bộ. Họ khác nhau về khả năng của họ. Chúng tôi sẽ không xem xét chi tiết nguyên lý hoạt động của chúng mà sẽ chỉ tập trung vào một số tính năng.

Máy phát điện đồng bộ có cấu trúc phức tạp hơn không đồng bộ, nó tạo ra dòng điện sạch hơn và đồng thời dễ dàng chịu được quá tải khởi động. Thiết bị đồng bộ rất phù hợp để kết nối thiết bị nhạy cảm với sụt áp (máy tính, TV và các thiết bị điện tử khác nhau). Ngoài ra, chúng còn làm rất tốt việc cung cấp năng lượng cho động cơ điện và các dụng cụ điện.

Máy phát điện không đồng bộ, do thiết kế đơn giản, nó đủ khả năng chống đoản mạch. Vì lý do này, chúng được sử dụng để cấp nguồn cho thiết bị hàn và dụng cụ điện. Trong mọi trường hợp, thiết bị có độ chính xác cao không được kết nối với các thiết bị này.

Máy phát điện một pha và ba pha

Cần phải tính đến đặc tính liên quan đến loại dòng điện được tạo ra. một giai đoạn mô hình cung cấp điện 220 V, ba pha- 380 V. Đây là những thông số kỹ thuật rất quan trọng mà người mua nào cũng cần biết.

Mô hình một pha được coi là phổ biến nhất, vì chúng thường được sử dụng cho các nhu cầu trong nước. Ba pha cho phép bạn cung cấp điện trực tiếp cho các cơ sở công nghiệp lớn, các tòa nhà và toàn bộ làng mạc.

Trước khi mua một máy phát điện, bạn cần phải có một số thông tin kỹ thuật nhất định, hiểu chúng khác nhau như thế nào, vì điều này sẽ giúp bạn chọn một mô hình phù hợp, cụ thể cho nhu cầu của bạn, cũng như tránh được những rắc rối không cần thiết và tiết kiệm tiền.

LLC "Kronvus-South" bán và sản xuất, và bạn có thể mua với giá hời.

Máy phát điện là một máy hoặc một công trình lắp đặt được thiết kế để biến đổi năng lượng phi điện thành năng lượng điện: cơ năng thành điện năng, hóa năng thành điện năng, nhiệt năng thành điện năng, v.v ... năng lượng thành điện năng.

Nó có thể là máy phát điện di động chạy dầu hoặc xăng, máy phát điện từ nhà máy điện hạt nhân, máy phát điện trên ô tô, máy phát điện tự chế từ động cơ điện không đồng bộ hoặc máy phát tốc độ thấp cho cối xay gió công suất thấp. Ở phần cuối của bài viết, chúng ta sẽ xem xét hai trong số các máy phát điện phổ biến nhất làm ví dụ, nhưng trước tiên chúng ta sẽ nói về cách chúng hoạt động.

Bằng cách này hay cách khác, theo quan điểm vật lý, nguyên tắc hoạt động của mỗi máy phát cơ đều giống nhau: khi đường sức của từ trường xuyên qua vật dẫn, cảm ứng EMF xuất hiện trong vật dẫn này. Các nguồn lực dẫn đến sự chuyển động lẫn nhau của vật dẫn và từ trường có thể là các quá trình khác nhau, tuy nhiên, do đó, máy phát điện luôn cần nhận EMF và dòng điện để cung cấp năng lượng cho tải.

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện - Định luật Faraday

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện được nhà vật lý người Anh Michael Faraday tìm ra vào năm 1831. Nguyên tắc này sau đó được gọi là định luật Faraday. Nó nằm trong thực tế là khi một vật dẫn đi qua một từ trường vuông góc, thì một hiệu điện thế phát sinh ở hai đầu của vật dẫn này.

Máy phát điện đầu tiên do chính Faraday chế tạo theo nguyên lý mà ông đã khám phá ra, đó là "Faraday disk" - một máy phát điện đơn cực trong đó một đĩa đồng quay giữa các cực của nam châm hình móng ngựa. Thiết bị đã cho một dòng điện đáng kể ở điện áp thấp.

Sau đó, người ta phát hiện ra rằng các dây dẫn cách điện riêng lẻ trong máy phát điện có hiệu quả hơn nhiều theo quan điểm thực tế so với đĩa dẫn điện rắn. Và trong máy phát điện hiện đại, người ta sử dụng cuộn dây của stato (trong trường hợp minh họa đơn giản nhất là cuộn dây).

Máy phát điện

Phần lớn các máy phát điện hiện đại là máy phát điện xoay chiều đồng bộ. Chúng có một cuộn dây phần ứng trên stato, từ đó năng lượng điện sinh ra được chuyển hướng. Trên rôto đặt một cuộn dây từ trường, trong đó có dòng điện một chiều chạy qua một cặp vành trượt để thu được từ trường quay từ rôto quay.

Do hiện tượng cảm ứng điện từ, khi rôto quay từ ổ đĩa ngoài (ví dụ, từ động cơ đốt trong), từ thông của nó lần lượt cắt nhau từng pha của cuộn dây stato, và do đó tạo ra EMF trong chúng.

Thông thường, có ba pha, chúng được dịch chuyển vật lý ở vị trí neo so với nhau 120 độ, do đó thu được dòng điện hình sin ba pha. Các giai đoạn có thể được kết nối theo lược đồ "sao" hoặc "tam giác" để lấy.

Tần số của EMF hình sin f tỉ lệ với tốc độ rôto: f = np / 60, trong đó - p là số cặp cực từ của rôto, n là số vòng quay rôto trong một phút. Thông thường, tốc độ rôto tối đa là 3000 vòng / phút. Nếu bạn kết nối bộ chỉnh lưu ba pha với cuộn dây stato của máy phát điện đồng bộ như vậy, bạn sẽ có máy phát điện một chiều (nhân tiện, đây là cách tất cả các máy phát điện trên ô tô hoạt động).

Máy phát điện đồng bộ ba máy

Tất nhiên, máy phát điện đồng bộ cổ điển có một nhược điểm nghiêm trọng - các vòng trượt và chổi than liền kề với chúng nằm trên rôto. Chổi đánh lửa và mòn do ma sát và xói mòn điện. Điều này không được phép trong một môi trường dễ cháy nổ. Do đó, máy phát điện đồng bộ không tiếp điểm, đặc biệt là máy ba máy, phổ biến hơn trong ngành hàng không và máy phát diesel.

Đối với thiết bị ba máy, ba máy được lắp trong một vỏ: máy kích từ trước, máy kích từ và máy phát - trên một trục chung. Preexciter là máy phát điện đồng bộ, nó được kích thích bằng nam châm vĩnh cửu trên trục, điện áp do nó tạo ra được đưa vào cuộn dây stator của máy kích từ.

Stato máy kích thích tác động lên dây quấn trên rôto, được nối với bộ chỉnh lưu ba pha được gắn cố định trên đó, từ đó cấp nguồn cho cuộn dây kích từ chính của máy phát. Máy phát điện tạo ra dòng điện trong stato của nó.

Máy phát điện di động khí, diesel và xăng

Ngày nay, ở các hộ gia đình sử dụng động cơ đốt trong làm động cơ truyền động rất phổ biến - động cơ đốt trong truyền chuyển động cơ quay cho rôto máy phát điện.

Máy phát điện sử dụng nhiên liệu lỏng có bình chứa nhiên liệu, máy tạo khí cần cung cấp nhiên liệu thông qua một đường ống để khí sau đó được đưa vào bộ chế hòa khí, tại đây nó biến thành một phần không thể thiếu của hỗn hợp nhiên liệu.

Trong mọi trường hợp, hỗn hợp nhiên liệu được đốt cháy trong hệ thống piston, làm cho trục khuỷu quay. Nó tương tự như cách động cơ ô tô hoạt động. Trục khuỷu làm quay rôto của máy phát điện đồng bộ không tiếp xúc (máy phát điện xoay chiều).

Andrey Povny

Đây là chuyển động có trật tự của các hạt mang điện nhất định. Để sử dụng thành thạo các tiềm năng của điện năng, cần phải hiểu rõ tất cả các nguyên lý của thiết bị và hoạt động của dòng điện. Vì vậy, chúng ta hãy tìm hiểu công việc và công suất hiện tại là gì.

Dòng điện do đâu mà có?

Bất chấp sự đơn giản rõ ràng của câu hỏi, rất ít người có thể đưa ra câu trả lời dễ hiểu cho nó. Tất nhiên, ngày nay, khi công nghệ đang phát triển với tốc độ đáng kinh ngạc, một người không đặc biệt nghĩ đến những điều sơ đẳng như nguyên lý hoạt động của dòng điện. Điện từ đâu ra? Chắc chắn nhiều người sẽ trả lời "Tất nhiên là từ ổ cắm" hoặc chỉ đơn giản là nhún vai. Trong khi đó, điều rất quan trọng là phải hiểu cách thức hoạt động của dòng điện. Điều này không chỉ các nhà khoa học mà cả những người không có mối liên hệ nào với thế giới khoa học biết đến, vì sự phát triển đa năng nói chung của họ. Nhưng để có thể sử dụng chính xác nguyên lý hoạt động hiện nay không phải ai cũng biết.

Vì vậy, trước tiên bạn cần hiểu rằng điện không tự phát sinh: nó được tạo ra bởi các máy phát điện đặc biệt đặt tại các nhà máy điện khác nhau. Nhờ hoạt động quay các cánh của tuabin, hơi nước thu được khi đun nóng nước với than hoặc dầu tạo ra năng lượng, sau đó được chuyển thành điện năng với sự hỗ trợ của máy phát điện. Máy phát điện rất đơn giản: ở trung tâm của thiết bị là một nam châm cực lớn và rất mạnh, làm cho các điện tích di chuyển dọc theo dây đồng.

Làm thế nào để điện đến nhà của chúng ta?

Sau khi đã thu được một lượng điện nhất định với sự trợ giúp của năng lượng (nhiệt năng hoặc hạt nhân), nó có thể được cung cấp cho con người. Việc cung cấp điện như vậy có tác dụng như sau: để điện đến được tất cả các chung cư và xí nghiệp thì phải “đẩy”. Và đối với điều này, bạn cần phải tăng lực sẽ làm điều đó. Nó được gọi là hiệu điện thế của dòng điện. Nguyên lý hoạt động như sau: dòng điện đi qua máy biến áp làm tăng điện áp của nó. Hơn nữa, dòng điện chạy qua các dây cáp được lắp đặt sâu dưới lòng đất hoặc trên độ cao (vì điện áp đôi khi lên đến 10.000 vôn, gây chết người). Khi dòng điện đến đích, nó lại phải đi qua máy biến áp, lúc này sẽ làm giảm điện áp của nó. Sau đó, nó đi qua dây dẫn đến các tấm chắn được lắp đặt trong các tòa nhà chung cư hoặc các tòa nhà khác.

Dòng điện đi qua dây dẫn có thể được sử dụng nhờ vào hệ thống ổ cắm, kết nối các thiết bị gia dụng với chúng. Các dây điện bổ sung được mang trong tường, qua đó dòng điện chạy qua, và nhờ nó, hệ thống chiếu sáng và tất cả các thiết bị trong nhà hoạt động.

Công việc hiện tại là gì?

Năng lượng mà dòng điện mang trong mình được chuyển đổi theo thời gian thành ánh sáng hoặc nhiệt. Ví dụ, khi chúng ta bật đèn, dạng năng lượng điện được chuyển thành ánh sáng.

Nói theo một ngôn ngữ dễ tiếp cận, hoạt động của dòng điện là hoạt động mà chính điện năng tạo ra. Hơn nữa, nó có thể được tính toán rất dễ dàng bằng công thức. Dựa vào định luật bảo toàn cơ năng, ta có thể kết luận rằng năng lượng điện không hề biến mất, nó biến đổi hoàn toàn hoặc một phần sang dạng khác, đồng thời toả ra một lượng nhiệt nhất định. Nhiệt lượng này là công của dòng điện khi đi qua vật dẫn và nóng lên (xảy ra quá trình trao đổi nhiệt). Đây là cách công thức Joule-Lenz có dạng: A \ u003d Q \ u003d U * I * t (công bằng nhiệt lượng hoặc tích của công suất hiện tại và thời gian nó chạy qua vật dẫn).

Dòng điện một chiều có nghĩa là gì?

Dòng điện gồm hai loại: xoay chiều và một chiều. Chúng khác nhau ở chỗ cái sau không đổi hướng, nó có hai kẹp (dương "+" và âm "-") và luôn bắt đầu chuyển động từ "+". Và dòng điện xoay chiều có hai thiết bị đầu cuối - pha và không. Chính vì sự hiện diện của một pha ở cuối dây dẫn mà nó còn được gọi là một pha.

Nguyên tắc hoạt động của thiết bị tạo dòng điện xoay chiều một pha và một chiều hoàn toàn khác nhau: không giống như một chiều, dòng điện xoay chiều thay đổi cả hướng của nó (tạo thành dòng cả từ pha về phía 0 và từ không về phía pha), và độ lớn của nó . Vì vậy, ví dụ, dòng điện xoay chiều thay đổi định kỳ giá trị của điện tích của nó. Hóa ra ở tần số 50 Hz (50 dao động / giây), các êlectron đổi hướng chuyển động đúng 100 lần.

Dòng điện một chiều được sử dụng ở đâu?

Dòng điện một chiều có một số đặc điểm. Do thực tế là nó chảy hoàn toàn theo một hướng, nên việc chuyển đổi nó sẽ khó khăn hơn. Các phần tử sau đây có thể được coi là nguồn của dòng điện một chiều:

• pin (cả kiềm và axit);
• pin thông thường được sử dụng trong các thiết bị nhỏ;
• cũng như các thiết bị khác nhau như bộ chuyển đổi.

Hoạt động DC

Đặc điểm chính của nó là gì? Đây là công việc và quyền lực hiện tại, và cả hai khái niệm này có liên quan rất chặt chẽ với nhau. Power có nghĩa là tốc độ làm việc trên một đơn vị thời gian (trên 1 s). Theo định luật Joule-Lenz, ta thu được công của dòng điện một chiều bằng tích của cường độ dòng điện, hiệu điện thế và thời gian hoàn thành công của điện trường để chuyển các điện tích. vật dẫn.

Đây là cách công thức tính công của dòng điện, có tính đến định luật điện trở Ohm trong dây dẫn, có dạng như sau: A \ u003d I 2 * R * t (công bằng bình phương cường độ dòng điện nhân với giá trị của điện trở của vật dẫn và một lần nữa nhân với giá trị của thời gian thực hiện công).

Dòng điện là dạng năng lượng chính thực hiện công việc hữu ích trong mọi lĩnh vực của đời sống con người. Nó thiết lập các cơ chế chuyển động khác nhau, cung cấp ánh sáng, sưởi ấm các ngôi nhà và làm sống động cả một loạt các thiết bị đảm bảo sự tồn tại thoải mái của chúng ta trên hành tinh. Quả thật, loại năng lượng này là phổ quát. Bất cứ thứ gì có thể thu được từ nó, và thậm chí là sự hủy diệt lớn nếu sử dụng một cách không khéo léo.

Nhưng đã có lúc các hiệu ứng điện vẫn tồn tại trong tự nhiên nhưng không giúp ích được gì cho con người. Có những cái gì đã thay đổi từ hồi đó? Con người bắt đầu nghiên cứu các hiện tượng vật lý và cho ra đời những cỗ máy thú vị - bộ chuyển đổi, nói chung, đã tạo ra một bước nhảy vọt mang tính cách mạng trong nền văn minh của chúng ta, cho phép một người nhận năng lượng này từ năng lượng khác.

Vì vậy, mọi người đã học cách tạo ra điện từ kim loại thông thường, nam châm và chuyển động cơ học - đó là tất cả. Máy phát điện được chế tạo có khả năng tạo ra dòng năng lượng khổng lồ, được tính bằng megawatt. Nhưng điều thú vị là nguyên lý hoạt động của những chiếc máy này không quá phức tạp và có thể rõ ràng ngay cả với một thiếu niên. Là gì Chúng ta hãy cố gắng để hiểu vấn đề này.

Ảnh hưởng của cảm ứng điện từ

Cơ sở để xuất hiện dòng điện trong vật dẫn là suất điện động - EMF. Nó có thể làm cho các hạt mang điện chuyển động, có rất nhiều trong bất kỳ kim loại nào. Lực này chỉ xuất hiện khi vật dẫn chịu sự thay đổi cường độ của từ trường. Bản thân hiệu ứng này được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. EMF càng lớn thì tốc độ thay đổi thông lượng của sóng từ trường càng lớn. Nghĩa là, có thể di chuyển một dây dẫn đến gần một nam châm vĩnh cửu, hoặc tác động vào một dây cố định bởi trường của nam châm điện, làm thay đổi cường độ của nó, thì hiệu ứng sẽ giống nhau - dòng điện sẽ xuất hiện trong dây dẫn.

Các nhà khoa học Oersted và Faraday đã nghiên cứu vấn đề này trong nửa đầu thế kỷ 19. Họ cũng phát hiện ra hiện tượng vật lý này. Sau đó, máy phát điện và động cơ điện được tạo ra trên cơ sở hiện tượng cảm ứng điện từ. Điều thú vị là các máy này có thể dễ dàng chuyển đổi thành nhau.

Cách hoạt động của máy phát điện một chiều và xoay chiều

Rõ ràng máy phát điện là máy điện cơ tạo ra dòng điện. Nhưng trên thực tế, nó là một bộ chuyển đổi năng lượng: gió, nước, nhiệt, bất cứ thứ gì trong EMF, vốn đã tạo ra dòng điện trong dây dẫn. Thiết bị của bất kỳ máy phát điện nào về cơ bản không khác gì một mạch dẫn kín quay giữa các cực của nam châm, như trong các thí nghiệm đầu tiên của các nhà khoa học. Chỉ độ lớn của từ thông tạo bởi nam châm điện vĩnh cửu mạnh hoặc thường xuyên hơn là lớn hơn nhiều. Mạch kín có dạng cuộn dây nhiều vòng, trong máy phát điện hiện đại không phải là một mà có ít nhất là ba. Tất cả điều này được thực hiện để nhận được nhiều EMF nhất có thể.

Máy phát điện xoay chiều (hoặc DC) tiêu chuẩn bao gồm:

• Quân đoàn. Thực hiện chức năng của một khung, bên trong có gắn một stato với các cực nam châm điện. Nó chứa các ổ lăn của trục rôto. Nó được làm bằng kim loại, nó cũng bảo vệ toàn bộ phần điền bên trong của máy.
• Stato với các cực từ. Trên nó cố định một cuộn dây kích từ kích từ. Nó được làm bằng thép sắt từ.
• Rotor hoặc mỏ neo.Đây là bộ phận chuyển động của máy phát điện, trục của nó được dẫn động bởi một lực ngoại lai. Trên lõi phần ứng đặt một cuộn dây tự kích từ, tại đây sinh ra dòng điện.
• Chuyển đổi nút. Phần tử kết cấu này dùng để chuyển hướng dòng điện từ trục chuyển động của rôto. Nó bao gồm các vòng dẫn điện được kết nối di động với các tiếp điểm trượt bằng than chì.

Tạo ra dòng điện một chiều

Trong máy phát điện tạo ra dòng điện một chiều, mạch dẫn quay trong không gian bão hòa từ. Hơn nữa, trong một thời điểm quay nhất định, mỗi nửa đoạn mạch ở gần một cực này hoặc một cực khác. Điện tích trong vật dẫn chuyển động theo một chiều trong nửa chu kỳ này.

Để loại bỏ các hạt, một cơ chế loại bỏ năng lượng đã được thực hiện. Điểm đặc biệt của nó là mỗi nửa cuộn dây (khung) được nối với một nửa vòng dẫn điện. Các bán dẫn không được đóng vào nhau, nhưng được cố định trên một vật liệu điện môi. Trong khoảng thời gian một phần của cuộn dây bắt đầu vượt qua một cực nào đó, nửa vòng dây được đóng vào mạch điện bằng các nhóm tiếp điểm chổi than. Nó chỉ ra rằng chỉ có một loại tiềm năng đến với mỗi thiết bị đầu cuối.

Đúng hơn nếu gọi năng lượng không phải là hằng số, mà là dao động, với một cực không thay đổi. Ripple gây ra bởi thực tế là từ thông trên dây dẫn trong quá trình quay có cả tác dụng cực đại và cực tiểu. Để cân bằng độ gợn sóng này, một số cuộn dây trên rôto và tụ điện mạnh được sử dụng ở đầu vào của mạch. Để giảm tổn thất từ ​​thông, người ta làm tối thiểu khe hở giữa phần ứng và stato.

Mạch điện xoay chiều

Khi bộ phận chuyển động của thiết bị tạo dòng điện quay, EMF cũng được tạo ra trong các dây dẫn vòng, như trong máy phát điện một chiều. Nhưng một tính năng nhỏ - thiết bị nút thu phát điện có một thứ khác. Trong đó, mỗi thiết bị đầu cuối được kết nối với vòng dẫn điện của riêng nó.

Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều như sau: khi một nửa cuộn dây đi gần một cực (cực còn lại gần cực ngược lại) thì dòng điện trong mạch chuyển động theo một chiều từ cực tiểu đến giá trị cao nhất và ngược lại. về không. Ngay sau khi các cuộn dây thay đổi vị trí của chúng so với các cực, dòng điện bắt đầu chuyển động ngược chiều với cùng một hình thức.

Đồng thời ở đầu vào của mạch thu được dạng tín hiệu có dạng hình sin với nửa tần số sóng ứng với chu kỳ quay của trục rôto. Để thu được tín hiệu ổn định ở đầu ra, trong đó tần số của máy phát điện không đổi thì chu kỳ quay của phần cơ phải không đổi.

loại khí

Các thiết kế của máy phát điện hiện nay, trong đó plasma dẫn điện, chất lỏng hoặc khí được sử dụng làm vật mang điện tích thay vì khung kim loại, được gọi là máy phát MHD. Các chất dưới áp suất được chuyển động trong một từ trường. Dưới ảnh hưởng của cùng một EMF của cảm ứng, các hạt mang điện chuyển động có hướng, tạo ra dòng điện. Độ lớn của dòng điện tỷ lệ thuận với tốc độ truyền qua từ thông, cũng như công suất của nó.

Máy phát điện MHD có giải pháp thiết kế đơn giản hơn - chúng không có cơ chế quay rôto. Những bộ nguồn như vậy có khả năng cung cấp một lượng lớn năng lượng trong thời gian ngắn. Chúng được sử dụng như thiết bị dự phòng và trong các tình huống khẩn cấp. Hệ số xác định hành động hữu ích (COP) của các máy này cao hơn của máy phát điện.

Máy phát điện đồng bộ

Có những loại máy phát điện thay thế như vậy:

• Máy móc đồng bộ.
• Máy móc không đồng bộ.

Máy phát điện xoay chiều đồng bộ có mối quan hệ vật lý chặt chẽ giữa chuyển động quay của rôto và điện năng. Trong các hệ thống như vậy, rôto là một nam châm điện được lắp ráp từ lõi, cực và các cuộn dây kích thích. Loại thứ hai được cấp điện từ nguồn DC bằng chổi và tiếp điểm vòng. Stato là một cuộn dây nối với nhau theo nguyên tắc hình sao có điểm chung - điểm không. EMF đã được tạo ra trong chúng và dòng điện được tạo ra.

Trục rôto được dẫn động bởi ngoại lực, thường là tuabin, có tốc độ đồng bộ và không đổi. Mạch điện nối với máy phát điện như vậy là mạch điện ba pha, tần số của dòng điện trong một đường dây lệch pha 120 độ so với các đường dây khác. Để có được hình sin chính xác, hướng của từ thông trong khe hở giữa các phần của stato và rôto được quy định bởi thiết kế của phần sau.

Sự kích thích của máy phát điện xoay chiều được thực hiện bằng hai phương pháp:

1. Tiếp xúc.
2. Không tiếp xúc.

Trong mạch kích từ tiếp điểm, điện năng được cung cấp cho các cuộn dây của nam châm điện thông qua một cặp chổi than từ một máy phát điện khác. Máy phát điện này có thể được kết hợp với trục chính. Nó thường có ít công suất hơn, nhưng đủ để tạo ra một từ trường mạnh.

Nguyên tắc không tiếp xúc quy định rằng máy phát điện đồng bộ có thêm các cuộn dây ba pha trên trục, trong đó EMF được tạo ra trong quá trình quay và điện được tạo ra. Nó được đưa qua mạch chỉnh lưu vào các cuộn dây kích từ của rôto. Về mặt cấu trúc, không có tiếp điểm chuyển động nào trong một hệ thống như vậy, điều này giúp đơn giản hóa hệ thống, làm cho nó trở nên đáng tin cậy hơn.

Máy phát điện không đồng bộ

Có một máy phát điện xoay chiều không đồng bộ. Thiết bị của nó khác với thiết bị đồng bộ. Nó không có sự phụ thuộc chính xác của EMF vào tần số mà trục rôto quay. Có một thứ gọi là "độ trượt S", đặc trưng cho sự khác biệt về ảnh hưởng này. Lượng trượt được xác định bằng tính toán, do đó sai lầm khi nghĩ rằng không có sự đều đặn trong quá trình cơ điện trong động cơ cảm ứng.

Nếu máy phát chạy không tải thì dòng điện chạy trong các cuộn dây sẽ tạo ra từ thông ngăn cản rôto quay ở một tần số nhất định. Đây là cách trượt được hình thành, ảnh hưởng tự nhiên đến việc sản xuất EMF.

Máy phát điện xoay chiều không đồng bộ hiện đại có thiết bị bộ phận chuyển động ở ba phiên bản khác nhau:

1. rôto rỗng.
2. rôto lồng sóc.
3. Rôto pha.

Những máy như vậy có thể tự kích thích và độc lập. Sơ đồ đầu tiên được thực hiện bằng cách bao gồm các tụ điện và bộ chuyển đổi bán dẫn trong cuộn dây. Một loại kích từ độc lập được tạo ra bởi một nguồn xoay chiều bổ sung.

Mạch chuyển mạch máy phát điện

Tất cả các nguồn điện trên đường dây tải điện có công suất lớn đều tạo ra dòng điện ba pha. Chúng chứa ba cuộn dây, trong đó dòng điện xoay chiều được hình thành với pha lệch pha nhau bằng 1/3 chu kỳ. Nếu xét từng cuộn dây riêng lẻ của nguồn điện như vậy thì ta được dòng điện xoay chiều một pha đi vào đường dây. Máy phát điện có thể tạo ra hiệu điện thế hàng chục nghìn vôn. người tiêu dùng nhận được từ máy biến áp phân phối.

Bất kỳ máy phát điện nào cũng có thiết bị cuộn dây tiêu chuẩn, nhưng có hai kiểu kết nối với tải:

• ngôi sao;
• Tam giác.

Nguyên tắc hoạt động của một máy phát điện xoay chiều do một ngôi sao bật liên quan đến sự kết hợp của tất cả các dây (không) thành một, đi từ tải trở lại máy phát điện. Điều này là do thực tế là tín hiệu (dòng điện) được truyền chủ yếu qua dây ra của cuộn dây (tuyến tính), được gọi là pha. Trong thực tế, điều này rất thuận tiện, vì bạn không cần phải kéo thêm ba dây để kết nối người tiêu dùng. Hiệu điện thế giữa các dây đường dây và đường dây và dây trung tính sẽ khác nhau.

Bằng cách kết nối các cuộn dây của máy phát điện với hình tam giác, chúng được đóng với nhau nối tiếp trong một mạch. Từ các điểm kết nối của chúng, các đường dây được dẫn đến người tiêu dùng. Khi đó, một dây trung tính là không cần thiết, và điện áp trên mỗi đường sẽ giống nhau bất kể tải.

Ưu điểm của dòng điện ba pha so với dòng điện một pha là độ gợn sóng thấp hơn khi được chỉnh lưu. Điều này có ảnh hưởng tích cực đến các thiết bị được cấp nguồn, đặc biệt là động cơ điện một chiều. Ngoài ra, dòng điện ba pha tạo ra từ thông quay của từ trường, có khả năng tạo ra động cơ không đồng bộ mạnh mẽ.

Trường hợp áp dụng máy phát điện một chiều và xoay chiều

Máy phát điện một chiều có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn nhiều so với máy điện xoay chiều. Có thiết kế phức tạp hơn thiết kế sau, chúng vẫn được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp.

Chúng chủ yếu được sử dụng làm bộ truyền động tốc độ cao trong các máy cần điều khiển tốc độ, ví dụ, trong các cơ cấu gia công kim loại, tời kéo mỏ, máy cán. Trong vận tải, những máy phát điện như vậy được lắp đặt trên các đầu máy diesel và các loại tàu khác nhau. Nhiều mô hình tuabin gió được lắp ráp trên cơ sở nguồn điện áp một chiều.

Máy phát điện một chiều cho các mục đích đặc biệt được sử dụng trong hàn, để kích thích cuộn dây của máy phát điện đồng bộ, làm bộ khuếch đại một chiều, để cấp nguồn cho các lắp đặt điện phân và điện.

Mục đích của máy phát điện là tạo ra điện ở quy mô công nghiệp. Loại năng lượng này đã được Nikola Tesla ban tặng cho loài người. Tại sao dòng điện thay đổi cực, chứ không phải dòng không đổi, lại được ứng dụng rộng rãi? Điều này là do thực tế là trong quá trình truyền tải điện áp trực tiếp, có tổn thất lớn trong dây dẫn. Và dây càng dài, tổn thất càng cao. Điện áp xoay chiều có thể được vận chuyển trên một khoảng cách rộng lớn với chi phí thấp hơn nhiều. Hơn nữa, có thể dễ dàng chuyển đổi điện áp xoay chiều (hạ và nâng cao) do máy phát điện 220 V tạo ra.

Sự kết luận

Con người chưa hoàn toàn biết cái nào thấm vào mọi thứ xung quanh. Và năng lượng điện chỉ là một phần nhỏ trong những bí mật còn bỏ ngỏ của vũ trụ. Những chiếc máy mà chúng ta gọi là máy phát điện về bản chất rất đơn giản, nhưng những gì chúng có thể mang lại cho chúng ta thật tuyệt vời. Tuy nhiên, điều kỳ diệu thực sự ở đây không nằm ở công nghệ, mà nằm ở suy nghĩ của con người, thứ có thể thâm nhập vào kho ý tưởng vô tận tràn ngập trong không gian!