Generatorius – prietaisas, gaminantis gaminį, generuojantis elektros energiją arba sukuriantis elektromagnetinius, elektrinius, garso, šviesos virpesius ir impulsus. Atsižvelgiant į jų funkcijas, jie gali būti suskirstyti į tipus, kuriuos mes apsvarstysime toliau.
DC generatorius
Norint suprasti nuolatinės srovės generatoriaus veikimo principą, reikia išsiaiškinti pagrindines jo charakteristikas, būtent pagrindinių dydžių, lemiančių įrenginio veikimą taikomoje sužadinimo grandinėje, priklausomybes.
Pagrindinis dydis yra įtampa, kurią įtakoja generatoriaus sukimosi greitis, srovės sužadinimas ir apkrova.
Pagrindinis nuolatinės srovės generatoriaus veikimo principas priklauso nuo energijos padalijimo poveikio pagrindinio poliaus magnetiniam srautui ir atitinkamai nuo įtampos, gaunamos iš kolektoriaus, o šepečių padėtis ant jo nesikeičia. Įrenginiams su papildomais poliais elementai yra išdėstyti taip, kad srovės atskyrimas visiškai sutampa su geometriniu neutralumu. Dėl šios priežasties jis pasislinks išilgai armatūros sukimosi linijos į optimalią komutavimo padėtį, o po to šioje padėtyje pritvirtins šepečių laikiklius.
Kintamosios srovės generatorius
Kintamosios srovės generatoriaus veikimo principas pagrįstas mechaninės energijos pavertimu elektros energija dėl vielos ritės sukimosi sukurtame magnetiniame lauke. Šis prietaisas susideda iš stacionaraus magneto ir vielinio rėmo. Kiekvienas jo galas yra sujungtas vienas su kitu naudojant slydimo žiedą, kuris slysta virš elektrai laidžio anglies šepetėlio. Dėl šios schemos elektros indukuota srovė pradeda judėti į vidinį slydimo žiedą tuo momentu, kai prie jo prijungta rėmo pusė praeina pro šiaurinį magneto polių ir, atvirkščiai, į išorinį žiedą tuo momentu, kai kita dalis eina pro šiaurės ašigalį.
Ekonomiškiausias būdas, kuriuo grindžiamas generatoriaus veikimo principas, yra stipri generacija. Šis reiškinys gaunamas naudojant vieną magnetą, kuris sukasi kelių apvijų atžvilgiu. Jei jis įkištas į vielos ritę, jis pradės indukuoti elektros srovę, todėl galvanometro adata nukryps nuo „0“ padėties. Nuėmus magnetą nuo žiedo, srovė pakeis kryptį, o prietaiso rodyklė pradės nukrypti į kitą pusę.
Automobilio generatorius
Dažniausiai jį galima rasti variklio priekyje, pagrindinė darbo dalis – alkūninio veleno sukimas. Nauji automobiliai gali pasigirti hibridiniu tipu, kuris taip pat tarnauja kaip starteris.
Automobilio generatoriaus veikimo principas yra įjungti degimą, kurio metu srovė juda per slydimo žiedus ir nukreipiama į šarminį bloką, o tada eina atsukti sužadinimo. Dėl šio veiksmo susidarys magnetinis laukas.
Kartu su alkūniniu velenu savo darbą pradeda rotorius, kuris sukuria bangas, kurios prasiskverbia pro statoriaus apviją. Atsukimo išėjime pradeda atsirasti kintamoji srovė. Kai generatorius veikia savaiminio sužadinimo režimu, sukimosi greitis padidėja iki tam tikros vertės, tada kintamoji įtampa lygintuvo bloke pradeda keistis į pastovią. Galų gale įrenginys aprūpins vartotojus reikiama elektros energija, o akumuliatorius – srovę.
Automobilio generatoriaus veikimo principas yra pakeisti alkūninio veleno greitį arba keisti apkrovą, kuriai esant įjungiamas įtampos reguliatorius, jis kontroliuoja laiką, kada įjungiamas sužadinimo atsukimas. Sumažėjus išorinėms apkrovoms arba padidėjus rotoriaus sukimui, lauko apvijos perjungimo laikotarpis žymiai sumažėja. Tuo metu, kai srovė padidėja tiek, kad generatorius nustoja susidoroti, baterija pradeda veikti.
Šiuolaikiniuose automobiliuose prietaisų skydelyje yra įspėjamoji lemputė, kuri praneša vairuotojui apie galimus generatoriaus nukrypimus.
Elektros generatorius
Elektros generatoriaus veikimo principas – mechaninę energiją paversti elektriniu lauku. Pagrindiniai tokios jėgos šaltiniai gali būti vanduo, garai, vėjas ir vidaus degimo variklis. Generatoriaus veikimo principas pagrįstas jungtine magnetinio lauko ir laidininko sąveika, būtent rėmo sukimosi momentu jį pradeda kirsti magnetinės indukcijos linijos, ir šiuo metu atsiranda elektrovaros jėga. Dėl to srovė teka per rėmą naudojant slydimo žiedus ir patenka į išorinę grandinę.
Atsargų generatoriai
Šiandien labai populiarėja inverterinis generatorius, kurio principas – sukurti autonominį maitinimo šaltinį, gaminantį kokybišką elektros energiją. Tokie įrenginiai naudojami kaip laikini ir nuolatiniai maitinimo šaltiniai. Dažniausiai jie naudojami ligoninėse, mokyklose ir kitose įstaigose, kur neturėtų būti net menkiausių įtampos šuolių. Visa tai galima pasiekti naudojant inverterio generatorių, kurio veikimo principas pagrįstas pastovumu ir pagal šią schemą:
- Aukšto dažnio kintamos srovės generavimas.
- Lygintuvo dėka susidariusi srovė paverčiama nuolatine.
- Tada baterijose susidaro srovės sankaupa ir stabilizuojasi elektrinių bangų svyravimai.
- Inverterio pagalba tiesioginė energija pakeičiama į norimos įtampos ir dažnio kintamąją srovę ir tiekiama vartotojui.
Dyzelinis generatorius
Dyzelinio generatoriaus veikimo principas yra paversti kuro energiją į elektros energiją, kurios pagrindiniai veiksmai yra šie:
- kai kuras patenka į dyzelinį variklį, jis pradeda degti, o po to iš cheminės medžiagos virsta šilumine energija;
- dėl alkūninio mechanizmo šiluminė jėga paverčiama mechanine jėga, visa tai vyksta alkūniniame velene;
- Gauta energija rotoriaus pagalba paverčiama elektros energija, kurios reikia išėjime.
Sinchroninis generatorius
Sinchroninio generatoriaus veikimo principas pagrįstas vienodu statoriaus ir rotoriaus magnetinio lauko sukimosi grynumu, kuris kartu su poliais sukuria magnetinį lauką, kuris kerta statoriaus apviją. Šiame įrenginyje rotorius yra nuolatinis elektromagnetas, kurio polių skaičius gali prasidėti nuo 2 ir daugiau, tačiau jie turi būti kartotiniai iš 2.
Įjungus generatorių, rotorius sukuria silpną lauką, tačiau padidinus greitį lauko apvijoje pradeda atsirasti didesnė jėga. Gauta įtampa tiekiama į įrenginį per automatinį valdymo bloką ir valdo išėjimo įtampą dėl magnetinio lauko pokyčių. Pagrindinis generatoriaus veikimo principas yra didelis išeinančios įtampos stabilumas, tačiau trūkumas yra didelė srovės perkrovų galimybė. Norėdami pridėti prie neigiamų savybių, galite pridėti šepetėlio komplektą, kurį tam tikru metu vis tiek reikės aptarnauti, ir tai, žinoma, reikalauja papildomų finansinių išlaidų.
Asinchroninis generatorius
Generatoriaus veikimo principas yra nuolatinis stabdymo režimas, kai rotorius sukasi į priekį, bet vis tiek toje pačioje padėtyje kaip ir magnetinis laukas ties statoriumi.
Priklausomai nuo naudojamos apvijos tipo, rotorius gali būti fazinis arba trumpasis jungimas. Sukamasis magnetinis laukas, sukurtas pagalbinės apvijos pagalba, pradeda jį indukuoti ant rotoriaus, kuris sukasi kartu su juo. Išėjimo dažnis ir įtampa tiesiogiai priklauso nuo apsisukimų skaičiaus, nes magnetinis laukas nėra reguliuojamas ir išlieka nepakitęs.
Elektrocheminis generatorius
Taip pat yra elektrocheminis generatorius, kurio įtaisas ir veikimo principas – automobilyje iš vandenilio generuoti elektros energiją jo judėjimui ir maitinti visus elektros prietaisus. Šis aparatas yra cheminis, nes jis gamina energiją deguonies ir vandenilio reakcijos metu, kuris dujinėje būsenoje naudojamas kurui gaminti.
Akustinio triukšmo generatorius
Akustinių trukdžių generatoriaus veikimo principas – apsaugoti organizacijas ir asmenis nuo pokalbių ir įvairių įvykių pasiklausymo. Jie gali būti stebimi per langų stiklą, sienas, vėdinimo sistemas, šildymo vamzdžius, radijo mikrofonus, laidinius mikrofonus ir lazerinius įrenginius, skirtus gautai akustinei informacijai iš langų fiksuoti.
Todėl įmonės labai dažnai savo konfidencialios informacijos apsaugai naudoja generatorių, kurio prietaisas ir veikimo principas yra suderinti įrenginį tam tikram dažniui, jei jis žinomas, arba tam tikram diapazonui. Tada sukuriami universalūs trukdžiai triukšmo signalo pavidalu. Šiam tikslui pačiame įrenginyje yra reikiamos galios triukšmo generatorius.
Taip pat yra generatorių, kurie yra triukšmo diapazone, kurių dėka galite užmaskuoti naudingą garso signalą. Į šį rinkinį įeina triukšmą generuojantis blokas, taip pat jo stiprinimo ir akustiniai skleidėjai. Pagrindinis tokių įrenginių naudojimo trūkumas yra trukdžiai, atsirandantys derybų metu. Kad prietaisas visiškai susidorotų su savo darbu, derybos turėtų trukti tik 15 minučių.
Įtampos reguliatorius
Pagrindinis įtampos reguliatoriaus veikimo principas pagrįstas borto tinklo energijos palaikymu visais darbo režimais, kai keičiasi generatoriaus rotoriaus sukimosi dažnis, aplinkos temperatūra ir elektros apkrova. Šis įrenginys gali atlikti ir antraeiles funkcijas, būtent apsaugoti generatoriaus agregato dalis nuo galimo avarinio įrenginio veikimo ir perkrovos, automatiškai prijungti žadinimo apvijos grandinę prie borto sistemos arba įspėti apie avarinį įrenginio veikimą.
Visi tokie įrenginiai veikia tuo pačiu principu. Įtampą generatoriuje lemia keli veiksniai – srovės stiprumas, rotoriaus greitis ir magnetinis srautas. Kuo mažesnė generatoriaus apkrova ir kuo didesnis sukimosi greitis, tuo didesnė bus įrenginio įtampa. Dėl didesnės srovės žadinimo apvijoje pradeda didėti magnetinis srautas, o kartu ir įtampa generatoriuje, o sumažėjus srovei, įtampa taip pat mažėja.
Nepriklausomai nuo tokių generatorių gamintojo, visi jie normalizuoja įtampą, keisdami žadinimo srovę vienodai. Didėjant arba mažėjant įtampai, žadinimo srovė pradeda didėti arba mažėti ir leisti įtampą reikiamose ribose.
Kasdieniame gyvenime generatorių naudojimas labai padeda žmogui išspręsti daugelį iškylančių problemų.
Ar kada pagalvojote apie tai, kas viską kursto? ? Dėl ko užsiveda variklis, užsidega lemputės prietaisų skydelyje, juda rodyklės ir veikia borto kompiuteriai? Iš kur gaunama elektra laive? Žinoma, jas gamina generatorius, o kaupia daugkartinio naudojimo cheminės energijos kaupiklis – elektros baterija. Visi tai žino. Greičiausiai taip pat žinote, kad baterija gamina nuolatinę srovę, kuri naudojama bet kuriame automobilyje įrenginiams maitinti. Tačiau visoje šioje darnioje teorijoje, patikrintoje praktika, yra viena keista grandis, kuri nenori pasiduoti logikai – generatorius gamina kintamąją srovę, o visi mašinoje esantys mechanizmai naudoja nuolatinę srovę. Ar tau tai neatrodo keista? Kodėl tai vyksta?
Tai iš tikrųjų įdomus klausimas, nes ši istorija iš pirmo žvilgsnio neturi prasmės. Jei visa elektra jūsų automobilyje veikia iš 12 voltų nuolatinės srovės, kodėl automobilių gamintojai nebenaudoja kintamosios srovės generatorių, gaminančių nuolatinę srovę? Juk taip jie darydavo anksčiau. Kodėl pirmiausia reikia generuoti kintamąją srovę, o tada paversti ją tiesiogine?
Užduodami tokius klausimus, pradėjome suprasti tiesos esmę. Juk tam yra kažkokia slapta priežastis. Ir štai ką mes sužinojome.
Pirmiausia išsiaiškinkime, ką turime omenyje sakydami AC ir DC. Automobiliai naudojami D.C., arba nuolatinė srovė, kaip ji dar vadinama. Reiškinio esmė slypi pavadinime. Tai elektros energijos rūšis, kurią gamina akumuliatoriai ir teka viena pastovia kryptimi. Tos pačios rūšies elektrą gamino generatoriai, varę ankstyvuosius automobilius nuo XX a. pradžios iki septintojo dešimtmečio. Tai buvo nuolatinės srovės generatoriai, kurie buvo sumontuoti senoms moterims ir GAZ-69.
Kita elektros rūšis - kintamoji srovė- taip pavadinta, nes periodiškai keičia srautą kryptimi ir taip pat keičia dydį, išlaikant savo kryptį elektros grandinėje nepakitusią. Tokio tipo elektros energiją galima gauti iš bet kurio įprasto buto lizdo visame pasaulyje. Naudojame elektros prietaisams maitinti privačiuose namuose, pastatuose, miesto šviestuvai taip pat suteikia šviesą kintamosios srovės dėka, nes ją lengviau perduoti dideliais atstumais.
Dauguma elektronikos gaminių, įskaitant beveik viską, kas yra jūsų automobilyje, naudoja nuolatinę srovę, konvertuodami kintamąją srovę į nuolatinę, kad atliktų naudingą darbą. Buitiniuose prietaisuose įrengiami vadinamieji maitinimo šaltiniai, kuriuose vienos rūšies energija paverčiama kita. Šalutinis konversijos darbo produktas yra tam tikra šilumos išeiga. Kuo sudėtingesni buities reikmenys, pavyzdžiui, kompiuteris ar išmanusis televizorius, tuo sudėtingesnė transformacijų grandinė. Kai kuriais atvejais kintamoji srovė nekeičiama iš dalies, o reguliuojamas tik jos dažnis. Todėl labai svarbu keičiant sugedusį maitinimo šaltinį pakeisti jį originaliu reikiamo tipo. Priešingu atveju technologijos labai greitai baigsis.
Bet kažkaip atitolome nuo pagrindinių šiandienos darbotvarkės klausimų.
Taigi kodėl automobiliai gamina „netinkamą“ elektros energiją?
Apskritai atsakymas labai paprastas: toks yra generatoriaus veikimo principas. Didžiausias efektyvumas paverčiant mechaninę variklio sukimosi energiją į elektros energiją atsiranda būtent pagal šį principą. Bet yra niuansų.
Trumpai tariant, automobilio generatoriaus veikimo principas yra toks:
Įjungus degimą, į lauko apviją per šepečio bloką ir slydimo žiedus tiekiama įtampa.
Pradedamas magnetinio lauko atsiradimas.
Magnetinis laukas veikia statoriaus apvijas, todėl atsiranda kintamoji elektros srovė.
Paskutinis tinkamos srovės „paruošimo“ etapas yra įtampos reguliatorius.
Po viso proceso dalis elektros energijos maitina elektros vartotojus, dalis eina įkrauti akumuliatorių, o dalis grįžta į generatoriaus šepečius (taip kažkada buvo vadinamas generatorius), kad savaime sužadintų generatorių.
Šiuolaikinio generatoriaus veikimo principas buvo aprašytas aukščiau, tačiau taip buvo ne visada. Ankstyvieji automobiliai su vidaus degimo varikliais naudojo magnetą – paprastą įrenginį mechaninei energijai paversti elektros energija (kintamąja srove). Išoriškai ir viduje šios mašinos buvo netgi panašios į vėlesnius generatorius, tačiau buvo naudojamos labai paprastose automobilių elektros sistemose be baterijų. Viskas buvo paprasta ir be problemų. Ne veltui kai kurie 90 metų senumo automobiliai, išlikę iki šių dienų, startuoja ir šiandien.
Induktorius (antrasis magneto pavadinimas) pirmasis sukūrė žmogus, turintis nepakartojamą vardą - Hippolyte Pixie.
Šiuo metu išsiaiškinome, kad generatorių generuojamos srovės tipas priklauso nuo mechaninės energijos pavertimo elektros energija produktyvumo, tačiau taip pat svarbų vaidmenį visoje šioje istorijoje suvaidino ir sumažėjęs generatorių svoris bei matmenys. prietaisas, palyginti su DC gaminančiais panašios galios įrenginiais. Svorio ir matmenų skirtumas buvo beveik tris kartus! Tačiau yra dar viena paslaptis, kodėl automobilių generatoriai šiandien gamina kintamąją srovę. Trumpai tariant, tai yra labiau pažengęs evoliucinis nuolatinės srovės generatorių kūrimo kelias, kuris, tiesą sakant, gryna forma neegzistavo.
Istorinė nuoroda:
Be to, nuolatinės srovės generatoriai iš tikrųjų taip pat gamino kintamąją srovę, kai armatūra (judančioji dalis) sukasi statoriaus viduje (išoriniame „korpuse“, kuriame yra pastovus magnetinis laukas). Išskyrus tai, kad srovės dažnis buvo skirtingas ir ją buvo galima lengviau „išlyginti“ į nuolatinę srovę - naudojant komutatorių.
Tada komutatorius buvo vadinamas mechaniniu įtaisu su besisukančiu cilindru, padalintu į segmentus su šepečiais, kad būtų sukurtas elektrinis kontaktas.
Sistema veikė, bet buvo netobula. Jame buvo daug mechaninių dalių, kontaktiniai šepečiai greitai susidėvėjo, o bendras sistemos patikimumas buvo toks. Tačiau tai buvo geriausias būdas gauti nuolatinę srovę, reikalingą akumuliatoriui ir automobilio užvedimo sistemai įkrauti.
Taip išliko iki šeštojo dešimtmečio pabaigos, kai kietojo kūno elektronika pradėjo atsirasti kaip kintamosios srovės konvertavimo į nuolatinę srovę, naudojant silicio diodų lygintuvus, problemos sprendimas.
Šie lygintuvai (kartais vadinami tiltiniais diodais) veikė daug geriau kaip AC/DC keitikliai, o tai savo ruožtu leido automobiliuose naudoti paprastesnius ir todėl patikimesnius generatorius.
Pirmasis užsienio automobilių gamintojas, išplėtojęs šią idėją ir atnešęs ją į lengvųjų automobilių rinką, buvo „Chrysler“, turėjęs patirties su lygintuvais ir elektroniniais įtampos reguliatoriais, atlikęs JAV Gynybos departamento remiamus tyrimus. Vikipedija pažymi, kad Amerikos plėtra „...pakartojo SSRS autorių raidą“, pirmasis generatoriaus dizainas Sovietų Sąjungoje buvo pristatytas prieš šešerius metus. Vienintelis svarbus patobulinimas, kurį padarė amerikiečiai, buvo silicio lygintuvų diodų naudojimas vietoj seleno.
Tai tvarkingas tam tikrų įkrautų dalelių judėjimas. Norint kompetentingai išnaudoti visą elektros potencialą, būtina aiškiai suprasti visus elektros srovės sandaros ir veikimo principus. Taigi, išsiaiškinkime, kas yra darbas ir srovės galia.
Iš kur atsiranda elektros srovė?
Nepaisant akivaizdaus klausimo paprastumo, mažai kas sugeba į jį suprasti suprantamą atsakymą. Žinoma, šiais laikais, kai technologijos vystosi neįtikėtinu greičiu, žmonės nelabai galvoja apie tokius pagrindinius dalykus kaip elektros srovės veikimo principas. Iš kur atsiranda elektra? Tikrai daugelis atsakys: „Na, žinoma, iš lizdo“ arba tiesiog gūžčios pečiais. Tuo tarpu labai svarbu suprasti, kaip veikia srovė. Tai turėtų žinoti ne tik mokslininkai, bet ir su mokslo pasauliu niekaip nesusiję žmonės, dėl jų visapusiškos raidos. Tačiau ne visi gali kompetentingai naudotis srovės veikimo principu.
Taigi, pirmiausia turėtumėte suprasti, kad elektra neatsiranda iš niekur: ją gamina specialūs generatoriai, kurie yra įrengti įvairiose elektrinėse. Dėl turbinų menčių sukimosi garai, gaminami kaitinant vandenį anglimi ar nafta, gamina energiją, kuri vėliau generatoriaus pagalba paverčiama elektra. Generatoriaus konstrukcija labai paprasta: įrenginio centre yra didžiulis ir labai stiprus magnetas, kuris priverčia elektros krūvius judėti variniais laidais.
Kaip elektros srovė pasiekia mūsų namus?
Sukūrus tam tikrą elektros srovės kiekį naudojant energiją (šiluminę ar branduolinę), ji gali būti tiekiama žmonėms. Toks elektros tiekimas veikia taip: kad elektra sėkmingai pasiektų visus butus ir įmones, ją reikia „stumti“. Ir tam jums reikės padidinti jėgą, kuri tai padarys. Tai vadinama elektros srovės įtampa. Veikimo principas yra toks: srovė praeina per transformatorių, o tai padidina jo įtampą. Toliau elektros srovė teka kabeliais, įrengtais giliai po žeme arba aukštyje (nes kartais įtampa siekia 10 000 voltų, o tai žmogui mirtina). Kai srovė pasiekia paskirties vietą, ji vėl turi praeiti per transformatorių, kuris dabar sumažins jo įtampą. Tada jis laidais keliauja į įrengtus skirstomuosius skydus daugiabučiuose ar kituose pastatuose.
Laidais nešama elektra gali būti panaudota dėl elektros lizdų sistemos, prie jų prijungiant buitinę techniką. Sienose yra papildomi laidai, kuriais teka elektros srovė, būtent to dėka namuose veikia apšvietimas ir visa įranga.
Kas yra dabartinis darbas?
Elektros srovės pernešama energija laikui bėgant paverčiama šviesa arba šiluma. Pavyzdžiui, kai įjungiame lempą, elektrinė energijos forma virsta šviesa.
Paprasčiau tariant, srovės darbas yra veiksmas, kurį gamina pati elektra. Be to, jį galima labai lengvai apskaičiuoti naudojant formulę. Remiantis energijos tvermės dėsniu, galime daryti išvadą, kad elektros energija neprarado, ji visiškai ar iš dalies perėjo į kitą formą, išskirdama tam tikrą šilumos kiekį. Ši šiluma yra darbas, kurį atlieka srovė, kai ji praeina per laidininką ir jį šildo (vyksta šilumos mainai). Taip atrodo Džaulio-Lenco formulė: A = Q = U*I*t (darbas lygus šilumos kiekiui arba srovės galios ir laiko, per kurį ji teka laidininku, sandaugai).
Ką reiškia nuolatinė srovė?
Elektros srovė yra dviejų tipų: kintamoji ir tiesioginė. Jie skiriasi tuo, kad pastarasis nekeičia krypties, turi du spaustukus (teigiamas „+“ ir neigiamas „-“) ir visada pradeda judėti nuo „+“. O kintamoji srovė turi du gnybtus – fazę ir nulį. Būtent dėl to, kad laidininko gale yra viena fazė, ji taip pat vadinama vienfaze.
Vienfazės kintamosios ir nuolatinės elektros srovės projektavimo principai yra visiškai skirtingi: skirtingai nei nuolatinė, kintamoji srovė keičia tiek savo kryptį (sudaro srautą tiek iš fazės į nulį, tiek iš nulio į fazę), ir jos dydį. Pavyzdžiui, kintamoji srovė periodiškai keičia savo įkrovos vertę. Pasirodo, esant 50 Hz dažniui (50 virpesių per sekundę), elektronai savo judėjimo kryptį pakeičia lygiai 100 kartų.
Kur naudojama DC?
Nuolatinė elektros srovė turi tam tikrų savybių. Dėl to, kad jis teka griežtai viena kryptimi, jį sunkiau transformuoti. Šie elementai gali būti laikomi nuolatinės srovės šaltiniais:
- baterijos (tiek šarminės, tiek rūgštinės);
- paprastos baterijos, naudojamos mažuose įrenginiuose;
- taip pat įvairius įrenginius, tokius kaip keitikliai.
DC veikimas
Kokios jo pagrindinės savybės? Tai yra darbas ir dabartinė galia, ir abi šios sąvokos yra labai glaudžiai susijusios viena su kita. Galia reiškia darbo greitį per laiko vienetą (per 1 s). Pagal Joule-Lenz dėsnį, mes nustatome, kad darbas, atliktas nuolatine elektros srove, yra lygus pačios srovės stiprio, įtampos ir laiko, per kurį buvo atliktas elektrinio lauko darbas perduodant krūvius, sandaugai. palei laidininką.
Tai yra srovės veikimo nustatymo formulė, atsižvelgiant į Omo dėsnį dėl laidininkų varžos: A = I 2 *R*t (darbas lygus srovės kvadratui, padaugintam iš laidininko varžos vertės ir vėl padaugintas iš darbo atlikimo laiko).
Elektros generatorius – tai mašina arba įrenginys, skirtas neelektrinei energijai paversti elektros energija: mechaninę į elektrinę, cheminę į elektrinę, šiluminę į elektrinę ir tt Šiandien, kai sakome žodį „generatorius“, paprastai turime omenyje keitiklį, mechaninė energija.energija – į elektros energiją.
Tai gali būti nešiojamasis dyzelinis arba benzininis generatorius, atominės elektrinės generatorius, automobilių generatorius, savadarbis generatorius iš asinchroninio elektros variklio arba mažo greičio generatorius mažos galios vėjo malūnui. Straipsnio pabaigoje kaip pavyzdį pažvelgsime į du dažniausiai pasitaikančius generatorius, bet pirmiausia pakalbėsime apie jų veikimo principus.
Vienaip ar kitaip, fiziniu požiūriu, kiekvieno mechaninio generatoriaus veikimo principas yra vienodas: kai magnetinio lauko linijoms kertant laidininką, šiame laidininke atsiranda indukuota emf. Jėgos šaltiniai, lemiantys abipusį laidininko ir magnetinio lauko judėjimą, gali būti įvairūs procesai, tačiau dėl to visada reikia gauti emf ir srovę iš generatoriaus, kad būtų galima maitinti apkrovą.
Elektros generatoriaus veikimo principas – Faradėjaus dėsnis
Elektros generatoriaus veikimo principą dar 1831 metais atrado anglų fizikas Michaelas Faradėjus. Vėliau šis principas buvo pavadintas Faradėjaus dėsniu. Tai slypi tame, kad kai laidininkas statmenai kerta magnetinį lauką, šio laidininko galuose atsiranda potencialų skirtumas.
Pirmąjį generatorių sukonstravo pats Faradėjus pagal savo atrastą principą; tai buvo „Faradėjaus diskas“ – vienpolis generatorius, kuriame varinis diskas sukosi tarp pasagos magneto polių. Prietaisas gamino didelę srovę esant žemai įtampai.
Vėliau buvo nustatyta, kad atskiri izoliuoti laidininkai generatoriuose praktiniu požiūriu yra daug efektyvesni nei vientisas laidus diskas. O šiuolaikiniuose generatoriuose dabar naudojamos vielos statoriaus apvijos (paprasčiausiu demonstraciniu atveju vielos ritė).
Kintamosios srovės generatorius
Didžioji dauguma šiuolaikinių generatorių yra sinchroniniai kintamosios srovės generatoriai. Jie turi armatūros apviją ant statoriaus, iš kurios pašalinama sukurta elektros energija. Ant rotoriaus yra sužadinimo apvija, į kurią per porą slydimo žiedų tiekiama nuolatinė srovė, kad iš besisukančio rotoriaus susidarytų besisukantis magnetinis laukas.
Dėl elektromagnetinės indukcijos reiškinio, kai rotorius sukasi nuo išorinės pavaros (pavyzdžiui, iš vidaus degimo variklio), jo magnetinis srautas pakaitomis kerta kiekvieną statoriaus apvijos fazę ir taip jose sukelia EML.
Dažniausiai yra trys fazės, jos fiziškai pasislenka ant armatūros viena kitos atžvilgiu 120 laipsnių, todėl gaunama trifazė sinusoidinė srovė. Fazes galima sujungti žvaigždute arba trikampiu.
Sinusinio EMF dažnis f proporcingas rotoriaus sukimosi dažniui: f = np/60, kur - p rotoriaus magnetinių pliusų porų skaičius, n rotoriaus apsisukimų skaičius per minutę. Paprastai maksimalus rotoriaus greitis yra 3000 aps./min. Jei prie tokio sinchroninio generatoriaus statoriaus apvijų prijungsite trifazį lygintuvą, gausite nuolatinės srovės generatorių (beje, taip veikia visi automobilių generatoriai).
Trijų mašinų sinchroninis generatorius
Žinoma, klasikinis sinchroninis generatorius turi vieną rimtą trūkumą – prie rotoriaus yra slydimo žiedai ir šepečiai. Šepečiai kibirkščiuoja ir susidėvi dėl trinties ir elektros erozijos. Tai neleistina sprogioje aplinkoje. Todėl aviacijoje ir dyzeliniuose generatoriuose bekontakčiai sinchroniniai generatoriai, ypač trijų mašinų, yra labiau paplitę.
Trijų mašinų įrenginiuose viename korpuse sumontuotos trys mašinos: pirminis žadintuvas, žadintuvas ir generatorius - ant bendro veleno. Pirminis žadintuvas yra sinchroninis generatorius, jis sužadinamas nuolatiniais magnetais ant veleno, jo generuojama įtampa tiekiama į žadintuvo statoriaus apviją.
Sužadintuvo statorius veikia apviją ant rotoriaus, prijungto prie prie jo pritvirtinto trifazio lygintuvo, iš kurio maitinama pagrindinė generatoriaus žadinimo apvija. Generatorius generuoja srovę savo statoriuje.
Dujiniai, dyzeliniai ir benzininiai nešiojamieji generatoriai
Šiandien jie labai paplitę namų ūkiuose, kuriuose kaip varomieji varikliai naudojami vidaus degimo varikliai – vidaus degimo variklis, kuris mechaninį sukimąsi perduoda generatoriaus rotoriui.
Skystojo kuro generatoriai turi kuro bakus, o dujiniai generatoriai turi tiekti degalus vamzdynu, kad dujos būtų tiekiamos į karbiuratorių, kur jos tampa neatskiriama kuro mišinio dalimi.
Visais atvejais kuro mišinys deginamas stūmoklinėje sistemoje, varant alkūninį veleną. Tai panašu į tai, kaip veikia automobilio variklis. Alkūninis velenas suka bekontakčio sinchroninio generatoriaus (kintamosios srovės generatoriaus) rotorių.
Andrejus Povny
Žmogaus pagamintos elektros gali užtekti įkrauti mobilųjį telefoną. Mūsų neuronai yra nuolatinėje įtampa, o skirtumą tarp gyvybės ir mirties galima nustatyti pagal elektrines bangas encefalogramoje.
Gydymas erškėčiais
Kadaise senovės Romoje, turtingo architekto ir trokštančio gydytojo sūnus Klaudijus Galenas vaikščiojo Viduržemio jūros pakrantėmis. Ir tada jo akis išvydo labai keistas vaizdas – link jo ėjo du gretimų kaimų gyventojai, prie galvų pririšti elektriniai spygliukai! Taip istorija aprašo pirmąjį žinomą fizinės terapijos panaudojimo gyvosios elektros pagalba atvejį. Galenas atsižvelgė į šį metodą ir tokiu neįprastu būdu išgelbėjo nuo skausmo po gladiatorių žaizdų ir netgi išgydė skaudamą nugarą pačiam imperatoriui Markui Antonijui, kuris netrukus paskyrė jį savo asmeniniu gydytoju.
Po to žmogus ne kartą susidūrė su nepaaiškinamu „gyvosios elektros“ reiškiniu. Ir patirtis ne visada buvo teigiama. Taigi kartą, didelių geografinių atradimų eroje, prie Amazonės krantų europiečiai susidūrė su vietiniais elektriniais unguriais, kurie vandenyje generuodavo iki 550 voltų elektros įtampą. Vargas tam, kuris netyčia pateko į trijų metrų nužudymo zoną.
Elektra pas visus
Tačiau pirmą kartą mokslas atkreipė dėmesį į elektrofiziką, o tiksliau į gyvų organizmų gebėjimą generuoti elektrą po labai juokingo XVIII amžiaus incidento su varlių kojomis, kurios vieną audringą dieną kažkur Bolonijoje pradėjo trūkčioti nuo kontakto. su geležimi. Bolonijos profesoriaus Luigi Galvatti žmona, kuri užsuko į mėsinę prancūziško skanėsto, pamačiusi šį baisų paveikslą papasakojo vyrui apie kaimynystėje siautėjančias piktąsias dvasias. Tačiau Galvatti pažvelgė į tai moksliniu požiūriu ir po 25 metų sunkaus darbo buvo išleista jo knyga „Traktai apie elektros jėgą raumenų judėjime“. Jame mokslininkas pirmiausia pareiškė, kad elektra egzistuoja kiekviename iš mūsų, o nervai yra savotiški „elektros laidai“.
Kaip tai veikia
Kaip žmogus gamina elektrą? Taip yra dėl daugybės biocheminių procesų, vykstančių ląstelių lygiu. Mūsų kūne yra daug įvairių cheminių medžiagų – deguonies, natrio, kalcio, kalio ir daugelio kitų. Jų reakcija viena su kita gamina elektros energiją. Pavyzdžiui, „ląstelinio kvėpavimo“ procese, kai ląstelė išskiria energiją, gautą iš vandens, anglies dioksido ir pan. Savo ruožtu jis nusodinamas į specialius cheminius didelės energijos junginius, pavadinkime juos „saugyklomis“, o vėliau naudojamas „pagal poreikį“.
Bet tai tik vienas pavyzdys – mūsų organizme vyksta daugybė cheminių procesų, kurie gamina elektrą. Kiekvienas žmogus yra tikra jėga, ir ji gali būti naudojama kasdieniame gyvenime.
Ar mes generuojame daug vatų?
Žmogaus energija kaip alternatyvus energijos šaltinis jau seniai nebėra mokslinės fantastikos rašytojų svajonė. Žmonės turi dideles perspektyvas kaip elektros generatoriai; ji gali būti pagaminta iš beveik bet kokių mūsų veiksmų. Taigi, iš vieno įkvėpimo galima gauti 1 W, o 60 W lemputei maitinti užtenka ramaus žingsnio, o telefonui įkrauti užteks. Taigi žmogus tiesiogine prasme gali išspręsti problemą naudodamas išteklius ir alternatyvius energijos šaltinius.
Belieka išmokti taip beprasmiškai eikvojamą energiją perkelti „ten, kur jos reikia“. Ir mokslininkai jau turi pasiūlymų šiuo klausimu. Taigi aktyviai tiriamas pjezoelektros poveikis, sukeliantis mechaninio veikimo įtampą. Ja remdamiesi dar 2011 metais Australijos mokslininkai pasiūlė kompiuterio modelį, kuris būtų įkraunamas paspaudus klavišus. Korėjoje jie kuria telefoną, kuris bus įkraunamas iš pokalbių, tai yra iš garso bangų, o Džordžijos technologijos instituto mokslininkų grupė sukūrė veikiantį „nanogeneratoriaus“ prototipą, pagamintą iš cinko oksido. implantuojamas į žmogaus kūną ir generuoja srovę iš kiekvieno mūsų judesio.
Tačiau tai dar ne viskas, kai kuriuose miestuose saulės baterijų plokštes jie ketina gauti energijos iš piko valandų, tiksliau iš vibracijos pėstiesiems ir automobiliams einant, o vėliau panaudoti miestui apšviesti. Šią idėją pasiūlė Londono architektai iš firmos Facility Architects. Jie sako: „Piko metu per 60 minučių per Viktorijos stotį pravažiuoja 34 000 žmonių. Nereikia matematinio genijaus, kad suprastų, kad jei šią energiją galima panaudoti, ji iš tikrųjų galėtų sukurti labai naudingą energijos šaltinį, kuris šiuo metu yra švaistomas. Beje, japonai tam jau naudoja turniketus Tokijo metro, pro kuriuos kasdien pravažiuoja šimtai tūkstančių žmonių. Juk geležinkeliai yra pagrindinės Tekančios saulės šalies transporto arterijos.
"Mirties bangos"
Beje, gyvoji elektra yra daugelio labai keistų reiškinių, kurių mokslas vis dar nesugeba paaiškinti, priežastis. Bene garsiausia iš jų yra „mirties banga“, kurios atradimas paskatino naują diskusijų etapą apie sielos egzistavimą ir „mirti artimos patirties“, apie kurią kartais praneša žmonės, patyrę klinikinę mirtį, prigimtį. .
2009 metais vienoje iš Amerikos ligoninių encefalogramos buvo paimtos devyniems mirštantiems žmonėms, kurių tuo metu jau nepavyko išgelbėti. Eksperimentas buvo atliktas siekiant išspręsti ilgalaikį etinį ginčą dėl to, kada žmogus tikrai miręs. Rezultatai buvo sensacingi – po mirties visų tiriamųjų smegenys, kurios jau turėjo būti nužudytos, tiesiogine to žodžio prasme sprogo – jose kilo neįtikėtinai galingi elektrinių impulsų pliūpsniai, kurių gyvam žmogui nebuvo pastebėta. Jie įvyko po dviejų ar trijų minučių po širdies sustojimo ir truko maždaug tris minutes. Anksčiau panašūs eksperimentai buvo atliekami su žiurkėmis, kurių metu tas pats prasidėdavo minutę po mirties ir trukdavo 10 sekundžių. Mokslininkai šį reiškinį fatališkai pavadino „mirties banga“.
Mokslinis „mirties bangų“ paaiškinimas iškėlė daug etinių klausimų. Pasak vieno iš eksperimentuotojų, daktaro Lakhmiro Chawla, tokie smegenų veiklos pliūpsniai paaiškinami tuo, kad dėl deguonies trūkumo neuronai praranda elektrinį potencialą ir išsikrauna, skleisdami impulsus „panašiai į laviną“. „Gyvieji“ neuronai nuolat veikia mažą neigiamą įtampą - 70 minivoltų, kuri palaikoma atsikratant teigiamų jonų, likusių lauke. Po mirties pusiausvyra sutrinka, o neuronai greitai pakeičia poliškumą iš „minuso“ į „pliusą“. Taigi „mirties banga“.
Jei ši teorija teisinga, „mirties banga“ encefalogramoje nubrėžia tą sunkiai suvokiamą ribą tarp gyvenimo ir mirties. Po jos nebegalima atkurti neurono funkcionavimo, organizmas nebegalės priimti elektros impulsų. Kitaip tariant, gydytojams nebėra prasmės kovoti už žmogaus gyvybę.
Bet ką daryti, jei pažvelgsite į problemą iš kitos pusės. Tarkime, kad „mirties banga“ yra paskutinis smegenų bandymas suteikti širdžiai elektros iškrovą, kad būtų atkurtas jos veikimas. Tokiu atveju per „mirties bangą“ nereikėtų sulenkti rankų, o pasinaudoti šia galimybe išgelbėti gyvybes. Taip teigia Pensilvanijos universiteto reanimacijos gydytojas Lance-Beckeris, nurodydamas, kad yra buvę atvejų, kai žmogus „atgyja“ po „bangos“, o tai reiškia, kad žmogaus kūne ryškus elektros impulsų antplūdis, ir tada nuosmukis, dar negali būti laikomas paskutine riba.