Ģenerators ir ierīce, kas ražo produktu, ģenerē elektrību vai rada elektromagnētiskas, elektriskās, skaņas, gaismas vibrācijas un impulsus. Atkarībā no to funkcijām tos var iedalīt tipos, kurus mēs apsvērsim tālāk.
Līdzstrāvas ģenerators
Lai saprastu līdzstrāvas ģeneratora darbības principu, jums ir jānoskaidro tā galvenie raksturlielumi, proti, galveno daudzumu atkarības, kas nosaka ierīces darbību pielietotajā ierosmes ķēdē.
Galvenais lielums ir spriegums, ko ietekmē ģeneratora griešanās ātrums, strāvas ierosme un slodze.
Līdzstrāvas ģeneratora darbības pamatprincips ir atkarīgs no enerģijas dalīšanas ietekmes uz galvenā pola magnētisko plūsmu un attiecīgi no sprieguma, kas saņemts no kolektora, kamēr suku novietojums uz tā paliek nemainīgs. Ierīcēm, kas aprīkotas ar papildu stabiem, elementi ir sakārtoti tā, lai strāvas atdalīšana pilnībā sakristu ar ģeometrisko neitralitāti. Sakarā ar to tas pa armatūras griešanās līniju pārvietosies uz optimālo komutācijas pozīciju, kam sekos birstes turētāju nostiprināšana šajā pozīcijā.
Ģenerators
Maiņstrāvas ģeneratora darbības princips ir balstīts uz mehāniskās enerģijas pārvēršanu elektroenerģijā, pateicoties stieples spoles rotācijai izveidotajā magnētiskajā laukā. Šī ierīce sastāv no stacionāra magnēta un stiepļu rāmja. Katrs no tā galiem ir savienots viens ar otru, izmantojot slīdēšanas gredzenu, kas slīd pāri elektrību vadošai oglekļa sukai. Šīs shēmas dēļ elektriskā inducētā strāva sāk virzīties uz iekšējo slīdēšanas gredzenu brīdī, kad ar to savienotā rāmja puse iet garām magnēta ziemeļpolam un, gluži pretēji, uz ārējo gredzenu brīdī, kad otra daļa iet garām ziemeļpolam.
Ekonomiskākā metode, uz kuras balstās ģeneratora darbības princips, ir spēcīga paaudze. Šo parādību iegūst, izmantojot vienu magnētu, kas griežas attiecībā pret vairākiem tinumiem. Ja tas tiek ievietots stieples spolē, tas sāks inducēt elektrisko strāvu, tādējādi izraisot galvanometra adatas novirzi no “0” stāvokļa. Pēc magnēta noņemšanas no gredzena strāva mainīs virzienu, un ierīces bultiņa sāks novirzīties citā virzienā.
Auto ģenerators
Visbiežāk to var atrast dzinēja priekšpusē, galvenā darba daļa ir kloķvārpstas pagriešana. Jaunās automašīnas lepojas ar hibrīda tipu, kas kalpo arī kā starteris.
Automašīnas ģeneratora darbības princips ir ieslēgt aizdedzi, kura laikā strāva pārvietojas pa slīdgredzeniem un tiek virzīta uz sārma bloku, un pēc tam iet uz ierosmes attīšanu. Šīs darbības rezultātā tiks izveidots magnētiskais lauks.
Kopā ar kloķvārpstu savu darbu sāk rotors, kas rada viļņus, kas iekļūst statora tinumā. Attīšanas izejā sāk parādīties maiņstrāva. Kad ģenerators darbojas pašiedvesmas režīmā, griešanās ātrums palielinās līdz noteiktai vērtībai, tad maiņspriegums taisngrieža blokā sāk mainīties uz konstantu. Galu galā ierīce nodrošinās patērētājus ar nepieciešamo elektroenerģiju, un akumulators nodrošinās strāvu.
Automašīnas ģeneratora darbības princips ir mainīt kloķvārpstas ātrumu vai mainīt slodzi, pie kuras tiek ieslēgts sprieguma regulators, tas kontrolē laiku, kad tiek ieslēgta ierosmes attīšana. Samazinoties ārējām slodzēm vai palielinoties rotora rotācijai, lauka tinuma pārslēgšanas periods tiek ievērojami samazināts. Brīdī, kad strāva palielinās tik daudz, ka ģenerators pārstāj tikt galā, akumulators sāk darboties.
Mūsdienu automašīnām instrumentu panelī ir brīdinājuma lampiņa, kas informē vadītāju par iespējamām novirzēm ģeneratorā.
Elektriskais ģenerators
Elektriskā ģeneratora darbības princips ir pārveidot mehānisko enerģiju elektriskajā laukā. Galvenie šāda spēka avoti var būt ūdens, tvaiks, vējš un iekšdedzes dzinējs. Ģeneratora darbības princips ir balstīts uz magnētiskā lauka un vadītāja kopīgu mijiedarbību, proti, rāmja griešanās brīdī ar to sāk krustoties magnētiskās indukcijas līnijas, un šajā laikā parādās elektromotora spēks. Tas liek strāvai plūst caur rāmi, izmantojot slīdgredzenus, un ieplūst ārējā ķēdē.
Inventāra ģeneratori
Mūsdienās ļoti populārs kļūst invertora ģenerators, kura darbības princips ir izveidot autonomu barošanas avotu, kas ražo augstas kvalitātes elektroenerģiju. Šādas ierīces tiek izmantotas kā pagaidu, kā arī pastāvīgi barošanas avoti. Visbiežāk tos izmanto slimnīcās, skolās un citās iestādēs, kur nevajadzētu būt pat mazākajiem sprieguma pārspriegumiem. To visu var panākt, izmantojot invertora ģeneratoru, kura darbības princips ir balstīts uz noturību un atbilst šādai shēmai:
- Augstas frekvences maiņstrāvas ģenerēšana.
- Pateicoties taisngriezim, iegūtā strāva tiek pārveidota par līdzstrāvu.
- Tad baterijās veidojas strāvas uzkrāšanās un stabilizējas elektrisko viļņu svārstības.
- Ar invertora palīdzību tiešā enerģija tiek pārveidota par vajadzīgā sprieguma un frekvences maiņstrāvu un pēc tam tiek piegādāta lietotājam.
Dīzeļa ģenerators
Dīzeļģeneratora darbības princips ir degvielas enerģijas pārvēršana elektroenerģijā, kuras galvenās darbības ir šādas:
- kad degviela nonāk dīzeļdzinējā, tā sāk degt, pēc tam no ķīmiskās vielas pārvēršas siltumenerģijā;
- pateicoties kloķa mehānisma klātbūtnei, termiskais spēks tiek pārvērsts mehāniskajā spēkā, tas viss notiek kloķvārpstā;
- Iegūtā enerģija ar rotora palīdzību tiek pārveidota par elektroenerģiju, kas ir nepieciešama izejā.
Sinhronais ģenerators
Sinhronā ģeneratora darbības princips ir balstīts uz vienādu statora un rotora magnētiskā lauka rotācijas tīrību, kas kopā ar poliem rada magnētisko lauku, un tas šķērso statora tinumu. Šajā blokā rotors ir pastāvīgs elektromagnēts, kura polu skaits var sākties no 2 un vairāk, bet tiem jābūt 2 reizes.
Kad ģenerators ieslēdzas, rotors rada vāju lauku, bet pēc ātruma palielināšanas lauka tinumā sāk parādīties lielāks spēks. Iegūtais spriegums tiek piegādāts ierīcei caur automātisko vadības bloku un kontrolē izejas spriegumu magnētiskā lauka izmaiņu dēļ. Ģeneratora darbības pamatprincips ir augsta izejošā sprieguma stabilitāte, bet trūkums ir ievērojama strāvas pārslodzes iespēja. Lai pievienotu negatīvās īpašības, varat pievienot birstes komplektu, kas noteiktā laikā joprojām būs jāapkopj, un tas, protams, rada papildu finansiālas izmaksas.
Asinhronais ģenerators
Ģeneratora darbības princips ir pastāvīgi atrasties bremzēšanas režīmā ar rotoru, kas griežas uz priekšu, bet joprojām ir tādā pašā orientācijā kā magnētiskais lauks pie statora.
Atkarībā no izmantotā tinuma veida rotors var būt fāzes vai īssavienojums. Rotējošais magnētiskais lauks, kas izveidots ar palīgtinuma palīdzību, sāk to inducēt uz rotora, kas griežas kopā ar to. Frekvence un spriegums izejā ir tieši atkarīgs no apgriezienu skaita, jo magnētiskais lauks netiek regulēts un paliek nemainīgs.
Elektroķīmiskais ģenerators
Ir arī elektroķīmiskais ģenerators, kura ierīce un darbības princips ir ģenerēt elektroenerģiju no ūdeņraža automašīnā tā kustībai un darbinot visas elektroierīces. Šis aparāts ir ķīmisks, jo tas ražo enerģiju, reaģējot ar skābekli un ūdeņradi, ko gāzveida stāvoklī izmanto degvielas ražošanai.
Akustiskā trokšņa ģenerators
Akustisko traucējumu ģeneratora darbības princips ir aizsargāt organizācijas un personas no sarunu un dažāda veida notikumu noklausīšanās. Tos var uzraudzīt caur logu stikliem, sienām, ventilācijas sistēmām, apkures caurulēm, radio mikrofoniem, vadu mikrofoniem un lāzerierīcēm saņemtās akustiskās informācijas uztveršanai no logiem.
Tāpēc uzņēmumi ļoti bieži savas konfidenciālās informācijas aizsardzībai izmanto ģeneratoru, kura ierīce un darbības princips ir noskaņot ierīci uz doto frekvenci, ja tā ir zināma, vai uz noteiktu diapazonu. Tad tiek radīti universāli traucējumi trokšņa signāla veidā. Šim nolūkam pašā ierīcē ir vajadzīgās jaudas trokšņu ģenerators.
Ir arī trokšņu diapazonā esošie ģeneratori, pateicoties kuriem var maskēt noderīgo skaņas signālu. Šajā komplektā ietilpst bloks, kas rada troksni, kā arī tā pastiprināšanas un akustiskie emitētāji. Galvenais šādu ierīču lietošanas trūkums ir traucējumi, kas parādās sarunu laikā. Lai ierīce pilnībā tiktu galā ar savu darbu, sarunas jāveic tikai 15 minūtes.
Sprieguma regulators
Sprieguma regulatora darbības pamatprincips ir balstīts uz borta tīkla enerģijas uzturēšanu visos darba režīmos ar dažādām ģeneratora rotora rotācijas frekvences izmaiņām, apkārtējās vides temperatūru un elektrisko slodzi. Šī ierīce var veikt arī sekundāras funkcijas, proti, aizsargāt ģeneratora bloka daļas no iespējamas iekārtas avārijas darbības un pārslodzes, automātiski savienot ierosmes tinumu ķēdi ar borta sistēmu vai signalizēt par ierīces avārijas darbību.
Visas šādas ierīces darbojas pēc tāda paša principa. Spriegumu ģeneratorā nosaka vairāki faktori - strāvas stiprums, rotora ātrums un magnētiskā plūsma. Jo mazāka ir ģeneratora slodze un lielāks griešanās ātrums, jo lielāks būs ierīces spriegums. Lielākas strāvas dēļ ierosmes tinumā sāk palielināties magnētiskā plūsma un līdz ar to arī spriegums ģeneratorā, un pēc strāvas samazināšanās arī spriegums kļūst mazāks.
Neatkarīgi no šādu ģeneratoru ražotāja, tie visi normalizē spriegumu, mainot ierosmes strāvu vienādi. Palielinoties vai samazinoties spriegumam, ierosmes strāva sāk palielināties vai samazināties un vadīt spriegumu vajadzīgajās robežās.
Ikdienā ģeneratoru izmantošana ļoti palīdz cilvēkam atrisināt daudzas jaunas problēmas.
Vai esat kādreiz domājuši par to, kas visu veicina? ? Kas izraisa motora iedarbināšanu, gaismas uz paneļa iedegšanos, bultiņu kustību un borta datoru darbību? No kurienes nāk elektrība uz kuģa? Protams, tos ražo ģenerators un akumulē atkārtoti lietojama ķīmiskās enerģijas uzkrāšanas iekārta – elektriskā akumulators. To zina visi. Visticamāk, jūs arī zināt, ka akumulators rada līdzstrāvu, ko jebkurā automašīnā izmanto ierīču barošanai. Tomēr visā šajā harmoniskajā teorijā, kas pārbaudīta praksē, ir viena dīvaina saikne, kas nevēlas padoties loģikai - ģenerators ražo maiņstrāvu, savukārt visi mehānismi uz mašīnas patērē līdzstrāvu. Vai tas tev nešķiet dīvaini? Kāpēc tas notiek?
Tas patiesībā ir interesants jautājums, jo šim stāstam no pirmā acu uzmetiena nav nekādas jēgas. Ja visa elektrība jūsu automašīnā darbojas ar 12 voltu līdzstrāvu, kāpēc autoražotāji vairs neizmanto ģeneratorus, kas ražo līdzstrāvu? Galu galā viņi to darīja iepriekš. Kāpēc vispirms ir jāģenerē maiņstrāva un pēc tam jāpārvērš tiešā elektrībā?
Uzdodot šāda veida jautājumus, mēs sākām nonākt līdz patiesībai. Galu galā tam ir kāds slepens iemesls. Un lūk, ko mēs uzzinājām.
Vispirms noskaidrosim, ko mēs domājam ar maiņstrāvu un līdzstrāvu. Automašīnu lietošana D.C., vai līdzstrāva, kā to arī sauc. Parādības būtība slēpjas nosaukumā. Šis ir elektroenerģijas veids, ko ražo akumulatori un kas plūst vienā nemainīgā virzienā. Šī paša veida elektroenerģiju ražoja ģeneratori, kas darbināja agrīnos automobiļus no 1900. gadu sākuma līdz 60. gadiem. Vecām sievietēm un GAZ-69 tika uzstādīti līdzstrāvas ģeneratori.
Cits elektrības veids - maiņstrāva- tā nosaukts, jo tas periodiski maina plūsmu virzienā un arī mainās lielums, saglabājot savu virzienu elektriskajā ķēdē nemainīgu. Šāda veida elektrībai var piekļūt no jebkura kontaktligzdas parastā dzīvoklī visā pasaulē. Mēs to izmantojam elektroierīču barošanai privātmājās, ēkās, pilsētas apgaismojums arī nodrošina gaismu, pateicoties maiņstrāvai, jo to ir vieglāk pārraidīt lielos attālumos.
Lielākā daļa elektronikas, tostarp gandrīz viss, kas atrodas jūsu automašīnā, izmanto līdzstrāvu, pārveidojot maiņstrāvu par līdzstrāvu, lai veiktu noderīgu darbu. Sadzīves tehnika ir aprīkota ar tā sauktajiem barošanas blokiem, kuros viens enerģijas veids tiek pārvērsts citā. Pārveidošanas darba blakusprodukts ir siltuma jauda. Jo sarežģītāki ir sadzīves piederumi, piemēram, dators vai viedtelevizors, jo sarežģītāka ir transformāciju ķēde. Dažos gadījumos maiņstrāva netiek daļēji mainīta, bet tiek regulēta tikai tās frekvence. Tāpēc, nomainot bojātu barošanas avotu, ir ļoti svarīgi to nomainīt pret oriģinālu vajadzīgā tipa. Pretējā gadījumā tehnoloģija ļoti ātri beigsies.
Bet mēs kaut kā esam attālinājušies no galvenajiem šodienas darba kārtības jautājumiem.
Tātad, kāpēc automašīnām vajadzētu ražot "nepareizu" elektrību?
Kopumā atbilde ir ļoti vienkārša: tas ir ģeneratora darbības princips. Visaugstākā efektivitāte, pārvēršot motora rotācijas mehānisko enerģiju elektroenerģijā, notiek tieši saskaņā ar šo principu. Bet ir nianses.
Īsumā auto ģeneratora darbības princips ir šāds:
Kad aizdedze ir ieslēgta, lauka tinumam caur birstes bloku un slīdgredzeniem tiek pievadīts spriegums.
Tiek uzsākta magnētiskā lauka parādīšanās.
Magnētiskais lauks iedarbojas uz statora tinumiem, kas noved pie elektriskās maiņstrāvas parādīšanās.
Pēdējais pareizas strāvas “sagatavošanas” posms ir sprieguma regulators.
Pēc visa procesa daļa elektroenerģijas darbina elektrības patērētājus, daļa tiek izmantota akumulatora uzlādēšanai, un daļa tiek atgriezta pie ģeneratora sukām (kā kādreiz sauca ģeneratoru), lai pašam iedarbinātu ģeneratoru.
Mūsdienu ģeneratora darbības princips tika aprakstīts iepriekš, taču tas ne vienmēr bija tā. Agrīnās automašīnas ar iekšdedzes dzinējiem izmantoja magneto, vienkāršu ierīci mehāniskās enerģijas pārvēršanai elektroenerģijā (maiņstrāvā). Ārēji un iekšēji šīs mašīnas bija pat līdzīgas vēlākiem ģeneratoriem, taču tika izmantotas ļoti vienkāršām automobiļu elektrosistēmām bez baterijām. Viss bija vienkārši un bez problēmām. Ne velti daži 90 gadus veci automobiļi, kas ir saglabājušies līdz mūsdienām, startē arī šodien.
Induktorus (otrais nosaukums magneto) vispirms izstrādāja vīrietis ar neatkārtojamu vārdu - Hippolyte Pixie.
Šobrīd esam noskaidrojuši, ka ģeneratoru ģenerētās strāvas veids ir atkarīgs no mehāniskās enerģijas pārvēršanas elektriskajā enerģijā produktivitātes, taču liela nozīme visā šajā stāstā bija arī ģeneratoru svara un gabarītu samazinājumam. ierīci, salīdzinot ar līdzstrāvas ražojošām ierīcēm ar līdzīgu jaudu. Svara un izmēru atšķirība bija gandrīz trīs reizes! Bet ir vēl viens noslēpums, kāpēc automašīnu ģeneratori mūsdienās ražo maiņstrāvu. Īsāk sakot, tas ir progresīvāks evolūcijas ceļš līdzstrāvas ģeneratoru attīstībai, kas, godīgi sakot, patiesībā neeksistēja tīrā veidā.
Vēsturiskā atsauce:
Turklāt līdzstrāvas ģeneratori faktiski arī ražoja maiņstrāvu, kad armatūra (kustīgā daļa) griezās statora iekšpusē (ārējais "apvalks", kuram ir pastāvīgs magnētiskais lauks). Izņemot to, ka strāvas frekvence bija atšķirīga un to varēja vieglāk “izlīdzināt” līdzstrāvai - izmantojot komutatoru.
Komutatoru tad sauca par mehānisku ierīci ar rotējošu cilindru, kas sadalīts segmentos ar sukām, lai izveidotu elektrisko kontaktu.
Sistēma darbojās, taču tā bija nepilnīga. Tam bija daudz mehānisku detaļu, kontaktbirstes ātri nolietojās, un kopējā sistēmas uzticamība bija tāda. Tomēr tas bija labākais veids, kā iegūt pastāvīgu strāvu, kas nepieciešama akumulatora un automašīnas iedarbināšanas sistēmas uzlādēšanai.
Tā tas saglabājās līdz 1950. gadu beigām, kad cietvielu elektronika sāka parādīties kā risinājums maiņstrāvas pārveidošanai līdzstrāvā, izmantojot silīcija diodes taisngriežus.
Šie taisngrieži (dažreiz saukti par tilta diodēm) darbojās daudz labāk kā maiņstrāvas/līdzstrāvas pārveidotāji, kas savukārt ļāva automašīnās izmantot vienkāršākus un līdz ar to uzticamākus ģeneratorus.
Pirmais ārvalstu autoražotājs, kas izstrādāja šo ideju un ieviesa to vieglo automobiļu tirgū, bija Chrysler, kuram bija pieredze ar taisngriežiem un elektroniskajiem sprieguma regulatoriem, veicot pētījumus, ko sponsorēja ASV Aizsardzības ministrija. Wikipedia atzīmē, ka Amerikas attīstība “...atkārtoja PSRS autoru attīstību”, pirmais ģeneratora dizains Padomju Savienībā tika ieviests sešus gadus iepriekš. Vienīgais nozīmīgais uzlabojums, ko amerikāņi veica, bija silīcija taisngriežu diožu izmantošana selēna diožu vietā.
Tā ir noteiktu lādētu daļiņu sakārtota kustība. Lai kompetenti izmantotu visu elektroenerģijas potenciālu, ir skaidri jāsaprot visi elektriskās strāvas struktūras un darbības principi. Tātad, izdomāsim, kas ir darbs un pašreizējā jauda.
No kurienes vispār nāk elektriskā strāva?
Neskatoties uz šķietamo jautājuma vienkāršību, daži spēj sniegt saprotamu atbildi uz to. Protams, mūsdienās, kad tehnoloģijas attīstās neticamā ātrumā, cilvēki daudz nedomā par tādām elementārām lietām kā elektriskās strāvas darbības princips. No kurienes nāk elektrība? Noteikti daudzi atbildēs: “Nu, protams, no rozetes” vai vienkārši paraustīs plecus. Tikmēr ir ļoti svarīgi saprast, kā darbojas pašreizējais. Tas būtu jāzina ne tikai zinātniekiem, bet arī cilvēkiem, kas nekādā veidā nav saistīti ar zinātnes pasauli, viņu vispārējai daudzveidīgajai attīstībai. Bet ne visi var kompetenti izmantot strāvas darbības principu.
Tātad, vispirms jums vajadzētu saprast, ka elektrība nerodas no nekurienes: to ražo īpaši ģeneratori, kas atrodas dažādās spēkstacijās. Pateicoties turbīnu lāpstiņu rotācijai, tvaiks, kas rodas, sildot ūdeni ar akmeņoglēm vai eļļu, ražo enerģiju, kas pēc tam ar ģeneratora palīdzību tiek pārvērsta elektroenerģijā. Ģeneratora dizains ir ļoti vienkāršs: ierīces centrā atrodas milzīgs un ļoti spēcīgs magnēts, kas liek elektriskajiem lādiņiem pārvietoties pa vara vadiem.
Kā elektriskā strāva nonāk mūsu mājās?
Pēc tam, kad, izmantojot enerģiju (termisko vai kodolenerģiju), ir ģenerēts noteikts elektriskās strāvas daudzums, to var piegādāt cilvēkiem. Šāda elektroenerģijas padeve darbojas šādi: lai elektrība veiksmīgi nonāktu visos dzīvokļos un uzņēmumos, tā ir “jāspiež”. Un šim nolūkam jums būs jāpalielina spēks, kas to darīs. To sauc par elektriskās strāvas spriegumu. Darbības princips ir šāds: strāva iet caur transformatoru, kas palielina tā spriegumu. Tālāk elektriskā strāva plūst pa kabeļiem, kas uzstādīti dziļi pazemē vai augstumā (jo spriegums dažkārt sasniedz 10 000 voltu, kas ir nāvējošs cilvēkiem). Kad strāva sasniedz galamērķi, tai atkal jāiet cauri transformatoram, kas tagad samazinās tā spriegumu. Pēc tam tas pa vadiem pārvietojas uz uzstādītajiem sadales paneļiem daudzdzīvokļu mājās vai citās ēkās.
Pa vadiem novadītā elektrība var tikt izmantota, pateicoties kontaktligzdu sistēmai, pieslēdzot tām sadzīves tehniku. Sienās ir papildus vadi, pa kuriem plūst elektriskā strāva, un tieši pateicoties tam mājā darbojas apgaismojums un visa tehnika.
Kas ir pašreizējais darbs?
Elektriskās strāvas pārnestā enerģija laika gaitā tiek pārvērsta gaismā vai siltumā. Piemēram, kad mēs ieslēdzam lampu, elektriskā enerģijas forma pārvēršas gaismā.
Vienkāršā valodā runājot, strāvas darbība ir darbība, ko pati elektrība ražo. Turklāt to var ļoti viegli aprēķināt, izmantojot formulu. Pamatojoties uz enerģijas nezūdamības likumu, varam secināt, ka elektriskā enerģija nav zudusi, tā ir pilnībā vai daļēji pārgājusi citā formā, izdalot noteiktu siltuma daudzumu. Šis siltums ir darbs, ko veic strāva, kad tā iet caur vadītāju un silda to (notiek siltuma apmaiņa). Šādi izskatās Džoula-Lenca formula: A = Q = U*I*t (darbs ir vienāds ar siltuma daudzumu vai strāvas jaudas reizinājumu un laiku, kurā tas plūst caur vadītāju).
Ko nozīmē līdzstrāva?
Elektriskā strāva ir divu veidu: maiņstrāva un tieša. Tie atšķiras ar to, ka pēdējais nemaina virzienu, tam ir divas skavas (pozitīvs “+” un negatīvs “-”), un tas vienmēr sāk kustību no “+”. Un maiņstrāvai ir divi spailes - fāze un nulle. Tieši vienas fāzes klātbūtnes dēļ vadītāja galā to sauc arī par vienfāzes.
Vienfāzes maiņstrāvas un līdzstrāvas projektēšanas principi ir pilnīgi atšķirīgi: atšķirībā no nemainīgas, maiņstrāva maina gan virzienu (veidojot plūsmu gan no fāzes uz nulli, gan no nulles uz fāzi), gan tās lielumu. Piemēram, maiņstrāva periodiski maina tās uzlādes vērtību. Izrādās, ka ar frekvenci 50 Hz (50 vibrācijas sekundē) elektroni maina savas kustības virzienu tieši 100 reizes.
Kur izmanto DC?
Tiešai elektriskajai strāvai ir dažas īpašības. Sakarā ar to, ka tas plūst stingri vienā virzienā, to ir grūtāk pārveidot. Par līdzstrāvas avotiem var uzskatīt šādus elementus:
- baterijas (gan sārma, gan skābes);
- parastās baterijas, ko izmanto mazās ierīcēs;
- kā arī dažādas ierīces, piemēram, pārveidotājus.
Līdzstrāvas darbība
Kādas ir tās galvenās īpašības? Tas ir darbs un pašreizējā vara, un abi šie jēdzieni ir ļoti cieši saistīti viens ar otru. Jauda attiecas uz darba ātrumu laika vienībā (1 s). Saskaņā ar Džoula-Lenca likumu mēs atklājam, ka darbs, ko veic tiešā elektriskā strāva, ir vienāds ar pašas strāvas stipruma, sprieguma un laika reizinājumu, kurā tika veikts elektriskā lauka darbs, lai pārnestu lādiņus. gar diriģentu.
Šī ir formula strāvas darba noteikšanai, ņemot vērā Ohma likumu par vadītāju pretestību: A = I 2 *R*t (darbs ir vienāds ar strāvas kvadrātu, kas reizināts ar vadītāja pretestības vērtību un reizina ar laiku, kurā darbs tika veikts).
Elektriskais ģenerators ir iekārta vai iekārta, kas paredzēta, lai pārveidotu neelektrisko enerģiju elektroenerģijā: mehānisko par elektrisko, ķīmisko par elektrisko, termisko par elektrisko utt. Mūsdienās, kad mēs sakām vārdu "ģenerators", mēs parasti domājam pārveidotāju mehāniskā enerģija.enerģija — par elektrisko enerģiju.
Tas varētu būt pārnēsājams dīzeļdegvielas vai benzīna ģenerators, atomelektrostacijas ģenerators, automašīnu ģenerators, paštaisīts ģenerators no asinhronā elektromotora vai zema ātruma ģenerators mazjaudas vējdzirnavām. Raksta beigās kā piemēru aplūkosim divus izplatītākos ģeneratorus, bet vispirms parunāsim par to darbības principiem.
Tā vai citādi, no fiziskā viedokļa, katra mehāniskā ģeneratora darbības princips ir vienāds: kad, magnētiskā lauka līnijām šķērsojot vadītāju, šajā vadītājā rodas inducēta emf. Spēka avoti, kas izraisa vadītāja un magnētiskā lauka savstarpēju kustību, var būt dažādi procesi, taču rezultātā vienmēr ir nepieciešams iegūt emf un strāvu no ģeneratora, lai darbinātu slodzi.
Elektroģeneratora darbības princips - Faradeja likums
Elektriskā ģeneratora darbības principu tālajā 1831. gadā atklāja angļu fiziķis Maikls Faradejs. Šo principu vēlāk sauca par Faradeja likumu. Tas slēpjas faktā, ka, vadītājam perpendikulāri šķērsojot magnētisko lauku, šī vadītāja galos rodas potenciāla atšķirība.
Pirmo ģeneratoru pēc paša atklātā principa uzbūvēja pats Faradejs; tas bija “Faraday disks” - vienpolārs ģenerators, kurā starp pakava magnēta poliem griezās vara disks. Ierīce radīja ievērojamu strāvu pie zema sprieguma.
Vēlāk tika konstatēts, ka atsevišķi izolēti vadītāji ģeneratoros no praktiskā viedokļa ir daudz efektīvāki nekā ciets vadošs disks. Un mūsdienu ģeneratoros tagad tiek izmantoti vadu statora tinumi (vienkāršākā demonstrācijas gadījumā stieples spole).
Ģenerators
Lielākā daļa mūsdienu ģeneratoru ir sinhronie maiņstrāvas ģeneratori. Viņiem uz statora ir armatūras tinums, no kura tiek noņemta saražotā elektriskā enerģija. Uz rotora ir ierosmes tinums, kuram caur slīdgredzenu pāri tiek pievadīta līdzstrāva, lai no rotējošā rotora radītu rotējošu magnētisko lauku.
Sakarā ar elektromagnētiskās indukcijas fenomenu, kad rotors griežas no ārējās piedziņas (piemēram, no iekšdedzes dzinēja), tā magnētiskā plūsma pārmaiņus šķērso katru no statora tinuma fāzēm un tādējādi tajās inducē EML.
Visbiežāk ir trīs fāzes, tās ir fiziski nobīdītas uz armatūras viena pret otru par 120 grādiem, tādējādi tiek iegūta trīsfāzu sinusoidālā strāva. Lai iegūtu, fāzes var savienot zvaigznītes vai trīsstūra konfigurācijā.
Sinusoidālā EMF f frekvence ir proporcionāla rotora griešanās frekvencei: f = np/60, kur - p ir rotora magnētisko plusu pāru skaits, n ir rotora apgriezienu skaits minūtē. Parasti maksimālais rotora ātrums ir 3000 apgr./min. Ja šāda sinhronā ģeneratora statora tinumiem pievienosiet trīsfāzu taisngriezi, jūs iegūsit līdzstrāvas ģeneratoru (starp citu, šādi darbojas visi automašīnu ģeneratori).
Trīs mašīnu sinhronais ģenerators
Protams, klasiskajam sinhronajam ģeneratoram ir viens nopietns trūkums - rotoram blakus ir slīdēšanas gredzeni un sukas. Birstes dzirksteļo un nodilst berzes un elektriskās erozijas dēļ. Tas nav pieļaujams sprādzienbīstamā vidē. Tāpēc aviācijā un dīzeļģeneratoros biežāk sastopami bezkontakta sinhronie ģeneratori, jo īpaši trīs mašīnu ģeneratori.
Trīs mašīnu ierīcēm vienā korpusā ir uzstādītas trīs mašīnas: priekšmaisītājs, ierosinātājs un ģenerators - uz kopējās vārpstas. Priekšisidētājs ir sinhrons ģenerators, to ierosina pastāvīgie magnēti uz vārpstas, tā radītais spriegums tiek piegādāts ierosinātāja statora tinumam.
Ierosinātāja stators iedarbojas uz tinumu uz rotora, kas savienots ar tam pievienoto trīsfāzu taisngriezi, no kura tiek darbināts ģeneratora galvenais ierosmes tinums. Ģenerators ģenerē strāvu savā statorā.
Pārnēsājamie gāzes, dīzeļa un benzīna ģeneratori
Mūsdienās tie ir ļoti izplatīti mājsaimniecībās, kurās kā piedziņas dzinēji tiek izmantoti iekšdedzes dzinēji - iekšdedzes dzinējs, kas nodod mehānisko rotāciju uz ģeneratora rotoru.
Šķidrās degvielas ģeneratoriem ir degvielas tvertnes, savukārt gāzes ģeneratoriem degviela jāpavada pa cauruļvadu, lai gāze pēc tam tiktu piegādāta karburatoram, kur tā kļūst par degmaisījuma neatņemamu sastāvdaļu.
Visos gadījumos degmaisījums tiek sadedzināts virzuļu sistēmā, dzenot kloķvārpstu. Tas ir līdzīgi tam, kā darbojas automašīnas dzinējs. Kloķvārpsta griež bezkontakta sinhronā ģeneratora (ģeneratora) rotoru.
Andrejs Povnijs
Ar cilvēka saražoto elektroenerģiju var pietikt mobilā tālruņa uzlādēšanai. Mūsu neironos ir pastāvīgs spriegums, un atšķirību starp dzīvību un nāvi var noteikt pēc encefalogrammas elektriskajiem viļņiem.
Ārstēšana ar dzeloņrajām
Reiz Senajā Romā, bagāta arhitekta dēls un topošais ārsts, Klaudijs Galens pastaigājās gar Vidusjūras krastu. Un tad viņa acis pavērās ļoti dīvains skats - viņam pretī soļoja divi tuvējo ciematu iedzīvotāji, kuriem galvā bija piesietas elektriskās stintes! Šādi vēsture apraksta pirmo zināmo fizikālās terapijas izmantošanas gadījumu ar dzīvās elektrības palīdzību. Šo metodi ņēma vērā Galēns, un tādā neparastā veidā viņš izglāba no sāpēm pēc gladiatoru brūcēm un pat izārstēja paša imperatora Marka Antonija sāpošo muguru, kurš drīz pēc tam iecēla viņu par savu personīgo ārstu.
Pēc tam cilvēks vairāk nekā vienu reizi saskārās ar neizskaidrojamu "dzīvās elektrības" fenomenu. Un pieredze ne vienmēr bija pozitīva. Tā reiz, lielo ģeogrāfisko atklājumu laikmetā, pie Amazones krastiem eiropieši sastapās ar vietējiem elektriskajiem zušiem, kas ūdenī radīja elektrisko spriegumu līdz 550 voltiem. Bēdas tam, kurš nejauši iekrita trīs metru nogalināšanas zonā.
Elektrība katrā
Taču pirmo reizi zinātne pievērsa uzmanību elektrofizikai jeb precīzāk dzīvo organismu spējai ģenerēt elektrību pēc ļoti smieklīga atgadījuma ar varžu kājiņām 18. gadsimtā, kas kādā vētrainā dienā kaut kur Boloņā sāka raustīties no saskares. ar dzelzi. Boloņas profesora Luidži Galvatti sieva, kas ienāca gaļas veikalā pēc franču delikateses, ieraudzīja šo šausmīgo attēlu un pastāstīja vīram par apkārtnē plosošajiem ļaunajiem gariem. Bet Galvatti to aplūkoja no zinātniskā viedokļa, un pēc 25 gadu smaga darba tika publicēta viņa grāmata “Traktāti par elektrības spēku muskuļu kustībā”. Tajā zinātnieks vispirms norādīja, ka elektrība pastāv katrā no mums, un nervi ir sava veida "elektriskie vadi".
Kā tas strādā
Kā cilvēks ražo elektrību? Tas ir saistīts ar daudziem bioķīmiskiem procesiem, kas notiek šūnu līmenī. Mūsu ķermenī ir daudz dažādu ķīmisku vielu - skābeklis, nātrijs, kalcijs, kālijs un daudzas citas. Viņu reakcijas savā starpā rada elektrisko enerģiju. Piemēram, "šūnu elpošanas" procesā, kad šūna atbrīvo enerģiju, kas iegūta no ūdens, oglekļa dioksīda utt. Tas, savukārt, tiek nogulsnēts īpašos ķīmiskos augstas enerģijas savienojumos, sauksim tos par "krātuvēm", un pēc tam tiek izmantots "pēc vajadzības".
Bet tas ir tikai viens piemērs – mūsu organismā notiek daudz ķīmisku procesu, kas ražo elektrību. Katrs cilvēks ir īsts spēks, un to var izmantot ikdienas dzīvē.
Vai mēs ģenerējam daudz vatu?
Cilvēka enerģija kā alternatīvs enerģijas avots jau sen vairs nav zinātniskās fantastikas rakstnieku sapnis. Cilvēkiem ir lielas izredzes būt elektroenerģijas ģeneratoriem; to var radīt gandrīz jebkura mūsu darbība. Tātad, no vienas elpas var iegūt 1 W, un pietiek ar mierīgu soli, lai darbinātu 60 W spuldzi, un ar to pietiks, lai uzlādētu tālruni. Tātad cilvēks burtiski pats var atrisināt problēmu ar resursiem un alternatīviem enerģijas avotiem.
Atliek tikai iemācīties nodot enerģiju, ko mēs tik bezjēdzīgi iztērējam, “kur tas ir vajadzīgs”. Un pētniekiem jau ir priekšlikumi šajā sakarā. Tādējādi tiek aktīvi pētīta pjezoelektrības ietekme, kas rada spriedzi no mehāniskas darbības. Pamatojoties uz to, tālajā 2011. gadā Austrālijas zinātnieki ierosināja datora modeli, kas tiktu uzlādēts, nospiežot taustiņus. Korejā viņi izstrādā tālruni, kas tiks uzlādēts no sarunām, tas ir, no skaņas viļņiem, un Džordžijas Tehnoloģiju institūta zinātnieku grupa ir izveidojusi no cinka oksīda izgatavota "nanoģeneratora" darba prototipu, kas ir implantēts cilvēka ķermenī un ģenerē strāvu no katras mūsu kustības.
Bet tas vēl nav viss, lai palīdzētu saules paneļiem dažās pilsētās iegūt enerģiju no sastrēgumstundām, precīzāk, no vibrācijām, kad gājēji un automašīnas iet, un pēc tam to izmantos, lai apgaismotu pilsētu. Šo ideju ierosināja Londonas arhitekti no firmas Facility Architects. Viņi saka: "Sastrēgumu laikā 34 000 cilvēku 60 minūšu laikā iziet cauri Viktorijas stacijai. Nav nepieciešams matemātisks ģēnijs, lai saprastu, ka, ja šo enerģiju var izmantot, tas faktiski varētu radīt ļoti noderīgu enerģijas avotu, kas pašlaik tiek izšķiests. Starp citu, japāņi šim nolūkam jau izmanto turniketus Tokijas metro, caur kuriem katru dienu iziet simtiem tūkstošu cilvēku. Galu galā dzelzceļi ir Uzlecošās saules zemes galvenās transporta artērijas.
"Nāves viļņi"
Starp citu, dzīvā elektrība ir cēlonis daudzām ļoti dīvainām parādībām, kuras zinātne joprojām nespēj izskaidrot. Iespējams, slavenākais no tiem ir "nāves vilnis", kura atklāšana noveda pie jauna posma debatēs par dvēseles esamību un "nāvei tuvu pieredzes" raksturu, par ko dažreiz ziņo cilvēki, kuri ir piedzīvojuši klīnisko nāvi. .
2009. gadā vienā no Amerikas slimnīcām tika paņemtas encefalogrammas deviņiem mirstošajiem cilvēkiem, kurus tobrīd vairs nevarēja glābt. Eksperiments tika veikts, lai atrisinātu ilgstošu ētisku strīdu par to, kad cilvēks patiešām ir miris. Rezultāti bija sensacionāli – pēc nāves burtiski uzsprāga visu subjektu smadzenes, kurām jau vajadzēja būt nogalinātām – tajās radās neticami spēcīgi elektrisko impulsu uzliesmojumi, kādi dzīvam cilvēkam vēl nebija novēroti. Tās notika divas līdz trīs minūtes pēc sirds apstāšanās un ilga aptuveni trīs minūtes. Iepriekš līdzīgi eksperimenti tika veikti ar žurkām, kuros tas pats sākās minūti pēc nāves un ilga 10 sekundes. Zinātnieki šo fenomenu fatāliski nodēvējuši par “nāves vilni”.
Zinātniskais "nāves viļņu" skaidrojums ir radījis daudzus ētiskus jautājumus. Saskaņā ar vienu no eksperimentētājiem, Dr Lakhmir Chawla, šādus smadzeņu darbības uzliesmojumus var izskaidrot ar to, ka skābekļa trūkuma dēļ neironi zaudē elektrisko potenciālu un izlādējas, izdalot impulsus "lavīnai". “Dzīvie” neironi pastāvīgi atrodas zem neliela negatīva sprieguma - 70 minivoltu, kas tiek uzturēts, atbrīvojoties no pozitīvajiem joniem, kas paliek ārpusē. Pēc nāves līdzsvars tiek izjaukts, un neironi ātri maina polaritāti no “mīnus” uz “plus”. Līdz ar to "nāves vilnis".
Ja šī teorija ir pareiza, "nāves vilnis" encefalogrammā novelk šo netveramo robežu starp dzīvību un nāvi. Pēc tam neirona darbību nevar atjaunot, organisms vairs nevarēs uztvert elektriskos impulsus. Citiem vārdiem sakot, ārstiem vairs nav jēgas cīnīties par cilvēka dzīvību.
Bet ko darīt, ja paskatās uz problēmu no otras puses. Iesakiet, ka "nāves vilnis" ir smadzeņu pēdējais mēģinājums nodrošināt sirdij elektrisko izlādi, lai atjaunotu tās darbību. Šajā gadījumā “nāves viļņa” laikā nevajadzētu salocīt rokas, bet gan izmantot šo iespēju, lai glābtu dzīvības. Tā saka reanimācijas ārsts Lenss-Bekers no Pensilvānijas universitātes, norādot, ka ir bijuši gadījumi, kad cilvēks “atdzīvojās” pēc “viļņa”, kas nozīmē, ka spilgts elektrisko impulsu uzplūds cilvēka organismā, un tad lejupslīdi, vēl nevar uzskatīt par pēdējo slieksni.