Принцип работы электронных генераторов и их применение. Изобретение и первые генераторы переменного тока
Первый генератор как и современные генераторы переменного тока вырабатывают электроэнергию. Электричество является одной из основных составляющих круговорота энергии в природе. Для преобразования какой-либо энергии в электрическую предназначен генератор переменного тока, в переводе с латинского — производитель. Устройство, вырабатывая электроэнергию, преобразует механическую или энергию природы в электрическую. Чаще всего используется механическое движение парового, газотурбинного, гидравлического или дизельного двигателей.
Цилиндры, к которым присоединены концы якоря, называются «кольцами скольжения» или контактными кольцами, которые вращаются одновременно с арматурой. Щетки натираются на контактные кольца, чтобы собрать электричество, произведенное в броне, и транспортировать его во внешний контур. Тисненые части арматурного сердечника. Небольшие и средние единицы используют сегментные встроенные элементы, такие как показанные на рисунке 2, в которых также показаны пальцы, которые используются для формирования вентиляционных каналов.
Вложенные части основного полюса и коммутация. Обычно этот кусок выполнен из ламинированной мягкой стальной плиты, но в больших генераторах с высоким спросом, где происходят быстрые изменения нагрузки, можно использовать слои. Переключатель изготовлен из высокопрочных медных прутков в виде клиновой угольной щетки. Эти детали скользят по стержням переключателя и несут ток нагрузки от катушек ротора во внешнюю цепь. Углеродные держатели удерживают атомы углерода от поверхности коммутатора с помощью.
История изобретения электрогенератора
История изобретения электрогенератора показывает, что основы первого генератора были заложены изобретением батареи итальянцем Алессандро Вольта, генерацией магнитного поля от электрического тока датчанином Гансом Христианом Эрстедом и электромагнита британцем Уильямом Стёрдженем. Практически обнаружив и исследуя электромагнитную индукцию путем прокрутки медного диска между полюсами магнита Фарадей сгенерировал электрический ток в изменяющемся магнитном поле, таким образом, изготовив прообраз первого электрического генератора. С этого момента начали изготавливаться первые генераторы.
Он производит свободный ток и фиксированное напряжение очень точно при любом желаемом значении от нуля до максимального номинального значения. В соответствии с этим. Каждый двигатель должен быть сформирован с чередующимися полюсами между ними. которые являются областями, где сосредоточены силовые линии магнита. Стальные прокатные станы, которые являются высокоскоростными и многоступенчатыми. для поддержания достаточно постоянного давления и плавного скольжения. соответственно. Это машины, которые производят электрическую энергию путем преобразования механической энергии.
В 1833 году русский ученый немецкого происхождения Эмилий Христианович Ленц опубликовал статью о законе взаимности магнито-электрических явлений, то есть о взаимозаменяемости устройства вырабатывающего электроэнергию и двигателя. Первые генераторы, изобретенные в 19 веке вращали тяжелый постоянный магнит вблизи проволочных катушек постепенно улучшаясь и находя практическое применение. Постепенно мощность и потребительские свойства устройств уточнялись с течением времени. Сейчас без электроэнергии и её производителя не обойтись. Там где электроэнергию нельзя подключить от электростанции, предлагаются передвижные дизель электростанции путем аренда генератора .
Каких только производителей энергии нет в нынешнее время, ведь преобразование из одного вида в другой является основой жизни. Получение энергии от Солнца, ветра, Земли, движением воды, гидравлическим путем, атомных, приливных, геотермальных источников никого не удивишь.
Двигатель для работы использует силы притяжения и отталкивания, которые существуют между полюсами. Генератор обладает отличным откликом и особенно подходит для точного управления выходом регуляторами обратной связи. Это преобразование достигается действием магнитного поля на электрические проводники, расположенные на якоре. Вторичный: они доставляют часть электрической энергии, которую они ранее получали. Этот генератор состоит из двух основных частей. Электродвигатель работает главным образом на основе двух принципов: индукции.
Они в основном классифицируются как: Первичные: они преобразуют энергию другой природы, которую они получают, или что они изначально имеют электрическую энергию. И принцип: это означает, что если ток проходит через проводник, расположенный внутри магнитного поля. И генерируемое напряжение будет зависеть от силы магнитов. Дельта-соединение осуществляется посредством подключения клемм 1 к механическим компонентам генератора: Корпус. Они следующие: Механические компоненты. Звездная система связи. Полюсы ротора расположены в парах, расположенных или разделенных на 180º.
Существуют даже генераторы получающие энергию без топлива и внешнего движения при помощи устройства путем использования магнитного поля Земли.
Таким образом, генератор преобразования энергии является той маленькой частью вечного процесса круговорота энергии образовавшуюся в результате Большого взрыва во Вселенной освободив энергию и связывая ее в процессе своего развития.
Существует теория основанная на генерации свободной энергетики зависящей от гравитации и времени, но данные исследования выходит за рамки материалистической физики и науки в целом.
Канавки механически и электрически разделены на 180 °. Это выходное напряжение получается с помощью набора катушек якоря в статоре. то. устройство, которое преобразует определенную форму энергии в механическую энергию вращения или крутящего момента. поток, возвращающийся на южный полюс, перехватывает сторону А трубопровода.
Когда ротор завершает оборот, говорят, что он завершил цикл. синхронной и белковой клетке. таких как лодки. С конструктивной точки зрения. здесь будут обсуждаться только три основных типа: универсальный. Выработка электроэнергии - это процесс производства электроэнергии из других источников первичной энергии. Его основной метод все еще используется сегодня: электричество генерируется движением проволочной петли или медного диска между полюсами магнита. Для электроэнергетических компаний это первый процесс доставки электроэнергии потребителям.
Первый простейший источник электроэнергии был изобретен в 1663 г. немецким ученым Отто фон Герике . Он создал электростатический генератор, извлекавший из натираемого шара, отлитого из серы, который вращали вручную, значительные искры, уколы которых могли быть даже болезненными. В результате на шаре накапливался электрический заряд - «электрическая жидкость» как в то время называли это электрическое явление. Герике удалось заметить слабое свечение электризуемого шара в темноте и, что особенно важно, впервые обнаружить, что пушинки, притягиваемые шаром, через некоторое время отталкиваются от него – это явление ни Герике, ни многие его современники долго не могли объяснить. Мощность шара была менее 1 Вт. Казалось бы – пустяк, однако с его помощью были открыты многие важные явления и свойства электричества.
Основные методы выработки электроэнергии
Мы можем достичь электрической энергии несколькими способами, либо путем преобразования механической энергии через генератор в электричество, путем химических реакций с использованием фотогальванических элементов, либо путем использования тепловой энергии непосредственно для генерации небольших зарядов. В центре внимания статьи будут основные методы генерации энергии, методы обработки, которые используют другие источники энергии для генерации механической энергии и превращения ее в электрическую уникальным способом.
Ф. Хауксби в 1705 г. создал электрический генератор, используя вместо серного шара стеклянный. В 1744 г. в такую машину был введен скользящий контакт – кондуктор – металлическая трубка, подвешенная на шелковых нитях, а позднее устанавливаемая на изолирующих опорах. Этот контакт служил резервуаром для сбора электрических зарядов, и машина смогла при вращении непрерывно отдавать электрическую энергию. После изобретения лейденской банки (см. ниже) данные устройства также устанавливались рядом с машиной.
Электрохимия, генерирующая энергию с химическими реакциями
Электрохимия - это разделение химии, которое изучает химические реакции, возникающие в растворе на границе раздела электронного проводника и ионного проводника. Эти реакции связаны с переносом электронов между электродом и электролитом или видами в растворе.
Электрохимическая ячейка представляет собой устройство, которое вырабатывает электрический ток из энергии, выделяемой спонтанной окислительно-восстановительной реакцией. Этот тип ячейки включает гальваническую ячейку или вольтовую ячейку в честь Луиджи Гальвани и Алессандро Вольта, двух ученых, которые проводили различные эксперименты по химическим реакциям и электрическому току в конце 18 века, приписывая Вольте изобретение первой стопки.
В 1799 г. итальянский ученый Алессандро Вольта изобрел более совершенный, чем Мушенбрук (см. ниже), а главное почти непрерывный (определяется влажностью прокладки) источник электрического тока - первый электрохимический генератор , т. н. «вольтов столб». Свой источник электричества он назвал в честь итальянского анатома Луиджи Гальвани гальваническим элементом . Это был источник электричества более мощный, чем генератор Герике.
Электрохимические ячейки имеют два проводящих электрода. Анод определяется как электрод, где происходит окисление, и катод является электродом, где осуществляется восстановление. Электроды могут быть изготовлены из любого достаточно проводящего материала, такого как металлы, полупроводники, графит, а также проводящие полимеры. Одним из этих электродов является электролит, который содержит ионы, которые могут свободно перемещаться.
Гальваническая ячейка использует два разных металлических электрода, каждый на электролите, где положительно заряженные ионы являются окисленной формой металлического электрода. Один электрод подвергнется окислению, в то время как другой будет страдать от уменьшения. Анодный металл будет окисляться от состояния окисления от нуля до положительного состояния окисления и станет ионом. На катоде ион металла в растворе будет принимать один или несколько электронов между катодом и окисляющим состоянием иона, сводятся к нулю.
Изучая опыты Гальвани, обнаружившего сокращение мышц препарированной лягушки при соприкосновении их с двумя разнородными металлами, Вольта не согласился с тем, что это явление вызвано особым, присущим живым организмам, "животным" электричеством. Он утверждал, что лягушка в опытах Гальвани "есть чувствительный электрометр", а источник электричества - контакт двух разнородных металлов.
Это образует твердый металл электродепозитов на катоде. Два электрода должны быть электрически соединены друг с другом, что позволяет потоку электронов покидать анодный металл и протекать через это соединение с ионами на поверхности катода. Этот электронный поток представляет собой электрический ток, который можно использовать для выполнения работы, например, запуск двигателя или включение источника света. Мы можем создать кучу с куском цинка, меди и лимона.
В настоящее время батареи изготовлены из пластин с помощью реактивных химикатов, которые разделены барьерами. Эти барьеры поляризованы так, что все электроны встречаются с одной стороны. Сторона, где они встречаются, становится отрицательно заряженной, а другая сторона заряжается положительно. Когда устройство подключено, создается электрический ток и поток через устройство к положительной стороне. В то же время внутри клеток происходит электрохимическая реакция, которая приводит к пополнению электронов.
Однако многочисленные эксперименты показали, что простого контакта металлов недостаточно для получения сколько - нибудь заметного тока. Непрерывный электрический ток может возникнуть лишь в замкнутой электрической цепи, составленной из различных проводников: металлов (которые он называл проводниками первого класса) и жидкостей (названных им проводниками второго класса).
Результатом является химический процесс, который генерирует электрическую энергию. Эти изменения без перезаряжаемой батареи являются необратимыми. Однако перезаряжаемая батарея может быть эффективной для изменения химических изменений, возникающих во время процесса разряда. Таким образом, она полностью восстановлена и пригодна для повторного использования.
Потоковые батареи хранят энергию в химических жидкостях, содержащихся во внешних емкостях, таких как внешние топливные элементы, а не внутри самого аккумулятора. Два основных компонента - оборудование для электрохимического преобразования, через которое проходят жидкости, и резервуары для хранения химических веществ - могут быть независимо рассчитаны. Таким образом, количество энергии, которое может быть сохранено, ограничено только размером резервуаров. Конструкция позволяет хранить большие количества энергии по более низкой цене, чем при использовании традиционных батарей.
Между небольшими дисками из меди и цинка (электродами) Вольта помещал пористую прокладку, пропитанную кислотой или щелочью (электролитом).
В результате химической реакции, происходящей между электродами и электролитом, на цинковом электроде образуется избыток электронов, и он приобретает отрицательный электрический заряд, а на медном, наоборот,- недостаток электронов, и он приобретает положительный заряд. При этом между разноименными электрическими зарядами такого источника тока возникает электрическое поле, действует электродвижущая сила (сокращенно ЭДС) или напряжение. Как только проводник окажется подключенным к полюсам элемента или батареи, в нем возникнет электрическое поле, под действием которого электроны будут двигаться туда, где их недостаток, то есть от отрицательного полюса через проводник к положительному полюсу источника электрической энергии. Это и есть упорядоченное движение электронов в проводнике - электрический ток. Ток течет через проводник потому, что в получившейся цепи (положительный полюс элемента, проводники, отрицательный полюс элемента, электролит) действует электродвижущая сила.
Когда мы говорим о термоэлектрическом эффекте, речь идет о прямом преобразовании теплового потенциала в электрическое напряжение или наоборот. Некоторые термоэлектрические устройства создают напряжение, когда на каждой стороне есть другая температура. С другой стороны, когда на них накладывается напряжение, результатом является разность температур. В атомном масштабе температурный градиент заставляет носители заряда в материале делиться с горячей стороны на холодную сторону.
Этот эффект можно использовать для генерации электричества, измерения температуры или изменения температуры объектов. Поскольку направление нагрева в качестве охлаждения определяется полярностью применяемого напряжения, термоэлектрические устройства могут использоваться в качестве регуляторов температуры.
Пока прокладка влажная, между дисками и раствором происходит химическая реакция, создающая в проводнике, соединяющем диски, слабый электрический ток. Соединяя пары дисков в батарею, можно было получать уже значительный электрический ток. Такие батареи называли вольтовыми столбами. Они-то и положили начало электротехнике.
Термопары могут использоваться для создания крошечных токов, которые анализируются контроллерами для определения температуры объекта, подлежащего мониторингу. Эффект Пельтье - это наличие нагрева или охлаждения при электрифицированном пересечении двух разных проводников. Когда электрический ток протекает через соединение между двумя проводниками А и В, тепло может генерироваться на стыке.
Это связано с тем, что металлы реагировали по-разному на разность температур, создавая схему тока и магнитное поле. Зеебек не признал, что был задействован электрический ток, поэтому он назвал явление термомагнитным эффектом. Датский физик Ганс Христиан Эрстед исправил ошибку и придумал термин «термоэлектричество».
Набирая последовательно большое количество таких элементов, Вольта получал электрохимический источник электричества напряжением до 2 кВ. Этого было уже достаточно для исследования электричества, получения электрической дуги, электродуговой свечи, сваривания металлов и т.п.
Батарейки, которыми мы сейчас пользуемся в часах, приемниках и др. – это те же, но усовершенствованные, вольтовы столбики – гальванические элементы.
Эффект Зеебека используется в термоэлектрических генераторах, которые функционируют как тепловые двигатели, но менее громоздки, не имеют движущихся частей и обычно более дороги и менее эффективны. Они используют электростанции для преобразования тепла в дополнительную электроэнергию и в автомобилях, таких как автомобильные термоэлектрические генераторы, для повышения эффективности использования топлива. Космические зонды обычно используют радиоизотопные термоэлектрические генераторы с тем же механизмом, но с использованием радиоизотопов для получения требуемой разности тепла.
Если составить столб из нескольких пар различных металлов, например цинка и серебра (без прокладок), то каждая цинковая пластина, заряженная электричеством одного знака, будет находиться в соприкосновении с двумя одинаковыми серебряными пластинами, заряженными электричеством противоположного знака, и их общее действие будет взаимно уничтожаться.
Для того чтобы действие отдельных пар суммировалось, необходимо обеспечить соприкосновение каждой цинковой пластины только с одной серебряной, т. е. исключить встречный металлический контакт. Это осуществляется с помощью проводников второго класса (влажных суконных кружков); такие кружки разделяют пары металлов и в то же время не препятствуют движению электричества.
Установлено, что электроны в проводнике движутся от отрицательного полюса (где избыток их) к положительному (где недостаток в них), однако и сейчас, как в прошлом веке, принято считать, что ток течет от плюса к минусу, т.е. в направлении, обратном движению электронов. Условное направление тока, кроме того, положено учеными в основу ряда правил, связанных с определением многих электрических явлений. В то же время такая условность никаких особых неудобств не создает, если твердо помнить, что на правление тока в проводниках противоположно направлению движения электронов. В тех же случаях, когда ток создается положительными электрическими зарядами, например в электролитах химических источников постоянного тока, ток «дырок» в полупроводниках, таких противоречий вообще нет, потому что направление движения положительных зарядов совпадает с направлением тока. Пока элемент или батарея действуют, во внешнем участке электрической цепи ток течет в одном и том же направлении. Такой ток называют постоянным .
Если полюсы элемента поменять местами, то изменится только направление движения электронов, но ток и в этом случае будет постоянным. А если полюсы источника тока менять местами очень быстро и к тому же ритмично? В этом случае электроны во внешнем участке цепи тоже будут попеременно изменять направление своего движения. Сначала они потекут в одном направлении, затем, когда полюсы поменяют местами - в другом, обратном предыдущему, потом вновь в прямом, опять в обратном и т. д. В цепи будет течь уже не постоянный, а переменный ток .
При переменном токе электроны в проводнике как бы колеблются из стороны в сторону. Поэтому переменный ток называют также электрическими колебаниями . Переменный ток выгодно отличается от постоянного тем, что он легко поддается преобразованию. Так, например, при помощи трансформатора можно повысить напряжение переменного тока или, наоборот, понизить его. Переменный ток, кроме того, можно выпрямить, то есть преобразовать в постоянный ток.
В течение 2 - 3 лет после создания вольтова столба рядом ученых было разработано несколько различных модификаций батарей гальванических элементов. Среди разнообразных конструкций вольтова столба особенного внимания заслуживает гальваническая батарея, построенная в 1802 г. В.В. Петровым (см. ниже).
Многочисленные эксперименты с вольтовым столбом, проводившиеся учеными разных стран, уже в течение 2 - 3 лет после создания столба привели к открытию химических, тепловых, световых и магнитных действий электрического тока.
В 1824 г. Араго
описал явление «магнетизма вращения
», удовлетворительно объяснить которое ни он, ни другие физики не могли. Сущность явления состояла в следующем (рис 4.2).
Подковообразный магнит мог вращаться вокруг вертикальной оси, а над его полюсами находился алюминиевый диск, который также мог вращаться на оси, совпадающей по направлению с осью вращения магнита. В состоянии покоя никаких взаимодействий между диском и магнитом не наблюдалось. Но стоило начать вращать магнит, как диск устремлялся вслед за ним и наоборот. Чтобы исключить возможность увлечения диска потоками воздуха, магнит и диск были разделены стеклом.
Открытие электромагнитной индукции (1831 г.) помогло Фарадею объяснить явление Араго и уже в самом начале исследования записать: «Я надеялся сделать из опыта г-на Араго новый источник электричества». Фарадей впервые ввел понятие о магнитных силовых линиях, совокупность которых составляет магнитное поле, как физическую реальность. Им было доказано, что наведение тока имеет место только при движении проводника поперек магнитных силовых линий. Отсюда вытекала возможность генерирования электрического тока при перемещении замкнутого проводника в поле магнита.
Из диска Араго Фарадей действительно сделал новый источник электричества. В результате многочисленных опытов Фарадей построил первый электромагнитный генератор
, так называемый «диск Фарадея», при помощи которого можно было получить электрический ток.
Заставив вращаться алюминиевый или медный диск между полюсами магнита, Фарадей наложил на ось диска и на его периферию щетки. Таким образом, была сконструирована электрическая машина (генератор постоянного тока), получившая позднее наименование униполярного генератора (рис. 4.4).
Дальнейшие исследования электромагнитной индукции привели к установлению законов о направлении индуктированного тока. Этот закон был сформулирован в 1832г. Эмилием Ленцем и позволил ему сформулировать важнейший для электротехники принцип - обратимость генераторного и двигательного режимов электрических машин .
