ადამიანის მიერ გამომუშავებული ელექტროენერგია შეიძლება იყოს საკმარისი მობილური ტელეფონის დასატენად. ჩვენი ნეირონები მუდმივი ძაბვის ქვეშ არიან და სიცოცხლესა და სიკვდილს შორის განსხვავება შეიძლება განისაზღვროს ენცეფალოგრამაზე არსებული ელექტრული ტალღებით.
მკურნალობა ძუებით
ერთხელ ძველ რომში, მდიდარი არქიტექტორისა და დამწყები ექიმის შვილი, კლავდიუს გალენი ხმელთაშუა ზღვის სანაპიროზე სეირნობდა. შემდეგ კი ძალიან უცნაური სანახაობა მოჰკრა თვალს - მისკენ მიდიოდა ახლომდებარე სოფლების ორი მაცხოვრებელი, თავზე ელექტრო ძაფებით მიბმული! ასე აღწერს ისტორია ფიზიოთერაპიის გამოყენების პირველ ცნობილ შემთხვევას ცოცხალი ელექტროენერგიის დახმარებით. ეს მეთოდი გაითვალისწინა გალენმა და ასე უჩვეულო გზით გადაარჩინა გლადიატორთა ჭრილობების შემდეგ ტკივილი და განკურნა თვით იმპერატორ მარკ ანტონიუს ზურგიც კი, რომელმაც მალევე დანიშნა იგი თავის პირად ექიმად.
ამის შემდეგ ადამიანი არაერთხელ წააწყდა "ცოცხალი ელექტროენერგიის" აუხსნელ ფენომენს. და გამოცდილება ყოველთვის არ იყო დადებითი. ასე რომ, ერთხელ, დიდი გეოგრაფიული აღმოჩენების ეპოქაში, ამაზონის სანაპიროსთან, ევროპელები შეხვდნენ ადგილობრივ ელექტრო გველთევზებს, რომლებიც წყალში 550 ვოლტამდე ელექტრო ძაბვას წარმოქმნიდნენ. ვაი მას, ვინც შემთხვევით ჩავარდა სამმეტრიანი მოკვლის ზონაში.
ელექტროენერგია ყველაში
მაგრამ პირველად, მეცნიერებამ ყურადღება მიაქცია ელექტროფიზიკას, უფრო ზუსტად კი ცოცხალი ორგანიზმების ელექტროენერგიის გამომუშავების უნარს, მე-18 საუკუნეში ბაყაყის ფეხებთან ძალიან სასაცილო ინციდენტის შემდეგ, რომელიც ერთ მშფოთვარე დღეს, სადღაც ბოლონიაში დაიწყო კონტაქტისგან კანკალი. რკინით. ბოლონიელი პროფესორის ლუიჯი გალვატის მეუღლემ, რომელიც ჯალათში შევიდა ფრანგული დელიკატესისთვის, დაინახა ეს საშინელი სურათი და უთხრა ქმარს ბოროტი სულების შესახებ, რომლებიც მძვინვარებდნენ მეზობლად. მაგრამ გალვატიმ ამას მეცნიერული თვალსაზრისით შეხედა და 25 წლის შრომისმოყვარეობის შემდეგ გამოიცა მისი წიგნი "ტრაქტატები ელექტროენერგიის ძალის შესახებ კუნთოვან მოძრაობაში". მასში მეცნიერმა პირველად თქვა, რომ ელექტროენერგია თითოეულ ჩვენგანში არსებობს და ნერვები ერთგვარი "ელექტრული მავთულებია".
Როგორ მუშაობს
როგორ გამოიმუშავებს ადამიანი ელექტროენერგიას? ეს გამოწვეულია მრავალი ბიოქიმიური პროცესით, რომლებიც ხდება უჯრედულ დონეზე. ჩვენს ორგანიზმში ბევრი სხვადასხვა ქიმიური ნივთიერებაა - ჟანგბადი, ნატრიუმი, კალციუმი, კალიუმი და მრავალი სხვა. მათი რეაქციები ერთმანეთთან წარმოქმნის ელექტრო ენერგიას. მაგალითად, "უჯრედული სუნთქვის" პროცესში, როდესაც უჯრედი ათავისუფლებს წყლის, ნახშირორჟანგის და ა.შ. მიღებულ ენერგიას. ის, თავის მხრივ, დეპონირდება სპეციალურ ქიმიურ მაღალენერგეტიკულ ნაერთებში, დავარქვათ მათ „საწყობები“ და შემდგომში გამოიყენება „საჭიროებისამებრ“.
მაგრამ ეს მხოლოდ ერთი მაგალითია – ჩვენს ორგანიზმში ბევრი ქიმიური პროცესია, რომელიც ელექტროენერგიას გამოიმუშავებს. თითოეული ადამიანი ნამდვილი ძალაა და მისი გამოყენება შესაძლებელია ყოველდღიურ ცხოვრებაში.
გამოვქმნით ბევრ ვატს?
ადამიანის ენერგია, როგორც ენერგიის ალტერნატიული წყარო, დიდი ხანია აღარ არის სამეცნიერო ფანტასტიკის მწერლების ოცნება. ადამიანებს აქვთ დიდი პერსპექტივები, როგორც ელექტროენერგიის გენერატორები; ის შეიძლება წარმოიქმნას ჩვენი თითქმის ნებისმიერი ქმედებით. ასე რომ, ერთი ამოსუნთქვით შეგიძლიათ მიიღოთ 1 ვტ და მშვიდი ნაბიჯი საკმარისია 60 ვტ სიმძლავრის ნათურის დასატენად და საკმარისი იქნება თქვენი ტელეფონის დასატენად. ასე რომ, ადამიანს შეუძლია ფაქტიურად გადაჭრას პრობლემა რესურსებით და ენერგიის ალტერნატიული წყაროებით.
რჩება მხოლოდ იმ ენერგიის გადატანა, რომელსაც ასე უსარგებლოდ ვფლანგავთ „სადაც საჭიროა“. და მკვლევარებს უკვე აქვთ წინადადებები ამ კუთხით. ამრიგად, აქტიურად არის შესწავლილი პიეზოელექტრის ეფექტი, რომელიც ქმნის დაძაბულობას მექანიკური მოქმედებისგან. მის საფუძველზე ჯერ კიდევ 2011 წელს ავსტრალიელმა მეცნიერებმა შემოგვთავაზეს კომპიუტერის მოდელი, რომელიც დამუხტებოდა კლავიშების დაჭერით. კორეაში ავითარებენ ტელეფონს, რომელიც დაიტენება საუბრებიდან, ანუ ხმის ტალღებიდან და საქართველოს ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მეცნიერთა ჯგუფმა შექმნა თუთიის ოქსიდისგან დამზადებული „ნანოგენერატორის“ სამუშაო პროტოტიპი, რომელიც ჩანერგილია ადამიანის სხეულში და წარმოქმნის დენს ჩვენი ყოველი მოძრაობიდან.
მაგრამ ეს ყველაფერი არ არის, ზოგიერთ ქალაქში მზის პანელების დასახმარებლად ისინი აპირებენ ენერგიის მიღებას პიკის საათებიდან, უფრო სწორედ ვიბრაციებისგან, როდესაც ფეხით მოსიარულეები და მანქანები დადიან და შემდეგ გამოიყენებენ მას ქალაქის გასანათებლად. ეს იდეა შემოგვთავაზეს ლონდონის არქიტექტორებმა ფირმა Facility Architects-დან. ისინი ამბობენ: ”პიკის დროს 60 წუთში 34000 ადამიანი გადის ვიქტორიას სადგურზე. მათემატიკური გენიოსი არ არის საჭირო იმის გასაგებად, რომ თუ ამ ენერგიის გამოყენება შესაძლებელია, მას რეალურად შეუძლია ენერგიის ძალიან სასარგებლო წყაროს შექმნა, რომელიც ამჟამად იხარჯება“. სხვათა შორის, იაპონელები ამისთვის უკვე იყენებენ ტურნიკეტებს ტოკიოს მეტროში, რომლითაც ყოველდღიურად ასობით ათასი ადამიანი გადის. რკინიგზა ხომ ამომავალი მზის ქვეყნის მთავარი სატრანსპორტო არტერიაა.
"სიკვდილის ტალღები"
სხვათა შორის, ცოცხალი ელექტროენერგია არის მრავალი ძალიან უცნაური ფენომენის მიზეზი, რომელთა ახსნაც მეცნიერებას ჯერ კიდევ არ შეუძლია. შესაძლოა მათგან ყველაზე ცნობილი არის „სიკვდილის ტალღა“, რომლის აღმოჩენამ გამოიწვია დებატების ახალი ეტაპი სულის არსებობასა და „სიკვდილის მახლობლად გამოცდილების“ ბუნების შესახებ, რომელსაც ზოგჯერ აცხადებენ ადამიანები, რომლებმაც განიცადეს კლინიკური სიკვდილი. .
2009 წელს ერთ-ერთ ამერიკულ საავადმყოფოში ცხრა მომაკვდავ ადამიანს ენცეფალოგრამა გადაუღეს, რომელთა გადარჩენა იმ დროს ვეღარ მოხერხდა. ექსპერიმენტი ჩატარდა ხანგრძლივი ეთიკური დავის გადასაჭრელად იმის შესახებ, თუ როდის არის ადამიანი მართლაც მკვდარი. შედეგები სენსაციური იყო - სიკვდილის შემდეგ, ყველა სუბიექტის ტვინი, რომელიც უკვე მოკლული უნდა ყოფილიყო, ფაქტიურად აფეთქდა - მასში წარმოიშვა ელექტრული იმპულსების წარმოუდგენლად ძლიერი აფეთქებები, რაც არასოდეს ყოფილა დაფიქსირებული ცოცხალ ადამიანში. ისინი მოხდა გულის გაჩერების შემდეგ ორი-სამი წუთის შემდეგ და გაგრძელდა დაახლოებით სამი წუთი. ადრე მსგავსი ექსპერიმენტები ჩატარდა ვირთხებზე, რომლებშიც იგივე იწყებოდა სიკვდილიდან ერთი წუთის შემდეგ და გრძელდებოდა 10 წამი. მეცნიერებმა ამ ფენომენს ფატალისტურად "სიკვდილის ტალღა" უწოდეს.
„სიკვდილის ტალღების“ მეცნიერულმა ახსნამ მრავალი ეთიკური კითხვა წამოჭრა. ერთ-ერთი ექსპერიმენტატორის, დოქტორი ლახმირ ჩავლას თქმით, ტვინის აქტივობის ასეთი აფეთქებები აიხსნება იმით, რომ ჟანგბადის ნაკლებობის გამო ნეირონები კარგავენ ელექტრულ პოტენციალს და გამონადენს, ასხივებენ იმპულსებს „ზვავის მსგავსს“. "ცოცხალი" ნეირონები მუდმივად იმყოფებიან მცირე უარყოფითი ძაბვის ქვეშ - 70 მინივოლტი, რომელიც შენარჩუნებულია გარეთ დარჩენილი დადებითი იონების მოშორებით. სიკვდილის შემდეგ ბალანსი ირღვევა და ნეირონები სწრაფად ცვლიან პოლარობას „მინუსიდან“ „პლუს“. აქედან მოდის "სიკვდილის ტალღა".
თუ ეს თეორია სწორია, ენცეფალოგრამაზე „სიკვდილის ტალღა“ ხაზს უსვამს აუცილებელ ხაზს სიცოცხლესა და სიკვდილს შორის. ამის შემდეგ ნეირონის ფუნქციონირება ვერ აღდგება, სხეული ვეღარ მიიღებს ელექტრო იმპულსებს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ექიმებს ადამიანის სიცოცხლისთვის ბრძოლას აზრი აღარ აქვს.
მაგრამ რა მოხდება, თუ პრობლემას მეორე მხრიდან შეხედავ? ვარაუდობენ, რომ "სიკვდილის ტალღა" არის ტვინის ბოლო მცდელობა, მისცეს გულს ელექტრული გამონადენი მისი ფუნქციონირების აღსადგენად. ამ შემთხვევაში, "სიკვდილის ტალღის" დროს თქვენ არ უნდა შემოხვიოთ ხელები, არამედ გამოიყენოთ ეს შანსი სიცოცხლის გადასარჩენად. ასე ამბობს რეანიმაციის ექიმი ლენს-ბეკერი პენსილვანიის უნივერსიტეტიდან და აღნიშნავს, რომ ყოფილა შემთხვევები, როდესაც ადამიანი „გაცოცხლდა“ „ტალღის“ შემდეგ, რაც ნიშნავს, რომ ელექტრული იმპულსების კაშკაშა ტალღები ადამიანის სხეულში, და შემდეგ კლება, ჯერ არ შეიძლება ჩაითვალოს ბოლო ბარიერად.
ელექტრული დენი არის ენერგიის ძირითადი ტიპი, რომელიც ასრულებს სასარგებლო სამუშაოს ადამიანის ცხოვრების ყველა სფეროში. ის ამოქმედებს სხვადასხვა მექანიზმებს, უზრუნველყოფს შუქს, ათბობს სახლებს და აცოცხლებს მთელ რიგ მოწყობილობებს, რომლებიც უზრუნველყოფენ ჩვენს კომფორტულ არსებობას პლანეტაზე. მართლაც, ამ ტიპის ენერგია უნივერსალურია. თქვენ შეგიძლიათ მიიღოთ ყველაფერი მისგან და დიდი განადგურებაც კი, თუ არასწორად გამოიყენებთ.
მაგრამ იყო დრო, როდესაც ელექტრული ეფექტები ჯერ კიდევ იყო ბუნებაში, მაგრამ არანაირად არ ეხმარებოდა ადამიანებს. რა შეიცვალა მას შემდეგ? ადამიანებმა დაიწყეს ფიზიკური ფენომენების შესწავლა და გამოიგონეს საინტერესო მანქანები - გადამყვანები, რომლებმაც, ზოგადად, რევოლუციური ნახტომი გააკეთეს ჩვენს ცივილიზაციაში, რაც საშუალებას აძლევდა ადამიანს მიეღო ერთი ენერგია მეორისგან.
ასე ისწავლეს ადამიანებმა ელექტროენერგიის გამომუშავება ჩვეულებრივი ლითონისგან, მაგნიტებიდან და მექანიკური მოძრაობისგან - ეს ყველაფერია. აშენდა გენერატორები, რომლებსაც შეეძლოთ კოლოსალური ენერგიის ნაკადების გამომუშავება, რაც შეადგენს მეგავატს. მაგრამ საინტერესოა, რომ ამ მანქანების მუშაობის პრინციპი არც თუ ისე რთულია და შეიძლება საკმაოდ გასაგები იყოს მოზარდისთვისაც კი. რა არის ეს, შევეცადოთ გავიგოთ ეს საკითხი.
ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ეფექტი
დირიჟორში ელექტრული დენის გამოჩენის საფუძველია ელექტრომოძრავი ძალა - EMF. მას შეუძლია გამოიწვიოს დამუხტული ნაწილაკების მოძრაობა, რომელთაგან ბევრია ნებისმიერ მეტალში. ეს ძალა ჩნდება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ გამტარი განიცდის მაგნიტური ველის ინტენსივობის ცვლილებას. თავად ეფექტს ელექტრომაგნიტური ინდუქცია ეწოდება. რაც უფრო დიდია მაგნიტური ტალღების ნაკადის ცვლილების სიჩქარე, მით მეტია ემფ. ანუ, თქვენ შეგიძლიათ გადაიტანოთ გამტარი მუდმივი მაგნიტის მახლობლად, ან გავლენა მოახდინოთ სტაციონარულ მავთულზე ელექტრომაგნიტის ველით, შეცვალოთ მისი ძალა, ეფექტი იგივე იქნება - ელექტრული დენი გამოჩნდება გამტარში.
ამ საკითხზე მე-19 საუკუნის პირველ ნახევარში მუშაობდნენ მეცნიერები ოერსტედი და ფარადეი. მათ ასევე აღმოაჩინეს ეს ფიზიკური ფენომენი. შემდგომში ელექტრომაგნიტური ინდუქციის საფუძველზე შეიქმნა დენის გენერატორები და ელექტროძრავები. საინტერესოა, რომ ეს მანქანები ადვილად გარდაიქმნება ერთმანეთში.
როგორ მუშაობს DC და AC გენერატორები?
ნათელია, რომ ელექტრული დენის გენერატორი არის ელექტრომექანიკური მანქანა, რომელიც აწარმოებს დენს. სინამდვილეში, ეს არის ენერგიის გადამყვანი: ქარი, წყალი, სითბო, ყველაფერი EMF-ში, რაც უკვე იწვევს დენს გამტარში. ნებისმიერი გენერატორის დიზაინი ფუნდამენტურად არ განსხვავდება დახურული გამტარი სქემისგან, რომელიც ბრუნავს მაგნიტის პოლუსებს შორის, როგორც მეცნიერთა პირველ ექსპერიმენტებში. მხოლოდ ძლიერი მუდმივი ან, უფრო ხშირად, ელექტრული მაგნიტების მიერ შექმნილი მაგნიტური ნაკადის სიდიდეა ბევრად მეტი. დახურულ წრეს აქვს მრავალმხრივი გრაგნილის ფორმა, რომელთაგან თანამედროვე გენერატორში არის არა ერთი, არამედ მინიმუმ სამი. ეს ყველაფერი კეთდება იმისათვის, რომ მიიღოთ მაქსიმალური EMF.
სტანდარტული AC (ან DC) ელექტრული გენერატორი შედგება:
- საცხოვრებლები. ასრულებს ჩარჩოს ფუნქციას, რომლის შიგნით არის დამონტაჟებული სტატორი ელექტრომაგნიტური ბოძებით. იგი შეიცავს როტორის ლილვის მოძრავ საკისრებს. დამზადებულია ლითონისგან, ასევე იცავს აპარატის მთლიან შიდა შევსებას.
- სტატორი მაგნიტური ბოძებით.მასზე მიმაგრებულია მაგნიტური ნაკადის აგზნების გრაგნილი. იგი დამზადებულია ფერომაგნიტური ფოლადისგან.
- როტორი ან არმატურა.ეს არის გენერატორის მოძრავი ნაწილი, რომლის ლილვი ბრუნვაში შედის ზედმეტი ძალით. არმატურის ბირთვზე მოთავსებულია თვითაგზნებადი გრაგნილი, სადაც წარმოიქმნება ელექტრული დენი.
- გადართვის კვანძი.ეს სტრუქტურული ელემენტი ემსახურება ელექტროენერგიის ამოღებას მოძრავი როტორის ლილვიდან. იგი მოიცავს გამტარ რგოლებს, რომლებიც მოძრავად არის დაკავშირებული გრაფიტის დენის შემგროვებელ კონტაქტებთან.
DC დენის შექმნა
გენერატორში, რომელიც აწარმოებს პირდაპირ დენს, გამტარი წრე ბრუნავს მაგნიტური გაჯერების სივრცეში. უფრო მეტიც, ბრუნვის გარკვეული მომენტისთვის, მიკროსქემის თითოეული ნახევარი აღმოჩნდება ამა თუ იმ ბოძთან ახლოს. ამ ნახევრად შემობრუნებისას გამტარში მუხტი ერთი მიმართულებით მოძრაობს.
ნაწილაკების მოცილების მისაღებად, მზადდება ენერგიის მოცილების მექანიზმი. მისი თავისებურება ის არის, რომ გრაგნილის (ჩარჩოს) ყოველი ნახევარი დაკავშირებულია გამტარ ნახევარრგოლთან. ნახევარი რგოლები არ არის დახურული ერთმანეთთან, მაგრამ ფიქსირდება დიელექტრიკულ მასალაზე. იმ პერიოდის განმავლობაში, როდესაც გრაგნილის ერთი ნაწილი იწყებს გარკვეულ ბოძზე გავლას, ნახევრად რგოლი იკეტება ელექტრულ წრეში ჯაგრისების საკონტაქტო ჯგუფებით. გამოდის, რომ თითოეულ ტერმინალში მხოლოდ ერთი ტიპის პოტენციალი მოდის.
უფრო სწორი იქნება ენერგიას დავარქვათ არა მუდმივი, არამედ პულსირებული, მუდმივი პოლარობით. Ripple გამოწვეულია იმით, რომ მაგნიტურ ნაკადს დირიჟორზე ბრუნვის დროს აქვს როგორც მაქსიმალური, ასევე მინიმალური გავლენა. ამ ტალღის გასათანაბრებლად, რამდენიმე გრაგნილი გამოიყენება როტორზე და მძლავრი კონდენსატორები მიკროსქემის შესასვლელში. მაგნიტური ნაკადის დანაკარგების შესამცირებლად, არმატურასა და სტატორს შორის უფსკრული მინიმუმამდეა დაყვანილი.
ალტერნატორის წრე
როდესაც დენის წარმომქმნელი მოწყობილობის მოძრავი ნაწილი ბრუნავს, EMF ასევე ინდუცირებულია ჩარჩოს გამტარებლებში, როგორც პირდაპირი დენის გენერატორში. მაგრამ არის მცირე თავისებურება - ალტერნატიული დენის გენერატორს აქვს განსხვავებული დიზაინი კოლექტორის განყოფილებისთვის. მასში თითოეული ტერმინალი დაკავშირებულია საკუთარ გამტარ რგოლთან.
ალტერნატიული დენის გენერატორის მუშაობის პრინციპი ასეთია: როდესაც გრაგნილის ნახევარი გადის ერთ ბოძთან (მეორე, შესაბამისად, საპირისპირო ბოძთან), დენი მოძრაობს წრეში ერთი მიმართულებით მისი მინიმალურიდან მის უმაღლეს მნიშვნელობამდე. და ისევ ნულამდე. როგორც კი გრაგნილები შეცვლიან თავიანთ პოზიციას პოლუსებთან შედარებით, დენი იწყებს მოძრაობას საპირისპირო მიმართულებით იმავე ნიმუშით.
ამ შემთხვევაში, მიკროსქემის შესასვლელში, მიიღება სიგნალის ფორმა სინუსოიდის სახით, ნახევარტალღოვანი სიხშირით, რომელიც შეესაბამება როტორის ლილვის ბრუნვის პერიოდს. გამოსავალზე სტაბილური სიგნალის მისაღებად, სადაც ალტერნატორის სიხშირე მუდმივია, მექანიკური ნაწილის ბრუნვის პერიოდი უნდა იყოს მუდმივი.
გაზის ტიპი
დენის გენერატორების დიზაინებს, სადაც ლითონის ჩარჩოს ნაცვლად გამოიყენება გამტარი პლაზმა, სითხე ან აირი, როგორც მუხტის მატარებელი, ეწოდება MHD გენერატორები. წნევის ქვეშ მყოფი ნივთიერებები გადადის მაგნიტური ინტენსივობის ველში. იგივე ინდუცირებული ემფ-ის გავლენის ქვეშ დამუხტული ნაწილაკები იძენენ მიმართულ მოძრაობას, ქმნიან ელექტრულ დენს. დენის სიდიდე პირდაპირპროპორციულია მაგნიტური ნაკადის გავლის სიჩქარისა და მისი სიმძლავრის მიმართ.
MHD გენერატორებს აქვთ უფრო მარტივი დიზაინის გადაწყვეტა - მათ არ აქვთ როტორის ბრუნვის მექანიზმი. ასეთ ელექტრომომარაგებას შეუძლია დიდი რაოდენობით ენერგიის მიწოდება მოკლე დროში. ისინი გამოიყენება როგორც სარეზერვო მოწყობილობა და საგანგებო სიტუაციებში. კოეფიციენტი, რომელიც განსაზღვრავს ამ მანქანების სასარგებლო მოქმედებას (ეფექტურობას), უფრო მაღალია, ვიდრე ელექტრო ალტერნატიული დენის გენერატორი.
სინქრონული ალტერნატიული დენის გენერატორი
არსებობს ალტერნატიული დენის გენერატორების შემდეგი ტიპები:
- მანქანები სინქრონულია.
- მანქანები ასინქრონულია.
სინქრონულ ალტერნატორს აქვს მკაცრი ფიზიკური კავშირი როტორის ბრუნვის მოძრაობასა და ელექტროენერგიას შორის. ასეთ სისტემებში, როტორი არის ელექტრომაგნიტი, რომელიც აწყობილია ბირთვებისგან, ბოძებისგან და ამაღელვებელი გრაგნილებისგან. ეს უკანასკნელი იკვებება DC წყაროდან ჯაგრისების და რგოლის კონტაქტების მეშვეობით. სტატორი არის მავთულის ხვეული, რომლებიც ერთმანეთთან დაკავშირებულია ვარსკვლავის პრინციპით, საერთო წერტილით - ნული. მათში უკვე ინდუცირებულია EMF და წარმოიქმნება დენი.
როტორის ლილვს ამოძრავებს გარე ძალა, როგორც წესი, ტურბინები, რომელთა სიხშირე სინქრონიზებულია და მუდმივია. ასეთ გენერატორთან დაკავშირებული ელექტრული წრე არის სამფაზიანი წრე, რომლის ცალკეულ ხაზზე დენის სიხშირე სხვა ხაზებთან შედარებით 120 გრადუსით არის გადაადგილებული. სწორი სინუსოიდის მისაღებად, სტატორისა და როტორის ნაწილებს შორის უფსკრული მაგნიტური ნაკადის მიმართულება კონტროლდება ამ უკანასკნელის დიზაინით.
ალტერნატორი აღფრთოვანებულია ორი მეთოდით:
- კონტაქტი.
- უკონტაქტო.
კონტაქტური აგზნების წრეში ელექტრომაგნიტის გრაგნილებს ელექტროენერგია მიეწოდება სხვა გენერატორის ჯაგრისების წყვილის მეშვეობით. ეს გენერატორი შეიძლება გაერთიანდეს მთავარ ლილვთან. მას ჩვეულებრივ აქვს ნაკლები ძალა, მაგრამ საკმარისია ძლიერი მაგნიტური ველის შესაქმნელად.
უკონტაქტო პრინციპი ითვალისწინებს, რომ შახტზე სინქრონული ალტერნატიული დენის გენერატორს აქვს დამატებითი სამფაზიანი გრაგნილები, რომლებშიც ბრუნვის დროს წარმოიქმნება ემფ და წარმოიქმნება ელექტროენერგია. იგი მიეწოდება გამასწორებელი სქემის მეშვეობით როტორის აგზნების კოჭებს. სტრუქტურულად, ასეთ სისტემას არ აქვს მოძრავი კონტაქტები, რაც ამარტივებს სისტემას და უფრო საიმედოს ხდის მას.
ასინქრონული გენერატორი
არსებობს ასინქრონული ალტერნატიული დენის გენერატორი. მისი მოწყობილობა განსხვავდება სინქრონულიდან. მას არ აქვს EMF-ის ზუსტი დამოკიდებულება როტორის ლილვის ბრუნვის სიხშირეზე. არსებობს ისეთი კონცეფცია, როგორიცაა "slip S", რომელიც ახასიათებს გავლენის ამ განსხვავებას. სრიალის რაოდენობა განისაზღვრება გაანგარიშებით, ამიტომ არასწორია ვიფიქროთ, რომ ასინქრონულ ძრავაში ელექტრომექანიკური პროცესის ნიმუში არ არსებობს.
თუ გენერატორი მუშაობს უმოქმედო მდგომარეობაში, დატვირთულია, გრაგნილებში გამავალი დენი შექმნის მაგნიტურ ნაკადს, რომელიც ხელს უშლის როტორის ბრუნვას მოცემულ სიხშირეზე. ეს ქმნის სრიალს, რაც ბუნებრივად მოქმედებს EMF-ის წარმოქმნაზე.
თანამედროვე ასინქრონული ალტერნატიული დენის გენერატორს აქვს მოძრავი ნაწილის მოწყობილობა სამი განსხვავებული დიზაინით:
- ღრუ როტორი.
- ციყვი-გალიის როტორი.
- სრიალის როტორი.
ასეთ მანქანებს შეიძლება ჰქონდეთ თვით- და დამოუკიდებელი აგზნება. პირველი წრე ხორციელდება გრაგნილში კონდენსატორებისა და ნახევარგამტარული გადამყვანების ჩართვის გზით. დამოუკიდებელი ტიპის აგზნება იქმნება დამატებითი ალტერნატიული დენის წყაროს მიერ.
გენერატორის კავშირის დიაგრამები
ელექტროგადამცემი ხაზების მაღალი სიმძლავრის ყველა წყარო წარმოქმნის სამფაზიან ელექტრო დენს. ისინი შეიცავენ სამ გრაგნილს, რომლებშიც წარმოიქმნება ალტერნატიული დენები ერთმანეთისგან პერიოდის 1/3-ით გადაადგილებული ფაზით. თუ გავითვალისწინებთ ასეთი ენერგიის წყაროს თითოეულ ცალკეულ გრაგნილს, მივიღებთ ერთფაზიან ალტერნატიულ დენს, რომელიც მიედინება ხაზში. გენერატორს შეუძლია აწარმოოს ძაბვა ათიათასობით ვოლტი. მომხმარებელი იღებს სადისტრიბუციო ტრანსფორმატორიდან.
ალტერნატიული დენის ნებისმიერ გენერატორს აქვს სტანდარტული გრაგნილი მოწყობილობა, მაგრამ არსებობს ორი სახის კავშირი დატვირთვასთან:
- ვარსკვლავი;
- სამკუთხედი.
ვარსკვლავთან დაკავშირებული ალტერნატიული დენის გენერატორის მუშაობის პრინციპი გულისხმობს ყველა მავთულის (ნეიტრალური) გაერთიანებას ერთში, რომელიც ტვირთიდან ისევ გენერატორში გადადის. ეს გამოწვეულია იმით, რომ სიგნალი (ელექტრული დენი) გადაიცემა ძირითადად გამავალი გრაგნილი მავთულის მეშვეობით (ხაზოვანი), რომელსაც ფაზას უწოდებენ. პრაქტიკაში, ეს ძალიან მოსახერხებელია, რადგან თქვენ არ გჭირდებათ სამი დამატებითი მავთულის გაყვანა მომხმარებლის დასაკავშირებლად. ძაბვა ხაზის სადენებსა და ხაზსა და ნეიტრალურ მავთულებს შორის იქნება განსხვავებული.
გენერატორის გრაგნილების სამკუთხედთან შეერთებით, ისინი ერთმანეთთან სერიულად იკეტება ერთ წრეში. მათი შეერთების წერტილებიდან ხაზები იკვეთება მომხმარებლისკენ. მაშინ საერთოდ არ არის საჭირო ნეიტრალური მავთული და ძაბვა თითოეულ ხაზზე იქნება იგივე დატვირთვის მიუხედავად.
სამფაზიანი დენის უპირატესობა ერთფაზიან დენთან შედარებით არის მისი ქვედა ტალღოვანი რექტიფიკაციის დროს. ეს დადებითად მოქმედებს ელექტრომომარაგებულ მოწყობილობებზე, განსაკუთრებით DC ძრავებზე. ასევე, სამფაზიანი დენი ქმნის მბრუნავ მაგნიტურ ველს, რომელსაც შეუძლია ძლიერი ასინქრონული ძრავების მართვა.
სად გამოიყენება DC და AC გენერატორები?
DC გენერატორები მნიშვნელოვნად უფრო მცირეა ზომით და წონით, ვიდრე AC მანქანები. ამ უკანასკნელზე უფრო რთული დიზაინით, მათ მაინც იპოვეს გამოყენება მრავალ ინდუსტრიაში.
ისინი ძირითადად გამოიყენება როგორც მაღალსიჩქარიანი ძრავები იმ მანქანებში, სადაც საჭიროა სიჩქარის კონტროლი, მაგალითად, ლითონის დამუშავების მექანიზმებში, მაღაროების ლიფტებში და მოძრავ ქარხნებში. ტრანსპორტში ასეთი გენერატორები დამონტაჟებულია დიზელის ლოკომოტივებზე და სხვადასხვა გემებზე. ქარის გენერატორების მრავალი მოდელი იკრიბება მუდმივი ძაბვის წყაროების საფუძველზე.
სპეციალური დანიშნულების DC გენერატორები გამოიყენება შედუღებისას, სინქრონული ტიპის გენერატორების გრაგნილების გასააქტიურებლად, როგორც DC გამაძლიერებლები და გალვანური და ელექტროლიზური დანადგარების გასაძლიერებლად.
ალტერნატორის დანიშნულებაა ელექტროენერგიის წარმოება ინდუსტრიული მასშტაბით. ამ ტიპის ენერგია კაცობრიობას ნიკოლა ტესლამ მისცა. რატომ არის ფართოდ გავრცელებული პოლარობის შემცვლელი დენი და არა მუდმივი? ეს იმის გამო ხდება, რომ მუდმივი ძაბვის გადაცემისას სადენებში დიდი დანაკარგებია. და რაც უფრო გრძელია მავთული, მით მეტია დანაკარგები. AC ძაბვის ტრანსპორტირება შესაძლებელია დიდ დისტანციებზე გაცილებით დაბალ ფასად. უფრო მეტიც, თქვენ შეგიძლიათ მარტივად გადაიყვანოთ ალტერნატიული ძაბვა (დაწევა და გაზრდა), რომელიც წარმოიქმნა 220 ვ გენერატორის მიერ.
დასკვნა
ადამიანს ბოლომდე არ ესმოდა, რა სდევს მის გარშემო არსებულ ყველაფერს. და ელექტრო ენერგია სამყაროს ღია საიდუმლოების მხოლოდ მცირე ნაწილია. მანქანები, რომლებსაც ჩვენ ელექტროენერგიის გენერატორებს ვუწოდებთ, არსებითად ძალიან მარტივია, მაგრამ რისი გაკეთებაც მათ შეუძლიათ ჩვენთვის, უბრალოდ გასაოცარია. თუმცა ნამდვილი სასწაული აქ არის არა ტექნოლოგიაში, არამედ ადამიანის აზროვნებაში, რომელმაც შეძლო კოსმოსში დაღვრილი იდეების ამოუწურავი რეზერვუარის შეღწევა!
ელექტრო გენერატორი არის მანქანა ან დანადგარი, რომელიც შექმნილია არაელექტრული ენერგიის ელექტრო ენერგიად გადაქცევისთვის: მექანიკური ელექტროდ, ქიმიური ელექტროდ, თერმული ელექტროდ და ა.შ. მექანიკური ენერგია, ენერგია - ელექტრო ენერგიად.
ეს შეიძლება იყოს დიზელის ან ბენზინის პორტატული გენერატორი, ატომური ელექტროსადგურის გენერატორი, მანქანის გენერატორი, ხელნაკეთი გენერატორი ასინქრონული ელექტროძრავისგან ან დაბალი სიჩქარის გენერატორი დაბალი სიმძლავრის ქარის წისქვილისთვის. სტატიის ბოლოს ჩვენ განვიხილავთ ორ ყველაზე გავრცელებულ გენერატორს, როგორც მაგალითს, მაგრამ ჯერ ვისაუბრებთ მათი მუშაობის პრინციპებზე.
ასეა თუ ისე, ფიზიკური თვალსაზრისით, თითოეული მექანიკური გენერატორის მუშაობის პრინციპი იგივეა: როდესაც, როდესაც მაგნიტური ველის ხაზები კვეთს გამტარს, ამ დირიჟორში ხდება ინდუცირებული ემფ. დირიჟორისა და მაგნიტური ველის ურთიერთ გადაადგილებამდე მიმავალი ძალის წყაროები შეიძლება იყოს სხვადასხვა პროცესები, მაგრამ შედეგად, ყოველთვის აუცილებელია გენერატორისგან ემფ და დენის მიღება ტვირთის გასაძლიერებლად.
ელექტრო გენერატორის მუშაობის პრინციპი - ფარადეის კანონი
ელექტრო გენერატორის მუშაობის პრინციპი ჯერ კიდევ 1831 წელს აღმოაჩინა ინგლისელმა ფიზიკოსმა მაიკლ ფარადეიმ. ამ პრინციპს მოგვიანებით ფარადეის კანონი ეწოდა. ის მდგომარეობს იმაში, რომ როდესაც გამტარი კვეთს მაგნიტურ ველს პერპენდიკულარულად, პოტენციური განსხვავება წარმოიქმნება ამ გამტარის ბოლოებში.
პირველი გენერატორი თავად ფარადეიმ ააშენა მის მიერ აღმოჩენილი პრინციპით; ეს იყო "ფარადეის დისკი" - ცალპოლარული გენერატორი, რომელშიც სპილენძის დისკი ბრუნავდა ცხენის თხემის პოლუსებს შორის. მოწყობილობა წარმოქმნიდა მნიშვნელოვან დენს დაბალი ძაბვის დროს.
მოგვიანებით გაირკვა, რომ გენერატორებში ინდივიდუალური იზოლირებული გამტარები პრაქტიკული თვალსაზრისით ბევრად უფრო ეფექტურია, ვიდრე მყარი გამტარ დისკი. და თანამედროვე გენერატორებში ახლა გამოიყენება მავთულის სტატორის გრაგნილები (უმარტივეს საჩვენებელ შემთხვევაში, მავთულის ხვეული).
ალტერნატორი
თანამედროვე გენერატორების დიდი უმრავლესობა სინქრონული ალტერნატიული დენის გენერატორებია. სტატორზე აქვთ არმატურის გრაგნილი, საიდანაც გამოიყოფა გამომუშავებული ელექტრო ენერგია. როტორზე არის აგზნების გრაგნილი, რომელსაც პირდაპირი დენი მიეწოდება წყვილი სრიალის რგოლებით, რათა წარმოქმნას მბრუნავი მაგნიტური ველი მბრუნავი როტორისგან.
ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ფენომენის გამო, როდესაც როტორი ბრუნავს გარე დისკიდან (მაგალითად, შიდა წვის ძრავიდან), მისი მაგნიტური ნაკადი მონაცვლეობით კვეთს სტატორის გრაგნილის თითოეულ ფაზას და ამით იწვევს მათში EMF.
ყველაზე ხშირად, სამი ფაზაა, ისინი ფიზიკურად გადაადგილდებიან არმატურაზე ერთმანეთთან შედარებით 120 გრადუსით, ამიტომ მიიღება სამფაზიანი სინუსოიდური დენი. მისაღებად ფაზები შეიძლება იყოს დაკავშირებული ვარსკვლავის ან დელტას კონფიგურაციაში.
სინუსოიდური EMF f-ის სიხშირე პროპორციულია როტორის ბრუნვის სიხშირის: f = np/60, სადაც - p არის როტორის მაგნიტური პლუსების წყვილი რაოდენობა, n არის როტორის ბრუნვის რაოდენობა წუთში. როგორც წესი, როტორის მაქსიმალური სიჩქარეა 3000 rpm. თუ ასეთი სინქრონული გენერატორის სტატორის გრაგნილებს დააკავშირებთ სამფაზიან რექტიფიკატორს, მიიღებთ პირდაპირი დენის გენერატორს (სხვათა შორის, ყველა მანქანის გენერატორი მუშაობს ამ გზით).
სამი მანქანის სინქრონული გენერატორი
რა თქმა უნდა, კლასიკურ სინქრონულ გენერატორს აქვს ერთი სერიოზული ნაკლი - როტორს აქვს სრიალის რგოლები და მათ მიმდებარე ჯაგრისები. ჯაგრისები ნაპერწკალი და აცვიათ ხახუნისა და ელექტრული ეროზიის გამო. ეს დაუშვებელია ფეთქებადი გარემოში. ამიტომ, ავიაციაში და დიზელის გენერატორებში უფრო ხშირია უკონტაქტო სინქრონული გენერატორები, კერძოდ, სამმანქანიანი.
სამ მანქანიან მოწყობილობებს აქვთ სამი მანქანა დამონტაჟებული ერთ კორპუსში: წინამძღოლი, ამგზნები და გენერატორი - საერთო ლილვზე. წინამძღოლი არის სინქრონული გენერატორი, იგი აღგზნებულია ლილვზე მუდმივი მაგნიტებით, მის მიერ წარმოქმნილი ძაბვა მიეწოდება აგზნების სტატორის გრაგნილს.
ამგზნების სტატორი მოქმედებს როტორზე დამაგრებულ სამფაზიან რექტიფიკატორთან დაკავშირებულ გრაგნილზე, საიდანაც იკვებება გენერატორის მთავარი აგზნების გრაგნილი. გენერატორი წარმოქმნის დენს თავის სტატორში.
გაზის, დიზელის და ბენზინის პორტატული გენერატორები
დღეს ისინი ძალიან გავრცელებულია ოჯახებში, რომლებიც იყენებენ შიდა წვის ძრავებს, როგორც ამძრავ ძრავებს - შიდა წვის ძრავა, რომელიც გადასცემს მექანიკურ ბრუნვას გენერატორის როტორზე.
თხევადი საწვავის გენერატორებს აქვთ საწვავის ავზები, ხოლო გაზის გენერატორებს სჭირდებათ საწვავის მიწოდება მილსადენით, რათა გაზი შემდეგ მიეწოდოს კარბუტერს, სადაც ის ხდება საწვავის ნარევის განუყოფელი ნაწილი.
ყველა შემთხვევაში, საწვავის ნარევი იწვება დგუშის სისტემაში, ამწე ლილვის ამოძრავებით. ეს ჰგავს მანქანის ძრავის მუშაობას. ამწე ლილვი ბრუნავს უკონტაქტო სინქრონული გენერატორის (ალტერნატორის) როტორს.
ანდრეი პოვნი
ეს არის გარკვეული დამუხტული ნაწილაკების მოწესრიგებული მოძრაობა. ელექტროენერგიის სრული პოტენციალის კომპეტენტურად გამოყენების მიზნით, აუცილებელია ნათლად გვესმოდეს ელექტრული დენის სტრუქტურისა და მუშაობის ყველა პრინციპი. მოდით გაერკვნენ, რა არის სამუშაო და მიმდინარე სიმძლავრე.
საერთოდ საიდან მოდის ელექტრო დენი?
მიუხედავად კითხვის აშკარა სიმარტივისა, ცოტას შეუძლია მასზე გასაგები პასუხის გაცემა. რა თქმა უნდა, ამ დღეებში, როდესაც ტექნოლოგია წარმოუდგენელი სიჩქარით ვითარდება, ხალხი ბევრს არ ფიქრობს ისეთ ძირითად საკითხებზე, როგორიცაა ელექტრული დენის მუშაობის პრინციპი. საიდან მოდის ელექტროენერგია? რა თქმა უნდა, ბევრი უპასუხებს: "კარგი, რა თქმა უნდა" ან უბრალოდ იჩეჩავს მხრებს. იმავდროულად, ძალიან მნიშვნელოვანია იმის გაგება, თუ როგორ მუშაობს მიმდინარე. ეს უნდა იცოდნენ არა მხოლოდ მეცნიერებმა, არამედ იმ ადამიანებმაც, რომლებიც არანაირად არ არიან დაკავშირებული მეცნიერების სამყაროსთან, მათი საერთო დივერსიფიცირებული განვითარებისთვის. მაგრამ ყველას არ შეუძლია კომპეტენტურად გამოიყენოს დენის მუშაობის პრინციპი.
ასე რომ, ჯერ უნდა გესმოდეთ, რომ ელექტროენერგია არსაიდან არ ჩნდება: მას აწარმოებენ სპეციალური გენერატორები, რომლებიც განლაგებულია სხვადასხვა ელექტროსადგურებში. ტურბინის პირების ბრუნვის წყალობით, ორთქლი, რომელიც წარმოიქმნება წყლის ქვანახშირით ან ზეთით გაცხელებით, გამოიმუშავებს ენერგიას, რომელიც შემდგომში გარდაიქმნება ელექტროენერგიად გენერატორის დახმარებით. გენერატორის დიზაინი ძალიან მარტივია: მოწყობილობის ცენტრში არის უზარმაზარი და ძალიან ძლიერი მაგნიტი, რომელიც აიძულებს ელექტრულ მუხტებს გადაადგილდეს სპილენძის მავთულის გასწვრივ.
როგორ აღწევს ელექტრო დენი ჩვენს სახლებში?
გარკვეული რაოდენობის ელექტრული დენის წარმოქმნის შემდეგ ენერგიის გამოყენებით (თერმული ან ბირთვული), ის შეიძლება მიეწოდოს ადამიანებს. ელექტროენერგიის ეს მიწოდება შემდეგნაირად მუშაობს: იმისთვის, რომ ელექტროენერგია წარმატებით მიაღწიოს ყველა ბინას და ბიზნესს, საჭიროა "დაძაბვა". და ამისთვის მოგიწევთ გაზარდოთ ძალა, რომელიც ამას გააკეთებს. მას ელექტრული დენის ძაბვა ეწოდება. მოქმედების პრინციპი ასეთია: დენი გადის ტრანსფორმატორში, რომელიც ზრდის მის ძაბვას. შემდეგი, ელექტრული დენი მიედინება მიწისქვეშ ან სიმაღლეზე დამონტაჟებულ კაბელებში (რადგან ძაბვა ზოგჯერ აღწევს 10000 ვოლტს, რაც სასიკვდილოა ადამიანისთვის). როდესაც დენი მიაღწევს დანიშნულების ადგილს, მან კვლავ უნდა გაიაროს ტრანსფორმატორი, რომელიც ახლა შეამცირებს მის ძაბვას. შემდეგ ის მიემართება მავთულხლართების გასწვრივ დამონტაჟებულ გადამრთველებს ბინის შენობებში ან სხვა შენობებში.
მავთულხლართებით გადატანილი ელექტროენერგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას სოკეტების სისტემის წყალობით, რომელიც აკავშირებს მათ საყოფაცხოვრებო ტექნიკას. კედლებში არის დამატებითი მავთულები, რომლებშიც ელექტრო დენი მიედინება და სწორედ ამის წყალობით მუშაობს სახლის განათება და ყველა მოწყობილობა.
რა არის მიმდინარე სამუშაო?
ელექტრული დენით გადატანილი ენერგია დროთა განმავლობაში გარდაიქმნება სინათლედ ან სითბოდ. მაგალითად, როცა ნათურას ვანთებთ, ენერგიის ელექტრული ფორმა იქცევა სინათლედ.
მარტივი ენით რომ ვთქვათ, დენის მუშაობა არის მოქმედება, რომელსაც თავად ელექტროენერგია წარმოქმნის. უფრო მეტიც, მისი გამოთვლა ძალიან მარტივად შეიძლება ფორმულის გამოყენებით. ენერგიის შენარჩუნების კანონის საფუძველზე შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ელექტროენერგია არ დაიკარგა, იგი მთლიანად ან ნაწილობრივ გადავიდა სხვა ფორმაში, გამოყოფს სითბოს გარკვეულ რაოდენობას. ეს სითბო არის დენის მიერ შესრულებული სამუშაო, როდესაც ის გადის გამტარში და ათბობს მას (თბოგაცვლა ხდება). ასე გამოიყურება ჯოულ-ლენცის ფორმულა: A = Q = U*I*t (სამუშაო უდრის სითბოს რაოდენობას ან მიმდინარე სიმძლავრის ნამრავლს და დროს, რომლის დროსაც იგი მიედინება გამტარში).
რას ნიშნავს პირდაპირი დენი?
ელექტრული დენი ორი ტიპისაა: ალტერნატიული და პირდაპირი. ისინი განსხვავდებიან იმით, რომ ეს უკანასკნელი არ ცვლის მიმართულებას, აქვს ორი დამჭერი (დადებითი „+“ და უარყოფითი „-“) და ყოველთვის იწყებს მოძრაობას „+“-დან. და ალტერნატიულ დენს აქვს ორი ტერმინალი - ფაზა და ნულოვანი. სწორედ გამტარის ბოლოს ერთი ფაზის არსებობის გამო მას ასევე ერთფაზას უწოდებენ.
ერთფაზიანი ალტერნატიული და პირდაპირი ელექტრული დენის დიზაინის პრინციპები სრულიად განსხვავებულია: მუდმივისაგან განსხვავებით, ალტერნატიული დენი ცვლის როგორც მიმართულებას (წარმოქმნის ნაკადს როგორც ფაზიდან ნულისკენ, ასევე ნულიდან ფაზისკენ), ასევე მის სიდიდეს. მაგალითად, ალტერნატიული დენი პერიოდულად ცვლის მისი მუხტის მნიშვნელობას. ირკვევა, რომ 50 ჰც სიხშირით (50 ვიბრაცია წამში) ელექტრონები ცვლის მოძრაობის მიმართულებას ზუსტად 100-ჯერ.
სად გამოიყენება DC?
პირდაპირ ელექტრო დენს აქვს გარკვეული მახასიათებლები. იმის გამო, რომ იგი მკაცრად მიედინება ერთი მიმართულებით, უფრო რთულია მისი გარდაქმნა. შემდეგი ელემენტები შეიძლება ჩაითვალოს DC წყაროებად:
- ბატარეები (როგორც ტუტე, ასევე მჟავა);
- ჩვეულებრივი ბატარეები, რომლებიც გამოიყენება მცირე მოწყობილობებში;
- ასევე სხვადასხვა მოწყობილობები, როგორიცაა კონვერტორები.
DC ოპერაცია
რა არის მისი ძირითადი მახასიათებლები? ეს არის სამუშაო და მიმდინარე ძალა და ორივე ეს კონცეფცია ძალიან მჭიდროდ არის დაკავშირებული ერთმანეთთან. სიმძლავრე ეხება მუშაობის სიჩქარეს დროის ერთეულზე (1 წამში). ჯოულ-ლენცის კანონის მიხედვით, ჩვენ აღმოვაჩენთ, რომ პირდაპირი ელექტრული დენის მიერ შესრულებული სამუშაო ტოლია თავად დენის სიძლიერის, ძაბვისა და იმ დროის ნამრავლის, რომლის დროსაც ელექტრული ველის მუშაობა ხორციელდებოდა მუხტების გადასატანად. დირიჟორის გასწვრივ.
ეს არის დენის მუშაობის პოვნის ფორმულა დირიჟორებში წინააღმდეგობის შესახებ ოჰმის კანონის გათვალისწინებით: A = I 2 *R*t (მუშაობა უდრის დენის კვადრატს გამრავლებული გამტარის წინააღმდეგობის სიდიდეზე და კვლავ გამრავლებული იმ დროზე, რომლის განმავლობაშიც სამუშაო შესრულდა).
ტერმინი "თაობა" ელექტროტექნიკაში მომდინარეობს ლათინურიდან. ეს ნიშნავს "დაბადებას". ენერგიასთან დაკავშირებით შეიძლება ითქვას, რომ გენერატორები არის ტექნიკური მოწყობილობები, რომლებიც გამოიმუშავებენ ელექტროენერგიას.
უნდა აღინიშნოს, რომ ელექტრული დენის წარმოება შესაძლებელია სხვადასხვა სახის ენერგიის გარდაქმნით, მაგალითად:
ქიმიური;
მსუბუქი;
თერმული და სხვა.
ისტორიულად, გენერატორები არის სტრუქტურები, რომლებიც გარდაქმნის ბრუნვის კინეტიკურ ენერგიას ელექტროენერგიად.
გამომუშავებული ელექტროენერგიის ტიპის მიხედვით გენერატორებია:
1. DC;
2. ცვლადი.
ფიზიკური კანონები, რომლებიც შესაძლებელს ხდის შექმნას თანამედროვე ელექტრული დანადგარები ელექტროენერგიის წარმოქმნისთვის მექანიკური ენერგიის ტრანსფორმაციის გზით, აღმოაჩინეს მეცნიერებმა ოერსტედმა და ფარადეიმ.
ნებისმიერი გენერატორის დიზაინში რეალიზდება, როდესაც ელექტრული დენი გამოწვეულია დახურულ ჩარჩოში მისი გადაკვეთის გამო მბრუნავ მაგნიტურ ველთან, რომელიც იქმნება გამარტივებულ მოდელებში საყოფაცხოვრებო გამოყენებისთვის ან მაღალი სიმძლავრის სამრეწველო პროდუქტებზე აგზნების გრაგნილებით.
როდესაც ჩარჩო ბრუნავს, იცვლება მაგნიტური ნაკადის სიდიდე.
კოჭში გამოწვეული ელექტრომამოძრავებელი ძალა დამოკიდებულია ჩარჩოში გამავალი მაგნიტური ნაკადის ცვლილების სიჩქარეზე დახურულ მარყუჟში S და პირდაპირპროპორციულია მისი მნიშვნელობისა. რაც უფრო სწრაფად ბრუნავს როტორი, მით უფრო მაღალია წარმოქმნილი ძაბვა.
დახურული წრედის შესაქმნელად და მისგან ელექტრული დენის გადინების მიზნით, საჭირო იყო კოლექტორისა და ჯაგრისის შეკრების შექმნა, რომელიც უზრუნველყოფს მუდმივ კონტაქტს მბრუნავ ჩარჩოსა და მიკროსქემის სტაციონარულ ნაწილს შორის.
ზამბარით დატვირთული ჯაგრისების დიზაინის გამო, რომლებიც დაჭერილია კომუტატორის ფირფიტებზე, ელექტრული დენი გადაეცემა გამომავალ ტერმინალებს და მათგან შემდეგ მიედინება სამომხმარებლო ქსელში.
უმარტივესი DC გენერატორის მუშაობის პრინციპი
როდესაც ჩარჩო ბრუნავს თავისი ღერძის გარშემო, მისი მარცხენა და მარჯვენა ნახევარი ციკლურად გადის მაგნიტების სამხრეთ ან ჩრდილოეთ პოლუსთან. მათში ყოველ ჯერზე დინების მიმართულებები იცვლება საპირისპიროდ ისე, რომ თითოეულ პოლუსზე ისინი ერთი მიმართულებით მიედინება.
გამომავალი წრეში პირდაპირი დენის შესაქმნელად, კოლექტორის კვანძზე იქმნება ნახევრად რგოლი გრაგნილის თითოეული ნახევრისთვის. ბეჭდის მიმდებარე ჯაგრისები აშორებენ მხოლოდ მათი ნიშნის პოტენციალს: დადებითი ან უარყოფითი.
ვინაიდან მბრუნავი ჩარჩოს ნახევარრგოლი ღიაა, მასში იქმნება მომენტები, როდესაც დენი აღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას ან არ არის. იმისათვის, რომ შევინარჩუნოთ არა მხოლოდ მიმართულება, არამედ გამომუშავებული ძაბვის მუდმივი მნიშვნელობა, ჩარჩო მზადდება სპეციალურად მომზადებული ტექნოლოგიის გამოყენებით:
ის იყენებს არა ერთ შემობრუნებას, არამედ რამდენიმე - დაგეგმილი ძაბვის მნიშვნელობიდან გამომდინარე;
ჩარჩოების რაოდენობა არ შემოიფარგლება ერთი ეგზემპლარით: ისინი ცდილობენ გახადონ ისინი საკმარისი იმისათვის, რომ ოპტიმალურად შეინარჩუნონ ძაბვის ვარდნა იმავე დონეზე.
DC გენერატორისთვის, როტორის გრაგნილები განლაგებულია სლოტებში. ეს საშუალებას გაძლევთ შეამციროთ ინდუცირებული ელექტრომაგნიტური ველის დანაკარგები.
DC გენერატორების დიზაინის მახასიათებლები
მოწყობილობის ძირითადი ელემენტებია:
გარე დენის ჩარჩო;
მაგნიტური ბოძები;
სტატორი;
მბრუნავი როტორი;
გადართვის ერთეული ჯაგრისებით.
კორპუსი დამზადებულია ფოლადის შენადნობებისგან ან თუჯისგან, რათა უზრუნველყოს მთლიანი სტრუქტურის მექანიკური სიმტკიცე. კორპუსის დამატებითი ამოცანაა პოლუსებს შორის მაგნიტური ნაკადის გადაცემა.
მაგნიტის ბოძები მიმაგრებულია კორპუსზე საყრდენებით ან ჭანჭიკებით. მათზე დამონტაჟებულია გრაგნილი.
სტატორი, რომელსაც ასევე უწოდებენ უღელს ან ბირთვს, დამზადებულია ფერომაგნიტური მასალებისგან. მასზე მოთავსებულია აგზნების კოჭის გრაგნილი. სტატორის ბირთვიაღჭურვილია მაგნიტური პოლუსებით, რომლებიც ქმნიან მის მაგნიტურ ძალის ველს.
როტორს აქვს სინონიმი: წამყვანი. მისი მაგნიტური ბირთვი შედგება ლამინირებული ფირფიტებისგან, რომლებიც ამცირებს მორევის დენების წარმოქმნას და ზრდის ეფექტურობას. ბირთვის ღარები შეიცავს როტორს და/ან თვითაგზნებად გრაგნილებს.
გადართვის კვანძიჯაგრისებს შეიძლება ჰქონდეს ბოძების განსხვავებული რაოდენობა, მაგრამ ის ყოველთვის ორის ნამრავლია. ფუნჯის მასალა ჩვეულებრივ გრაფიტია. კოლექტორის ფირფიტები დამზადებულია სპილენძისგან, როგორც ყველაზე ოპტიმალური ლითონისგან, რომელიც შესაფერისია დენის გამტარობის ელექტრული თვისებებისთვის.
კომუტატორის გამოყენების წყალობით, პულსირებული სიგნალი წარმოიქმნება DC გენერატორის გამომავალ ტერმინალებზე.
DC გენერატორის დიზაინის ძირითადი ტიპები
აგზნების გრაგნილის ელექტრომომარაგების ტიპის მიხედვით, განასხვავებენ მოწყობილობებს:
1. თვითაღგზნებით;
2. დამოუკიდებელი ინკლუზიის საფუძველზე მუშაობა.
პირველ პროდუქტებს შეუძლიათ:
გამოიყენეთ მუდმივი მაგნიტები;
ან მუშაობა გარე წყაროებიდან, მაგალითად, ბატარეები, ქარის ენერგია...
დამოუკიდებელი გადართვის გენერატორები მუშაობენ საკუთარი გრაგნილიდან, რომელთა დაკავშირება შესაძლებელია:
თანმიმდევრულად;
შუნტი ან პარალელური აგზნება.
ასეთი კავშირის ერთ-ერთი ვარიანტი ნაჩვენებია დიაგრამაში.
DC გენერატორის მაგალითია დიზაინი, რომელიც ადრე ხშირად გამოიყენებოდა საავტომობილო პროგრამებში. მისი სტრუქტურა იგივეა, რაც ასინქრონული ძრავის სტრუქტურა.
ასეთ კოლექტორის სტრუქტურებს შეუძლიათ ერთდროულად იმუშაონ ძრავის ან გენერატორის რეჟიმში. ამის გამო ისინი ფართოდ გავრცელდა არსებულ ჰიბრიდულ მანქანებში.
წამყვანის რეაქციის ფორმირების პროცესი
ეს ხდება უმოქმედო რეჟიმში, როდესაც ფუნჯის დაჭერის ძალა არასწორად არის მორგებული, რაც ქმნის მათი ხახუნის არაოპტიმალურ რეჟიმს. ამან შეიძლება გამოიწვიოს მაგნიტური ველის შემცირება ან ხანძარი ნაპერწკლის წარმოქმნის გამო.
მისი შემცირების გზებია:
მაგნიტური ველების კომპენსაცია დამატებითი ბოძების შეერთებით;
კომუტატორის ჯაგრისების პოზიციის ცვლის რეგულირება.
DC გენერატორების უპირატესობები
Ესენი მოიცავს:
ჰისტერეზის და მორევის ფორმირების გამო დანაკარგების გარეშე;
ექსტრემალურ პირობებში მუშაობა;
შემცირებული წონა და მცირე ზომები.
უმარტივესი ალტერნატიული დენის გენერატორის მუშაობის პრინციპი
ამ დიზაინის შიგნით გამოიყენება ყველა იგივე ნაწილი, როგორც წინა ანალოგში:
მაგნიტური ველი;
მბრუნავი ჩარჩო;
კოლექტორის დანადგარი ჯაგრისებით მიმდინარე დრენაჟისთვის.
მთავარი განსხვავება მდგომარეობს კომუტატორის განყოფილების დიზაინში, რომელიც იქმნება ისე, რომ როდესაც ჩარჩო ბრუნავს ჯაგრისებში, კონტაქტი მუდმივად იქმნება მის ნახევართან, მათი პოზიციის ციკლურად შეცვლის გარეშე.
ამის გამო, დენი, რომელიც იცვლება ყოველ ნახევარში ჰარმონიის კანონების მიხედვით, სრულიად უცვლელი გადაეცემა ჯაგრისებს და შემდეგ მათი მეშვეობით სამომხმარებლო წრეში.
ბუნებრივია, ჩარჩო იქმნება ოპტიმალური ძაბვის მისაღწევად არა ერთი შემობრუნებით, არამედ შემობრუნების გამოთვლილი რაოდენობით.
ამრიგად, პირდაპირი და ალტერნატიული დენის გენერატორების მუშაობის პრინციპი საერთოა და დიზაინის განსხვავებები წარმოებაშია:
მბრუნავი როტორის კოლექტორის ერთეული;
გრაგნილი კონფიგურაციები როტორზე.
სამრეწველო ალტერნატიული დენის გენერატორების დიზაინის მახასიათებლები
განვიხილოთ სამრეწველო ინდუქციური გენერატორის ძირითადი ნაწილები, რომლებშიც როტორი იღებს ბრუნვის მოძრაობას ახლომდებარე ტურბინიდან. სტატორის დიზაინი მოიცავს ელექტრომაგნიტს (თუმცა მაგნიტური ველი შეიძლება შეიქმნას მუდმივი მაგნიტების კომპლექტით) და როტორის გრაგნილი გარკვეული რაოდენობის მონაცვლეობით.
ყოველი შემობრუნების შიგნით წარმოიქმნება ელექტრომამოძრავებელი ძალა, რომელიც თანმიმდევრულად ემატება თითოეულ მათგანს და გამომავალ ტერმინალებზე ქმნის ძაბვის მთლიან მნიშვნელობას, რომელიც მიეწოდება დაკავშირებული მომხმარებლების დენის წრეს.
გენერატორის გამოსავალზე EMF-ის ამპლიტუდის გასაზრდელად, გამოიყენება მაგნიტური სისტემის სპეციალური დიზაინი, რომელიც დამზადებულია ორი მაგნიტური ბირთვისგან, ელექტრო ფოლადის სპეციალური კლასების გამოყენებით, ლამინირებული ფირფიტების სახით ღარებით. გრაგნილები დამონტაჟებულია მათ შიგნით.
გენერატორის კორპუსი შეიცავს სტატორის ბირთვს სლოტებით, რათა მოათავსოს გრაგნილი, რომელიც ქმნის მაგნიტურ ველს.
საკისრებზე მბრუნავ როტორს ასევე აქვს მაგნიტური წრე ღარებით, რომლის შიგნით დამონტაჟებულია გრაგნილი, რომელიც იღებს ინდუცირებულ ემფს. როგორც წესი, ბრუნვის ღერძის დასაყენებლად არჩეულია ჰორიზონტალური მიმართულება, თუმცა არსებობს გენერატორის კონსტრუქციები ვერტიკალური განლაგებით და შესაბამისი ტარების დიზაინით.
სტატორსა და როტორს შორის ყოველთვის იქმნება უფსკრული, რაც აუცილებელია ბრუნვის უზრუნველსაყოფად და შეფერხების თავიდან ასაცილებლად. მაგრამ, ამავე დროს, არსებობს მაგნიტური ინდუქციის ენერგიის დაკარგვა. ამიტომ ისინი ცდილობენ, რომ რაც შეიძლება მინიმალური იყოს, ორივე ამ მოთხოვნის ოპტიმალურად გათვალისწინებით.
ამგზნები, რომელიც მდებარეობს იმავე ლილვზე, როგორც როტორი, არის პირდაპირი დენის ელექტრო გენერატორი შედარებით დაბალი სიმძლავრით. მისი დანიშნულებაა ელექტროენერგიის მიწოდება დენის გენერატორის გრაგნილებისთვის დამოუკიდებელი აგზნების მდგომარეობაში.
ასეთი აგზნები ყველაზე ხშირად გამოიყენება ტურბინის ან ჰიდრავლიკური ელექტრო გენერატორების დიზაინებთან აგზნების ძირითადი ან სარეზერვო მეთოდის შექმნისას.
სამრეწველო გენერატორის სურათზე ნაჩვენებია კომუტატორის რგოლებისა და ჯაგრისების მდებარეობა მბრუნავი როტორის სტრუქტურიდან დენების შესაგროვებლად. ექსპლუატაციის დროს, ეს მოწყობილობა განიცდის მუდმივ მექანიკურ და ელექტრო დატვირთვას. მათი დასაძლევად იქმნება რთული სტრუქტურა, რომელიც ექსპლუატაციის დროს საჭიროებს პერიოდულ შემოწმებას და პრევენციულ ზომებს.
შექმნილი საოპერაციო ხარჯების შესამცირებლად გამოიყენება სხვა, ალტერნატიული ტექნოლოგია, რომელიც ასევე იყენებს მბრუნავ ელექტრომაგნიტურ ველებს შორის ურთიერთქმედებას. როტორზე მოთავსებულია მხოლოდ მუდმივი ან ელექტრო მაგნიტები, ხოლო ძაბვა ამოღებულია სტაციონარული გრაგნილიდან.
ასეთი მიკროსქემის შექმნისას, ასეთ დიზაინს შეიძლება ეწოდოს ტერმინი "ალტერნატორი". იგი გამოიყენება სინქრონულ გენერატორებში: მაღალი სიხშირის, საავტომობილო, დიზელის ლოკომოტივებზე და გემებზე, ელექტროსადგურების დანადგარები ელექტროენერგიის წარმოებისთვის.
სინქრონული გენერატორების მახასიათებლები
ოპერაციული პრინციპი
მოქმედების სახელი და გამორჩეული თვისება მდგომარეობს ხისტი კავშირის შექმნაში სტატორის გრაგნილში "f" გამოწვეული ალტერნატიული ელექტრომოძრავი ძალის სიხშირესა და როტორის ბრუნვას შორის.
სტატორში დამონტაჟებულია სამფაზიანი გრაგნილი, ხოლო როტორზე არის ელექტრომაგნიტი ბირთვით და აგზნების გრაგნილით, რომელიც იკვებება DC სქემებიდან ფუნჯის კომუტატორის შეკრების საშუალებით.
როტორს ბრუნავს მექანიკური ენერგიის წყარო - მამოძრავებელი ძრავა - იმავე სიჩქარით. მისი მაგნიტური ველი იგივე მოძრაობას აკეთებს.
თანაბარი სიდიდის, მაგრამ მიმართულებით 120 გრადუსით გადაადგილებული ელექტრომამოძრავებელი ძალები გამოწვეულია სტატორის გრაგნილებში, რაც ქმნის სამფაზიან სიმეტრიულ სისტემას.
სამომხმარებლო სქემების გრაგნილების ბოლოებთან შეერთებისას, წრეში ფაზური დენები იწყებს მოქმედებას, რომლებიც ქმნიან მაგნიტურ ველს, რომელიც ბრუნავს იმავე გზით: სინქრონულად.
ინდუცირებული EMF-ის გამომავალი სიგნალის ფორმა დამოკიდებულია მხოლოდ მაგნიტური ინდუქციის ვექტორის განაწილების კანონზე როტორის ბოძებსა და სტატორის ფირფიტებს შორის უფსკრულის შიგნით. ამიტომ, ისინი ცდილობენ შექმნან ასეთი დიზაინი, როდესაც ინდუქციის სიდიდე იცვლება სინუსოიდური კანონის მიხედვით.
როდესაც ხარვეზს აქვს მუდმივი მახასიათებელი, მაგნიტური ინდუქციის ვექტორი უფსკრულის შიგნით იქმნება ტრაპეციის სახით, როგორც ეს ნაჩვენებია ხაზოვან გრაფიკზე 1.
თუ ბოძებზე კიდეების ფორმა შესწორებულია ირიბად, უფსკრული იცვლება მაქსიმალურ მნიშვნელობამდე, მაშინ შეიძლება მიღწეული იქნას სინუსოიდური განაწილების ფორმა, როგორც ეს ნაჩვენებია სტრიქონში 2. ეს ტექნიკა გამოიყენება პრაქტიკაში.
აგზნების სქემები სინქრონული გენერატორებისთვის
როტორის აგზნების გრაგნილზე "OB" წარმოქმნილი მაგნიტური ძალა ქმნის მის მაგნიტურ ველს. ამ მიზნით, არსებობს DC აგზნების სხვადასხვა დიზაინი, რომელიც დაფუძნებულია:
1. საკონტაქტო მეთოდი;
2. უკონტაქტო მეთოდი.
პირველ შემთხვევაში გამოიყენება ცალკე გენერატორი, რომელსაც ეძახიან აგზნებად "B". მისი აგზნების გრაგნილი იკვებება დამატებითი გენერატორით, პარალელური აგზნების პრინციპის მიხედვით, რომელსაც ეწოდება "PV" ქვეგამღიზიანებელი.
ყველა როტორი მოთავსებულია საერთო ლილვზე. ამის გამო ისინი ზუსტად ერთნაირად ბრუნავენ. რევოსტატები r1 და r2 ემსახურება დენების რეგულირებას ამგზნების და ქვეგამძაფრების წრეებში.
უკონტაქტო მეთოდითარ არის როტორის მოცურების რგოლები. მასზე პირდაპირ დამონტაჟებულია სამფაზიანი აგზნების გრაგნილი. ის ბრუნავს სინქრონულად როტორთან და გადასცემს ელექტრულ პირდაპირ დენს თანამბრუნავი რექტიფიკატორის მეშვეობით პირდაპირ აგზნების გრაგნილზე "B".
უკონტაქტო წრედის ტიპებია:
1. თვითაგზნების სისტემა საკუთარი სტატორის გრაგნილიდან;
2. ავტომატური სქემა.
პირველი მეთოდითსტატორის გრაგნილებიდან ძაბვა მიეწოდება დაღმავალ ტრანსფორმატორს, შემდეგ კი ნახევარგამტარულ გამსწორებელს "PP", რომელიც წარმოქმნის პირდაპირ დენს.
ამ მეთოდით, საწყისი აგზნება იქმნება ნარჩენი მაგნეტიზმის ფენომენის გამო.
თვითაგზნების შექმნის ავტომატური სქემა მოიცავს:
ძაბვის ტრანსფორმატორი TN;
აგზნების ავტომატური რეგულატორი AVR;
დენის ტრანსფორმატორი CT;
მაკორექტირებელი ტრანსფორმატორი VT;
ტირისტორის გადამყვანი TP;
BZ დაცვის განყოფილება.
ასინქრონული გენერატორების მახასიათებლები
ფუნდამენტური განსხვავება ამ დიზაინებს შორის არის ხისტი კავშირის არარსებობა როტორის სიჩქარეს (nr) და გრაგნილში (n) გამოწვეულ EMF-ს შორის. მათ შორის ყოველთვის არის განსხვავება, რასაც „სლიპს“ უწოდებენ. იგი აღინიშნება ლათინური ასო "S"-ით და გამოიხატება ფორმულით S=(n-nr)/n.
როდესაც დატვირთვა უკავშირდება გენერატორს, დამუხრუჭების ბრუნვა იქმნება როტორის როტაციისთვის. ეს გავლენას ახდენს წარმოქმნილი EMF-ის სიხშირეზე და ქმნის უარყოფით სრიალს.
ასინქრონული გენერატორების როტორის სტრუქტურა მზადდება:
მოკლე ჩართვა;
ფაზა;
ღრუ.
ასინქრონულ გენერატორებს შეიძლება ჰქონდეთ:
1. დამოუკიდებელი აგზნება;
2. თვითაღგზნება.
პირველ შემთხვევაში, გამოიყენება ალტერნატიული ძაბვის გარე წყარო, ხოლო მეორეში, ნახევარგამტარული გადამყვანები ან კონდენსატორები გამოიყენება პირველადი, მეორადი ან ორივე ტიპის სქემებში.
ამრიგად, ალტერნატიული და პირდაპირი დენის გენერატორებს აქვთ მრავალი საერთო მახასიათებელი მშენებლობის პრინციპებში, მაგრამ განსხვავდებიან გარკვეული ელემენტების დიზაინში.