Kako se stvara struja. D.C

Deseci puta dnevno, paleći i gaseći svjetla i koristeći kućanske aparate, uopće ne razmišljamo o tome odakle dolazi struja i kakva je njena priroda. Jasno je, naravno, da duž dalekovoda ( električni vod) dolazi iz najbliže elektrane, ali to je vrlo ograničen pogled na svijet oko nas. Ali ako proizvodnja električne energije diljem svijeta prestane barem na nekoliko dana, broj mrtvih mjerit će se u stotinama milijuna.

Kako nastaje struja?

Iz kolegija fizike znamo da:

Sva materija sastoji se od atoma, sitnih čestica.
Elektroni kruže oko jezgre atoma i imaju negativan naboj.
Jezgra sadrži pozitivno nabijene protone.
Normalno, ovaj sustav je u stanju ravnoteže.

Ali ako barem jedan atom izgubi samo jedan elektron:

Njegov naboj će postati pozitivan.
Pozitivno nabijen atom će zbog razlike u nabojima početi privlačiti k sebi elektron.
Da biste dobili elektron koji vam nedostaje, morat ćete ga "iščupati" iz nečije orbite.
Kao rezultat toga, drugi će atom postati pozitivno nabijen i sve će se ponoviti, počevši od prve točke.
Ova cikličnost će dovesti do formiranja električni krug i linearno širenje struje.

Dakle, sa stajališta nuklearne fizike sve je krajnje jednostavno, atom pokušava dobiti ono što mu najviše nedostaje i tako pokreće početak reakcije .

"Zlatno doba" elektriciteta

Čovjek je relativno nedavno prilagodio zakone svemira svojim potrebama. A to se dogodilo prije otprilike dva stoljeća, kada je jedan izumitelj nazvao Volt razvio prvu bateriju sposobnu održavati napunjenost dovoljne snage dulje vrijeme.

Pokušaji korištenja struje za vlastitu korist imaju drevna povijest. Arheološka iskapanja pokazala su da su još u rimskim svetištima, a potom i u prvim kršćanskim crkvama postojale zanatske “baterije” od bakra, koje su davale minimalni napon. Takav je sustav bio povezan s oltarom ili njegovom ogradom, a čim je vjernik dotaknuo strukturu, odmah je dobio “ božanska iskra" Vjerojatnije se radi o izumu jednog majstora nego o raširenoj praksi, ali je u svakom slučaju zanimljiv podatak.

Dvadeseto stoljeće postalo je doba procvata električne energije:

Ne samo da su se pojavili novi tipovi generatora i baterija, nego su se razvili i jedinstveni koncepti za dobivanje upravo te energije.
Tijekom nekoliko desetljeća električni uređaji postali su sastavni dio života svakog čovjeka na planetu.
Nema više zemalja, osim najmanje razvijenih, gdje elektrane i provedeno dalekovodi.
Sav daljnji napredak temeljio se na mogućnostima električne energije i uređaja koji iz nje rade.
Era informatizacije učinila je ljude ovisnima o struji, u doslovnom smislu te riječi.

Kako doći do struje?

Malo je naivno zamisliti osobu kao narkomana koji redovito treba “životvornu dozu struje”, ali pokušajte potpuno isključiti struju u svom domu i živjeti mirno barem jedan dan. Očaj vas može natjerati da se prisjetite originalne načine izvlačenje struje. U praksi, to nikome neće biti od velike koristi, ali možda će par volta spasiti nečiji život ili impresionirati dijete:

Prazna baterija Možete trljati telefon o odjeću; dovoljan je i vuneni džemper. Statički elektricitet neće dugo trajati, ali je barem nešto.
Ako ga ima u blizini morska voda, možete ga uliti u dvije staklenke ili čaše, spojiti ih bakrenom žicom, nakon što oba kraja omotate folijom. Naravno, za sve to će vam osim slane vode trebati i posude, bakar i folija. Nije najbolja opcija za ekstremne situacije.
Puno je realnija prisutnost željezni čavao i mali bakreni uređaj. Kao anoda i katoda treba koristiti dva komada metala - čavao u najbližem stablu, bakar u zemlji. Povucite bilo koju nit između njih; jednostavan dizajn će dati približno jedan volt.
Ako koristite plemeniti metali- zlato i srebro, bit će moguće postići veću napetost.

Kako uštedjeti struju?

Štednja energije može imati različite razloge - želju za očuvanjem okoliša, pokušaj smanjenja mjesečnih računa ili nešto treće. Ali metode su uvijek približno iste:

Ne morate se uvijek u nečemu strogo ograničavati kako biste smanjili troškove. Postoji još jedan dobar savjet - isključite sve uređaje iz struje dok ih ne koristite.

Hladnjak se, naravno, ne računa. Čak i kada je u stanju pripravnosti, oprema troši određenu količinu električne energije. Ali ako malo razmislite o tome, mogli biste zaključiti da vam skoro svi uređaji nisu potrebni veći dio dana. I sve ovo vrijeme oni nastavi spaljivati svoju struju .

Suvremene tehnologije također imaju za cilj smanjiti ukupnu razinu potrošnje električne energije. Koliko barem vrijede? štedne žarulje, što može pet puta smanjiti troškove osvjetljenja prostorije. Savjet da se živi po "sunčanom satu" može se činiti divljim i apsurdnim, ali odavno je dokazano da umjetna rasvjeta povećava rizik od razvoja depresije.

Kako se proizvodi električna energija?

Ako uđete dublje u znanstvene detalje:

Struja se javlja zbog gubitka elektrona od strane atoma.
Pozitivno nabijen atom privlači negativno nabijene čestice.
Još jedan atom gubi svoje elektrone iz orbite i povijest se opet ponavlja.
Ovo objašnjava usmjereno kretanje struje i prisutnost vektora širenja.

općenito električnu energiju proizvode elektrane. Oni ili sagorijevaju gorivo, ili koriste energiju cijepanja atoma, a možda čak koriste i prirodne elemente. Radi se o na solarni pogon, vjetroturbine i državne elektrane.

Rezultirajuća mehanička ili toplinska energija pretvara se u struju pomoću generatora. Akumulira se u baterijama i dalekovodima putuje do svakog doma.

Danas nije potrebno znati odakle dolazi električna energija da bismo uživali u svim blagodatima koje ona pruža. Ljudi su se odavno udaljili od izvorne biti stvari i polako je počinju zaboravljati.

Video: odakle dolazi naša struja?

Ovaj video jasno će pokazati put struje od elektrane do nas, odakle dolazi i kako ulazi u naš dom:

Život suvremenog čovjeka organiziran je na način da njegovu infrastrukturnu potporu čine brojne komponente različitih tehničkih i funkcionalnih svojstava. To uključuje električnu energiju. Prosječan potrošač ne vidi i ne osjeti kako točno obavlja svoje zadaće, ali krajnji rezultat je itekako vidljiv u radu kućanskih aparata, i ne samo to. U isto vrijeme, pitanja o tome odakle dolazi električna energija ostaju neriješena u glavama mnogih korisnika istih kućanskih uređaja. Za proširenje znanja u ovom području vrijedi krenuti od pojma električne energije kao takve.

Što je struja?

Složenost ovaj koncept sasvim je razumljivo, budući da se energija ne može označiti kao običan objekt ili pojava dostupna vizualnoj percepciji. U isto vrijeme postoje dva pristupa odgovoru na pitanje što je električna energija. Definicija znanstvenika kaže da je električna energija tok nabijenih čestica, koji karakterizira usmjereno kretanje. U pravilu se pod česticama podrazumijevaju elektroni.

U samom energetskom sektoru električna energija se češće promatra kao proizvod koji proizvode trafostanice. S ove točke gledišta važni su i elementi koji su izravno uključeni u proces stvaranja i prijenosa struje. To jest, u ovom slučaju razmatramo energetsko polje stvoreno oko vodiča ili drugog nabijenog tijela. Da bismo ovo razumijevanje energije približili stvarnom promatranju, moramo razumjeti sljedeće pitanje: odakle dolazi elektricitet? Postoje različite tehnička sredstva za proizvodnju struje, a svi su podređeni jednom zadatku - opskrbi krajnjih potrošača. Međutim, prije nego što korisnici mogu opskrbiti svoje uređaje energijom, ona mora proći kroz nekoliko faza.

Proizvodnja električne energije

Danas se u energetskom sektoru koristi oko 10 vrsta stanica koje osiguravaju proizvodnju električne energije. To je proces koji rezultira pretvorbom određene vrste energije u strujni naboj. Drugim riječima, električna energija nastaje preradom druge energije. Konkretno, u specijaliziranim trafostanicama koriste se toplinska energija, energija vjetra, energija plime i oseke i drugi kao glavni radni resurs. Odgovarajući na pitanje odakle dolazi električna energija, valja istaknuti infrastrukturu kojom je svaka trafostanica opremljena. Svaki električni generator opremljen je složenim sustavom funkcionalnih jedinica i mreža koje omogućuju akumulaciju proizvedene energije i pripremu za daljnji prijenos u distribucijske jedinice.

Tradicionalne elektrane

Iako su se energetski trendovi posljednjih godina brzo promijenili, možemo identificirati glavne koji rade na klasičnim principima. Prije svega, to su termogeneracijski objekti. Resurs se proizvodi kao rezultat izgaranja i naknadne transformacije dodijeljenog proizvoda. U ovom slučaju postoje različite vrste takve stanice, uključujući toplinske i kondenzacijske stanice. Glavna razlika između njih je sposobnost objekata druge vrste da također generiraju toplinske tokove. Naime, kada odgovaramo na pitanje odakle dolazi električna energija, možemo istaknuti i stanice koje istovremeno proizvode i druge vrste energije. Osim termoelektrana, česte su hidro i nuklearne elektrane. U prvom slučaju, pretpostavlja se iz kretanja vode, au drugom, kao rezultat fisije atoma u posebnim reaktorima.

Alternativni izvori energije

U ovu kategoriju izvora energije obično spadaju sunčeve zrake, vjetar, podzemlje itd. Posebno su česti razni generatori usmjereni na akumuliranje i pretvaranje sunčeve energije u električnu energiju. Takve instalacije su atraktivne jer ih može koristiti svaki potrošač u količinama potrebnim za opskrbu svog doma. Međutim, široku distribuciju takvih generatora otežava visoka cijena opreme, kao i nijanse u radu zbog ovisnosti radnih fotoćelija o

Na razini velikih energetskih kompanija aktivno se razvijaju vjetroalternativni izvori električne energije. Već danas niz zemalja koristi programe postupnog prijelaza na ovu vrstu opskrbe energijom. Međutim, ovaj smjer ima i svoje prepreke, zbog male snage generatora i visoke cijene. Relativno novi alternativni izvor energije je prirodna toplina Zemlje. U ovom slučaju stanice pretvaraju toplinsku energiju dobivenu iz dubina podzemnih kanala.

Distribucija električne energije

Nakon proizvodnje električne energije počinje faza njezinog prijenosa i distribucije koju osiguravaju energenti. Pružatelji resursa organiziraju odgovarajuću infrastrukturu čija je osnova električne mreže. Postoje dvije vrste kanala kojima se prenosi električna energija – nadzemni i podzemni. kabelske linije. Ove mreže su ultimativni izvor i glavni odgovor na pitanje odakle dolazi električna energija za razne potrebe korisnika. Organizacije opskrbljivača postavljaju posebne trase za distribuciju električne energije, koristeći različite vrste kabela.

Potrošači električne energije

Električna energija je potrebna za različite zadatke u kućanstvu i industriji. Klasičan primjer korištenja ovog nositelja energije je rasvjeta. Međutim, ovih dana električna energija u domu pokreće širi raspon uređaja i opreme. A to je samo mali dio energetskih potreba društva.

Ovaj resurs također je potreban za održavanje rada prometne infrastrukture: održavanje trolejbuskih, tramvajskih i metro linija itd. Posebno treba istaknuti industrijska poduzeća. Tvornice, tvornice i prerađivački kompleksi često zahtijevaju povezivanje ogromnih kapaciteta. Možemo reći da su to najveći potrošači potrošnje električne energije ovaj resurs osigurati rad tehnološke opreme i lokalne infrastrukture.

Upravljanje elektroenergetskim objektima

Osim organizacije elektroenergetske mreže, koja tehnički pruža mogućnost prijenosa i distribucije energije krajnjim potrošačima, rad ovog kompleksa nemoguć je bez sustava upravljanja. Za provedbu ovih zadataka opskrbljivači koriste centre operativnog upravljanja čiji djelatnici provode centralizirani nadzor i upravljanje radom povjerenih im elektroenergetskih objekata. Konkretno, takve usluge kontroliraju parametre mreža na koje su priključeni potrošači električne energije različite razine. Zasebno je vrijedno istaknuti odjele koji obavljaju održavanje mreže, sprječavaju habanje i popravljaju oštećenja na pojedinim dionicama linija.

Zaključak

Tijekom svog postojanja, energetika je prošla nekoliko faza razvoja. U u posljednje vrijeme uočavaju se nove promjene zbog aktivnog razvoja alternativni izvori energije. Uspješan razvoj ovih područja danas omogućuje korištenje električne energije u kućanstvu dobivene iz individualnih kućanskih generatora, neovisno o centralnim mrežama. Međutim, te industrije također imaju određenih poteškoća. Prije svega, oni su povezani s financijskim troškovima za kupnju i ugradnju odgovarajuće opreme - iste solarne ploče s baterijama. No budući da je energija dobivena iz alternativnih izvora potpuno besplatna, izgledi za daljnji napredak u tim područjima ostaju relevantni za različite kategorije potrošača.

Generatori su uređaji koji mehaničku energiju pretvaraju u električnu. U pravilu proizvode dvije vrste električne struje - izravnu i izmjeničnu.

DC i AC generatori

Ako uzmemo u obzir DC generator, tada njegov dizajn uključuje stacionarni stator s rotirajućim rotorom i dodatnim namotom. Uslijed kretanja rotora nastaje električna struja. DC generatori se uglavnom koriste u metalurškoj industriji, pomorskim brodovima i javnom prijevozu.

Generatori AC generirati energiju okretanjem rotora u magnetskom polju. Rotacijom pravokutne petlje oko stacionarnog magnetskog polja, mehanička energija se pretvara u električnu struju. Ovaj tip Generator ima prednost što se rotor (glavni pogonski element) okreće brže nego kod generatora izmjenične struje.

Sinkroni i asinkroni generatori

Generatori koji proizvode izmjeničnu struju su sinkroni I asinkroni. Međusobno se razlikuju po svojim mogućnostima. Nećemo detaljno razmatrati njihov princip rada, već ćemo se usredotočiti samo na neke od njihovih značajki.

Sinkroni generator strukturno je složeniji od asinkronog, proizvodi čišću struju i istovremeno lako podnosi startna preopterećenja. Sinkroni uređaji izvrsni su za spajanje opreme koja je osjetljiva na promjene napona (računala, televizori i razni elektronički uređaji). Također su izvrsni za napajanje elektromotora i električnih alata.

Asinkroni generatori, zbog jednostavnosti dizajna, prilično je otporan na kratke spojeve. Zbog toga se koriste za napajanje opreme za zavarivanje i električnih alata. Ni pod kojim okolnostima se visoko precizna oprema ne smije spajati na ove jedinice.

Jednofazni i trofazni generatori

Mora se uzeti u obzir karakteristika povezana s vrstom generirane struje. Jednofazni modeli pružaju 220 V, trofazni- 380 V. To su vrlo važni tehnički parametri koje svaki kupac mora znati.

Jednofazni modeli smatraju se najčešćim, jer se često koriste za domaće potrebe. Trofazni omogućuju izravno opskrbu električnom energijom velikih industrijskih objekata, zgrada i cijelih naselja.

Prije kupnje generatora morate posjedovati određeni tehničke informacije, shvatite kako se razlikuju, jer će vam to pomoći da odaberete pristojan model posebno za svoje potrebe, kao i da se riješite nepotrebnih gnjavaže i uštedite novac.

Tvrtka "LLC "Kronvus-Jug"" prodaje i proizvodi , a koje možete kupiti po povoljnoj cijeni.

D.C (istosmjerna struja) –To je uređeno kretanje nabijenih čestica u jednom smjeru. Drugim riječima
veličine koje karakteriziraju električnu struju, kao što su napon ili struja, konstantne su i vrijednosti i smjera.

U izvoru istosmjerne struje, kao što je konvencionalni AA baterija, elektroni se kreću od minusa do plusa. No povijesno se tehničkim smjerom struje smatra smjer od plusa prema minusu.

Za istosmjernu struju vrijede svi osnovni zakoni elektrotehnike kao što su Ohmov zakon i Kirchhoffov zakon.

Priča

U početku se istosmjerna struja nazivala galvanskom strujom, jer je prvi put dobivena galvanskom reakcijom. Zatim je, krajem devetnaestog stoljeća, Thomas Edison pokušao organizirati prijenos istosmjerne struje preko električnih vodova. Istovremeno, tzv “rat struja”, u kojem je postojao izbor kao glavne struje između izmjenične i izravne. Nažalost, istosmjerna struja je "izgubila" ovaj "rat" jer, za razliku od izmjenične struje, istosmjerna struja trpi velike gubitke snage kada se prenosi na udaljenosti. Izmjeničnu struju lako je transformirati i zahvaljujući tome može se prenositi na velike udaljenosti.

DC napajanja

Izvori istosmjerne struje mogu biti baterije ili drugi izvori u kojima se struja javlja uslijed kemijske reakcije (npr. AA baterija).

Također, izvori istosmjerne struje mogu biti generator istosmjerne struje, u kojem se struja stvara zbog
fenomen elektromagnetske indukcije, a zatim se ispravlja pomoću kolektora.

Istosmjerna struja može se dobiti ispravljanjem izmjenične struje. U tu svrhu postoje razni ispravljači i pretvarači.

Primjena

Istosmjerna struja naširoko se koristi u električni dijagrami i uređaji. Na primjer, kod kuće većina uređaja poput modema ili punjač za mobilne, rade na istosmjernu struju. Automobilski generator proizvodi i pretvara istosmjernu struju za punjenje baterije. Bilo koje prijenosni uređaj Napaja se istosmjernim izvorom.

U industriji se istosmjerna struja koristi u istosmjernim strojevima, kao što su motori ili generatori. U nekim zemljama postoje vodovi istosmjerne struje visokog napona.

Istosmjerna struja našla je svoju primjenu i u medicini, primjerice u elektroforezi, postupku liječenja električnom strujom.

U željezničkom prometu osim izmjenične koristi se i istosmjerna struja. To je zbog činjenice da vučni motori, koji imaju čvršće mehaničke karakteristike od

Električni generator je stroj ili postrojenje namijenjeno pretvaranju neelektrične energije u električnu: mehaničku u električnu, kemijsku u električnu, toplinsku u električnu itd. Danas, kada kažemo riječ "generator", uglavnom mislimo na pretvarač mehanička energija – u električnu energiju.

To bi mogao biti dizelski ili benzinski prijenosni generator, generator nuklearne elektrane, generator automobila, domaći generator iz asinkronog elektromotora ili generator male brzine za vjetrenjaču male snage. Na kraju članka pogledat ćemo dva najčešća generatora kao primjer, ali prvo ćemo govoriti o principima njihova rada.

Na ovaj ili onaj način, s fizičke točke gledišta, princip rada svakog od mehaničkih generatora je isti: kada, kada linije magnetskog polja prelaze vodič, u ovom vodiču se javlja inducirana emf. Izvori sile koji dovode do međusobnog gibanja vodiča i magnetskog polja mogu biti različiti procesi, ali kao rezultat toga uvijek je potrebno dobiti emf i struju od generatora za napajanje opterećenja.

Princip rada električnog generatora - Faradayev zakon

Princip rada električnog generatora otkrio je davne 1831. godine engleski fizičar Michael Faraday. Taj je princip kasnije nazvan Faradayev zakon. Leži u činjenici da kada vodič okomito prelazi preko magnetskog polja, na krajevima ovog vodiča nastaje potencijalna razlika.

Prvi generator izgradio je sam Faraday prema principu koji je otkrio; bio je to "Faradayev disk" - unipolarni generator u kojem se bakreni disk okretao između polova potkovastog magneta. Uređaj je proizvodio značajnu struju pri niskom naponu.

Kasnije je utvrđeno da su pojedinačni izolirani vodiči u generatorima mnogo učinkovitiji s praktičnog gledišta od čvrstog vodljivog diska. A u modernim generatorima sada se koriste žičani namoti statora (u najjednostavnijem slučaju demonstracije, zavojnica žice).

Alternator

Velika većina modernih generatora su sinkroni generatori izmjenične struje. Imaju armaturni namot na statoru, iz kojeg se generira električna energija. Na rotoru se nalazi uzbudni namot, na koji se dovodi istosmjerna struja kroz par kliznih prstenova za stvaranje rotirajućeg magnetskog polja iz rotirajućeg rotora.

Zbog fenomena elektromagnetske indukcije, kada se rotor okreće iz vanjskog pogona (na primjer, iz motora s unutarnjim izgaranjem), njegov magnetski tok naizmjenično prelazi svaku od faza namota statora i tako u njima inducira EMF.

Najčešće su tri faze, one su fizički pomaknute na armaturi jedna u odnosu na drugu za 120 stupnjeva, pa se dobije trofazna sinusna struja. Faze se mogu spojiti u konfiguraciji zvijezda ili trokut kako bi se dobilo.

Frekvencija sinusoidnog EMF-a f proporcionalna je frekvenciji rotacije rotora: f = np/60, gdje je - p broj parova magnetskih pluseva rotora, n broj okretaja rotora u minuti. Obično maksimalna brzina rotacija rotora - 3000 o / min. Ako spojite trofazni ispravljač na namote statora takvog sinkronog generatora, dobit ćete generator istosmjerne struje (usput, svi generatori automobila rade na ovaj način).

Sinkroni generator s tri stroja

Naravno, klasični sinkroni generator ima jedan ozbiljan nedostatak - rotor ima klizne prstenove i četke uz njih. Četke iskre i troše se zbog trenja i električne erozije. Ovo nije dopušteno u eksplozivnom okruženju. Stoga su u zrakoplovstvu iu dizel generatorima češći beskontaktni sinkroni generatori, posebno oni s tri stroja.

Trostrojni uređaji imaju u jednom kućištu ugrađena tri stroja: preduzbudnik, uzbudnik i generator - na zajedničkoj osovini. Preduzbudnik je sinkroni generator, pobuđuje se permanentnim magnetima na osovini, napon koji stvara dovodi se do namota statora uzbudnika.

Stator pobude djeluje na namot na rotoru spojen na njemu priključeni trofazni ispravljač iz kojeg se napaja glavni uzbudni namot generatora. Generator stvara struju u svom statoru.

Prijenosni generatori na plin, dizel i benzin

Danas su vrlo česti u kućanstvima koja kao pogonske motore koriste motore s unutarnjim izgaranjem - motor s unutarnjim izgaranjem koji mehaničku rotaciju prenosi na rotor generatora.

Generatori na tekuće gorivo imaju spremnike za gorivo, dok plinski generatori trebaju dovod goriva kroz cjevovod tako da se plin zatim dovodi u karburator, gdje postaje sastavni dio gorive smjese.

U svim slučajevima, smjesa goriva izgara u klipnom sustavu, pokrećući radilicu. To je slično kao i motor automobila. Koljenasto vratilo okreće rotor beskontaktnog sinkronog generatora (alternatora).

Andrej Povni