Τι είναι μια γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος; Τι είναι η ηλεκτρική ενέργεια και τι σημαίνει τρέχουσα εργασία; Εξηγούμε σε προσιτή γλώσσα! Από πού προέρχεται το ηλεκτρικό ρεύμα;

Ο όρος «γενιά» στην ηλεκτρική μηχανική προέρχεται από τα λατινικά. Σημαίνει «γέννηση». Σε σχέση με την ενέργεια, μπορούμε να πούμε ότι οι γεννήτριες είναι τεχνικές συσκευές που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να παραχθεί μετατρέποντας διάφορους τύπους ενέργειας, για παράδειγμα:

χημική ουσία;

φως;

θερμική και άλλα.

Ιστορικά, οι γεννήτριες είναι δομές που μετατρέπουν την περιστροφική κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική.

Ανάλογα με τον τύπο της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας, οι γεννήτριες είναι:

1. DC;

2. μεταβλητός.

Οι φυσικοί νόμοι που καθιστούν δυνατή τη δημιουργία σύγχρονων ηλεκτρικών εγκαταστάσεων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω του μετασχηματισμού της μηχανικής ενέργειας ανακαλύφθηκαν από τους επιστήμονες Oersted και Faraday.

Στο σχεδιασμό οποιασδήποτε γεννήτριας, πραγματοποιείται όταν το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλείται σε ένα κλειστό πλαίσιο λόγω της τομής του με ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, το οποίο δημιουργείται σε απλοποιημένα μοντέλα για οικιακή χρήση ή με περιελίξεις διέγερσης σε βιομηχανικά προϊόντα υψηλής ισχύος.

Όταν το πλαίσιο περιστρέφεται, το μέγεθος της μαγνητικής ροής αλλάζει.

Η ηλεκτροκινητική δύναμη που προκαλείται στο πηνίο εξαρτάται από τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής που διέρχεται από το πλαίσιο σε έναν κλειστό βρόχο S και είναι ευθέως ανάλογη με την τιμή του. Όσο πιο γρήγορα περιστρέφεται ο ρότορας, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση που παράγεται.

Προκειμένου να δημιουργηθεί ένα κλειστό κύκλωμα και να αποστραγγιστεί το ηλεκτρικό ρεύμα από αυτό, ήταν απαραίτητο να δημιουργηθεί ένας συλλέκτης και ένα συγκρότημα βούρτσας που εξασφαλίζει συνεχή επαφή μεταξύ του περιστρεφόμενου πλαισίου και του ακίνητου τμήματος του κυκλώματος.

Λόγω του σχεδιασμού των βουρτσών με ελατήριο, οι οποίες πιέζονται στις πλάκες του μεταγωγέα, το ηλεκτρικό ρεύμα μεταδίδεται στους ακροδέκτες εξόδου και από αυτούς στη συνέχεια ρέει στο δίκτυο καταναλωτών.

Η αρχή λειτουργίας της απλούστερης γεννήτριας DC

Όταν το πλαίσιο περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του, το αριστερό και το δεξί του μισό περνούν κυκλικά κοντά στον νότιο ή βόρειο πόλο των μαγνητών. Σε αυτά, κάθε φορά οι κατευθύνσεις των ρευμάτων αλλάζουν προς το αντίθετο ώστε σε κάθε πόλο να ρέουν προς μία κατεύθυνση.

Προκειμένου να δημιουργηθεί συνεχές ρεύμα στο κύκλωμα εξόδου, δημιουργείται ένας ημι-δακτύλιος στον κόμβο συλλέκτη για κάθε μισό της περιέλιξης. Οι βούρτσες δίπλα στο δαχτυλίδι αφαιρούν το δυναμικό μόνο του σημείου τους: θετικό ή αρνητικό.

Δεδομένου ότι ο ημιδακτύλιος του περιστρεφόμενου πλαισίου είναι ανοιχτός, δημιουργούνται στιγμές σε αυτό όταν το ρεύμα φτάνει στη μέγιστη τιμή του ή απουσιάζει. Προκειμένου να διατηρηθεί όχι μόνο η κατεύθυνση, αλλά και μια σταθερή τιμή της παραγόμενης τάσης, το πλαίσιο κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας ειδικά προετοιμασμένη τεχνολογία:

χρησιμοποιεί όχι μία στροφή, αλλά πολλές - ανάλογα με την τιμή της προγραμματισμένης τάσης.

ο αριθμός των πλαισίων δεν περιορίζεται σε ένα αντίγραφο: προσπαθούν να τα κάνουν επαρκή για να διατηρούν βέλτιστα τις πτώσεις τάσης στο ίδιο επίπεδο.

Για μια γεννήτρια DC, οι περιελίξεις του ρότορα βρίσκονται σε υποδοχές. Αυτό σας επιτρέπει να μειώσετε τις απώλειες του επαγόμενου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.

Σχεδιαστικά χαρακτηριστικά γεννητριών συνεχούς ρεύματος

Τα κύρια στοιχεία της συσκευής είναι:

εξωτερικό πλαίσιο ισχύος?

μαγνητικοί πόλοι?

στάτωρ;

περιστρεφόμενος ρότορας?

μονάδα μεταγωγής με βούρτσες.

Το σώμα είναι κατασκευασμένο από κράματα χάλυβα ή χυτοσίδηρο για να παρέχει μηχανική αντοχή στη συνολική δομή. Ένα επιπλέον καθήκον του περιβλήματος είναι η μετάδοση μαγνητικής ροής μεταξύ των πόλων.

Οι μαγνήτες είναι στερεωμένοι στο περίβλημα με καρφιά ή μπουλόνια. Πάνω τους είναι τοποθετημένη μια περιέλιξη.

Ο στάτορας, που ονομάζεται επίσης ζυγός ή πυρήνας, είναι κατασκευασμένος από σιδηρομαγνητικά υλικά. Το τύλιγμα του πηνίου διέγερσης τοποθετείται πάνω του. Πυρήνας στάτοραεξοπλισμένο με μαγνητικούς πόλους που σχηματίζουν το μαγνητικό δυναμικό του πεδίο.

Ο ρότορας έχει ένα συνώνυμο: άγκυρα. Ο μαγνητικός πυρήνας του αποτελείται από πλαστικοποιημένες πλάκες, οι οποίες μειώνουν το σχηματισμό δινορευμάτων και αυξάνουν την απόδοση. Οι αυλακώσεις του πυρήνα περιέχουν τις περιελίξεις του ρότορα ή/και αυτοδιέγερσης.

Κόμβος μεταγωγήςμε τις βούρτσες μπορεί να έχει διαφορετικό αριθμό πόλων, αλλά είναι πάντα πολλαπλάσιο των δύο. Το υλικό της βούρτσας είναι συνήθως γραφίτης. Οι πλάκες συλλέκτη είναι κατασκευασμένες από χαλκό, ως το βέλτιστο μέταλλο κατάλληλο για τις ηλεκτρικές ιδιότητες της αγωγιμότητας του ρεύματος.

Χάρη στη χρήση ενός μεταγωγέα, παράγεται ένα παλμικό σήμα στους ακροδέκτες εξόδου της γεννήτριας DC.

Κύριοι τύποι σχεδίων γεννητριών DC

Ανάλογα με τον τύπο τροφοδοσίας στην περιέλιξη διέγερσης, διακρίνονται οι συσκευές:

1. με αυτοδιέγερση.

2. εργάζονται με βάση την ανεξάρτητη ένταξη.

Τα πρώτα προϊόντα μπορούν:

Χρησιμοποιήστε μόνιμους μαγνήτες.

ή εργασία από εξωτερικές πηγές, για παράδειγμα, μπαταρίες, αιολική ενέργεια...

Οι γεννήτριες με ανεξάρτητη μεταγωγή λειτουργούν από τη δική τους περιέλιξη, η οποία μπορεί να συνδεθεί:

διαδοχικά?

παρακάμψεις ή παράλληλη διέγερση.

Μία από τις επιλογές για μια τέτοια σύνδεση φαίνεται στο διάγραμμα.

Ένα παράδειγμα γεννήτριας DC είναι ένας σχεδιασμός που στο παρελθόν χρησιμοποιούνταν συχνά σε εφαρμογές αυτοκινήτων. Η δομή του είναι ίδια με αυτή ενός ασύγχρονου κινητήρα.

Τέτοιες δομές συλλεκτών μπορούν να λειτουργούν ταυτόχρονα σε λειτουργία κινητήρα ή γεννήτριας. Λόγω αυτού, έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένα στα υπάρχοντα υβριδικά αυτοκίνητα.

Η διαδικασία σχηματισμού μιας αντίδρασης άγκυρας

Εμφανίζεται σε κατάσταση αδράνειας όταν η δύναμη πίεσης της βούρτσας ρυθμίζεται εσφαλμένα, δημιουργώντας έναν μη βέλτιστο τρόπο τριβής τους. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μειωμένα μαγνητικά πεδία ή πυρκαγιά λόγω αυξημένης παραγωγής σπινθήρα.

Οι τρόποι μείωσης του είναι:

αντιστάθμιση μαγνητικών πεδίων με σύνδεση πρόσθετων πόλων.

ρυθμίζοντας τη μετατόπιση της θέσης των βουρτσών του μεταγωγέα.

Πλεονεκτήματα των γεννητριών DC

Αυτά περιλαμβάνουν:

χωρίς απώλειες λόγω υστέρησης και σχηματισμού δινορευμάτων.

εργασία σε ακραίες συνθήκες?

μειωμένο βάρος και μικρές διαστάσεις.

Η αρχή λειτουργίας της απλούστερης γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος

Μέσα σε αυτό το σχέδιο χρησιμοποιούνται όλα τα ίδια μέρη όπως στο προηγούμενο ανάλογο:

ένα μαγνητικό πεδίο?

περιστρεφόμενο πλαίσιο?

συλλέκτης με βούρτσες για την αποστράγγιση ρεύματος.

Η κύρια διαφορά έγκειται στον σχεδιασμό της μονάδας μεταγωγέα, η οποία δημιουργείται με τέτοιο τρόπο ώστε όταν το πλαίσιο περιστρέφεται μέσα από τις βούρτσες, δημιουργείται συνεχώς επαφή με το μισό του πλαισίου χωρίς να αλλάζει κυκλικά η θέση τους.

Λόγω αυτού, το ρεύμα, μεταβαλλόμενο σύμφωνα με τους νόμους των αρμονικών σε κάθε μισό, μεταδίδεται εντελώς αμετάβλητο στις βούρτσες και στη συνέχεια μέσω αυτών στο κύκλωμα καταναλωτή.

Φυσικά, το πλαίσιο δημιουργείται με περιέλιξη όχι μίας στροφής, αλλά ενός υπολογισμένου αριθμού στροφών για την επίτευξη βέλτιστης τάσης.

Έτσι, η αρχή λειτουργίας των γεννητριών συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος είναι κοινή και οι διαφορές σχεδιασμού έγκεινται στην κατασκευή:

περιστρεφόμενη μονάδα συλλέκτη ρότορα.

διαμορφώσεις περιέλιξης στον ρότορα.

Χαρακτηριστικά σχεδιασμού βιομηχανικών γεννητριών εναλλασσόμενου ρεύματος

Ας εξετάσουμε τα κύρια μέρη μιας βιομηχανικής γεννήτριας επαγωγής, στην οποία ο ρότορας δέχεται περιστροφική κίνηση από έναν κοντινό στρόβιλο. Ο σχεδιασμός του στάτορα περιλαμβάνει έναν ηλεκτρομαγνήτη (αν και το μαγνητικό πεδίο μπορεί να δημιουργηθεί από ένα σύνολο μόνιμων μαγνητών) και μια περιέλιξη ρότορα με ορισμένο αριθμό στροφών.

Μέσα σε κάθε στροφή προκαλείται μια ηλεκτροκινητική δύναμη, η οποία προστίθεται διαδοχικά σε καθεμία από αυτές και σχηματίζει στους ακροδέκτες εξόδου τη συνολική τιμή της τάσης που παρέχεται στο κύκλωμα ισχύος των συνδεδεμένων καταναλωτών.

Για να αυξηθεί το εύρος του EMF στην έξοδο της γεννήτριας, χρησιμοποιείται ένας ειδικός σχεδιασμός του μαγνητικού συστήματος, κατασκευασμένος από δύο μαγνητικούς πυρήνες μέσω της χρήσης ειδικών ποιοτήτων ηλεκτρικού χάλυβα με τη μορφή ελασματοποιημένων πλακών με αυλακώσεις. Περιελίξεις τοποθετούνται στο εσωτερικό τους.

Το περίβλημα της γεννήτριας περιέχει έναν πυρήνα στάτορα με σχισμές για την υποδοχή μιας περιέλιξης που δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο.

Ο ρότορας που περιστρέφεται στα ρουλεμάν έχει επίσης ένα μαγνητικό κύκλωμα με αυλακώσεις, στο εσωτερικό του οποίου είναι τοποθετημένο ένα τύλιγμα που δέχεται το επαγόμενο emf. Τυπικά, επιλέγεται μια οριζόντια κατεύθυνση για την τοποθέτηση του άξονα περιστροφής, αν και υπάρχουν σχέδια γεννήτριας με κατακόρυφη διάταξη και αντίστοιχο σχέδιο ρουλεμάν.

Δημιουργείται πάντα ένα κενό μεταξύ του στάτορα και του ρότορα, το οποίο είναι απαραίτητο για τη διασφάλιση της περιστροφής και την αποφυγή εμπλοκής. Αλλά, ταυτόχρονα, υπάρχει απώλεια ενέργειας μαγνητικής επαγωγής. Ως εκ τούτου, προσπαθούν να το κάνουν όσο το δυνατόν πιο ελάχιστο, λαμβάνοντας ιδανικά υπόψη και τις δύο αυτές απαιτήσεις.

Ο διεγέρτης, που βρίσκεται στον ίδιο άξονα με τον ρότορα, είναι μια ηλεκτρική γεννήτρια συνεχούς ρεύματος με σχετικά χαμηλή ισχύ. Σκοπός του είναι να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια στις περιελίξεις μιας γεννήτριας ισχύος σε κατάσταση ανεξάρτητης διέγερσης.

Τέτοιοι διεγέρτες χρησιμοποιούνται συχνότερα με τα σχέδια στροβίλων ή υδραυλικών ηλεκτρικών γεννητριών κατά τη δημιουργία της κύριας ή εφεδρικής μεθόδου διέγερσης.

Η εικόνα μιας βιομηχανικής γεννήτριας δείχνει τη θέση των δακτυλίων του μεταγωγέα και των βουρτσών για τη συλλογή ρευμάτων από τη δομή του περιστρεφόμενου ρότορα. Κατά τη λειτουργία, αυτή η μονάδα αντιμετωπίζει σταθερά μηχανικά και ηλεκτρικά φορτία. Για να ξεπεραστούν, δημιουργείται μια πολύπλοκη δομή, η οποία κατά τη λειτουργία απαιτεί περιοδικούς ελέγχους και προληπτικά μέτρα.

Για τη μείωση του κόστους λειτουργίας που δημιουργείται, χρησιμοποιείται μια άλλη, εναλλακτική τεχνολογία, η οποία χρησιμοποιεί επίσης την αλληλεπίδραση μεταξύ περιστρεφόμενων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Μόνο μόνιμοι ή ηλεκτρικοί μαγνήτες τοποθετούνται στον ρότορα και η τάση αφαιρείται από μια σταθερή περιέλιξη.

Κατά τη δημιουργία ενός τέτοιου κυκλώματος, ένα τέτοιο σχέδιο μπορεί να ονομαστεί ο όρος "εναλλάκτης". Χρησιμοποιείται σε σύγχρονες γεννήτριες: υψηλής συχνότητας, αυτοκίνητα, σε μηχανές ντίζελ και πλοία, εγκαταστάσεις σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Χαρακτηριστικά των σύγχρονων γεννητριών

Λειτουργική αρχή

Το όνομα και το χαρακτηριστικό γνώρισμα της δράσης έγκειται στη δημιουργία μιας άκαμπτης σύνδεσης μεταξύ της συχνότητας της εναλλασσόμενης ηλεκτροκινητικής δύναμης που προκαλείται στην περιέλιξη του στάτη «f» και της περιστροφής του ρότορα.

Μια τριφασική περιέλιξη είναι τοποθετημένη στον στάτορα και στον ρότορα υπάρχει ένας ηλεκτρομαγνήτης με έναν πυρήνα και μια περιέλιξη διέγερσης, που τροφοδοτείται από κυκλώματα συνεχούς ρεύματος μέσω ενός συγκροτήματος μετατροπέα βούρτσας.

Ο ρότορας οδηγείται σε περιστροφή από μια πηγή μηχανικής ενέργειας - έναν κινητήρα κίνησης - με την ίδια ταχύτητα. Το μαγνητικό του πεδίο κάνει την ίδια κίνηση.

Ηλεκτροκινητικές δυνάμεις ίσου μεγέθους, αλλά μετατοπισμένες κατά 120 μοίρες στην κατεύθυνση, προκαλούνται στις περιελίξεις του στάτη, δημιουργώντας ένα τριφασικό συμμετρικό σύστημα.

Όταν συνδέονται με τα άκρα των περιελίξεων των κυκλωμάτων καταναλωτή, αρχίζουν να δρουν τα ρεύματα φάσης στο κύκλωμα, τα οποία σχηματίζουν ένα μαγνητικό πεδίο που περιστρέφεται με τον ίδιο τρόπο: συγχρονισμένα.

Το σχήμα του σήματος εξόδου του επαγόμενου EMF εξαρτάται μόνο από τον νόμο κατανομής του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής μέσα στο διάκενο μεταξύ των πόλων του ρότορα και των πλακών του στάτη. Επομένως, προσπαθούν να δημιουργήσουν ένα τέτοιο σχέδιο όταν το μέγεθος της επαγωγής αλλάζει σύμφωνα με έναν ημιτονοειδές νόμο.

Όταν το διάκενο έχει ένα σταθερό χαρακτηριστικό, το διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής μέσα στο διάκενο δημιουργείται σε σχήμα τραπεζοειδούς, όπως φαίνεται στο γραμμικό γράφημα 1.

Εάν το σχήμα των άκρων στους πόλους διορθωθεί σε λοξό με το κενό να αλλάζει στη μέγιστη τιμή, τότε μπορεί να επιτευχθεί ένα σχήμα ημιτονοειδούς κατανομής, όπως φαίνεται στη γραμμή 2. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται στην πράξη.

Κυκλώματα διέγερσης για σύγχρονες γεννήτριες

Η μαγνητοκινητική δύναμη που προκύπτει στο τύλιγμα διέγερσης «OB» του ρότορα δημιουργεί το μαγνητικό του πεδίο. Για το σκοπό αυτό, υπάρχουν διάφορα σχέδια διεγέρτων DC με βάση:

1. μέθοδος επαφής.

2. ανεπαφική μέθοδος.

Στην πρώτη περίπτωση, χρησιμοποιείται μια ξεχωριστή γεννήτρια, που ονομάζεται διεγέρτης "Β". Η περιέλιξη διέγερσής του τροφοδοτείται από μια πρόσθετη γεννήτρια σύμφωνα με την αρχή της παράλληλης διέγερσης, που ονομάζεται υποδιεγέρτης "PV".

Όλοι οι ρότορες τοποθετούνται σε έναν κοινό άξονα. Λόγω αυτού, περιστρέφονται ακριβώς το ίδιο. Οι ρεοστάτες r1 και r2 χρησιμεύουν για τη ρύθμιση των ρευμάτων στα κυκλώματα διεγέρτη και υποδιεγέρτη.

Με μέθοδο ανέπαφωνΔεν υπάρχουν δακτύλιοι ολίσθησης του ρότορα. Μια τριφασική περιέλιξη διεγέρτη είναι τοποθετημένη απευθείας σε αυτό. Περιστρέφεται συγχρόνως με τον ρότορα και μεταδίδει ηλεκτρικό συνεχές ρεύμα μέσω ενός συν-περιστρεφόμενου ανορθωτή απευθείας στην περιέλιξη του διεγέρτη «Β».

Οι τύποι κυκλωμάτων χωρίς επαφή είναι:

1. Σύστημα αυτοδιέγερσης από τη δική του περιέλιξη στάτορα.

2. αυτοματοποιημένο σύστημα.

Με την πρώτη μέθοδοη τάση από τις περιελίξεις του στάτορα τροφοδοτείται σε έναν μετασχηματιστή με βήμα προς τα κάτω και στη συνέχεια σε έναν ανορθωτή ημιαγωγών "PP", ο οποίος παράγει συνεχές ρεύμα.

Στη μέθοδο αυτή, η αρχική διέγερση δημιουργείται λόγω του φαινομένου του υπολειπόμενου μαγνητισμού.

Ένα αυτόματο σχέδιο για τη δημιουργία αυτοδιέγερσης περιλαμβάνει τη χρήση:

μετασχηματιστής τάσης TN;

αυτοματοποιημένος ρυθμιστής διέγερσης AVR.

μετασχηματιστής ρεύματος CT;

ανορθωτής μετασχηματιστής VT?

μετατροπέας θυρίστορ TP;

Μονάδα προστασίας BZ.

Χαρακτηριστικά των ασύγχρονων γεννητριών

Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ αυτών των σχεδίων είναι η απουσία άκαμπτης σύνδεσης μεταξύ της ταχύτητας του δρομέα (nr) και του EMF που προκαλείται στην περιέλιξη (n). Υπάρχει πάντα μια διαφορά μεταξύ τους, η οποία ονομάζεται «γλίστρημα». Συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα «S» και εκφράζεται με τον τύπο S=(n-nr)/n.

Όταν ένα φορτίο συνδέεται στη γεννήτρια, δημιουργείται μια ροπή πέδησης για την περιστροφή του ρότορα. Επηρεάζει τη συχνότητα του παραγόμενου EMF και δημιουργεί αρνητική ολίσθηση.

Η δομή του ρότορα των ασύγχρονων γεννητριών γίνεται:

βραχυκυκλωμένο?

φάση;

κοίλος.

Οι ασύγχρονες γεννήτριες μπορούν να έχουν:

1. ανεξάρτητη διέγερση.

2. αυτοδιέγερση.

Στην πρώτη περίπτωση, χρησιμοποιείται μια εξωτερική πηγή εναλλασσόμενης τάσης και στη δεύτερη, χρησιμοποιούνται μετατροπείς ή πυκνωτές ημιαγωγών στο πρωτεύον, δευτερεύον ή και στους δύο τύπους κυκλωμάτων.

Έτσι, οι γεννήτριες εναλλασσόμενου και συνεχούς ρεύματος έχουν πολλά κοινά χαρακτηριστικά στις αρχές κατασκευής, αλλά διαφέρουν στο σχεδιασμό ορισμένων στοιχείων.

Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ο κύριος τύπος ενέργειας που εκτελεί χρήσιμο έργο σε όλους τους τομείς της ανθρώπινης ζωής. Θέτει σε κίνηση διάφορους μηχανισμούς, παρέχει φως, θερμαίνει σπίτια και ζωντανεύει μια ολόκληρη σειρά συσκευών που εξασφαλίζουν την άνετη ύπαρξή μας στον πλανήτη. Πραγματικά, αυτός ο τύπος ενέργειας είναι καθολικός. Μπορείτε να πάρετε οτιδήποτε από αυτό, ακόμα και μεγάλη καταστροφή αν χρησιμοποιηθεί ακατάλληλα.

Υπήρξε όμως μια εποχή που τα ηλεκτρικά φαινόμενα ήταν ακόμα παρόντα στη φύση, αλλά δεν βοηθούσαν τους ανθρώπους με κανέναν τρόπο. Τι έχει αλλάξει από τότε; Οι άνθρωποι άρχισαν να μελετούν φυσικά φαινόμενα και κατέληξαν σε ενδιαφέρουσες μηχανές - μετατροπείς, οι οποίοι, γενικά, έκαναν ένα επαναστατικό άλμα στον πολιτισμό μας, επιτρέποντας σε ένα άτομο να λάβει μια ενέργεια από την άλλη.

Έτσι έμαθαν οι άνθρωποι να παράγουν ηλεκτρισμό από συνηθισμένο μέταλλο, μαγνήτες και μηχανική κίνηση - αυτό είναι όλο. Κατασκευάστηκαν γεννήτριες ικανές να παράγουν κολοσσιαίες ροές ενέργειας, ύψους μεγαβάτ. Αλλά είναι ενδιαφέρον ότι η αρχή λειτουργίας αυτών των μηχανών δεν είναι τόσο περίπλοκη και μπορεί να είναι αρκετά κατανοητή ακόμη και σε έναν έφηβο. Τι είναι; Ας προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε αυτό το ζήτημα.

Φαινόμενο ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής

Η βάση για την εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν αγωγό είναι η ηλεκτροκινητική δύναμη - EMF. Είναι ικανό να προκαλέσει την κίνηση φορτισμένων σωματιδίων, από τα οποία υπάρχουν πολλά σε οποιοδήποτε μέταλλο. Αυτή η δύναμη εμφανίζεται μόνο εάν ο αγωγός βιώσει μια αλλαγή στην ένταση του μαγνητικού πεδίου. Το ίδιο το φαινόμενο ονομάζεται ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα μεταβολής της ροής των μαγνητικών κυμάτων, τόσο μεγαλύτερη είναι η emf. Δηλαδή, μπορείτε να μετακινήσετε έναν αγωγό κοντά σε έναν μόνιμο μαγνήτη ή να επηρεάσετε ένα σταθερό καλώδιο με το πεδίο ενός ηλεκτρομαγνήτη, αλλάζοντας την ισχύ του, το αποτέλεσμα θα είναι το ίδιο - θα εμφανιστεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα στον αγωγό.

Οι επιστήμονες Oersted και Faraday εργάστηκαν πάνω σε αυτό το θέμα το πρώτο μισό του 19ου αιώνα. Ανακάλυψαν επίσης αυτό το φυσικό φαινόμενο. Στη συνέχεια, δημιουργήθηκαν γεννήτριες ρεύματος και ηλεκτροκινητήρες με βάση την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτά τα μηχανήματα μπορούν εύκολα να μετατραπούν το ένα στο άλλο.

Πώς λειτουργούν οι γεννήτριες DC και AC;

Είναι σαφές ότι μια γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος είναι μια ηλεκτρομηχανική μηχανή που παράγει ρεύμα. Αλλά στην πραγματικότητα, είναι ένας μετατροπέας ενέργειας: άνεμος, νερό, θερμότητα, οτιδήποτε σε ένα EMF, το οποίο ήδη προκαλεί ένα ρεύμα στον αγωγό. Ο σχεδιασμός οποιασδήποτε γεννήτριας δεν διαφέρει ουσιαστικά από ένα κλειστό αγώγιμο κύκλωμα που περιστρέφεται μεταξύ των πόλων ενός μαγνήτη, όπως στα πρώτα πειράματα των επιστημόνων. Μόνο το μέγεθος της μαγνητικής ροής που δημιουργείται από ισχυρούς μόνιμους ή, συχνότερα, ηλεκτρικούς μαγνήτες είναι πολύ μεγαλύτερο. Το κλειστό κύκλωμα έχει τη μορφή περιέλιξης πολλαπλών στροφών, εκ των οποίων σε μια σύγχρονη γεννήτρια δεν υπάρχει μία, αλλά τουλάχιστον τρεις. Όλα αυτά γίνονται για να ληφθεί το μεγαλύτερο δυνατό EMF.

Μια τυπική ηλεκτρική γεννήτρια AC (ή DC) αποτελείται από:

Κατοικίες. Εκτελεί τη λειτουργία ενός πλαισίου μέσα στο οποίο είναι τοποθετημένος ένας στάτορας με πόλους ηλεκτρομαγνήτη. Περιέχει ρουλεμάν κύλισης του άξονα του ρότορα. Είναι κατασκευασμένο από μέταλλο, προστατεύει επίσης όλο το εσωτερικό γέμισμα της μηχανής.
Στάτης με μαγνητικούς πόλους.Η περιέλιξη διέγερσης μαγνητικής ροής είναι προσαρτημένη σε αυτό. Είναι κατασκευασμένο από σιδηρομαγνητικό χάλυβα.
Ρότορας ή οπλισμός.Αυτό είναι το κινούμενο τμήμα της γεννήτριας, ο άξονας της οποίας οδηγείται σε περιστροφή από μια ξένη δύναμη. Ένα τύλιγμα αυτοδιέγερσης τοποθετείται στον πυρήνα του οπλισμού, όπου παράγεται το ηλεκτρικό ρεύμα.
Κόμβος μεταγωγής.Αυτό το δομικό στοιχείο χρησιμεύει για την αφαίρεση ηλεκτρικής ενέργειας από τον κινητό άξονα του ρότορα. Περιλαμβάνει αγώγιμους δακτυλίους που συνδέονται κινητά με επαφές συλλογής ρεύματος γραφίτη.

Δημιουργία συνεχούς ρεύματος

Σε μια γεννήτρια που παράγει συνεχές ρεύμα, το αγώγιμο κύκλωμα περιστρέφεται στο χώρο του μαγνητικού κορεσμού. Επιπλέον, για μια συγκεκριμένη στιγμή περιστροφής, κάθε μισό του κυκλώματος αποδεικνύεται ότι είναι κοντά σε έναν ή τον άλλο πόλο. Το φορτίο στον αγωγό κινείται προς μία κατεύθυνση κατά τη διάρκεια αυτής της μισής στροφής.

Για να επιτευχθεί η αφαίρεση σωματιδίων, κατασκευάζεται ένας μηχανισμός αφαίρεσης ενέργειας. Η ιδιαιτερότητά του είναι ότι κάθε μισό της περιέλιξης (πλαίσιο) συνδέεται με έναν αγώγιμο ημιδακτύλιο. Οι μισοί δακτύλιοι δεν είναι κλειστοί μεταξύ τους, αλλά στερεώνονται σε διηλεκτρικό υλικό. Κατά την περίοδο που ένα μέρος της περιέλιξης αρχίζει να περνάει από έναν συγκεκριμένο πόλο, ο ημιδακτύλιος κλείνει στο ηλεκτρικό κύκλωμα από ομάδες επαφής βούρτσας. Αποδεικνύεται ότι μόνο ένας τύπος δυναμικού έρχεται σε κάθε τερματικό.

Θα ήταν πιο σωστό να ονομάσουμε την ενέργεια όχι σταθερή, αλλά παλλόμενη, με σταθερή πολικότητα. Ο κυματισμός προκαλείται από το γεγονός ότι η μαγνητική ροή στον αγωγό κατά την περιστροφή έχει τόσο τη μέγιστη όσο και την ελάχιστη επίδραση. Για την εξομάλυνση αυτού του κυματισμού, χρησιμοποιούνται πολλές περιελίξεις στον ρότορα και ισχυροί πυκνωτές στην είσοδο του κυκλώματος. Για να μειωθούν οι απώλειες μαγνητικής ροής, το κενό μεταξύ του οπλισμού και του στάτορα διατηρείται στο ελάχιστο.

Κύκλωμα εναλλάκτη

Όταν το κινούμενο μέρος της συσκευής παραγωγής ρεύματος περιστρέφεται, ένα EMF προκαλείται επίσης στους αγωγούς πλαισίου, όπως σε μια γεννήτρια συνεχούς ρεύματος. Αλλά υπάρχει μια μικρή ιδιαιτερότητα - η γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος έχει διαφορετικό σχεδιασμό για τη μονάδα συλλέκτη. Σε αυτό, κάθε ακροδέκτης συνδέεται με τον δικό του αγώγιμο δακτύλιο.

Η αρχή της λειτουργίας μιας γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος είναι η εξής: όταν το μισό της περιέλιξης περνά κοντά σε έναν πόλο (το άλλο, αντίστοιχα, κοντά στον αντίθετο πόλο), το ρεύμα κινείται στο κύκλωμα προς μία κατεύθυνση από την ελάχιστη στην υψηλότερη τιμή του και πάλι στο μηδέν. Μόλις οι περιελίξεις αλλάξουν τη θέση τους σε σχέση με τους πόλους, το ρεύμα αρχίζει να κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση με το ίδιο σχέδιο.

Σε αυτή την περίπτωση, στην είσοδο του κυκλώματος, λαμβάνεται μια μορφή σήματος με τη μορφή ημιτονοειδούς με συχνότητα μισού κύματος που αντιστοιχεί στην περίοδο περιστροφής του άξονα του ρότορα. Για να ληφθεί ένα σταθερό σήμα στην έξοδο, όπου η συχνότητα του εναλλάκτη είναι σταθερή, η περίοδος περιστροφής του μηχανικού μέρους πρέπει να είναι σταθερή.

τύπος αερίου

Τα σχέδια των γεννητριών ρεύματος, όπου αντί για μεταλλικό πλαίσιο χρησιμοποιείται ως φορέας φορτίου ένα αγώγιμο πλάσμα, υγρό ή αέριο, ονομάζονται γεννήτριες MHD. Οι ουσίες υπό πίεση οδηγούνται σε ένα πεδίο μαγνητικής έντασης. Υπό την επίδραση του ίδιου επαγόμενου emf, τα φορτισμένα σωματίδια αποκτούν κατευθυντική κίνηση, δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα. Το μέγεθος του ρεύματος είναι ευθέως ανάλογο με την ταχύτητα διέλευσης μέσω της μαγνητικής ροής, καθώς και με την ισχύ του.

Οι γεννήτριες MHD έχουν μια απλούστερη σχεδιαστική λύση - δεν διαθέτουν μηχανισμό περιστροφής ρότορα. Τέτοια τροφοδοτικά είναι ικανά να παρέχουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας σε σύντομες χρονικές περιόδους. Χρησιμοποιούνται ως εφεδρικές συσκευές και σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης. Ο συντελεστής που καθορίζει τη χρήσιμη δράση (απόδοση) αυτών των μηχανών είναι υψηλότερος από αυτόν μιας γεννήτριας ηλεκτρικού εναλλασσόμενου ρεύματος.

Σύγχρονη γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος

Υπάρχουν οι ακόλουθοι τύποι γεννητριών εναλλασσόμενου ρεύματος:

Τα μηχανήματα είναι σύγχρονα.
Τα μηχανήματα είναι ασύγχρονα.

Ένας σύγχρονος εναλλάκτης έχει μια αυστηρή φυσική σχέση μεταξύ της περιστροφικής κίνησης του ρότορα και του ηλεκτρισμού. Σε τέτοια συστήματα, ο ρότορας είναι ένας ηλεκτρομαγνήτης που συναρμολογείται από πυρήνες, πόλους και συναρπαστικές περιελίξεις. Τα τελευταία τροφοδοτούνται από μια πηγή DC μέσω βουρτσών και επαφών δακτυλίου. Ο στάτορας είναι ένα πηνίο σύρματος συνδεδεμένο μεταξύ τους σύμφωνα με την αρχή του αστεριού με ένα κοινό σημείο - το μηδέν. Το EMF έχει ήδη επαχθεί σε αυτά και δημιουργείται ρεύμα.

Ο άξονας του ρότορα κινείται από μια εξωτερική δύναμη, συνήθως τουρμπίνες, η συχνότητα της οποίας είναι συγχρονισμένη και σταθερή. Το ηλεκτρικό κύκλωμα που συνδέεται με μια τέτοια γεννήτρια είναι ένα τριφασικό κύκλωμα, η συχνότητα του ρεύματος σε μια ξεχωριστή γραμμή του οποίου μετατοπίζεται φάση κατά 120 μοίρες σε σχέση με τις άλλες γραμμές. Για να ληφθεί το σωστό ημιτονοειδές, η κατεύθυνση της μαγνητικής ροής στο διάκενο μεταξύ των τμημάτων του στάτορα και του ρότορα ελέγχεται από το σχεδιασμό του τελευταίου.

Ο εναλλάκτης διεγείρεται με δύο μεθόδους:

Επικοινωνία.
Ανεπαφικά.

Σε ένα κύκλωμα διέγερσης επαφής, η ηλεκτρική ενέργεια παρέχεται στις περιελίξεις του ηλεκτρομαγνήτη μέσω ενός ζεύγους βούρτσας από άλλη γεννήτρια. Αυτή η γεννήτρια μπορεί να συνδυαστεί με τον κύριο άξονα. Συνήθως έχει λιγότερη ισχύ, αλλά αρκετή για να δημιουργήσει ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο.

Η αρχή της μη επαφής προβλέπει ότι η γεννήτρια σύγχρονου εναλλασσόμενου ρεύματος στον άξονα έχει πρόσθετες τριφασικές περιελίξεις, στις οποίες προκαλείται ένα emf κατά την περιστροφή και παράγεται ηλεκτρισμός. Τροφοδοτείται μέσω ενός κυκλώματος ανόρθωσης στα πηνία διέγερσης του δρομέα. Δομικά, ένα τέτοιο σύστημα δεν έχει κινούμενες επαφές, γεγονός που απλοποιεί το σύστημα, καθιστώντας το πιο αξιόπιστο.

Ασύγχρονη γεννήτρια

Υπάρχει μια ασύγχρονη γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος. Η συσκευή του διαφέρει από τη σύγχρονη. Δεν έχει ακριβή εξάρτηση του EMF από τη συχνότητα με την οποία περιστρέφεται ο άξονας του ρότορα. Υπάρχει μια τέτοια έννοια όπως το "slip S", που χαρακτηρίζει αυτή τη διαφορά στην επιρροή. Η ποσότητα της ολίσθησης καθορίζεται από υπολογισμούς, επομένως είναι λάθος να πιστεύουμε ότι δεν υπάρχει σχέδιο στην ηλεκτρομηχανική διαδικασία σε έναν ασύγχρονο κινητήρα.

Εάν φορτωθεί μια γεννήτρια σε αδράνεια, το ρεύμα που ρέει στις περιελίξεις θα δημιουργήσει μια μαγνητική ροή που εμποδίζει τον ρότορα να περιστρέφεται σε μια δεδομένη συχνότητα. Αυτό δημιουργεί ολίσθηση, η οποία επηρεάζει φυσικά τη δημιουργία EMF.

Μια σύγχρονη γεννήτρια ασύγχρονης εναλλασσόμενου ρεύματος έχει μια συσκευή κινούμενων εξαρτημάτων σε τρία διαφορετικά σχέδια:

Κοίλος ρότορας.
Ρότορας σκίουρου-κλουβιού.
Ρότορας ολίσθησης.

Τέτοιες μηχανές μπορούν να έχουν αυτο- και ανεξάρτητη διέγερση. Το πρώτο κύκλωμα υλοποιείται συμπεριλαμβάνοντας πυκνωτές και μετατροπείς ημιαγωγών στην περιέλιξη. Η διέγερση ανεξάρτητου τύπου δημιουργείται από μια πρόσθετη πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος.

Διαγράμματα σύνδεσης γεννήτριας

Όλες οι πηγές ισχύος υψηλής ισχύος για γραμμές ηλεκτρικού ρεύματος παράγουν τριφασικό ηλεκτρικό ρεύμα. Περιέχουν τρεις περιελίξεις στις οποίες δημιουργούνται εναλλασσόμενα ρεύματα με μια φάση που μετατοπίζεται μεταξύ τους κατά το 1/3 της περιόδου. Εάν λάβουμε υπόψη κάθε μεμονωμένη περιέλιξη μιας τέτοιας πηγής ισχύος, λαμβάνουμε ένα μονοφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα που ρέει στη γραμμή. Μια γεννήτρια μπορεί να παράγει τάση δεκάδων χιλιάδων βολτ. ο καταναλωτής λαμβάνει από τον μετασχηματιστή διανομής.

Οποιαδήποτε γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος έχει μια τυπική συσκευή περιέλιξης, αλλά υπάρχουν δύο τύποι σύνδεσης με το φορτίο:

αστέρι;
τρίγωνο.

Η αρχή λειτουργίας μιας γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος συνδεδεμένης με αστέρι περιλαμβάνει το συνδυασμό όλων των καλωδίων (ουδέτερα) σε ένα, τα οποία πηγαίνουν από το φορτίο πίσω στη γεννήτρια. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το σήμα (ηλεκτρικό ρεύμα) μεταδίδεται κυρίως μέσω του εξερχόμενου καλωδίου περιέλιξης (γραμμικό), το οποίο ονομάζεται φάση. Στην πράξη, αυτό είναι πολύ βολικό, επειδή δεν χρειάζεται να τραβήξετε τρία επιπλέον καλώδια για να συνδέσετε τον καταναλωτή. Η τάση μεταξύ των καλωδίων γραμμής και των καλωδίων γραμμής και ουδέτερου θα είναι διαφορετική.

Συνδέοντας τις περιελίξεις της γεννήτριας με ένα τρίγωνο, είναι κλειστές μεταξύ τους σε σειρά σε ένα κύκλωμα. Από τα σημεία σύνδεσής τους, χαράσσονται γραμμές προς τον καταναλωτή. Τότε δεν χρειάζεται καθόλου ουδέτερο καλώδιο και η τάση σε κάθε γραμμή θα είναι η ίδια ανεξάρτητα από το φορτίο.

Το πλεονέκτημα του τριφασικού ρεύματος έναντι του μονοφασικού ρεύματος είναι ο χαμηλότερος κυματισμός του κατά την ανόρθωση. Αυτό έχει θετική επίδραση στις τροφοδοτούμενες συσκευές, ειδικά στους κινητήρες συνεχούς ρεύματος. Επίσης, το τριφασικό ρεύμα δημιουργεί μια ροή περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου, η οποία είναι ικανή να οδηγεί ισχυρούς ασύγχρονους κινητήρες.

Πού ισχύουν οι γεννήτριες DC και AC;

Οι γεννήτριες DC είναι σημαντικά μικρότερες σε μέγεθος και βάρος από τις μηχανές AC. Έχοντας πιο σύνθετο σχεδιασμό από το τελευταίο, έχουν βρει ωστόσο εφαρμογή σε πολλές βιομηχανίες.

Χρησιμοποιούνται κυρίως ως κινητήρες υψηλής ταχύτητας σε μηχανές όπου απαιτείται έλεγχος ταχύτητας, για παράδειγμα, σε μηχανισμούς μεταλλουργίας, ανελκυστήρες ορυχείων και ελασματουργεία. Στις μεταφορές, τέτοιες γεννήτριες εγκαθίστανται σε μηχανές ντίζελ και διάφορα πλοία. Πολλά μοντέλα ανεμογεννητριών συναρμολογούνται με βάση πηγές σταθερής τάσης.

Οι γεννήτριες συνεχούς ρεύματος ειδικού σκοπού χρησιμοποιούνται στη συγκόλληση, για να διεγείρουν τις περιελίξεις των γεννητριών σύγχρονου τύπου, ως ενισχυτές συνεχούς ρεύματος, και για την τροφοδοσία γαλβανικών εγκαταστάσεων και ηλεκτρόλυσης.

Ο σκοπός ενός εναλλάκτη είναι να παράγει ηλεκτρική ενέργεια σε βιομηχανική κλίμακα. Αυτό το είδος ενέργειας δόθηκε στην ανθρωπότητα από τον Νίκολα Τέσλα. Γιατί χρησιμοποιείται ευρέως το ρεύμα αλλαγής πολικότητας και όχι το σταθερό ρεύμα; Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κατά τη μετάδοση σταθερής τάσης υπάρχουν μεγάλες απώλειες στα καλώδια. Και όσο μεγαλύτερο είναι το καλώδιο, τόσο μεγαλύτερες είναι οι απώλειες. Η τάση AC μπορεί να μεταφερθεί σε τεράστιες αποστάσεις με πολύ χαμηλότερο κόστος. Επιπλέον, μπορείτε εύκολα να μετατρέψετε την εναλλασσόμενη τάση (μείωση και αύξηση), η οποία δημιουργήθηκε από μια γεννήτρια 220 V.

συμπέρασμα

Ο άνθρωπος δεν έχει κατανοήσει πλήρως τι διαπερνά τα πάντα γύρω του. Και η ηλεκτρική ενέργεια είναι μόνο ένα μικρό μέρος των ανοιχτών μυστικών του σύμπαντος. Οι μηχανές που ονομάζουμε γεννήτριες ενέργειας είναι πολύ απλές στην ουσία, αλλά αυτό που μπορούν να κάνουν για εμάς είναι απλά εκπληκτικό. Ωστόσο, το πραγματικό θαύμα εδώ δεν είναι στην τεχνολογία, αλλά στην ανθρώπινη σκέψη, η οποία μπόρεσε να διαπεράσει την ανεξάντλητη δεξαμενή ιδεών που χύθηκαν στο διάστημα!

Η γεννήτρια είναι μια συσκευή που παράγει ένα προϊόν, παράγει ηλεκτρική ενέργεια ή δημιουργεί ηλεκτρομαγνητικές, ηλεκτρικές, ηχητικές, φωτεινές δονήσεις και παλμούς. Ανάλογα με τις λειτουργίες τους, μπορούν να χωριστούν σε τύπους, τους οποίους θα εξετάσουμε παρακάτω.

Γεννήτρια DC

Για να κατανοήσετε την αρχή της λειτουργίας μιας γεννήτριας συνεχούς ρεύματος, πρέπει να μάθετε τα κύρια χαρακτηριστικά της, δηλαδή τις εξαρτήσεις των κύριων ποσοτήτων που καθορίζουν τη λειτουργία της συσκευής στο εφαρμοσμένο κύκλωμα διέγερσης.

Η κύρια ποσότητα είναι η τάση, η οποία επηρεάζεται από την ταχύτητα περιστροφής της γεννήτριας, τη διέγερση του ρεύματος και το φορτίο.

Η βασική αρχή λειτουργίας μιας γεννήτριας συνεχούς ρεύματος εξαρτάται από την επίδραση της διαίρεσης ενέργειας στη μαγνητική ροή του κύριου πόλου και, κατά συνέπεια, από την τάση που λαμβάνεται από τον συλλέκτη, ενώ η θέση των βουρτσών σε αυτόν παραμένει αμετάβλητη. Για συσκευές εξοπλισμένες με πρόσθετους πόλους, τα στοιχεία είναι διατεταγμένα με τέτοιο τρόπο ώστε ο διαχωρισμός του ρεύματος να συμπίπτει πλήρως με τη γεωμετρική ουδετερότητα. Λόγω αυτού, θα μετατοπιστεί κατά μήκος της γραμμής περιστροφής του οπλισμού στη βέλτιστη θέση εναλλαγής, ακολουθούμενη από τη στερέωση των στηριγμάτων βούρτσας σε αυτή τη θέση.

Εναλλάκτης

Η αρχή λειτουργίας μιας γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος βασίζεται στη μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική λόγω της περιστροφής ενός συρμάτινου πηνίου σε ένα δημιουργημένο μαγνητικό πεδίο. Αυτή η συσκευή αποτελείται από έναν σταθερό μαγνήτη και ένα συρμάτινο πλαίσιο. Κάθε ένα από τα άκρα του συνδέεται μεταξύ τους χρησιμοποιώντας έναν δακτύλιο ολίσθησης που ολισθαίνει πάνω από μια ηλεκτρικά αγώγιμη βούρτσα άνθρακα. Λόγω αυτού του σχήματος, το ηλεκτρικό επαγόμενο ρεύμα αρχίζει να κινείται προς τον εσωτερικό δακτύλιο ολίσθησης τη στιγμή που το μισό του πλαισίου που είναι συνδεδεμένο με αυτό περνάει από τον βόρειο πόλο του μαγνήτη και, αντίθετα, στον εξωτερικό δακτύλιο τη στιγμή που άλλο τμήμα περνάει από τον βόρειο πόλο.

Η πιο οικονομική μέθοδος στην οποία βασίζεται η αρχή λειτουργίας ενός εναλλάκτη είναι η ισχυρή παραγωγή. Αυτό το φαινόμενο επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας έναν μαγνήτη, ο οποίος περιστρέφεται σε σχέση με πολλές περιελίξεις. Εάν εισαχθεί σε ένα πηνίο σύρματος, θα αρχίσει να προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα, προκαλώντας έτσι την απόκλιση της βελόνας του γαλβανόμετρου από τη θέση «0». Αφού αφαιρεθεί ο μαγνήτης από τον δακτύλιο, το ρεύμα θα αλλάξει την κατεύθυνση και το βέλος της συσκευής θα αρχίσει να αποκλίνει προς την άλλη κατεύθυνση.

Γεννήτρια αυτοκινήτου

Τις περισσότερες φορές μπορεί να βρεθεί στο μπροστινό μέρος του κινητήρα, το κύριο μέρος της εργασίας είναι η περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα. Τα νέα αυτοκίνητα διαθέτουν υβριδικό τύπο, ο οποίος χρησιμεύει και ως εκκίνηση.

Η αρχή της λειτουργίας μιας γεννήτριας αυτοκινήτου είναι η ενεργοποίηση της ανάφλεξης, κατά την οποία το ρεύμα κινείται μέσω των δακτυλίων ολίσθησης και κατευθύνεται στην αλκαλική μονάδα και στη συνέχεια πηγαίνει για να επανατυλίξει τη διέγερση. Ως αποτέλεσμα αυτής της ενέργειας, θα σχηματιστεί ένα μαγνητικό πεδίο.

Μαζί με τον στροφαλοφόρο άξονα, ο ρότορας ξεκινά τη δουλειά του, ο οποίος δημιουργεί κύματα που διαπερνούν την περιέλιξη του στάτορα. Το εναλλασσόμενο ρεύμα αρχίζει να εμφανίζεται στην έξοδο επανατύλιξης. Όταν η γεννήτρια λειτουργεί σε λειτουργία αυτοδιέγερσης, η ταχύτητα περιστροφής αυξάνεται σε μια ορισμένη τιμή και, στη συνέχεια, η εναλλασσόμενη τάση στη μονάδα ανορθωτή αρχίζει να αλλάζει σε σταθερή. Τελικά, η συσκευή θα παρέχει στους καταναλωτές την απαραίτητη ηλεκτρική ενέργεια και η μπαταρία θα παρέχει ρεύμα.

Η αρχή της λειτουργίας μιας γεννήτριας αυτοκινήτου είναι η αλλαγή της ταχύτητας του στροφαλοφόρου άξονα ή η αλλαγή του φορτίου, στο οποίο είναι ενεργοποιημένος ο ρυθμιστής τάσης· ελέγχει το χρόνο ενεργοποίησης της επανατύλιξης διέγερσης. Όταν μειώνονται τα εξωτερικά φορτία ή αυξάνεται η περιστροφή του ρότορα, η περίοδος μεταγωγής του τυλίγματος πεδίου μειώνεται σημαντικά. Τη στιγμή που το ρεύμα αυξάνεται τόσο πολύ που η γεννήτρια σταματά να αντεπεξέρχεται, η μπαταρία αρχίζει να λειτουργεί.

Τα σύγχρονα αυτοκίνητα έχουν μια προειδοποιητική λυχνία στον πίνακα οργάνων, η οποία ειδοποιεί τον οδηγό για πιθανές αποκλίσεις στη γεννήτρια.

Ηλεκτρογεννήτρια

Η αρχή λειτουργίας μιας ηλεκτρικής γεννήτριας είναι η μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρικό πεδίο. Οι κύριες πηγές τέτοιας δύναμης μπορεί να είναι το νερό, ο ατμός, ο άνεμος και ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης. Η αρχή της λειτουργίας της γεννήτριας βασίζεται στην κοινή αλληλεπίδραση του μαγνητικού πεδίου και του αγωγού, δηλαδή, τη στιγμή της περιστροφής του πλαισίου, οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής αρχίζουν να το τέμνουν και αυτή τη στιγμή εμφανίζεται μια ηλεκτροκινητική δύναμη. Αναγκάζει το ρεύμα να ρέει μέσα από το πλαίσιο χρησιμοποιώντας δακτυλίους ολίσθησης και να ρέει στο εξωτερικό κύκλωμα.

Γεννήτριες Αποθεμάτων

Σήμερα, μια γεννήτρια inverter γίνεται πολύ δημοφιλής, η αρχή της οποίας είναι η δημιουργία μιας αυτόνομης πηγής ενέργειας που παράγει ηλεκτρική ενέργεια υψηλής ποιότητας. Τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται ως προσωρινές αλλά και ως μόνιμες πηγές ενέργειας. Τις περισσότερες φορές χρησιμοποιούνται σε νοσοκομεία, σχολεία και άλλα ιδρύματα όπου δεν πρέπει να υπάρχουν ακόμη και οι παραμικρές υπερτάσεις. Όλα αυτά μπορούν να επιτευχθούν χρησιμοποιώντας μια γεννήτρια μετατροπέα, η αρχή λειτουργίας της οποίας βασίζεται στη σταθερότητα και ακολουθεί το ακόλουθο σχήμα:

Παραγωγή εναλλασσόμενου ρεύματος υψηλής συχνότητας.
Χάρη στον ανορθωτή, το ρεύμα που προκύπτει μετατρέπεται σε συνεχές ρεύμα.
Στη συνέχεια σχηματίζεται συσσώρευση ρεύματος στις μπαταρίες και σταθεροποιούνται οι ταλαντώσεις των ηλεκτρικών κυμάτων.
Με τη βοήθεια ενός μετατροπέα, η άμεση ενέργεια μετατρέπεται σε εναλλασσόμενο ρεύμα της επιθυμητής τάσης και συχνότητας και στη συνέχεια παρέχεται στον χρήστη.

Γεννήτρια ντίζελ

Η αρχή λειτουργίας μιας γεννήτριας ντίζελ είναι η μετατροπή της ενέργειας καυσίμου σε ηλεκτρική ενέργεια, οι κύριες ενέργειες της οποίας είναι οι εξής:

όταν το καύσιμο εισέρχεται σε έναν κινητήρα ντίζελ, αρχίζει να καίγεται, μετά από το οποίο μετατρέπεται από χημική σε θερμική ενέργεια.
χάρη στην παρουσία ενός μηχανισμού στροφάλου, η θερμική δύναμη μετατρέπεται σε μηχανική δύναμη, όλα αυτά συμβαίνουν στον στροφαλοφόρο άξονα.
Η ενέργεια που προκύπτει μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια με τη βοήθεια ενός ρότορα, που είναι αυτό που χρειάζεται στην έξοδο.

Σύγχρονη γεννήτρια

Η αρχή λειτουργίας μιας σύγχρονης γεννήτριας βασίζεται στην ίδια καθαρότητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου του στάτορα και του ρότορα, που δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο μαζί με τους πόλους και διασχίζει την περιέλιξη του στάτορα. Σε αυτή τη μονάδα, ο ρότορας είναι ένας μόνιμος ηλεκτρομαγνήτης, ο αριθμός των πόλων του οποίου μπορεί να ξεκινά από 2 και πάνω, αλλά πρέπει να είναι πολλαπλάσιο του 2.

Όταν ξεκινά η γεννήτρια, ο ρότορας δημιουργεί ένα ασθενές πεδίο, αλλά μετά την αύξηση της ταχύτητας, αρχίζει να εμφανίζεται μεγαλύτερη δύναμη στην περιέλιξη του πεδίου. Η προκύπτουσα τάση παρέχεται στη συσκευή μέσω μιας μονάδας αυτόματου ελέγχου και ελέγχει την τάση εξόδου λόγω αλλαγών στο μαγνητικό πεδίο. Η βασική αρχή λειτουργίας της γεννήτριας είναι η υψηλή σταθερότητα της εξερχόμενης τάσης, αλλά το μειονέκτημα είναι η σημαντική πιθανότητα υπερφόρτωσης ρεύματος. Για να προσθέσετε στις αρνητικές ιδιότητες, μπορείτε να προσθέσετε την παρουσία ενός συγκροτήματος βούρτσας, το οποίο θα πρέπει να συντηρηθεί σε ορισμένο χρόνο και αυτό φυσικά συνεπάγεται πρόσθετο οικονομικό κόστος.

Ασύγχρονη γεννήτρια

Η αρχή λειτουργίας της γεννήτριας είναι να βρίσκεται συνεχώς σε λειτουργία πέδησης με τον ρότορα να περιστρέφεται μπροστά, αλλά και πάλι στον ίδιο προσανατολισμό με το μαγνητικό πεδίο στον στάτορα.

Ανάλογα με τον τύπο της περιέλιξης που χρησιμοποιείται, ο ρότορας μπορεί να είναι φάσης ή βραχυκυκλωμένος. Το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται με τη βοήθεια της βοηθητικής περιέλιξης αρχίζει να το προκαλεί στον ρότορα, ο οποίος περιστρέφεται μαζί του. Η συχνότητα και η τάση στην έξοδο εξαρτάται άμεσα από τον αριθμό των στροφών, καθώς το μαγνητικό πεδίο δεν ρυθμίζεται και παραμένει αμετάβλητο.

Ηλεκτροχημική γεννήτρια

Υπάρχει επίσης μια ηλεκτροχημική γεννήτρια, η συσκευή και η αρχή λειτουργίας της οποίας είναι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από υδρογόνο σε ένα αυτοκίνητο για την κίνησή του και την τροφοδοσία όλων των ηλεκτρικών συσκευών. Αυτή η συσκευή είναι χημική επειδή παράγει ενέργεια μέσω της αντίδρασης οξυγόνου και υδρογόνου, το οποίο χρησιμοποιείται σε αέρια κατάσταση για την παραγωγή καυσίμου.

Γεννήτρια ακουστικού θορύβου

Η αρχή λειτουργίας της γεννήτριας ακουστικών παρεμβολών είναι να προστατεύει οργανισμούς και άτομα από την υποκλοπή συνομιλιών και διαφόρων τύπων συμβάντων. Μπορούν να παρακολουθούνται μέσω γυαλιού παραθύρων, τοίχων, συστημάτων εξαερισμού, σωλήνων θέρμανσης, ραδιοφωνικών μικροφώνων, ενσύρματων μικροφώνων και συσκευών λέιζερ για τη λήψη των λαμβανόμενων ακουστικών πληροφοριών από τα παράθυρα.

Επομένως, οι εταιρείες χρησιμοποιούν πολύ συχνά μια γεννήτρια για την προστασία των εμπιστευτικών πληροφοριών τους, η συσκευή και η αρχή λειτουργίας της οποίας είναι να συντονίζουν τη συσκευή σε μια δεδομένη συχνότητα, εάν είναι γνωστή, ή σε ένα συγκεκριμένο εύρος. Στη συνέχεια δημιουργείται μια καθολική παρεμβολή με τη μορφή σήματος θορύβου. Για το σκοπό αυτό, η ίδια η συσκευή περιέχει μια γεννήτρια θορύβου της απαιτούμενης ισχύος.

Υπάρχουν επίσης γεννήτριες που βρίσκονται στην περιοχή θορύβου, χάρη στις οποίες μπορείτε να κρύψετε το χρήσιμο ηχητικό σήμα. Αυτό το κιτ περιλαμβάνει ένα μπλοκ που παράγει θόρυβο, καθώς και την ενίσχυση και τους ακουστικούς εκπομπούς του. Το κύριο μειονέκτημα της χρήσης τέτοιων συσκευών είναι οι παρεμβολές που εμφανίζονται κατά τις διαπραγματεύσεις. Για να μπορέσει η συσκευή να αντιμετωπίσει πλήρως τη δουλειά της, οι διαπραγματεύσεις θα πρέπει να πραγματοποιηθούν μόνο για 15 λεπτά.

Ρυθμιστής τάσης

Η βασική αρχή λειτουργίας του ρυθμιστή τάσης βασίζεται στη διατήρηση της ενέργειας του εποχούμενου δικτύου σε όλους τους τρόπους λειτουργίας με διάφορες αλλαγές στη συχνότητα περιστροφής του ρότορα της γεννήτριας, στη θερμοκρασία περιβάλλοντος και στο ηλεκτρικό φορτίο. Αυτή η συσκευή μπορεί επίσης να εκτελεί δευτερεύουσες λειτουργίες, δηλαδή να προστατεύει μέρη του σετ γεννήτριας από πιθανή λειτουργία έκτακτης ανάγκης της εγκατάστασης και υπερφόρτωση, να συνδέει αυτόματα το κύκλωμα περιέλιξης διέγερσης στο σύστημα του οχήματος ή να συναγερμό για τη λειτουργία έκτακτης ανάγκης της συσκευής.

Όλες αυτές οι συσκευές λειτουργούν με την ίδια αρχή. Η τάση στη γεννήτρια καθορίζεται από διάφορους παράγοντες - ισχύ ρεύματος, ταχύτητα ρότορα και μαγνητική ροή. Όσο χαμηλότερο είναι το φορτίο στη γεννήτρια και όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα περιστροφής, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η τάση της συσκευής. Λόγω του μεγαλύτερου ρεύματος στην περιέλιξη διέγερσης, η μαγνητική ροή αρχίζει να αυξάνεται και μαζί της η τάση στη γεννήτρια, και αφού μειωθεί το ρεύμα, η τάση γίνεται επίσης μικρότερη.

Ανεξάρτητα από τον κατασκευαστή τέτοιων γεννητριών, όλοι ομαλοποιούν την τάση αλλάζοντας το ρεύμα διέγερσης με τον ίδιο τρόπο. Καθώς η τάση αυξάνεται ή μειώνεται, το ρεύμα διέγερσης αρχίζει να αυξάνεται ή να μειώνεται και να οδηγεί την τάση εντός των απαιτούμενων ορίων.

Στην καθημερινή ζωή, η χρήση γεννητριών βοηθάει πολύ ένα άτομο στην επίλυση πολλών αναδυόμενων ζητημάτων.

Για την επίλυση του προβλήματος των περιορισμένων ορυκτών καυσίμων, ερευνητές σε όλο τον κόσμο εργάζονται για τη δημιουργία και την εμπορευματοποίηση εναλλακτικών πηγών ενέργειας. Και δεν μιλάμε μόνο για γνωστές ανεμογεννήτριες και ηλιακούς συλλέκτες. Το αέριο και το πετρέλαιο μπορούν να αντικατασταθούν από ενέργεια από φύκια, ηφαίστεια και ανθρώπινα βήματα. Η Recycle επέλεξε δέκα από τις πιο ενδιαφέρουσες και φιλικές προς το περιβάλλον πηγές ενέργειας του μέλλοντος.

Τζάουλ από τουρνικέ

Χιλιάδες άνθρωποι περνούν καθημερινά από τα τουρνικέ στην είσοδο των σιδηροδρομικών σταθμών. Με τη μία, πολλά ερευνητικά κέντρα σε όλο τον κόσμο σκέφτηκαν να χρησιμοποιήσουν τη ροή των ανθρώπων ως καινοτόμο γεννήτρια ενέργειας. Η ιαπωνική εταιρεία East Japan Railway Company αποφάσισε να εξοπλίσει κάθε τουρνικέ σε σιδηροδρομικούς σταθμούς με γεννήτριες. Η εγκατάσταση λειτουργεί σε έναν σιδηροδρομικό σταθμό στην περιοχή Shibuya του Τόκιο: πιεζοηλεκτρικά στοιχεία είναι ενσωματωμένα στο πάτωμα κάτω από τις περιστροφές, που παράγουν ηλεκτρισμό από την πίεση και τους κραδασμούς που δέχονται όταν οι άνθρωποι πατούν πάνω τους.

Μια άλλη τεχνολογία «ενεργειακής περιστροφικής πύλης» χρησιμοποιείται ήδη στην Κίνα και την Ολλανδία. Σε αυτές τις χώρες, οι μηχανικοί αποφάσισαν να χρησιμοποιήσουν όχι το αποτέλεσμα της πίεσης πιεζοηλεκτρικών στοιχείων, αλλά το αποτέλεσμα της ώθησης των λαβών περιστροφικών πυλώνων ή των θυρών περιστροφικών πυλώνων. Η ιδέα της ολλανδικής εταιρείας Boon Edam περιλαμβάνει την αντικατάσταση τυπικών θυρών στην είσοδο των εμπορικών κέντρων (τα οποία συνήθως λειτουργούν με σύστημα φωτοκυττάρων και αρχίζουν να περιστρέφονται μόνα τους) με πόρτες που ο επισκέπτης πρέπει να σπρώξει και έτσι να παράγει ηλεκτρισμό.

Τέτοιες πόρτες γεννήτριας έχουν ήδη εμφανιστεί στο ολλανδικό κέντρο Natuurcafe La Port. Κάθε ένα από αυτά παράγει περίπου 4.600 κιλοβατώρες ενέργειας ετησίως, κάτι που με την πρώτη ματιά μπορεί να φαίνεται ασήμαντο, αλλά χρησιμεύει ως καλό παράδειγμα εναλλακτικής τεχνολογίας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Τα φύκια θερμαίνουν τα σπίτια

Τα φύκια άρχισαν να θεωρούνται ως εναλλακτική πηγή ενέργειας σχετικά πρόσφατα, αλλά η τεχνολογία, σύμφωνα με τους ειδικούς, είναι πολλά υποσχόμενη. Αρκεί να αναφέρουμε ότι από 1 εκτάριο επιφάνειας νερού που καταλαμβάνουν τα φύκια, μπορούν να ληφθούν 150 χιλιάδες κυβικά μέτρα βιοαερίου ετησίως. Αυτό είναι περίπου ίσο με τον όγκο του αερίου που παράγεται από ένα μικρό πηγάδι και είναι αρκετό για τη ζωή ενός μικρού χωριού.

Τα πράσινα φύκια διατηρούνται εύκολα, αναπτύσσονται γρήγορα και υπάρχουν σε πολλά είδη που χρησιμοποιούν την ενέργεια του ηλιακού φωτός για να πραγματοποιήσουν φωτοσύνθεση. Όλη η βιομάζα, είτε σάκχαρα είτε λίπη, μπορεί να μετατραπεί σε βιοκαύσιμα, συνηθέστερα σε βιοαιθανόλη και βιοντίζελ. Τα φύκια είναι ένα ιδανικό οικολογικό καύσιμο γιατί αναπτύσσεται σε υδάτινο περιβάλλον και δεν απαιτεί πόρους γης, είναι ιδιαίτερα παραγωγικό και δεν προκαλεί βλάβες στο περιβάλλον.

Οι οικονομολόγοι εκτιμούν ότι μέχρι το 2018, ο παγκόσμιος κύκλος εργασιών από την επεξεργασία βιομάζας θαλάσσιων μικροφυκών θα μπορούσε να φτάσει περίπου τα 100 δισεκατομμύρια δολάρια. Υπάρχουν ήδη ολοκληρωμένα έργα που χρησιμοποιούν καύσιμο «φύκια» - για παράδειγμα, ένα κτίριο 15 διαμερισμάτων στο Αμβούργο της Γερμανίας. Οι προσόψεις του σπιτιού καλύπτονται με 129 ενυδρεία φυκιών, τα οποία χρησιμεύουν ως η μοναδική πηγή ενέργειας για τη θέρμανση και τον κλιματισμό του κτιρίου, που ονομάζεται Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.

Οι προσκρούσεις ταχύτητας φωτίζουν τους δρόμους

Η ιδέα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με τη χρήση των λεγόμενων «ταχυτήτων» άρχισε να εφαρμόζεται πρώτα στο Ηνωμένο Βασίλειο, μετά στο Μπαχρέιν και σύντομα η τεχνολογία θα φτάσει στη Ρωσία.Όλα ξεκίνησαν όταν ο Βρετανός εφευρέτης Peter Hughes δημιούργησε την Electro-Kinetic Road Ramp για αυτοκινητόδρομους. Η ράμπα αποτελείται από δύο μεταλλικές πλάκες που υψώνονται ελαφρώς πάνω από το δρόμο. Κάτω από τις πλάκες υπάρχει μια ηλεκτρική γεννήτρια που παράγει ρεύμα κάθε φορά που το αυτοκίνητο περνά από τη ράμπα.

Ανάλογα με το βάρος του αυτοκινήτου, η ράμπα μπορεί να παράγει μεταξύ 5 και 50 κιλοβάτ κατά τη διάρκεια του χρόνου που το αυτοκίνητο περνά από τη ράμπα. Τέτοιες ράμπες λειτουργούν ως μπαταρίες και μπορούν να τροφοδοτήσουν με ηλεκτρισμό τα φανάρια και τις φωτεινές οδικές πινακίδες. Στο Ηνωμένο Βασίλειο, η τεχνολογία λειτουργεί ήδη σε πολλές πόλεις. Η μέθοδος άρχισε να εξαπλώνεται σε άλλες χώρες - για παράδειγμα, στο μικρό Μπαχρέιν.

Το πιο εκπληκτικό είναι ότι κάτι παρόμοιο μπορεί να δει κανείς στη Ρωσία. Ένας μαθητής από το Tyumen, ο Albert Brand, πρότεινε την ίδια λύση για το φωτισμό του δρόμου στο φόρουμ VUZPromExpo. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του προγραμματιστή, μεταξύ 1.000 και 1.500 αυτοκίνητα περνούν πάνω από τροχόσπιτα στην πόλη του κάθε μέρα. Για μια «σύγκρουση» ενός αυτοκινήτου πάνω από ένα «ταχύμετρο» εξοπλισμένο με ηλεκτρική γεννήτρια, θα παραχθούν περίπου 20 Watt ηλεκτρικής ενέργειας, που δεν θα βλάψουν το περιβάλλον.

Κάτι παραπάνω από ποδόσφαιρο

Αναπτύχθηκε από μια ομάδα αποφοίτων του Χάρβαρντ που ίδρυσαν την εταιρεία Uncharted Play, η μπάλα Soccket μπορεί να παράγει αρκετή ηλεκτρική ενέργεια για να τροφοδοτήσει μια λάμπα LED για αρκετές ώρες σε μισή ώρα παίζοντας ποδόσφαιρο. Το Socket ονομάζεται μια φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική λύση έναντι των μη ασφαλών πηγών ενέργειας, οι οποίες χρησιμοποιούνται συχνά από κατοίκους υπανάπτυκτων χωρών.

Η αρχή πίσω από την αποθήκευση ενέργειας της μπάλας Soccket είναι αρκετά απλή: η κινητική ενέργεια που παράγεται από το χτύπημα της μπάλας μεταφέρεται σε έναν μικροσκοπικό μηχανισμό που μοιάζει με εκκρεμές που οδηγεί μια γεννήτρια. Η γεννήτρια παράγει ηλεκτρική ενέργεια, η οποία αποθηκεύεται στην μπαταρία. Η αποθηκευμένη ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία οποιασδήποτε μικρής ηλεκτρικής συσκευής - για παράδειγμα, ένα επιτραπέζιο φωτιστικό με LED.

Η πρίζα έχει ισχύ εξόδου έξι watt. Η μπάλα που παράγει ενέργεια έχει ήδη αναγνωριστεί από την παγκόσμια κοινότητα: έχει λάβει πολυάριθμα βραβεία, έχει επαινεθεί ιδιαίτερα από την Παγκόσμια Πρωτοβουλία Κλίντον και επίσης έχει λάβει επαίνους στο διάσημο συνέδριο TED.

Η κρυμμένη ενέργεια των ηφαιστείων

Μία από τις κύριες εξελίξεις στην ανάπτυξη της ηφαιστειακής ενέργειας ανήκει σε Αμερικανούς ερευνητές από τις πρωτοπόρους εταιρείες AltaRock Energy και Davenport Newberry Holdings. Το «θέμα της δοκιμής» ήταν ένα αδρανές ηφαίστειο στο Όρεγκον. Το αλμυρό νερό αντλείται βαθιά σε βράχους, η θερμοκρασία των οποίων είναι πολύ υψηλή λόγω της αποσύνθεσης των ραδιενεργών στοιχείων που υπάρχουν στον φλοιό του πλανήτη και στον πιο καυτό μανδύα της Γης. Όταν θερμαίνεται, το νερό μετατρέπεται σε ατμό, ο οποίος τροφοδοτείται σε μια τουρμπίνα που παράγει ηλεκτρική ενέργεια.

Προς το παρόν, υπάρχουν μόνο δύο μικροί σταθμοί παραγωγής ενέργειας αυτού του τύπου - στη Γαλλία και τη Γερμανία. Εάν η αμερικανική τεχνολογία λειτουργεί, τότε, σύμφωνα με το Γεωλογικό Ινστιτούτο των ΗΠΑ, η γεωθερμική ενέργεια έχει τη δυνατότητα να παρέχει το 50% της ηλεκτρικής ενέργειας που χρειάζεται η χώρα (σήμερα η συνεισφορά της είναι μόλις 0,3%).

Ένας άλλος τρόπος χρήσης ηφαιστείων για ενέργεια προτάθηκε το 2009 από Ισλανδούς ερευνητές. Κοντά στα ηφαιστειακά βάθη, ανακάλυψαν μια υπόγεια δεξαμενή νερού με ασυνήθιστα υψηλή θερμοκρασία. Το εξαιρετικά ζεστό νερό βρίσκεται κάπου στα όρια μεταξύ υγρού και αερίου και υπάρχει μόνο σε ορισμένες θερμοκρασίες και πιέσεις.

Οι επιστήμονες θα μπορούσαν να δημιουργήσουν κάτι παρόμοιο στο εργαστήριο, αλλά αποδείχθηκε ότι τέτοιο νερό βρίσκεται επίσης στη φύση - στα έγκατα της γης. Πιστεύεται ότι δέκα φορές περισσότερη ενέργεια μπορεί να εξαχθεί από το νερό σε μια «κρίσιμη θερμοκρασία» παρά από το νερό που βράζει με τον κλασικό τρόπο.

Ενέργεια από την ανθρώπινη θερμότητα

Η αρχή των θερμοηλεκτρικών γεννητριών που λειτουργούν με διαφορές θερμοκρασίας είναι γνωστή εδώ και πολύ καιρό. Αλλά μόλις πριν από λίγα χρόνια η τεχνολογία άρχισε να καθιστά δυνατή τη χρήση της θερμότητας του ανθρώπινου σώματος ως πηγή ενέργειας. Μια ομάδα ερευνητών από το Προηγμένο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κορέας (KAIST) ανέπτυξε μια γεννήτρια ενσωματωμένη σε μια εύκαμπτη γυάλινη πλάκα.

Τ Αυτό το gadget θα επιτρέψει στα βραχιόλια γυμναστικής να επαναφορτιστούν από τη ζεστασιά ενός ανθρώπινου χεριού - για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια του τρεξίματος, όταν το σώμα ζεσταίνεται πολύ και έρχεται σε αντίθεση με τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Η κορεάτικη γεννήτρια, με διαστάσεις 10 επί 10 εκατοστά, μπορεί να παράγει περίπου 40 milliwatts ενέργειας σε θερμοκρασία δέρματος 31 βαθμών Κελσίου.

Μια παρόμοια τεχνολογία ελήφθη ως βάση από τη νεαρή Ann Makosinski, η οποία εφηύρε έναν φακό που φορτίζει από τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του αέρα και του ανθρώπινου σώματος. Το αποτέλεσμα εξηγείται από τη χρήση τεσσάρων στοιχείων Peltier: το χαρακτηριστικό τους είναι η ικανότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας όταν θερμαίνεται από τη μία πλευρά και ψύχεται από την άλλη.

Ως αποτέλεσμα, ο φακός της Ann παράγει αρκετά έντονο φως, αλλά δεν απαιτεί επαναφορτιζόμενες μπαταρίες. Για να λειτουργήσει, απαιτείται μόνο μια διαφορά θερμοκρασίας μόλις πέντε βαθμών μεταξύ του βαθμού θέρμανσης της παλάμης ενός ατόμου και της θερμοκρασίας στο δωμάτιο.

Βήματα για έξυπνες πλακόστρωτες πλάκες

Οποιοδήποτε σημείο σε έναν από τους πολυσύχναστους δρόμους αντιπροσωπεύει έως και 50.000 βήματα την ημέρα. Η ιδέα της χρήσης της κίνησης με τα πόδια για τη χρήσιμη μετατροπή των βημάτων σε ενέργεια εφαρμόστηκε σε ένα προϊόν που αναπτύχθηκε από τον Lawrence Kemball-Cook, διευθυντή της Pavegen Systems Ltd του Ηνωμένου Βασιλείου. Ένας μηχανικός δημιούργησε πλακόστρωτες πλάκες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια από την κινητική ενέργεια των πεζών που περπατούν.

Η συσκευή στο καινοτόμο πλακίδιο είναι κατασκευασμένη από ένα εύκαμπτο, αδιάβροχο υλικό που λυγίζει κατά περίπου πέντε χιλιοστά όταν πιέζεται. Αυτό με τη σειρά του δημιουργεί ενέργεια, την οποία ο μηχανισμός μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια. Τα συσσωρευμένα watt είτε αποθηκεύονται σε μπαταρία πολυμερούς λιθίου είτε χρησιμοποιούνται απευθείας για να φωτίζουν στάσεις λεωφορείων, βιτρίνες και πινακίδες.

Το ίδιο το πλακίδιο Pavegen θεωρείται απολύτως φιλικό προς το περιβάλλον: το σώμα του είναι κατασκευασμένο από ειδικής ποιότητας ανοξείδωτο χάλυβα και ένα ανακυκλωμένο πολυμερές με χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα. Η επάνω επιφάνεια είναι κατασκευασμένη από μεταχειρισμένα ελαστικά, καθιστώντας τα πλακάκια ανθεκτικά και εξαιρετικά ανθεκτικά στην τριβή.

Κατά τη διάρκεια των Θερινών Ολυμπιακών Αγώνων του 2012 στο Λονδίνο, τοποθετήθηκαν πλακάκια σε πολλούς τουριστικούς δρόμους. Σε δύο εβδομάδες, κατάφεραν να αποκτήσουν 20 εκατομμύρια τζάουλ ενέργειας. Αυτό ήταν υπεραρκετό για να λειτουργήσει ο φωτισμός του δρόμου στη βρετανική πρωτεύουσα.

Smartphone φόρτισης ποδηλάτων

Για να επαναφορτίσετε τη συσκευή αναπαραγωγής, το τηλέφωνο ή το tablet σας, δεν χρειάζεται να έχετε διαθέσιμη πρίζα. Μερικές φορές το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να περιστρέψετε τα πεντάλ. Έτσι, η αμερικανική εταιρεία Cycle Atom κυκλοφόρησε μια συσκευή που σας επιτρέπει να φορτίζετε μια εξωτερική μπαταρία ενώ κάνετε ποδήλατο και στη συνέχεια να επαναφορτίζετε φορητές συσκευές.

Το προϊόν, που ονομάζεται Siva Cycle Atom, είναι μια ελαφριά γεννήτρια ποδηλάτων με μπαταρία λιθίου που έχει σχεδιαστεί για να τροφοδοτεί σχεδόν κάθε φορητή συσκευή που διαθέτει θύρα USB. Αυτή η μίνι γεννήτρια μπορεί να εγκατασταθεί στους περισσότερους κανονικούς σκελετούς ποδηλάτων μέσα σε λίγα λεπτά. Η ίδια η μπαταρία μπορεί να αφαιρεθεί εύκολα για την επακόλουθη φόρτιση των gadget. Ο χρήστης πηγαίνει για αθλήματα και πετάλια - και μετά από μερικές ώρες το smartphone του έχει ήδη φορτιστεί στα 100 σεντς.

Η Nokia, με τη σειρά της, παρουσίασε επίσης στο ευρύ κοινό ένα gadget που συνδέεται σε ένα ποδήλατο και σας επιτρέπει να μετατρέψετε το πετάλι σε έναν τρόπο παραγωγής ενέργειας φιλικής προς το περιβάλλον. Το Nokia Bicycle Charger Kit διαθέτει ένα δυναμό, μια μικρή ηλεκτρική γεννήτρια που χρησιμοποιεί ενέργεια από την περιστροφή των τροχών του ποδηλάτου για να φορτίσει το τηλέφωνο μέσω της τυπικής υποδοχής 2 χιλιοστών που υπάρχει στα περισσότερα τηλέφωνα Nokia.

Οφέλη από τα λύματα

Οποιαδήποτε μεγάλη πόλη απορρίπτει καθημερινά γιγαντιαίες ποσότητες λυμάτων σε ανοιχτά υδάτινα σώματα, μολύνοντας το οικοσύστημα. Φαίνεται ότι το νερό που δηλητηριάζεται από τα λύματα δεν μπορεί πλέον να είναι χρήσιμο σε κανέναν, αλλά αυτό δεν είναι έτσι - οι επιστήμονες ανακάλυψαν έναν τρόπο να δημιουργήσουν κυψέλες καυσίμου με βάση αυτό.

Ένας από τους πρωτοπόρους της ιδέας ήταν ο καθηγητής Bruce Logan στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια. Η γενική ιδέα είναι πολύ δύσκολο να κατανοηθεί από έναν μη ειδικό και βασίζεται σε δύο πυλώνες - τη χρήση βακτηριακών κυψελών καυσίμου και την εγκατάσταση της λεγόμενης αντίστροφης ηλεκτροδιάλυσης. Τα βακτήρια οξειδώνουν την οργανική ύλη στα λύματα και παράγουν ηλεκτρόνια στη διαδικασία, δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα.

Σχεδόν κάθε είδος οργανικών αποβλήτων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας - όχι μόνο λύματα, αλλά και ζωικά απόβλητα, καθώς και υποπροϊόντα από τις βιομηχανίες οίνου, ζυθοποιίας και γαλακτοκομικών προϊόντων. Όσον αφορά την αντίστροφη ηλεκτροδιάλυση, εδώ λειτουργούν ηλεκτρικές γεννήτριες, χωρισμένες σε κύτταρα με μεμβράνες και εξάγοντας ενέργεια από τη διαφορά αλατότητας δύο ρευμάτων υγρού ανάμειξης.

Ενέργεια «χάρτου».

Ο Ιάπωνας κατασκευαστής ηλεκτρονικών ειδών Sony ανέπτυξε και παρουσίασε στην Έκθεση Tokyo Green Products μια βιογεννήτρια ικανή να παράγει ηλεκτρική ενέργεια από ψιλοκομμένο χαρτί. Η ουσία της διαδικασίας είναι η εξής: για να απομονωθεί η κυτταρίνη (πρόκειται για μια μακριά αλυσίδα ζάχαρης γλυκόζης που βρίσκεται στα πράσινα φυτά), χρειάζεται κυματοειδές χαρτόνι.

Η αλυσίδα σπάει με τη βοήθεια ενζύμων και η γλυκόζη που προκύπτει επεξεργάζεται μια άλλη ομάδα ενζύμων, με τη βοήθεια της οποίας απελευθερώνονται ιόντα υδρογόνου και ελεύθερα ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια στέλνονται μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Υποτίθεται ότι μια τέτοια εγκατάσταση, κατά την επεξεργασία ενός φύλλου χαρτιού διαστάσεων 210 επί 297 mm, μπορεί να παράγει περίπου 18 W ανά ώρα (περίπου το ίδιο ποσό ενέργειας που παράγεται από 6 μπαταρίες ΑΑ).

Η μέθοδος είναι φιλική προς το περιβάλλον: ένα σημαντικό πλεονέκτημα μιας τέτοιας «μπαταρίας» είναι η απουσία μετάλλων και επιβλαβών χημικών ενώσεων. Αν και αυτή τη στιγμή η τεχνολογία απέχει ακόμη πολύ από την εμπορευματοποίηση: η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται είναι αρκετά μικρή - αρκεί μόνο για να τροφοδοτήσει μικρά φορητά gadget.