-->
|
|
|
|
|
Ãëàâà 5. Ïðîèçâîäñòâî, ïåðåäà÷à è èñïîëüçîâàíèå ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè § 37. Ãåíåðèðîâàíèå ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèèÝëåêòðè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ îáëàäàåò íåîñïîðèìûìè ïðåèìóùåñòâàìè ïåðåä âñåìè äðóãèìè âèäàìè ýíåðãèè. Åå ìîæíî ïåðåäàâàòü ïî ïðîâîäàì íà îãðîìíûå ðàññòîÿíèÿ ñî ñðàâíèòåëüíî ìàëûìè ïîòåðÿìè è óäîáíî ðàñïðåäåëÿòü ìåæäó ïîòðåáèòåëÿìè. Ãëàâíîå æå â òîì, ÷òî ýòó ýíåðãèþ ñ ïîìîùüþ äîñòàòî÷íî ïðîñòûõ óñòðîéñòâ ëåãêî ïðåâðàòèòü â ëþáûå äðóãèå ôîðìû: ìåõàíè÷åñêóþ, âíóòðåííþþ (íàãðåâàíèå òåë), ýíåðãèþ ñâåòà è ò. ä. Ïåðåìåííûé òîê â îòëè÷èå îò ïîñòîÿííîãî èìååò òî ïðåèìóùåñòâî, ÷òî íàïðÿæåíèå è ñèëó òîêà ìîæíî â î÷åíü øèðîêèõ ïðåäåëàõ ïðåîáðàçîâûâàòü (òðàíñôîðìèðîâàòü) ïî÷òè áåç ïîòåðü ýíåðãèè. Òàêèå ïðåîáðàçîâàíèÿ íåîáõîäèìû âî ìíîãèõ ýëåêòðî- è ðàäèîòåõíè÷åñêèõ óñòðîéñòâàõ. Íî îñîáåííî íåîáõîäèìà òðàíñôîðìàöèÿ íàïðÿæåíèÿ è òîêà ïðè ïåðåäà÷å ýëåêòðîýíåðãèè íà áîëüøèå ðàññòîÿíèÿ. Ýëåêòðè÷åñêèé òîê âûðàáàòûâàåòñÿ â ãåíåðàòîðàõ — óñòðîéñòâàõ, ïðåîáðàçóþùèõ ýíåðãèþ òîãî èëè èíîãî âèäà â ýëåêòðè÷åñêóþ ýíåðãèþ. Ê ãåíåðàòîðàì îòíîñÿòñÿ ãàëüâàíè÷åñêèå ýëåìåíòû, ýëåêòðîñòàòè÷åñêèå ìàøèíû, òåðìîáàòàðåè1, ñîëíå÷íûå áàòàðåè è ò. ï. Èññëåäóþòñÿ âîçìîæíî ñòè ñîçäàíèÿ ïðèíöèïèàëüíî íîâûõ òèïîâ ãåíåðàòîðîâ. Íàïðèìåð, ðàçðàáàòûâàþòñÿ òàê íàçûâàåìûå òîïëèâíûå ýëåìåíòû, â êîòîðûõ ýíåðãèÿ, îñâîáîæäàþùàÿñÿ â ðåçóëüòàòå ðåàêöèè âîäîðîäà ñ êèñëîðîäîì, íåïîñðåäñòâåííî ïðåâðàùàåòñÿ â ýëåêòðè÷åñêóþ. 1  òåðìîáàòàðåÿõ èñïîëüçóåòñÿ ñâîéñòâî äâóõ êîíòàêòîâ ðàçíîðîäíûõ ìàòåðèàëîâ ñîçäàâàòü ÝÄÑ çà ñ÷åò ðàçíîñòè òåìïåðàòóð êîíòàêòîâ. Îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ êàæäîãî èç ïåðå÷èñëåííûõ òèïîâ ãåíåðàòîðîâ ýëåêòðîýíåðãèè îïðåäåëÿåòñÿ èõ õàðàêòåðèñòèêàìè. Òàê, ýëåêòðîñòàòè÷åñêèå ìàøèíû ñîçäàþò âûñîêóþ ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ, íî íå ñïîñîáíû ñîçäàòü â öåïè ñêîëüêî-íèáóäü çíà÷èòåëüíóþ ñèëó òîêà. Ãàëüâàíè÷åñêèå ýëåìåíòû ìîãóò äàòü áîëüøîé òîê, íî ïðîäîëæèòåëüíîñòü èõ äåéñòâèÿ íåâåëèêà. Îñíîâíóþ ðîëü â íàøå âðåìÿ âûïîëíÿþò ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèå èíäóêöèîííûå ãåíåðàòîðû ïåðåìåííîãî òîêà.  ýòèõ ãåíåðàòîðàõ ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ïðåâðàùàåòñÿ â ýëåêòðè÷åñêóþ. Èõ äåéñòâèå îñíîâàíî íà ÿâëåíèè ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè. Òàêèå ãåíåðàòîðû èìåþò ñðàâíèòåëüíî ïðîñòîå óñòðîéñòâî è ïîçâîëÿþò ïîëó÷àòü áîëüøèå òîêè ïðè äîñòàòî÷íî âûñîêîì íàïðÿæåíèè.  äàëüíåéøåì, ãîâîðÿ î ãåíåðàòîðàõ, ìû áóäåì èìåòü â âèäó èìåííî èíäóêöèîííûå ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèå ãåíåðàòîðû. Ãåíåðàòîð ïåðåìåííîãî òîêà. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ãåíåðàòîðà ïåðåìåííîãî òîêà óæå áûë ðàññìîòðåí â § 31.  íàñòîÿùåå âðåìÿ èìååòñÿ ìíîãî ðàçëè÷íûõ òèïîâ èíäóêöèîííûõ ãåíåðàòîðîâ. Íî âñå îíè ñîñòîÿò èç îäíèõ è òåõ æå îñíîâíûõ ÷àñòåé. Ýòî, âî-ïåðâûõ, ýëåêòðîìàãíèò èëè ïîñòîÿííûé ìàãíèò, ñîçäàþùèé ìàãíèòíîå ïîëå, è, âî-âòîðûõ, îáìîòêà, â êîòîðîé èíäóöèðóåòñÿ ïåðåìåííàÿ ÝÄÑ (â ðàññìîòðåííîé ìîäåëè ãåíåðàòîðà ýòî âðàùàþùàÿñÿ ðàìêà). Òàê êàê ÝÄÑ, íàâîäèìûå â ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûõ âèòêàõ, ñêëàäûâàþòñÿ, òî àìïëèòóäà ÝÄÑ èíäóêöèè â ðàìêå ïðîïîðöèîíàëüíà ÷èñëó åå âèòêîâ. Îíà ïðîïîðöèîíàëüíà òàêæå àìïëèòóäå ïåðåìåííîãî ìàãíèòíîãî ïîòîêà (Ôm = BS) ÷åðåç êàæäûé âèòîê (ñì. § 31).
Äëÿ ïîëó÷åíèÿ áîëüøîãî ìàãíèòíîãî ïîòîêà â ãåíåðàòîðàõ ïðèìåíÿþò ñïåöèàëüíóþ ìàãíèòíóþ ñèñòåìó, ñîñòîÿùóþ èç äâóõ ñåðäå÷íèêîâ, èçãîòîâëåííûõ èç ýëåêòðîòåõíè÷åñêîé ñòàëè. Îáìîòêè, ñîçäàþùèå ìàãíèòíîå ïîëå, ðàçìåùåíû â ïàçàõ îäíîãî èç ñåðäå÷íèêîâ, à îáìîòêè, â êîòîðûõ èíäóöèðóåòñÿ ÝÄÑ, — â ïàçàõ äðóãîãî. Îäèí èç ñåðäå÷íèêîâ (îáû÷íî âíóòðåííèé) âìåñòå ñ îáìîòêîé âðàùàþò âîêðóã ãîðèçîíòàëüíîé èëè âåðòèêàëüíîé îñè. Ïîýòîìó îí íàçûâàåòñÿ ðîòîðîì. Íåïîäâèæíûé ñåðäå÷íèê ñ îáìîòêîé íàçûâàþò ñòàòîðîì. Çàçîð ìåæäó ñåðäå÷íèêàìè ñòàòîðà è ðîòîðà äåëàþò êàê ìîæíî ìåíüøèì äëÿ óâåëè÷åíèÿ ïîòîêà âåêòîðà ìàãíèòíîé èíäóêöèè.  èçîáðàæåííîé íà ðèñóíêå 5.1 ìîäåëè ãåíåðàòîðà âðàùàþò ïðîâîëî÷íóþ ðàìêó, êîòîðàÿ ÿâëÿåòñÿ ðîòîðîì (íî áåç æåëåçíîãî ñåðäå÷íèêà). Ìàãíèòíîå ïîëå ñîçäàåò íåïîäâèæíûé ïîñòîÿííûé ìàãíèò. Ðàçóìååòñÿ, ìîæíî áûëî áû ïîñòóïèòü è íàîáîðîò: âðàùàòü ìàãíèò, à ðàìêó îñòàâèòü íåïîäâèæíîé.
 áîëüøèõ ïðîìûøëåííûõ ãåíåðàòîðàõ âðàùàåòñÿ èìåííî ýëåêòðîìàãíèò, ÿâëÿþùèéñÿ ðîòîðîì, à îáìîòêè, â êîòîðûõ íàâîäèòñÿ ÝÄÑ, óëîæåíû â ïàçàõ ñòàòîðà è îñòàþòñÿ íåïîäâèæíûìè. Äåëî â òîì, ÷òî ïîäâîäèòü òîê ê ðîòîðó èëè îòâîäèòü åãî èç îáìîòêè ðîòîðà âî âíåøíþþ öåïü ïðèõîäèòñÿ ïðè ïîìîùè ñêîëüçÿùèõ êîíòàêòîâ. Äëÿ ýòîãî ðîòîð ñíàáæàåòñÿ êîíòàêòíûìè êîëüöàìè, ïðèñîåäèíåííûìè ê êîíöàì åãî îáìîòêè (ðèñ. 5.2). Íåïîäâèæíûå ïëàñòèíû — ùåòêè — ïðèæàòû ê êîëüöàì è îñóùåñòâëÿþò ñâÿçü îáìîòêè ðîòîðà ñ âíåøíåé öåïüþ. Ñèëà òîêà â îáìîòêàõ ýëåêòðîìàãíèòà, ñîçäàþùåãî ìàãíèòíîå ïîëå, çíà÷èòåëüíî ìåíüøå ñèëû òîêà, îòäàâàåìîãî ãåíåðàòîðîì âî âíåøíþþ öåïü. Ïîýòîìó ãåíåðèðóåìûé òîê óäîáíåå ñíèìàòü ñ íåïîäâèæíûõ îáìîòîê, à ÷åðåç ñêîëüçÿùèå êîíòàêòû ïîäâîäèòü ñðàâíèòåëüíî ñëàáûé òîê ê âðàùàþùåìóñÿ ýëåêòðîìàãíèòó. Ýòîò òîê âûðàáàòûâàåòñÿ îòäåëüíûì ãåíåðàòîðîì ïîñòîÿííîãî òîêà (âîçáóäèòåëåì), ðàñïîëîæåííûì íà òîì æå âàëó.  ìàëîìîùíûõ ãåíåðàòîðàõ ìàãíèòíîå ïîëå ñîçäàåòñÿ âðàùàþùèìñÿ ïîñòîÿííûì ìàãíèòîì.  òàêîì ñëó÷àå êîëüöà è ùåòêè âîîáùå íå íóæíû. Ïîÿâëåíèå ÝÄÑ â íåïîäâèæíûõ îáìîòêàõ ñòàòîðà îáúÿñíÿåòñÿ âîçíèêíîâåíèåì â íèõ âèõðåâîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, ïîðîæäåííîãî èçìåíåíèåì ìàãíèòíîãî ïîòîêà ïðè âðàùåíèè ðîòîðà. Ñîâðåìåííûé ãåíåðàòîð ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà — ýòî âíóøèòåëüíîå ñîîðóæåíèå èç ìåäíûõ ïðîâîäîâ, èçîëÿöèîííûõ ìàòåðèàëîâ è ñòàëüíûõ êîíñòðóêöèé. Ïðè ðàçìåðàõ â íåñêîëüêî ìåòðîâ âàæíåéøèå äåòàëè ãåíåðàòîðîâ èçãîòîâëÿþòñÿ ñ òî÷íîñòüþ äî ìèëëèìåòðà. Íèãäå â ïðèðîäå íåò òàêîãî ñî÷åòàíèÿ äâèæóùèõñÿ ÷àñòåé, êîòîðûå ìîãëè áû ïîðîæäàòü ýëåêòðè÷åñêóþ ýíåðãèþ ñòîëü æå íåïðåðûâíî è ýêîíîìè÷íî. Âîïðîñû ê ïàðàãðàôó 1. Êàêèìè ïðåèìóùåñòâàìè îáëàäàåò ïåðåìåííûé òîê ïî ñðàâíåíèþ ñ ïîñòîÿííûì? 2. Íà êàêîì ïðèíöèïå îñíîâàíà ðàáîòà ãåíåðàòîðîâ ïåðåìåííîãî òîêà?
|
|
|