Какое устройство вырабатывает электрический ток

Какое устройство вырабатывает электрический ток

Понравилось? Поделитесь с друзьями:

Читайте также

• Блог для родителей
• Помощь
• Соглашение с пользователем
• О проекте

Copyright © 2024 IQsha.ru Все права защищены. Сайт принадлежит ООО «Медиартис»

—>

Победитель Международного заочного конкурса «Надежда планеты» под эгидой Международной славянской академии наук, образования, искусств и культуры (МСА).

Электричество из огня

Мобильные источники энергии всегда были востребованы в войсках или иных структурах, работающих автономно в удаленных районах со сложными климатическими условиями. «Армейский стандарт» собрал сведения об одном из направлений получения электричества в «полевых» условиях. Итак, термоэлектричество — от знаменитого «партизанского котелка» времен Великой Отечественной до ядерных «реакторов», на которые можно случайно наткнуться, бродя по побережьям северных морей России.

«Партизанский котелок»

В наши дни наука шагнула далеко вперед в вопросе разработки мобильных источников энергии, причем отнюдь не только в специфических сферах оборонки, авиации или космоса. Даже обычным гражданам доступны «мини-электростанции».

Например, портативные карманные аккумуляторы с мощнейшей токоотдачей в сотни ампер. Или литиевые гальванические элементы, одноразовые, но способные до начала использования храниться полтора десятка лет и более. Наконец, эффективные гибкие солнечные панели, которые можно скрутить в рулон.

Широкодоступный мобильный аккумуляторный инструмент сегодня способен резать, сверлить и даже варить электродуговой сваркой(!) металлические конструкции и детали на любом удалении от электророзетки.

Однако в первой половине ХХ века, на которую в том числе пришлась и Великая Отечественная война, ничего подобного еще не было, и портативная электрическая и электронная техника жила по совершенно иным законам, с массой серьезных ограничений в мобильности.

Иногда от таких ограничений зависела жизнь. В первую очередь это касалось бойцов советского партизанского движения и различных мобильных диверсионных и контрдиверсионных отрядов. Главная и единственная нить передачи информации — коротковолновая радиостанция — требовала независимого от электросети источника питания.

Связная аппаратура же в то время была исключительно ламповая, по современным меркам не слишком экономичная, требующая для питания дорогих и малоемких специфических батарей высокого (несколько десятков вольт) напряжения.

Подобные марганцево-цинковые батареи типа БАС (батарея анодная сухая) выпускались советской промышленностью, а также в большом количестве поставлялись в СССР американцами по ленд-лизу. Эти батареи были жизненно важны — от них питались радиостанции, радиоприемники, полевые проводные телефоны и другое армейское оборудование. Но на начало войны инженерные склады Рабоче-крестьянской Красной армии необходимым количеством батарей не располагали, что серьезно затрудняло коммуникации в войсках.

Особенно же сильно страдали от проблем со снабжением оборудованием для радиосвязи партизаны. Скрытное базирование было особенностью, преимуществом и одновременно бедой таких отрядов, нуждавшихся в постоянной устойчивой радиосвязи с Центральным штабом при Ставке Верховного Главнокомандования, откуда «лесные бойцы» получали разведзадания от своих координаторов.

Партизанское движение обладало невиданными масштабами — на оккупированной части страны в общей сложности действовало 6200 отрядов, объединяющих более миллиона человек! Но снабжение их осуществлялось все же, как ни крути, по остаточному принципу — сперва все ресурсы шли на фронт…

Впрочем, помощь пришла со стороны науки! Удивительно, но в тяжелейшие военные годы ученым удавалось решать не только практические задачи на производстве, например, упрощать конструкцию оружия для увеличения объемов выпуска, но и изобретать что-то новое!

Партизанам помог наш величайший ученый, «отец всей советской физики», как его без малейшей иронии называли, ученик Рентгена и Капицы, академик Абрам Федорович Иоффе.

С началом войны Иоффе был назначен председателем Государственной комиссии по военной технике, продолжая одновременно руководить Ленинградским физико-технологическим институтом, эвакуированным в Казань. Одно из его многочисленных исследовательских направлений — а именно, термоэлектричество — было оперативно взято в работу специальной институтской группой с целью создания портативного электрогенератора для партизанских отрядов.

Простейшая, но весьма эффективная конструкция получила название ТГ-1 и стала известна в народе как «партизанский котелок». Представляла она собой металлическую емкость, в дно которой было вмонтировано несколько десятков последовательно соединенных так называемых термопар.

Классическая термопара — это капелька сплавленных проводов из разнородных металлов, которая при нагревании с одной стороны и охлаждении с другой вырабатывают термо-лектродвижущую силу (термо-ЭДС) — электрический ток, проще говоря.

С одной стороны котелка слой термопар нагревался пламенем костра, с другой — охлаждался кипящей водой, температура которой никогда не превышала 100 градусов. Разница температур приблизительно в 200–250 градусов обеспечивала выходную мощность электрогенератора около 3 ватт.

«Главный академик Иоффе»

Интересно, что до сих пор многие заблуждаются насчет изобретения Иоффе. Одни считают, что он первым обнаружил термоэлектрический эффект… Другие (кто в курсе, что этот эффект открыл немецкий физик Томас Иоганн Зеебек в 1821 году) думают, что Иоффе лишь довел теоретическую идею Зеебека до реального практически применимого устройства. На самом деле, не правы и первые, и вторые!

Действительно, термопару как источник тока придумал Зеебек еще в начале 19-го века. Но практическое их применение началось задолго до Иоффе и до Великой Отечественной. В течение десятков лет на термоэлектрогенераторы во всем мире были получены тысячи патентов, в продажу поступали сотни(!) разных модификаций серийных генераторов, построенных на термопарах, — от компактных до огромных, для самых разных нужд.

К примеру, в 1879 году французский инженер-электротехник Клуэ представил агрегат на основе 6000 последовательно соединенных термопар, в котором нагрев осуществлялся топкой, потреблявшей около десяти килограммов угля в час, а охлаждение — водяной рубашкой. Такой термоэлектрогенератор выдавал ток напряжением 218 вольт и питал восемьдесят электродуговых угольных лампочек конструкции Яблочкова!

Так что же придумал Иоффе? Его заслуга в том, что он предложил использовать в термопарах не спай разнородных металлов, а спай полупроводников! Это позволяло увеличить коэффициент полезного действия (КПД) генератора и уменьшить разницу между нагреваемой и охлаждаемой его частями.

Хотя реальный КПД таких устройств не превышал даже одного(!) процента, в условиях скрывающегося в лесу партизанского отряда простота использования «котелка», его компактность и дешевизна выигрывали у динамо-машин любых конструкций, в том числе и распространенного в то время в войсках «солдат-мотора» — динамо-генератора на основе велосипеда без колес.

После войны А.Ф.Иоффе продолжил фундаментальные исследования и заложил основы полупроводниковой термоэлектрической энергетики. В 1961 году за теоретические и экспериментальные исследования свойств полупроводников и разработку теории термоэлектрических генераторов великого советского физика наградили Ленинской премией. К сожалению, произошло это спустя год после его смерти.

Разнообразные же практические варианты «генератора Иоффе» были весьма распространены в народном хозяйстве и в течение многих лет после войны. В первую очередь там, где отсутствовало стационарное электроснабжение.

Серийно выпускались, к примеру, приборы под названием ТГК-3 и ТЭГК-2-2, оформленные в виде насадки на стекло стандартной керосиновой лампы. Кстати, возможность светить керосинка не теряла!

Были и оформленные в виде керогазов (фитильных керосиновых горелок для приготовления пищи) модели ТГК-9, ТГК-10 и ТГУ-1 — более мощные, но без сопутствующего эффекта освещения.

В отличие от «партизанского котелка» разность температур в термопарах таких генераторов обеспечивали ребристые алюминиевые радиаторы. Холодная часть термопар охлаждалась воздухом, а не водой, как в котелках. Такие генераторы активно использовались в деревнях для питания радиоприемников и маломощных колхозных коротковолновых радиостанций «Урожай», обеспечивавших связь между правлением колхоза и полевым станом или выездной машинно-тракторной станцией, и даже поставлялись на экспорт!

Насадки на керосинки и керогазы перестали производить в 70-х, а вот «партизанские котелки» выпускались (хотя в это трудно поверить) вплоть до начала 2000-х годов!

Конечно, выглядели они уже не так, как их предшественники времен войны, но в целом конструкция не отличалась принципиально с технической точки зрения. Емкость, внутри которой вода, а снаружи — огонь костра или даже газовой плиты. Производило их по старой памяти предприятие оборонки Правдинский опытный завод источников тока в Пушкинском районе Московской области. Оно делало в свое время тот самый первый «котелок».

Современный же вариант под названием ГТУ-12-12 представлял собой цилиндрическую алюминиевую кастрюлю с винтовыми клеммами для подключения проводов. Он выдавал напряжение 12 вольт с током 1 ампер, чего хватало для заряда батарей большинства портативных гаджетов и освещения охотничьей избушки.

К сожалению, производство этих устройств давно прекращено, но и по сей день изредка появляющиеся в продаже на досках бесплатных объявлений «котелки» быстро раскупаются туристами, путешественниками, рыбаками, охотниками и «выживальщиками»!

«Ядерный» котелок

Отдельное и весьма любопытное применение термопар для генерации электричества — «ядерный котелок» — РИТЭГ. Расшифровывается эта аббревиатура как «радиоизотопный термоэлектрогенератор». Это как та самая насадка на керосиновую лампу, но вместо горения керосина в ней идет… распад радиоактивного плутония!

РИТЭГ – крупный агрегат с массой от нескольких десятков килограммов до полутоны и тяжелее. Принцип работы прост и даже отчасти примитивен. Внутри генератора идет непрерывный процесс распада радиоактивного топливного картриджа (изготовленного обычно на основе плутония-238, стронция-90, полония-210 и т.п.).

Это не управляемая цепная реакция, как в ядерном реакторе, а спокойный естественный распад, совершенно автономный процесс. В результате генерируется тепло, которое, в свою очередь, греет панель из многочисленных соединенных последовательно и параллельно термопар. Ну а термопары выдают ток…

КПД такой системы, как и у «котелка», крайне низкий. А объем электрической энергии, генерируемый ей, смешной, особенно с учетом размеров и массы: скажем, 24 вольта с мощностью ватт 30–40 может вырабатывать… полуторатонное устройство!

Однако преимущества перевешивают минусы в тех ситуациях, разумеется, для которых РИТЭГи создавались. Подобные генераторы способны работать десятилетиями без какой-либо дозаправки, обслуживания и присмотра, в широчайшем диапазоне температур окружающей среды. Им не страшны арктические морозы и пустынный зной, соляной туман, любые осадки и иные природные факторы.

РИТЭГи применяются для электропитания маяков в отдаленных ненаселенных регионах, фарватерных буев, автономных навигационных и метеорологических станций в местах, где годами не ступает нога человека. Сотни таких «ядерных котелков» были развезены в 60-х-80-х годах для электроснабжения маяков и прочего оборудования по безлюдным побережьям наших северных морей — Белого, Баренцева, Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского.

В бардачные 90-е отсутствие контроля и учета за столь опасными устройствами не раз приближало ситуацию к критической. Чудо, что никто не воспользовался бесхозным РИТЭГом для создания так называемой «грязной бомбы»… Пример безответственного отношения к ним, кстати, отлично показан в небезызвестном фильме 2010 года «Как я провел этим летом».

Сегодня с РИТЭГами наведен порядок. На земле их постепенно выводят из употребления, все чаще заменяя более дешевыми и безопасными солнечными батареями. А вот в космосе им летать придется еще долго! Там проблемы разрушения отсека с ядерными материалами или хищения его злоумышленниками или просто бродягами неактуальны, а вес РИТЭГа небольшой.

Сам по себе изотопный генераторный модуль тянет всего на несколько килограммов. Для земного использования его приходится укутывать сложной и массивной защитой от радиации. А вот на навигационных спутниках, летающих радиотелескопах и иных непилотируемых космических аппаратах без присутствия человека проблема облучения неактуальна.

Газовая альтернатива

В отличие от «ядерных котелков», термоэлектрогенераторы, работающие на тепле сгорающего газа, — актуальное, развивающееся и сегодня направление локальной энергетики. Аппараты, габаритами приблизительно с 200-литровую бочку, способны успешно выполнять роль РИТЭГов в качестве автономных источников тока в необитаемых местах без использования радиоактивных материалов.

К примеру, вдоль большинства газопроводов обязательно с определенным интервалом размещаются станции катодной защиты, узлы с автоматикой, задвижками и т.п. Для питания этого оборудования вдоль трубы приходится тянуть линию электропередачи. ЛЭП представляет собой головную боль для газовщиков, поскольку на большом протяжении провода проходят по ненаселенным районам, там, где энерголинии трудно обслуживать и ремонтировать после ударов стихии.

Если же в необходимых местах возле трубы расставить будки с термоэлектрогенераторами внутри и питать их газом из той же трубы через небольшие отводы, то электричество будет генерироваться непосредственно по месту. Не придется тянуть издалека провода, которые боятся ураганов, ледяных дождей и падающих деревьев.

Электрогенератор постоянного тока

Генератор постоянного тока — это механическое устройство, которое производит электрический ток путём преобразования механической энергии в электрическую. Такие механизмы используют в технически сложных машинах в качестве электродвигателя и генератора. Сам генератор можно приобрести в магазине электротоваров, а некоторые предпочитают собирать его самостоятельно.

Назначение

Устройства постоянного тока используют в узкоспециализированных областях, чаще всего в промышленности. Одна из сфер их применения — энергоснабжение городского общественного транспорта. Также их применяют для питания промышленных машин, например, комбайнов и тяговых тракторов, грузоподъемных, землеройных машин. Кроме этого их используют в системе электромобилей, мотоциклов, электро- и тепловозов, на водных судах, а также в качестве инвертора.

Примеры оборудования
Модель: DSP 2×400 PS
Мощность: 32 кВт
3​ 073​ 410 руб.

Модель: АСПБВ250-8/3-Т400/230 ВХ-БСГ
Мощность: 6.4 кВт
552​ 820 руб.

Модель: LTW 200 AR
Мощность: 5 кВт
99​ 800 руб.

Поскольку применение устройств постоянного тока происходит в промышленности, где необходимы высокомощные агрегаты, топливом является дизель или газ.

Отличие газового или дизель генератора постоянного тока от переменного заключается в следующем:

1. Он рассчитан на более тяжелые нагрузки;
2. Имеет облегченную конструкцию;
3. Вырабатывает энергию стабильнее, без потерь;
4. Требует внешний источник питания;
5. Устройство включает щеточноколлекторный аппарат.

Что касается внешнего источника — механизмы постоянного тока, в отличие от генераторов переменного тока, работают в паре с ИБП (источником бесперебойного питания). В процессе работы бесперебойник направляет постоянный ток (DC) в обмотку якоря.

Устройство

Два основных элемента генератора постоянного тока — статор и ротор. Другие рабочие элементы — это: магнитные полюсы, коммутатор и щеточноколлекторный аппарат (от 2 и более щетков — равно количеству полюсов). Всю конструкцию этого устройства защищает металлический корпус, который также выполняет функцию передачи магнитного потока.

Расчет

Актуальные характеристики генератора постоянного тока производители указывают в паспорте товара. Основные из них — это:

• холостой ход;
• последовательное возбуждение;
• параллельное возбуждение.

Часто показатели этих характеристик отклоняются от стандартных, информацию о нормах погрешности обычно указывают в процентах в инструкции.

Что касается самодельных генераторов — примерные характеристики можно рассчитать из справочников, а проверить — измерением текущих показателей.

Источники:

1. Каганов И.Л. Промышленная электроника. Москва : Высш. школа, 1968. — 559 с
2. Г.Ф. Быстрицкий. Основы энергетики. Научно-издательский центр ИНФРА-М, 2005 г.
3. И. П. Копылов, Б. К. Клоков, В. П. Морозкин, Б. Ф. Токарев. Проектирование электрических машин. Высшая школа, 2005 г.

Генератор переменного тока

В 1832-м году неизвестным изобретателем был создан первый однофазный синхронный многополюсный генератор переменного тока. Но в самых первых электронных устройствах применялся только постоянный ток, в то время как переменный ток долгое время не мог найти своего практического применения. Тем не менее, вскоре выяснили, что намного практичнее использовать не постоянный, а переменный ток, то есть тот ток, который периодически меняет свое значение и направление. Преимущества переменного тока, состоят в том, что его удобнее вырабатывать при помощи электростанций, генераторы переменного тока экономичнее и проще в обслуживании, чем аналоги, работающие на постоянном токе. Поэтому были собраны надежные электрические двигатели переменного тока, которые сразу нашли свое широкое применение в промышленных и бытовых сферах. Надо отметить, что благодаря существованию переменного тока, его особенным физическим явлениям, смогли появиться такие изобретения, как радио, магнитофон и прочая автоматика и электротехника, без которой сложно представить современную жизнь.

Устройство генератора переменного тока

Генератор переменного тока – это устройство, которые преобразует механическую энергию, в электрическую.

Состоит он из неподвижной части, которая называется статор или якорь (см. рисунок) и вращающейся части — ротор или индуктор. В генераторе переменного тока ротор — это электромагнит, который обеспечивает магнитное поле, которое передается на статор. На внутренней поверхности статора есть осевые впадины, так называемые пазы, в которых расположена обмотка переменного тока (проводник). Статор генератора изготавливается из 0.35 мм спрессованных стальных листов, которые изолированы покрытой лаком пленкой. Эти листы устанавливаются в станине устройства. Ротор крепится внутри статора и вращается посредством двигателя. Вал – одна из деталей, для передачи крутящего момента под действием расположенных на нём опор. На общем валу с генератором, располагается так называемый возбудитель постоянного тока, который питает постоянным током обмотки ротора. Аккумулятор в генераторе переменного тока выполняет функции стартерной батареи, которая имеет свойство накапливать и хранить электроэнергию при нехватке в отсутствии работы двигателя и при нехватке мощности, которую развивает генератор.

Применение генераторов переменного тока в жизни

В течении последних лет, популярность использования электростанций и генераторов переменного тока значительно возросла. Используются они как в промышленных, так и в бытовых сферах. Промышленные генераторы являются наилучшим вариантом для использования на производстве, в больницах, школах, магазинах, офисах, бизнес центрах, а так же на строительных площадках, значительно упрощая строительство в тех зонах, где электрификация полностью отсутствует. Бытовые генераторы, более практичные, компактные и идеально подходят для использования в коттедже и загородном доме. Генераторы переменного тока широко применяются в различных областях и сферах благодаря тому, что могут решить множество важных проблем, которые связаны с нестабильной работой электричества или полным его отсутствием.

Обслуживание

Практически любая дизельная электростанция в независимости от ее мощности (500 кВт) и производителя имеет 2 главные составляющие. Это генератор переменного тока и двигатель внутреннего сгорания. Так как поддерживать данные узлы необходимо в рабочем исправном состоянии, в ходе их эксплуатации нужен определенный перечень обязательных работ по их техническому обслуживанию. К сожалению, подавляющее большинство владельцев считает, что можно ограничиться лишь своевременной заменой масла и фильтра, при этом «техническое обслуживание» можно провести и самостоятельно. Но результатом этого зачастую становится полный отказ работы устройства. В результате чего, не сложно сделать вывод, что проще и дешевле, доверить оборудование профессионалам, которые благодаря знаниям и огромному опыту, смогут увеличить срок службы ДГУ и сократить расходы при аварийных ситуациях.

Дизельные электростанции со скидкой. Продажа

Вам нужна дешевая дизельная электростанция? Посмотрите наш каталог ДГУ по специальной цене.
Возможно, будет выгоднее купить дизельную электростанцию, чем брать ее в аренду.

Запросить коммерческое предложение

Нужна консультация отдела продаж или инженера для расчета проекта — звоните: