Меню

Генератор тока из трансформаторов

Делаем генератор из асинхронного электродвигателя своими силами в домашних условиях

Способ 1

В Интернете нашел статью о том, как переделать генератор автомобиля на генератор с постоянными магнитами. Можно ли использовать этот принцип и переделать генератор своими руками из асинхронного электродвигателя? Возможно, что будут большие потери энергии, не такое расположение катушек.

Двигатель асинхронного типа у меня на напряжение 110 вольт, обороты – 1450, 2,2 ампера, однофазный. При помощи емкостей я не берусь делать самодельный генератор, так как будут большие потери.

Предлагается пользоваться простыми двигателями по такой схеме.

Самодельный генератор

Если изменять двигатель или генератор с магнитами округлой формы от динамиков, то надо их устанавливать в крабы? Крабы – это две металлические детали, стоят на якоре снаружи катушек возбуждения.

Если магниты надевать на вал, то вал будет шунтировать магнитные силовые линии. Как тогда будет возбуждение? Катушка тоже расположена на валу из металла.

Если поменять подсоединение обмоток и сделать параллельное соединение, разогнать до оборотов выше нормальных значений, то получается 70 вольт. Где взять механизм для таких оборотов? Если перематывать его на уменьшение оборотов и ниже питание, то слишком упадет мощность.

Двигатель асинхронного типа с замкнутым ротором – это железо, которое залито алюминием. Можно взять самодельный генератор от автомобиля, у которого напряжение 14 вольт, сила тока 80 ампер. Это неплохие данные. Двигатель с коллектором на переменный ток от пылесоса или стиральной машины можно применить для генератора. На статор установить подмагничивание, напряжение постоянного тока снимать со щеток. По наибольшему ЭДС поменять угол щеток. Коэффициент полезного действия стремится к нулю. Но, лучше, чем генератор синхронного типа, не изобрели.

Решил испытать самодельный генератор. Однофазный асинхронный мотор от стиралки малютки крутил дрелью. Подключил к нему емкость 4 мкФ, получилось 5 вольт 30 герц и ток 1,5 миллиампера на короткое замыкание.

Не каждый электромотор можно использовать в качестве генератора таким методом. Есть моторы со стальным ротором, имеющие малую степень намагниченности на остатке.

Необходимо знать разницу между преобразованием электрической энергии и генерацией энергии. Преобразовать 1 фазу в 3 можно несколькими способами. Один из них – это механическая энергия. Если электростанцию отсоединить от розетки, то пропадает все преобразование.

Откуда возьмется движение провода с повышением скорости, ясно. Откуда магнитное поле будет для получения ЭДС в проводе – не понятно.

Объяснить это просто. Из-за механизма магнетизма, который остался, образуется ЭДС в якоре. Возникает ток в статорной обмотке, который замкнут на емкости.

Ток возник, значит, дает усиление на электродвижущую силу на катушках роторного вала. Появившийся ток дает усиление электродвижущей силы. Электроток статорный образует электродвижущую силу намного больше. Это идет до установления равновесия статорных магнитных потоков и ротора, а также дополнительные потери.

Размер конденсаторов рассчитывают так, что на выводах напряжение достигает номинального значения. Если оно маленькое, то снижают емкость, то повышают. Были сомнения по поводу старых моторов, которые якобы не возбуждаются. После разгона ротора мотора или генератора надо ткнуть быстро в любую фазу малым количеством вольт. Все придет в нормальное состояние. Зарядить конденсатор до напряжения равному половину емкости. Включение производить выключателем с тремя полюсами. Это относится с 3-фазному мотору. Такая схема используется для генераторов вагонов пассажирского транспорта, так как у них ротор короткозамкнутый.

Способ 2

Самодельный генератор сделать можно и по-другому. Статор имеет хитрую конструкцию (имеет специальное конструкторское решение), имеется возможность регулировки напряжения выхода. Я сделал генератор своими руками такого вида на строительстве. Двигатель брал мощностью 7 кВт на 900 оборотов. Обмотку возбуждения я подключил по схеме треугольника на 220 В. Запустил его на 1600 оборотов, конденсаторы были на 3 на 120 мкФ. Включались они контактором с тремя полюсами. Генератор действовал как выпрямитель с тремя фазами. С этого выпрямителя питалась электрическая дрель с коллектором на 1000 ватт, и пила дисковая на 2200 ватт, 220 В, болгарка 2000 ватт.

Приходилось изготавливать систему мягкого пуска, другой резистор с закороченной фазой через 3 секунды.

Для моторов с коллекторами это неправильно. Если в два раза повысить вращающую частоту, то уменьшится и емкость.

Также повысится и частота. Схема емкостей отключалась в автоматическом режиме, чтобы не использовать тор реактивности, не расходовать горючее.

Самодельный генератор

Во время работы надо нажать на статор контактора. Три фазы разобрал их по ненужности. Причина кроется в высоком зазоре и увеличенном рассеивании поля полюсов.

Специальные механизмы с двойной клеткой для белки и косыми глазами для белки. Все-таки я получил с моторчика стиралки 100 вольт и частоту 30 герц, лампа на 15 ватт не хочет гореть. Очень слабая мощность. Надо мотор брать сильнее, или конденсаторов больше ставить.

Под вагонами используется генератор с ротором короткозамкнутым. Его механизм приходит от редуктора и на ременную передачу. Обороты вращения 300 оборотов. Он находится как дополнительный генератор нагрузки.

Способ 3

Можно сконструировать самодельный генератор, электростанцию на бензине.

Самодельный генератор

Вместо генератора использовать 3-фазный асинхронный мотор на 1,5 кВт на 900 оборотов. Электродвигатель итальянский, подключаться может треугольником и звездой. Сначала я поставил мотор на основание с мотором постоянного тока, присоединил к муфте. Стал крутить двигатель на 1100 оборотов. Появилось напряжение 250 вольт на фазах. Подключил лампочку на 1000 ватт, напряжение сразу упало до 150 вольт. Наверное, это от фазного перекоса. На каждую фазу надо включать отдельную нагрузку. Три лампочки по 300 ватт не смогут снизить напряжение до 200 вольт, теоретически. Можно конденсатор поставить больше.

Обороты двигателя надо делать больше, при нагрузке не снижать, тогда питание сети будет постоянным.

Необходима значительная мощность, автогенератор такую мощность не даст. Если перемотать большой камазовский, то с него не выйдет 220 В, так как магнитопровод будет перенасыщен. Он был сконструирован на 24 вольта.

Сегодня собирался пробовать подсоединить нагрузку через 3-фазный блок питания (выпрямитель). В гаражах свет отключили, не получилось. В городе энергетиков систематически отключают свет, поэтому надо делать источник постоянного питания электричеством. Для электросварки есть навеска, подцепляется к трактору. Для подключения электрического инструмента нужен постоянный источник напряжения на 220 В. Была мысль сконструировать самодельный генератор своими руками, и инвертор к нему, но, на аккумуляторных батареях не долго можно проработать.

Недавно включили электричество. Подключал двигатель асинхронный из Италии. Поставил его с мотором бензопилы на раму, скрутил вместе валы, поставил муфту резиновую. Катушки соединил по схеме звезды, конденсаторы треугольником, по 15 мкФ. Когда запустил моторы, то на выходе питания не получилось. Присоединял конденсатор, заряженный к фазам, напряжение появилось. Свою мощность в 1,5 кВт двигатель выдал. При этом питающее напряжение снизилось до 240 вольт, на холостых оборотах было 255 вольт. Шлифмашинка от него нормально работала на 950 ватт.

Пробовал повысить обороты двигателя, но не получается возбуждение. После контакта конденсатора с фазой напряжение возникает сразу. Буду пробовать ставить другой двигатель.

Какие конструкции систем за границей производятся для электростанций? На 1-фазных понятно, что ротор владеет обмоткой, перекоса фаз нет, потому что одна фаза. В 3-фазных имеется система, которая дает регулировку мощности при подсоединении к ней моторов с наибольшей нагрузкой. Еще можно подсоединить инвертор для сварки.

В выходные хотел сделать самодельный генератор своими руками с подключением асинхронного двигателя. Удачной попыткой сделать самодельный генератор оказалось подключение старого двигателя с корпусом из чугуна на 1 кВт и на 950 оборотов. Мотор возбуждается нормально, с одной емкостью на 40 мкФ. А я установил три емкости и подключил их звездой. Этого хватило для запуска электродрели, болгарки. Хотел, чтобы получилась выдача напряжения на одной фазе. Для этого подключал три диода, полумост. Сгорели лампы люминесцентные для освещения, и подгорели пакетники в гараже. Буду наматывать трансформатор на три фазы.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта , буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Читайте также:  Почему ударяет током от стиральной машины

Источник

Как устроен генератор переменного тока — назначение и принцип действия

Люди пользуются энергией электрического тока практически во всех сферах своей деятельности. Сейчас нелегко представить жизнь без электричества, которое с помощью специального оборудования преобразуется из механической энергии. Рассмотрим подробнее, как происходит этот процесс, и как устроены современные генераторы.

Как устроен генератор переменного тока - назначение и принцип действия

Превращение механической энергии в электрическую

Любой генератор работает по принципу магнитной индукции. Самый простой генератор переменного тока можно представить, как катушку, которая вращается в магнитном поле. Также есть вариант, при котором катушка остается неподвижной, но магнитное поле только её пересекает. Именно во время этого движения и вырабатывается переменный ток. По такому принципу функционирует огромное количество генераторов во всем мире, объединенных в систему электроснабжения.

Устройство и конструкция генератора переменного тока

Стандартный электрогенератор имеет следующие компоненты:

Как устроен генератор переменного тока - назначение и принцип действия

  • Раму, к которой закреплен статор с электромагнитными полюсами. Изготовлена она из металла и должна выполнять защитную функцию всех элементов механизма.
  • Статор, к которому крепится обмотка. Изготавливается он из ферромагнитной стали.
  • Ротор – подвижный элемент, на сердечнике которого располагается обмотка, образующая электрический ток.
  • Узел коммутации, который отводит электричество с ротора. Представляет собой систему подвижных токопроводящих колец.

В зависимости от назначения, генератор имеет определенные особенности конструкции, но существуют два компонента, которыми обладает любое устройство, конвертирующее механическую энергию в электричество:

  1. Ротор – подвижная цельная деталь из железа;
  2. Статор – неподвижный элемент, который изготовлен из железных листов. Внутри него есть пазы, внутри которых располагается проволочная обмотка.

Для получения большей магнитной индукции, между этими элементами должно быть небольшое расстояние. По своей конструкции генераторы бывают:

  • С подвижным якорем и статическим магнитным полем.
  • С неподвижным якорем и вращающимся магнитным полем.

В настоящее время более распространено оборудование с вращающимися магнитными полями, т.к. значительно удобнее снимать электрический ток со статора, чем с ротора. Устройство генератора имеет немало сходств с конструкцией электродвигателя.

Как устроен генератор переменного тока - назначение и принцип действия

Схема генератора переменного тока

Принцип работы электрогенератора: в тот момент, когда половина обмотки находится на одном из полюсов, а другая на противоположном, ток движется по цепи от минимального до максимального значения и обратно.

Классификация и виды агрегатов

Все электрогенераторы можно распределить по критерию работы и по типу топлива, из которого и образуется электроэнергия. Все генераторы делятся на однофазные (выход напряжения 220 Вольт, частота 50 Гц) и трехфазные (380 Вольт с частотой 50 Гц), а также по принципу работы и типу топлива, которое конвертируется в электричество. Ещё генераторы могут использоваться в разных сферах, что определяет их технические характеристики.

По принципу работы

Разделяют асинхронные и синхронные генераторы переменного тока.

Асинхронный

У асинхронных электрогенераторов нет точной зависимости ЭДС от частоты вращения ротора, но здесь работает такой термин, как «скольжение S». Оно определяет эту разницу. Величина скольжения вычисляется, поэтому некоторое влияние элементов генератора в электромеханическом процессе асинхронного двигателя все же есть.

Синхронный

Как устроен генератор переменного тока - назначение и принцип действия

Такой генератор обладает физической зависимостью от вращательного движения ротора к генерируемой частоте электроэнергии. В таком устройстве ротор является электромагнитом, состоящим из сердечников, обмоток и полюсов. Статором являются катушки, которые соединены по принципу звезды, и имеющими общую точку – ноль. Именно в них вырабатывается электрический ток.
Ротор приводит в движение посторонняя сила подвижных элементов (турбин), которые двигаются синхронно. Возбуждение такого генератора переменного тока может быть, как контактным, так и бесконтактным.

По типу топлива двигателя

Удаленность от электросети с появлением генераторов больше не становится препятствием для пользования электроприборами.

Газовый генератор

Как устроен генератор переменного тока - назначение и принцип действия

В качестве топлива здесь используется газ, во время сгорания которого и вырабатывается механическая энергия, которая затем заменяется электрическим током. Преимущества использования газогенератора:

  • Безопасность для окружающей среды, ведь газ при сгорании не выделяет вредных элементов, копоти и токсичных продуктов распада;
  • Экономически это очень выгодно – сжигать дешевый газ. В сравнении с бензином, это обойдется значительно дешевле;
  • Подача топлива осуществляется автоматически. Бензин и дизельное топливо требуется по мере необходимости подливать, а газовый генератор обычно подключают к системе газоснабжения;
  • Благодаря автоматике, аппарат приходит в действие самостоятельно, но для этого он должен располагаться в теплом помещении.

Дизельный генератор

Как устроен генератор переменного тока - назначение и принцип действия

Эту категорию составляют преимущественно однофазные агрегаты мощностью 5 кВт. 220 Вольт и частота 50 Гц являются стандартными для бытовой техники, поэтому дизельный аппарат неплохо справляется со стандартной нагрузкой. Как можно догадаться, для его работы требуется дизельное топливо. Почему стоит выбрать именно дизельный электрогенератор:

  • Относительная дешевизна топлива;
  • Автоматика, позволяющая автоматически запускать генератор при прекращении подачи электрического тока;
  • Высокий уровень противопожарной безопасности;
  • В течении длительного периода времени агрегат на дизеле способен проработать без сбоев;
  • Внушительная долговечность – некоторые модели способны работать в общей сумме 4 года непрерывной эксплуатации.

Бензогенератор

Как устроен генератор переменного тока - назначение и принцип действия

Такие аппараты довольно востребованы как бытовое оборудование. Несмотря на то, что бензин дороже газа и дизеля, такие генераторы имеют немало сильных сторон:

  • Малые габариты при высокой мощности;
  • Просты в эксплуатации: большинство моделей можно запустить вручную, а более мощные генераторы оснащены стартером. Регулируется напряжение под определенную нагрузку при помощи специального винта;
  • В случае перегрузки генератора автоматически срабатывает защита;
  • Просты в обслуживании и ремонте;
  • Во время работы не издают много шума;
  • Можно применять и в помещении, и на улице, но следует защищать от попадания влаги.

Источник

Генератор Тесла

Никола Тесла – один из известнейших ученых в области электроэнергетики и электричества, чье научное наследие до сих пор вызывает многочисленные споры. И если практически реализованные проекты активно используются и известны повсеместно, то некоторые нереализованные до сих пор являются объектами исследований, как серьезными организациями, так и любителями.

Никола Тесла

Генератор или вечный двигатель?

Большинство ученых отрицает возможность создания генератора на свободной энергии. На это следует возразить тем, что даже в прошлом многие современные достижения также казались невозможными. Дело в том, что наука имеет множество областей, где исследования проведены далеко не полностью. Это особенно касается вопросов физических полей и энергии. Те виды энергии, которые нам знакомы, можно ощутить и измерять. Но ведь нельзя отрицать наличие неизвестных видов только на том основании, что пока не существует методов и приборов для их измерения и преобразования.

Для скептиков любые предложения генераторов, схемы и идеи, основанные на преобразовании свободной энергии, кажутся вечными двигателями, которые работают, не потребляя энергии, да еще способны вырабатывать излишек уже в виде известной энергии, тепловой или электрической.

Здесь не идет речь о вечных двигателях. На самом деле вечный генератор использует свободную энергию, которая в настоящее время пока еще не имеет внятного теоретического обоснования. Чем раньше считался свет? А сейчас он используется для выработки электрической энергии.

Генератор на свободной энергии

Альтернативная энергетика

Сторонники традиционной физики и энергетики отрицают возможность создания работоспособного генератора, оперируя существующими понятиями, законами и определениями. Приводится масса доказательств, что подобные устройства не могут существовать на практике, поскольку противоречат закону сохранения энергии.

Сторонники «теории заговора» убеждены, что расчеты генератора существуют, как и его работающие прототипы, но они не предъявляются науке и широкой общественности, поскольку не выгодны современным энергетическим компаниям и могут вызвать кризис экономики.

Энтузиасты неоднократно делали попытки создания генератора, ими построены немало прототипов, но отчеты о работе почему-то регулярно пропадают или исчезают. Отмечено, что периодически закрываются сетевые ресурсы, посвященные альтернативной энергетике.

Это может свидетельствовать о том, что конструкция в действительности работоспособна, и создать генератор своими руками возможно даже в домашних условиях.

Трансформатор Тесла

Многие путают понятия генератора и трансформатора (катушка) Тесла. Для разъяснений нужно остановиться на этом подробнее. Трансформатор Тесла изучен достаточно и доступен для повторения. Многие производители успешно выпускают различные модели трансформаторов как для практического использования в различных устройствах, так и для демонстрационных целей.

Трансформатор Тесла представляет собой преобразователь электрической энергии с низкого напряжения в высокое. Выходное напряжение может составлять миллионы вольт, но сама конструкция при этом не представляет высокой сложности. Гениальность изобретателя состоит в том, что ему удалось собрать устройство, использующее известные физические свойства электромагнитных полей, но при этом совершенно иным способом. Исчерпывающего теоретического обоснования работы устройства не существует до сих пор.

Читайте также:  Диэлектрический это проводит ток или нет

Трансформатор Тесла

В основе конструкции лежит трансформатор с двумя обмотками, с большим и малым количеством витков. Самое главное – отсутствует традиционный ферромагнитный сердечник, и взаимосвязь между обмотками получается очень слабой. Учитывая уровень выходного напряжения трансформатора Тесла, можно сделать вывод, что обычная методика расчета трансформатора, даже с учетом высокой частоты преобразования, здесь неприменима.

Генератор Тесла

Иное предназначение имеет генератор. Конструкция генератора также использует трансформатор, подобный высоковольтному. Работая на одинаковом принципе с трансформатором, генератор способен создавать на выходе излишки энергии, значительно превосходящие затраченные на первоначальный запуск устройства. Основная задача состоит в методике изготовления трансформатора и его настройке. Важна точная настройка системы на частоту резонанса. Ситуация осложняется тем, что таких данных не имеется в свободном доступе.

Как сделать генератор

Чтобы собрать генератор Тесла, необходимо совсем немного. В интернете можно найти данные по сборке трансформатора генератора Тесла своими руками и схемы для запуска конструкции. На основе имеющейся информации ниже даны рекомендации, как должна быть выполнена самостоятельная сборка конструкции, и краткая методика настройки.

Трансформатор должен удовлетворять противоречивым требованиям:

  • Высокочастотная свободная энергия требует уменьшения габаритов (подобно разнице в размерах телевизионных антенн метрового и дециметровых диапазонов);
  • С уменьшением габаритов падает КПД конструкции.

Трансформатор

Вопрос частично решается подбором диаметра и количества первичной обмотки трансформатора. Оптимальный диаметр обмотки составляет 50 мм, поэтому удобно для намотки использовать отрезок пластиковой канализационной трубы соответствующей длины. Экспериментально установлено, что количество витков обмотки должно составлять не менее 800, лучше это количество удвоить. Диметр провода не имеет существенного значения для самодельной конструкции, поскольку ее мощность невелика. Поэтому диаметр может лежать в диапазоне от 0.12 до 0.5 мм. Меньшее значение создаст трудности при намотке, а большее – увеличит габариты устройства.

Конструкция трансформатора

Длина трубы берется с учетом количества витков и диаметра провода. К примеру, провода ПЭВ-2 0.15 мм диаметр с изоляцией составляет 0.17 мм, суммарная длина обмотки – 272 мм. Отступив от края трубы 50 мм для крепления, сверлят отверстие для крепления начала обмотки, а через 272 мм еще одно – для конца. Запас трубы сверху составляет пару сантиметров. Итого общая длина отрезка трубы будет 340-350 мм.

Для намотки провода его начало продевают в нижнее отверстие, оставляют там запас в 10-20 см и закрепляют скотчем. После того, как обмотка выполнена, ее конец такой же длины продевают в верхнее отверстие и тоже закрепляют.

Важно! Витки обмотки должны плотно прилегать друг к другу. Провод не должен иметь перегибов и петель.

Готовую обмотку обязательно покрывают сверху электротехническим лаком или эпоксидной смолой для исключения сдвига витков.

Для вторичной обмотки нужен более серьезный провод с сечением не менее 10 мм2. Это соответствует проводу с диаметром 3.6 мм. Если есть толще, то так даже лучше.

Обратите внимание! Поскольку система работает на высокой частоте, то, благодаря скин-эффекту, ток распространяется в поверхностном слое провода, поэтому вместо него можно взять тонкостенную медную трубку. Скин-эффект – еще одно оправдание большого диаметра провода вторичной обмотки.

Диаметр витков вторичной обмотки должен быть в два раза больше первичной, то есть 100 мм. Вторичку можно намотать на отрезке канализационной трубы 110 мм или на любом другом простом каркасе. Труба или подходящая болванка нужны только для процесса намотки. Жесткая обмотка в каркасе нуждаться не будет.

Для вторичной обмотки количество витков составляет 5-6. Есть несколько вариантов конструкции вторичной обмотки:

  • Сплошная;
  • С расстоянием между витками 20-30 мм;
  • Конусообразная с теми же расстояниями.

Конусообразная представляет наибольший интерес, поскольку расширяет диапазон настройки (имеет более широкую частотную полосу). Нижний первый виток делается диаметром 100 мм, а верхний доходит до 150-200 мм.

Важно! Необходимо строго выдерживать расстояние между витками, а поверхность провода или трубки нужно сделать гладкими (в лучшем случае отполировать).

Схема запитки

Для первоначального запуска необходима схема, которая подает на трансформатор генератора Тесла импульс энергии. Далее генератор переходит в автоколебательный режим и постоянно во внешнем питании не нуждается.

На сленге разработчиков устройство для запитки именуется «качер». Те, кто знаком с электроникой, знают, что правильное название устройства – блокинг-генератор (ударный генератор). Подобное схемотехническое решение вырабатывает однократный мощный электрический импульс.

Разработано много вариантов блокинг-генераторов, которые делятся на три группы:

  • На электронных лампах;
  • На биполярных транзисторах;
  • На полевых транзисторах с изолированным затвором.

Ламповый электромагнитный генератор на мощных генераторных лампах работает с высокими выходными параметрами, но его конструирование затрудняется наличием комплектующих. Кроме того, требуется не двух,- а трехобмоточный трансформатор, поэтому ламповые блокинг-генераторы в настоящее время встречаются редко.

Ламповый блокинг-генератор

Самое широкое распространение получили качеры на биполярных транзисторах. Их схемотехника хорошо отработана, настройка и регулировка просты. Используются транзисторы отечественного производства 800-й серии (КТ805, КТ808, КТ819), которые имеют хорошие технические параметры, широко распространены и не вызывают финансовых затруднений.

Блокинг-генератор на биполярном транзисторе

Распространение мощных и надежных полевых транзисторов сделало возможным конструирование блокинг-генераторов с повышенным КПД благодаря тому, что MOSFET или IGBT транзисторы имеют лучшие параметры по падению напряжения на переходах. Кроме роста КПД, становится менее проблематичной проблема охлаждения транзисторов. Проверенные схемы используют транзисторы IRF740 или IRF840, также недорогие и надежные.

Схема на полевом транзисторе

Перед тем, как собрать генератор в готовую конструкцию, еще раз перепроверьте качество изготовления всех комплектующих. Соберите конструкцию и подайте на нее питание. Переход в автоколебательный режим сопровождается наличием напряжения на обмотках трансформатора (на выходе вторички). Если напряжение отсутствует, то необходима настройка частоты блокинг-генератора в резонанс с частотой трансформатора.

Важно! При работе с генератором Тесла необходимо соблюдать повышенную осторожность, поскольку при запуске в первичной обмотке наводится высокое напряжение, способное привести к несчастному случаю.

Применение генератора

Генератор Тесла и трансформатор конструировались изобретателем как универсальные устройства для беспроводной передачи электрической энергии. Никола Тесла неоднократно проводил эксперименты, подтверждающие его теорию, но, к сожалению, следы отчетов по передаче энергии также оказались утеряны или надежно спрятаны, как и многие другие его конструкции. Разработчики только недавно начали конструировать устройства для передачи энергии, но и то на сравнительно малые расстояния (беспроводные зарядные устройства для телефонов – хороший пример).

В эпоху неотвратимого истощения запасов невосполняемых природных ресурсов (углеводородного топлива) разработка и конструирование устройств альтернативной энергетики, в том числе бестопливного генератора, имеет высокое значение. Электрогенератором на свободной энергии при его достаточной мощности можно пользоваться для освещения и отопления домов. Не следует отказываться от исследований, ссылаясь на отсутствие опыта и профильного образования. Многие важные изобретения сделаны людьми, которые были профессионалами в совершенно других областях.

Видео

Источник



Генератор переменного тока. Трансформатор

Урок 16. Физика 11 класс ФГОС

Доступ к видеоуроку ограничен

Конспект урока «Генератор переменного тока. Трансформатор»

На одном из прошлых уроков мы с вами знакомились с переменным электрическим током и его свойствами. Мы узнали, что основная часть электроэнергии в мире вырабатывается с помощью электромеханических индукционных генераторов переменного тока, создающими синусоидальное напряжение.

Индукционным генератором переменного тока называется устройство, предназначенное для преобразования механической энергии в энергию переменного тока.

Напомним, что основными частями индукционного генератора переменного тока являются:

индуктор — это постоянный магнит или электромагнит, который создаёт магнитное поле;

якорь — это обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС;

и колле́ктор — контактные кольца и скользящие по ним контактные пластины (щётки), с помощью которых ток снимается или подводится к вращающимся частям.

Вращающаяся часть индукционного генератора называется ротором, а неподвижная — статором.

Как вы знаете, электрический ток вырабатывается на различного рода электростанциях. А выработанная на них электроэнергия передаётся потребителю с помощью линий электропередач (сокращённо ЛЭП). Вроде бы всё просто, но тут есть несколько нюансов. Дело в том, что потребители электричества есть повсюду. А вот производится она в сравнительно немногих местах и, как правило, близко к источникам топливо- и гидроресурсов. Помимо этого электроэнергию невозможно законсервировать в огромных масштабах, поэтому она должна быть потреблена сразу же после получения. Поэтому существует необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния. Однако при передаче электроэнергии неизбежны потери энергии, так как ток, проходя по проводам линии, нагревает их. Энергия тока, идущая на нагревание проводов линии передачи, является потерянной энергией.

Читайте также:  Магнитного поля катушки с током стальной сердечник

Чтобы передача электрической энергии была экономически выгодной, необходимо потери на нагревание проводов сделать возможно малыми. Но как это осуществить? Закон Джоуля — Ленца указывает на два различных пути решения этой проблемы. Один путь — уменьшить сопротивление проводов линии передачи. Это можно сделать, взяв провода с большим сечением. Выясним на примере осуществимо ли это практически.

Пусть на электростанции установлен генератор постоянного тока мощностью 200 кВт, создающий напряжение 120 В. Требуется передать вырабатываемую генератором энергию на расстояние 10 км от станции. Какого сечения нужно взять медные провода, чтобы потери в линии передачи не превышали 10 % от передаваемой мощности?

Практически это значит, что такой способ передачи энергии невозможен.

Другой путь, ведущий к уменьшению потерь энергии в линии передачи, заключается в уменьшении тока в линии передачи. Но при данной мощности уменьшение тока возможно лишь при увеличении напряжения. Пусть теперь та же мощность в 200 кВт передаётся при напряжении 12 кВ. Тогда сила тока в линии электропередач составит примерно 16,67 А (то есть в сто раз меньше, чем в предыдущем случае). Так как величина тока уменьшилась в сто раз, то при тех же потерях мощности в ЛЭП сопротивление линии передачи увеличится в 100 2 раз, то есть в 10 000. А вот сечение проводов в 10 000 раз уменьшиться и станет равным 4,86 мм 2 . Значит и вес меди, идущей на изготовление провода, уменьшится в те же 10 000 раз. Следовательно, передача энергии станет практически возможной.

Таким образом, при передаче электроэнергии на большие расстояния необходимо пользоваться высоким напряжением. При этом чем длиннее линия передачи, тем более высокое напряжение в ней используется/

Поэтому при передаче энергии на большие расстояния приходится повышать напряжение тока, получаемого от генераторов, что осуществляется при помощи трансформаторов.

Трансформатор — это устройство, служащее для преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте.

Днём рождения трансформатора переменного тока считается 30 ноября 1876 года — это дата получения патента Павлом Николаевичем Яблочковым на устройство, предназначенное для питания изобретённых им же электрических свечей — нового в то время источника света.

В основе работы любого трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Рассмотрим схему простейшего трансформатора. Итак, он состоит из двух изолированных катушек (обмоток) с разным числом витков в них. Обмотки находятся на сердечнике, который состоит из отдельных стальных пластин, собранных в замкнутую раму той или иной формы.

Приложим к концам левой обмотки, которую мы будем называть первичной, переменное напряжение (от сети или генератора). По обмотке пойдёт переменный ток, который намагнитит сталь сердечника, создав в нём переменный магнитный поток. По мере нарастания тока будет расти и магнитный поток в сердечнике, изменение которого возбудит в витках катушки ЭДС самоиндукции, мгновенное значение которой равно первой производной магнитного потока через поверхность, ограниченную одним витком, по времени:

Переменный магнитный поток, возникающий в сердечнике трансформатора, пронизывает и витки вторичной обмотки, возбуждая в каждом из них такую же по величине ЭДС индукции, что и в каждом витке первичной обмотки.

Если первичная обмотка имеет N1 витков, а вторичная — N2 витков, то в обмотках индуцируются (без учёта потерь на рассеивание магнитного потока) соответственно электродвижущие силы «ЭДС один» и «ЭДС два»:

Разделив почленно первое уравнение на второе, получим, что возникающие в катушках ЭДС индукции (самоиндукции) пропорциональны числу витков в них:

Обычно активное сопротивление обмоток катушек очень мало и им часто пренебрегают. Поэтому приложенное к концам первичной обмотки напряжение можно считать примерно равным возникающей в ней ЭДС самоиндукции, взятой с обратным знаком:

Если цепь вторичной обмотки трансформатора разомкнута (это так называемый холостой ход трансформатора), то тока в ней нет, и напряжение на зажимах вторичной обмотки, равно индуцированной в ней ЭДС взятой с обратным знаком:

Мгновенные значения обеих ЭДС изменяются синфазно (то есть одновременно достигают максимумов и минимумов). Поэтому их значения можно заменить отношением действующих значений ЭДС или, учитывая предыдущие равенства, отношением действующих значений напряжений:

Величину К, равную отношению числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке, называют коэффициентом трансформации.

В том случае, когда нужно повысить напряжение, вторичная обмотка устраивается с большим числом витков (это повышающий трансформатор):

В случае же, когда надо понизить напряжение, вторичная обмотка трансформатора берётся с меньшим числом витков (это понижающий трансформатор):

Пока вторичная обмотка разомкнута, трансформатор работает вхолостую. При холостом ходе он потребляет небольшую энергию, так как ток, намагничивающий стальной сердечник вследствие большой индуктивности катушки, очень мал. Передача энергии из первичной цепи во вторичную при холостом ходе отсутствует.

Нагрузим наш трансформатор, замкнув через нагрузку цепь его вторичной обмотки (это так называемый рабочий ход трансформатора). В этом случае происходит непрерывная передача энергии из первичной обмотки трансформатора в его вторичную обмотку. При этом мощность, выделяемая в первичной цепи и выделяемая на нагрузке, будут определяться уравнениями, представленными на экране:

Напомним, что здесь cos φ определяет коэффициент мощности переменного тока. Зная мощности тока в первичной и вторичной цепи трансформатора, можно найти коэффициент полезного действия последнего:

Согласно закону сохранения и превращения энергии, мощность тока во вторичной цепи должна бы быть равна мощности в первичной цепи:

В действительности же это равенство не соблюдается, так как при работе трансформатора имеются потери на нагревание обмоток трансформатора, на вихревые токи в сердечнике и на перемагничивание сердечника; однако потери эти невелики и сдвиги фаз между колебаниями силы тока и напряжения близки к нулю.

Поэтому трансформатор принадлежит к числу наиболее совершенных преобразователей энергии. А их коэффициент полезного действия достигает девяноста девяти процентов (99 %).

Иногда потерями в трансформаторе можно пренебречь и считать его КПД равным 100 %. Тогда из равенства мощностей первичной и вторичной цепи следует, что нагрузочные токи в первичной и вторичной обмотках трансформатора обратно пропорциональны приложенным к ним напряжениям:

Это означает, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот).

Для закрепления материала, решим с вами такую задачу. Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 350 витков, включён в сеть с напряжением 220 В. Ко вторичной обмотке трансформатора, имеющей 155 витков, включён потребитель сопротивлением 80 Ом. Какова сила тока во вторичной цепи, если падение напряжения на потребителе равно 70 В? Чему равно сопротивление вторичной катушки?

В заключение отметим, что напряжение, вырабатываемое генераторами на различных электростанциях, обычно не превышает 20 кВ. В то время, как мы показали ранее, для оптимальной передачи электричества на большие расстояния требуется напряжение в несколько сотен киловольт. Поэтому ток с электростанции сначала подаётся на расположенную неподалёку повышающую трансформаторную подстанцию, а затем — в линии электропередач. Но поскольку очень высокое напряжение не может быть предложено потребителю, то в конце линии его подают поочерёдно на несколько трансформаторных подстанций, понижающих напряжение до 380 В или 220 В. И лишь потом электроэнергию получают жилые дома и предприятия.

Источник