Energia mängib olulist rolli mitte ainult elu jaoks Maal, vaid ka kõigis muutustes universumis. Energia muundumine muudab pidevalt oma vormi.

Selle vormid on erinevad ja võivad olla:

• keemiline
• elektromagnetiline
• valgus
• tuumaenergia
• gravitatsiooniline
• mehaanilised
• sisemised või osakeste sidemed.

Keemiline

Näiteks bensiinisegu komponentide põlemisel autos muutub tühine osa puhkeaja füüsilisest kogusest soojuseks ehk osakeste liikumiseks. Kolbide abil muundatakse soojus auto kineetiliseks liikumisvormiks.

Samamoodi on söe, bensiini, puidu ja muude kütuste põletamine (oksüdatsioon) peamine viis ainest saadava energia muundamiseks soojuseks ja valguseks. See on aga väga ebaefektiivne meetod, sest aine puhkejõu füüsilisest väärtusest vabaneb vähem kui üks miljardik.

Näiteks ühest kilogrammist kivisöest eraldub umbes 5000 kcal soojust, mis on ligikaudu 5 kWh energiat.

Teame, et üks kg ainet (koos kivisöega) sisaldab 25 miljardit kWh energiat.

Seega kulub põlemisel vähem kui üks osa miljardist ning kõik muu jääb tuha ja suitsu sisse. Seega näeme, et põlemine, mis on praegu inimkonna peamine energiaallikas, on uskumatult ebatõhus viis selle saamiseks ainest.

Peamine keemiline reaktsioon kõigis elusorganismides on oksüdatsioon. Inimkeha saab hingamise käigus õhust hapnikku, toitumise käigus orgaanilistes molekulides (suhkrus, valkudes jne) seotud süsinikku ja vesinikku. Süsiniku ja vesiniku oksüdeerumisel muundub energia, mis on vajalik kõigi organismi elutähtsate protsesside jaoks.

Iga keemiline reaktsioon tähendab aatomite ümberpaigutamist molekulides. See viiakse läbi aatomite vahelise elektromagnetilise interaktsiooni osalusel.

elektromagnetiline

Seal on kaks komponenti, elektriline ja magnetiline, mis interakteeruvad ja tekitavad üksteist. Generaatoris või dünamos muundatakse liikumine elektriliseks liikuvaks väljaks.

Elektriline komponent suudab erinevate seadmete abil muuta energiat soojus-, valgus-, mehaaniliseks, läbi ruumi levivateks elektromagnetlaineteks jne.

Helendav

Reflektorlampides muundatakse elekter footonite liikumiseks, valguseks, mis omakorda neeldub teekattesse ja muutub soojuseks ehk molekulide kineetiliseks vormiks.

Universum koosneb osakestest ja footonitest, mis on valguslaine või elektromagnetkiirguse kvantid. See põhilised elementaarosakesed. Nende vahel toimub pidev energiavahetus. Näiteks aine kiirgab pidevalt footoneid ja samal ajal neelab neid. Teised protsessid, kus toimub energia muundumine nende universumi koostisosade vahel, on annihilatsioon ja materialiseerumine.

Tuuma interaktsioon

Tuumajõud on palju tugevam kui elektromagnetiline jõud. See on võimeline vabastama ainest mitu miljonit korda suuremat energiat kui elektromagnetiline interaktsioon. Tuumaelektrijaamas saadakse tuumajõudude abil umbes tuhandendik uraani ülejäänud energiast.

Tähed suudavad seda isegi paremini kui inimene. Vesiniku muutmisel rauaks, mis toimub raskete tähtede sügavustes, vabaneb peaaegu üks protsent vesiniku energiapotentsiaalist.

Päike vabastab energiat samamoodi nagu vesinikupomm, sulatades kerged elemendid rasketeks. Erinevus seisneb selles, et Päike teeb seda palju täiuslikumalt, puhtalt, ainult elu säilitamise, mitte selle hävitamise pärast. Seetõttu pakub see elu Maal.

Elektromagnetilised jõud (elektroni ühendamine tuumaga või molekulide ühendamine kristallideks) on alati väga ebaefektiivsed.

Gravitatsioon

Ja gravitatsioonijõud on võimeline tõhusalt energiat muundama, kuid seda ainult hiiglasliku massiga kosmilistes kehades, näiteks massiivsetes tähtedes, kompaktsetes galaktika tuumades jne. Seal suudab gravitatsioon mateeriast välja pigistada peaaegu poole võimalikust .

Maa on suhteliselt väike keha, mistõttu pole gravitatsiooni abil võimalik sellele suurt väärtust saada.

Mehaaniline

Kõige seletatavam, mis koosneb töövõime kineetilisest ja potentsiaalsest mõõdust.

Objekti väga mehaaniline liikumine võib kaasa aidata energia muundumisele ühest tüübist teise. Looduses leidub selle transformatsiooni fenomeni kõikjal.

Seda ahelat, milles toimub energia muundumine ühest vormist teise, võiks jätkata lõputult.

Energia jäävuse seadus on tõesti vankumatu ning teaduse ja tehnika sajanditepikkune kogemus on õpetanud teadlasi sellele aluseks võtma. Looduse ja kogu universumi põhiseadustele tuginedes on inimkond praegu loonud kolossaalsel hulgal tehnilisi seadmeid, mida võiks lõputult loetleda. Väga paljudest sellistest seadmetest võib näitena tuua vaid mõne.

Vibu ja nooled, ratas, aer, puri, kang, kompass, püssirohi, mikroskoop ja teleskoop, aurumasin, telegraaf, dünamiit ja elektrimootor, hõõglamp, trafo, aku, aatomipomm, transistor, laser, tehissatelliidid ja kosmoseaparaadid.

Kõikjal järgitakse rangelt energia jäävuse seadust: vibu nööri tõmmates teeb inimene tööd, vibu kaar aga talletab potentsiaalset energiat, mis seejärel muundub suurel kiirusel lendava noole kineetiliseks energiaks; ratas, aer ja kang viivad meid hammasrataste ja hammasrataste juurde, pöördemomendi, jõudude ja nurkkiiruse teisenemiseni ning siin toimub jällegi energia muundumine; aku võimaldab muuta keemilise energia elektrienergiaks ja generaator - mehaanilist energiat elektrienergiaks jne.

Kõikjal toimub energia muundumine. Muidugi võime öelda, et mehaaniline energia kulub ära ja elektrienergia tekib justkui loodud, kui me räägime elektrigeneraatorist, kuid see on pidev energia muundamise protsess - selle pidev üleminek ühest vormist teise.

Kuigi looduses ei esinenud energia jäävuse seaduse ilmseid rikkumisi, tegid paljud mineviku leiutajad, sealhulgas suur Leonardo da Vinci, palju katseid ehitada selline seade, mis võiks töötada lõputult ilma energiaressursse tarbimata ( niinimetatud esimest tüüpi igavene mootor).

Ja kaasaegsed teadlased jätkavad selliste katsete tegemist. Teadlaste sõnul on see võimatu lihtsalt seetõttu, et siis rikutaks termodünaamika esimest seadust, mis ütleb: "igas isoleeritud süsteemis jääb energiavarustus konstantseks." Tõepoolest, kujutage ette süsteemi, mis on keskkonnast täielikult isoleeritud, nii et ei aine ega energia ühelgi kujul ei saa sinna siseneda ega sealt lahkuda.

Isegi kui on elementaarne püüda ette kujutada sellist reaalsuses eksisteerivat isoleeritud süsteemi, mille sees midagi toimub, energia muundub, mingid protsessid toimuvad ja väljaspool on kõik nii nagu oli ja muutumatu, siis mis oleks selle süsteemi tähendus? Mitte ühtegi.

Teist tüüpi igiliikuri idee on vastuvõetamatu ka vastuolu tõttu termodünaamika teise seadusega, mis ütleb: "Ringprotsess on võimatu, mille ainsaks tulemuseks oleks töö tootmine jahutamise teel. soojusmahuti."

Omal ajal sai sellel alal tuntuks üks Euroopa käsitööline Johann Ernst Elias Bessler, tuntud kui Orferius. 1717. aastal, soovides ilmselt leida maailmakuulsust ja raha, demonstreeris ta avalikkusele iseliikuvat neljameetrist puidust ratast, mis pöörles pidevalt ümber telje, vaatamata väljastpoolt nähtavale ajamimehhanismide puudumisele.

Saladuse paljastamise eest küsis leiutaja toona väga suurt rahasummat. Paljud teadlased tulid ja veendusid, et ratas pöörleb peatumata, ja jätkas pöörlemist isegi kaks kuud pärast esimest demonstratsiooni. See oli tõeline sensatsioon, kuulujutud levisid Euroopast väljapoole.

Isegi Peeter Suur kavandas 1725. aastaks reisi leiutaja juurde. Kuid juba enne Peetri reisi Saksamaale, leiutaja kodumaal, skandaaliga, selgus, et tema neiu koos Orpheriuse vennaga pani ratta pöörlema. Suure ratta õõnsas disainis oli veel peidetud jõuülekanne, millest pits läks spetsiaalselt kohandatud salaruumi. Pärast paljastamist hävitas leiutaja ratta oma kätega ja lahkus oma linnast.

Tuleme tagasi tänasesse päeva. Kui sisestate Youtube'i otsingumootorisse või "tasuta energia", siis ilmneb nn teostuste rohkus tänapäeva maailmas. Reeglina on need autonoomsed konstruktsioonid, mis teevad elektritöid hõõglampide või elektrimootorite toiteks.

Alates 2011. aastast ilmuvad internetti regulaarselt videod, kus teatud elektri- või elektromehaaniline muundur ühendatakse mitmeks sekundiks aku, aku või 220-voldise võrguga, mille järel lülitatakse toide välja ja seade annab voolu koormuse ja sõna otseses mõttes "toidab ennast ise".

Püsimagnetitel on ka täiesti mõeldamatuid võimalusi, mis annavad generaatori rootorile pideva pöörlemise, millele on lampide kujul ühendatud koormus. See tundub uskumatu, sest tundub, et seade kas toodab energiat teadmata viisil, rikkudes kõiki teadaolevaid füüsikaseadusi või eksitab video autor avalikkust meelega, püüdes meelelahutust või pettusega tulu teenida.

Kuid tahes-tahtmata tekib küsimus selliste toimingute otstarbekuse kohta, sest reklaamidel ei teeni te palju ja võltsingute avalikud demonstratsioonid paljastatakse varem või hiljem. Kes peab neid kahtlaseid trikke tegema ja miks?

Sageli väidavad leiutajad, et nende seadmete muundatav energia on keskkonnast saadav energia – energia, mida teatud tingimustel saab koguda ja muuta soovitud pingega alalis- või vahelduvvooluks.

Suurt tähtsust omistatakse elektrilise resonantsi nähtusele, maanduse kvaliteedile ja kõrgepinge kasutamisele, mille tõttu leiutajate sõnul luuakse tingimused nende seadmete energiaga varustamiseks.

Pidevalt ilmub ka kuulsa teadlase nimi. Tõepoolest, elektriline resonants elektrimuunduris on seisund, mil muundur töötab suurima efektiivsusega, täpselt nii ütles ja kirjutas ka Tesla ise oma muundurite kohta.

Lisaks väitis üks selle uue suuna uurijatest ühel esimestest palju müra tekitanud demonstratsioonidest, et just Tesla ahelaid arendades õnnestus tal see uskumatu efekt saada. Ta suutis muundada keskkonnast saadava energia kasutatavasse vormi. See Gruusiast pärit geniaalne leiutaja inspireeris oma eduka eeskujuga paljusid eksperimenteerijaid üle maailma sõltumatutele uuringutele.

Teine Tesla järgija, kes arendas oma ideid elektrienergia tootmise, muundamise ja edastamise kohta, oli (suri hiljuti, umbes 90-aastaselt loomulikul teel) Ameerika teadlane Donald Lee Smith, kes oli naftatööstuse töötaja. aastaid uuris kõiki olemasolevaid teoreetilisi andmeid Maa energia, elektri- ja magnetväljade kohta ning ehitas oma ideede põhjal kõrgepinge resonantsseadmeid, mis võiksid olla ka keskkonnast saadava energia vastuvõtjad.

Tesla ideid arendades ehitas Smith rohkem kui 200 erinevat seadet, millest igaüks võis toita palju suurema võimsusega elektrikoormust, kui seade ise näiteks akust tarbis.

1996. aasta avalikul demonstratsioonil demonstreeris Smith laiale publikule üht neist seadmetest, millega ta toitis 10 100-vatist hõõglampi ning seade ise vajas ainult maandust ja 12-voldise aku algenergiaallikat. võimsusega 6 ampritundi.

Testijad tõdesid, et kui seade töötaks lihtsalt võimendusinverteri põhimõttel, siis aku peaks andma voolu 83 amprit, mis on ebareaalne nii väikese aku kohta, millega käivitati.

Smithi disainilahendused inspireerivad ka paljusid katsetajaid ning tema seadmete edukaid koopiaid on juhtunud paljudes maailma riikides.

Nii endise Nõukogude Liidu territooriumil kui ka Euroopas leidub tänu oma tööle juba kuulsaks saanud eksperimenteerijaid, raadioamatööre, kes demonstreerivad sarnaseid elektripaigaldisi, mis aku toitel on võimelised andma mitu kilovatti elektrienergiat. koorma juurde. Nagu eelmistel juhtudel, väidetakse, et seadmetes on peamine resonants, kõrge pinge ja kvaliteetne maandus.

Siinkohal oleks paslik meenutada, et meie planeedil on väga suur negatiivne elektrilaeng ning atmosfääri ülemistel kihtidel, ionosfääril kuni termosfäärini, on kosmiliste kiirte tugeva ionisatsiooni tõttu suur positiivne elektrilaeng.

Täiesti võimalik, et just see energia muundatakse seadmete abil kuidagi kasutamiseks vastuvõetavale kujule, sest ka maapinna lähedasel elektriväljal on mingi reaalne intensiivsus. Meeleavaldused toimuvad kõige tavalisemates elutingimustes, seega on paljude neid videoid vaatavate Interneti-kasutajate kahtlused ja vihased kommentaarid neile üsna loomulikud ja loogilised.

Samuti on ebaharilike generaatorseadmete mehaanilised variandid, kui ajam toimub asünkroonse või kollektormootori abil, siis kiirust vähendatakse ülekande abil, suurendades pöördemomenti, mis seejärel edastatakse multi-mootori võllile. poolus (madala kiirusega) alalis- või vahelduvvoolugeneraator. Generaator toidab koormust ja ajamimootorit.

Tundub võimatu, kuid on juhtumeid, kus on väga kindlaid tõendeid selle kohta, et mõne riigi ettevõte teeb selliseid süsteeme, rendib või isegi müüb. Näiteks hiljuti Rumeenias demonstreeritud installatsioon.

Autor käivitas mehaanilise süsteemi pistikupesast ja kasutas seejärel seadme väljatöötatud energiat veski, ketassae ja võimsa toiteks. Stabiliseeriv hooratas, mille pöörlemist oli selgelt jälgitav, jätkas pöörlemist, mis näitab, et paigaldise töötamise ajal hoiti pidevalt teatud energiataset. Muidugi langes kriitikatuln ka selle leiutaja peale.

Rumeenia teadlase enda sõnul töötab tema seade tänu mehaanikale.

Vahepeal tekib küsimus, kas üldiselt on õigustatud pidada erinevat tüüpi energiat ja tööd täiesti identseks? Võib-olla on see põhjus selliste alternatiivsete energiaseadmete ehitamiseks?

Teisisõnu, siin võib olla palju arvamusi. Fakt on tõsiasi, et loodus on endiselt täis palju mõistatusi, mida pole õpikutes kirjas ja mida inimkond peab veel uurima ja kasulikus suunas suunama. Uskuda või mitte uskuda – las igaüks otsustab ise.

Elektrimasinad jagunevad otstarbe järgi kahte põhitüüpi: elektrigeneraatorid Ja elektrimootorid. Generaatorid on ette nähtud elektrienergia tootmiseks ja elektrimootorid on ette nähtud vedurite rattakomplektide käivitamiseks, ventilaatorite, kompressorite jne võllide pööramiseks.

Elektrimasinates toimub energia muundamise protsess. Generaatorid muudavad mehaanilise energia elektrienergiaks. See tähendab, et generaatori töötamiseks on vaja selle võlli mingi mootoriga pöörata. Näiteks diiselveduril juhib generaatorit diiselmootor, soojuselektrijaamas - auruturbiin,.

Elektrimootorid seevastu muudavad elektrienergia mehaaniliseks energiaks. Seega, et mootor töötaks, peab see olema juhtmetega ühendatud elektrienergia allikaga või, nagu öeldakse, lülitatud elektrivõrku.

Iga elektrimasina tööpõhimõte põhineb elektromagnetilise induktsiooni nähtuste kasutamisel ja elektromagnetiliste jõudude esinemisel juhtide koostoimel voolu ja magnetväljaga. tekivad nii generaatori kui ka elektrimootori töötamise ajal. Seetõttu räägivad nad sageli elektrimasinate generaatori ja mootori töörežiimidest.

Pöörlevates elektrimasinates osalevad energia muundamise protsessis kaks põhiosa: armatuur ja induktiivpool koos mähistega, mis liiguvad üksteise suhtes. Induktiivpool loob masinas magnetvälja. Armatuuri mähises. ja tekib elektrivool. Kui armatuuri mähises olev vool interakteerub magnetväljaga, tekivad elektromagnetilised jõud, mille kaudu toimub masinas energia muundamise protsess.

Energia muundamise protsessi rakendamisest elektrimasinas

Poincaré ja Barkhauseni peamistest elektrienergia teoreemidest tulenevad järgmised sätted:

1) mehaanilise ja elektrienergia otsene vastastikune muundamine on võimalik ainult siis, kui elektrienergia on vahelduvvoolu energia;

2) sellise energia muundamise protsessi läbiviimiseks on vajalik, et selleks ettenähtud elektriahelate süsteemis toimuks kas muutuv elektriinduktiivsus või muutuv elektriline mahtuvus,

3) vahelduvvoolu energia muundamiseks alalisvoolu energiaks on vajalik, et selleks ettenähtud elektriahelate süsteem oleks muutuva elektritakistusega.

Esimesest positsioonist järeldub, et mehaanilist energiat saab elektrimasinas muundada ainult vahelduvvoolu energiaks või vastupidi.

Selle väite näiline vastuolu alalisvoolu elektrimasinate olemasolu faktiga lahendatakse sellega, et "alalisvoolumasinas" on meil kaheastmeline energia muundamine.

Seega on meil alalisvoolu elektrimasina generaatori puhul masin, milles mehaaniline energia muundatakse vahelduvvooluenergiaks ja see viimane tänu spetsiaalse seadme olemasolule, milleks on "muutuv elektritakistus". muundatakse alalisvooluenergiaks.

Elektrimootori puhul kulgeb protsess ilmselgelt vastupidises suunas: elektrimasinale antava alalisvoolu energia muundatakse eelmainitud muutuva takistuse abil vahelduvelektrivoolu energiaks ja viimane. mehaaniliseks energiaks.

Ülalmainitud muutuva elektritakistuse rolli täidab "libisev elektriline kontakt", mis tavapärases "alalisvoolukommutaatormasinas" koosneb "elektrimasinaharjast" ja "elektrimasina kollektorist" ning "unipolaarses". DC elektrimasin" elektrimasina harjast" ja "elektrimasina kontaktrõngastest".

Kuna elektrimasinas energia muundamise protsessi loomiseks on vajalik, et selles oleks kas "muutuv elektriline induktiivsus" või "muutuv elektriline mahtuvus", siis saab elektrimasinat valmistada kas elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel. või elektrilise induktsiooni põhimõttel. Esimesel juhul saame "induktiivse masina", teisel - "mahtuvusmasina".

Mahtuvuslikud masinad ei oma veel praktilist tähtsust. Tööstuses, transpordis ja igapäevaelus kasutatavad elektrimasinad on induktiivmasinad, mille taha on praktikas juurdunud lühinimetus "elektrimasin", mis on tegelikult laiem mõiste.

Elektrigeneraatori tööpõhimõte.

Lihtsaim elektrigeneraator on magnetväljas pöörlev mähis (joon. 1, a). Selles generaatoris on pööre 1 armatuuri mähis. Induktiivpool on püsimagnetid 2, mille vahel armatuur 3 pöörleb.

Riis. 1. Lihtsaima generaatori (a) ja elektrimootori (b) skemaatilised skeemid

Kui mähis pöörleb teatud pöörlemissagedusega n, siis selle küljed (juhid) lõikuvad voo Ф magnetvälja jõujoontega ja e indutseeritakse igas juhis. d.s. e. 1 ja armatuuri pöörlemissuund e. d.s. lõunapooluse all asuvas juhis on parema käe reegli järgi suunatud meist eemale ja e. d.s. põhjapooluse all asuvas juhis - meile.

Kui ühendada armatuurimähisega elektrienergia 4 vastuvõtja, siis läbi suletud ahela liigub elektrivool I. Armatuurimähise juhtides suunatakse vool I samamoodi nagu e. d.s. e.

Uurime välja, miks on vaja kulutada diiselmootorilt või turbiinilt (primaarmootorilt) saadud mehaanilist energiat armatuuri magnetväljas pööramiseks. Kui vool i läbib magnetväljas paiknevaid juhte, mõjub igale juhile elektromagnetiline jõud F.

Kui on näidatud joonisel fig. 1 ja voolu suunas, vastavalt vasaku käe reeglile, mõjub lõunapooluse all asuvale juhile vasakule suunatud jõud F ja paremale suunatud jõud F paremale asuvale juhile. põhjapooluse all. Need jõud koos loovad elektromagnetilise momendi M, mis on suunatud päripäeva.

Arvestades joonist fig. 1 ja see on selge generaatori elektrienergia tagastamisel tekkiv elektromagnetmoment M on suunatud juhtide pöörlemisele vastupidises suunas, seetõttu on tegemist pidurdusmomendiga, mis kipub aeglustama generaatori armatuuri pöörlemist.

Armatuuri seiskumise vältimiseks on vaja armatuuri võllile rakendada väline pöördemoment Mvn, mis on vastupidine momendile M ja sellega võrdne. Võttes arvesse hõõrdumist ja muid masina sisemisi kadusid, peab väline pöördemoment olema suurem kui generaatori koormusvoolu tekitatud elektromagnetiline pöördemoment M.

Järelikult on generaatori normaalse töö jätkamiseks vaja anda sellele mehaaniline energia väljastpoolt - pöörata selle armatuur mõne mootoriga 5.

Koormuse puudumisel (generaatori avatud välise vooluringiga) toimub generaatori tühikäigurežiim. Sel juhul on diislilt või turbiinilt vaja ainult nii palju mehaanilist võimsust, kui on vaja hõõrdumise ületamiseks ja muude generaatori sisemiste energiakadude kompenseerimiseks.

Generaatori koormuse ehk tema poolt antud elektrivõimsuse Rel suurenemisega suureneb armatuurimähise juhte läbiv vool I ja sellest tekkiv pidurdusmoment M. Seetõttu suureneb mehaaniline võimsus Pmx, mida normaalse töö jätkamiseks peab generaator saama diiselmootorilt või turbiinidelt.

Seega, mida rohkem elektrienergiat tarbivad näiteks diiselveduri elektrimootorid diiselgeneraatorist, seda rohkem mehaanilist energiat võtab see seda pöörlevalt diiselmootorilt ja seda rohkem tuleb diiselmootorile kütust anda.

Elektrigeneraatori ülaltoodud töötingimustest järeldub, et see on sellele iseloomulik:

1. kokkulangevus voolu i ja e suunas. d.s. armatuuri mähise juhtides. See näitab, et masin tarnib elektrienergiat;

2. elektromagnetilise pidurdusmomendi M, mis on suunatud armatuuri pöörlemise vastu. See tähendab, et masin peab saama mehaanilist energiat väljastpoolt.

Elektrimootori tööpõhimõte.

Põhimõtteliselt on elektrimootor valmistatud samamoodi nagu generaator. Lihtsaim elektrimootor on armatuuril 3 paiknev mähis 1 (joonis 1, b), mis pöörleb pooluste 2 magnetväljas. Mähise juhid moodustavad armatuuri mähise.

Kui ühendate mähise elektrienergia allikaga, näiteks elektrivõrguga 6, siis hakkab iga selle juhi kaudu voolama elektrivool I. See vool, mis interakteerub pooluste magnetväljaga, tekitab elektromagnetilisi jõude. F.

Kui on näidatud joonisel fig. 1, b voolu suunas mõjub lõunapooluse all asuvale juhile paremale suunatud jõud F ja põhjapooluse all asuvale juhile vasakule suunatud jõud F. Nende jõudude koosmõjul tekib vastupäeva suunatud elektromagnetiline pöördemoment M, mis paneb armatuuri koos juhiga pöörlema ​​teatud sagedusega n. Kui ühendate armatuuri võlli mis tahes mehhanismi või seadmega 7 (diiselveduri või elektriveduri rattapaar, tööpink jne), siis elektrimootor paneb selle seadme pöörlema, st annab sellele mehaanilise energia. Sel juhul on selle seadme poolt tekitatud välismoment Mvn suunatud elektromagnetmomendi M vastu.

Uurime välja, miks koormuse all töötava elektrimootori armatuuri pöörlemisel kulub elektrienergiat. Nagu tehti kindlaks, indutseeritakse armatuurijuhtmete magnetväljas pöörlemisel igas juhis e. d.s., mille suuna määrab parema käe reegel. Seetõttu, kui on näidatud joonisel fig. 1, b pöörlemissuund e. d.s. e, mis indutseeritakse lõunapooluse all asuvas juhis, suunatakse meist eemale ja e. d.s. e, mis indutseeritakse põhjapooluse all asuvas juhis, suunatakse meie poole. Jooniselt fig. 1b on selge, et e. d.s. e, mis indutseeritakse igas juhis, on suunatud voolu vastu, st takistavad selle läbimist juhtmetest.

Selleks, et vool i jätkaks armatuurijuhtide läbimist samas suunas, st et elektrimootor jätkaks normaalset tööd ja arendaks vajalikku pöördemomenti, on vaja nendele juhtmetele rakendada välist pinget U, mis on suunatud e suunas. d.s. ja suurem kui kogu e. d.s. E, indutseeritud kõigis armatuurimähise järjestikku ühendatud juhtides. Seetõttu on vaja elektrimootorit elektrienergiaga varustada võrgust.

Koormuse puudumisel (mootori võllile rakendatav väline pidurdusmoment) tarbib elektrimootor väikese koguse elektrienergiat välisest allikast (võrgust) ja seda läbib väike tühivool. Seda energiat kasutatakse masina sisemiste võimsuskadude katmiseks.

Koormuse suurenemisega suureneb elektrimootori tarbitav vool ja selle poolt tekitatav elektromagnetiline pöördemoment. Järelikult põhjustab elektrimootori poolt eraldatava mehaanilise energia suurenemine koormuse suurenemisega automaatselt allikast võetud elektrienergia suurenemise.

Ülaltoodud elektrimootori töötingimustest järeldub, et see on sellele iseloomulik:

1. elektromagnetmomendi M ja pöörlemiskiiruse n suuna kokkulangevus. See iseloomustab masina mehaanilise energia tagastamist;

2. armatuuri mähise esinemine juhtides e. d.s., mis on suunatud voolu i ja välispinge U vastu. See tähendab, et masin peab saama elektrienergiat väljastpoolt.

Elektrimasinate pöörduvuse põhimõte

Arvestades generaatori ja elektrimootori tööpõhimõtet, leidsime, et need on paigutatud ühtemoodi ja nende masinate töös on palju ühist.

Mehaanilise energia muundamine elektrienergiaks generaatoris ja elektrienergia mehaaniliseks energiaks mootoris on seotud e induktsiooniga. d.s. magnetväljas pöörleva armatuuri mähise juhtides ning elektromagnetjõudude tekkimine magnetvälja ja juhtide koosmõjul vooluga.

Generaatori ja elektrimootori erinevus on ainult vastastikuses suunas e. d.s., vool, elektromagnetiline pöördemoment ja pöörlemiskiirus.

Generaatori ja elektrimootori käsitletud tööprotsessid kokku võttes on võimalik kindlaks teha elektrimasinate pöörduvuse põhimõte. Selle põhimõtte järgi iga elektrimasin võib töötada generaatori ja elektrimootorina ning lülituda generaatorirežiimilt mootorirežiimile ja vastupidi.

Riis. 2. Suund e. d.s. E, vool I, armatuuri kiirus n ja elektromagnetiline pöördemoment M alalisvoolu elektrimasina töötamise ajal mootori (a) ja generaatori (b) režiimides

Selle olukorra selgitamiseks kaaluge tööd erinevatel tingimustel. Kui välispinge U on suurem kui kogu e. d.s. E. kõigis armatuurimähise järjestikku ühendatud juhtmetes, siis läbib vool I joonisel fig. 2 ning suund ja masin töötavad elektrimootoriga, tarbides võrgust elektrienergiat ja andes mehaanilist energiat.

Kui aga mingil põhjusel, d.s. E muutub suuremaks välispingest U, siis muudab armatuuri mähises olev vool I oma suunda (joonis 2, b) ja langeb kokku e-ga. d.s. E. Sel juhul muutub ka elektromagnetmomendi M suund, mis on suunatud vastu pöörlemiskiirust n. Kokkusattumus suunas e. d.s. E ja vool Ma pean silmas seda, et masin hakkas võrku elektrienergiat andma ja pidurduselektromagnetilise pöördemomendi M ilmumine näitab, et see peab tarbima väljast tuleva mehaanilist energiat.

Seetõttu, kui e. d.s. Armatuurimähise juhtides indutseeritud E muutub võrgupingest U suuremaks, masin lülitub mootori töörežiimilt generaatorrežiimile, s.o E juures.< U masin töötab mootorina, kui E > U - generaatorina.

Elektrimasina üleviimine mootorirežiimilt generaatorrežiimile saab toimuda mitmel viisil: vähendades allika pinget U, millega armatuurimähis on ühendatud, või suurendades e. d.s. E armatuuri mähises.

Maa atmosfäär on tohutu ja ammendamatu energiaallikas. Õhumasside pideval liikumisel on hiiglaslik kineetiline energia, mille tegelikke mõõtmeid võib vaid aimata. Piisab, kui arvestada iga orkaani või lihtsalt tuiskava tuule tagajärgedega, et saada aimu olemasolevate energiavarude ulatusest, mille kasutamine on veel minimaalne.

Rohkem kui tõhusad viisid elektrienergia tootmiseks piiras suhteliselt hiljuti taasalustatud uurimistöö tegevust selles valdkonnas. Süsivesinike allikate puudumine, kütuse- ja energiakriisi puhkemine sunnivad meid ümber vaatama oma suhtumist alternatiivsetesse elektritootmisvõimalustesse, mille hulgas on liider.

Tuuleenergia inimese teenistuses

Tänapäeval on olemas täisväärtuslikud elektrijaamad, mis toodavad elektrit tuulevoolude abil. Neid on päris palju, selliseid jaamu on umbes 20 tuhat. Samas on ennatlik vaielda, et inimene on tuuleenergia allutanud ja kasutab seda üsna efektiivselt. Vaatamata märkimisväärsetele laekuvatele energiamahtudele on tuuleenergia võimalused endiselt ideaalsest kaugel.

Olemasolevad paigaldised on ebapiisava efektiivsusega töötingimuste keerukuse ja õhuvoolude reguleerimise võimatuse tõttu. Nende ebaühtlus on üks peamisi tööstuse arengut takistavaid põhjusi. Käimasolevad uuringud selles valdkonnas piirväärtus - 59,3%, mis on tegelikest väärtustest palju suurem, kuid üldiselt mitte piisav.

Arusaam tuuleenergia tähtsusest ja suurest potentsiaalist ühiskonnas tugevneb pidevalt. Hiina ja India, kes on saavutanud selles valdkonnas suurt edu.

Tööstuse eripäraks on energiaallika taastuv iseloom, ressursi lõputu kasutamise võimalus. Selles osas on tuuleenergia teiste elektritootmisviisidega võrreldes kõige säästvam.

Teadus- ja arendustegevus jätkub ning nende intensiivsus on viimastel aastatel märgatavalt kasvanud. Ilmuvad täiesti uued mudelid, mis kasutavad tehnikaid, mis erinevad praegu levinud tehnikatest. Projekteerijate ja teadlaste tegevus on iseenesest tunnistus tuuleenergeetika kasvavast rollist ja tagatis tuulikute arvu kasvule tulevikus.

Konversiooniseade

Tuule kineetilise energia muutmiseks elektrienergiaks on vaja kasutada vastavaid seadmeid. Kõige tavalisem muundusseade on tuuleturbiin.. See on üksus, mis koosneb mitmest sõlmest, mis täidavad tuuleenergia vastuvõtmise, edastamise ja elektrienergiaks muundamise ülesandeid.

Tuuleveskite jaoks on palju disainivõimalusi, mis täidavad sama funktsiooni, kasutades labadega tiivikut. Kõikide konstruktsioonitüüpide erinevus seisneb pöörlemistelje suunas ja pöörleva sõlme - rootori - konstruktsioonis.

Tuuleturbiinid jagunevad kahte suurde rühma, mille pöörlemistelje asukoht on erinev:

• horisontaalne
• vertikaalne

Kõige tõhusamad on horisontaalsed seadmed, mis meenutavad lennuki propellerit. Teradele mõjuvat tuulevoolu kasutatakse nii palju kui võimalik, peaaegu ilma kadudeta. Samas on pidev vajadus korrigeerida telje asendit sõltuvalt tuule suunast, mis sunnib kasutama lisaseadmeid ja seadmeid. Lihtsaim ja tõhusaim neist on lennuki sabale sarnanev sabastabilisaator, mis seab tuuliku automaatselt allatuult.

Vertikaalsetel konstruktsioonidel on oluline eelis – sõltumatus tuule suunast. Samal ajal on selliste seadmete efektiivsus mõnevõrra madalam, kuna vool mõjutab samaaegselt nii labade töö- kui ka tagumist külge, luues tasakaalustava jõu. See peatab rootori pöörlemise, sundides kasutama erinevaid disaininippe. Niisiis kasutatakse erinevaid kestasid, mis katavad labade tagaküljed.

Väliskonstruktsioone kasutatakse ka labade tagumistele osadele voolu juurdepääsu katmiseks, voolu õiges suunas suunavaid sirgendajaid jne.

Praktilised tulemused on näidanud horisontaalsete paigaldiste suurimat efektiivsust tööstuslike elektrijaamade osana ja vertikaalsete konstruktsioonide kasutamise eeliseid üksikute majapidamiste energia varustamiseks.

Tuulegeneraatori tööpõhimõtted

Tuulegeneraator on mitmest sõlmest koosnev seade. Nad täidavad eraldi ülesandeid, olles lülid energialiigi järjestikuste muutuste ahelas.

• tuuleveski tiivikuga interaktsioonis olev õhuvool paneb selle pöörlema
• võlli liikumine edastatakse generaatorile, mis toodab elektrivoolu
• pinge generaatorist läbi alaldi antakse akule, laadides seda
• laetuse taset jälgib spetsiaalne seade - kontroller, mis lülitab toite välja ja vajadusel uuesti sisse
• akust suunatakse laeng inverterisse, mis viib vastuvõetud voolu sobivasse olekusse (220 V, 50 Hz) ja edastab selle tarbijatele

Väikesed seadmed töötavad mõnikord lihtsustatud skeemi järgi, tarnides pinget otse generaatorist tarbijatele. Võimalik kasutada veepumpasid või krundi, kasvuhoone jms valgustust.

Tuulegeneraatori jõudlus oleneb generaatori enda parameetritest, tiiviku suurusest ja konstruktsioonist. Lisaks on oluline parameeter piirkonnas valitsev tuule kiirus, mis annab rootori põhilise pöörlemisrežiimi ja määrab kogu kompleksi jõudluse.

Toyota Priuse väljalaskmisest on möödunud 20 aastat ja sellest ajast alates on regeneratiivpidurduse kontseptsioon muutunud üsna tuntuks kui meetod, mille abil parandada hübriid- ja elektrisõidukite sõiduulatust. Kuid kas teadsite, et rakendus ei piirdu ainult elektrisõidukitega? Tänapäeval leiate selle kõigest, sealhulgas jalgratastelt, ruladelt ja tõukeratastelt.

(Bmw energia taaskasutamise süsteemi demonstratsioon)

Vaatame, kuidas see tehnoloogia töötab, kui produktiivne see erinevates sõidukites on ja kas seda on mõistlik kõikjale paigaldada.

Mis on regeneratiivpidurdus

Liikuvatel objektidel on kineetiline energia ja kui selle aeglustamiseks pidur rakendada, peab kogu see jõud kuhugi minema.

Tuleme veidi tagasi minevikku, neandertallaste või lihtsalt sisepõlemismootoriga autode ajastu vanadesse aegadesse. Sellistel autodel põhinevad pidurid ainult hõõrdumisel, nii et aeglustamisel muutub kogu energia soojuseks, mis tähendab, et see ei kao kuhugi, lihtsalt kaob keskkonda.

Kuid me arenesime ikkagi ja leidsime paremaid viise. Regeneratiivne pidurdamine kasutab generaatorina elektrisõiduki mootorit, mis muundab suurema osa aeglustamisel kaotatud kineetilisest energiast tagasi akusse. Järgmine kord, kui auto kiirendab, kasutab see osa varem regeneratiivpidurdamisel salvestatud energiast.

(bmw i3 regeneratiivsüsteem)

Oluline on mõista, et regeneratiivpidurdus ei ole elektrisõidukite jaoks maagiline sõiduulatuse suurendaja. See ei muuda masinaid iseenesest tõhusamaks, vaid muudab need lihtsalt vähem ebatõhusaks. Põhimõtteliselt oleks parim viis sõitmiseks kiirendada ühtlase kiiruseni ja seejärel mitte kunagi puudutada piduripedaali. Kuna kiiruse aeglustamine ja seejärel uuesti ülestõusmine nõuab palju pingutust, saate ilma kiirust aeglustamata palju rohkem sõiduulatust.

Kuid ilmselgelt pole see realistlik. Kuna peame aeglustama mitu korda, on regen parim valik, kuna see muudab protsessi vähem kasutuks.

Kui hea on regeneratiivpidurdus

Selle tehnoloogia õigeks hindamiseks peame vaatama kahte erinevat parameetrit: jõudluskoefitsient (COP) ja tõhusus. Vaatamata näilisele sarnasusele on need täiesti erinevad. Tõhusus näitab, kui edukalt "kaotatud" pidurdusjõud kinni püütakse. Kas kõik muutus soojuseks või oli võimalik kineetiline potentsiaal õiges suunas üle kanda? Teisest küljest viitab tõhusus sellele, kui palju regeneratiivne pidurdamine mõjutab tee pikkust. Kas teie ulatus suureneb oluliselt või ei märka te isegi suurt erinevust?

(pidurienergia taaskasutussüsteemi töö visualiseerimineVW-Volkswageni autodes)

tõhusust

Ükski masin ei suuda saavutada 100% efektiivsust (ilma füüsikaseadusi rikkumata), kuna igasugune energia ülekandmine toob paratamatult kaasa kadu soojuse, valguse, müra jne näol. Protsessi efektiivsus sõltub paljudest teguritest , nagu mootor , aku ja kontroller, kuid sageli hinnatakse väärtust 60-70%. Tesla sõnul kaotab nende tehnoloogia tavaliselt 10-20% kineetilisest potentsiaalist, kui üritab seda kinni püüda, ja seejärel veel 10-20%, kui muudate edasilükatud reservid tagasi kiirenduseks. Need on üsna tavalised numbrid enamiku elektrisõidukite jaoks, sealhulgas autod, veoautod, jalgrattad, motorollerid jne.

Pange tähele, et see 70% ei ütle meile, et regeneratiivpidurdus suurendab ühe laadimisega teekonda 70%. Tehnoloogia ei suurenda sõiduulatust 100 km-lt 170 km-le. See tähendab vaid seda, et 70% pidurdamisel kaotatud kineetilisest energiast saab uuesti tagasi.

Seetõttu ei tähenda ainult süsteemi tõhususe arvestamine vähe. Meid peaks rohkem huvitama regeneratiivpidurduse tõhusus.

Tõhusus

Siin on kõik palju huvitavam. Regeneratiivpidurduse tõhusus näitab, kui palju süsteem suudab sõiduki sõiduulatust pikendada.

Nagu võis arvata, varieerub määr märkimisväärselt sõltuvalt teguritest, sealhulgas liiklusoludest, maastikust ja sõiduki suurusest.

Sõidutingimustel on märkimisväärne mõju. Linnas, kus tuleb foorituledes või liikluses mitu korda hoogu maha võtta, näete palju paremat tulu kui maanteel. Olulist rolli mängib ka maastik. Mäest üles sõitmine ei anna palju peatumisvõimalusi, kuid allamäge tuleb ohutuse huvides sageli aeglustada, mis võimaldab konverteerida suurema koguse kineetilist varu. Pikkadel kallakutel saab regeneratiivsüsteemi kasutada peaaegu lakkamatult kiiruse reguleerimiseks, laadides seeläbi akut pikka aega.

Sõiduki suurus võib olla selle näitaja kõige olulisem tegur, sel lihtsal põhjusel, et raskemad kered sisaldavad palju rohkem hoogu ja kineetilist energiat. Nii nagu suur hooratas on tõhusam, on ka neljarattalisel autol liikumises palju rohkem kineetiline energia kui mootorrattal või rolleril.

Autode regenereerimissüsteemi efektiivsus

Võrreldavad andmed võivad olla mõnevõrra keerulised. Tesla autod annavad kõva peatumise ajal välja 60 kW regeneratiivpidurdusvõimsust, kuid see ei vasta huvitavamale küsimusele. Me tahame teada, kui palju energiat me sõidu ajal taastame, mitte seda, kui tugevad on meie pidurid iga kord, kui pedaali sõtkume.

Õnneks on mitmed Tesla juhid saanud erinevate andmete jälgimise äppide abil oma energiatasuvuse välja arvutada. Model S omanikud teatasid tagasimaksetest umbes 32% kogu energiatarbimisest tõusu ja seejärel künklikul maastikul laskumise ajal. Seega suureneb selle koefitsiendiga käik 100 km-lt 132 km-ni. Teine omanik rääkis 28% energia taastumine(foorum taani keeles). Ülejäänud kirjutavad, et tavasõitudel tagastatakse keskmiselt 15-20% kogutarbimisest.

Seda süsteemi kasutavad oma autodes ka teised autotootjad. Näiteks Audi ütleb, et Audi Q7-sse paigaldatud regeneratiivpidurduse tehnoloogia säästab kuni 3% kütust. Aga kui võtta ainult elektrisõidukid, siis.

Taastav pidurdamine jalgratastel, tõukeratastel, ruladel ja muudel isiklikel elektrisõidukitel

Väikeste elektrisõidukite puhul pole numbrid nii optimistlikud. Paljudel regeneratiivpidurdusega jalgratastel on regeneratsioon keskmiselt 4–5%, mägistel aladel maksimaalselt 8%. Sarnased tulemused on ka teistel isiklikel elektrisõidukitel, sealhulgas tõukeratastel ja ruladel.

Nagu eespool kirjutasime, on nii väikesed numbrid suuresti tingitud nende fondide väiksemast kaalust. Neil lihtsalt ei ole palju hoogu ja seetõttu on neil vähem kineetilist energiat, et muuta need akuks tagasi.

Kas on isegi vahet, kui hästi regeneratiivpidurid töötavad?

Elektrijalgrattatööstuses saab regeneratiivpidurdust mõnikord kasutada pigem turundusvahendina kui väärt uuendusena. Kuna enamasti on tehnoloogia võimalik vaid suurema käiguvahetuseta mootoriga elektriratastel, siis selliste jalgrataste tootjad kasutavad oma mudelites kindlasti sellist tõhusat arendust. Samal ajal klassifitseerivad ettevõtted, kes toodavad keskmiste ajamite ja muude käigukastiga mootoritega rattaid, mis pole regeneratiivpidurduseks kohandatud, tehnoloogia ebatõhusaks ega pane seda lihtsalt kasutusele.

Tõde on see, et väikeste ja isiklike sõidukite puhul ei ole taastumine nii tõhus kui suurte elektrisõidukite puhul, kuid sellel funktsioonil on siiski palju eeliseid.

Arenduse üheks olulisemaks eeliseks võib nimetada kasutamist järjekordse aeglustava jõuna väikeste isiklike elektrisõidukite jaoks. Näiteks elektriline tõukeratas Xiaomi M365 esimootori ratas kasutab ainult regenereerimisseiskamist, tagumine ratas aga traditsioonilist ketaspidurit. See tähendab, et tõukerattal on kaks sõltumatut aeglustuselementi koos ühe juhthoovaga nende aktiveerimiseks, mis vähendab kokkupaneku maksumust, kaalu ja keerukust.

Taastumine võimaldab süstida ruladesse ka peatusmehhanismi, mis on varem saavutatud jalatsitaldade vastu kõnniteed hõõrudes. See funktsioon on ohutuse tagamiseks väga kasulik, kuna on ilmunud populaarsed mudelid, mis saavutavad kiiruse üle 30 km/h.

Teine regeneratiivpidurduse eelis on tavapäraste piduridetailide (nt trosside ja piduriklotside) pikem eluiga. Nende osade pidev hooldus ja vahetamine on tüütu ning arvestades, et elektrirattad ja tõukerattad sõidavad palju kaugemale ja kiiremini kui nende mitteelektrilised vennad, kuluvad osad palju varem.