Pretvorba mehanske energije v električno. Pojav potencialne razlike na koncih prevodnika, ki se premika v magnetnem polju, omogoča uporabo tega pojava za proizvodnjo električnega toka. Po tem principu delujejo industrijski generatorji električne energije v termo, jedrskih in hidroelektrarnah. V njih se translacijsko gibanje prevodnikov nadomesti z bolj priročnim rotacijskim.

Od kod prihaja energija za ločevanje nabojev in pojav EMF v generatorju? Navsezadnje magnetno polje ne opravlja dela na gibljive naboje, saj je delo, ki ga opravi sila, vedno pravokotno na vektor hitrosti in je enako nič. Delo ločevanja nabojev v gibljivih vodnikih elektromagnetnega generatorja v termoelektrarnah se izvaja zaradi mehanske energije pritiskanja pare na lopatice parne turbine, v hidroelektrarnah pa zaradi mehanske energije vode rotacijske hidravlične turbine, ki imajo skupno gred z generatorjem. V tem procesu je magnetno polje le posrednik, ki povzroči ločitev naboja. Sila, ki deluje iz magnetnega polja, ni tista, ki igra vlogo zunanje sile, temveč sile, ki poganjajo rotor generatorja v vrtenje.

Pri nas izdelujejo in uporabljajo najmočnejše generatorje električne energije na svetu.

MHD generator. Najpogostejši način pridobivanja električne energije v termoelektrarnah je precej zapleten. Najprej se gorivo sežge v peči parnega kotla, da se proizvede para. Para se nato usmeri na lopatice turbine in jo poganja. Končno, elektromehanski generator pretvori mehansko energijo, prejeto iz turbine, v električno energijo. Na vsaki stopnji pretvorbe ene vrste energije v drugo pride do znatnih izgub energije. Zaradi tega učinkovitost termoelektrarn običajno ne presega 35-40%. To pomeni, da približno 60-65 % premoga, nafte ali plina zaman pokurimo v pečeh.

Ker učinkovitost katerega koli toplotnega stroja v idealnem primeru ne presega

kjer je temperatura grelnika in je temperatura hladilnika, potem je najpomembnejša naloga pri razvoju novih metod pretvorbe energije povečanje temperature delovne tekočine.

Znatno zvišanje temperature delovne tekočine je mogoče doseči v magnetoplinskih dinamičnih generatorjih električne energije, skrajšano MHD generatorjih.

Konstrukcijska shema MHD generatorja je prikazana na sliki 90. V zgorevalni komori pri zgorevanju nafte, kerozina ali zemeljskega plina nastane visoka temperatura (2000-3000 K), pri kateri se plinasti produkti zgorevanja ionizirajo in tvorijo elektron -ionska plazma. Za povečanje električne prevodnosti plazme se v zgorevalno komoro vnesejo zlahka ionizirajoče snovi: kalcij, natrij, cezij. Vroča plazma se giblje vzdolž razširjajočega se kanala, dolgega nekaj metrov, v katerem je njena notranjost

riž. 90. Diagram načrtovanja MHD generatorja

energija se spremeni v kinetično in hitrost se poveča na 2000 m/s ali več. Tako kot kovinski prevodnik je plazma na splošno nevtralna, toda ko leti v območje močnega magnetnega polja, se njeni sestavni delci različnih predznakov ločijo pod vplivom sile, kot je prikazano na sliki 90. Elektroni, ki so dosegli spodnjo elektrodo, premikajo v zunanjem krogu vzdolž obremenitvenega upora do druge elektrode, kjer se pozitivni ioni nevtralizirajo. Moč, ki se sprosti v zunanjem tokokrogu, se lahko uporabi za različne praktične potrebe.

V stanju mirovanja, ko je zunanje vezje odprto med elektrodama, se pojavi največja potencialna razlika, enaka EMF. Odvisno od zasnove generatorja lahko doseže več sto ali tisoč voltov.

V MHD generatorju je močno segreta samo plazma in ni gibljivih delov, ki so tako kot turbinske lopatice istočasno izpostavljeni velikim mehanskim obremenitvam in visokim temperaturam. Sposobnost uporabe ognjevzdržnih materialov in uporabe hlajenja nepremičnih kovinskih delov v stiku s plazmo omogoča povečanje temperature delovne tekočine in s tem učinkovitost naprave. Za temperaturo plazme, ki je enaka vhodu in izhodu, je teoretična vrednost učinkovitosti približno 90 %. Vendar pa je v realnih pogojih temperatura izpušnih plinov na izhodu iz kanala več kot 300 K. Če pa se izrabljeni in ne več ionizirani produkti zgorevanja uporabijo za proizvodnjo pare in pogon turbine običajnega električnega strojnega generatorja, potem bo dejanska učinkovitost celotne instalacije 50-60%. In to je skoraj dvakratnik dejanskega izkoristka termoelektrarn. Posledično lahko MHD generatorji ob enaki porabi goriva proizvedejo dvakrat več električne energije.

Druga prednost MHD generatorjev je, da lahko ustvarijo polno moč, merjeno v stotinah milijonov vatov, v samo nekaj sekundah po zagonu. Zato je koristno uporabiti MHD generatorje kot rezervne vire električne energije v primeru močnega povečanja porabe energije v elektroenergetskih sistemih.

Visok izkoristek, enostavnost zasnove, majhne dimenzije MHD generatorjev z veliko močjo nam omogočajo upati, da se bodo, ko bo odpravljena njihova glavna pomanjkljivost - relativno kratka življenjska doba, ki jo povzroča obraba sten šob - začeli široko uporabljati za generiranje električne energije v industrijskem obsegu.

Prva pilotna industrijska elektrarna z MHD generatorjem z močjo 25.000.000 W je bila pri nas zagnana leta 1971.

Izpitna vprašanja in odgovori pri disciplini

"Energetske instalacije in električna oprema ladje",

za kadete 2. letnika “Plovba”,

3. semester.

1. Načela pretvarjanja mehanske energije v električno energijo in obratno.

Električni stroji so namenjeni pretvarjanju mehanske energije v električno (generatorji) in električne energije v mehansko (motorji). Načelo delovanja vseh električnih strojev temelji nazakon elektromagnetne indukcijein pojav elektromagnetne sile.

Ko se ravni vodnik, sklenjen skozi zunanji tokokrog na obremenitev, premika s konstantno hitrostjo v enakomernem magnetnem polju, se v prevodniku inducira konstantna emf. z. elektromagnetna indukcija in v zaprtem krogu nastane električni tok (slika 22, a) . Smer e. d.s. v prevodniku je določeno z desnim pravilom (slika 22,c), njegova vrednost pa s formulo

E= Blv grehA,(21)

Kje IN- magnetna indukcija, ki označuje jakost magnetnega polja; l - aktivna dolžina prevodnika, ki ga prebijejo magnetne silnice, m; v - hitrost gibanja prevodnika v magnetnem polju, m/s: a - kot med smerjo hitrosti gibanja prevodnika in smerjo vektorja magnetne indukcije.

Če se prevodnik giblje pravokotno na magnetne silnice, potem je a = 90°, a e. d.s. bo največ:

Smer toka v vodniku sovpada s smerjo e. d.s.

Na vodnik, po katerem teče tok, deluje elektromagnetna sila (N). Smer elektromagnetne sile je določena s pravilom leve roke (slika 22d). Za premagovanje je potrebna zunanja sila. Da bi se prevodnik gibal s konstantno hitrostjo, je potrebno pritrdite zunanjosila, enaka po velikosti in nasprotno usmerjena elektromagnetni sili.

Iz navedenega izhaja, da mehanska moč, porabljena za gibanje prevodnika v magnetnem polju se pretvori v električno energijo v tokokrogu prevodnika.

Pri ladijskih generatorjih zunanjo silo ustvarjajo glavni motorji (dizel, turbina).

Pretvarjanje električne energije v mehansko. Ko gre električni tok ene smeri skozi ravni vodnik, ki se nahaja v enakomernem magnetnem polju, nastane elektromagnetna sila , pod vplivom katerega se prevodnik giblje v magnetnem polju z linearno hitrostjo V(Sl. 22, b) Smer gibanja prevodnika sovpada s smerjo delovanja elektromagnetne sile in je določena s pravilom leve roke. Med gibanjem prevodnika se v njem inducira emf. , usmerjen proti napetosti U vir električne energije. Del te napetosti se porabi za notranji upor vodnika R.

Tako se električna moč v prevodniku pretvori v

mehansko in se delno porabi za toplotne izgube prevodnika. Na tem principu temelji delovanje elektromotorjev.

2. Načela pridobivanja izmeničnega in enosmernega toka.

V pravih električnih strojih so vodniki strukturno izdelani v obliki okvirjev. Za zmanjšanje magnetnega upora stroja in s tem za povečanje vrednosti e. d.s. in izkoristka pri generatorjih, navora in izkoristka pri elektromotorjih so aktivne stranice okvirja nameščene v utore cilindričnega jeklenega jedra (armature), ki se lahko skupaj z nanj pritrjenim okvirjem prosto vrti v magnetnem polju. Za isti namen dobijo poli magneta posebno obliko, v kateri so poljske črte vedno usmerjene pravokotno na smer gibanja aktivnih strani okvirja, magnetna indukcija v zračni reži med poloma in armatura je enakomerno porazdeljena (slika 23, a).

Če se armatura skupaj z okvirjem s pomočjo zunanje sile vrti v magnetnem polju polov, potem v skladu z zakonom elektromagnetne indukcije na aktivnih straneh ab in CD okvirji so inducirani z e. d. s, usmerjen v eno smer in se sešteje.

Ko gredo aktivne strani skozi ravnino, ki je pravokotna na magnetno polje, ki se v njih inducira npr. d.s. spremenijo svojo smer. V okvirju bo deloval emf, spremenljiv tako po velikosti kot po smeri. Če sta konca okvirja povezana z zunanjo tarčo prek drsnih obročev, bo v vezju tekel izmenični tok.

Slika 23 Princip pridobivanja izmeničnega toka

1 - ščetke. 2 - drsni obroči, 3 - jekleno jedro; 4 -okvir

Za trenutno popravo Električni stroj je opremljen s posebno napravo - zbiralec. Najenostavnejši kolektor je sestavljen iz dveh ločenih pol-obročev, na katera sta pritrjena konca okvirja, ki se vrti v magnetnem polju (slika 24a).

Komutatorske plošče so povezane z zunanjim tokokrogom s fiksnimi ščetkami, katerih delovne površine prosto drsijo vzdolž vrtljivega komutatorja. 2. Krtače na komutatorju so nameščene tako, da se premaknejo iz enega polobroča v drugega v trenutku, ko se emisija inducira v okvirju. d.s. enako nič. Pri vrtenju za 90°, ko okvir zavzame vodoravni položaj, je v njegovih vodnikih npr. d.s. niso inducirani, saj ne prečkajo magnetnega polja. Tudi tok v tokokrogu je nič.

Slika 24. Načelo pridobivanja enosmernega toka

Ko se premakne še za 90*, bo okvir ponovno zavzel navpičen položaj, njegovi vodniki bodo zamenjali mesta in smer e. d.s in tok v njih se bo spremenil. Ker so čopiči negibni, potem do čopiča 3 (+) tok iz okvirja se še vedno približuje in je nato usmerjen skozi sprejemnik na krtačo 1 (-). Tako se v zunanjem tokokrogu smer toka ne spremeni.

Graf popravljenega emd in toka je prikazan na sl. 24.6. Usmerjeni tok ima pulzirajoč značaj. Tokovno valovanje je mogoče zmanjšati s povečanjem števila okvirjev, ki se vrtijo v magnetnem polju stroja, in s tem številom kolektorskih plošč.

Električni stroji so glede na namen razdeljeni v dve glavni vrsti: električni generatorji in električni motorji. Generatorji so namenjeni pridobivanju električne energije, elektromotorji pa za pogon kolesnih dvojic lokomotiv, vrtenje gredi ventilatorjev, kompresorjev itd.

V električnih strojih se pojavi proces pretvorbe energije. Generatorji pretvarjajo mehansko energijo v električno. To pomeni, da mora za delovanje generatorja njegovo gred vrteti nekakšen motor. Na dizelski lokomotivi, na primer, generator poganja dizelski motor, na termoelektrarni - parna turbina.

Elektromotorji pa pretvarjajo električno energijo v mehansko. Za delovanje motorja mora biti torej z žicami povezan z virom električne energije oziroma, kot pravijo, priključen na električno omrežje.

Načelo delovanja katerega koli električnega stroja temelji na uporabi pojavov elektromagnetne indukcije in pojavu elektromagnetnih sil med interakcijo prevodnikov s tokom in magnetnim poljem. pojavijo med delovanjem generatorja in elektromotorja. Zato pogosto govorijo o generatorskih in motornih načinih delovanja električnih strojev.

Pri rotacijskih električnih strojih sta v procesu pretvorbe energije udeležena dva glavna dela: armatura in induktor s svojimi navitji, ki se gibljejo relativno drug glede na drugega. Induktor ustvarja magnetno polje v avtomobilu. V navitju armature. in nastane električni tok. Ko tok v navitju armature medsebojno deluje z magnetnim poljem, nastanejo elektromagnetne sile, s pomočjo katerih se realizira proces pretvorbe energije v stroju.

O izvedbi procesa pretvorbe energije v električnem stroju

Naslednje določbe izhajajo iz osnovnih teoremov o električni moči Poincaréja in Barkhausna:

1) neposredna recipročna pretvorba mehanske in električne energije je mogoča le, če je električna energija energija izmeničnega električnega toka;

2) za izvedbo procesa takšne pretvorbe energije je potrebno, da je v sistemu električnih tokokrogov, namenjenih za ta namen, bodisi spremenljiva električna induktivnost bodisi spremenljiva električna kapacitivnost,

3) za pretvorbo energije izmeničnega električnega toka v energijo enosmernega električnega toka je potrebno, da ima v ta namen namenjen sistem električnih tokokrogov spremenljiv električni upor.

Iz prvega stališča sledi, da se lahko mehanska energija v električnem stroju pretvori samo v energijo izmeničnega električnega toka ali obratno.

Navidezno protislovje te izjave z dejstvom o obstoju enosmernih električnih strojev je razrešeno z dejstvom, da imamo v "DC stroju" dvostopenjsko pretvorbo energije.

Tako imamo v primeru enosmernega električnega strojnega generatorja stroj, v katerem se mehanska energija pretvarja v energijo izmeničnega toka, ta pa se zaradi prisotnosti posebne naprave, ki predstavlja »spremenljiv električni upor«, pretvarja v enosmerna energija.

Pri motorju električnega stroja gre proces očitno v nasprotno smer: energija enosmernega električnega toka, ki se dovaja motorju električnega stroja, se preko omenjenega spremenljivega upora pretvori v energijo izmeničnega električnega toka, ta pa v mehansko energijo.

Vlogo omenjenega spreminjajočega se električnega upora igra »drsni električni kontakt«, ki je pri običajnem »DC komutatorskem stroju« sestavljen iz »električne strojne krtače« in »elektrostrojnega komutatorja«, pri »unipolarnem DC električnem stroj" "električne strojne krtače" in "električni strojni komutatorji".

Ker je za ustvarjanje procesa pretvorbe energije v električnem stroju potrebna bodisi »spremenljiva električna induktivnost« ali »spremenljiva električna kapacitivnost«, je električni stroj lahko izdelan na principu elektromagnetne indukcije ali na princip električne indukcije. V prvem primeru dobimo "induktivni stroj", v drugem - "kapacitivni stroj".

Kapacitivni stroji še nimajo praktičnega pomena. Električni stroji, ki se uporabljajo v industriji, prometu in vsakdanjem življenju, so induktivni stroji, za katerimi se je v praksi uveljavilo kratko ime električni stroj, ki je v bistvu širši pojem.

Načelo delovanja električnega generatorja.

Najenostavnejši električni generator je tuljava, ki se vrti v magnetnem polju (slika 1, a). Pri tem generatorju 1. tok predstavlja navitje armature. Induktor so trajni magneti 2, med katerimi se vrti armatura 3.

riž. 1. Shematski diagrami najpreprostejšega generatorja (a) in elektromotorja (b)

Ko se tuljava vrti z določeno vrtilno frekvenco n, njene stranice (prevodniki) sekajo silnice magnetnega polja pretoka Ф in v vsakem vodniku se inducira e. d.s. e. Ko je sprejeto na sl. 1, smer vrtenja armature pa je e. d.s. v vodniku, ki se nahaja pod južnim polom, je po pravilu desne roke usmerjen stran od nas in e. d.s. v prevodniku, ki se nahaja pod severnim polom - do nas.

Če priključite sprejemnik električne energije 4 na navitje armature, bo električni tok I tekel skozi sklenjen tokokrog V vodnikih navitja armature bo tok I usmerjen na enak način kot e. d.s. e.

Ugotovimo, zakaj je za vrtenje armature v magnetnem polju potrebna mehanska energija, pridobljena iz dizelskega motorja ali turbine (primarni motor). Ko tok i teče skozi vodnike, ki se nahajajo v magnetnem polju, na vsak vodnik deluje elektromagnetna sila F.

Ko je navedeno na sl. 1 in v smeri toka po pravilu leve roke bo sila F, usmerjena v levo, delovala na vodnik, ki se nahaja pod južnim polom, sila F, usmerjena v desno, pa bo delovala na vodnik, ki se nahaja pod severni pol. Te sile skupaj ustvarjajo elektromagnetni moment M, usmerjen v smeri urinega kazalca.

Iz upoštevanja sl. 1, vendar je jasno, da elektromagnetni moment M, ki nastane, ko generator sprosti električno energijo, je usmerjen v nasprotno smer od vrtenja vodnikov, zato je zavorni moment, ki teži k upočasnitvi vrtenja kotve generatorja.

Da bi preprečili zaustavitev sidra, je treba na gred armature uporabiti zunanji navor Mvn, ki je nasproten trenutku M in mu je enak po velikosti. Ob upoštevanju trenja in drugih notranjih izgub v stroju mora biti zunanji navor večji od elektromagnetnega navora M, ki ga ustvari tok obremenitve generatorja.

Posledično je za nadaljnje normalno delovanje generatorja potrebno dovajati mehansko energijo od zunaj - zavrteti njegovo armaturo z nekakšnim motorjem 5.

Ko ni obremenitve (ko je zunanje vezje generatorja odprto), generator miruje. V tem primeru je potrebna samo količina mehanske energije, ki je potrebna od dizelskega motorja ali turbine za premagovanje trenja in kompenzacijo drugih notranjih izgub energije v generatorju.

S povečanjem obremenitve generatorja, tj. električne moči Rel, ki jo proizvaja, se poveča tok I, ki teče skozi vodnike navitja armature, in zavorni moment M, ki ga ustvari. Posledično se poveča mehanska moč Pmx, ki jo generator mora prejeti iz dizelskega motorja ali turbine za nadaljnje normalno delovanje.

Tako več električne energije porabijo na primer električni motorji dizelske lokomotive iz lokomotivskega generatorja, več mehanske energije vzame dizelski motor, ki ga vrti, in več goriva mora biti dovedeno v dizelski motor.

Iz zgoraj obravnavanih delovnih pogojev električnega generatorja sledi, da je zanj značilno:

1. sovpadanje v smeri toka i in e. d.s. v vodnikih armaturnega navitja. To pomeni, da stroj dovaja električno energijo;

2. pojav elektromagnetnega zavornega momenta M, ki je usmerjen proti vrtenju armature. To pomeni, da mora stroj pridobivati ​​mehansko energijo od zunaj.

Načelo delovanja elektromotorja.

Načeloma je elektromotor zasnovan na enak način kot generator. Najenostavnejši električni motor je tuljava 1 (slika 1, b), ki se nahaja na armaturi 3, ki se vrti v magnetnem polju polov 2. Prevodniki tuljave tvorijo navitje armature.

Če tuljavo povežete z virom električne energije, na primer z električnim omrežjem 6, bo električni tok I začel teči skozi vsakega od njegovih vodnikov. Ta tok v interakciji z magnetnim poljem polov ustvarja elektromagnetno sile F.

Ko je navedeno na sl. 1, b v smeri toka bo sila F, usmerjena v desno, delovala na vodnik, ki se nahaja pod južnim polom, sila F, usmerjena v levo, pa bo delovala na vodnik, ki se nahaja pod severnim polom. Zaradi skupnega delovanja teh sil nastane elektromagnetni navor M, usmerjen v nasprotni smeri urinega kazalca, zaradi česar se kotva in vodnik vrtita z določeno frekvenco n. Če armaturno gred povežete s katerim koli mehanizmom ali napravo 7 (kolesni sklop dizelske ali električne lokomotive, obdelovalni stroj itd.), Bo elektromotor povzročil vrtenje te naprave, tj. ji dal mehansko energijo. V tem primeru bo zunanji moment Mvn, ki ga ustvari ta naprava, usmerjen proti elektromagnetnemu momentu M.

Ugotovimo, zakaj se pri vrtenju armature elektromotorja, ki deluje pod obremenitvijo, porablja električna energija. Kot je bilo ugotovljeno, ko se armaturni vodniki vrtijo v magnetnem polju, se v vsakem vodniku inducira e. d.s, katerega smer določa pravilo desne roke. Zato s podatki, prikazanimi na sl. 1, b smer vrtenja e. d.s. e, induciran v prevodniku, ki se nahaja pod južnim polom, bo usmerjen stran od nas, in e. d.s. e, induciran v prevodniku, ki se nahaja pod severnim polom, bo usmerjen proti nam. Iz sl. 1, b je jasno, da e. d.s. e, inducirani v vsakem vodniku, so usmerjeni proti toku i, t.j. preprečujejo njegov prehod skozi vodnike.

Da lahko tok i še naprej teče skozi armaturne vodnike v isti smeri, to je, da elektromotor še naprej normalno deluje in razvije zahtevani navor, je treba na te vodnike pripeljati zunanjo napetost U, usmerjen proti e. d.s. in po velikosti večji od celotnega e. d.s. E, induciran v vseh zaporedno vezanih vodnikih navitja armature. Zato je treba elektromotorju dovajati električno energijo iz omrežja.

V odsotnosti obremenitve (zunanji zavorni moment, ki deluje na gred motorja), elektromotor porabi majhno količino električne energije iz zunanjega vira (omrežje) in skozi njega teče majhen tok brez obremenitve. Ta energija se porabi za pokrivanje notranjih izgub moči v stroju.

Ko se obremenitev poveča, se tok, ki ga porabi elektromotor, in elektromagnetni navor, ki ga razvije, povečata. Posledično povečanje mehanske energije, ki jo daje električni motor, ko se obremenitev poveča, samodejno povzroči povečanje električne energije, ki jo vzame iz vira.

Iz zgoraj obravnavanih pogojev delovanja elektromotorja sledi, da je zanj značilno:

1. sovpadanje smeri elektromagnetnega momenta M in vrtilne hitrosti n. To označuje izhod mehanske energije stroja;

2. pojav e v vodnikih armaturnega navitja. d.s., usmerjen proti toku i in zunanji napetosti U. To pomeni, da mora stroj prejemati električno energijo od zunaj.

Načelo reverzibilnosti električnih strojev

Ob upoštevanju principa delovanja generatorja in elektromotorja smo ugotovili, da sta zasnovana na enak način in da imata delovanje teh strojev veliko skupnega.

Proces pretvarjanja mehanske energije v električno energijo v generatorju in električne energije v mehansko energijo v motorju je povezan z indukcijo e. d.s. v vodnikih navitja armature, ki se vrtijo v magnetnem polju, in pojav elektromagnetnih sil kot posledica interakcije magnetnega polja in vodnikov s tokom.

Razlika med generatorjem in elektromotorjem je le v relativni smeri e. d.s, tok, elektromagnetni navor in hitrost vrtenja.

Če povzamemo obravnavane procese delovanja generatorja in elektromotorja, lahko ugotovimo princip reverzibilnosti električnih strojev. Po tem principu Vsak električni stroj lahko deluje kot generator in elektromotor ter preklopi iz generatorskega v motorni način in obratno.

riž. 2. Smer e. d.s. E, tok I, frekvenca vrtenja armature n in elektromagnetni navor M pri delovanju enosmernega električnega stroja v načinu motorja (a) in generatorja (b).

Da bi razjasnili to situacijo, razmislimo o delu v različnih pogojih. Če je zunanja napetost U večja od skupne e. d.s. E. v vseh zaporedno povezanih vodnikih navitja armature bo tok I tekel v smeri, prikazani na sl. 2, v smeri pa bo stroj deloval kot elektromotor, ki bo porabljal električno energijo iz omrežja in sproščal mehansko energijo.

Vendar, če iz kakršnega koli razloga e. d.s. E postane večja od zunanje napetosti U, potem bo tok I v navitju armature spremenil svojo smer (slika 2, b) in bo sovpadal z e. d.s. E. V tem primeru se bo spremenila tudi smer elektromagnetnega momenta M, ki bo usmerjen proti hitrosti vrtenja n. Naključje v smeri e. d.s. E in tok I pomeni, da je stroj začel dovajati električno energijo v omrežje, pojav zavornega elektromagnetnega momenta M pa pomeni, da mora porabiti mehansko energijo od zunaj.

Zato, ko e. d.s. E, inducirana v vodnikih armaturnega navitja, postane večja od omrežne napetosti U, stroj preklopi iz motornega načina delovanja v generatorski način, to je pri E< U stroj deluje kot motor, pri E > U pa kot generator.

Prenos električnega stroja iz motornega v generatorski način lahko izvedemo na različne načine: z zmanjšanjem napetosti U vira, na katerega je priključeno navitje armature, ali s povečanjem e. d.s. E v navitju armature.

Danes vsi poznamo gospodinjske električne generatorje. Glede na porabljeno gorivo, namen in vrsto uporabljenega motorja so to lahko bencinski, plinski, dizelski in celo vetrni električni generatorji. Te naprave so postale del našega življenja in smo jih vajeni uporabljati na podeželju in kampiranju, na gradbiščih in v garaži. Številne vrste električnih generatorjev in električnih naprav opravijo delo namesto nas. Prenosni ročni električni generatorji so vgrajeni v svetilke, sončne celice napajajo daljinske instrumente in senzorje, vesoljske satelite in gorniško opremo. Vendar ni bilo vedno tako. Začetek 19. stoletja je izbruhnil s celo vrsto odkritij, povezanih z elektriko in magnetizmom.

Po odkritju in študiji elektromagnetne indukcije ter opravljenih izračunih je postalo očitno, da je mogoče ustvariti električni generator, ki bi lahko pretvarjal mehansko energijo v električno. Da bi dobili tok v zaprti tuljavi žice, je treba spremeniti indukcijski tok, ki poteka skozi njo. To lahko storite na dva načina: premaknite magnet glede na tuljavo žice ali premaknite tuljavo žice glede na magnet.

Prvi domači magnetni generator električnega toka, zgrajen leta 1832, je bil zelo preprosta namestitev. Poglejte njegovo risbo: vidite, da je EMF v navitjih njegovih tuljav vzbudilo vrtenje podkvastega magneta. Tok, ki ga je ustvaril tak stroj, ni bil podoben toku iz galvanske celice - zdelo se je, da hiti z ene strani na drugo in vsake toliko spreminja svojo smer. Ta tok je bil imenovan izmenični tok, v nasprotju z enosmernim tokom, ki ga proizvaja galvanski člen.

Namestitev drugega električnega generatorja je bila videti drugače: okvir prevodnika se je vrtel med stacionarnima poloma magneta. Njegovi konci so bili povezani z dvema obročema na osi vrtenja okvirja, električni tokokrog pa je bil povezan z obroči z drsnimi kontakti. Na stikih obročev se je pojavil "plus" ali "minus", kar je pomenilo generiranje spremenljivke EMF.

Dejstvo, da je tok izmeničen, so šteli za pomanjkljivost in začeli so iskati način, kako bi ga izravnali. Da bi to naredili, so se zatekli k tako imenovanemu stikalu. Pri drugem stroju so na primer oba konca okvirja povezali z obročem, ki so ga prerezali na pol, vsako polovico pa izolirali s plastjo neprevodne snovi. En drsni kontakt se je dotaknil samo konca vrtljivega okvirja, na katerem je bil "plus", drugi kontakt pa se je zaprl na "minus". Toda čeprav je smer toka v tokokrogu postala konstantna, se je njegova velikost spreminjala z vsakim polobratom okvirja.

Da bi se izognili nenadnim spremembam trenutne vrednosti, smo povečali število okvirjev. Njihovi konci so bili povezani z diametralno nasprotnimi odseki rezanega kolektorskega obroča električnega generatorja. Tok iz takšnega magnetnega generatorja je tem bolj podoben konstantnemu, čim več okvirjev je na vrtečem se bobnu - rotorju (nepremični magneti v takem stroju se imenujejo stator).

Električni generatorji na enosmerni in izmenični tok so po zasnovi zelo podobni elektromotorjem. Poleg tega, če zavrtite armaturo enosmernega elektromotorja, se na njegovih navitjih pojavi potencialna razlika - motor začne proizvajati električni tok in postane električni generator. Generatorji električnega toka pa so zaradi tehničnih razlogov zgrajeni nekoliko drugače kot elektromotorji.

Vzemimo za primer AC generator v veliki termoelektrarni.

Njegov stator ima v notranjosti navitje, v katerem nastane električni tok. Rotor je valj z dvema magnetnima poloma: severnim in južnim. Če magnetizirate rotor s prenosom enosmernega toka iz zunanjega vira v navitja polov in ga nato začnete vrteti, se bo v navitju statorja pojavil izmenični tok.

Ločen majhen enosmerni generator se običajno uporablja za vzbujanje in delovanje rotorja. Ta električni generator je nameščen neposredno na gredi rotorja. Obstaja še ena možnost zasnove - namesto generatorja vzbujevalnika deluje polprevodniški tokovni usmernik. Zavzema nepomemben del moči samega električnega generatorja, usmerja izmenični tok in z nastalim tokom napaja navitje rotorja.

Naša država je sprejela standard frekvence izmeničnega toka 50 ciklov na sekundo - 50 Hz. To pomeni, da mora tok v eni sekundi teči 50-krat v eno smer in 50-krat v drugo. V skladu s tem mora rotor narediti natanko 50 vrtljajev na sekundo ali 3000 vrtljajev na minuto. S to hitrostjo delujejo električni generatorji toplotnih postaj: poganjajo jih posebej za to hitrost zasnovane plinske turbinske enote.

To se zgodi tako pogosto kot pri električnem generatorju v termoelektrarni, kjer je hitrost vrtenja plinskoturbinskega agregata 3000 vrt/min. Tako se tukaj ohranja frekvenca 50 obdobij.

Enostavno o kompleksu – Električni generatorji za proizvodnjo električne energije

• Galerija slik, slik, fotografij.
• Električni generatorji - osnove, priložnosti, perspektive, razvoj.
• Zanimiva dejstva, koristne informacije.
• Zelene novice – električni generatorji.
• Povezave do gradiv in virov – Električni generatorji za proizvodnjo električne energije.

>> Proizvodnja električne energije

Poglavje 5. PROIZVODNJA, PRENOS IN UPORABA ELEKTRIČNE ENERGIJE

Električna energija ima nesporne prednosti pred vsemi drugimi vrstami energije. Lahko se prenaša po žici na velike razdalje z relativno nizkimi izgubami in priročno porazdeljeno med potrošnike. Glavna stvar je, da je mogoče to energijo s pomočjo dokaj preprostih naprav zlahka pretvoriti v katero koli drugo obliko: mehansko, notranjo (ogrevanje teles), svetlobno energijo itd.

Izmenični tok ima za razliko od enosmernega toka to prednost, da se napetost in tok lahko pretvarjata (transformirata) v zelo širokem območju skoraj brez izgube energije. Takšne transformacije so potrebne v številnih električnih in radijskih napravah. Toda transformacija napetosti in toka je še posebej potrebna pri prenosu električne energije na velike razdalje.

37. člen PROIZVODNJA ELEKTRIČNE ENERGIJE

Električni tok nastaja v generatorjih - napravah, ki pretvarjajo takšno ali drugačno energijo v električno energijo. Generatorji vključujejo galvanske celice, elektrostatične stroje, termopile 1, sončne kolektorje itd. Raziskujejo se možnosti ustvarjanja popolnoma novih vrst generatorjev.

1 Termopilniki uporabljajo lastnost dveh kontaktov iz različnih materialov za ustvarjanje EMF zaradi temperaturne razlike med kontaktoma.

Razvijajo se na primer tako imenovane gorivne celice, v katerih se energija, ki se sprosti kot posledica reakcije vodika s kisikom, neposredno pretvori v električno energijo.

Področje uporabe vsake od naštetih vrst generatorjev električne energije določajo njihove značilnosti. Tako elektrostatični stroji ustvarjajo visoko potencialno razliko, vendar ne morejo ustvariti pomembnega toka v tokokrogu. Galvanski členi lahko proizvajajo velik tok, vendar je njihov čas delovanja kratek.

Glavno vlogo v našem času igrajo elektromehanski indukcijski generatorji izmeničnega toka. V teh generatorjih se mehanska energija pretvarja v električno. Njihovo delovanje temelji na pojavu elektromagnetne indukcije. Takšni generatorji imajo relativno preprosto zasnovo in omogočajo pridobivanje velikih tokov pri dovolj visoki napetosti.

Ko bomo v prihodnje govorili o generatorjih, bomo mislili na indukcijske elektromehanske generatorje.

Alternator. Načelo delovanja generatorja izmeničnega toka je bilo že obravnavano v § 31.

Danes je na voljo veliko različnih vrst indukcijskih generatorjev. Vendar so vsi sestavljeni iz istih osnovnih delov. To je, prvič, elektromagnet ali trajni magnet, ki ustvarja magnetno polje, in drugič, navitje, v katerem se inducira izmenična emf (v obravnavanem modelu generatorja je to vrtljivi okvir). Ker se elektromagnetna polja, inducirana v zaporedno vezanih ovojih, seštevajo, je amplituda induciranega elektromagnetnega polja v okvirju sorazmerna s številom njegovih ovojev. Prav tako je sorazmeren z amplitudo izmeničnega magnetnega pretoka (Ф m = BS) skozi vsak zavoj (glej § 31).

Za pridobitev velikega magnetnega pretoka generatorji uporabljajo poseben magnetni sistem, sestavljen iz dveh jeder iz elektrotehničnega jekla. Navitja, ki ustvarjajo magnetno polje

se nahajajo v režah enega od jeder, navitja, v katerih se inducira EMF, pa v režah drugega. Eno od jeder (običajno notranje) skupaj z navitjem se vrti okoli vodoravne ali navpične osi. Zato se imenuje rotor. Stacionarno jedro z navitjem se imenuje stator. Reža med jedrima statorja in rotorja je čim manjša, da se poveča pretok vektorja magnetne indukcije.

V modelu generatorja, prikazanem na sliki 5.1, se vrti žični okvir, ki je rotor (brez železnega jedra). Magnetno polje ustvarja stacionarni trajni magnet. Seveda lahko storite nasprotno: zavrtite magnet in pustite okvir negiben.

V velikih industrijskih generatorjih se elektromagnet, ki je rotor, vrti, navitja, v katerih se inducira EMF, pa so nameščena v statorski bazi in ostanejo nepremična. Dejstvo je, da je treba tok dovajati v rotor ali odstraniti iz navitja rotorja v zunanje vezje z uporabo drsnih kontaktov. Da bi to naredili, je rotor opremljen z drsnimi obroči, pritrjenimi na konca njegovega navitja (slika 5.2). Fiksne plošče - ščetke - so pritisnjene na obroče in povezujejo navitje rotorja z zunanjim vezjem. Jakost toka v navitjih elektromagneta, ki ustvarja magnetno polje, je bistveno manjša od jakosti toka, ki jo daje generator v zunanje vezje. Zato je bolj priročno odstraniti ustvarjeni tok iz stacionarnih navitij in skozi drsne kontakte dovajati relativno šibek tok v vrteči se elektromagnet. Ta tok ustvarja ločen enosmerni generator (exciter), ki se nahaja na isti gredi.

Pri generatorjih majhne moči ustvarja magnetno polje vrteči se trajni magnet. V tem primeru obroči in ščetke sploh niso potrebni.

Pojav EMF v stacionarnih navitjih statorja je razložen s pojavom v njih vrtinčnega električnega polja, ki nastane zaradi spremembe magnetnega pretoka, ko se rotor vrti.

Vsebina lekcije zapiski lekcije podporni okvir predstavitev lekcije metode pospeševanja interaktivne tehnologije Vadite naloge in vaje samotestiranje delavnice, treningi, primeri, questi domače naloge diskusija vprašanja retorična vprašanja študentov Ilustracije avdio, video posnetki in multimedija fotografije, slike, grafike, tabele, diagrami, humor, anekdote, šale, stripi, prispodobe, izreki, križanke, citati Dodatki izvlečkičlanki triki za radovedneže jaslice učbeniki osnovni in dodatni slovar pojmov drugo Izboljšanje učbenikov in poukapopravljanje napak v učbeniku posodobitev odlomka v učbeniku, elementi inovativnosti pri pouku, nadomeščanje zastarelega znanja z novim Samo za učitelje popolne lekcije koledarski načrt za leto; metodološka priporočila; Integrirane lekcije

Generator- naprava, ki pretvarja različne vrste energije v električno energijo. Generatorji proizvajajo električni tok. Primeri generatorjev: galvanske celice, elektrostatični stroji, solarni kolektorji itd. Glede na značilnosti se uporabljajo različne vrste generatorjev.

Na primer, z uporabo elektrostatičnih strojev lahko ustvarite zelo visoko napetost, vendar bo tok zelo majhen. In s pomočjo galvanskih celic lahko ustvarite sprejemljivo jakost toka, vendar lahko delujejo le kratek čas.

Struktura generatorja

Oglejmo si indukcijski elektromehanski generator izmeničnega toka. Obstaja veliko generatorjev te vrste, vendar ima vsak od njih skupne osnovne dele.

• Trajni ali elektromagnetni. Ustvarja magnetno polje.
• Navijanje.

V njem se inducira izmenična emf.

V utorih enega jedra so navitja, ki ustvarjajo magnetno polje, v utorih drugega pa navitja, v katerih se inducira emf. Eno od jeder se vrti, imenujemo ga rotor. Drugi je stacionaren in se imenuje stator. Skušajo narediti čim manjšo vrzel med jedri, da povečajo pretok vektorja magnetne indukcije.

Slika prikazuje model preprostega generatorja.

Načelo delovanja generatorja

V generatorju, katerega model je prikazan na sliki, magnetno polje ustvarja trajni magnet, v njem pa se vrti žični okvir. Načeloma lahko okvir pustite pri miru in zavrtite magnet. Od nič se ne bi spremenilo.

Točno to se počne v industrijskih generatorjih. Elektromagnet se vrti in navitja, v katerih se pojavi EMF, ostanejo nepremična. To je posledica dejstva, da je za dovod toka v rotor ali njegovo odstranitev iz navitij rotorja potrebno uporabiti drsne kontakte. V ta namen se uporabljajo ščetke in drsni obroči. Moč toka, zaradi katere se rotor vrti, je veliko manjša od tiste, ki jo odstranimo iz navitij.

Zato je bolj priročno dovajati tok v rotor in odstraniti tok iz statorja. V generatorjih z majhno močjo se za ustvarjanje magnetnega polja uporablja rotacijski trajni magnet, potem rotorju sploh ni treba dovajati toka. In ni vam treba uporabljati ščetk in obročev.

Ko se rotor vrti, se v navitjih statorja pojavi emf. To se zgodi, ker nastane vrtinčno električno polje. Sodobni generatorji so zelo veliki stroji. Poleg tega so pri takih dimenzijah (več metrov) nekateri najpomembnejši notranji deli izdelani z milimetrsko natančnostjo.

Transformatorji

Generatorji, ki se nahajajo v elektrarnah, proizvajajo zelo močan EMF. V praksi je takšna napetost redko potrebna. Zato je treba takšno napetost pretvoriti.

Za pretvorbo napetosti se uporabljajo naprave, imenovane transformatorji. Transformatorji lahko povečajo ali zmanjšajo napetost. Obstajajo tudi stabilizacijski transformatorji, ki ne povečajo ali zmanjšajo napetosti.

Razmislite o zasnovi transformatorja na naslednji sliki.

Simbol transformatorja:

Zasnova in delovanje transformatorja

Transformator je sestavljen iz dveh tuljav z žičnimi navitji. Te tuljave so nameščene na jeklenem jedru. Jedro ni monolitno, ampak je sestavljeno iz tankih plošč.

Eno od navitij se imenuje primarno. Na to navitje je priključena izmenična napetost, ki prihaja iz generatorja in jo je treba pretvoriti. Drugo navitje se imenuje sekundarno navitje. Nanj je priključena obremenitev. Obremenitev so vse naprave in naprave, ki porabljajo energijo.

Naslednja slika prikazuje simbol transformatorja.

slika

Delovanje transformatorja temelji na pojavu elektromagnetne indukcije. Ko izmenični tok teče skozi primarno navitje, se v jedru ustvari izmenični magnetni tok. In ker je jedro običajno, magnetni tok inducira tok v drugi tuljavi.

Primarno navitje transformatorja ima N 1 ovojev, njegova skupna inducirana EMF je enaka e 1 = N 1 e, kjer je e trenutna vrednost inducirane EMF v vseh obratih. e je enak za vse ovoje obeh tuljav.

Sekundarno navitje ima N 2 ovojev. V njem se inducira EMF e 2 = N 2 e.

Torej: e 1 / e 2 = N 1 / N 2.

Zanemarjamo upor navitja. Posledično bodo vrednosti inducirane emf in napetosti približno enake velikosti: |u 1 |≈|e 1 |.

Ko je tokokrog sekundarnega navitja odprt, v njem ne teče tok, zato: |u 2 |=|e 2 |.

Trenutne vrednosti EMF e 1, e 2 nihajo v eni fazi. Njihovo razmerje lahko nadomestimo z razmerjem vrednosti efektivne emf: E 1 in E 2 . In nadomestimo razmerje trenutnih vrednosti napetosti z efektivnimi vrednostmi napetosti. Dobimo:

E 1 /E 2 ≈U 1 /U 2 ≈N 1 / N 2 = K

K – koeficient transformacije. pri K>0 transformator poveča napetost, ko K – transformator zmanjša napetost. Če je obremenitev priključena na konce sekundarnega navitja, se bo v drugem tokokrogu pojavil izmenični tok, kar bo povzročilo pojav drugega magnetnega toka v jedru.

Ta magnetni tok bo zmanjšal spremembo magnetnega toka jedra. Za naloženo transformatorja bo veljala naslednja formula: U 1 /U 2 ≈ I 2 /I 1.

To pomeni, da ko se napetost večkrat poveča, bomo tok zmanjšali za enako količino.

Demonstracijski poskusi - glej II. odstavek, §§ 50.
Poenostavljeni instrumenti - glej zvezek III, § 49.
Risbe in risbe v lekcijah - glej zvezek IV, § 68.

1. Vsebina: a) Pojav elektromagnetne indukcije. Povezava med smermi polja, gibanjem prevodnika in tokom. Pravilo desne roke. b) Pridobivanje izmeničnega toka z vrtenjem okvirja v magnetnem polju. Razlika med izmeničnim in enosmernim tokom, c) Kolektor, kot naprava za usmerjanje izmeničnega toka. d) Koncept zasnove dinama. Reverzibilnost dinama. e) Pomen odkritja elektromagnetne indukcije in izuma dinama.

2. Metodološka pojasnila. Za povezavo s prejšnjim razdelkom je treba na začetku preučevanja teme postaviti vprašanje približno v obliki, v kateri se je pojavilo pri M. Faradayu. Če se prevodnik, po katerem teče tok v magnetnem polju, začne premikati, potem ali ne bi lahko gibanje prevodnika v polju povzročilo nastanek toka? Z drugimi besedami, postavlja se vprašanje o možnosti pretvorbe mehanske energije v električno.

Metodološke težave pri preučevanju pojava elektromagnetne indukcije ter principa zasnove in delovanja dinama povzročajo isti razlogi, ki so bili navedeni v § 101, 2. Vendar jih je lažje premagati, saj so bila podobna vprašanja že obravnavana v prejšnji študiji elektromotorja. Da bi poenostavili predstavitev in zagotovili dostopnost gradiva za študente, je treba poleg demonstracije poskusov uporabiti tudi široko uporabo učnih pripomočkov v obliki okvirjev ali kontur z obroči in razdelilnikom (glej zv. II, § 50, 7, sl. 377, 389 in 390 ), kot tudi uporaba pojasnjevalnih slik. Pri risanju na tablo je treba opustiti risbe v poševni projekciji in dati konvencionalne slike v obliki odsekov, podobnih tistim, ki so prikazani na sliki 242. Ker učenci nimajo pojma o elektromotorni sili, da bi poenostavili predstavitev pri obravnavi Pojav elektromagnetne indukcije in posledična vprašanja, je treba govoriti o električnem toku, induciranem v prevodnikih, in ne o inducirani elektromotorni sili, kar z znanstvenega vidika ni povsem pravilno.

Težave pri preučevanju pojava indukcije nastanejo tudi zato, ker se demonstracijski galvanometer, ki se uporablja v šoli, izkaže za premalo občutljivega. Zato je treba pojav prikazati v zelo zapleteni obliki, vzbujanje toka v tuljavi in ​​ne v ravnem prevodniku.

Še zdaleč ni preprosto ustvariti pri učencih kakršno koli pravilno predstavo o izmeničnem električnem toku, ne samo kot tok, ki občasno spreminja svojo smer, ampak tudi kot stalno spremembo njegove velikosti med vsakim polciklom. Zaželeno je, da učenci razumejo graf izmeničnega toka in znajo ustrezno razlagati. To se izkaže za možno le, če je učitelj skozi tečaj namenjal dovolj pozornosti gradnji vseh vrst grafov.

3. Elektromagnetna indukcija. Predstavitev te problematike ne samo v šoli, ampak tudi v učbenikih je nezadovoljiva. Zaradi metodološke nepopolnosti opreme je v poskusih mogoče zaznati le pojav indukcijskega toka, ne pa tudi utemeljiti obstoječe povezave med smermi polja, mehanskim gibanjem in smerjo toka. Podroben opis eksperimentalne metodologije, ki vodi k poenostavitvi predstavitve vprašanja in omogoča uvedbo pravila desne roke, ter opis ustreznih instrumentov, je podan v Zvezku II, § 50, 2 in 5. Tu se bomo v zvezi s poskusom omejili na naslednja navodila:

1) Indukcijsko tuljavo, ki je običajno na voljo v šoli, je treba obravnavati kot neprimerno z metodološkega vidika. Uporabiti je treba posebno izdelano tuljavo, na kateri je učencem jasno vidna smer navitja in v kateri so žice pobarvane v različnih barvah (glej II. zv., sl. 40).

2) Znotraj demonstracijskega galvanometra je treba po potrebi ponovno povezati žice, ki vodijo do njegovih sponk, tako da se igla odkloni glede na tok (glej Zv. II, § 45, slika 323).

3) Pri demonstraciji raje uporabite magnet v obliki črke U kot ravnega, saj je vzorec polja pri slednjem preprostejši kot pri prvem (glej Zv. II, sl. 399 in 401).

4) Tuljavo premaknite tako, da jo potisnete na magnet, ne pa obratno. V nasprotnem primeru se bodo pojavile težave pri uvajanju pravila desne roke.

Le če so izpolnjeni navedeni pogoji, je mogoče povezavo, izraženo z desnim pravilom, relativno preprosto eksperimentalno ugotoviti.

Pojav indukcije preučujemo v naslednji obliki:

1) Indukcijski tok se pojavi, ko se prevodnik premika čez poljske črte, ne pa vzdolž njih (slika 244).

2) Pojav indukcije opazimo ne le med gibanjem tuljave v bližini polov prevodnika glede na polje, temveč tudi polje glede na prevodnik, tj. z relativnim gibanjem polja in prevodnika .

3) Štirje možni primeri gibanja prevodnika v bližini magnetnih polov se zmanjšajo na dva glavna primera relativnega gibanja prevodnika čez poljske črte (slika 245).

4) Smer indukcijskega toka v odvisnosti od smeri polja in odmika določa desno pravilo.

Priporočljivo je upoštevati Lenzovo pravilo, ki ga je bolj smiselno izvesti kasneje - pri postavitvi poskusa, ki zaznava upor armature dinama, ko je ta obremenjena.

Proizvajanja indukcije z elektromagnetom ni treba dokazovati, saj to ne prinaša nič bistveno novega. Prikaz nastanka toka v sekundarni tuljavi ob prekinitvah toka v primarju služi kot uvod v obravnavo vprašanja transformatorja in ga je zato treba podati na začetku naslednje teme.

Pri preučevanju pravila desne roke je treba, v skladu z določbami iz § 101, 3, izvajati treninge s celotnim razredom.

Učiteljeve skice na tabli in skice učencev v zvezkih morajo ustrezati vsem možnim primerom gibanja tuljave glede na poli (sl. 244 in 245).

Vprašanje teh risb je podrobno obravnavano v zvezku IV, § 68, 1 (sl. 303-308).

4. Pridobivanje izmeničnega toka z vrtenjem okvirja. Za glavni poskus, ki služi za zaznavanje pojava izmeničnega toka, ko se okvir vrti v magnetnem polju, se uporablja tuljava, opisana v Zvezku II, § 50, 6 (slika 393). O spremembi smeri toka pri prehodu okvirja skozi nevtralni položaj presodimo na podlagi odklona igle demonstracijskega galvanometra. Razlaga opazovanega pojava je podana na podlagi pravila desne roke z uporabo demonstracijskega vezja z obroči (sl. 246 in glej Zv. II, sl. 389) in vnaprej izdelanih slik, podobnih sliki 242. V tem vezju , kot pri preučevanju gibanja prevodnika, Za poenostavitev razlage je treba njegove posamezne dele obarvati v različnih barvah.

Učence je treba seznaniti z glavnimi razlikami med izmeničnim in enosmernim tokom:

1) Izmenični tok spreminja svoj tok v rednih intervalih. obratna smer.

2) Jakost izmeničnega toka v tem času nenehno narašča do določene največje vrednosti in nato tudi pada na nič.

3) Čas, v katerem izmenični tok teče v eno in nasprotno smer, se imenuje obdobje izmeničnega toka. Priporočljivo je podati graf izmeničnega toka (glej Zv. IV, sl. 306).

Za zaključek moramo razmisliti o zgradbi magnetoelektričnega stroja z obroči in prikazati njegovo delovanje s segrevanjem električne žarnice (glej II. zvezek, § 50, 8 in sliko 394). Hkrati so podana pojasnila, za kakšen namen je telo armature izdelano iz železa, navitje pa je izdelano iz velikega števila ovojev.

Ob omenjeni zamenjavi magnetov z elektromagneti lahko takšen stroj štejemo za prototip sodobnih strojev na izmenični tok (alternatorjev), ki se uporabljajo v tehniki. Stroje na izmenični tok je napačno imenovati dinamo.

5. Popravljalno delovanje kolektorja. Dinamo stroj. Popravljalni učinek kolektorja se določi z uporabo vezja s kolektorjem in uporabo vnaprej izdelanih risb, kot so tiste, prikazane na sliki 247. Nato demonstrirajo delovanje magnetno-električnega stroja s kolektorjem (glej II. zvezek, slika 394), pri čemer zažarijo žarnico in s pomočjo demonstracijskega galvanometra pokažejo, da stroj proizvaja enosmerni tok. Prav tako je koristno govoriti o zasnovi svetilke z magnetno-električnim strojem (glej Zv. II, sl. 395, II). Ob opozorilu, da se pri tehničnih strojih namesto magnetov uporabljajo elektromagneti za izboljšanje delovanja, se učenci seznanijo z dinamoelektričnim principom, ki je sestavljen iz tega, da se tok za napajanje induktorja jemlje iz armature dinama, kar je njegova značilna lastnost.

Dijaki zlahka vidijo istovetnost v napravah dinama in enosmernega motorja. Zato vprašanje reverzibilnosti dinama, ki je prikazano eksperimentalno, ne predstavlja nobenih težav.

6. Dinamo kot pretvornik mehanske energije v električno. Bistvenega pomena so izkušnje, ki kažejo, da je mehanska moč, ki jo porabi dinamo, odvisna od električne energije, ki jo dovaja dinamo. Ta pojav zaznamo s spremembo hitrosti padajočega bremena, ki poganja dinamo (glej Zv. II, § 50, 3), ko je pod električno obremenitvijo, v primerjavi z delovanjem v prostem teku. V povezavi s tem poskusom in pojavom reverzibilnosti dinama, kot je navedeno v razdelku 3, je treba pojasniti Lenzovo pravilo. Na podlagi primerjave pravil desne in leve roke ter risb je povsem mogoče pripeljati učence do zaključka, da ima induktivni tok vedno takšno smer, da ustvarja silo, ki nasprotuje proizvedenemu gibanju. Nato je predstavljen koncept učinkovitosti. dinama in njegova visoka vrednost je navedena za najnaprednejše stroje. Uvedba učinkovitosti izhajajo iz zakona o ohranitvi energije in s tem poudarjajo univerzalnost slednjega.

V zaključku je obravnavan pomen izuma mehanskega generatorja električne energije, ki je omogočil pridobivanje močnih tokov in omogočil široko uporabo električne energije v tehniki in vsakdanjem življenju.

7. Zgodovinski podatki. Obravnavo pomena izuma mehanskega generatorja električne energije naj spremlja tudi predstavitev ustreznih zgodovinskih podatkov. Ti vključujejo: 1) zgodovino odkritja elektromagnetne indukcije M. Faradayja; 2) biografija M. Faradaya (§§ 9 in 10); 3) kratke informacije o izumu dinama in 4) zgodovina odkritja reverzibilnosti dinama. Preučevanje biografije M. Faradaya ima zelo veliko izobraževalno vrednost.

Poleg zgodbe o Faradayu je treba učencem predstaviti življenje in najpomembnejša odkritja ruskega znanstvenika Emilija Kristijanoviča Lenza, ki je vse svoje življenje posvetil predvsem preučevanju hipno-električnih pojavov. Najpomembnejše je treba šteti za njegovo odkritje zakona, ki določa smer induciranega toka (Lenzovo pravilo) in s tem povezuje v eno celoto pojave gibanja prevodnika v magnetnem polju in pojave elektromagnetne indukcije (glej poglavje 6 ). To odkritje je bilo temeljnega pomena in je bilo, dopolnjeno s številnimi drugimi Lenzovimi deli o elektromagnetizmu, prvo delo o teoriji elektromagnetnih strojev, ki je bilo odločilno za svetovno znanost. Zato obveščanje študentov o akademiku Lenzu le kot o znanstveniku, ki je odkril Joule-Lenzov zakon, ni dovolj.

8. Naloge. Težave se uporabljajo za isti namen in iste vrste kot v temi "gibanje dirigenta". Posebej zanimivi in ​​koristni so problemi-vprašanja o izmeničnem toku, ki predlagajo napovedovanje, kako se bo zgodilo naslednje: toplotni učinki, elektroliza bakrovega sulfata in nakisane vode ter privlačnost železa z elektromagnetom (glej Zvezek II, § 51 , 2 in slika 406).

9. Vadnice. Poleg zgornjih vezij z obroči in kolektorjem je treba uporabiti razlagalno sliko: »Zasnova generatorja enosmernega toka. Koristno je demonstrirati prosojnice, ki prikazujejo stroje (generatorje) v tehniki, enosmerni in izmenični tok. Še bolje je pokazati ustrezne fragmente iz filma: "Pretvorba mehanske energije v električno energijo."

Demonstracija delujoče makete parne elektrarne naredi na študente izjemno močan vtis.

10. Obšolske dejavnosti. Kot je navedeno v § 49, 3, je zaželeno organizirati večer, posvečen M. Faradayu, ali objaviti ustrezen stenski časopis. Za krožne razrede tema odpira široke možnosti za preučevanje izmeničnega toka z nizom eksperimentov (glej Zv. II, § 51, 2 in Zv. III, § 2.7).