Джерела електричної енергії: опис, види і особливості

Джерела електричної енергії в кожніймісцевості розрізняються за способом її отримання. Так, в степах доцільніше використовувати силу вітру або перетворювати тепло після спалювання палива, газу. В горах, де є річки, будуються греблі і вода приводить в рух гігантські турбіни. Електрорушійну силу отримують практично повсюдно за рахунок інших природних енергій.

Звідки береться харчування споживачів

Джерела електричної енергії отримуютьнапруга після перетворення сили вітру, кінетичного руху, потоку води, результату ядерної реакції, тепла від горіння газу, палива або вугілля. Широко поширені теплоелектростанції, гідроелектростанції. Поступово скорочується кількість атомних станцій як не зовсім безпечних для проживаючих поблизу людей.

Може використовуватися хімічна реакція, ціявища ми спостерігаємо в акумуляторах автомобілів і побутових приладів. Батарейки до телефонів працюють за тим же принципом. Вітровики застосовуються в місцях з постійним вітром, де джерела електричної енергії містять в конструкції звичайний генератор високої потужності.

Для харчування цілого міста часом однієї станціїнедостатньо, і джерела електричної енергії комбінуються. Так, на дахах будинків в теплих країнах встановлюються сонячні батареї, які живлять окремі приміщення. Поступово екологічно чисті джерела замінять станції, що забруднюють атмосферу.

В автомобілях

Акумуляторна батарея на транспорті - НЕєдине джерело електричної енергії. Ланцюги автомобіля спроектовані з таким розрахунком, що при русі починається процес перетворення кінетичної енергії в електричну. Це відбувається завдяки генератору, в якому обертання котушок всередині магнітного поля породжує появу електрорушійної сили (ЕРС).

У мережі починає протікати струм, що заряджаєакумуляторну батарею, тривалість роботи якої залежить від її ємності. Зарядка починається відразу після старту двигуна. Тобто енергія виробляється за рахунок спалювання палива. Останні розробки автомобілебудування дозволили використовувати ЕРС джерела електричної енергії для руху транспорту.

В електромобілях потужні хімічні батареївиробляють струм в замкнутому ланцюзі і служать джерелом харчування. Тут спостерігається зворотний процес: ЕРС виробляється в котушках приводний системи, що змушує колеса крутитися. Токи у вторинному ланцюзі величезні, пропорційні швидкості розгону і ваги автомобіля.

Принцип роботи котушки з магнітом

Протікає струм через котушку викликає появазмінного магнітного потоку. Він, в свою чергу, надає на магніти виштовхуючу силу, яка змушує рамку з двома різнополярними магнітами крутитися. Таким чином, джерела електричної енергії служать вузлом для руху авто.

Зворотний процес, коли рамка з магнітомобертається усередині обмоток, за рахунок кінетичної енергії дозволяє перетворювати змінний магнітний потік в ЕРС котушок. Далі в ланцюзі встановлені стабілізатори напруги, що забезпечують необхідні показники мережі живлення. За цим принципом виробляється електрика в гідроелектростанціях, теплоелектростанціях.

ЕРС в ланцюзі з'являється і в звичайній замкненого кола. Вона існує до тих пір, поки до провідника прикладена різниця потенціалів. Електрорушійна сила потрібна для опису характеристики джерела енергії. Фізичне визначення терміна звучить так: ЕРС в замкнутому ланцюзі пропорційна роботі сторонніх сил, які здійснюють переміщення одиночного позитивного заряду через все тіло провідника.

Формула E = I * R - опір враховується повне, що складається з внутрішнього опору джерела живлення і результатів складання опору питомого ділянки ланцюга.

Обмеження на установку підстанцій

Будь-провідник, по якому тече струм,виробляє електричне поле. Джерело енергії є випромінювачем електромагнітних хвиль. Навколо потужних установок, на підстанціях або поблизу генераторних пристроїв виявляється вплив на здоров'я людини. Тому були вжиті заходи щодо обмеження споруджуваних об'єктів поблизу житлових будинків.

На законодавчому рівні встановленофіксовані відстані до електричних об'єктів, за межами яких живий організм знаходиться в безпеці. Заборонені споруди потужних підстанцій поблизу будинків і на шляху прямування людей. Потужні установки повинні мати огорожі та закриті входи.

Високовольтні лінії монтуються високо надбудівлями і виносяться за межі поселень. Для виключення впливу електромагнітних хвиль в житловій зоні джерела енергії закриваються заземленими металевими екранами. У найпростішому випадку використовується сітка з дроту.

Одиниці виміру

Кожна величина джерела енергії і ланцюгиописується кількісними значеннями. Це полегшує завдання проектування і розрахунок навантаження під конкретне харчування. Одиниці виміру пов'язані між собою фізичними законами.

Для величин джерел живлення встановлені наступні одиниці:

• Опір: R - Ом.
• ЕРС: E - вольт.
• Реактивний і повний опір: X і Z - Ом.
• Струм: I - ампер.
• Напруга: U - вольт.
• Потужність: P - Ватт.

Побудова послідовних і паралельних схем живлення

Розрахунок ланцюга ускладнюється, якщо використовуєтьсяз'єднання джерел електричної енергії декількох типів. Враховується внутрішні опір кожної гілки і напрямок струму через провідники. Для вимірювання ЕРС кожного джерела окремо потрібно розімкнути ланцюг і безпосередньо на висновках живильної батареї заміряти потенціал приладом - вольтметром.

При замкнутому ланцюзі прилад покаже падіннянапруги, яке має меншу величину. Для отримання необхідного харчування часто потрібно кілька джерел. Залежно від завдання може використовуватися кілька видів з'єднань:

• Послідовне. ЕРС ланцюга кожного джерела складається. Так, при використанні двох батарей номіналом 2 вольта отримують в результаті підключення 4 В.
• Паралельне. Такий вид застосовується для збільшення ємності джерела, відповідно, спостерігається більш тривалий час роботи від акумуляторів. ЕРС ланцюга при такому підключенні не змінюється при рівних номіналах батарей. Важливо дотримати полярність з'єднання.
• Комбіновані підключення рідко використовуються,але на практиці зустрічаються. Розрахунок результуючої ЕРС проводиться для кожного окремого замкнутого ділянки. Враховується полярність і напрямок струму гілок.

Оми мережі живлення

Внутрішній опір джерела електричноїенергії враховується для визначення результуючої ЕРС. У загальному вигляді електрорушійна сила розраховується за формулою E = I * R + I * r. Тут R - опір споживачів, а r - внутрішній опір. Падіння ж напруги вираховують за такою залежністю: U = E - Ir.

Струм, що протікає в ланцюзі, розраховують згіднозакону Ома повного кола: I = E / (R + r). Внутрішній опір здатне впливати на силу струму. Щоб такого не відбувалося, джерело підбирають під навантаження за таким правилом: внутрішній опір джерела повинно бути набагато менше повної загальної опору споживачів. Тоді враховувати його величину зовсім необов'язково через малу похибки.

Як виміряти Оми мережі живлення?

Так як джерела і приймачі електричноїенергії повинні бути узгоджені, то відразу виникає питання: як виміряти внутрішній опір джерела? Адже омметром не підключений на контакти з наявними на них потенціалами. Для вирішення питання використовується непрямий метод зняття показників - будуть потрібні значення додаткових величин: струм і напруга. Розрахунок здійснюється за формулою r = U / I, де U - падіння напруги на внутрішньому опорі, а I - струм в ланцюзі під навантаженням.

Падіння напруги вимірюється безпосередньо назатискачах джерела живлення. У ланцюг підключається резистор відомого номіналу R. До проведення замірів слід зафіксувати вольтметром ЕРС джерела при розімкнутому ланцюзі - E. Далі підключають навантаження і фіксують показання - U нагр. і струму I.

Шукане падіння напруги на внутрішньому опорі U = E - U нагр. В результаті розраховуємо шукану величину r = (E - U нагр.) / I.