Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловой источник тока внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию

Рефераты — Тары-Бары

Готовые работы по разным предметам для техникумов и колледжей

Превращение одних видов энергии в другие и их использование

Энергия (греческое — действие, деятельность) понимается количественная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться одна в другую.

Согласно представлениям физической науки, энергия — это способность тела или системы тел совершать работу. Существуют различные классификации видов и форм энергии. Человек в своей повседневной жизни наиболее часто встречается со следующими видами энергии: механическая, электрическая, электромагнитная, тепловая, химическая, атомная (внутриядерная). Последние три вида относятся к внутренней форме энергии, т.е. обусловлены потенциальной энергией взаимодействия частиц, составляющих тело, или кинетической энергией их беспорядочного движения.

Если энергия — результат изменения состояния движения материальных точек или тел, то она называется кинетической; к ней относят механическую энергию движения тел, тепловую энергию, обусловленную движением молекул.

Если энергия — результат изменения взаимного расположения частей данной системы или ее положения по отношению к другим телам, то она называется потенциальной; к ней относят энергию масс, притягивающихся по закону всемирного тяготения, энергию положения однородных частиц, например, энергию упругого деформированного тела, химическую энергию.

Энергию в естествознании в зависимости от природы делят на следующие виды.

Механическая энергия проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц. К ней относят энергию движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах — транспортных и технологических.

Тепловая энергия — энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ.

Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, сушки, выпаривания, перегонки и т.д.).

Электрическая энергия — энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока).

Электрическая энергия применяется для получения механической энергии с помощью электродвигателей и осуществления механических процессов обработки материалов: дробления, измельчения, перемешивания; для проведения электрохимических реакций; получения тепловой энергии в электронагревательных устройствах и печах; для непосредственной обработки материалов (электроэрозионная обработка).

Химическая энергия — это энергия, «запасенная» в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между веществами.

Химическая энергия либо выделяется в виде тепловой при проведении экзотермических реакций (например, горении топлива), либо преобразуется в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах. Эти источники энергии характеризуются высоким КПД (до 98%), но низкой емкостью.

Магнитная энергия — энергия постоянных магнитов, обладающих большим запасом энергии, но «отдающих» ее весьма неохотно. Однако электрический ток создает вокруг себя протяженные, сильные магнитные поля, поэтому чаще всего говорят об электромагнитной энергии.

Электрическая и магнитная энергии тесно взаимосвязаны друг с другом, каждую из них можно рассматривать как «оборотную» сторону другой. Электромагнитнаяэнергия — это энергия электромагнитных волн, т.е. движущихся электрического и магнитного полей. Она включает видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и радиоволны.

Таким образом, электромагнитная энергия — это энергия излучения. Излучение переносит энергию в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в другие формы, чаще всего в теплоту.

Ядерная энергия — энергия, локализованная в ядрах атомов так называемых радиоактивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер (термоядерная реакция).

Бытует и старое название данного вида энергии — атомная энергия, однако это название неточно отображает сущность явлений, приводящих к высвобождению колоссальных количеств энергии, чаще всего в виде тепловой и механической.

Гравитационная энергия — энергия, обусловленная взаимодействием (тяготением) массивных тел, она особенно ощутима в космическом пространстве. В земных условиях, это, например, энергия, «запасенная» телом, поднятым на определенную высоту над поверхностью Земли — энергия силы тяжести.

Таким образом, в зависимости от уровня проявления, можно выделить энергию макромирагравитационную; энергию взаимодействия телмеханическую; энергию молекулярных взаимодействийтепловую; энергию атомных взаимодействийхимическую; энергию излученияэлектромагнитную; энергию, заключенную в ядрах атомовядерную.

Современная наука не исключает существование и других видов энергии, пока не зафиксированных, но не нарушающих единую естественнонаучную картину мира и понятие об энергии.

В Международной системе единиц СИ в качестве единицы измерения энергии принят 1 Джоуль (Дж). 1 Дж эквивалентен 1 ньютон метр (Нм). Если расчеты связаны с теплотой, биологической и многими другими видами энергии, то в качестве единицы энергии применяется внесистемная единица — калория (кал) или килокалория (ккал), 1кал = 4,18 Дж. Для измерения электрической энергии пользуются такой единицей, как Ватт·час (Вт·ч, кВт·ч, МВт·ч), 1 Вт·ч = 3,6 МДж. Для измерения механической энергии используют величину 1 кг·м = 9,8 Дж.

Энергия, непосредственно извлекаемая в природе (энергия топлива, воды, ветра, тепловая энергия Земли, ядерная), и которая может быть преобразована в электрическую, тепловую, механическую, химическую называется первичной. В соответствии с классификацией энергоресурсов по признаку исчерпаемости можно классифицировать и первичную энергию.

При классификации первичной энергии выделяют традиционные и нетрадиционные виды энергии. К традиционным относятся такие виды энергии, которые на протяжении многих лет широко использовались человеком. К нетрадиционным видам энергии относят такие виды, которые начали использоваться сравнительно недавно.

К традиционным видам первичной энергии относят: органическое топливо (уголь, нефть и т.д.), гидроэнергию рек и ядерное топливо (уран, торий и др.).

Энергия, получаемая человеком, после преобразования первичной энергии на специальных установках — станциях, называется вторичной (электрическая энергия, энергия пара, горячей воды и т.д.).

Преобразование первичной энергии во вторичную, в частности в электрическую, осуществляется на станциях, которые в своем названии содержат указание на то, какой вид первичной энергии в какой вид вторичной преобразуется на них:

ТЭСтепловая электрическая станция преобразует тепловую энергию в электрическую;

Читайте так же:
Расчет тепловыделения от тока

ГЭСгидроэлектростанция преобразует механическую энергию движения воды в электрическую;

ГАЭСгидроаккумулирующая электростанция преобразует механическую энергию движения предварительно накопленной в искусственном водоеме воды в электрическую;

АЭСатомная электростанция преобразует атомную энергию ядерного топлива в электрическую;

ПЭСприливная электростанция преобразует энергию океанических приливов и отливов в электрическую;

ВЭСветряная электростанция преобразует энергию ветра в электрическую;

СЭСсолнечная электростанция преобразует энергию солнечного света в электрическую, и т.д.

Электричество — очень удобный для применения и экономичный вид энергии и по праву может считаться основой современной цивилизации.

Немногим более половины всей потребляемой энергии используется в виде тепла для технических нужд, отопления, приготовления пищи, оставшаяся часть — в виде механической, прежде всего в транспортных установках, и электрической энергии. Причем доля электрической энергии с каждым годом растет.

Электрическая энергия обладает такими свойствами, которые делают ее незаменимой в механизации и автоматизации производства и в повседневной жизни человека. Ее очень просто превратить в тепло. Это делается, например, в электрических источниках света (лампочках накаливания), в технологических печах, используемых в металлургии, в различных нагревательных и отопительных устройствах. Превращение электрической энергии в механическую используется в приводах электрических моторов.

При любых обсуждениях вопросов, связанных с использованием энергии, необходимо отличать энергию упорядоченного движения, известную в технике под названием свободной энергии (механическая, химическая, электрическая, электромагнитная, ядерная) и энергию хаотического движения, т.е. теплоту.

Любая из форм свободной энергии может быть практически полностью использована. В то же время хаотическая энергия тепла при превращении в механическую энергию снова теряется в виде тепла. Мы не в силах полностью упорядочить случайное движение молекул, превратив его энергию в свободную. Более того, в настоящее время практически нет способа непосредственного превращения химической и ядерной энергии в электрическую и механическую, как наиболее используемые. Приходится внутреннюю энергию веществ превращать в тепловую, а затем в механическую или электрическую с большими неизбежными теплопотерями.

Таким образом, все виды энергии после выполнения ими полезной работы превращаются в теплоту с более низкой температурой, которая практически непригодна для дальнейшего использования.

Развитие естествознания на протяжении жизни человечества неопровержимо доказало, какие бы новые виды энергии ни открывались, вскоре обнаруживалось одно великое правило. Сумма всех видов энергии оставалась постоянной, что, в конечном счете, привело к утверждению: энергия никогда не создается из ничего и не уничтожается бесследно, она только переходит из одного вида в другой.

В современной науке и практике эта схема настолько полезна, что способна предсказывать появление новых видов энергии.

Если будет обнаружено изменение энергии, которая не входит в список известных в настоящее время видов энергии, если выяснится, что энергия исчезает или появляется из ничего, то будет сначала «придуман», а затем найден новый вид энергии, который учтет это отклонение от постоянства энергии, т.е. закона сохранения энергии.

Закон сохранения энергии нашел подтверждение в различных областях — от механики Ньютона до ядерной физики. Причем закон сохранения энергии — это не только плод воображения или обобщения экспериментов. Вот почему можно полностью согласиться с утверждением одного из крупнейших физиков-теоретиков Пуанкаре: «Так как мы не в силах дать общего определения энергии, принцип ее сохранения означает, что существует нечто, остающееся постоянным. Поэтому, к каким бы новым представлениям о мире не привели нас будущие эксперименты, мы заранее знаем: в них будет нечто остающееся постоянным, что можно назвать ЭНЕРГИЕЙ».

Генераторы, в которых световое излучение непосредственно преобразуется в электрическую энергию – H02N 6/00

Патенты в данной категории

Изобретения относятся к системе энергоснабжения огней пассажирских автомобилей. Передняя фара автомобиля содержит источник света, рефлектор, проекционные линзы с затвором и мультиэнергетическую систему. Мультиэнергетическая система освещения автомобиля включает один мультиэнергетический модуль, производящий сбор и преобразование энергии, теряемой при работе передней фары автомобиля, в электрическую, мультиэнергетический модуль, содержащий фотоэлектронный преобразователь инфракрасной энергии и один фотоэлектронный преобразователь световой энергии, теряемой при работе регулярной передней фары автомобиля, в электрическую, модуль, предназначенный для сбора и преобразования видимой солнечной энергии в электрическую, аккумуляторную батарею, электрически соединенную с солнечными энергетическими и мультиэнергетическими модулями, лампу безопасности, датчик освещенности, микроконтроллер, связанный с аккумуляторной батареей, лампой безопасности и датчиком освещенности. Микроконтроллер включает лампу безопасности путем подключения ее к аккумуляторной батарее при соответствующем сигнале датчика освещенности, поступившем на микроконтроллер. Способ питания огней безопасности автомобиля включает сбор энергии и преобразование ее в электрическую с помощью мультиэнергетической системы. Достигается возможность использования остатков сохраненной энергии для питания в аварийной ситуации узлов электрической системы, когда она не функционирует. 3 н. и 17 з.п. ф-лы., 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к гелиоэнергетике, к солнечным энергетическим модулям с концентратором, для получения электрической энергии. Необходимость точного наведения и слежения за положением Солнца, а также создания эффективной системы теплоотвода с приемника усложняет конструкцию и эксплуатацию известных солнечных модулей. Технический результат состоит в повышении эффективности систем охлаждения приемника модуля, повышение компактности и мобильности модуля. Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором содержит параболоцилиндрический концентратор, датчик слежения, приемник, расположенный в фокальной области с охлаждающим устройством. Параболоцилиндрический концентратор выполнен стеклянным, а на внутреннюю поверхность его нанесено селективное покрытие. В центральной части стеклянного концентратора соосно его оптической оси размещен датчик слежения, расположенный внутри охлаждающего устройства с призматическими законцовками. Внутренняя часть охлаждающего устройства выполнена в виде радиаторных ребер. Приемник закреплен на внешней стороне призматических законцовок. Основания стеклянного концентратора, датчика слежения и охлаждающего устройства закреплены на радиаторе с цилиндрическими отверстиями. 2 ил.

Изобретение относится к гелиоэнергетике, к высокоэффективным солнечным сильноконцентрирующим энергоустановкам. Технический результат состоит в преобразовании солнечной энергии при более низкой температуре приемника не только в электрическую, но и механическую энергию, энергию монохроматического излучения, а также в электромагнитную энергию радиопередатчика при радиосвязи. Солнечная энергоустановка содержит первичный и вторичный концентраторы, приемник, расположенный в вершине первичного концентратора перпендикулярно его оптической оси с охлаждающим устройством. В центральной части общего конического концентратора, выполненного стеклянным, со сквозным отверстием перпендикулярно его оптической оси распложены первичный концентратор-параболоид и вторичный концентратор-гиперболоид с разворотом их образующих вокруг оптической оси общего конического концентратора на 360° и закреплены на нем с помощью держателей. Приемник расположен в вершине первичного концентратора-параболоида, закреплен на нем с помощью держателя и имеет цилиндрическую форму, вытянутую вдоль оптической оси общего конического концентратора. Первичный концентратор-параболоид, вторичный концентратор-гиперболоид и основание общего конического концентратора закреплены на охлаждающем устройстве-радиаторе, в котором выполнены цилиндрические отверстия-дырки. На внутреннюю поверхность общего конического концентратора нанесено селективное покрытие. 2 ил.

Читайте так же:
Ток установки теплового расцепителя

Изобретение относится к гелиоэнергетике, к высокоэффективным концентрирующим солнечным энергоустановкам. Технический результат состоит в обеспечении одновременного преобразования солнечного излучения, как в электрическую энергию для потребителей, так и в тепловую энергию для нагрева воды. Солнечная комбинированная концентрирующая энергоустановка содержит первичный и вторичный концентраторы, датчик слежения, приемник, расположенный в вершине первичного концентратора перпендикулярно его оптической оси с охлаждающим устройством. В центральной части первичного конического концентратора со сквозным отверстием соосно его оптической оси размещен датчик слежения, расположенный внутри вторичного полупараболоидного концентратора, который выполнен стеклянным. На его внутреннюю часть нанесено селективное покрытие. Вторичный концентратор развернут на 360° вокруг оптической оси первичного конического концентратора. На внешней стороне вторичного концентратора размещены термоэлементы, а фотоэлементы размещены на поверхности полого трубчатого теплоносителя в форме круга с входным и выходным отверстиями. Основания первичного конического концентратора, датчика слежения, вторичного концентратора и полый трубчатый теплоноситель в форме круга закреплены на изоляторной соединительной плоской круговой шайбе. 2 ил.

Изобретение относится к генераторам прямого преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию и может быть использовано в качестве источника ЭДС в автономных системах с длительным ресурсом работы, например в индикаторных приборах. Техническим результатом изобретения является расширение диапазона воздействующего спектра облучения и температурного интервала функционирования, а также удешевление технологии за счет использования менее дорогих материалов. Согласно изобретению генератор содержит соединенные контактно-диффузно по крайней мере два элемента, выполненные из металлов с разной энергией выхода электронов и замкнутые цепью внешней нагрузки. Способ преобразования энергии заключается в том, что воздействуют электромагнитным излучением на соединенные контактно-диффузно элементы генератора, выполненные из металлов с разной энергией выхода электронов и замкнутые цепью внешней нагрузки. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение может быть использовано для приведения в действие удаленных изолированных схем без необходимости металлических проводов для обеспечения электрической энергии. Оптическая система электропитания, содержащая одиночный фотогальванический элемент, который выдает первое напряжение при падении на него света; причем одиночным фотогальваническим элементом является одиночный диод; усилитель напряжения, соединенный с фотогальваническим элементом, который принимает первое напряжение от фотогальванического элемента и генерирует второе напряжение, которое выше, чем первое напряжение, причем усилитель напряжения питается только первым напряжением от фотогальванического элемента, при этом первое напряжение больше 1 В. Также предложены система датчика, содержащая одиночный фотогальванический элемент, и способ оптического электропитания электрической схемы. Изобретение обеспечивает возможность создать систему электропитания, которая обладает преимуществом оптического устройства электропитания, а также является эффективной по стоимости. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 3 ил.

Генератор относится к электронике и может быть использован при создании автономных низковольтных источников питания радиоэлектронных приборов. Генератор содержит неподвижный контур на основе катушки, выходы которой подключены к нагрузке, а ее витки пересекаются силовыми магнитными линиями магнитной системы. Магнитная система является неподвижной относительно контура на основе катушки и реализуется конструктивно ртутным магнитопроводом, возбудителем на основе лазера накачки и нагрузкой для поглощения пульсовой энергетической волны, возбуждаемой лазером. Лазер накачки и нагрузка для поглощения пульсовой энергетической волны соответственно подсоединены к входу и выходу ртутного магнитопровода. Лазер накачки и нагрузка для поглощения пульсовой энергетической волны конструктивно вынесены за пределы контура. Управление лазером накачки осуществляется тактовым генератором через схему запуска. Изобретение обеспечивает создание генератора тока, свободного от постоянного механического привода. 2 ил.

Генератор относится к электронике и может быть использован при создании автономных низковольтных источников питания радиоэлектронных приборов. Генератор содержит неподвижный контур на основе катушки, выходы которой подключены к нагрузке, а ее витки пересекаются силовыми магнитными линиями магнитной системы. Магнитная система является неподвижной относительно контура на основе катушки и конструктивно реализуется возбудителем на основе лазера накачки и кольцевым ртутным магнитопроводом, расположенным внутри витков катушки контура. Лазер подсоединен к специальному входу магнитопровода и конструктивно вынесен за пределы контура. Управление лазером осуществляется импульсным генератором через схему запуска лазера, а вся конструкция за исключением элементов управления лазером и нагрузки генератора тока помещена в криогенную ванну с жидким азотом Изобретение обеспечивает создание генератора тока, свободного от постоянного механического привода. 2 ил.

Изобретение относится к электронике и может быть использовано при создании автономных генераторов тока (низковольтных источников питания) радиоэлектронных приборов. Способ получения индуктированной электродвижущей силы базируется на явлении электромагнитной индукции и состоит в том, что в качестве неподвижной относительно контура магнитной системы используется ртутный магнитопровод, выполненный в виде спирали Архимеда с возбудителем на основе лазера накачки. Конструктивно спиралевидный ртутный магнитопровод охватывает наружный диаметр витков катушки контура, а лазер накачки вынесен за пределы контура. В результате за счет поглощения энергии светового импульса в спиралевидном ртутном магнитопроводе возникает пульсовая энергетическая волна, направленное перемещение которой возбуждает эквивалентную направленную пульсовую магнитную волну, которая, пересекая витки катушки, приводит к появлению индуктированной электродвижущей силы на ее выходах. Благодаря изобретению отпадает необходимость в постоянном механическом приводе для магнитной системы. 2 ил.

Читайте так же:
Электротепловое реле уставка тока несрабатывания

Способ относится к электронике и может быть использован при создании автономных генераторов тока (низковольтных источников питания) радиоэлектронных приборов. Способ получения индуктированной электродвижущей силы базируется на явлении электромагнитной индукции и состоит в том, что в качестве неподвижной относительно контура магнитной системы используется линейный ртутный магнитопровод с возбудителем на основе лазера накачки. Конструктивно линейный ртутный магнитопровод расположен внутри витков катушки контура, а лазер накачки вынесен за пределы контура. В результате за счет поглощения энергии светового импульса в линейном ртутном магнитопроводе возникает пульсовая энергетическая волна, направленное перемещение которой возбуждает эквивалентную направленную пульсовую магнитную волну, которая, пересекая витки катушки, приводит к появлению индуктированной электродвижущей силы на ее выходах. Благодаря изобретению отпадает необходимость в постоянном механическом приводе для магнитной системы. 2 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для выработки электрической энергии. Устройство получения электрической энергии содержит источник тепловой энергии, средство подачи тепловой энергии от источника к средству преобразования энергии, средство преобразования тепловой энергии в электрическую и средство отвода полученной электроэнергии в электросеть. Средство преобразования тепловой энергии в электрическую содержит, по крайней мере, один преобразующий модуль. Модуль включает в себя, по крайней мере, один излучатель с термолюминесцентным покрытием, фотоэлемент инфракрасного диапазона и концентратор. Концентратор расположен напротив излучателя с термолюминесцентным покрытием и осуществляет концентрацию инфракрасного излучения непосредственно на фотоэлемент инфракрасного диапазона. Фотоэлемент соединен со средством отвода полученной электроэнергии в электросеть. Изобретение позволяет повысить КПД при получении электрической энергии. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности, к энергетическим системам на основе солнечных электростанций. Технический результат заключается в создании в основном региональной мировой энергосистемы, обеспечивающей круглосуточное и круглогодичное надежное электроснабжение потребителей. Солнечная энергетическая система состоит из солнечных электростанций и электростанций, использующих другие возобновляемые и традиционные источники энергии, соединенных между собой и с потребителями линиями электропередач. Базовые солнечные электростанции одинаковой мощности установлены в широтном направлении на одинаковом угловом расстоянии друг от друга по долготе, равном U=360°/n, где n=2, 3, 4, 5, 6 — количество базовых солнечных электростанций. Базовые солнечные электростанции присоединены через высокочастотные преобразователи и повышающие трансформаторы Тесла к многоцепной однопроводной линии передачи электрической энергии. К ней также присоединены через трансформаторы Тесла, выпрямители, инверторы и трехфазные линии электропередач электростанции, использующие другие возобновляемые источники энергии: солнечные электростанции, гидроэлектростанции, ветровые электростанции, электростанции, работающие на биомассе, а также потребители электрической энергии. Суммарная мощность базовых солнечных электростанций равна суммарной мощности всех включенных потребителей электрической энергии. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники для электропитания объектов. Техническим результатом применения предлагаемой установки является повышение уровня генерируемой мощности и снижение удельных затрат получаемой электроэнергии. В установке теплоизолированный аккумулятор тепла, находящийся в тепловом контакте с камерой сгорания, выполнен вакуум-плотным, его верхняя часть через клапан и регулирующий вентиль соединена с системой водоснабжения и трубами с расположенным выше конденсатором, а нижняя часть теплоизолированного аккумулятора тепла через насос соединена с входной и выходной частями солнечного коллектора, причем конденсатор также выполнен вакуумплотным и находится в тепловом контакте с аккумулятором холода, а верхняя его часть соединена с вакуумным насосом и через него — с атмосферой, а в трубе, соединяющей теплоизолированный аккумулятор тепла со средней внутренней частью конденсатора, помещена электродетандерная установка, а аккумулятор холода соединен трубопроводами с насосом, источником водоснабжения и потребителями воды. 2 з.п. ф-лы. 1 ил.

Вторичные источники питания электронных устройств. Часть первая

ПЕРВИЧНЫЕ ВТОРИЧНЫЕ БЕСПЕРЕБОЙНЫЕ

Источники электропитания – это устройства, обеспечивающие электрическим током электроприборы, аппараты и т. д. Они подразделяются на два вида:

  • первичные;
  • вторичные.

Первичные сами вырабатывают электрическую энергию путем преобразования в нее других видов энергии, полученной в результате химических и прочих реакций.

К ним относятся различные электростанции (тепловые, атомные, гидравлические), химические преобразователи (аккумуляторы, гальванические и топливные элементы), термоэлектрические и фотоэлектрические генераторы (солнечные батареи) и др.

Вторичные предназначены для преобразования получаемой от первичного источника электроэнергии в напряжение с требуемыми параметрами. Для питания и нормального функционирования большинства электронных приборов требуется стабильное напряжение с различными значениями.

Вторичные источники имеют вид отдельных блоков или входят в состав различных электронных узлов. Кроме самого источника питания узлы могут включать дополнительные устройства, поддерживающие его нормальную работу при воздействии разных внешних факторов. К вторичным относятся трансформаторные и инверторные преобразователи, выпрямители и т. п.

Понятие первичных и вторичных источников относительно. Например, бытовая электросеть является первичным источником для домашних электроприборов, так как большинство устройств имеет свой внешний или встроенный блок питания, преобразующий входное напряжение до необходимых значений.

В свою очередь, трансформаторная подстанция, от которой питается бытовая электросеть, сама является вторичным источником по отношению к электростанции.

ИСТОЧНИКИ ПЕРВИЧНОГО ПИТАНИЯ

Как было сказано, к первичным источникам относятся устройства, преобразующие различные виды энергии в электроэнергию. Это может быть химическая, механическая энергия, световая, тепловая и энергия атомного распада.

Основные виды первичных источников:

  • гидроэлектростанции – преобразуют в электроэнергию гравитационную энергию воды;
  • химические источники (аккумуляторы, топливные и гальванические элементы) – переводят химическую энергию в электрическую;
  • дизель-генераторы – химическая энергия преобразуется сначала в механическую, потом в электрическую;
  • солнечные батареи – преобразуют энергию солнечного света в электрическую на основе физического закона фотоэффекта;
  • ветряные генераторы – преобразуют кинетическую энергию воздушных частиц;
  • термоэлектрические преобразователи – преобразуют тепловую энергию в электрическую.

Химические источники обычно используются в маломощных устройствах и как резервные источники. Работа топливных элементов основана на электрическом окислении топлива. В термоэлектрических устройствах электрический потенциал создает разница температур.

ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ПИТАНИЯ

Вторичные источники подключаются к первичным и преобразуют получаемую электроэнергию в выходное напряжение с требуемыми параметрами частоты, пульсации и т. д.

Основные функции вторичных источников:

  • обеспечение передачи требуемой мощности с наименьшими потерями;
  • преобразование формы напряжения (переменного напряжения в постоянное, изменение частоты, формирование импульсов;
  • преобразование значение напряжения (повышение или понижение его величины, формирование нескольких величин для разных цепей);
  • стабилизация напряжения (его показатели на выходе должны находиться в заданном диапазоне);
  • защита (чтобы напряжение, превысившее допустимые значения вследствие неисправности, не вывело из строя аппаратуру или сам ИП);
  • гальваническое разделение цепей.
Читайте так же:
Тепловая мощность тока физика задачи с решениями

Существует два основных типа источников вторичного питания (ИВП) – трансформаторный и импульсный.

Трансформаторный блок питания.

Трансформаторный, или линейный ИВП – классический блок питания. Регулировка выходного напряжения происходит в нем непрерывно, то есть линейно.

В его конструкцию последовательно входят:

  • трансформатор (корректирует напряжение в ту или иную сторону до нужной величины);
  • выпрямитель (преобразует переменное напряжение в постоянное);
  • фильтр (сглаживает пульсацию (колебания) в выпрямленном напряжении).

Также схема может включать защиту от короткого замыкания, фильтр высокочастотных помех, стабилизатор и др.

Достоинства трансформаторных ИВП:

  • простота конструкции;
  • гальваническая развязка от сети;
  • надежность в эксплуатации.
  • большие габариты и вес, которые прямо пропорциональны его мощности;
  • относительно низкий КПД.

В бытовой технике линейные ИП малой мощности используются для питания плат управления стиральных машин, микроволновок, отопительных котлов.

Импульсный ИВП.

Импульсный блок питания устроен принципиально иначе и имеет более сложную конструкцию.

  • выпрямитель (входное напряжение сначала выпрямляется – преобразуется из переменного в постоянное);
  • блок широтно-импульсной модуляции – ШИМ (преобразует постоянное напряжение в импульсы определенной частоты и скважности);
  • частотный фильтр (в блоках без гальванической развязки);
  • трансформатор (в блоках с гальванической развязкой от сети).

В импульсных источниках вторичного напряжения стабилизация реализуется посредством обратной связи, что позволяет поддерживать выходное напряжение на заданном уровне независимо от скачков входных параметров.

Например, в блоках с гальванической развязкой в зависимости от величины выходного сигнала изменяется скважность (отношение частоты следования импульсов к их длительности) на выходе ШИМ-контроллера.

Достоинства импульсных источников питания:

  • малый вес и небольшие размеры;
  • высокий КПД (до 98%);
  • широкий диапазон допустимого входного напряжения;
  • встроенная защита от короткого замыкания и других форс-мажоров;
  • невысокая цена;
  • по надежности сравнимы с трансформаторными ИП.
  • являются источниками высокочастотных помех, которые нельзя полностью устранить;
  • имеют ограничение по минимальной мощности нагрузки: не включаются, если она ниже требуемой.

Импульсные источники – это зарядки мобильных телефонов, блоки питания компьютеров, оргтехники, бытовой электроники.

Основы электроакустики

Во многих книгах источники электропитания быто­вых устройств упоминаются вскользь или их существова­ние подразумевается само собой. Что мы делаем в первую очередь, покупая новый плеер, радиоприемник, телевизор или видеокамеру? Прежде всего, мы разбира­емся с их источниками питания. Если они автономные, то надо, соблюдая полярность, вставить батареи в корпус устройства и лишь после этого включать его. Если устройство питается от аккумуляторов, их надо вначале зарядить (а возможно, и отформатировать) и лишь затем вставить в устройство. А если ваше устройство питается от сети, то прежде чем вставить вилку сетевого шнура в розетку и включить устройство, полезно убедиться в том, что переключатель напряжения сети установлен в правильное положение. Словом, с источниками питания мы сталкиваемся в первую очередь! Все бытовые аудио- и видеоустройства нуждаются в электропитании. Подобно тому, как не удалось изобре­сти вечный двигатель, пока не придуманы электронные устройства, способные усиливать электрические сигналы без электропитания входящих в них транзисторов и интегральных микросхем, именуемых активными приборами. Эту азбучную истину должен знать каждый пользователь аудио- и видеоустройств.


По типу электропитания такие устройства в насто­ящее время можно подразделить на три категории:

  • 1 устройства с автономным питанием;
  • 2 устройства с комбинированным питанием;
  • 3 устройства с сетевым питанием.

Устройства с автономным питанием обычно питаются от гальванических элементов и батарей. Батарея — не­сколько гальванических элементов, соединенных по­следовательно (реже параллельно или смешанно). Широ­ко используются также аккумуляторы и аккумуляторные батареи, которые заряжаются с помощью специальных зарядных устройств от сети и затем уже используются для питания аудио- и видеоустройств. Обычно автономное (батарейное) электропитание применяется в малогаба­ритных устройствах малой мощности — плеерах (маг­нитофонных и дисковых), радиоприемниках и магнито­лах низших классов.
Комбинированное питание, пожалуй, наиболее удоб­но. Оно предполагает, что соответствующее устройство может питаться как от батарей, так и от электрической сети переменного тока. Некоторые устройства могут питаться и от бортовой сети — например, автомобилей (с подключением к ней с помощью разъема-вставки, вставляемого в гнездо для зажигалки). При питании от сети используются специальные источники вторичного электропитания — сетевые адаптеры. Они могут быть встроенными в корпус питаемых устройств или выпол­няться в виде отдельных устройств.

Сетевое питание обычно используется для стацио­нарных устройств, потребляющих приличную мощ­ность — обычно начиная с десятка ватт. Такие устрой­ства редко переносятся с места на место и почти никогда не используются при отдыхе на природе.

Различают первичные и вторичные источники питания.

Аккумуляторы Топливные элементы Редоксиэлементы

Фотоэлектрические преобразователи (солнечная батарея) Термоэлектрические преобразователи Электромеханические источники тока МГД-генератор

Радиоизотопные источники энергии

Трансформаторы и автотрансформаторы переменного напряжения и тока Вибропреобразователи Импульсные преобразователи

Стабилизаторы напряжения и тока

Первичные источники питания − преобразователи различных видов энергии в электрическую. Например: гидроэлектростанция − ГЭС (потенциальная гравитационная энергия воды преобразуется в электрическую энергию), химические источники тока (ХИТ), аккумуляторы, топливные элементы (химическая энергия преобразуется в электрическую), дизель-генераторная установка − ДГУ (химическая энергия преобразуется в механическую, затем в электрическую), ветрогенератор (кинетическая энергия частиц воздуха преобразуется в электрическую) и др. В силовой электротехнике к первичным источникам питания можно отнести аккумуляторные батареи, дизельные- газовые- бензиновые генераторные установки, генерирующие электростанции, ИБП в автономном режиме работы и др.. Примером может служить аккумулятор, преобразующий химическую энергию в электрическую. Вторичные источники сами не генерируют электроэнергию, а служат лишь для её преобразования с целью обеспечения требуемых параметров (напряжения, тока, пульсаций напряжения и т. п.) Устройство, предназначенное для обеспечения питания электроприбора электрической энергией, при соответствии требованиям её параметров: напряжения, тока, и так далее путём преобразования энергии других источников питания Источник электропитания может быть интегрированным в общую схему (обычно в простых устройствах; либо когда недопустимо даже незначительное падение напряжения на подводящих проводах — например материнская плата компьютера имеет встроенные преобразователи напряжения для питания процессора), выполненным в виде модуля (блока питания, стойки электропитания и так далее), или даже расположенным в отдельном помещении (цехе электропитания).

  • Задачи вторичного источника питания
  • Обеспечение передачи мощности — источник питания должен обеспечивать передачу заданной мощности с наименьшими потерями и соблюдением заданных характеристик на выходе без вреда для себя. Обычно мощность источника питания берут с некоторым запасом.
  • Преобразование формы напряжения — преобразование переменного напряжения в постоянное, и наоборот, а также преобразование частоты, формирование импульсов напряжения и т. д. Чаще всего необходимо преобразование переменного напряжения промышленной частоты в постоянное.
  • Преобразование величины напряжения — как повышение, так и понижение. Нередко необходим набор из нескольких напряжений различной величины для питания различных цепей.
  • Стабилизация — напряжение, ток и другие параметры на выходе источника питания должны лежать в определённых пределах, в зависимости от его назначения при влиянии большого количества дестабилизирующих факторов: изменения напряжения на входе, тока нагрузки и так далее. Чаще всего необходима стабилизация напряжения на нагрузке, однако иногда (например, для зарядки аккумуляторов) необходима стабилизация тока.
  • Защита — напряжение, или ток нагрузки в случае неисправности (например, короткого замыкания) каких-либо цепей может превысить допустимые пределы и вывести электроприбор, или сам источник питания из строя. Также во многих случаях требуется защита от прохождения тока по неправильному пути: например прохождения тока через землю при прикосновении человека или постороннего предмета к токоведущим частям.
  • Гальваническая развязка цепей — одна из мер защиты от протекания тока по неверному пути.
  • Регулировка — в процессе эксплуатации может потребоваться изменение каких-либо параметров для обеспечения правильной работы электроприбора.
  • Управление — может включать регулировку, включение/отключение каких-либо цепей, или источника питания в целом. Может быть как непосредственным (с помощью органов управления на корпусе устройства), так и дистанционным, а также программным (обеспечение включения/выключения, регулировка в заданное время или с наступлением каких-либо событий).
  • Контроль — отображение параметров на входе и на выходе источника питания, включения/выключения цепей, срабатывания защит. Также может быть непосредственным или дистанционным.
  • Чаще всего перед вторичными источниками питания стоит задача преобразования электроэнергии из сети переменного тока промышленной частоты (например, в России — 220 В 50 Гц, в США — 120 В 60 Гц). Две наиболее типичных конструкции — это трансформаторные и импульсные источники питания.
Читайте так же:
Мощность тепловых потерь тока формула

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ

При соединении источника питания, нагрузки и проводников образуется электрическая цепь. Так какие же процессы происходят в электрической цепи?
Свободные электроны в металлическом проводнике или ионы в электролите, как указывалось, находятся в состоянии беспоря­дочного движения. Количество электричества (заряд), которое переносится при этом через любое поперечное сечение проводни­ка, в среднем равно нулю.

Однако если на свободные заряженные частицы действуют в определенном направлении силы (например, силы электрическо­го поля), то к скоростям их беспорядочного движения прибавляется слагающая скорости в направлении действующей силы. В этом случае через любое поперечное сечение проводника про­ходит определенный заряд, т. е. в проводнике возникает элек­трический ток.

Для того чтобы получить электрический ток, нужно создать электрическую цепь.

Электрическая цепь образуется из источников электрической энергии или, как их называют, источников питания, потребителей электрической энергии или приемников и проводников электрического тока.

В источниках питания возбуждается электродви­жущая сила (сокращенно э. д. с.), под действием которой заряды получают дополнительную слагающую скорости, т. е. до­полнительную кинетическую энергию.

Когда протекает ток в электрической цепи в источниках питания происходит преобразование различных видов энергии в электрическую, в по­требителях, наоборот, электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии. Источники питания и потребители соединя­ются обычно медными проводами. Источники питания, потребите­ли и соединительные провода называют элементами цепи.

При движении заряженных частиц в электрической цепи кине­тическая энергия направленного движения частиц благодаря столкновению их с ионами и молекулами вещества частично пре­образуется в энергию беспорядочного движения частиц, т. е. вы­деляется и рассеивается в виде тепла в источниках питания, потребителях и соединительных проводах. В связи с этим явлением принято говорить, что источники питания , потребители и соединительные провода обладают сопротивлением.

В современной электротехнике в качестве источников питания применяют главным образом электрические генераторы, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую, и первичные элементы и аккумуляторы, в которых происходит преобразование химической энергии в электрическую.

Потребители электрической энергии весьма разнообразны. К ним, например, относятся электродвигатели, в которых элект­рическая энергия преобразуется в механическую; электрические печи, лампы накаливания и различные нагревательные приборы, в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую; электролитические ванны, в в которых происходит преобразование электрической энергии в химическую.

В качестве вспомогательного оборудования в электрическую цепь входят аппараты для включения и выключения (например, рубильники), приборы для измерения электрических величин (например, амперметры и вольтметры), аппараты защиты (на­пример, предохранители).

Источники питания, потребители элек­трической энергии и вспомогательная аппа­ратура на электрических схемах имеют ус­ловные обозначения. Элементы электрической цепи приведенные в таблице.

На рисунке показана простейшая схема электрической цепи.

Источник питания счи­тают внутренним участком элек­трической цепи, потребитель энергии (П) и соединительные провода составляют внешний участок элек­трической цепи. Сопротивление источника питания называют внутренним сопротивлением.

Можно так же посмотреть видео, где автор по своему рассказывает, что такое электрическая цепь.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector