Виды преобразования электрической энергии

Преобразователь электрической энергии

Современная наука объясняет существование электричества скоплениями зарядов противоположных знаков. В природе вырабатывается невероятное количество электричества.

Силы трения в атмосфере создают огромные пространства из грозовых облаков. Между облаками, с поверхностью земли возникают напряжения в миллионы вольт.

А несколько минут грозы с молниями эквивалентны по электрической мощности продолжительной работе большой электростанции.

Но молний может и не быть. Однако электроэнергия всё равно витает в пространстве между небом и землёй.

  • Очевидно, что напряжение это первый и основной параметр энергии электричества.

В природе существуют только медленно изменяющиеся и почти мгновенно исчезающие напряжения. Гроза постепенно набирает силу, зарядов от трения перемещающихся слоёв воздуха становится всё больше. Напряжение между облаками и поверхностью земли увеличивается.

Если движение воздушных масс в определённый момент прекратится, напряжение постепенно уменьшится. Если нет – разряд молнии моментально «обнулит» напряжение.

  • Очевидно, что электрический ток, который имеет вид молнии, является вторым параметром электрической энергии.

По мере развития науки люди научились моделировать атмосферные электрические процессы, придумав электростатическую, или как её называют иначе электрофорную машину:

Эта машина стала первым преобразователем механической энергии в электроэнергию. Однако преобразование это не удалось сделать обратимым.

Хотя машина и была источником напряжения и тока, проблема состояла в том, что сделать дальнейшие преобразования электрической энергии не получалось.

Но со временем наука выявила ещё одну причину возникновения электрических зарядов. Не только трение, но и магнитное поле оказалось способным создавать электричество.

Это открытие оказалось полностью определённым развитием технологий. Когда появились металлическая проволока и постоянный магнит, взаимодействие которых в природе не существует, стало возможным открытие электромагнитной индукции. При этом выяснилось, что получаемая энергия электричества напрямую связана со скоростью взаимного перемещения магнита и провода.

  • Очевидно, что частота является третьим параметром энергии электричества.

Трансформаторы

После открытия Фарадеем явления электромагнитной индукции были изобретены различные электрические машины, в том числе и преобразователи электрической энергии.

Первыми из них стали трансформаторы, которые сделали возможной передачу энергии электричества по проводам на значительные расстояния.

Оказалось, что переменное напряжение на концах обмотки катушки равномерно распределяется между её витками. На каждом витке получается одинаковое по величине напряжение.

Поэтому количество витков обмотки определит напряжение, которое можно использовать для питания новой электрической цепи.

Выяснилось также и то, что дополнительный виток охватывающий сердечник катушки вне основной обмотки имеет на своих концах такое же напряжение, как и виток основной обмотки.

Такие катушки, охватывающие общий магнитопровод, стали называть трансформаторами. Если все катушки при этом соединялись между собой в последовательную цепь, такое устройство назвали автотрансформатором.

Автотрансформатор при одинаковых параметрах преобразования электроэнергии оказывается эффективнее трансформатора, поскольку в нём существует электрическая связь между обмотками. Поэтому он может передать потребителю большую электрическую мощность. В трансформаторе между обмотками существует только электромагнитная связь.

Но эта особенность обеспечивает полную электрическую изоляцию обмоток друг от друга. По этой причине трансформаторы широко используются во всех электрических устройствах, питающихся от электрической сети для получения безопасного электропитания этих устройств.

Трансформаторы позволяют изменять лишь напряжение и ток, оставляя их частоту без какого-либо изменения. В этом качестве они применяются до сих пор. А в дальних системах электроснабжения трансформаторы достигли огромных размеров.

Один из таких агрегатов показан на изображении ниже:

Но после появления трансформаторов проявилась ещё одна возможность преобразования электроэнергии.

Катушки

Оказалось, что любая катушка запасает энергию в электромагнитном поле. Оно существует некоторое время после того, как по обмотке катушки перестаёт течь электроток.

А на концах обмотки катушки в течение этого времени продолжает существовать напряжение. Такое явление стали называть как ЭДС самоиндукции.

Выяснилось также и то, что величина ЭДС самоиндукции зависит от скорости отключения электротока в катушке.

Чем быстрее уменьшается ток, тем больше напряжение на концах обмотки. Такой преобразователь электроэнергии получил своё название по фамилии своего изобретателя и стал называться «катушкой Румкорфа», изображение которой показано ниже слева. На таком же принципе работает классическая система зажигания автомобильного бензинового двигателя.

Однако преобразовать частоту напряжения и тока длительное время можно было только при помощи вращения. Синхронный двигатель, который вращался с частотой, определяемой частотой питающего напряжения, вращал генератор.

Для увеличения частоты можно было либо использовать повышающий обороты редуктор, либо увеличивать число полюсов генератора, либо и то и другое вместе. Аналогично решалась и проблема получения выпрямленного тока. Механические контакты, например, коллектора двигателя пропускали только одну половину периода тока.

Эти импульсы поступали в общую электрическую цепь, и таким образом получался выпрямленный ток обоих полупериодов.

Определяющий вклад в развитие преобразования электроэнергии внесли электронные приборы.

Они позволили создавать выпрямители и преобразователи частоты без подвижных частей, обеспечивая параметры электроэнергии недостижимые для устройств, созданных на механических принципах.

Стало возможным создание мощных высокочастотных генераторов, именуемых инверторами. Увеличение частоты позволило в несколько раз уменьшить размеры трансформаторов.

Инверторы

Инверторы получили дальнейшее развитие с появлением мощных высоковольтных полупроводниковых приборов – транзисторов и тиристоров.

С их появлением преобразование электроэнергии на высокой частоте охватило почти все устройства с источниками вторичного электропитания. Инверторные схемы стали широко применяться для электронных балластов газоразрядных ламп.

При этом достигалось более высокое качество света при значительной экономии электроэнергии.

Наиболее весомым моментом в развитии преобразования электроэнергии стали инверторы и выпрямители для высоковольтных линий электропередачи. Такие схемы дальнего электроснабжения начали применяться достаточно давно с появлением ртутных вентилей – мощных специализированных электровакуумных приборов.

Затем они были вытеснены более эффективными тиристорами и транзисторами.

Полупроводниковые преобразователи электроэнергии позволяют обеспечить передачу электрической мощности в 3,15 гигаватт/час на расстояние 2400 км в современной системе электроснабжения в Бразилии.

За такими системами передачи электроэнергии будущее. ЛЭП работающие на постоянном токе лишены реактивного сопротивления и потерь электроэнергии, связанных с переменным напряжением и током.

В них нет и других процессов и явлений, очень мешающих совместной работе нескольких электрогенерирующих и передающих систем в единой схеме электроснабжения. Но трение и электромагнетизм не единственные процессы, которые используются для преобразования электроэнергии. Примерно в те же годы открытия явления электромагнитной индукции был обнаружен пьезоэлектрический эффект.

В результате нашлась группа минералов, а впоследствии были искусственно созданы материалы с пьезоэлектрическими свойствами.

Эти свойства заключаются в преобразовании механического воздействия, приложенного к образцу пьезоэлектрического материала, в электрические импульсы.

Но обратное преобразование электрических импульсов в механические деформации образца также возможно. На основе таких образцов можно изготовить трансформатор без обмоток и магнитных полей в сердечнике и вне его.

Такой трансформатор будет увеличивать приложенное напряжение во много раз при минимальных размерах и весе. Это будет просто керамическая пластина с припаянными проводками.

При этом получаемая мощность не будет большой. Но выигрыш в размерах и себестоимости по сравнению с электромагнитным трансформатором будет существенной. Такие пьезоэлектрические трансформаторы применяются в источниках вторичного электропитания. Также все современные курильщики пользуются зажигалками, в которых искра создаётся миниатюрным пьезоэлектрическим трансформатором.

Дальнейшее развитие преобразователей электроэнергии это битва за увеличение частоты напряжения и тока. Этот процесс связан с необходимостью создания новых полупроводниковых приборов и материалов. В сочинениях некоторых писателей фантастов упоминается энергетический луч, используемый вместо ЛЭП. Возможно, их пророчества таки сбудутся.

Источник: http://podvi.ru/elektrotexnika/preobrazovateli-elektroenergii.html

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 2

Преобразование электрической энергии в тепловую имеет большое практическое значение и широко используется в различных нагревательных приборах как в промышленности, так и в быту. Однако часто тепловые потери являются нежелательными, так как они вызывают непроизводительные расходы энергии, например в электрических машинах, трансформаторах и других устройствах, что снижает их КПД.  [16]

Преобразование электрической энергии в механическую с помощью электродвигателей позволяет наиболее удобно, технически совершенно и экономически эффективно приводить в движение разнообразные рабочие машины и механизмы в промышленности, сельском хозяйстве. На транспорте с помощью электродвигателей приводятся в движение поезда, морские и речные суда.  [17]

Преобразование электрической энергии в тепловую имеет большое практическое значение для устройства ламп накаливания, нагревательных приборов и печей. Однако выделение тепла в проводах и обмотках электрических машин может привести к недопустимо высокому повышению температуры и к порче изоляции проводов.  [18]

Преобразование электрической энергии в тепловую происходит со скоростью 100 Дж / с при токе 2 А.  [19]

Преобразование электрической энергии в тепловую имеет большое практическое значение для создания ламп накаливания, нагревательных приборов и печей.

Однако выделение тепла в проводах и обмотках электрических машин, трансформаторов, измерительных и других приборов — не только бесполезная трата электрической энергии, но и процесс, который может привести к недопустимо высокому повышению температуры и к порче изоляции проводов и даже самих устройств.  [20]

Читайте также:  Что такое магнитная индукция

Преобразование электрической энергии в магнитную происходит в процессе изменения тока в обмотке электромагнита.  [21]

Преобразование электрической энергии в световую впервые в мире осуществлено в 1802 г. выдающимся русским физиком и электротехником академиком Василием Владимировичем Петровым. Экспериментируя с источником электрического тока — вольтовым столбом, В. В.

Петров обнаружил, что между двумя угольными электродами при пропускании через них электрического тока возникает яркое свечение.

Уже тогда, на заре возникновения новой отрасли технических знаний — электротехники, Петров понимал огромное практическое значение открытого им явления.  [22]

Преобразование электрической энергии в другие виды энергии, например в тепловую, механическую или химическую, всегда связано с использованием электрического тока.  [23]

Преобразование электрической энергии в механическую с noMoaibio двигателей и механической в электрическую с помощью генераторов сопровождается потерями энергии, чему соответствуют определенные потери мощности. От значений потерь мощности зависит важнейший энергетический показатель машин постоянного TOI a — их КПД. Потери мощности в машинах приводят к их нагреванию.  [24]

Электромашинное преобразование электрической энергии имеет существенные недостатки: во-первых, двигатель-генераторы имеют значительную массу и габариты; во-вторых, КПД таких установок, определяемый произведением КПД двигателя и генератора, низкий; в-третьих, вращающиеся преобразователи при работе создают акустический шум.  [25]

Наиболее интенсивное преобразование электрической энергии в тепловую происходит при возникновении электрической дуги.

Как известно из физики, при разведении первоначально соприкасающихся металлических или угольных электродов, подключенных к источнику напряжения, между ними возникает электрический разряд, называемый электрической дугой.

Сила тока в дуге может достигать огромных значений ( тысячи и десятки тысяч ампер) при напряжении в несколько десятков вольт.

При возникновении электрической дуги происходит термоэлектронная эмиссия с раскаленной поверхности катода и термическая ионизация молекул, обусловленная высокой температурой газа. Практически все межэлектродное пространство заполнено высокотемпературной плазмой, служащей проводником, по которому быстро перемещаются электроны от катода к аноду. Температура плазмы может достигать 10000 К.  [26]

Дляпреобразования электрической энергии в механическую служат электромагниты и электродвигатели. В данной главе будут рассмотрены только электромагнитные исполнительные устройства. Электродвигатели являются электрическими машинами и изучаются в соответствующем курсе.  [27]

Принцип устройства трехфазной обмотки.  [28]

Дляпреобразования электрической энергии в механическую в различных силовых установках применяют главным образом, асинхронные электродвигатели.  [29]

Дляпреобразования электрической энергии одного вида в другой наряду со статическими устройствами ( трансформаторы, ионные и электронные преобразователи, различные выпрямители) применяются электрические машины.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

Источник: http://www.ngpedia.ru/id307593p2.html

Преобразование электрической энергии

Задачи преобразования энергии приходится решать всякий раз, когда имеющийся некоторый первичный источник электрической энергии не может быть непосредственно использован.

Например, первичный источник – электрическая сеть 220 В, 50 Гц, а требуется получить постоянное напряжение для питания компьютера; первичный источник – фотоэлементы космического корабля, вырабатывающие постоянное напряжение, а для питания разнообразной бортовой аппаратуры требуется широкая номенклатура источников как постоянного, так и переменного напряжения; это источники бесперебойного питания, которые, потребляя энергию от резервных аккумуляторов, при исчезновении переменного напряжения в «сети» автоматически заменяют последнюю, предотвращая потерю оперативной информации в компьютерах, и т. д.

По сути, могут иметь место следующие преобразования энергии:

· переменного напряжения в постоянное (выпрямители);

· постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение другого уровня (преобразователи постоянного напряжения);

· постоянного напряжения в переменное напряжение любой формы (инверторы);

· переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты (преобразователи частоты).

Для выпрямления необходим нелинейный элемент с преимущественно односторонней проводимостью. Пусть, например, необходимо «выпрямить» переменное напряжение

U = Umcosw t.

Возьмем в качестве нелинейного элемента квадратор, связь «вход-выход» которого описывается уравнением

U2 = a (U1)2.

Принимая U1=Umcos w t, на выходе квадратора получаем

.

Полезная составляющая операции выпрямления – это постоянная составляющая

,

которую можно выделить, подавив с помощью фильтра переменную составляющую

Рис. 1.20. Временные диаграммы процесса выпрямления

Описанный выше процесс выпрямления можно наглядно проиллюстрировать диаграммами (рис. 1.20).

Инвертирование электрической энергии с целью снижения потерь (обеспечения высокого КПД) практически всегда осуществляется с помощью ключевых элементов.

Простейший инвертор – это ключ, который с нужной периодичностью подключает нагрузку к первичному источнику постоянного напряжения (рис. 1.21, а).

а б

Рис. 1.21. Схема простейшего инвертора (а)
и временная диаграмма напряжения в нагрузке (б)

Остальные виды преобразователей являются комбинацией выпрямителей и инверторов. Преобразовательная техника, связанная со скоростными коммутациями токов в сотни – тысячи ампер и напряжений в тысячи вольт, является сложнейшей революционно развивающейся областью современной электроники, называемой промышленной электроникой,и изучается в специальных курсах.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие задачи решает электроника?

2. Какие способы представления электрических сигналов вы знаете?

3. Какие виды преобразования электрических сигналов наиболее часто встречаются в электронных устройствах?

Дата добавления: 2016-06-22; просмотров: 727;

Источник: https://poznayka.org/s21067t1.html

Преобразование электроэнергии. Схемы выпрямления. Принцип действия и основные соотношения. Сложные нулевые схемы выпрямления. Теория работы мостовых схем выпрямления, страница 2

Информационная электроника преимущественно используется для управления информационными процессами.

В частности, устройства информационной электроники являются основой систем управления и регулирования различными объектами, в том числе и аппаратами силовой электроники.

Однако, несмотря на интенсивное расширение функций аппаратов силовой электроники и областей их применения основные научно-технические проблемы и задачи, решаемые в области силовой электроники, связаны с преобразованием электрической энергии.

В настоящем конспекте лекций изложены теоретические сведения об основах теории преобразования электрического тока. Приведены схемы неуправляемых, управляемых и частично управляемых трехфазных выпрямителей. Рассмотрены принципы их работы, методы анализа и расчета, энергетические характеристики и технико-экономические показатели.

1.  Преобразование электроэнергии. Классификация и

структурная схема преобразователей

1.1.  Преобразование  электроэнергии  и  классификация

 преобразователей

Во всех странах мира, в том числе и в России, для выработки и передачи электроэнергии используется преимущественно переменный ток с частотой      f = 50 Гц (за исключением США и некоторых других стран, где за основную принята частота f = 60 Гц).

Это объясняется двумя причинами:

1) источник электрической энергии переменного тока – синхронный генератор прост как по конструкции, так и с точки зрения эксплуатации;

2) электрическую энергию переменного тока достаточно просто трансформировать, то есть преобразовывать с одной ступени напряжения в другую.

Электрическую энергию переменного тока высокого напряжения возможно экономично передавать на очень большие расстояния.

Однако, ряд приемников электрической энергии требует постоянного тока. Для одних приемников это единственно технически приемлемый род тока, для других он обеспечивает ряд важных технико-экономических преимуществ. В настоящее время свыше 40 % всей вырабатываемой электрической энергии переменного тока преобразовывается в постоянный ток.

В ряде случаев электрическая энергия используется в виде переменного тока повышенной частоты или токов специальной формы (например, импульсной и др.).

Разнообразие в видах вырабатываемой и потребляемой электрической энергии вызывает необходимость ее преобразования.

Основными видами преобразования электроэнергии являются:

1)  выпрямление – преобразование переменного тока в постоянный;

2)  инвертирование – преобразование постоянного тока в переменный;

3) преобразование частоты – преобразование переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты.

Аппараты и устройства, предназначенные для преобразования электрической энергии, называются преобразователями.

Преобразование электроэнергии может производиться различными способами.

Традиционным для электротехники является преобразование посредством электромашинных агрегатов, состоящих из двигателя и генератора, объединенных общим валом (система Г-Д). Недостатки этого способа – наличие подвижных частей, инерционность и т.д.

В настоящее время огромное значение уделяется разработке способов статического преобразования электроэнергии.

Основными элементами силовой электроники, ставшими базой для создания статических преобразователей, явились полупроводниковые приборы, подразделяемые на управляемые и неуправляемые.

Полупроводниковые преобразователи по сравнению с электромашинными имеют ряд достоинств:

– малые габариты и масса;

– обеспечение бесконтактной коммутации токов в силовых цепях;

– высокие регулировочные характеристики и энергетические показатели;

– возможность использования в автоматизированных системах;

– бесшумность в работе, отсутствие вибрации и так далее.

Благодаря указанным преимуществам статические преобразователи получают все более широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, в том числе и на железнодорожном транспорте.

В зависимости от режима работы статических полупроводниковых преобразователей, их можно подразделить следующим образом (рис. 1).

Источник: https://vunivere.ru/work21246/page2

Преобразования электрической энергии

By admin on 19.11.2011 in Приборы учёта электроэнергии

Преобразования электрической энергии.

Преобразователь электроэнергии – это устройство служащее для изменения электрической энергии с одними параметрами ( величина тока, напряжения, значение частоты тока и числа фаз ), в электроэнергию с другими значениями параметров.

На электрических станциях электроэнергия вырабатывается в основном в виде трёхфазного переменного тока промышленной частоты. Во многих областях промышленности и на некоторых видах транспорта целесообразно использовать электрические машины, для питания которых переменный ток частотой 50 Гц непригоден.

Раздел электротехники в рамках которого учёные занимаются преобразованиями электрической энергии именуется энергетической электроникой. К основным видам преобразования электрической энергии принято относить:

Читайте также:  Расчет тэна

Рис.1. Преобразования электрической энергии.

— выпрямление переменного тока;

— инвертирование тока;

— изменение частоты переменного тока;

— манипуляции с количеством фаз переменного тока.

Выпрямление переменного тока – один из наиболее распространённых способов преобразования электрической энергии промышленной частоты в постоянный ток.

Преобразование выполняется с целью подать электропитание в линии передачи постоянного тока,  запитать электрометаллургические и электрохимические установки, электролизные ванны,   определённые виды радиоэлектронной аппаратуры, осуществлять зарядку аккумуляторных  батарей.

Назначение инвертора – преобразование постоянного тока который вырабатывается аккумуляторной батареей, электромашинным генератором или любым химическим  источником тока, в переменный. В основном применяется тогда, когда нет возможности использовать стандартную электросеть для  питания обычных электроприборов.

Частотные преобразователи питают регулируемые электроприводы переменного тока, устройства индукционной дуговой сварки, нагрева и дуговые плавильные печи,  различные виды ультразвуковых устройств.

Преобразование числа фаз из трёх в одну необходимо, например, для питания дуговых электропечей. Однофазное электропитание железнодорожного транспорта требует преобразования для питания вспомогательных машин электровозов.

В современном мире постоянно возрастает роль энергосберегающих технологий, хотя виды преобразования электрической энергии, мало изменились со временем, но способы преобразования поменялись радикально.

Поделиться в соц. сетях

Источник: http://fidercom.ru/pribory-uchyota-elektroenergii/preobrazovaniya-elektricheskoj-energii.html

Силовая преобразовательная техника: основы

Многие неподготовленные люди услышав аббревиатуру СПТ её правильно не расшифруют и тем более не скажут что это такое. И даже если им расшифровать слово из трёх букв (СПТ), всё равно для них ничего не изменится. Для этих людей ваша расшифровка будет набором бессмысленных слов (Силовая преобразовательная техника). Хотя каждый из них ежедневно пользуется преобразовательной техникой.

Так что же такое СПТ ?

Силовая Преобразовательная Техника — Изучает методы преобразования электрической энергии и устройства реализующие эти методы. 

Преобразовательная техника понятие очень широкое. Это может быть как и электромашинные преобразователи (динамические преобразователи), так и электронные преобразователи (статические).

Поэтому из всего моря преобразовательной техники мы выбираем только самые распространённые преобразователи которыми на данный момент являются полупроводниковыми преобразователями.

То есть дальше, во всех статьях (В разделе СПТ) речь пойдёт только о полупроводниковых СПТ.

Преобразовательная техника преобразует электрическую энергию.Преобразование электрической энергии — это изменение параметров электрической энергии.(напряжения, числа фаз, частоты и т. д.)

Виды преобразования электрической энергии:

  1. Выпрямление – преобразование электрической энергии переменного тока в  постоянную.
  2.  Инвертирование преобразование  электрической энергии постоянного тока в переменную.

  3. Преобразование частоты – преобразование электрической энергии одной частоты в электрическую энергии другой частоты.

Хоть есть всего три вида преобразования электрической энергии, но комбинируя их мы можем изменять многии параметры электрической энергии такие как: — число фаз; — амплитуду и частоту напряжения; — длительность импульсов.

Где применяется?

Люди услышав слово СПТ думают что это что-то очень сложное и разрабатывается в NASA, но на самом деле преобразовательной техникой можно считать блок питания (во многих бытовых приборах есть внутри встроенный блок питания), зарядное устройство. На производстве СПТ это основа электропривода, применяются на транспорте, в электротехнологических установках, на электростанциях.

Как видите СПТ получила широкое распространение в быту и на производстве поэтому изучить как это работает никогда не будет лишним.

Источник: https://electrikam.com/spt/

открытая библиотека учебной информации

Открытая библиотека для школьников и студентов. Лекции, конспекты и учебные материалы по всем научным направлениям

Основными видами преобразования электрической энергии являются:

§ выпрямление переменного тока — преобразование переменного тока (обычно промышленной частоты) в постоянный.

Этот вид преобразования наиболее распространенный, так как часть потребителœей электрической энергии может работать только на постоянном токе (сварочные устройства, электролизные установки и т. д.

), другие же потребители (электропривод, системы электрической тяги, линии передачи электрической энергии очень высокого напряжения) имеют на постоянном токе более высокие технико-экономические показатели, чем на переменном;

§ инвертирование тока — преобразование постоянного тока в переменный. Применяется в тех случаях, когда источник энергии генерирует постоянный ток (аккумуляторные батареи, магнитогидродинамические генераторы);

§ преобразование частоты. Обычно переменный ток промышленной частоты 50 Гц преобразуется в переменный ток непромышленной частоты (питание регулируемых электроприводов переменного тока, установки индукционного нагрева и плавки металлов, ультразвуковые устройства и т. д.);

§ преобразование числа фаз. Иногда крайне важно преобразование трехфазного тока в однофазный (для питания мощных дуговых электропечей) или наоборот, однофазного в трехфазный (электрифицированный транспорт).

В промышленности используются трехфазно-однофазные преобразователи частоты с непосредственной частью, в которых наряду с преобразованием промышленной частоты в более низкую происходит и преобразование трехфазного напряжения в однофазное;

§ преобразование постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения (трансформирование постоянного тока).

Подобное преобразование крайне важно на ряде подвижных объектов, где источником питания является аккумуляторная батарея или другой источник постоянного тока низкого напряжения, а потребителям требуется постоянный ток более высокого напряжения (к примеру, для питания радиотехнической аппаратуры).

Существуют и некоторые другие виды преобразования электрической энергии (к примеру, формирование определœенной кривой переменного напряжения), в частности, формирование мощных импульсов тока, которые находят применение в специальных установках, регулируемое преобразование переменного напряжения. Все виды преобразований реализуются с использованием силовых ключевых элементов.

Основные типы полупроводниковых ключей — диоды, силовые биполярные транзисторы, тиристоры, запираемые тиристоры, транзисторы с полевым управлением.

Читайте также

  • — Преобразование электрической энергии

    Основными видами преобразования электрической энергии являются: § выпрямление переменного тока — преобразование переменного тока (обычно промышленной частоты) в постоянный. Этот вид преобразования наиболее распространенный, так как часть потребителей электрической… [читать подробенее]

  • Источник: http://oplib.ru/energetika/view/1255489_preobrazovanie_elektricheskoy_energii

    Реферат Производство, передача и использование электрической энергии

    Скачать (380 Kb)

    I Введение II Производство и использование электроэнергии 1. Генерация электроэнергии 1.1 Генератор 2. Использование электроэнергии III Трансформаторы 1. Назначение 2. Классификация 3. Устройство 4. Характеристики 5. Режимы 5.1 Холостой ход 5.2 Режим короткого замыкания  5.3 Нагрузочный режим IV Передача электроэнергии V ГОЭЛРО 1. История 2. Результаты

    VI Список использованной литературы

    I. Введение

    Электроэнергия, один из самых важных видов энергии, играет огромную роль в современном мире. Она является стержнем экономик государств, определяя их положение на международной арене и уровень развития.

    Огромные суммы денег вкладываются ежегодно в развитие научных отраслей, связанных с электроэнергией.

    Электроэнергия является неотъемлемой частью повседневной жизни, поэтому важно владеть информацией об особенностях её производства и использования.

    II. Производство и использование электроэнергии

    1. Генерация электроэнергии

    Генерация электроэнергии – производство электроэнергии посредством преобразования её из других видов энергии с помощью специальных технических устройств. Для генерации электроэнергии используют: Электрический генератор – электрическую машину, в которой механическая работа преобразуется в электрическую энергию.

    Солнечную батарею или фотоэлемент – электронный прибор, который преобразует энергию электромагнитного излучения, в основном светового диапазона, в электрическую энергию. Химические источники тока – преобразование части химической энергии в электрическую, посредством химической реакции.

    Радиоизотопные источники электроэнергии – устройства, использующие энергию, выделяющуюся при радиоактивном распаде, для нагрева теплоносителя или преобразующие её в электроэнергию. Электроэнергия вырабатывается на электростанциях: тепловых, гидравлических, атомных, солнечных, геотермальных, ветряных и других.

    Практически на всех электростанциях, имеющих промышленное значение, используется следующая схема: энергия первичного энергоносителя с помощью специального устройства преобразовывается вначале в механическую энергию вращательного движения, которая передается в специальную электрическую машину – генератор, где вырабатывается электрический ток.

    Основные три вида электростанций: ТЭС, ГЭС, АЭС Ведущую роль в электроэнергетике многих стран играют тепловые электростанции (ТЭС). Тепловые электростанции требуют огромного количества органического топлива, запасы же его сокращаются, а стоимость постоянно возрастает из-за все усложняющихся условий добычи и дальности перевозок.

    Коэффициент использования топлива в них довольно низок (не более 40%), а объемы отходов, загрязняющих окружающую среду, велики. Экономические, технико-экономические и экологические факторы не позволяют считать тепловые электростанции перспективным способом получения электроэнергии. Гидроэнергетические установки (ГЭС) являются самыми экономичными.

    Их КПД достигает 93 %, а стоимость одного кВт•ч в 5 раз дешевле, чем при других способах получения электроэнергии. Они используют неисчерпаемый источник энергии, обслуживаются минимальным количеством работ¬ников, хорошо регулируются. По величине и мощности отдельных гидростанций и агрегатов наша страна занимает ведущее положение в мире.

    Но темпы развития сдерживают значительные затраты и сроки строительства, обусловленные удаленностью мест строительства ГЭС от крупных городов, отсутствие дорог, трудные условия строительства, подвержены влиянию сезонности режима рек, водохранилищами затапливаются большие площади ценных приречных земель, крупные водохранилища негативно воздействуют на экологическую ситуацию, мощные ГЭС могут быть построены только в местах наличия соответствующих ресурсов. Атомные электростанции (АЭС) работают по одному принципу с тепловыми электростанциями, т. е. происходит преобразование тепловой энергии пара в механическую энергию вращения вала турбины, которая приводит в действие генератор, где механическая энергия преобразовывается в электрическую. Главное достоинство АЭС – небольшое количество используемого топлива (1 кг обогащенного урана заменяет 2,5 тыс. т угля), вследствие чего АЭС могут быть построены в любых энергодефицитных районах. К тому же запасы урана на Земле превышают запасы традици-онного минерального топлива, а при безаварийной работе АЭС незначительно воздействуют на окружающую среду. Главным недостатком АЭС является возможность аварий с катастрофическими последствиями, для предотвращения которых требуются серьезные меры безопасности. Кроме того, АЭС плохо регулируются (для их полной остановки или включения требуется несколько недель), не разработаны технологии переработки радиоактивных отходов.

    Читайте также:  Подключение датчиков температуры

    Атомная энергетика выросла в одну из ведущих отраслей народного хозяйства и продолжает быстро развиваться, обеспечивая безопасность и экологическую чистоту.

    1.1 Генератор

    Электрический генератор – это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

    Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции, когда в проводнике, двигающемся в магнитном поле и пересекающем его магнитные силовые линии, индуктируется ЭДС Следовательно, такой проводник может нами рассматриваться как источник электрической энергии.

    Способ получения индуктированной ЭДС, при котором проводник перемещается в магнитном поле, двигаясь вверх или вниз, очень неудобен при практическом его использовании. Поэтому в генераторах применяется не прямолинейное, а вращательное движение проводника.

    Основными частями всякого генератора являются: система магнитов или чаще всего электромагнитов, создающих магнитное поле, и система проводников, пересекающих это магнитное поле.

    Генератор переменного тока – электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.

    Генераторы переменного тока, так же как и генераторы постоянного тока, основаны на использовании явления электромагнитной индукции. Коллектор генератора постоянного тока в генераторе переменного тока заменен контактными кольцами. В простейшем генераторе переменного тока проводники, выполненные в виде рамки, соединены своими концами с контактными кольцами. Кольца вращаются вместе с рамкой, по их поверхности скользят щетки, соединяющие генератор со внешней цепью.

    В электрических машинах переменного тока вращающуюся часть называют ротором, а неподвижную часть – статором.

    В прямоугольном контуре вращается постоянный магнит

    При вращении рамки изменяется магнитный поток через нее, поэтому в ней индуцируется ЭДС. Так как с помощью токосъемника (колец и щеток) рамка соединена с внешней электрической цепью, то в рамке и внешней цепи возникает электрический ток.
    При равномерном вращении рамки угол поворота изменяется по закону:

    Магнитный поток через рамку также изменяется с течение времени, его зависимость определяется функцией:

    где S − площадь рамки.
    По закону электромагнитной индукции Фарадея ЭДС индукции, возникающая в рамке равна:

    где– амплитуда ЭДС индукции.
    Другая величина, которой характеризуется генератор, является сила тока, выражающаяся формулой:

    где i — сила тока в любой момент времени, Im – амплитуда силы тока (максимальное по модулю значение силы тока), φc — сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения.
    Электрическое напряжение на зажимах генератора меняется по синусодальному или косинусоидальному закону:

    или

    Почти все генераторы, установленные на наших электростанциях, являются генераторами трехфазного тока. По существу, каждый такой генератор представляет собой соединение в одной электрической машине трех генераторов переменного тока, сконструированных таким образом, что индуцированные в них ЭДС сдвинуты друг относительно друга на одну треть периода:

    2. Использование электроэнергии

    Электроснабжение промышленных предприятий. Промышленные предприятия потребляют 30-70% электроэнергии, вырабатываемой в составе электроэнергетической системы.

    Значительный разброс промышленного потребления определяется индустриальной развитостью и климатическими условиями различных стран. Электроснабжение электрифицированного транспорта.

    Выпрямительные подстанции электротранспорта на постоянном токе (городской, промышленный, междугородний) и понижающие ПС междугороднего электрического транспорта на переменном токе питаются электроэнергией от электрических сетей ЭЭС.

    Электроснабжение коммунально-бытовых потребителей. К данной группе ПЭ относится широкий круг зданий, расположенных в жилых районах городов и населенных пунктов. Это – жилые здания, здания административно-управленческого назначения, учебные и научные заведения, магазины, здания здравоохранения, культурно-массового назначения, общественного питания и т.п.

    III. Трансформаторы

    Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно-связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока.

    Схема устройства трансформатора

    1 – первичная обмотка трансформатора 2 – магнитопровод 3 – вторичная обмотка трансформатора

    Ф – направление магнитного потока

    U1 – напряжение на первичной обмотке
    U2 – напряжение на вторичной обмотке

    Первые трансформаторы с разомкнутым магнитопроводом предложил в 1876 г. П.Н. Яблочков, который применил их для питания электрической «свечи». В 1885 г. венгерские ученые М. Дери, О. Блати, К. Циперновский разработали однофазные промышленные трансформаторы с замкнутым магнитопроводом. В 1889-1891 гг. М.О. Доливо-Добровольский предложил трехфазный трансформатор.

    1. Назначение

    Трансформаторы широко применяются в различных областях: Для передачи и распределения электрической энергии Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6-24 кВ, а передавать электроэнергию на дальние расстояния выгодно при значительно больших напряжениях (110, 220, 330, 400, 500, и 750 кВ). Поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, осуществляющие повышение напряжения. Распределение электрической энергии между промышленными предприятиями, населёнными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий производится по воздушным и кабельным линиям, при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех распределительных узлах должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение до величины 220, 380 и 660 В. Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжения на выходе и входе преобразователя (преобразовательные трансформаторы). Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др. Для питания различных цепей радиоаппаратуры, электронной аппаратуры, устройств связи и автоматики, электробытовых приборов, для разделения электрических цепей различных элементов указанных устройств, для согласования напряжения и пр.

    Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов (реле и др.) в электрические цепи высокого напряжения или же в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопастности. (измерительные трансформаторы)

    2. Классификация

    Классификация трансформаторов:

    • По назначению: силовые общего(используются в линиях передачи и распределения электроэнергии) и специального применения (печные, выпрямительные, сварочные, радиотрансформаторы).
    • По виду охлаждения: с воздушным (сухие трансформаторы) и масляным (масляные трансформаторы) охлаждением.
    • По числу фаз на первичной стороне: однофазные и трёхфазные.
    • По форме магнитопровода: стержневые, броневые, тороидальные.
    • По числу обмоток на фазу: двухобмоточные, трёхобмоточные, многообмоточные (более трёх обмоток).
    • По конструкции обмоток: с концентрическими и чередующимися (дисковыми) обмотками.

    3. Устройство

    Простейший трансформатор (однофазный трансформатор) представляет собой устройство, состоящее из стального сердечника и двух обмоток.

    Принцип устройства однофазного двухобмоточного трансформатора Магнитопровод представляет собой магнитную систему трансформатора, по которой замыкается основной магнитный поток.

    При подаче в первичную обмотку переменного напряжения, во вторичной обмотке индуцируется ЭДС той же частоты. Если ко вторичной обмотке подключить некоторый электроприемник, то в ней возникает электрический ток и на вторичных зажимах трансформатора устанавливается напряжение, которое несколько меньше, чем ЭДС и в некоторой относительно малой степени зависит от нагрузки.

    а)

    б)

    Условное обозначение трансформатора:
    а) – трансформатор со стальным сердечником, б) – трансформатор с сердечником из феррита

    4. Характеристики трансформатора

    • Номинальная мощность трансформатора – мощность, на которую он рассчитан.
    • Номинальное первичное напряжение – напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора.

    • Номинальное вторичное напряжение – напряжение на зажимах вторичной обмотки, получающееся при холостом ходе трансформатора и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки.
    • Номинальные токи, определяются соответствующими номинальными значениями мощности и напряжения.

    • Высшее номинальное напряжение трансформатора – наибольшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.
    • Низшее номинальное напряжение – наименьшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.

    • Среднее номинальное напряжение – номинальное напряжение, являющееся промежуточным между высшим и низшим номинальным напряжением обмоток трансформатора.

    5. Режимы

    5.1 Холостой ход

    Режимом холостого хода – режим работы трансформатора, при котором вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а на зажимы первичной обмотки подано переменное напряжение.

    В первичной обмотке трансформатора, соединенной с источником переменного тока течёт ток, в результате чего в сердечнике появляется переменный магнитный поток Φ, пронизывающий обе обмотки.

    Так как Φ одинаков в обеих обмотках трансформатора, то изменение Φ приводит к появлению одинаковой ЭДС индукции в каждом витке первичной и вторичной обмоток.

    Мгновенное значение ЭДС индукции e в любом витке обмоток одинаково и определяется формулой:

    где– амплитуда ЭДС в одном витке.
    Амплитуда ЭДС индукции в первичной и вторичной обмотках будет пропорционально числу витков в соответствующей обмотке:

    где N1 и N2 – число витков в них.
    Падение напряжения на первичной обмотке, как на резисторе, очень мало, по сравнению с ε1, и поэтому для действующих значений напряжения в первичной U1 и вторичной U2 обмотках будет справедливо следующее выражение:

    K – коэффициент трансформации. При K>1 трансформатор понижающий, а при K

    Источник: http://studentoriy.ru/referat-proizvodstvo-peredacha-i-ispolzovanie-elektricheskoj-energii/

    Ссылка на основную публикацию