Альтернативные источники энергии

В современном мире, с растущими показателями потребления и как следствие — ограниченными энергоресурсами, стремительные обороты набирает развитие технологий добычи энергии из альтернативных, возобновляемых источников. К таким источникам относятся, в первую очередь, солнечная и ветровая энергии, геотеримальное тепло, энергия морских волн и приливов.

Сегодня альтернативные источники энергии уже широко используются для решения проблем энергоснабжения не только в промышленных масштабах, но и в частном секторе.  Доступность технологий получения энергии из неисчерпаемых источников позволяет строить энергонезависимые дома с экологически чистой инфраструктурой в удаленных районах и решать проблемы энергоснабжения уже существующих объектов. 

Виды альтернативных источников энергии

Такие альтернативные источники энергии, как энергия солнечного света и ветра используются для энергоснабжения и нагрева воды, геотермальное тепло земли — для отопления и кондиционирования зданий. Преобразование солнечной энергии в электрическую происходит при помощи фотоэлектрических пластин из кремния — самого распространенного элемента на планете. Солнечные батареи, на основе кремниевых пластин имеют продолжительный ресурс жизни — более 25 лет и, в зависимости от технологии производства, сохраняют до 80% своей эффективности в течении всего ресурса. Количество энергии, получаемой от солнечных батарей, различается и напрямую зависит от месторасположения и солнечной активности в различные сезоны года. Эффективность преобразования энергии у солнечных батарей достигает 20% и зависит от технологии их производства и чистоты кремния. Технология стремительно развивается и показатель эффективности постоянно растет.

Эксплуатация ветро-установок (ветрогенераторов) для получения электричества, целесообразна в районах с высоким значением средней скорости ветра или в периоды низкой солнечной активности. Эффективность преобразования энергии ветра не уступает эффективности гелиоустановок, но зависит от точки расположения объекта и корректно рассчитанного потенциала местности.

Широко используется для отопления зданий и геотермальное тепло земли. Тепловые насосы позволяют получать тепло окружающей среды: земли, воды или воздуха. В зимний период геотермальное тепло используется для отопления зданий, а в летние месяцы позволяет эффективно отводить тепло, производя кондиционирование.

Альтернативные источники энергии и выгоды их использования

Эффективность использования тех или иных альтернативных источников энергии напрямую зависит от региона, в котором необходима установка. Качественный мониторинг энергопотенциала позволяет определять наиболее подходящую технологию и рассчитывать ее окупаемость на годы вперед, а так же исключает ошибки связанные с региональными особенностями.

Конечно, первоначальную цену энергонезависимого дома, с экологически чистыми, возобновляемыми источниками энергоснабжения, сегодня нельзя назвать низкой, но по истечении двух — пяти лет эксплуатации альтернативные источники энергии полностью окупают свою стоимость и приносят ощутимую финансовую выгоду в течении многих лет.  Не стоит забывать о экологичности альтернативных технологий добычи энергии. Солнечные, ветровые и гелиоустановки не производят вредных выбросов в атмосферу, не загрязняют воду и безопасны для человека.

 

Производство солнечных батарей набирает обороты

Нехватка ресурсов в удаленных регионах, в совокупности с быстрыми темпами развития технологии привело к ситуации, когда производство солнечных батарей быстро набирает обороты, а стоимость конечных изделий с каждым годом становится все более доступной для потребителей со средним уровнем доходов. И если вчера технология гелиоустановок была доступна лишь для космических программ, то уже сегодня мини-солнечные электростанции, как грибы после дождя, растут на крышах домов и садовых участках.

 

     

Альтернативные источники энергии — урок. Физика, 8 класс.

Выделяют следующие альтернативные источники энергии:

Биотопливо — топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов.

Различают жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель),

 

 

твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и

 

 

газообразное (синтез-газ, биогаз, водород).

\(54\) — \(60\) % биотоплива составляют его традиционные формы: дрова, растительные остатки и сушёный навоз для отопления домов и приготовления пищи. Их используют \(38\) % населения Земли. Основной формой биотоплива в электроэнергетике являются пеллеты, производимые из древесины.

 

 

Транспортное биотопливо существует в основном как этанол и биодизель. Основными видами сырья для производства биодизеля являются соя и рапс.

В Бразилии большая часть транспорта заправляется этанолом, а самым крупным производителем и потребителем биодизельного топлива является Германия.

• Солнечные батареи.

Идея использования солнечной энергии появилась много лет назад. Но лишь с 1970-х годов появились технологии, позволяющие воплотить её в жизнь. В основе лежит простой принцип. Солнечный свет, падая на коллектор, концентрируется и превращается в энергию.

 

 

Основное препятствие — это стоимость установки. Специальное оборудование стоит значительно дороже традиционных систем. При этом вложения окупятся лишь через много лет.

Несмотря на стоимость, солнечная энергия подходит для энергоснабжения в городах. В сельских районах, где возрастает стоимость прокладки силовых кабелей, солнечная энергия — хороший вариант электроснабжения.

• Гидроэлектростанции.

На гидроэлектростанциях для вращения турбин используется энергия падающей воды. Такой способ получения электричества требует управления потоком воды, к примеру, рекой, с помощью дамбы.

 

 

У гидроэлектростанций есть множество преимуществ (источник энергии возобновляемый, нет выбросов в атмосферу).

В мире из этого источника получают около \(20\) % электричества. Лидируют в использовании гидроэлектростанций Норвегия, Россия, Китай, Канада, США и Бразилия.

• Энергия ветра.

Маленькие мельницы были распространены в мире до тех пор, пока их не вытеснили сначала паровые, а позже электрические двигатели. Интерес к большим ветряным турбинам возрос во время нефтяного кризиса в 1970-м году.

 

 

Гигантские ветряные турбины генерируют электричество, когда ветер вращает их огромные лопасти. Лопасти подключены к генератору, вырабатывающему электричество. Как и в случае с солнечными батареями, постройка ветряной электростанции требует значительных начальных инвестиций, которые не обязательно быстро окупаются.

• Геотермальная энергия.

В геотермальных источниках энергии естественные свойства природных горячих источников и паровых кратеров используются для получения электричества или обеспечения жителей горячей водой. Геотермальные электростанции направляют пар, выходящий из поверхности земли, в турбины.

 

• Ядерная энергия.

В 70-х годах ядерная энергия стала альтернативой ископаемому топливу. На ядерной станции проводится контролируемый ядерный распад, выделяется энергия. Недорогое топливо уравновешивает инвестиции, необходимые для строительства ядерных электростанций, в результате электричество становится дешевле.

 

 

Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках.

Несмотря на происшествия на АЭС Три-Майл-Айленд (США), Чернобыльской АЭС (Украина) и на АЭС Фукусима (Япония), ядерное топливо всё ещё является хорошим источником энергии для многих регионов.

Сейчас единственной проблемой остаётся утилизация ядерных отходов.

Источники:

https://videouroki.net/razrabotki/ekologhichieskiie-probliemy-ispol-zovaniia-tieplovykh-mashin-enierghiia-budushch.html

http://img.inforico.com.ua/a/kuplyu-pokupaem-na-eksport-kaminnye-drova-brikety-pilety-palety-i-drugoe—1739-1459425305332940-1-big.jpg

http://ru.alternative-energy.com.ua/wp-content/uploads/2016/10/биодизель.jpg

https://ru.wikipedia.org/wiki/Биотопливо

http://teplowood.ru/wp-content/uploads/2015/03/solnichnie-batarei-9-600×443.jpg

http://img-fotki.yandex.ru/get/9743/30348152.18b/0_7efc0_6f645a75_orig

http://clean-energy-now.com/wp-content/uploads/2014/06/wind-energy.jpgветер

http://4.bp.blogspot.com/-RjM1ACPDnik/UTpUXIn_gGI/AAAAAAAADSk/959Z4TZ4h68/s1600/geothermal.jpg

http://doseng.org/uploads/posts/2016-02/1455090127_acdc-09.jp

http://fbm.ru/wp-content/uploads/2017/04/wood_pellets_EREC.jpg

Возобновляемые источники энергии. Водородная и электрохимическая энергетика

Программа посвящена новым энергетическим технологиям, пригодным для использования в широком диапазоне температур: от -60 до +60 градусов Цельсия. Главные тематики программы:

• Возобновляемые источники энергии
• ветровая энергетика
• солнечная энергетика
• Водородная и электрохимическая энергетика
• топливные элементы
• литий-ионные аккумуляторы
• производство водорода
• хранение водорода

Программа создана и реализуется Физтех-школой электроники, фотоники и молекулярной физики совместно с Научно-техническим Центром автономной энергетики Института арктических технологий МФТИ.

Основным направлением применения полученных знаний для выпускников программы является проведение исследований и разработок в сфере автономной энергетики, которые могут быть использованы для энергоснабжения удаленных и труднодоступных территорий и объектов, изолированных населенных пунктов, в том числе находящихся в Арктической зоне Российской Федерации.

В рамках программы студенты будут изучать такие курсы как:

1. Альтернативные источники энергии: понятие альтернативных источников энергии, их типы, место среди традиционных и невозобновляемых источников энергии, экономические перспективы и распределенные системы.
2. Основы электроэнергетических систем: принципы распределения электрической энергии, принципы передачи мощности, принципы построения и функционирования электрических сетей.
3. Динамика, устойчивость и регулирование электрических сетей: принципы регулирования в современных электрических сетях, методы оценки устойчивости, методы синтеза систем регулирования.
4. Электрохимические источники энергии: принципы работы, история развития, техническое устройство известных и разрабатываемых электрохимических источников энергии.
5. Физико-химические основы энергетических установок на твердооксидных топливных элементах: функционирование твердооксидных топливных элементов, литий-ионных аккумуляторов, а также энергетических установок на их основе и систем автономной энергетики.
6. Керамические функциональные материалы с ионной и электронной проводимостью для высокотемпературных электрохимических устройств: особенности кристаллической структуры твердых электролитов, экспериментальные подходы к исследованиям ионной проводимости в твердых телах, а также принципы работы различных электрохимических устройств на основе твердых электролитов.
7. Солнечная энергетика: физико-химические основы фотовольтаики; как неорганические, так и органические системы преобразования солнечной энергии. Традиционные вопросы фотовольтаики, исторически базирующейся на классических кремниевых преобразователях, и проблемы новых систем второго и третьего поколений.
8. Ветровая энергетика: современная ветроэнергетика и перспективы ее развития в мире и Российской Федерации.
9. Методы конструирования и тестирования химических источников тока: теоретические и экспериментальные аспекты устройства современных химических источников тока: литий-ионных аккумуляторов, топливных элементов с протонобменной мембраной и суперкондесаторов.
10. Основы конструирования проточных редокс батарей: область новых энергетических технологий: конструирование электрохимических источников тока, функционирующих по принципу проточных редокс-батарей (ПРБ).

Эти и другие курсы программы позволят выпускникам найти свое место в области разработки новых решений по проектированию и развитию автономных энергетических систем, базирующихся на передовых технологиях. Главным партнером-работодателем программы является Научно-технический Центр автономной энергетики Института арктических технологий МФТИ в составе:

Выпускники программы также востребованы во многих инжиниринговых компаниях, государственных корпорациях, академических и образовательных организациях, занимающихся вопросами создания высокоэффективных генераторов и накопителей энергии, а также вопросами их интеграции в энергетические комплексы:

• Сколтех,
• ИФТТ РАН,
• ИПХФ РАН,
• ОИВТ РАН,
• ГК «Россети»,
• ГК «Росатом»,
• ПАО «Русгидро»,
• АО «Группа компаний «Инэнерджи»,
• АО «СКТБЭ»,
• ПАО «Московская объединенная электросетевая компания»,
• ПАО «Объединенная энергетическая компания»,
• АО «АМП Комплект», ООО «ФМ-ЛАБ»,
• АО «Росэлектроника» (ГК Ростех),
• ООО «Лиотех Инновации»,
• АО «АВЭКС» (Концерн «Динамика»),
• НПО «АЛЬТЭН» (ГК «Роскосмос», Корпорация МИТ).

Альтернативная энергия для полного обеспечения частного дома

Год реализации: 2016 год 

Зеленая энергетика в Украине набирает все большей популярности и в данном материале мы покажем вам экономическую выгоду такого решения. Альтернативное отопление частного дома может быть на базе разного оборудования: фотомодулей, ветрогенераторов, солнечных коллекторов, тепловых насосов.
Альтернативные источники отопления для обеспечения жизнедеятельности частного дома площадью 350 м², который расположен в селе Рожны в Киевской области. Особенности данного помещения таковы, что дом не подсоединён к центральной системе газификации и энергоснабжения. То есть, проектируя инженерную сеть данного здания, необходимо было обеспечить выработку энергии с помощью альтернативных источников, её эффективное использование и перераспределение для достижения максимальной мощности.
Альтернативные и возобновляемые источники энергии на данном объекте это: фотомодули и солнечный коллектор, ветрогенератор. Также используются твердотопливный котел, системы кондиционирования и вентиляции. Реализация инженерных решений в рассматриваемом доме отлично показывает, чем хороши автономные источники энергии для дома и их преимущества среди традиционных и более дорогих источников.

Выработка электрической энергии

1. Фотомодули

Для выработки электрической энергии из солнечной энергии на участке крыши над электрощитовой установлена система из 12 солнечных фотомодулей YabangSolar 240W/24V номинальной мощностью 240 Вт каждый. Данная система демонстрирует производительность в 300-400 кВт/ч в месяц в период с марта по сентябрь (наивысшая солнечная активность) и приблизительно 150 кВт/ч в месяц в остальное время.

Место расположения поля фотомодулей и угол наклона был выбран исходя из расчётов, для получения максимальной отдачи, также предусмотрена возможность регулировки угла наклона солнечных батарей.

Все фотомодули подключены к инверторной системе XANTREX XW 7048 E (новое поколение солнечных инверторов выпускается под названием Schneider Electric Conext XW+ 7048 E) 6 кВт через зарядное устройство на 12 фотомодулей.

Для накопления вырабатываемой электрической энергии установлено 40 аккумуляторов типа SUNLIGHT PzS ёмкостью 92 ампера/час, 48В, которые размещены под землей на глубине 3 м.

Стоит отметить, что эффективность работы системы зависит от выбора «солнечного инвертора» и контроллера заряда аккумуляторов, не менее чем от правильности расположения панелей фотомодулей. Показатель КПД выбранной модели инвертора считается одним из самых высоких в своём классе, что касается контроллера заряда аккумуляторов, то к нему предъявлялись особые требования. Характер источника энергии (генерация не является стабильной в условиях переменной облачности) предполагает необходимость съёма максимальной мощности, помимо эффективного контроля заряда АКБ. Для солнечных систем электроснабжения важно минимизировать потери электроэнергии на всех этапах.

Отопление дома альтернатива

2. Ветрогенератор

Для преобразования энергии ветра в электричество на территории дома установлен ветрогенератор FLAMINGO AERO 4-6,7/1000 мощностью в 5 кВт и диаметром ветротурбины – 6,7 м. Ветрогенератор установлен на ферменную мачту FLAMINGO AERO высотой 26 метров.
В наиболее благоприятный период (с сентября по март), ветрогенератор характеризуется производительностью 450-600 кВт/ч в месяц, а в летний период времени (умеренная активность ветра) – 200 кВт/ч в месяц.

Без ветрогенератора обеспечить электроэнергией дом в период с сентября по март в Украине (только с помощью поля фотомодулей) не просто проблематично, а экономически не целесообразно.

Итог по выработке электроэнергии

Автономное отопление дома на базе фотомодулей и ветрогенератора позволяет получить в общей сложности приблизительно 700 кВт/ч, чего с лихвой хватает для обеспечения жизнедеятельности частного дома площадью 350 м².

С Марта по Сентябрь – 300-400 кВт/ч в месяц от фотомодулей + 200 кВт/ч в месяц от ветрогенератора.
С Сентября по Март – 450-600 кВт/ч в месяц от ветрогенератора + 150 кВт/ч в месяц от фотомодулей.

Почему стоит заказывать у нас?

100% соответствие проектированию

Полная гарантия соответствия работы к документам – выполняем все работы, прописанные в договоре, качественно, в полном объёме и вовремя.

Подбор оборудования по бюджету

Широкий диапазон бюджета на проектирование позволит каждому клиенту грамотно обустроить систему вентиляции, исходя из его финансовых возможностей.

Индивидуальная концепция

Мы не работаем по шаблону, а разрабатываем персональную концепцию под каждого клиента и объект, поэтому все наши проекты уникальны.

10 лет опыта

Наш опыт в проектировании вентиляционных систем более 10 лет, что является залогом правильной и экспертной разработки проекта и реализации систем любой сложности.

Выработка тепловой энергии

1. Твердотопливный котел

Для производства тепловой энергии установлен твердотопливный пиролизный котел Viessmann Vitoligno 100-S мощностью 60 кВт, который обеспечивает высокую эффективность сжигания древесного топлива и  нуждается в загрузке только 1 раз в сутки при работе в номинальном режиме.

Мощности данного котла не только хватает на отопление дома в 350 м², он может также обеспечивать теплом дополнительное помещение площадью в 120 м² (например, баня или гостевой домик).

Выбор твердотопливного котла обусловлен меньшей стоимостью топлива, а так же отсутствием проблем с хранением, эксплуатацией и обслуживанием газовых баллонов. Ведь в данном случае речь идёт о доме для которого подведение газопровода не целесообразно.

КОМПАНИЯ АЛЬТЕР ЭЙР ПРЕДЛАГАЕТ РАЗНЫЕ ВАРИАНТЫ РЕШЕНИЙ

2. Солнечный коллектор

Еще один источник отопления, который используется на данном объекте для преобразования солнечной энергии в тепловую — солнечный коллектор Atmosfera CBK-A на 40 вакуумных трубок (24 мм). Данное альтернативное отопление дома способно обеспечить 300 литров горячей воды в день. Вырабатываемая тепловая энергия сбрасывается в буферную ёмкость либо подогревает горячую воду в бойлере.

Вполне естественно, что летом, в период максимальной солнечной активности, происходит переизбыток тепловой энергии, выработанной солнечным коллектором. Когда температура воды в 400 литровом бойлере достигает 60°С, контроллер с помощью трехходового клапана направляет избыточную тепловую энергию в буферную ёмкость объемом 2000 л. Данная ёмкость имеет 45-кВатный встроенный теплообменник и 2 ТЭНа, мощность каждого по 2 кВт.
В летний период времени тепловая энергия с буферной ёмкости используется только для обогрева полов в санузлах и ванных комнатах.

Выбор солнечных коллекторов вакуумного типа обусловлен большим КПД и возможностью эффективной работы зимой в условиях рассеянного света (пасмурная погода).

Внедренные решения

Отопление дома

Для отопления дома используется твердотопливный котел, специальные радиаторы, а так же осуществлен монтаж теплого пола, для нагрева которого применяется тепло от альтернативных источников энергии. Трубопроводы немецкого бренда Rehau установлены в стяжке. Буферная ёмкость объёмом 2000 л имеет 45-кВатный встроенный теплообменник и 2 ТЭНа, мощность каждого по 2 кВт.

Подготовка горячей воды

Для обеспечения горячего водоснабжения в доме установлен нержавеющий бойлер, объём которого 300 литров, с двумя теплообменниками для нагрева воды от твердотопливного котла и от солнечного коллектора.

Система кондиционирования

Для создания системы кондиционирования дома использовалось оборудование японского бренда Daikin, который является абсолютным лидером в данной отрасли. VRV система кондиционирования состоит из наружного блока Daikin RXYSQ6P8V1 и внутренних канальных блоков Daikin FDXS25F, Daikin FDXS35F.Таким образом, все 9 комнат дома обслуживаются автономно, с возможностью выставления индивидуальной температуры в каждой из них. Существенным плюсом данной системы является подмес свежего воздуха.
Оборудование для кондиционирования дома подобранное таким образом, чтобы на каждый киловатт затраченной энергии вырабатывалось четыре киловатта холода или тепла.

Наши опытные инженеры, которые работали над этим объектом

Руководитель проектов с более чем 15-летним стажем работы. Обладает большим опытом работы в отрасли строительства. На его счету свыше 1000 успешных проектов разной сложности.

• Дмитрий
• Бурахович

Инженер с 12-тилетним опытом в проектировании. Грамотно координирует работу проектировщиков, быстро находит решения сложных задач.

Инженер в области проектирования систем вентиляции и кондиционирования. Мастер в грамотном и индивидуальном подборе оборудования.

• Владислав
• Лысак

Квалифицированный специалист в области отопления, водоснабжения, водоочистки и канализации. Разрабатывает индивидуальные решения для каждого клиента.

Система вентиляции

Для вытяжной вентиляции санузлов, ванных комнат и гардеробной используется оборудование немецкой компании Maico. Настенные вентиляторы Maico ECA 100 ipro KVZC обеспечивают эффективное удаление влажности, устранение неприятных запахов и характеризуются максимальной бесшумностью. Вентиляторы оснащены таймером и датчиком влажности, что не только значительно упрощает их эксплуатацию, но и делает их весьма экономичными.

Если вас интересует реализация вентиляции кухни, то мы так же занимаемся подобными работами, о чём подробно описано на сайте — применяемое оборудование, представлены схемы и планы вентиляции кухни.

Взаимодействие систем

Альтернативные источники электроэнергии для дома имеют некоторые особенности работы. Например, когда светит солнце или дует ветер, соответствующие контроллеры заряжают аккумуляторы до напряжения 56 В. Если аккумуляторы уже заряжены, но выработка энергии продолжается (то есть еще светит солнце или дует ветер), то контроллеры отправляют вырабатываемую электроэнергию напрямую на ТЭНы, встроенные в буферную емкость, до разрядки аккумуляторов до 54В.

Мощность этих ТЭНов 4 кВт выбрана исходя из того что солнце и ветер совместно могут дать не более 4 кВт электоэнергии в час. Таким образом, ТЭНы нагревают воду в буферной емкости, которая, обладая большой теплоемкостью, может вместить большое количество теплоты и обеспечить непрерывное использование вырабатываемой энергии и максимальную эффективность установленного оборудования для производства электрической энергии.

Накопленная в буферной емкости теплота используется для производства горячей воды и поддержки системы комфортного теплого пола.

Все системы, потребляющие электроэнергию (система освещения, система кондиционирования и бытовые приборы в доме), берут ее из аккумуляторов, разряжая их. Напряжение 220 В на входе в дом обеспечивается инвертором.

При разрядке аккумуляторов ниже 54 В вся вырабатываемая электроэнергия снова автоматически начинает подаваться на аккумуляторы для их зарядки. При достижении напряжения в них 56 В цикл повторяется.

Когда светит солнце (преимущественно в теплый период года) система солнечных коллекторов преобразует солнечную энергию в тепловую. Вырабатываемая тепловая энергия нагревает бойлер. Если температура воды в бойлере достигла 60°С, а тепловая энергия еще вырабатывается, то контролер солнечной системы перенаправляет подачу вырабатываемого тепла с бойлера на теплообменник буферной ёмкости, нагревая ее.

Пиролизный котел обеспечивает подогрев воды для радиаторного отопления и теплого пола. Также он нагревает воду в бойлере, если тепла, вырабатываемого солнечными коллекторами, не достаточно.

Таким образом любой избыток выработанной энергии будет аккумулироваться в том или ином виде, что в конечном счёте ускоряет окупаемость проекта, а сама система будет защищена от преждевременного износа (особенно это касается аккумуляторных батарей).

Итог

На примере данного объекта мы можем убедиться, что альтернативные источники энергии для дома в украинских реалиях экономически оправданы, вовсе не являясь некой модной тенденцией.

За счёт применения энергосберегающих технологий при строительстве дома, обустройстве системы вентиляции и кондиционирования снижаются расходы на отопление в зимний период и охлаждение в летний. В отличии от традиционных систем комфорт обеспечивается с минимальными эксплуатационными затратами.

Дополнение системы отопления альтернативными источниками энергии в виде гелиотермальной системы позволяет уменьшить потребление топлива в системе отопления в зимний период и практически полностью перейти на солнечную энергию для горячего водоснабжения в летнее время. Помимо этого, «солнечное отопление» простое в эксплуатации, автоматизируемое и полностью безопасное.

Альтернативное отопление для частного дома на базе фотомодулей и ветрогенераторов может как обеспечить полную автономность вашего дома, так и существенно ускорить сроки её окупаемости за счёт продажи избытка генерируемой электроэнергии. Второй вариант предполагает использование сетевого инвертора и оформления «Зелёного тарифа», который действует на территории Украины.

Наши последние работы

Альтернативные источники энергии

Подумайте, какие источники энергии используются для получения электрической энергии у вас дома? Известные экологические проблемы привели человечество к поискам альтернативных источников энергии. Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению. Причина поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание принимается также экологичность и экономичность.

Интересно узнать, что может быть источником энергии. Плавающие электростанции-подковы и биостанции на навозе: современная альтернативная энергетика поражает воображение.  Вот на чем уже работают электростанции.

На искусственных водорослях. Австралия разработала проект особой подводной электростанции BioWawe. Она вырабатывает электроэнергию за счет колебаний лент искусственных водорослей, шевелящихся в океанском течении. Власти надеются, что с помощью таких станций вскоре можно будет обеспечить электричеством весь Мельбурн.

На навозе. В Великобритании работаетпервая в мире электростанция на коровьем навозе. Мощность газовой когенераторной электростанции 2 МВт. Этого хватает, чтобы снабдить энергией школу, больницу и спортивный центр города Девон. За год станция перерабатывает 1,7 млн. тонн навоза с 47 окрестных ферм.

На энергии Солнца. У человечества есть практически неиссякаемый источник энергии — это Солнце. Солнце поставляет Земле колоссальную мощность — примерно 1017 ватт, это более чем в 100 тысяч раз превышает сегодняшний уровень потребления электроэнергии. За двадцать дней Земля получает в виде солнечного излучения столько же энергии, сколько хранится во всех запасах ископаемого топлива на планете.

Пока вклад в мировую энергетику солнечных батарей, превращающих силу солнечного излучения в электричество, ничтожно мал: их суммарная мощность еще недавно составляла лишь 5 тыс. мегаватт (МВт), т.е. 0,15% энергии, поставляемой всеми остальными источниками вместе взятыми. Первая в мире солнечная электростанция за Полярным кругом обеспечит электричеством один из самых холодных населенных пунктов планеты — поселок Батагай в Якутии. Новая солнечная станция мощностью 1 МВт, построенная «РАО ЭС Востока», в летний период сможет обеспечить большую часть потребности поселка в электроэнергии. В будущем ее мощность будет увеличена до 4 МВт, но пока что главная задача энергетиков — отследить, как работает станция за Полярным кругом.

Сегодня существует ряд проблем в применении солнечной энергетики, над решением которых работают ученые и исследователи. Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках. При этом пик электропотребления приходится именно на вечерние часы. Несмотря на экологическую чистоту получаемой энергии, фотоэлементы (солнечные батареи) содержат ядовитые вещества: свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д., а их производство потребляет массу других опасных веществ.

Виды альтернативных источников энергии — ФЕКО

На сегодняшний день альтернативные источники энергии имеют довольно широкий спрос. Виды альтернативной электроэнергетики:

• Ветроэнергетика
• Биотопливо
• Гелиоэнергетика
• Гидроэнергетика
• Грозовая энергетика
• Космическая энергетика

Ветровую энергию используют давно. Ветрогенераторы представляет собой систему лопастей, которые соединены с генератором через редуктор или напрямую. Максимальной энергии ветрогенераторы достигают на высоте более 15 метров. Современные разработки формы лопастей приспособили ветрогенераторы под все условия эксплуатации и движения воздуха: тихоходные, быстроходные и роторные.

Альтернативная энергетика представлена также биотопливом. В качестве источника энергии биотоплива служат органические отходы животного или растительного происхождения.

Наибольшей популярностью на сегодняшний день пользуются солнечные коллекторы, то есть гелиоэнергетика. Солнечная энергия один из самых перспективных источников неиссякаемой энергии. За год на поверхность земли попадает солнечного излучения в 30 000 раз больше, чем годовое потребление электроэнергии всем населением планеты. Производители совершенствуют и создают более новые и универсальные модели гелиосистем. Популярно использование комплектный пакет оборудования гелиосистем.

Ученые выяснили, что на квадратный метр приходится около 300 Вт в сутки энергии Солнца. Расчет имеет смысл в тех местах, где солнечные лучи имеют максимальные потоки.

Использование гелиосистем удачная альтернативная энергия, обладает рядом преимуществ. Приобретая солнечные коллектор, следует знать про недостатки такой системы:

• Достаточно высокая стоимость конструкций
• Непостоянство из-за зависимости от погодных условий и времени суток, в северных широтах сложно преобразовывать полученную солнечную энергию.
• Значительное повышение температур над станциями
• Невозможность использования такой энергии из-за не сезонности
• Коллекторы занимают большую площадь

Современные системы гелиоустановки производят двух типов: трубчатые и плоские. Плоские солнечные коллекторы – ящик, со спиралевидным зачерненным нагревательным элементом, медной трубкой. Спираль термоизолирована, а со стороны солнца накрыта стеклом. В качестве теплоносителя используется вода или незамерзающий теплоноситель.

Альтернативные источники энергии: виды и использование

В течение всего периода развития цивилизации происходила борьба за обретение новых, более эффективных форм энергии. За тысячи лет был пройден путь от овладения огня до применения управляемой ядерной реакции в атомных электростанциях. Поэтому в истории человечества принято выделять несколько энергетических революций, которые заключались в переходе от одного доминирующего первичного источника энергии к другому. Результаты этих изменений затрагивали не только сферу энергетики и экономики, но и меняли социальный и культурный облик цивилизации.

В настоящее время Мировая энергетика находится на перепутье. С увеличением народонаселения Земли экономика требует все больше энергии, а запасы ископаемого топлива, на котором основана традиционная энергетика, не безграничны. Рост стоимости ископаемого топлива усугубляется и тем, что достигшее колоссальных размеров использование углеводородов наносит ощутимый вред окружающей среде, что отражается на качестве жизни населения. А это означает, что в будущем потребности в энергии, а значит и в новых способах её получения, будут только увеличиваться. На смену эре углеводородов (нефти и газа), придет эра использования альтернативной, чистой энергии.

Основные причины, указывающие на важность скорейшего перехода к АИЭ:

Глобально-экологический: сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий (в т. ч. ядерных и термоядерных), их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI веке.

Политический: та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы.

Экономический: переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтернативными источниками, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно короче. Цены на альтернативную энергию снижаются, а на традиционную — постоянно растут.

Социальный: численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды. Общеизвестны факты роста онкологических и других тяжелых заболеваний в районах расположения АЭС, крупных ГРЭС, предприятий топливно-энергетического комплекса, хорошо известен вред, наносимый гигантскими равнинными ГЭС, – всё это увеличивает социальную напряженность.

Эволюционно-исторический: в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также экспоненциальным нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.

Именно с нетрадиционными возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ) связывают будущее энергетики. Усилиями мировой науки было обнаружено множество таких источников, большинство из них уже используется более или менее широко. В настоящее время общий вклад ВИЭ в мировой энергобаланс пока невелик, около 20 % конечного потребления энергии. При этом на долю биотоплива и гидроэнергии, используемых традиционными способами, приходится основная часть – около 17 %, на долю нетрадиционных ВИЭ всего около 3 %.

Наиболее известны  и частично применяются следующие виды энергии:

— энергия Солнца;
— энергия ветра;
— биоэнергетика;
— энергия приливов и волн;
— тепловая энергия Земли.
— энергия атмосферного электричества и грозовая энергетика.

Из всех существующих видов альтернативной энергетики самыми востребованными являются солнечная, ветро- и гидроэнергетика.

Энергия солнца

Всевозможные гелиоустановки используют солнечное излучение как альтернативный источник энергии. Излучение Солнца можно использовать как для нужд теплоснабжения, так и для получения электричества.

Существуют разные способы преобразования солнечного излучения в тепловую и электроэнергию и, соответственно, различные типы солнечных электростанций. Наиболее распространены станции, использующие фотоэлектрические преобразователи (фотоэлементы), объединенные в солнечные батареи.

Солнечные электростанции активно используются более чем в 80 странах мира. Большинство крупнейших фотоэлектрических установок мира находятся в США.

К преимуществам солнечной энергии можно отнести возобновляемость данного источника энергии, бесшумность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу при переработке солнечного излучения в другие виды энергии.

Недостатками в использовании солнечной энергии являются дороговизна оборудования, зависимость интенсивности солнечного излучения от суточного и сезонного ритма, а также, необходимость больших площадей для строительства солнечных электростанций. Также серьёзной экологической проблемой является использование при изготовлении фотоэлектрических элементов для гелиосистем ядовитых и токсичных веществ, что создаёт проблему их утилизации.

Энергия ветра

Одним из перспективнейших источников энергии является ветер. Принцип работы ветрогенератора элементарен. Сила ветра, используется для того, чтобы привести в движение ветряное колесо. Это вращение в свою очередь передаётся ротору электрического генератора.

Ветроэнергетические установки (ветряные электростанции) широко используются в США, Китае, Индии, а также в некоторых западноевропейских странах (например в Дании, где 25% всей электроэнергии добывают именно таким способом). Ветроэнергетика является весьма перспективным источником альтернативной энергии, в настоящее время многие страны значительно расширяют использование электростанций данного типа.

Преимуществом ветряного генератора является, прежде всего, то, что в ветряных местах, ветер можно считать неисчерпаемым источником энергии. Кроме того, ветрогенераторы, производя энергию, не загрязняют атмосферу вредными выбросами.

К недостаткам устройств по производству ветряной энергии можно отнести непостоянство силы ветра и малую мощность единичного ветрогенератора. Также ветрогенераторы известны тем, что производят много шума (вследствие чего их стараются строить вдали от мест проживания людей), мешают перелетам птиц  и насекомых, а также создают помехи в прохождении радиоволн  и работе военных.

Биоэнергетика

Биоэнергетика позволяет из биотоплива разного вида получать энергию и тепло. Биоэнергетика сейчас находится в стадии активного развития. Крупные промышленные и сельскохозяйственные предприятия активно переходят на биотопливо, что дает им получать электроэнергию и тепло из органического мусора.

К альтернативным источникам энергии относятся не все виды биотоплива: традиционные дрова тоже являются биотопливом, но не являются альтернативным источником энергии. Альтернативное биотопливо бывает твердым (отходы деревообработки и сельского хозяйства), жидким (биодизель и биомазут, а также метанол, этанол, бутанол) и газообразное (водород, метан, биогаз).

Основными преимуществами является утилизация органического мусора, снижение уровня загрязнения окружающей среды. Биотопливо изготавливается из различного сырья, такого как навоз, отходы сельскохозяйственных культур и растений, выращенных специально для топлива. Это возобновляемые ресурсы, которые, вероятно, не закончатся в ближайшее время. Биотопливо снижает выбросы парниковых газов. Кроме того, при выращивании культур для биотоплива они частично поглощают оксид углерода, что делает систему использования биотоплива ещё более устойчивой.

Биотопливо довольно легко транспортировать, оно обладает стабильностью и довольно большой «энергоплотностью», его можно использовать с незначительными модификациями существующих технологий и инфраструктуры.

К недостаткам применения биотоплива относятся:

— ограничения региональной пригодности (в некоторых местностях просто невозможно выращивать биотопливные культуры, например, в местности с холодным или засушливым климатом).

— водопользование – чем меньше воды используется для выращивания сельскохозяйственной культуры, тем лучше, так как вода является ограниченным ресурсом.

— продовольственная безопасность (слишком активное выращивание биотоплива может привести к голоду). Проблема с выращиванием сельскохозяйственных культур для топлива заключается в том, что они займут землю, которую можно было бы использовать для выращивания продуктов питания.

— разрушение среды обитания животных и риск изменения окружающей среды, вследствие применения удобрений и пестицидов при выращивании биотопливных культур (чаще всего это монокультуры для удобства выращивания).

Энергия приливов и волн

Мировой океан аккумулирует энергию в разных видах: энергию биомассы, энергию приливов и отливов, энергию океанических течений, тепловую энергию и др. Проблема заключается в том, чтобы найти экономически и экологически приемлемые способы ее использования. По прогнозным оценкам доступная часть энергии Мирового океана во много раз превышает уровень потребления всех энергетических ресурсов в мире.

По оценкам Ocean Energy Systems, к 2050 г. с помощью подобных технологий можно будет вырабатывать 300 ГВт – это столько же, сколько бы производили 250 ядерных реакторов. А UK Carbon Trust прогнозирует, что к тому времени уже возникнет всемирный рынок приливной энергии стоимостью 126 млрд фунтов стерлингов.

В Японии протестировали устройство, которое генерирует электроэнергию из океанических течений. Испытание установки было проведено на юго-западе префектуры Кагошима. Течения у Кагошимы постоянны по силе и направлению. Турбина экспериментального генератора была установлена на уровне 20-50 м под поверхностью воды. Генератор развил мощность производства электроэнергии всего 30 кВт. Конечно, это немного, но главное – изобретение работает. Ученые полагают, что такой метод генерации электричества может быть более стабильным, чем солнечная энергетика. Организация по разработке новых энергетических и промышленных технологий NEDO надеется внедрить эту технологию в промышленное использование к 2020 г.

В США извлекают энергию из волн.

Исследователи Технологического института Джорджии разработали устройство, преобразующее в электричество энергию волн океана очень широкого диапазона частот. Энергия волн океана — самая слаборазвитая отрасль чистой энергетики. Хотя океан потенциально способен обеспечить энергией весь мир, пока что не существует экономически выгодного способа ее извлечения. Основная проблема в том, что океанские волны непостоянны и колеблются с низкой частотой, тогда как большинство генерирующих устройств лучше всего работают с постоянной амплитудой и высокой частотой.

В прошлом году в проливе Пентленд-Ферт на северном побережье Шотландии началась первая фаза строительства крупнейшей в мире приливной электростанции MeyGen, итоговая мощность которой может достичь 398 МВт. Станция способна обеспечить электричеством 175 тыс. домохозяйств. Возобновляемая энергия приливов стала одним из важнейших направлений новой энергетики, развиваемой в Шотландии. Шотландские приливы, одни из самых мощных в Европе, помогут развить эту многообещающую технологию и сократить выбросы углекислого газа. Шотландия планирует полностью (на 100%) перейти на возобновляемую электроэнергию уже в 2030 г. Достигнутый в 2016 г. уровень составил около 60%.

Аналогичные технологии применяются уже и в Северной Америке – на побережье Новой Шотландии. Эта провинция на северо-востоке Канады действительно напоминает Шотландию — и не в последнюю очередь благодаря высоким приливам.

В ноябре прошлого года там, в заливе Фанди начал работу первый в Северной Америке приливной электрогенератор. Он занимает пять этажей и весит тысячу тонн, его мощность – 2 МВт, что достаточно для питания 500 домов.

В области разработки новейших решений для использования энергии приливов лидирует Великобритания. Этому способствует идеальная схема приливов и благоприятная регулятивная среда. Канада, Китай и Южная Корея также демонстрируют устойчивый прогресс. США также являются одним из основных центров инноваций в данной сфере.

Основные плюсы – высокая экологичность и низкая себестоимость получения энергии.

К главным минусам приливных электростанций относятся высокая стоимость их строительства и суточные изменения мощности, из-за которых электростанции этого типа целесообразно использовать только в составе энергосистем, использующих также и другие источники энергии.

Тепловая энергия Земли

Огромное количество тепловой энергии хранится в глубинах Земли. Это обусловлено тем, что температура ядра Земли чрезвычайно высока. В некоторых местах земного шара происходит прямой выход высокотемпературной магмы на поверхность Земли: вулканические области, горячие источники воды или пара. Энергию этих геотермальных источников и предлагают использовать в качестве альтернативного источника сторонники геотермальной энергетики. Используют геотермальные источники по-разному. Одни источники служат для теплоснабжения, другие – для получения электричества из тепловой энергии.

Для разработки этого источника энергии используются геотермальные электростанции, использующие энергию высокотемпературных грунтовых вод, а также вулканов. На данный момент более распространенной является гидротермальная энергетика, использующая энергию горячих подземных источников. Гидротермальная энергетика, основанная на использовании «сухого» тепла земных недр, на данный момент развита слабо; основной проблемой считается низкая рентабельность данного способа получения энергии.

К преимуществам геотермальных источников энергии можно отнести неисчерпаемость и независимость от времени суток и времени года.

К негативным сторонам можно отнести тот факт, что термальные воды сильно минерализованы, а зачастую ещё и насыщены токсичными соединениями. Это делает невозможным сброс отработанных термальных вод в поверхностные водоёмы. Поэтому отработанную воду необходимо закачивать обратно в подземный водоносный горизонт. Кроме того, некоторые учёные-сейсмологи выступают против любого вмешательства в глубокие слои Земли, утверждая, что это может спровоцировать землетрясения.

Атмосферное электричество и грозовая энергетика

Атмосферное электричество может стать еще одним существенным источником экологически чистой энергии. В нижних слоях атмосферы Земли идут интенсивные процессы испарения, переноса тепла и влаги, образования облаков, сопровождающиеся явлениями электризации. В результате, у поверхности Земли напряженность электростатического поля достигает 100…150 В/м летом и до 300 В/м зимой, значительно изменяясь от погодных условий. В атмосфере постоянно висит положительный объемный заряд величиной около 0,57 млн. кулонов. Энергетический ресурс заряженной атмосферы оценивается величиной около 107 ГВт, что не менее чем в 250 раз превышает потребности человеческой цивилизации в энергии.

Вопросы формирования электрической энергии в атмосфере и использования электричества, сформированного естественным путем, тревожили умы многих ученых на протяжении столетий. Все началось со знаменитого опыта Бенджамина Франклина в июне 1752 года, когда он поднял воздушного змея перед грозовым облаком, и экспериментально доказал, что грозовые явления имеют электрическую природу. В 1850–1860-х годах получили патенты на изобретения в области атмосферного электричества Лумис и Уард в США, во Франции. Среди тех, кто мечтал завоевать и использовать атмосферное электричество в качестве практически неиссякаемого источника энергии был и знаменитый изобретатель Никола Тесла, предложивший способ преобразования высокого постоянного напряжения атмосферы в низкое переменное. В Финляндии Герман Плаусон провел эксперименты с аэростатами, изготовленными из тонких листов магниево-алюминиевого сплава, покрытого очень острыми, изготовленными электролитическим способом иглами. На свои устройства он в 1920-х годах получил патенты США, Великобритании и Германии.

К сожалению все предложенные грандиозные устройства так и не получили широкого практического применения ввиду их громоздкости, непрактичности, опасности, а самое главное, нестабильности снимаемой мощности, которая целиком зависит от «электрической погоды» в атмосфере. Но ни смотря, ни на что, интерес к исследованиям атмосферного электричества не угас, и в самые недавние годы достигнуты значительные успехи.

Новые исследования, проведенные учеными из университета Кампинаса в Бразилии, позволили по-новому взглянуть на задачу получения энергии из атмосферного электричества. В результате этих исследований ученые точно определили, каким именно образом происходит процесс формирования и момент высвобождения электричества из капелек влаги скопившейся в воздухе, как создаются электрические заряды в атмосфере, как они распространяются и каким образом они могут быть преобразованы в электрический ток, пригодный для использования.

В качестве преимуществ атмосферных электростанций отмечаются следующие факторы:

— атмосферная электростанция способна вырабатывать энергию постоянно и не выбрасывает в окружающую среду никаких загрязнителей;

— в случае открытия способа хранения и создания суперконденсатора атмосферного электричества, он будет постоянно подзаряжается с помощью возобновляемых источников энергии – солнца и радиоактивных элементов земной коры;

— электроразрядное оборудование атмосферных станций не бросается в глаза. Оно находятся в верхних слоях атмосферы, слишком высоко для того, чтобы их увидеть невооруженным глазом.

Недостатки:

— атмосферное электричество, как и энергию солнца или ветра, трудно запасать. Его необходимо либо использовать сразу же, на месте получения, либо преобразовывать в любую другую форму, например в водород;

— значительная разрядка земельно-ионосферного суперконденсатора может нарушить баланс глобального электрического контура. В этом случае последствия для окружающей среды будут непредсказуемы;

— высокое напряжение в системах атмосферных электростанций может быть опасным для обслуживающего персонала;

— электроразрядное оборудование необходимого размера сложно обслуживать и поддерживать на необходимой высоте. Кроме того, они могут представлять опасность для авиации.

Грозовая энергетика – это пока лишь теоретическое направление. Молния – это сложный электрический процесс. Для того, чтобы «поймать» и удержать энергию молнии, нужно использовать мощные и дорогостоящие конденсаторы, а также разнообразные колебательные системы. Пока еще грозовая энергетика неоконченный и не совсем сформированный проект, хотя и достаточно перспективный. Его привлекательность состоит в возможности постоянно восстанавливать ресурсы.

Вспышки молний на поверхности Земли происходят практически одновременно в самых разных местах планеты. Специалисты NASA, работая со спутником «Миссия измерения тропических штормов», проводят исследования грозовой активности в разных уголках нашей планеты. Ими собраны данные о частоте происхождения молний и создана соответствующая карта. Были установлены определенные регионы, в которых на протяжении года возникает до 70 ударов молнии на квадратный километр площади, и где в перспективе экономически целесообразно использовать данный вид энергии.

Сейчас ученые всего мира изучают этот сложный процесс и разрабатывают планы и проекты по устранению сопутствующих проблем. Возможно, со временем человечество сможет укротить «строптивую» энергию молнии и перерабатывать ее в ближайшем будущем.

Список литературы

1. Боровский, Ю.В. Современные проблемы мировой энергетики / Ю.В. Боровский, М.: Навона, 2011 г. – 232 с.
2. Дегтярев, К.С. К вопросу об экономике возобновляющихся источников энергии / К.С. Дегтярев, А.М. Залиханов, А.А. Соловьев, Д.А. Соловьев // Энергия. Экономика. Техника. Экология. – 2016. – № 10. – С. 10–21.
3. Довгалюк, Ю.А. О прогнозе развития конвективных облаков и связанных с ними опасных явлений с помощью модели малой размерности / Ю.А. Довгалюк, Н.Е. Веремей, А.А. Синькевич., А.К. Слепухина // Вопросы физики облаков. Сборник статей памяти С.М. Шметера. М: ГУ «НИЦ» Планета, 2008. – 167 с.
4. Кузнецов, Д.А. Возможности развития современной грозовой энергетики / Д.А. Кузнецов // Международный студенческий научный вестник. – 2017. – № 4-6.
5. Огарков, А.И. Большая эффективность малой энергетики / А.И. Огарков // АПК: экономика, управление. – 2007. – № 6. – С. 2–6.
6. Суслов, Н.И. Возобновляемые источники энергии в стране, где много традиционных ресурсов: еще о России / Н. И. Суслов // ЭКО. – 2014. – № 3. – С. 69–87.

Картинки взяты с сайта по ссылке.

---

Король Раиса Александровна

© Раиса Король, научный сотрудник лаборатории моделирования и минимизации антропогенных рисков

e-mail: [email protected]

12.1 Источники переменного тока — Введение в электричество, магнетизм и электрические цепи

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

---

По окончании раздела вы сможете:

• Объясните разницу между постоянным током (dc) и переменным током (ac)
• Определение характеристик переменного тока и напряжения, например амплитуды или пика и частоты

Большинство примеров, рассмотренных до сих пор в этой книге, особенно с использованием батарей, имеют источники постоянного напряжения.Таким образом, как только ток установлен, он становится постоянным. Постоянный ток (dc) — это поток электрического заряда только в одном направлении. Это установившееся состояние цепи постоянного напряжения.

Однако в большинстве известных приложений используется источник напряжения, изменяющийся во времени. Переменный ток (ac) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление. Переменный ток создается переменной ЭДС, которая генерируется на электростанции, как описано в разделе «Индуцированные электрические поля».Если источник переменного тока периодически меняется, особенно синусоидально, цепь называется цепью переменного тока. Примеры включают коммерческую и бытовую энергетику, которая обслуживает так много наших потребностей.

Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые на предприятиях и дома, различаются по всему миру. В обычном доме разность потенциалов между двумя сторонами электрической розетки изменяется синусоидально с частотой или и амплитудой или в зависимости от того, живете вы в Северной Америке или Европе, соответственно.Большинство людей знают, что разность потенциалов для электрических розеток равна либо в Северной Америке, либо в Европе, но, как объясняется далее в этой главе, эти напряжения не являются пиковыми значениями, приведенными здесь, а скорее связаны с обычными напряжениями, которые мы видим в наших электрических розетках. На рисунке 12.1.1 показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичных источников постоянного и переменного тока в Северной Америке.

(рисунок 12.1.1)

Рисунок 12.1.1. (a) Напряжение и ток постоянного тока постоянны во времени после установления тока.(б) Напряжение и ток в зависимости от времени сильно различаются для переменного тока. В этом примере, который показывает мощность переменного тока 60 Гц и время t в секундах, напряжение и ток синусоидальны и находятся в фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковое напряжение источников переменного тока сильно различаются.

Предположим, мы подключаем резистор к источнику переменного напряжения и определяем, как напряжение и ток изменяются во времени на резисторе. На рисунке 12.1.2 показана схема простой схемы с источником переменного напряжения.Напряжение синусоидально колеблется во времени с фиксированной частотой, как показано, либо на клеммах батареи, либо на резисторе. Следовательно, переменное напряжение или «напряжение на вилке» может быть задано как

(12.1.1)

где — напряжение в момент времени, — пиковое напряжение, а — угловая частота в радианах в секунду. Для типичного дома в Северной Америке и тогда как в Европе

Для этой простой цепи сопротивления, переменный ток , то есть ток, который синусоидально колеблется во времени с фиксированной частотой, равен

(12.1.2)

, где — текущий момент, а — пиковый ток, равный. В этом примере напряжение и ток считаются синфазными, что означает, что их синусоидальные функциональные формы имеют пики, впадины и узлы в одном и том же месте. Они колеблются синхронно друг с другом, как показано на рисунке 12.1.1 (b). В этих уравнениях и на протяжении всей главы мы используем строчные буквы (например,) для обозначения мгновенных значений и прописные буквы (например,) для обозначения максимальных или пиковых значений.

(рисунок 12.1.2)

Рисунок 12.1.2 Разность потенциалов между выводами источника переменного напряжения колеблется, поэтому на источнике и резисторе синусоидальные волны переменного тока накладываются друг на друга. Математическое выражение для дается формулой

Ток в резисторе чередуется взад и вперед, как управляющее напряжение, поскольку, например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, он становится ярче и тускнеет раз в секунду, когда ток постоянно проходит через ноль.Мерцание слишком быстрое, чтобы его могли заметить глаза, но если вы помашите рукой взад и вперед между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект переменного тока.

ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 12.1

Если рассматривать европейский источник переменного напряжения, какова разница во времени между переходами через ноль на графике зависимости переменного напряжения от времени?

Кандела Цитаты

Лицензионный контент

CC, конкретная атрибуция

• Загрузите бесплатно по адресу http: // cnx. org/contents/[email protected]. Получено с : http://cnx.org/contents/[email protected]. Лицензия : CC BY: Attribution

Источники переменного тока различных типов с домашним контуром

Вы когда-нибудь задумывались, как электричество поступает в ваш дом, или предполагали, если электричество отключено, как вы все еще получаете электричество в доме. На самом деле может быть много способов получить источник питания переменного тока, фактически не оставаясь без электричества.

4 Источники питания переменного тока для дома

Сеть переменного тока: В основном из-за простоты передачи, низкой стоимости и легкости преобразования в постоянный ток, переменный ток предпочтительнее, чем постоянный, для подачи в дома. Вы когда-нибудь задумывались, как работает вся эта система распределения электроэнергии? Нет?

Позвольте мне дать краткое представление обо всей системе

Система распределения электроэнергии

Основная распределительная сеть состоит из следующих подразделов:

• Электростанция: Электростанция — это место, где вырабатывается трехфазная мощность переменного тока. .Причина использования трех фаз заключается в том, что все фазные токи имеют тенденцию нейтрализовать друг друга, поддерживая сбалансированную нагрузку и создавая вращающееся магнитное поле, используемое в электродвигателях. Электростанция обычно состоит из паротурбинных генераторов, которые работают на паре, полученном при сжигании угля, нефти и природного газа или от атомных электростанций. Мощность переменного тока, генерируемая генераторами, преобразуется в высокое напряжение около 155 кВ с помощью больших повышающих трансформаторов.
• Передающие подстанции: Генерируемая мощность при высоком напряжении 155 кВ поступает на передающие подстанции, которые состоят из понижающего трансформатора, автоматических выключателей и оборудования управления, и преобразует мощность переменного тока высокого напряжения в мощность переменного тока низкого напряжения 60 кВ в подаваться по цепям передачи к блоку распределения питания.
• Блок передачи: Блок передачи состоит из каждой трехпроводной опоры, каждая из которых несет фазу, а также четвертого провода, который действует как заземление для защиты от молнии. Обычно дальность передачи составляет около 400 км.
• Распределительная сеть: Она состоит из понижающих трансформаторов, которые преобразуют входящее высоковольтное питание переменного тока 60 кВ в 12 кВ, и распределительных шин для передачи электроэнергии переменного тока.
• Блоки передачи в дом: Блок передачи состоит из 3 проводных опор, которые передают мощность переменного тока в каждой фазе, а также состоит из блоков регуляторов для предотвращения переходных процессов напряжения и ответвлений для получения однофазного или двухфазного питания от трех фаз. поставлять.
• Блок питания переменного тока рядом с домами: Блок питания переменного тока состоит из понижающих трансформаторов на электрических полюсах, которые понижают напряжение переменного тока от линий передачи до нормального напряжения переменного тока 240 В для домашнего электроснабжения. Источник питания 240 В состоит из трех проводов: два провода по 120 В каждый при разности фаз 180 градусов, а третий провод — нейтральный или заземляющий.

Солнечная энергия: Другой источник энергии в вашем доме — использование солнечной энергии.Благодаря восполнению запасов и доступности солнечная энергия становится одним из основных источников энергии. Распределение солнечной энергии в домах состоит из следующих компонентов:

Солнечная энергия в дома

• Панели солнечных батарей: Массив солнечных панелей, состоящих из солнечных элементов, размещается на крыше домов в таком направлении, чтобы обеспечить максимум солнечного света и преобразовать этот солнечный свет в электрическую энергию.
• Контроллер заряда: Работа контроллера заряда заключается в управлении зарядкой батарей, чтобы гарантировать, что избыточное напряжение постоянного тока не поступает на батареи. Он также обеспечивает зарядку аккумулятора в случае разрядки аккумулятора.
• Батареи: Набор почти из 12 батарей используется для хранения электроэнергии постоянного тока от солнечных элементов.
• Инвертор: Он используется для преобразования энергии постоянного тока от батарей в питание переменного тока для работы приборов, которым для работы требуется питание переменного тока.

Источник бесперебойного питания: В предыдущем пункте мы узнали о хранении солнечной энергии и последующем преобразовании постоянного тока в переменный с помощью инверторов.То же самое можно сделать и с питанием от сети переменного тока.

Система бесперебойного питания

В нормальном режиме питание поступает от сети переменного тока и подается на нагрузки после регулирования стабилизатором. Это переменное напряжение преобразуется в постоянное для зарядки аккумуляторов.

В резервном режиме накопленная в батареях энергия постоянного тока преобразуется в мощность переменного тока с помощью инверторов. Базовый инвертор состоит из трансформатора с первичной обмоткой с центральным отводом и переключателей, которые позволяют току течь обратно в батарею через первичные обмотки, тем самым позволяя создавать напряжение переменного тока на первичных обмотках .

Практичный ИБП

Генераторы: Резервный генератор для дома работает на природном газе или дизельном топливе. Он состоит из контроллера, который контролирует прохождение тока от сети через автоматический переключатель резерва. В случае сбоя питания автоматический переключатель резерва замыкает линии электропитания и размыкает линию электропередачи от генератора. Таким образом, после перерыва в 10 секунд после отключения электроэнергии генератор начинает работать и подает питание на бытовую технику.Когда питание возвращается, контроллер распознает это и автоматически отключает питание от генератора и снова начинает мониторинг основного источника питания. Генератор дешевле и потребляет меньше энергии, но он шумный по сравнению с инверторами.

Система резервного генератора переменного тока Практичный генератор, используемый в домашних условиях

Автоматический выбор источника питания в домашних условиях

Мы можем построить простой автоматический блок для выбора любого из источников питания. Нам нужен базовый микроконтроллер, драйвер реле и 4 реле.

Система состоит из 4 кнопок, связанных с микроконтроллером, каждая из которых отображает состояние доступности каждого источника питания. Соответственно, микроконтроллер заставляет драйвер реле выбрать правильное реле, подключенное к соответствующему источнику питания. Блок-схема

, показывающая автоматический выбор источника питания переменного тока

В нормальном режиме работы микроконтроллер управляет драйвером реле, чтобы нагрузка была подключена к источнику питания через соответствующее реле.Когда нажимается первая кнопка, представляющая питание от сети, это указывает на сбой в питании от сети. В этом случае микроконтроллер запрограммирован так, чтобы подавать высокий логический уровень на один из входных контактов драйвера реле (подключенного к соответствующему альтернативному источнику питания), и драйвер реле соответственно вырабатывает низкий логический сигнал на соответствующем выходном контакте. Реле, подключенное к этому альтернативному источнику питания, подключено и обеспечивает подачу питания на нагрузку. Когда какой-либо из альтернативных источников питания вместе с сетевым питанием выходит из строя, выбирается другой доступный источник питания.Другими словами, если нажаты и кнопка сетевого питания, и соседняя кнопка, альтернативный источник питания соответствует третьей кнопке. ЖК-дисплей может использоваться для отображения состояния нагрузки.

Фото:

Разница между (альтернативным и постоянным током): 13 шагов

Всем известно, что электричество в основном постоянное, но как насчет другого типа электричества? Вы знаете Ас? Что означает AC? Можно ли тогда использовать DC? В этом исследовании мы узнаем разницу между типами электричества, источниками, применением и историей войны между ними, и мы попытаемся положить конец этой войне, так что давайте начнем.

Историческая война (AC лучше, никакой DC не идеален)
Добро пожаловать в 1880-е. Между постоянным током (DC) и переменным током (AC) идет массовая война. Эта Война Токов, как и любой другой конфликт в истории человечества, имеет ряд конкурирующих идей о том, как наилучшим образом доставить электричество в мир. И, конечно же, на этом можно заработать кучу денег. Так устоит ли Томас Эдисон и его батальон DC, или Джордж Вестингауз и его AC Armada одержат победу? Это была битва за будущее человечества, в которой было много нечестных действий.Посмотрим, как все прошло. Несмотря на все его замечательные возможности использования в таких вещах, как смартфоны, телевизоры, фонарики и даже электромобили, постоянный ток имеет три серьезных ограничения:

1) Высокое напряжение. I Если вам нужно высокое напряжение, например, для питания холодильника или посудомоечной машины, то постоянный ток не подходит для этой задачи.
2) Дальние расстояния . DC также не может путешествовать на большие расстояния, не разрядившись.

3) Еще электростанции. Из-за небольшого расстояния, на которое может перемещаться DC, вам нужно установить намного больше электростанций по всей стране, чтобы получить его в домах людей. Это немного затрудняет жизнь людей, живущих в сельской местности.

Эти ограничения были огромной проблемой для Эдисона, поскольку Война Токов продолжала разворачиваться. Как он собирался снабжать энергией весь город, а тем более страну, когда напряжение постоянного тока едва ли могло проехать милю, не выпадая из строя? Решение Эдисона заключалось в том, чтобы установить электростанции постоянного тока в каждом районе города и даже в окрестностях.И имея 121 электростанцию ​​Эдисона, разбросанную по Соединенным Штатам, Тесла считал, что переменный ток (или переменный ток) был решением этой проблемы.

Переменный ток меняет направление на обратное определенное количество раз в секунду — 60 в США — и может быть относительно легко преобразован в различные напряжения с помощью опасного, даже зашедшего слишком далеко трансформатора [1]. Эдисон, не желая терять роялти, которые он получал от своих патентов на постоянный ток, начал кампанию по дискредитации переменного тока.Он распространял дезинформацию, говоря, что переменный ток — это гораздо больше, чем публично казнить бездомных животных электрическим током, используя переменный ток, чтобы доказать свою точку зрения [2]

Руководство по выбору источников тока | Инженерное дело360

Описание

Источники тока обеспечивают надежные уровни тока для тестирования электрических компонентов и для питания специализированных компонентов, таких как лазеры. Уровни тока (или мощности) останутся постоянными при изменении импеданса нагрузки.

Источники тока используются в широком спектре тестовых приложений, таких как реле, автоматические выключатели, вспомогательные компоненты и измерители мощности.

Типы

Типы источников тока

включают монтаж на печатную плату, монтаж на печатной плате или плате, лабораторный стол или переносную конфигурацию, монтаж в стойку, монтаж на DIN-рейку, а также отдельно стоящий или шкафный монтаж.

Технические характеристики

Наиболее важными характеристиками, которые следует учитывать при поиске источников тока, являются выходные характеристики.К ним относятся:

• Переменный ток — Источник переменного тока имеет как минимум один выход, обеспечивающий переменный ток.

• Постоянный ток — Источник с выходом постоянного тока имеет как минимум один выход, обеспечивающий постоянный ток.

• Фаза тока — Однофазный ток имеет один переменный сигнал. Трехфазный ток имеет три сигнала тока, обычно сдвинутых по фазе на 120 ° друг с другом.

• Выходной ток — Выходной ток соответствует требуемому полному диапазону выходного тока.

• Выходное напряжение — Выходное напряжение является максимально требуемым выходным напряжением.

• Выходная мощность — Выходная мощность — это требуемая номинальная мощность источника тока.

Управление выходом

Управление выходом источников тока — это выходное значение, которое контролируется, чтобы обеспечить контур обратной связи для источника тока, чтобы он мог регулировать выбранный выход в ответ на меняющиеся условия, такие как нагрузка, сетевое питание, температура и т. Д.При постоянном выходном токе управляющий ток поддерживается стабильным во время колебаний нагрузки. При постоянной выходной мощности управляющая мощность (ВА) остается постоянной во время колебаний нагрузки. Постоянный контроль выходной оптической мощности предназначен для управления лазером; Обратная связь с фотодиодами управляет выходной мощностью, чтобы поддерживать постоянный свет. Источники тока могут иметь один или несколько каналов.

Пользовательский интерфейс

Параметры текущих источников для пользовательских интерфейсов включают:

• Локальные интерфейсы — Это могут быть аналоговые или цифровые передние панели.

• Удаленные интерфейсы — Выбор включает мониторы аналоговых сигналов, средства управления аналоговыми сигналами и компьютерные интерфейсы.

• Компьютерный интерфейс — Варианты компьютерного или сетевого интерфейса включают последовательный и параллельный.

Дисплей

Типы дисплеев могут быть аналоговыми измерителями или индикаторами, цифровыми индикаторами или терминалами видеодисплея.

Характеристики

Общие функции включают:

• Мониторы выходного тока

• Регулировка угла сдвига фаз

• Генераторы импульсов

• Дистанционный запуск

• Источник напряжения

Некоторые источники тока оснащены прикладным программным обеспечением для управления или мониторинга характеристик источника питания.

Список литературы

Кредиты изображений:

Block USA, Inc. | Dytran Instruments, Inc.

Постоянный ток — Energy Education

Рисунок 1: Анимация из моделирования ^[1] PhET постоянного тока, который был значительно замедлен. См. Переменный ток для сравнения.

Постоянный ток (DC) — это электрический ток, который является однонаправленным, поэтому поток заряда всегда в одном направлении. ^[2] В отличие от переменного тока направление и сила постоянного тока не меняются. Он используется во многих бытовых приборах и во всех устройствах, в которых используются батарейки. ^[3]

Недвижимость

Постоянный ток определяется постоянным потоком электронов (см. Рисунок 1) из области с высокой концентрацией электронов в область с низкой концентрацией электронов. В схемах, включающих батареи, это иллюстрируется постоянным потоком заряда от отрицательной клеммы батареи к положительной клемме батареи.Изменять напряжение постоянного тока гораздо дороже и труднее, чем переменного, что делает его плохим выбором для передачи электроэнергии под высоким напряжением. Однако на очень большие расстояния передача HVDC может быть более эффективной, чем переменный ток ^[2] .

использует

Постоянный ток используется в любом электронном устройстве с батареей в качестве источника питания. Он также используется для зарядки аккумуляторов, поэтому перезаряжаемые устройства, такие как ноутбуки и сотовые телефоны, поставляются с адаптером переменного тока, который преобразует переменный ток в постоянный ^[2] .

Моделирование PhET

Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующее моделирование PhET. Это моделирование можно использовать для изучения того, как работают постоянный и переменный ток.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Произошла ошибка: SQLSTATE [42000]: синтаксическая ошибка или нарушение прав доступа: 1064 У вас есть ошибка в синтаксисе SQL; проверьте руководство, соответствующее вашей версии сервера MySQL, чтобы найти правильный синтаксис для использования рядом с ‘)’ в строке 1

Введение переменного тока (AC)

Введение переменного тока (AC)

Электрические системы переменного тока (AC) встречаются на большинстве многомоторных, высокопроизводительных самолетов с турбинными двигателями и воздушных судов транспортной категории. Переменный ток — это тот же тип электричества, который используется в промышленности и для питания наших домов. Постоянный ток (DC) используется в системах, которые должны быть совместимы с аккумулятором, например в легких самолетах и ​​автомобилях. Есть много преимуществ переменного тока при выборе его по сравнению с постоянным током для бортовых электрических систем.

Переменный ток может передаваться на большие расстояния легче и экономичнее, чем постоянный ток, поскольку переменное напряжение можно увеличивать или уменьшать с помощью трансформаторов. Поскольку все больше и больше единиц работают в самолетах с электроприводом, требования к мощности таковы, что при использовании переменного тока можно реализовать ряд преимуществ (особенно с самолетами большой транспортной категории).Можно сэкономить место и вес, поскольку устройства переменного тока, особенно двигатели, меньше и проще устройств постоянного тока. В большинстве двигателей переменного тока щетки не требуются, и они требуют меньшего обслуживания, чем двигатели постоянного тока. Автоматические выключатели удовлетворительно работают при нагрузках на больших высотах в системе переменного тока, в то время как образование дуги в системах постоянного тока настолько велико, что автоматические выключатели необходимо часто заменять. Наконец, большинство самолетов, использующих 24-вольтовую систему постоянного тока, имеют специальное оборудование, которое требует определенного количества переменного тока в 400 циклов.В этих самолетах для преобразования постоянного тока в переменный используется инвертор.

Переменный ток постоянно меняется по номиналу и полярности, или, как следует из названия, чередуется. На рисунке 9-12 показано графическое сравнение постоянного и переменного тока. Полярность постоянного тока никогда не меняется, а полярность и напряжение переменного тока постоянно меняются. Следует также отметить, что цикл переменного тока повторяется с заданными интервалами. При переменном токе и напряжение, и ток начинаются с нуля, увеличиваются, достигают пика, затем уменьшаются и меняют полярность. Если построить график этой концепции, становится легко увидеть переменную форму волны. Эта форма волны обычно называется синусоидальной волной.

Рисунок 9-12. Кривые постоянного и переменного напряжения. [щелкните изображение, чтобы увеличить] Определения
Значения переменного тока

Существуют три значения переменного тока, которые применяются как к напряжению, так и к току. Эти значения помогают определить синусоидальную волну и называются мгновенными, пиковыми и эффективными. Следует отметить, что при обсуждении этих терминов в тексте говорится о напряжении.Но помните, что значения относятся к напряжению и току во всех цепях переменного тока.

Мгновенное значение

Мгновенное напряжение — это значение в любой момент времени вдоль волны переменного тока. Синусоидальная волна представляет собой серию этих значений. Мгновенное значение напряжения изменяется от нуля при 0 ° до максимума при 90 °, обратно до нуля при 180 °, до максимума в противоположном направлении при 270 ° и снова до нуля при 360 °. Любая точка на синусоиде считается мгновенным значением напряжения.

Пик

Пиковое значение — это наибольшее мгновенное значение, часто называемое максимальным значением. Наибольшее единичное положительное значение появляется через определенный период времени, когда синусоида достигает 90 °, а наибольшее одиночное отрицательное значение появляется, когда волна достигает 270 °. Хотя это важно для понимания синусоидальной волны переменного тока, авиатехники редко используют пиковые значения.

Действующий

Действующие значения напряжения всегда меньше пиковых (максимальных) значений синусоидальной волны и приблизительного значения постоянного напряжения того же значения.Например, цепь переменного тока на 24 вольта и 2 ампера должна выделять такое же тепло через резистор, что и цепь постоянного тока на 24 вольта и 2 ампера. Эффективное значение также известно как среднеквадратичное значение или среднеквадратичное значение, которое относится к математическому процессу, с помощью которого определяется значение.

Большинство измерителей переменного тока отображают действующее значение переменного тока. Практически во всех случаях номинальные значения напряжения и тока системы или компонента даны в действующих значениях. Другими словами, отраслевые рейтинги основаны на эффективных значениях.Пиковые и мгновенные значения, используемые только в очень ограниченных ситуациях, должны быть указаны как таковые. При исследовании переменного тока любые значения, указанные для тока или напряжения, считаются действующими, если не указано иное. На практике используются только действующие значения напряжения и тока.

Действующее значение равно 0,707 пикового (максимального) значения. И наоборот, пиковое значение в 1,41 раза больше эффективного значения. Таким образом, значение 110 вольт, указанное для переменного тока, составляет всего 0,707 пикового напряжения этого источника питания.Максимальное напряжение составляет примерно 155 вольт (110 × 1,41 = максимум 155 вольт).

Частота повторения сигнала переменного тока называется частотой переменного тока. Частота обычно измеряется в циклах в секунду (CPS) или в герцах (Гц). Один Гц равен одному CPS. Время, необходимое синусоиде для завершения одного цикла, известно как период (P). Период — это значение или период времени, обычно измеряемый в секундах, миллисекундах или микросекундах. Следует отметить, что временной период цикла может меняться от одной системы к другой; всегда говорят, что цикл завершается на 360 ° (относительно 360 ° вращения генератора переменного тока).[Рисунок 9-13] Рисунок 9-13. Значения AC.

Определение цикла

Цикл — это завершение шаблона. Когда напряжение или ток проходят через серию изменений, возвращаются к начальной точке, а затем повторяют ту же серию изменений, эта серия называется циклом. Когда значения напряжения отображаются в виде графика, как на Рисунке 9-14, отображается полный цикл переменного тока. Один полный цикл часто называют синусоидой и равен 360 °. Обычно синусоида запускается при нулевом напряжении.Затем напряжение увеличивается до максимального положительного значения, уменьшается до нулевого значения, затем увеличивается до максимального отрицательного значения и снова уменьшается до нуля. Цикл повторяется до тех пор, пока напряжение не исчезнет. В полном цикле есть два чередования: положительное чередование и отрицательное. Следует отметить, что полярность напряжения меняется на каждый полупериод. Следовательно, в течение положительного полупериода считается, что поток электронов идет в одном направлении; во время отрицательного полупериода электроны меняют направление и текут по цепи в обратном направлении.

Рисунок 9-14. Цикл напряжения.

Определенная частота

Частота — это количество циклов переменного тока в секунду (CPS). Стандартной единицей измерения частоты является Гц. [Рис. 9-15] В генераторе напряжение и ток проходят полный цикл значений каждый раз, когда катушка или проводник проходит под северным и южным полюсом магнита. Количество циклов на каждый оборот катушки или проводника равно количеству пар полюсов.

Рисунок 9-15.Частота в циклах в секунду.

Таким образом, частота равна количеству циклов в одном обороте, умноженному на количество оборотов в секунду.

Определенный период

Время, необходимое синусоиде для завершения одного полного цикла, называется периодом (P). Период обычно измеряется в секундах, миллисекундах или микросекундах. [Рисунок 9-14] Период синусоидальной волны обратно пропорционален частоте. То есть, чем выше частота, тем короче период.Математическое соотношение между частотой и периодом определяется следующим образом:

Определенная длина волны

Расстояние, которое проходит форма волны за период, обычно называется длиной волны и обозначается греческой буквой лямбда (λ). Длина волны связана с частотой по формуле:

Чем выше частота, тем короче длина волны. Длина волны измеряется от одной точки формы волны до соответствующей точки следующей формы волны. [Рис. 9-14] Поскольку длина волны — это расстояние, общие единицы измерения включают метры, сантиметры, миллиметры или нанометры. Например, звуковая волна с частотой 20 Гц будет иметь длину волны 17 метров, а волна видимого красного света 4,3 × 10 –12 Гц будет иметь длину волны примерно 700 нанометров. Имейте в виду, что фактическая длина волны зависит от среды, через которую должна проходить форма волны.

Рисунок 9-16. Синфазные и противофазные условия.

Фазовые отношения

Фаза — это соотношение между двумя синусоидальными волнами, обычно измеряемое в угловых градусах.Например, если есть два разных генератора переменного тока, вырабатывающих мощность, было бы легко сравнить их отдельные синусоидальные волны и определить их фазовое соотношение. На рисунке 9-16B между двумя формами сигнала напряжения разность фаз составляет 90 °. Фазовое соотношение может быть между любыми двумя синусоидальными волнами. Соотношение фаз можно измерить между двумя напряжениями разных генераторов переменного тока или между током и напряжением, создаваемыми одним и тем же генератором переменного тока.

На рис. 9-16A показаны сигнал напряжения и сигнал тока, наложенные на одну и ту же временную ось.Обратите внимание, что когда напряжение увеличивается в положительном чередовании, ток также увеличивается. Когда напряжение достигает пикового значения, ток тоже. Обе формы волны затем меняются и снова уменьшаются до нулевой величины, а затем действуют таким же образом в отрицательном направлении, как и в положительном направлении. Когда две волны точно совпадают друг с другом, говорят, что они находятся в фазе. Чтобы быть в фазе, две формы волны должны проходить через свои точки максимума и минимума одновременно и в одном направлении.

Когда два сигнала проходят через точки максимума и минимума в разное время, между ними существует разность фаз. В этом случае говорят, что две формы сигнала не совпадают по фазе друг с другом. Термины опережение и запаздывание часто используются для описания разности фаз между сигналами. Считается, что сигнал, который первым достигает своего максимального или минимального значения, опережает другой сигнал. Рисунок 9-16B показывает эту взаимосвязь. С другой стороны, говорят, что вторая форма волны отстает от первого источника.Когда сигнал считается опережающим или запаздывающим, обычно указывается разница в градусах. Если две формы волны различаются на 360 °, говорят, что они находятся в фазе друг с другом. Если разница между двумя сигналами составляет 180 °, то они все равно не в фазе, даже если они одновременно достигают своих минимальных и максимальных значений. [Рисунок 9-16C]

Летный механик рекомендует

Разница между напряжением переменного и постоянного тока (со сравнительной таблицей)

Основное различие между переменным и постоянным напряжением состоит в том, что в переменном напряжении полярность волны меняется со временем, в то время как полярность постоянного напряжения всегда остается неизменной.Другие различия между напряжением переменного и постоянного тока показаны ниже в сравнительной таблице.

Содержание: напряжение переменного тока и напряжение постоянного тока

1. Сравнительная таблица
2. Определение
3. Ключевые отличия

Сравнительная таблица

Основа для сравнения	Напряжение переменного тока	Напряжение постоянного тока
Определение	Напряжение переменного тока — это сила, порождающая переменный ток между двумя точками.	Постоянное напряжение индуцирует постоянный ток между двумя точками.
Символическое представление
Частота	Зависит от страны.	ноль
Коэффициент мощности	В пределах от 0 до 1.	0
Полярность	Изменения	Остается постоянным
Направление	Различное	Осталось прежним
Получено от	Генератора	Элемент или батарея
КПД	Высокая	Низкая
Пассивный параметр	Импеданс	Сопротивление
Амплитуда	Есть	Нет
Преобразование	С помощью инвертора.	Используя выпрямитель.
Трансформатор	Требуется для передачи.	Не требуется.
Фаза и нейтраль	Есть	Нет
Преимущества	Простота измерения.	Легко усилить

Определение напряжения переменного тока

Напряжение, вызывающее переменный ток, называется напряжением переменного тока. Переменный ток индуцируется в катушке, когда проводник с током вращается в магнитном поле.Проводник при вращении разрезает магнитный поток, и изменение потока индуцирует в проводнике переменное напряжение.

Определение напряжения постоянного тока

Постоянное напряжение индуцирует постоянный ток. Волны только в одном направлении, а величина напряжения всегда остается постоянной. Генерация постоянного напряжения довольно проста и легка. Напряжение индуцируется вращением катушки в поле магнита. Катушка состоит из разъемного кольца и коммутатора, преобразующего переменное напряжение в постоянное.

Основные различия между напряжением переменного и постоянного тока

1. Напряжение, вызывающее переменный ток, называется переменным напряжением. Постоянное напряжение производит постоянный ток.
2. Частота переменного напряжения зависит от страны (чаще всего используются 50 и 60 Гц). Тогда как частота постоянного напряжения становится равной нулю.
3. Коэффициент мощности для переменного напряжения находится в пределах от 0 до 1. А коэффициент мощности для постоянного напряжения всегда остается 1.
4. Полярность переменного напряжения всегда меняется со временем, а полярность постоянного напряжения всегда остается постоянной.
5. Напряжение переменного тока является однонаправленным, а напряжение постоянного тока — двунаправленным.
6. Генератор генерирует переменное напряжение, а постоянное напряжение получается от элемента или батареи.

   No related posts.