Elektromos energiaforrások: leírás, típusok és jellemzők

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Az elektromos energia forrásai az egyes településeken eltérőek a fogadás módjában. Tehát a sztyeppéken célszerűbb a szél erejét felhasználni, vagy tüzelőanyag, gáz elégetése után hőt alakítani. A hegyekben, ahol folyók vannak, gátak épülnek, és a víz óriási turbinákat hajt. Az elektromotoros erő szinte mindenhol más természetes energiák rovására keletkezik.

Ahonnan a fogyasztói élelmiszerek származnak

Az elektromos energiaforrások a szélerő átalakulása, a kinetikus mozgás, a vízáramlás, a magreakció eredménye, a gáz, az üzemanyag vagy a szén égéséből származó hő feszültséget kapnak. Széles körben elterjedtek a hőerőművek és a vízerőművek. Az atomerőművek száma fokozatosan csökken, mivel nem teljesen biztonságosak a közelben élők számára.

Kémiai reakciót lehet alkalmazni, ezeket a jelenségeket autóakkumulátoroknál és háztartási gépeknél látjuk. A telefonok akkumulátorai ugyanezen az elven működnek. A szélterelőket olyan helyeken használják, ahol állandó a szél, ahol az elektromos energiaforrások hagyományos nagy teljesítményű generátort tartalmaznak.

Néha egy állomás nem elég az egész város áramellátásához,és az elektromos energiaforrásokat kombinálják. Tehát a meleg országokban a házak tetejére napelemeket szerelnek fel, amelyek az egyes helyiségeket táplálják. Fokozatosan környezetbarát források váltják fel a légkört szennyező állomásokat.

Autókban

A közlekedésben használt akkumulátor nem az egyetlen elektromos energiaforrás. Az autó áramkörei úgy vannak kialakítva, hogy vezetés közben megindul a mozgási energia elektromos energiává alakításának folyamata. Ez a generátornak köszönhető, amelyben a tekercsek mágneses téren belüli forgása elektromotoros erő (EMF) megjelenését idézi elő.

A hálózatban áram kezd folyni, tölti az akkumulátort, melynek időtartama a kapacitásától függ. A töltés a motor beindítása után azonnal megkezdődik. Vagyis az energia az üzemanyag elégetésével keletkezik. Az autóiparban a közelmúltban bekövetkezett fejlemények lehetővé tették az elektromos energiaforrás EMF-jének használatát a közlekedésben.

Az elektromos járművekben a nagy teljesítményű vegyi akkumulátorok zárt áramkörben generálnak áramot, és áramforrásként szolgálnak. Itt a fordított folyamat figyelhető meg: EMF keletkezik a meghajtórendszer tekercseiben, ami a kerekek forgását okozza. A másodlagos áramkörben az áramok hatalmasak, arányosak a gyorsulás sebességével és az autó tömegével.

A mágneses tekercs elve

A tekercsen átfolyó áram váltakozó mágneses fluxust okoz. Ő viszont felhajtóerőt fejt ki a mágnesekre, ami kettővel kényszeríti a keretetellentétes polaritású mágnesekkel forog. Így az elektromos energia forrásai az autók mozgásának csomópontjaként szolgálnak.

A fordított folyamat, amikor a mágneses keret a tekercsek belsejében forog, a kinetikus energia miatt lehetővé teszi, hogy a váltakozó mágneses fluxust a tekercsek EMF-jévé alakítsa. Ezenkívül az áramkörbe feszültségstabilizátorok vannak beépítve, amelyek biztosítják a táphálózat szükséges teljesítményét. Ezen elv szerint a villamos energiát vízerőművekben, hőerőművekben állítják elő.

Az áramkörben lévő EMF egy közönséges zárt áramkörben is megjelenik. Mindaddig fennáll, amíg potenciálkülönbséget alkalmaznak a vezetőre. Egy energiaforrás jellemzőinek leírásához elektromotoros erőre van szükség. A kifejezés fizikai meghatározása így hangzik: Az EMF zárt áramkörben arányos azon külső erők munkájával, amelyek egyetlen pozitív töltést mozgatnak a vezető teljes testén.

Formula E=IR - a teljes ellenállást figyelembe veszik, amely az áramforrás belső ellenállásából és az áramkör betáplált szakaszának ellenállásának összeadásának eredményéből áll.

Az alállomások telepítésére vonatkozó korlátozások

Minden olyan vezető, amelyen keresztül áramlik, elektromos mezőt generál. Az energiaforrás elektromágneses hullámok kibocsátója. Erőteljes létesítmények körül, alállomásokban vagy generátoregységek közelében, az emberi egészséget érinti. Ezért intézkedéseket hoztak a lakóépületek közelében történő építési projektek korlátozására.

BeJogszabályi szinten rögzített távolságokat határoznak meg az elektromos tárgyaktól, amelyen túl az élő szervezet biztonságban van. Tilos nagy teljesítményű alállomások építése házak közelében és emberek útvonalán. Az erős berendezéseknek kerítésekkel és zárt bejáratokkal kell rendelkezniük.

A magasfeszültségű vezetékeket magasan az épületek fölé szerelik, és kivezetik a településekről. Az elektromágneses hullámok hatásának kiküszöbölése érdekében a lakóövezetben az energiaforrásokat földelt fémképernyőkkel zárják le. A legegyszerűbb esetben dróthálót használnak.

Mértékegységek

Az energiaforrás és az áramkör minden értéke mennyiségi értékekkel van leírva. Ez megkönnyíti egy adott tápegység terhelésének tervezését és kiszámítását. A mértékegységeket fizikai törvények kapcsolják össze.

A tápegységek egységei a következők:

• Ellenállás: R - Ohm.
• EMF: E - Volt.
• Reaktív és impedancia: X és Z - Ohm.
• Áram: I - Amper.
• Feszültség: U - Volt.
• Teljesítmény: P - Watt.

Soros és párhuzamos tápáramkörök kiépítése

A láncszámítás bonyolultabbá válik, ha többféle elektromos energiaforrást csatlakoztatunk. Az egyes ágak belső ellenállását és a vezetőkön áthaladó áram irányát figyelembe veszik. Az egyes források EMF-jének külön-külön méréséhez meg kell nyitnia az áramkört, és meg kell mérnie a potenciált közvetlenül a tápelem kivezetésein egy eszközzel - egy voltmérővel.

Ha az áramkör zárva van, a készülék feszültségesést mutat, aminek kisebb az értéke. A szükséges táplálék beszerzéséhez gyakran több forrásra van szükség. A feladattól függően többféle kapcsolat használható:

• Szekvenciális. Az egyes források áramkörének EMF-je hozzáadásra kerül. Tehát, ha két 2 V névleges értékű akkumulátort használunk, a csatlakoztatás eredményeként 4 V-ot kapnak.
• Párhuzamos. Ezt a típust a forrás kapacitásának növelésére használják, illetve hosszabb az akkumulátor élettartama. Az ezzel a csatlakozással rendelkező áramkör EMF-je nem változik egyenlő akkumulátor-besorolás esetén. Fontos figyelni a csatlakozás polaritását.
• A kombinált kapcsolatokat ritkán használják, de a gyakorlatban előfordulnak. A kapott EMF kiszámítása minden egyes zárt szakaszra történik. A rendszer figyelembe veszi az ágak áramának polaritását és irányát.

Tápegység ohm

A keletkező EMF meghatározásakor figyelembe veszik az elektromos energiaforrás belső ellenállását. Általában az elektromotoros erőt az E=IR + Ir képlettel számítjuk ki. Itt R a fogyasztói ellenállás és r a belső ellenállás. A feszültségesést a következő összefüggés alapján számítjuk ki: U=E - Ir.

Az áramkörben folyó áramot a teljes áramkör Ohm-törvénye szerint számítjuk ki: I=E/(R + r). A belső ellenállás befolyásolhatja az áramerősséget. Ennek elkerülése érdekében a terhelés forrását a szerint kell kiválasztanikövetkező szabály: a forrás belső ellenállásának jóval kisebbnek kell lennie, mint a fogyasztók összellenállása. Ekkor a kis hiba miatt nem kell az értékét figyelembe venni.

Hogyan mérhető a tápegység ohmja?

Mivel az elektromos energia forrásait és vevőit össze kell hangolni, azonnal felmerül a kérdés: hogyan mérhető a forrás belső ellenállása? Végül is nem lehet ohmmérővel csatlakozni a rajtuk elérhető potenciállal rendelkező érintkezőkhöz. A probléma megoldásához az indikátorok felvételének közvetett módszerét használják - további mennyiségek értékei szükségesek: áram és feszültség. A számítás az r=U/I képlet szerint történik, ahol U a belső ellenálláson mért feszültségesés, I pedig az áramkör terhelés alatti árama.

A feszültségesést közvetlenül a tápegység kapcsain mérik. Az áramkörre egy ismert értékű R ellenállás van csatlakoztatva. Mérések elvégzése előtt a forrás EMF-jét megszakadt áramkörrel - E voltmérővel rögzíteni kell. Ezután csatlakoztassa a terhelést és rögzítse a leolvasásokat - U terhelés. és a jelenlegi I.

Kívánt feszültségesés a belső ellenálláson U=E − U terhelés. Ennek eredményeként kiszámítjuk a szükséges r=(E − U terhelés)/I. értéket