Передача электроэнергии - Постоянный и переменный электрический ток. Двигатели, генераторы, машины и устройства, использующие в качестве источника мощности трехфазный, однофазный, или постоянный ток
Передача электрической энергии на большие расстояния возможна только при высоких напряжениях тока, достигающих 110, 220, 400 и даже 500—800 тыс. в.Генератор электрической станции способен создать напряжение не выше 20 тыс. в. В то же время, для различных электрических машин, двигателей и устройств нужен электрический ток напряжением всего в несколько десятков или сотен вольт. Вот здесь переменный ток оказывается незаменимым. Ведь позволяет с помощью трансформаторов изменять напряжение в любых пределах: повышать на электростанциях для передачи на большие расстояния и снова понижать непосредственно у потребителей.
В конце прошлого столетия русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский получил трехфазный переменный ток, обладающий очень важными достоинствами. Во-первых, трехфазные линии электропередач выгоднее однофазных: по ним при той же затрате проводов и изоляции можно передать больше энергии, по однофазным. А во-вторых, благодаря и свойству трехфазного переменного тока создавать вращающееся магнитное поле удалось построить очень простые и надежные асинхронные электрические двигатели, которые сейчас широко используются для привода станков и машин.
Вот эти качества переменного тока позволили ему занять ведущее положение в технике и послужили причиной того, что в наши дни все промышленные электростанции вырабатывают только трехфазный переменный ток.
Больше половины вырабатываемой электрической энергии потребляют электрические двигатели. Кроме простых асинхронных двигателей, не имеющих обмотки на роторе, есть двигатели с обмоткой и контактными кольцами на роторе. Такие моторы развивают большую мощность при трогании с места, и поэтому их чаще всего применяют на подъемных кранах. Есть еще синхронные двигатели, имеющие постоянную скорость вращения.
Благодаря этому они применяются в машинах и механиз-мах, требующих постоянной скорости движения независимо от их нагрузки: в эскалаторах метрополитена, в больших водяных насосах, электрических часах и др. Электрические двигатели бывают маленькими, меньше катушки ниток, и огромными, как карусель, имеющими как очень малую, так и невероятно большую мощность.
Применение в качестве источника привода станков сразу нескольких электрических двигателей позволило устранить сложную систему передач, упростить механизмы станков, облегчило управление ими и дало возможность создать автоматические линии.
Малые размеры и простота электрических двигателей позволили использовать электрическую энергию там, где раньше применялся только ручной труд. Электрические дрели, пилы, рубанки, шуруповерты и другой инструмент намного облегчили труд рабочих, сделали его более производительным. Электрические комбайны, пылесосы, стиральные машины и холодильники пришли на помощь домашним хозяйкам. А еще раньше в домах появились электрические чайники, утюги, плитки.
Переменный ток — хороший источник тепла.
В мощных дуговых электропечах плавят и варят металл. Электрические печи широко используются в установках «искусственного климата», для обогрева сушильных шкафов и помещений, нагрева металлов и т.д.
Электрические лампочки светят независимо оттого, какой ток идет через их нити: переменный пли постоянный. Но передача переменного тока более экономична, и трансформаторы позволяют легко получать и поддерживать необходимое напряжение. Поэтому осветительная сеть городов и сел питается переменным током. Но вот мы сели в трамвай, троллейбус, в вагон метро, в пригородную электричку — и сразу попали во владения постоянного тока. Дело в том, что простые и удобные электрические двигатели переменного тока не позволяют плавно менять скорость своего вращения. А изменять скорость движения приходится почти непрерывно; с такой работой может хорошо справиться только тяговый двигатель постоянного тока.
Питание таких двигателей осуществляется от специальных тяговых выпрямительных подстанций, на которых переменный ток преобразуется в постоянный, а затем подается в контактную сеть — в провода и рельсы.
Но ученые и инженеры задумались, нельзя ли на транспорте применить переменный ток. Оказалось, можно. И уже сейчас на многих железных дорогах в контактных проводах течет переменный ток напряжением до 25 тыс.в. Но двигатели электровозов по-прежнему работают на постоянном токе: выпрямительные установки, превращающие переменный ток в постоянный, в этом случае находятся также на электровозах.
При помощи электрических двигателей постоянного тока приводятся в движение колеса тепловозов, механизмы прокатных станов, шагающих экскаваторов и многих других машин.
Есть и еще большая и важная область, в которой переменный ток не может соперничать с постоянным. Речь идет об электролизе — процессе, связанном с прохождением тока через, жидкие растворы — электролиты. Под действием постоянного тока электролит разлагается на отдельные элементы, которые осаждаются на опущенных в электролит электродах. Таким способом получают алюминий, магний, цинк, медь, марганец. В химической промышленности при помощи электролиза добывают фтор, хлор, водород и другие вещества. С помощью электролиза наносят защитные покрытия на металлические изделия.
Постоянный ток успешно соперничает с переменным в сварочном деле. При сварке постоянным током частички металла переносятся с электрода на изделие более правильно, и шов получается лучше, чем при сварке переменным током.
Есть у постоянного тока еще одна особенность.
Скорее не у самого тока, а у его источников. Чтобы получить переменный электрический ток, нужно непременно приводить в движение генератор, а источником постоянного тока могут служить неподвижные аккумуляторные батареи и галь-ванические элементы. Эти свойства источников электрического тока в ряде случаев заставляют отдавать предпочтение постоянному току.
Например, как завести двигатель стоящего на месте автомобиля? Достаточно нажать кнопку стартера, и двигатель постоянного тока, получая питание от аккумуляторной батареи, заведет мотор. А когда мотор работает, он вращает генератор, который вновь заряжает аккумуляторную батарею. Такой обратимый процесс недоступен, для переменного тока.
На многих шахтах работают электровозы большой мощности с аккумуляторными батареями, а в цехах заводов, на вокзалах и на складах часто можно встретить небольшие электрические тележки с аккумуляторами — электрокары.
Большие аккумуляторные батареи используются как источник питания устройств сигнализации, управления и аварийного освещения на электростанциях, в поездах и даже в троллейбусах. Легкие аккумуляторы и гальванические батареи применяются в переносных радиостанциях, в радиоприемниках, в электрических фонарях, измерительных и других приборах.
А вспомните об искусственных спутниках Земли и космических кораблях: на них установлены полупроводниковые солнечные батареи — они тоже дают постоянный электрический ток.
Прежде чем закончить, вернемся ненадолго к началу — к передаче электрической энергии по проводам. Передаваемые мощности и длина линий электропередач непрерывно возрастают, и приходится повышать напряжение до 500 и даже до 800 тыс. в.
И вот оказалось, что при этих условиях передавать электрическую энергию выгоднее на постоянном токе. Вдвое лучше используется изоляция, увеличивается пропускная способность воздушных линий электропередач, уменьшается количество проводов. Важно, что отпадет необходимость в сложном процессе синхронизации при включении линий, соединяющих большие электростанции или энергетические системы.
Этого, пожалуй, вполне достаточно, чтобы доказать целесообразность использования постоянного тока для сверхдальних передач энергии. Правда, для получения постоянного тока высокого напряжения и последующего преобразования его в переменный ток низкого напряжения нужны очень сложные и дорогие преобразовательные подстанции. Но, несмотря на это, расчеты показывают, что в ряде случаев для сверхмощных и сверхдальних электропередач все же выгоднее использовать постоянный ток.
Конечно, перечисленными здесь примерами далеко не исчерпываются все области применения электрической энергии. Здесь ничего не сказано об ее использовании для телеграфной и телефонной связи, для радио и телевидения и прочих целей, но об этом вы прочтете в других статьях этого тома. Ясно одно: нам нужен и переменный и постоянный ток и никогда один из них не вытеснит другого. Наоборот, разумное применение обоих позволяет лучше и полнее использовать электрическую энергию на благо человека.
Передача электроэнергии - электрический трансформатор
Электрические генераторы используются для повышения напряжения при передаче энергии на значительные расстояния. С ростом напряжения падает сила тока и нагрев всего оборудования. Электрический трансформатор – это стержень-сердечник из тонких листов мягкой стали. На каждом – две обмотки: одна с небольшим числом витков толстой медной проволоки, а вторая – с немногочисленными витками более тонкого провода.
Тогда, если на первую обмотку подается напряжение, скажем, в 10 тыс. вольт, то со вторичной можно получить уже 100-200 тысяч вольт – во столько раз больше, во сколько больше витков на вторичной обмотке. Для того, чтобы электрические трансформаторы не слишком сильно перегревались во время работы, их погружают в баки с жидким маслом, хорошо отводящим тепло. Таким образом, чем выше напряжение и меньше сила тока, тем выгоднее передавать электрическую энергию.
Комментариев нет:
Отправить комментарий