Sammanfattning: Produktion, överföring och användning av el. Produktion, överföring och förbrukning av elektrisk energi

I. INLEDNING
II Produktion och användning av el
1. Kraftproduktion
1.1 Generator
2. Elanvändning
III Transformatorer
1. Utnämning
2. Klassificering
3. Enhet
4. Egenskaper
5. Lägen
5.1 Tomgång
5.2 Kortslutningsläge
5.3 Lastläge
IV Kraftöverföring
V GOELRO
1. Historia
2. Resultat
VI Lista över referenser

I. INLEDNING

El, en av de mest viktiga arter energi spelar en viktig roll modern värld. Det är kärnan i staternas ekonomier, som bestämmer deras ställning på den internationella arenan och utvecklingsnivån. Enorma summor pengar investeras årligen i utvecklingen av vetenskapliga industrier relaterade till el.
El är en integrerad del Vardagsliv Därför är det viktigt att ha information om funktionerna i dess produktion och användning.

II. Produktion och användning av el

1. Kraftproduktion

Elproduktion är produktion av el genom att omvandla den från andra energislag med hjälp av speciella tekniska anordningar.
För att generera elanvändning:
En elektrisk generator är en elektrisk maskin i vilken mekaniskt arbete omvandlas till elektrisk energi.
Solbatteri eller fotocell - en elektronisk enhet som omvandlar energi elektromagnetisk strålning, främst i ljusområdet, till elektrisk energi.
Kemiska strömkällor - omvandlingen av en del av kemisk energi till elektrisk energi, genom en kemisk reaktion.
Radioisotopkällor för elektricitet är enheter som använder energin som frigörs under radioaktivt sönderfall för att värma kylvätskan eller omvandla den till elektricitet.
El genereras vid kraftverk: termisk, hydraulisk, kärnkraft, sol, geotermisk, vind och andra.
Praktiskt taget vid alla kraftverk av industriell betydelse används följande schema: energin från den primära energibäraren med hjälp av en speciell anordning omvandlas först till mekanisk energi av rotationsrörelse, som överförs till en speciell elektrisk maskin - en generator , där den genereras elektricitet.
De tre huvudsakliga typerna av kraftverk: värmekraftverk, vattenkraftverk, kärnkraftverk
Den ledande rollen inom elkraftindustrin i många länder spelas av värmekraftverk (TPP).
Termiska kraftverk kräver en enorm mängd fossilt bränsle, samtidigt som dess reserver minskar, och kostnaden ökar hela tiden på grund av allt svårare förhållanden för utvinning och transportsträckor. Bränsleutnyttjandefaktorn i dem är ganska låg (inte mer än 40%), och avfallsvolymerna förorenar miljö, är bra.
Ekonomisk, teknoekonomisk och miljöfaktorer tillåter inte att betrakta termiska kraftverk som ett lovande sätt att generera el.
Vattenkraftverk (HPP) är de mest ekonomiska. Deras effektivitet når 93%, och kostnaden för en kWh är 5 gånger billigare än med andra metoder för att generera el. De använder en outtömlig energikälla, servas av ett minsta antal arbetare och är väl reglerade. Vårt land har en ledande position i världen när det gäller storleken och kapaciteten hos enskilda vattenkraftverk och enheter.
Men utvecklingstakten begränsas av betydande kostnader och byggtid, på grund av HPP-byggarbetarnas avlägset läge från storstäder, brist på vägar, svåra byggförhållanden, påverkad av säsongsvariationerna i flodregimen, reservoarerna översvämmas stora ytor värdefulla flodmarker påverkar stora reservoarer negativt ekologisk situation, kraftfulla HPP:er kan endast byggas på platser där lämpliga resurser finns tillgängliga.
Kärnkraftverk (NPP) fungerar på samma princip som termiska kraftverk, det vill säga den termiska energin av ånga omvandlas till mekanisk rotationsenergi av turbinaxeln, som driver en generator, där mekanisk energi omvandlas till elektrisk energi.
Den största fördelen med kärnkraftverk är den lilla mängden bränsle som används (1 kg anrikat uran ersätter 2,5 tusen ton kol), vilket resulterar i att kärnkraftverk kan byggas i alla energibristområden. Dessutom överstiger reserverna av uran på jorden reserverna av traditionellt mineralbränsle, och med problemfri drift av kärnkraftverk har de liten inverkan på miljön.
Den största nackdelen med kärnkraftverk är möjligheten till olyckor med katastrofala konsekvenser, vars förebyggande kräver allvarliga säkerhetsåtgärder. Dessutom är kärnkraftverken dåligt reglerade (det tar flera veckor att helt stoppa eller slå på dem), och tekniker för bearbetning av radioaktivt avfall har inte utvecklats.
Kärnkraften har vuxit till en av de ledande industrierna nationalekonomi och fortsätter att utvecklas snabbt, vilket säkerställer säkerhet och miljövänlighet.

1.1 Generator

En elektrisk generator är en anordning där icke-elektriska energiformer (mekanisk, kemisk, termisk) omvandlas till elektrisk energi.
Principen för driften av generatorn är baserad på fenomenet elektromagnetisk induktion när i en ledare som rör sig i ett magnetfält och korsar dess magnetiska kraftlinjer, en EMF induceras.Därför kan en sådan ledare betraktas av oss som en källa elektrisk energi.
Metoden för att erhålla en inducerad emk, där ledaren rör sig i ett magnetfält, rör sig uppåt eller nedåt, är mycket obekvämt i sin praktiska användning. Därför använder generatorer inte rätlinjig utan rotationsrörelse av ledaren.
Huvuddelarna i varje generator är: ett system av magneter eller, oftast, elektromagneter som skapar ett magnetfält, och ett system av ledare som korsar detta magnetfält.
Generator växelström- en elektrisk maskin som omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi av växelström. De flesta generatorer använder ett roterande magnetfält.

När du roterar ramen ändras den magnetiskt flöde genom den, så en EMF induceras i den. Eftersom ramen är kopplad till en extern elektrisk krets med hjälp av en strömavtagare (ringar och borstar) uppstår en elektrisk ström i ramen och den externa kretsen.
Med enhetlig rotation av ramen ändras rotationsvinkeln enligt lagen:

Det magnetiska flödet genom ramen ändras också över tiden, dess beroende bestäms av funktionen:

var S− ramyta.
Enligt Faradays lag om elektromagnetisk induktion är induktionens EMF som uppstår i ramen:

var är amplituden för induktionens EMF.
Ett annat värde som kännetecknar generatorn är strömstyrkan, uttryckt med formeln:

var iär strömstyrkan vid varje given tidpunkt, jag är- amplituden av strömstyrkan (det maximala värdet av strömstyrkan i absolut värde), φc- fasförskjutning mellan fluktuationer i ström och spänning.
Den elektriska spänningen vid generatorterminalerna varierar enligt en sinusform eller cosinus-lag:

Nästan alla generatorer installerade i våra kraftverk är trefasströmgeneratorer. I huvudsak är varje sådan generator en anslutning i en elektrisk maskin av tre växelströmsgeneratorer, utformade på ett sådant sätt att EMF som induceras i dem skiftas i förhållande till varandra med en tredjedel av perioden:

2. Elanvändning

Strömförsörjning industriföretag. Industriföretag förbrukar 30-70 % av den el som genereras som en del av elkraftsystemet. En betydande spridning av industriell konsumtion bestäms av industriell utveckling och klimatförhållanden olika länder.
Kraftförsörjning av elektrifierade transporter. Likriktarstationer för eltransporter DC(stads-, industri-, intercity-) och nedtrappande transformatorstationer för intercity eltransport på växelström drivs med el från elektriska nätverk EES.
Strömförsörjning av hushållskonsumenter. Denna grupp av PE inkluderar ett brett utbud av byggnader belägna i bostadsområden i städer och tätorter. Detta är - bostadshus, byggnader för administrativa och administrativa ändamål, utbildnings- och vetenskapliga institutioner, butiker, byggnader för sjukvård, kultur- och massändamål, Catering etc.

III. transformatorer

Transformator - statisk elektromagnetisk anordning, som har två eller Mer induktivt kopplade lindningar och utformade för att omvandla ett (primärt) växelströmssystem till ett annat (sekundärt) växelströmssystem med hjälp av elektromagnetisk induktion.

Transformatorenhet diagram

1 - primärlindning av transformatorn
2 - magnetisk kärna
3 - sekundärlindning av transformatorn
F- riktning för magnetiskt flöde
U 1- spänning på primärlindningen
U 2- spänning på sekundärlindningen

De första transformatorerna med en öppen magnetisk krets föreslogs 1876 av P.N. Yablochkov, som använde dem för att driva ett elektriskt "ljus". År 1885 utvecklade de ungerska forskarna M. Deri, O. Blaty, K. Zipernovsky enfas industriella transformatorer med en sluten magnetisk krets. Åren 1889-1891. M.O. Dolivo-Dobrovolsky föreslog en trefastransformator.

1. Utnämning

Transformatorer används ofta inom olika områden:
För överföring och distribution av elektrisk energi
I kraftverk genererar växelströmsgeneratorer vanligtvis elektrisk energi vid en spänning på 6-24 kV, och det är lönsamt att överföra el över långa avstånd med mycket högre spänningar (110, 220, 330, 400, 500 och 750 kV) . Därför installeras vid varje kraftverk transformatorer som ökar spänningen.
Fördelning av elektrisk energi mellan industriföretag, avräkningar, i städer och landsbygdsområden, såväl som inom industriföretag, produceras den via luft- och kabelledningar, med en spänning på 220, 110, 35, 20, 10 och 6 kV. Därför måste transformatorer installeras i alla distributionsnoder som minskar spänningen till 220, 380 och 660 V.
För att tillhandahålla den önskade kretsen för att slå på ventiler i omvandlarenheter och för att matcha spänningen vid omvandlarens utgång och ingång (omvandlartransformatorer).
För olika tekniska ändamål: svetsning ( svetstransformatorer), strömförsörjning av elektrotermiska installationer (elektriska ugnstransformatorer) etc.
För att driva olika kretsar av radioutrustning, elektronisk utrustning, kommunikations- och automationsanordningar, hushållsapparater, för att separera elektriska kretsar av olika delar av dessa enheter, för att matcha spänning, etc.
Att inkludera elektriska mätinstrument och vissa enheter (reläer etc.) i elektriska högspänningskretsar eller i kretsar genom vilka stora strömmar passerar, för att utöka mätgränserna och säkerställa elektrisk säkerhet. (mättransformatorer)

2. Klassificering

Transformatorklassificering:

Efter överenskommelse: allmän kraft (används i kraftöverförings- och distributionsledningar) och särskild ansökan(ugn, likriktare, svetsning, radiotransformatorer).
Efter typ av kylning: med luft (torra transformatorer) och olje- (oljetransformatorer) kyla.
Beroende på antalet faser på primärsidan: enfas och trefas.
Enligt formen på den magnetiska kretsen: stav, bepansrad, toroidal.
Med antalet lindningar per fas: två-lindning, tre-lindning, multi-lindning (mer än tre lindningar).
Enligt utformningen av lindningarna: med koncentriska och alternerande (skiva) lindningar.

3. Enhet

Den enklaste transformatorn (enfas transformatorn) är en enhet som består av en stålkärna och två lindningar.

Principen för enheten för en enfas tvålindad transformator
Den magnetiska kretsen är transformatorns magnetiska system, genom vilket det magnetiska huvudflödet stänger.
När en växelspänning appliceras på primärlindningen, induceras en EMF med samma frekvens i sekundärlindningen. Om en elektrisk mottagare är ansluten till sekundärlindningen, uppstår en elektrisk ström i den och en spänning ställs in på transformatorns sekundära terminaler, som är något mindre än EMF och i någon relativt liten utsträckning beror på belastningen.

Symbol för transformatorn:
a) - en transformator med en stålkärna, b) - en transformator med en ferritkärna

4. Transformatorns egenskaper

En transformators märkeffekt är den effekt som den är konstruerad för.
Nominell primärspänning - spänningen för vilken transformatorns primärlindning är konstruerad.
Nominell sekundärspänning - spänningen vid terminalerna på sekundärlindningen, erhållen när transformatorn går på tomgång och märkspänningen vid terminalerna på primärlindningen.
Märkströmmar, bestäms av respektive nominella värden effekt och spänning.
Transformatorns högsta märkspänning är den högsta av transformatorlindningarnas märkspänningar.
Den lägsta märkspänningen är den minsta av transformatorlindningarnas märkspänningar.
Genomsnittlig märkspänning - märkspänning, som är mellanliggande mellan den högsta och lägsta märkspänningen för transformatorlindningarna.

5. Lägen

5.1 Tomgång

Tomgångsläge - transformatorns driftläge, där transformatorns sekundärlindning är öppen och växelspänning appliceras på primärlindningens terminaler.

En ström flyter i primärlindningen av en transformator som är ansluten till en växelströmskälla, som ett resultat av vilket ett växelmagnetiskt flöde uppträder i kärnan Φ penetrerar båda lindningarna. Eftersom Φ är samma i transformatorns båda lindningar, ändras Φ leder till uppkomsten av samma induktions-EMK i varje varv av primär- och sekundärlindningarna. Momentanvärde av induktions-emk e i alla varv av lindningarna är densamma och bestäms av formeln:

var är amplituden för EMF i ett varv.
Amplituden för EMF-induktionen i primär- och sekundärlindningarna kommer att vara proportionell mot antalet varv i motsvarande lindning:

var N 1 och N 2- antalet varv i dem.
Spänningsfallet över primärlindningen, som över ett motstånd, är mycket litet jämfört med ε 1, och därför för effektiva värden spänning i primären U 1 och sekundär U 2 lindningar, kommer följande uttryck att vara sant:

K- omvandlingsförhållande. På K>1 nedtrappningstransformator och när K<1 - повышающий.

5.2 Kortslutningsläge

Kortslutningsläge - ett läge när utgångarna från sekundärlindningen stängs av en strömledare med ett motstånd lika med noll ( Z=0).

En kortslutning av transformatorn under driftförhållanden skapar ett nödläge, eftersom sekundärströmmen, och därför den primära, ökar flera tiotals gånger jämfört med den nominella. Därför tillhandahålls i kretsar med transformatorer ett skydd som vid kortslutning automatiskt stänger av transformatorn.

Två kortslutningslägen måste särskiljas:

Nödläge - när sekundärlindningen är stängd vid den nominella primärspänningen. Med en sådan krets ökar strömmarna med en faktor 15–20. Lindningen är deformerad och isoleringen är förkolnad. Järn brinner också. Detta är svårt läge. Maximalt och gasskydd kopplar bort transformatorn från nätverket i händelse av en nödkortslutning.

Ett experimentellt kortslutningsläge är ett läge när sekundärlindningen är kortsluten, och en sådan reducerad spänning tillförs primärlindningen, när märkströmmen flyter genom lindningarna - detta är STORBRITANNIEN- kortslutningsspänning.

Under laboratorieförhållanden kan en testkortslutning av transformatorn utföras. I detta fall, uttryckt i procent, spänningen STORBRITANNIEN, kl I 1 \u003d I 1nom beteckna Storbritannien och kallas transformatorns kortslutningsspänning:

var U 1nom- Nominell primärspänning.

Detta är egenskapen hos transformatorn, som anges i passet.

5.3 Lastläge

Transformatorns belastningsläge är transformatorns driftläge i närvaro av strömmar i minst två av dess huvudlindningar, som var och en är stängd till en extern krets, medan strömmar som flyter i två eller flera lindningar i viloläge är inte beaktas:

Om en spänning är ansluten till transformatorns primärlindning U 1, och anslut sekundärlindningen till lasten, kommer strömmar att dyka upp i lindningarna jag 1 och jag 2. Dessa strömmar kommer att skapa magnetiska flöden Φ 1 och Φ2 riktade mot varandra. Det totala magnetiska flödet i magnetkretsen minskar. Som ett resultat, EMF inducerad av det totala flödet ε 1 och ε 2 minska. RMS spänning U 1 förblir oförändrad. Minska ε 1 orsakar en ökning av strömmen jag 1:

Med ökande ström jag 1 flöde Φ 1ökar precis tillräckligt för att kompensera för den avmagnetiserande effekten av flödet Φ2. Jämvikten återställs igen vid praktiskt taget samma värde av det totala flödet.

IV. Elöverföring

Överföringen av el från kraftverket till konsumenterna är en av energibranschens viktigaste uppgifter.
Elektricitet överförs till övervägande del via AC luftledningar (TL), även om det finns en trend mot en ökande användning av kabelledningar och DC-ledningar.

Behovet av att överföra elektricitet över avstånd beror på att elen genereras av stora kraftverk med kraftfulla enheter, och förbrukas av relativt låga strömförbrukare fördelade över en stor yta. Trenden mot koncentration av produktionskapacitet förklaras av att de relativa kostnaderna för byggande av kraftverk minskar och kostnaden för genererad el minskar med tillväxten.
Placeringen av kraftfulla kraftverk utförs med hänsyn till ett antal faktorer, såsom tillgången på energiresurser, deras typ, reserver och transportmöjligheter, naturliga förhållanden, förmågan att arbeta som en del av ett enda energisystem, etc. Ofta visar sig sådana kraftverk vara betydligt avlägset från elförbrukningens huvudcentra. Driften av enhetliga elkraftsystem som täcker stora territorier beror på effektiviteten av elkraftöverföring över ett avstånd.
Det är nödvändigt att överföra el från produktionsställena till konsumenterna med minimala förluster. Huvudorsaken till dessa förluster är omvandlingen av en del av elektriciteten till ledningarnas inre energi, deras uppvärmning.

Enligt Joule-Lenz lagen, mängden värme F, frigörs under tiden t i ledaren genom motstånd R under strömmens gång jag, är lika med:

Det följer av formeln att för att minska uppvärmningen av ledningarna är det nödvändigt att minska strömstyrkan i dem och deras motstånd. För att minska ledningarnas motstånd, öka deras diameter, men mycket tjocka ledningar som hänger mellan kraftledningsstöden kan gå sönder under inverkan av tyngdkraften, särskilt under snöfall. Dessutom, med en ökning av tjockleken på trådarna, ökar deras kostnad, och de är gjorda av en relativt dyr metall - koppar. Därför är ett mer effektivt sätt att minimera energiförlusterna vid överföringen av el att minska strömstyrkan i ledningarna.
Således, för att minska uppvärmningen av ledningar vid överföring av el över långa avstånd, är det nödvändigt att göra strömmen i dem så liten som möjligt.
Strömeffekten är lika med produkten av strömstyrkan och spänningen:

Därför, för att spara ström som överförs över långa avstånd, är det nödvändigt att öka spänningen med samma mängd som strömstyrkan i ledningarna reducerades:

Av formeln följer att vid konstanta värden på den överförda effekten av strömmen och ledningarnas motstånd är värmeförlusterna i ledningarna omvänt proportionella mot kvadraten på spänningen i nätverket. Därför, för att överföra elektricitet över avstånd på flera hundra kilometer, används högspänningsledningar (TL), vars spänning mellan ledningarna är tiotals och ibland hundratusentals volt.
Med hjälp av kraftledningar slås närliggande kraftverk samman till ett enda nätverk, kallat kraftsystemet. Rysslands Unified Energy System inkluderar ett stort antal kraftverk som styrs från ett enda centrum och tillhandahåller oavbruten strömförsörjning till konsumenterna.

V. GOELRO

1. Historia

GOELRO (Statens kommission för elektrifieringen av Ryssland) är ett organ som skapades den 21 februari 1920 för att utveckla ett projekt för elektrifieringen av Ryssland efter oktoberrevolutionen 1917.

Mer än 200 vetenskapsmän och tekniker var involverade i kommissionens arbete. G.M. ledde kommissionen. Krzhizhanovsky. Kommunistpartiets centralkommitté och personligen V. I. Lenin ledde dagligen GOELRO-kommissionens arbete, fastställde de viktigaste grundläggande bestämmelserna i landets elektrifieringsplan.

I slutet av 1920 hade kommissionen gjort ett bra jobb och utarbetat "Plan för elektrifieringen av RSFSR" - en volym på 650 sidor text med kartor och scheman för elektrifiering av regioner.
GOELRO-planen, utformad för 10-15 år, genomförde Lenins idéer om att elektrifiera hela landet och skapa en stor industri.
Inom området för elkraftsekonomi bestod planen av ett program utformat för restaurering och återuppbyggnad av förkrigstidens elkraftindustri, byggandet av 30 regionala kraftverk och byggandet av kraftfulla regionala värmekraftverk. Det var planerat att utrusta kraftverken med stora pannor och turbiner för den tiden.
En av huvudidéerna med planen var den utbredda användningen av landets enorma vattenkraftsresurser. Bestämmelser gjordes för en radikal återuppbyggnad på grundval av elektrifieringen av alla grenar av landets nationalekonomi, och i första hand för tillväxten av tung industri och en rationell fördelning av industrin över hela landet.
Genomförandet av GOELRO-planen började under de svåra förhållandena under inbördeskriget och den ekonomiska förödelsen.

Sedan 1947 har Sovjetunionen rankats på första plats i Europa och tvåa i världen när det gäller elproduktion.

GOELRO-planen spelade en enorm roll i livet i vårt land: utan den hade det inte varit möjligt att föra Sovjetunionen in i raden av de mest industriellt utvecklade länderna i världen på så kort tid. Genomförandet av denna plan formade hela den inhemska ekonomin och bestämmer fortfarande till stor del den.

Utarbetandet och genomförandet av GOELRO-planen blev möjlig och enbart på grund av en kombination av många objektiva och subjektiva faktorer: den betydande industriella och ekonomiska potentialen i det förrevolutionära Ryssland, den höga nivån på den ryska vetenskapliga och tekniska skolan, koncentrationen av alla ekonomisk och politisk makt, dess styrka och vilja, och även folkets traditionella försonliga-kommunala mentalitet och deras lydiga och förtroendefulla inställning till de högsta härskarna.
GOELRO-planen och dess genomförande bevisade den höga effektiviteten hos det statliga planeringssystemet under förhållanden med stelbent centraliserad makt och förutbestämde utvecklingen av detta system i många decennier framöver.

2. Resultat

I slutet av 1935 hade elbyggnadsprogrammet överuppfyllts flera gånger.

Istället för 30 byggdes 40 regionala kraftverk, vid vilka, tillsammans med andra stora industristationer, 6 914 tusen kW kapacitet togs i drift (varav 4 540 tusen kW var regionala, nästan tre gånger mer än enligt GOELRO-planen).
1935 fanns det 13 kraftverk på 100 000 kW bland de regionala kraftverken.

Före revolutionen var kapaciteten för det största kraftverket i Ryssland (1:a Moskva) bara 75 tusen kW; det fanns inte ett enda stort vattenkraftverk. I början av 1935 hade vattenkraftverkens totala installerade effekt nått nästan 700 000 kW.
Världens största vid den tiden byggdes vattenkraftverket i Dnepr, Svirskaya 3rd, Volkhovskaya med flera. Vid den högsta punkten av dess utveckling överträffade Sovjetunionens Unified Energy System i många avseenden energisystemen i de utvecklade länderna i Europa och Amerika.

Elektricitet var praktiskt taget okänd i byarna före revolutionen. Stora markägare installerade små kraftverk, men antalet var få.

Elektricitet började användas i jordbruket: i kvarnar, foderskärare, spannmålsrengöringsmaskiner och sågverk; i industrin och senare - i vardagen.

Lista över begagnad litteratur

Venikov V. A., Långdistanskraftöverföring, M.-L., 1960;
Sovalov S. A., Kraftöverföringslägen 400-500 kv. EES, M., 1967;
Bessonov, L.A. Teoretiska grunder för elektroteknik. Elektriska kretsar: lärobok / L.A. Bessonov. - 10:e upplagan. — M.: Gardariki, 2002.
Elektroteknik: Pedagogiskt och metodiskt komplex. /OCH. M. Kogol, G. P. Dubovitsky, V. N. Borodianko, V. S. Gun, N. V. Klinachev, V. V. Krymsky, A. Ya. Ergard, V. A. Yakovlev; Redigerad av N.V. Klinacheva. - Tjeljabinsk, 2006-2008.
Elsystem, v. 3 - Kraftöverföring genom växel- och likström av högspänning, M., 1972.

Tyvärr, ingenting hittades.

Typer av kraftverk Termisk (TPP) - 50% Termisk (TPP) - 50% Vattenkraftverk (HPP) % Vattenkraftverk (HPP) % Kärnkraft (NPP) - 15% Kärnkraft (NPP) - 15% Alternativa källor Alternativ energi källor - 2 - 5% (solenergi, fusionsenergi, tidvattenenergi, vindenergi) energi - 2 - 5% (solenergi, fusionsenergi, tidvattenenergi, vindenergi)

Elektrisk strömgenerator Generator omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi Generator omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi Generatorns verkan är baserad på fenomenet elektromagnetisk induktion Generatorns verkan är baserad på fenomenet elektromagnetisk induktion

Ramen med ström är huvudelementet i generatorn.Den roterande delen kallas ROTOR (magnet). Den roterande delen kallas ROTOR (magnet). Den fasta delen kallas STATOR (ram) Den fasta delen kallas STATOR (ram) När ramen roteras och penetrerar ramen förändras det magnetiska flödet med tiden, vilket gör att en induktionsström uppstår i ramen.

Elöverföring Kraftöverföringsledningar (TL) används för att överföra el till konsumenter. Vid överföring av elektricitet över avstånd går den förlorad på grund av uppvärmning av ledningarna (Joule-Lenz-lagen). Sätt att minska värmeförlusten: 1) Minska ledningarnas motstånd, men öka deras diameter (tung - svår att hänga och dyr - koppar). 2) Minska strömstyrkan genom att öka spänningen.

Värmekraftverkens inverkan på miljön Termiska kraftverk - leder till termisk luftförorening genom produkter från bränsleförbränning. Vattenkraftverk - leder till översvämningar av stora territorier som dras tillbaka från markanvändning. Kärnkraftverk - kan leda till utsläpp av radioaktiva ämnen.

Huvudstadierna för produktion, överföring och förbrukning av el 1. Mekanisk energi omvandlas till elektrisk energi med hjälp av generatorer vid kraftverk. 1. Mekanisk energi omvandlas till elektrisk energi med hjälp av generatorer vid kraftverk. 2. Elektrisk spänning ökas för att överföra elektricitet över långa avstånd. 2. Elektrisk spänning ökas för att överföra elektricitet över långa avstånd. 3. El överförs med hög spänning genom högspänningsledningar. 3. El överförs med hög spänning genom högspänningsledningar. 4. Vid distribution av el till konsumenter sänks spänningen. 4. Vid distribution av el till konsumenter sänks spänningen. 5. När el förbrukas omvandlas den till andra typer av energi - mekanisk, lätt eller intern. 5. När el förbrukas omvandlas den till andra typer av energi - mekanisk, lätt eller intern.

Videolektion 2: Uppgifter för växelström

Föreläsning: Växelström. Produktion, överföring och förbrukning av elektrisk energi

Växelström

Växelström- det här är svängningar som kan uppstå i kretsen till följd av att den kopplas till en växelspänningskälla.

Det är växelström som omger oss alla – den finns i alla kretsar i lägenheter, det är växelströmmen som överförs genom ledningarna. Men nästan alla elektriska apparater går på permanent el. Det är därför som strömmen vid utgången från uttaget likriktas och i form av en konstant går till hushållsapparater.

Det är växelström som är lättast att ta emot och sända över vilket avstånd som helst.

I studien av växelström kommer vi att använda en krets där vi ska ansluta ett motstånd, en spole och en kondensator. I denna krets bestäms spänningen enligt lag:

Som vi vet kan sinus vara negativ och positiv. Det är därför spänningsvärdet kan ta en annan riktning. Med en positiv riktning av strömflödet (moturs) är spänningen större än noll, med en negativ riktning är den mindre än noll.

Motstånd i kretsen

Så låt oss överväga fallet där endast ett motstånd är anslutet till AC-kretsen. Motståndets resistans kallas aktivt. Vi kommer att överväga strömmen som flyter moturs i kretsen. I detta fall kommer både ström och spänning att vara positiva.

För att bestämma strömstyrkan i kretsen, använd följande formel från Ohms lag:

I dessa formler jag 0 och U 0 - maximala värden för ström och spänning. Av detta kan vi dra slutsatsen att strömmens maximala värde är lika med förhållandet mellan den maximala spänningen och det aktiva motståndet:

Dessa två storheter ändras i samma fas, så graferna för kvantiteterna har samma form, men olika amplituder.

Kondensator i kretsen

Kom ihåg! Det är omöjligt att få likström i kretsen där det finns en kondensator. Det är en plats för att bryta strömflödet och ändra dess amplitud. I det här fallet flyter växelström perfekt genom en sådan krets, vilket ändrar kondensatorns polaritet.

När vi överväger en sådan krets kommer vi att anta att den bara innehåller en kondensator. Strömmen flyter moturs, det vill säga den är positiv.

Som vi redan vet är spänningen över en kondensator relaterad till dess förmåga att lagra laddning, det vill säga dess storlek och kapacitet.

Eftersom strömmen är den första derivatan av laddningen är det möjligt att bestämma med vilken formel den kan beräknas genom att hitta derivatan från den sista formeln:

Som du kan se beskrivs i det här fallet strömstyrkan av cosinuslagen, medan värdet på spänning och laddning kan beskrivas av sinuslagen. Det betyder att funktionerna är i motsatt fas och har ett liknande utseende på grafen.

Vi vet alla att cosinus- och sinusfunktionerna för samma argument skiljer sig 90 grader från varandra, så vi kan få följande uttryck:

Härifrån kan det maximala värdet för strömstyrkan bestämmas med formeln:

Värdet i nämnaren är resistansen över kondensatorn. Detta motstånd kallas kapacitivt. Den är placerad och märkt enligt följande:

Med en ökning av kapacitansen sjunker strömmens amplitudvärde.

Observera att i denna krets är användningen av Ohms lag endast lämplig när det är nödvändigt att bestämma strömmens maximala värde; det är omöjligt att bestämma strömmen när som helst enligt denna lag på grund av fasskillnaden mellan spänningen och strömstyrka.

Spola i en kedja

Tänk på en krets där det finns en spole. Föreställ dig att den inte har något aktivt motstånd. I det här fallet verkar det som om ingenting borde hindra strömmens rörelse. Det är det dock inte. Saken är att när strömmen passerar genom spolen börjar ett virvelfält att uppstå, vilket förhindrar passage av ström som ett resultat av bildandet av en självinduktionsström.

Strömstyrkan har följande värde:

Återigen kan du se att strömmen ändras enligt cosinuslagen, så fasförskjutningen är giltig för denna krets, vilket också kan ses på grafen:

Därav det maximala nuvarande värdet:

I nämnaren kan vi se formeln genom vilken kretsens induktiva reaktans bestäms.

Ju större induktiv reaktans, desto mindre viktig är amplituden av strömmen.

Spole, motstånd och kondensator i en krets.

Om alla typer av motstånd är närvarande i kretsen samtidigt, kan strömvärdet bestämmas enligt följande, genom att konvertera Ohms lag:

Nämnaren kallas impedans. Den består av summan av kvadraterna av aktiv (R) och reaktans, bestående av kapacitiv och induktiv. Det totala motståndet kallas "impedans".

Elektricitet

Det är omöjligt att föreställa sig det moderna livet utan användningen av elektriska apparater som arbetar på den energi som genereras av en elektrisk ström. Alla tekniska framsteg bygger på el.

Att få energi från elektrisk ström har ett stort antal fördelar:

1. El är relativt lätt att producera, eftersom det finns miljarder kraftverk, generatorer och andra enheter för att generera el runt om i världen.

2. Det är möjligt att överföra el över långa avstånd på kort tid och utan betydande förluster.

3. Det är möjligt att omvandla elektrisk energi till mekanisk, lätt, inre och andra former.

Elöverföring är en process som består i leverans av el till konsumenter. El produceras vid avlägsna produktionskällor (kraftverk) av enorma generatorer som använder kol, naturgas, vatten, kärnklyvning eller vind.

Strömmen överförs genom transformatorer, som ökar dess spänning. Det är högspänning som är ekonomiskt fördelaktigt vid överföring av energi över långa avstånd. Högspänningsledningar sträcker sig över hela landet. Genom dem når elektrisk ström transformatorstationer nära stora städer, där dess spänning sänks och skickas till små (distributions) kraftledningar. Elektrisk ström går genom distributionsledningar i varje stadsdel och går in i transformatorlådor. Transformatorer minskar spänningen till ett visst standardvärde, vilket är säkert och nödvändigt för driften av hushållsapparater. Ström kommer in i huset genom ledningar och passerar genom en mätare som visar mängden energi som förbrukas.

En transformator är en statisk enhet som omvandlar växelström av en spänning till växelström av en annan spänning utan att ändra dess frekvens. Det kan bara fungera på AC.

De viktigaste strukturella delarna av transformatorn

Enheten består av tre huvuddelar:

transformatorns primärlindning. Antalet varv N 1.
Kärnan i den slutna formen av magnetiskt mjukt material (till exempel stål).
sekundärlindning. Antal varv N 2 .

I diagrammen är transformatorn avbildad enligt följande:

Funktionsprincip

Driften av en krafttransformator är baserad på Faradays lag om elektromagnetisk induktion.

Mellan två separata lindningar (primär och sekundär), som är förbundna med ett gemensamt magnetiskt flöde, uppträder ömsesidig induktion. Ömsesidig induktion är den process genom vilken en primärlindning inducerar en spänning i en sekundärlindning belägen i dess omedelbara närhet.

Primärlindningen får en växelström, som producerar ett magnetiskt flöde när den är ansluten till en strömkälla. Det magnetiska flödet passerar genom kärnan och, eftersom det förändras över tiden, exciterar det induktions-EMK i sekundärlindningen. Spänningen på den andra lindningen kan vara lägre än på den första, då kallas transformatorn step-down. Step-up transformatorn har högre spänning på sekundärlindningen. Den aktuella frekvensen förblir oförändrad. Effektiv nedtrappning eller upptrappning av spänningen kan inte öka den elektriska effekten, så transformatorns strömutgång ökar eller minskar proportionellt i enlighet därmed.

För amplitudvärdena för spänningen på lindningarna kan följande uttryck skrivas:

k - transformationsförhållande.

För upptrappningstransformator k>1, och för nedtrappning - k<1.

Under driften av en riktig enhet finns det alltid energiförluster:

lindningar värms upp.
arbete läggs på magnetiseringen av kärnan;
Foucault-strömmar uppstår i kärnan (de har en termisk effekt på den massiva kärnan).

För att minska förlusterna under uppvärmning är transformatorkärnor inte gjorda av ett enda metallstycke, utan från tunna plattor, mellan vilka ett dielektrikum är beläget.

Elektrisk energi produceras i olika skalor av kraftverk, främst med hjälp av induktionselektromekaniska generatorer.

Kraftproduktion

Det finns två huvudtyper av kraftverk:

1. Termisk.

2. Hydraulisk.

Denna uppdelning orsakas av typen av motor som vrider generatorns rotor. I termisk kraftverk använder bränsle som energikälla: kol, gas, olja, oljeskiffer, eldningsolja. Rotorn drivs av ånggasturbiner.

De mest ekonomiska är termiska ångturbinkraftverk (TPP). Deras maximala effektivitet når 70%. Detta tar hänsyn till det faktum att avgasångan används i industriföretag.

På vattenkraftverk vattnets potentiella energi används för att rotera rotorn. Rotorn drivs av hydrauliska turbiner. Kraften på stationen kommer att bero på trycket och massan av vatten som passerar genom turbinen.

Elanvändning

Elektrisk energi används nästan överallt. Det mesta av elen som produceras kommer förstås från industrin. Dessutom kommer transporterna att bli en storkonsument.

Många järnvägslinjer har sedan länge gått över till eldrift. Belysning av bostäder, stadsgator, industriella och inhemska behov av byar och byar - allt detta är också en stor konsument av el.

En stor del av elen som tas emot omvandlas till mekanisk energi. Alla mekanismer som används inom industrin drivs av elmotorer. Det finns tillräckligt med elkonsumenter, och de finns överallt.

Och el produceras bara på ett fåtal ställen. Frågan uppstår om överföring av el, och över långa avstånd. Vid sändning över långa avstånd blir det mycket strömförlust. Främst är dessa förluster på grund av uppvärmning av elektriska ledningar.

Enligt Joule-Lenz-lagen beräknas energin som spenderas på uppvärmning med formeln:

Eftersom det är nästan omöjligt att minska motståndet till en acceptabel nivå är det nödvändigt att minska strömstyrkan. För att göra detta, öka spänningen. Vanligtvis finns det step-up generatorer vid stationerna och step-down transformatorer i slutet av transmissionsledningarna. Och redan från dem sprids energi till konsumenterna.

Behovet av elektrisk energi ökar hela tiden. Det finns två sätt att möta efterfrågan på ökad konsumtion:

1. Byggande av nya kraftverk

2. Användning av avancerad teknik.

Effektiv användning av el

Den första metoden kräver utgifter för ett stort antal konstruktions- och finansiella resurser. Det tar flera år att bygga ett kraftverk. Dessutom förbrukar till exempel värmekraftverk mycket icke-förnybara naturresurser och skadar den naturliga miljön.