مصادر الطاقة الكهربائية: الوصف والأنواع والمميزات

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

تختلف مصادر الطاقة الكهربائية في كل منطقة في طريقة استقبالها. لذلك ، في السهوب ، من الأنسب استخدام طاقة الرياح أو تحويل الحرارة بعد حرق الوقود والغاز. في الجبال ، حيث توجد أنهار ، يتم بناء السدود وتحرك المياه توربينات عملاقة. يتم الحصول على القوة الدافعة الكهربائية في كل مكان تقريبًا على حساب الطاقات الطبيعية الأخرى.

من أين يأتي الغذاء الاستهلاكي

تستقبل مصادر الطاقة الكهربائية الجهد بعد تحول قوة الرياح أو الحركة الحركية أو تدفق المياه نتيجة تفاعل نووي أو الحرارة الناتجة عن احتراق الغاز أو الوقود أو الفحم. تنتشر محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة الكهرومائية على نطاق واسع. يتناقص عدد محطات الطاقة النووية تدريجياً لأنها ليست آمنة تمامًا للأشخاص الذين يعيشون بالقرب منها.

يمكن استخدام تفاعل كيميائي ، نرى هذه الظواهر في بطاريات السيارات والأجهزة المنزلية. تعمل بطاريات الهواتف على نفس المبدأ. عواكس الرياح تستخدم في الأماكن ذات الرياح المستمرة ، حيث تحتوي مصادر الطاقة الكهربائية على مولد تقليدي عالي الطاقة في التصميم.

في بعض الأحيان لا تكفي محطة واحدة لتشغيل المدينة بأكملها ،ومصادر الطاقة الكهربائية مجتمعة. لذلك ، يتم تثبيت الألواح الشمسية على أسطح المنازل في البلدان الدافئة ، والتي تغذي الغرف الفردية. تدريجياً ، ستحل المصادر الصديقة للبيئة محل المحطات التي تلوث الغلاف الجوي.

في السيارات

البطارية أثناء النقل ليست المصدر الوحيد للطاقة الكهربائية. تم تصميم دوائر السيارة بحيث تبدأ عملية تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية عند القيادة. هذا بسبب المولد ، حيث يؤدي دوران الملفات داخل المجال المغناطيسي إلى ظهور قوة دافعة كهربائية (EMF).

يبدأ التيار بالتدفق في الشبكة لشحن البطارية ، والتي تعتمد مدتها على سعتها. يبدأ الشحن فور بدء تشغيل المحرك. أي ، يتم توليد الطاقة عن طريق حرق الوقود. جعلت التطورات الأخيرة في صناعة السيارات من الممكن استخدام EMF لمصدر للطاقة الكهربائية لحركة المرور.

في السيارات الكهربائية ، تولد البطاريات الكيميائية القوية تيارًا في دائرة مغلقة وتعمل كمصدر للطاقة. هنا يتم ملاحظة العملية العكسية: يتم إنشاء EMF في ملفات نظام القيادة ، مما يتسبب في دوران العجلات. التيارات في الدائرة الثانوية ضخمة تتناسب مع سرعة التسارع ووزن السيارة.

مبدأ الملف مع المغناطيس

يتسبب التيار المتدفق عبر الملف في حدوث تدفق مغناطيسي متناوب. إنه ، بدوره ، يبذل قوة طفو على المغناطيس ، مما يفرض على الإطار اثنينتناوب بمغناطيس قطبية معاكسة. وبذلك تكون مصادر الطاقة الكهربائية بمثابة عقدة لحركة السيارات.

العملية العكسية ، عندما يدور الإطار مع المغناطيس داخل اللفات ، بسبب الطاقة الحركية ، تسمح لك بتحويل التدفق المغناطيسي المتناوب إلى EMF للملفات. علاوة على ذلك ، يتم تثبيت مثبتات الجهد في الدائرة ، مما يوفر الأداء المطلوب لشبكة الإمداد. وفقًا لهذا المبدأ ، يتم توليد الكهرباء في محطات الطاقة الكهرومائية ومحطات الطاقة الحرارية.

يظهر EMF في الدائرة أيضًا في دائرة مغلقة عادية. إنه موجود طالما يتم تطبيق فرق محتمل على الموصل. القوة الدافعة الكهربائية ضرورية لوصف خصائص مصدر الطاقة. يبدو التعريف المادي للمصطلح كما يلي: يتناسب EMF في دائرة مغلقة مع عمل القوى الخارجية التي تحرك شحنة موجبة واحدة عبر كامل جسم الموصل.

الصيغة E=IR - تؤخذ المقاومة الكلية في الاعتبار ، وتتكون من المقاومة الداخلية لمصدر الطاقة ونتائج إضافة مقاومة قسم التغذية بالدائرة.

قيود على تركيب المحطات الفرعية

أي موصل يولد من خلاله تدفق التيار مجالًا كهربائيًا. مصدر الطاقة هو باعث للموجات الكهرومغناطيسية. حول المنشآت القوية ، في المحطات الفرعية أو بالقرب من مجموعات المولدات ، تتأثر صحة الإنسان. لذلك تم اتخاذ إجراءات للحد من مشاريع البناء بالقرب من المباني السكنية.

تشغيلعلى المستوى التشريعي ، يتم تحديد مسافات ثابتة للأشياء الكهربائية ، والتي يكون الكائن الحي بعدها آمنًا. يحظر بناء محطات فرعية قوية بالقرب من المنازل وعلى طريق الناس. يجب أن يكون للمنشآت القوية أسوار ومداخل مغلقة.

خطوط الجهد العالي تُركب عالياً فوق المباني وتُخرج من المستوطنات. للقضاء على تأثير الموجات الكهرومغناطيسية في المنطقة السكنية ، يتم إغلاق مصادر الطاقة بشاشات معدنية مؤرضة. في أبسط الحالات ، يتم استخدام شبكة سلكية.

وحدات القياس

يتم وصف كل قيمة لمصدر الطاقة والدائرة بالقيم الكمية. هذا يسهل مهمة تصميم وحساب الحمل لمصدر طاقة معين. وحدات القياس مترابطة بالقوانين الفيزيائية.

وحدات الإمداد بالطاقة كالتالي:

• المقاومة: R - أوم.
• EMF: E - فولت.
• رد الفعل والمقاومة: X و Z - أوم.
• الحالي: أنا - أمبير.
• الجهد: U - فولت.
• الطاقة: P - واط.

بناء دوائر الطاقة التسلسلية والمتوازية

يصبح حساب السلسلة أكثر تعقيدًا إذا تم توصيل عدة أنواع من مصادر الطاقة الكهربائية. تؤخذ في الاعتبار المقاومة الداخلية لكل فرع واتجاه التيار عبر الموصلات. لقياس EMF لكل مصدر على حدة ، ستحتاج إلى فتح الدائرة وقياس الإمكانات مباشرة عند أطراف بطارية الإمداد بجهاز - مقياس الفولتميتر.

عند إغلاق الدائرة ، سيُظهر الجهاز انخفاضًا في الجهد ، بقيمة أقل. غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى مصادر متعددة للحصول على التغذية اللازمة. اعتمادًا على المهمة ، يمكن استخدام عدة أنواع من الاتصالات:

• متسلسلة. تمت إضافة EMF لدائرة كل مصدر. لذلك ، عند استخدام بطاريتين بقيمة اسمية 2 فولت ، يحصلون على 4 فولت نتيجة التوصيل.
• متوازي. يستخدم هذا النوع لزيادة سعة المصدر ، على التوالي ، هناك عمر أطول للبطارية. لا يتغير EMF للدائرة مع هذا الاتصال مع تصنيفات بطارية متساوية. من المهم ملاحظة قطبية الاتصال
• نادرًا ما يتم استخدام التوصيلات المدمجة ، لكنها تحدث في الممارسة العملية. يتم حساب EMF الناتج لكل قسم مغلق فردي. تؤخذ في الاعتبار قطبية واتجاه تيار الفروع

امدادات الطاقة أوم

تؤخذ المقاومة الداخلية لمصدر الطاقة الكهربائية في الاعتبار لتحديد EMF الناتج. بشكل عام ، يتم حساب القوة الدافعة الكهربائية بواسطة الصيغة E=IR + Ir. هنا R هي مقاومة المستهلك و r هي المقاومة الداخلية. يتم حساب انخفاض الجهد وفقًا للعلاقة التالية: U=E - Ir.

يتم حساب التيار المتدفق في الدائرة وفقًا لقانون أوم للدائرة الكاملة: I=E / (R + r). يمكن أن تؤثر المقاومة الداخلية على القوة الحالية. لمنع حدوث ذلك ، يتم تحديد المصدر للحمل وفقًا لـالقاعدة التالية: يجب أن تكون المقاومة الداخلية للمصدر أقل بكثير من المقاومة الكلية للمستهلكين. ثم ليس من الضروري أن تأخذ في الاعتبار قيمتها بسبب الخطأ الصغير.

كيفية قياس أوم امدادات الطاقة؟

بما أنه يجب مطابقة مصادر ومستقبلات الطاقة الكهربائية ، فإن السؤال الذي يطرح نفسه على الفور: كيف يمكن قياس المقاومة الداخلية للمصدر؟ بعد كل شيء ، لا يمكنك الاتصال بمقياس الأومتر لجهات الاتصال ذات الإمكانات المتاحة عليها. لحل المشكلة ، يتم استخدام طريقة غير مباشرة لأخذ المؤشرات - قيم الكميات الإضافية مطلوبة: التيار والجهد. يتم الحساب وفقًا للصيغة r=U / I ، حيث U هو انخفاض الجهد عبر المقاومة الداخلية ، وأنا هو التيار في الدائرة تحت الحمل.

يتم قياس انخفاض الجهد مباشرة عبر أطراف إمداد الطاقة. يتم توصيل المقاوم ذو القيمة المعروفة R بالدائرة ، قبل إجراء القياسات ، من الضروري تثبيت EMF للمصدر بدائرة مفتوحة - E باستخدام مقياس الفولتميتر. بعد ذلك ، قم بتوصيل الحمل وتسجيل القراءات - حمل U. والحالي

انخفاض الجهد المطلوب عبر المقاومة الداخلية U=E - U load. نتيجة لذلك ، نحسب القيمة المطلوبة r=(E - U load) /I.