A energia proveniente das linhas elétricas nem sempre é utilizada em sua forma pura. Para realizar tarefas específicas, ele é convertido por dispositivos elétricos que alteram um ou mais parâmetros - o tipo de tensão, frequência e outros.
Conversores de eletricidade: classificação
Esses dispositivos são classificados de acordo com vários critérios:
- Tipo de transformação.
- Tipo de construção.
- Gerenciabilidade.
Parâmetros que mudam
Os seguintes parâmetros estão sujeitos a transformação:
- Tipo de tensão - de CA para CC e vice-versa.
- Valores de amplitude de corrente e tensão.
- Frequência.
Tipos de construção
Esses dispositivos são divididos em elétricos e semicondutores.
A eletromáquina (rotativa) consiste em duas máquinas, uma é uma unidade e a outra é um atuador. Por exemplo, para converter CA para CC, são usados um motor de indução CA (drive) e um gerador CC (executor). Sua desvantagem é seu grande tamanho e peso. Além disso, a eficiência total do pacote tecnológico é inferior à de uma única máquina elétrica.
Os conversores semicondutores (estáticos) são construídos com base em circuitos elétricos que consistem em elementos semicondutores ou lâmpadas. Sua eficiência é maior, o tamanho e o peso são pequenos, mas a qualidade da eletricidade na saída é baixa.
Gerenciado e não gerenciado
Se a magnitude da mudança no parâmetro de energia elétrica for fixa, um conversor não controlado será usado. Tais dispositivos são usados nos primeiros estágios de fontes de alimentação. Um exemplo é um transformador de potência que reduz a tensão da rede de 220 para 12 volts.
Conversores com parâmetros variáveis são atuadores em circuitos elétricos controlados. Por exemplo, alterando a frequência da tensão de alimentação, a velocidade de rotação dos motores assíncronos é regulada.
Conversores de energia: exemplos de dispositivos
Os conversores podem executar uma ou várias funções.
Alterar tipo de tensão
Aqueles dispositivos que convertem a corrente alternada em corrente contínua são chamados de retificadores. Agindo ao contrário - inversores.
Se este for um dispositivo de máquina elétrica, o retificador consiste em um motor CA assíncrono que gira o rotor de um gerador CC. As linhas de entrada e saída não possuem contato elétrico.
O tipo mais comum de circuito retificador estático é a ponte de diodo. Possui quatro elementos (diodos) com condução unidirecional, conectados em direções opostas. Depois disso, um capacitor eletrolítico é necessariamente colocado, o que suaviza a tensão pulsante.
Existe um design híbrido que combina uma máquina elétrica e um retificador estático. Este é um gerador de automóvel, que é uma máquina de corrente alternada, cujos enrolamentos do estator estão conectados a uma ponte retificadora com um capacitor.
Circuitos inversores são usados para iniciar um gerador de oscilação contínua (multivibrador) construído em tiristores ou transistores. Eles são a base dos conversores de frequência.
Mudança de valores de amplitude
Estes são todos os tipos de transformadores - abaixador, elevador, lastro.
Transformadores controlados são chamados de reostatos. Se eles estiverem conectados em paralelo com a fonte de eletricidade, eles alteram a tensão. Em série - atual.
Para absorver o calor liberado durante a operação de poderosos transformadores de rede de alta tensão, são utilizados sistemas de refrigeração líquida (óleo).
Alteração de frequência
Os conversores de frequência são elétricos (rotativo) e estáticos.
O atuador dos conversores de frequência rotativos é um gerador trifásico assíncrono de alta frequência. Seu rotor gira um motor elétrico de corrente contínua ou alternada. Assim como um retificador rotativo, suas linhas de entrada e saída não possuem contato elétrico.
Os circuitos inversores usados em conversores de frequência do tipo estático são controlados e não controlados. Aumentar a frequência permite reduzir o tamanho dos dispositivos. Um transformador operando a 400 Hz é oito vezes menor que um transformador operando a 50 Hz. Esta propriedade é usada para construir inversores de soldagem compactos.
Existem três maneiras principais de converter energia. A primeira delas é obter energia térmica pela queima de combustível (de origem fóssil ou vegetal) e consumi-la para aquecimento direto de prédios residenciais, escolas, empreendimentos, etc. A segunda forma é converter a energia térmica contida no combustível em trabalho mecânico , por exemplo, quando o uso de produtos de destilação de petróleo para garantir a movimentação de vários equipamentos, carros, tratores, trens, aeronaves, etc. O terceiro método é a conversão do calor liberado durante a combustão do combustível ou fissão nuclear em energia elétrica, seguido do seu consumo para produção de calor ou para realização de trabalho mecânico.
A eletricidade também é obtida convertendo a energia da queda de água. A eletricidade desempenha, assim, o papel de uma espécie de intermediário entre as fontes de energia e seus consumidores (Fig. 9.1). Assim como um intermediário no mercado leva a preços mais altos, o consumo de energia na forma de eletricidade leva a preços mais altos devido a perdas na conversão de um tipo de energia para outro. Ao mesmo tempo, a conversão de várias formas de energia em energia elétrica é conveniente, prática e, às vezes, esta é a única forma possível de consumo real de energia. Em alguns casos, é simplesmente impossível usar energia de forma eficiente sem transformá-la em eletricidade. Antes da descoberta da eletricidade, a energia da queda d'água (hidrelétrica) era utilizada para garantir o movimento dos dispositivos mecânicos: fiações, moinhos, serrarias etc. tornou-se possível consumi-lo a distâncias consideráveis da fonte. A energia de fissão dos núcleos de urânio, por exemplo, não pode ser usada diretamente sem convertê-la em energia elétrica.
Os combustíveis fósseis, ao contrário das fontes hídricas, são usados há muito tempo apenas para aquecimento e iluminação, e não para a operação de vários mecanismos. Lenha e carvão, e muitas vezes turfa seca, foram queimados para aquecer edifícios residenciais, edifícios públicos e industriais. O carvão, além disso, foi usado e é usado para fundição de metal. O óleo de carvão, obtido por destilação do carvão, foi derramado em lâmpadas. Somente após a invenção da máquina a vapor no século XVIII. revelou-se verdadeiramente o potencial deste combustível fóssil, que se tornou fonte não só de calor e luz, mas também do movimento de vários mecanismos e máquinas. Havia locomotivas, navios a vapor com motores a vapor que funcionavam a carvão. No início do século XX. o carvão começou a ser queimado nos fornos das caldeiras das usinas para a produção de eletricidade.
Atualmente, os combustíveis fósseis desempenham um papel extremamente importante. Fornece calor e luz, é uma das principais fontes de eletricidade e energia mecânica para fornecer uma enorme frota de inúmeros carros e vários modos de transporte. Não se deve esquecer que as matérias-primas orgânicas fósseis são consumidas em grandes quantidades pela indústria química para a produção de uma ampla variedade de produtos úteis e valiosos.
Lição de casa c. 15-17, 83-97. c. 308-310.
Energia, da palavra grega energeia - atividade ou ação, é uma medida geral de vários tipos de movimento e interação.
Na ciência natural, distinguem-se os seguintes tipos de energia: mecânica, térmica, elétrica, química, magnética, eletromagnética, nuclear, gravitacional. A ciência moderna não exclui a existência de outros tipos de energia.
A energia é fruto do pensamento humano, criada para descrever diversos fenômenos naturais.
A energia é medida em Joules (J). As calorias são usadas para medir a energia térmica, 1 cal = 4,18 J, a energia elétrica é medida em kW * h = 3,6 * 10 6 J = 3,6 MJ, a energia mecânica é medida em kg * m, 1 kg * m = 9,8 J.
Distinguir energia do macrocosmo, microcosmo e energia interna.
Energia cinética- o resultado de uma mudança no estado de movimento dos corpos materiais.
Energia potencial- o resultado de uma mudança na posição das partes deste sistema.
Métodos de conversão de energia:
A lei da conservação da energia - a energia não é criada nem destruída, ela passa de uma forma para outra. Distinguir entre a energia do movimento ordenado (livre - mecânica, química, elétrica, eletromagnética, nuclear) e a energia do movimento caótico - calor.
Atualmente, não existem métodos para converter diretamente a energia nuclear em energia elétrica e mecânica; deve-se primeiro passar pela etapa de conversão de energia em energia térmica e depois em energia mecânica e elétrica.
A ciência moderna identifica 4 forças que determinam toda a diversidade do mundo: gravidade, eletromagnética e nuclear - forte e fraca. Cada uma dessas forças é caracterizada por uma constante mundial:
Força gravitacional - g \u003d 6 * 10 -39.
Forças eletromagnéticas - e \u003d 1/137.
Interações nucleares fortes - S =1.
Interações nucleares fracas - w =3*10 -12 .
Todas as outras constantes físicas são derivadas dessas constantes.
Há mais de 20 bilhões de anos, o Universo foi formado, a energia do "big bang" - "deu à luz" a energia que forma a base de nossa vida, "deu à luz" o Sol e a Terra. A energia do Sol levou à formação de reservas de recursos de combustível na Terra, forçando as massas de água e ar a se moverem constantemente na Terra. A energia térmica do núcleo quente da Terra também está envolvida na circulação da matéria e na conversão de energia.
A humanidade procurou desde o início de sua história dominar a energia em seus próprios interesses. Estágios de "dominar" a energia:
força muscular dos animais
o poder do vento, da água,
energia a vapor
eletricidade
poder nuclear.
No Universo, existem processos de conversão de energia de um tipo para outro em grande escala. A humanidade está bem no início do caminho da compreensão desses processos.
A energia mecânica é convertida em calor - por fricção, em química - pela destruição da estrutura da matéria, compressão, em elétrica - pela alteração do campo eletromagnético do gerador.
A energia térmica é convertida em química, em energia cinética de movimento, e essa energia é convertida em mecânica (turbina), em elétrica (termofem)
A energia química pode ser convertida em mecânica (explosão), térmica (calor de reação), elétrica (baterias).
A energia elétrica pode ser convertida em mecânica (motor elétrico), química (eletrólise), eletromagnética (eletroímã).
Energia eletromagnética - a energia do Sol - em térmica (aquecimento de água), em elétrica (efeito fotoelétrico → energia solar), em mecânica (toque do telefone).
Energia nuclear → em química, térmica, mecânica (explosão), fissão controlada (reator) → química + térmica.
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Energia (gr. energia- atividade) é a fonte da vida, a base e o meio de controle de todos os sistemas naturais e sociais. Energia - uma das propriedades básicas da matéria - a capacidade de produzir trabalho; em um sentido amplo - poder.
Obviamente, as leis da transformação da energia se manifestam em todos os processos que ocorrem na natureza e na sociedade, incluindo a economia, a cultura, a ciência e a arte. A energia é a força motriz do universo. O componente energético está em tudo: na matéria, na informação, nas obras de arte e no espírito humano.
As leis fundamentais da termodinâmica são de importância universal na natureza. Qualquer sistema natural ou artificial que não obedeça a essas leis está fadado ao fracasso. Mas para gerenciar os processos energéticos, antes de tudo, é necessário entender o papel da energia nos sistemas ecológicos. O conhecimento dos padrões de fluxos de energia nos ecossistemas naturais ajudará a prever o futuro dos sistemas antropogênicos.
É claro que o futuro depende da integração de energia, economia e ecologia (três "e") em um único sistema de fenômenos e processos inter-relacionados. O estudo de tais sistemas requer uma abordagem sistemática e energética, pois a energia é a base que permite que os valores naturais sejam transferidos para a categoria de valores econômicos, e os valores econômicos sejam avaliados do ponto de vista da ecologia.
Os sistemas ecológicos naturais podem servir de modelo para os princípios gerais de gestão baseados em processos energéticos. Esses sistemas existem na Terra há muitos milhões de anos. Tendo estudado os sistemas naturais, pode-se aprender muitas leis que são válidas para os ecossistemas antropogênicos.
O alimento criado como resultado da atividade fotossintética das plantas verdes contém a energia potencial das ligações químicas, que, quando consumidas pelos organismos animais, são convertidas em outras formas de energia.
Os animais, absorvendo a energia dos alimentos, convertem a maior parte em calor e a menor parte em energia potencial química.
A energia existe em muitas formas e tipos: solar, térmica, química, elétrica, nuclear, eólica, hídrica, etc. . As formas de energia diferem em sua capacidade de produzir trabalho útil. A energia de um vento fraco, surf, fontes geotérmicas de baixa potência pode produzir uma pequena quantidade de trabalho. As formas concentradas de energia (petróleo, carvão, etc.) têm um alto potencial de trabalho. A energia da luz solar comparada com a energia dos combustíveis fósseis tem uma eficiência baixa, e comparada com o calor dissipado a baixa temperatura, tem uma eficiência elevada. A qualidade da energia concentrada na biomassa de plantas, animais, combustível difere da qualidade da energia térmica dissipada.
Qualidade da energia caracteriza sua capacidade de realizar trabalho, ou seja, sua exergia (gr. ex- mais elevado grau, ergo- Trabalhar).
Exergia - este é o trabalho máximo que um sistema termodinâmico realiza durante a transição de um determinado estado para um estado de equilíbrio físico com o meio ambiente. A exergia é chamada de parcela útil da energia envolvida em algum processo, cujo valor é determinado pelo grau de diferença de algum parâmetro do sistema em relação ao seu valor no ambiente.
Para criar energia de maior qualidade, é necessária energia de menor qualidade.
O fluxo de energia solar envolvido na cadeia de transformações na biosfera forma uma ordem e aumenta a exergia de uma determinada parte da energia.
Para formar 1 kcal de biomassa vegetal, são necessárias aproximadamente 10 vezes menos quilocalorias de luz solar do que para formar 1 kcal de biomassa herbívora. Uma unidade de biomassa animal é capaz de realizar trabalho um número correspondente de vezes maior do que a mesma biomassa vegetal.
Na verdade, a qualidade da energia é medida pelo comprimento do caminho que percorreu desde o sol . A energia de alta concentração faz uma quantidade maior de trabalho, controla um número maior de processos. Para concentrar energia, diferentes tipos dela devem interagir.
Ao desenvolver uma estratégia futura no país e no mundo como um todo, é necessário ser guiado pelo princípio mais importante - usar energia de qualidade apropriada ao trabalho que está sendo feito . A maioria das conquistas econômicas baseia-se no uso de muitas formas indiretas de energia inteligentes ou complementares ocultas, que muitas vezes não são levadas em consideração nas estimativas de custo do produto.
É necessário desenvolver medidas para preservar a quantidade e a qualidade da energia.
Preservação da qualidade da energia é a tarefa de eliminar a degradação desnecessária de energia, suas perdas. A captação de calor por meio de bombas de calor na produção de energia elétrica é um exemplo de tecnologias de economia de energia que evitam a dissipação e perda de energia. Queda de temperatura é um processo destrutivo de energia, e reciclagem de calor - economia de energia.
A energia é a base mais conveniente para classificar os ecossistemas. Existem quatro tipos fundamentais de ecossistemas:
1) impulsionado pelo Sol, pouco subsidiado;
2) impulsionado pelo Sol, subsidiado por outras fontes naturais;
3) impulsionado pelo Sol e subsidiado pelo homem;
4) movido a combustível.
À medida que a crise energética se aprofunda e os preços dos combustíveis aumentam, é provável que as pessoas se interessem mais pelo uso da energia solar e desenvolvam tecnologias para concentrá-la. Talvez no futuro surja um novo tipo de ecossistema - uma cidade impulsionada pela energia não apenas do combustível, mas também do Sol.
Em seu desenvolvimento, a sociedade humana passou por todos os quatro tipos de ecossistemas descritos acima.
Energia limpa – é a energia na saída do sistema na forma de produtos após a dedução de todos os custos de energia para sua transformação.
A energia de realimentação (Esh) necessária para manter a saída é algumas vezes chamada de penalidade de energia .
Empresas industriais, instalações de energia, comunicações e trans-yurts são as principais fontes de poluição energética de regiões industriais, ambiente urbano, habitações e áreas naturais.
Para a poluição energética incluir:
ü vibração e efeitos acústicos;
ü campos eletromagnéticos e radiações;
ü exposição a radionuclídeos e radiações ionizantes.
