קטגוריות: מאמרים מוצגים » עובדות מעניינות
מספר צפיות: 37323
הערות לכתבה: 4
עובדות מעניינות על שנאים
לכל מכשיר טכני שני ימי הולדת: גילוי עקרון הפעולה ויישומו. מייקל פאראדיי נתן את הרעיון של שנאי לאחר שבע שנים של עבודה קשה על "הפיכת המגנטיות לחשמל".
ב- 29 באוגוסט 1831, תיאר פאראדיי ביומנו ניסוי שהלך אחר כך לכל ספרי הלימוד בפיזיקה. על טבעת ברזל בקוטר 15 ס"מ ובעובי של 2 ס"מ, הנסיין פצע בנפרד שני חוטים באורך של 15 מ 'ו -18 מ'. כאשר זרם זרם לאורך אחד המתפתלים, חצים גלווניומטר במסופי האחר סטו!
המדען קרא מכשיר פשוט "סליל אינדוקציה". כאשר הדלקה את הסוללה, הזרם (מיותר לציין, קבוע) גדל בהדרגה בהתפתלות הראשונית. שטף מגנטי הושרש בטבעת הברזל, שעוצמתו השתנתה גם היא. במתח המתפתל הופיע מתח. ברגע שהשטף המגנטי הגיע לערך הגבול שלו, הזרם "המשני" נעלם.
דעל מנת שהסליל יעבוד, יש להפעיל ולכבות את מקור הכוח כל הזמן (ידנית - עם מתג סכין או מכנית - עם מתג).
איור ניסיון של פאראדיי
סליל אינדוקציה של פאראדיי
עקבוע או משתנה?
מהטבעת של פאראדיי ועד השנאי של ימינו היה רחוק, והמדע אפילו אז אסף את הנתונים הדרושים על פירורים. הנרי האמריקני עטף את החוט בחוט משי - בידוד נולד.
פוקו הצרפתי ניסה לסובב את מוטות הברזל בשדה מגנטי - והופתע: הם התחממו. המדען הבין את הסיבה - הזרמים שנוצרו בשדה מגנטי מתחלף הושפעו. כדי להגביל את מסלול הזרמים המפותלים של פוקו, הציע אפטון, עובד אדיסון, להפוך את ליבת הברזל לטרומית - מגיליונות נפרדים.
בשנת 1872 ערך פרופ 'סטולטוב מחקר יסודי בנושא מגנטציה של ברזל רך, וקצת אחר כך הציג האנגלי יואינג דוח בפני החברה המלכותית על הפסדי אנרגיה במהלך היפוך המגנטיות של פלדה.
גודל ההפסדים הללו, המכונה "היסטריה" (מהמילה היוונית "היסטוריה"), היה באמת תלוי במדגם ה"עבר ". גרגירי מתכת - תחומים, כמו חמניות מאחורי השמש, מסתובבים אחרי השדה המגנטי ומכוונים לאורך קווי הכוח. העבודה שהוקצתה בכך הופכת לחום. זה תלוי באיך - בחולשה או בחוזקה - ולאיזה כיוון הופנו הדומיינים.
מידע על התכונות המגנטיות והמוליכות הצטבר בהדרגה עד שהכמות הפכה לאיכות. מעת לעת, מהנדסי חשמל הציגו בפני העולם הפתעות, אך יש להתייחס לאירוע המרכזי בתולדות השנאים לאירוע שגרם לעולם בשנת 1876 להסתובב בתדהמה כלפי רוסיה.
הסיבה הייתה הנר יבלוצ'קובה. ב"מנורות "נשרף קשת בין שתי אלקטרודות מקבילות. בזרם קבוע, אלקטרודה אחת בערה מהר יותר, והמדען חיפש בהתמדה את הדרך החוצה.
בסופו של דבר, הוא החליט, לאחר שניסה דרכים רבות, להשתמש בזרם חילופי, והנה הנה! - שחיקת האלקטרודות הפכה אחידה. המעשה של יבלוצ'קוב היה באמת הרואי, מכיוון שבאותן שנים התנהל מאבק קשה בין חובבי התאורה החשמלית לבעלי חברות הדלק. אך לא רק זאת: תומכי החשמל עצמם, בתורם, התנגדו פה אחד עם AC.
הם קיבלו זרם חילופין, אך מעטים הבינו מה זה. מאמרים ארוכי טווח פורסמו בעיתונים ובמגזינים שאיימו על הסכנות שבזרם חילופין: "זה לא הכמות שהורגת, אלא שינויה." מהנדס החשמל הידוע צ'יקולב הצהיר: "יש להחליף את כל המכונות עם זרם חילופין במכונות עם זרם ישר."
לא פחות טוב, המומחה הבולט לאצ'ינוב האשים בפומבי את יבלוצ'קובה, מכיוון ש"זרם ישר ישיר טוב בכלל, וזרם חילופין יכול רק להאיר. ""מדוע הג'נטלמנים - חסידי הנרות (נרות הקשת של יבלוצ'קוב) לא ינסו להחיל עליהם ברצינות זרם ישר; מכיוון שעם זה ורק זה הם יכלו לספק את העתיד של נרות ", כתב.
אין זה מפתיע כי בלחץ זה השליך יובלצ'קוב לבסוף את נרותיו, אך בנוסף ל"שיקום "חלקי של זרם חילופין הוא הצליח לפתוח את" הפנים "האמיתיות של סלילי הגיוס. נרותיו, מחוברים בסדרות, היו מאוד מצוברחים. ברגע שמנורה אחת-או שהסיבה יצאה, כל האחרים יצאו מייד.
יבלוצ'קוב חיבר בסדרות במקום "מנורות" את הפיתולים העיקריים של הסלילים. בשני, הוא "שתל" נרות. התנהגות כל "מנורה" לא השפיעה כלל על עבודתם של אחרים.
נכון, סלילי ההשראה בעיצוב יבלוצ'קוב היו שונים (ולא לטובה) מהפרדיי - ליבותיהם לא נסגרו לטבעת. אך העובדה כי סלילי הזרם החלופי פעלו ברציפות, ולא מעת לעת (כאשר המעגל הופעל או כבה), הביאה את התהילה העולמית של הממציא הרוסי.
שש שנים לאחר מכן פיתח (או ליתר דיוק, סיכום) את הרעיון של יבלוצ'קוב, Usagin, חוקר רפואה של MSU. אוגאגן חיבר מכשירים חשמליים שונים (לא רק נרות) לסיבובי הפלט של הסלילים, אותם כינה "גנרטורים משניים".
הסלילים של יבלובקוב ואוסגין היו שונים זה מזה זה מזה. אם דיבר בשפה מודרנית, שנאי יבלוצ'קובה הגדיל את המתח: בסלילה המשנית היו הרבה יותר סיבובים של חוט דק מאשר אצל הראשוני.
שנאי Usagin מבודד: מספר הסיבובים בשני הפיתולים היה זהה (3000), כמו גם מתחי הכניסה והיציאה (500 וולט).
לוח השנה של תאריכים משמעותיים
סלילי האינדוקציה של יבלוצ'קוב ו"גנרטורים משניים "של Usagin החלו לרכוש תכונות שאנו מכירים כיום במהירות מדהימה. רובוטריקים.
1884 - האחים הופקינסון סגרו את הליבה.
בעבר שטף מגנטי עבר מוט פלדה, ובחלקו מהקוטב הצפוני לדרום - דרך האוויר. עמידות האוויר גדולה פי 8,000 מזו של ברזל. השגת מתח בולט בסלילה המשנית אפשרי רק לזרמים גדולים העוברים בסיבובים רבים. אם הליבה נעשית לטבעת או למסגרת, אזי ההתנגדות מופחתת למינימום.
שנאי שנות ה -80 מברשת תאגיד אור חשמלי
1885 - דרעי ההונגרי קיבל את הרעיון להפעיל שנאים במקביל. לפני כן, כולם השתמשו בחיבור סדרתי.
1886 - שוב הופקינסון. הם למדו כיצד לחשב מעגלים מגנטיים על פי חוק אוהם. בהתחלה הם היו צריכים להוכיח שניתן לתאר תהליכים במעגלים חשמליים ומגנטיים על ידי נוסחאות דומות.
1889 - השוודית סווינבורן הציעה לקרר את פיתולי הליבה והשנאי בשמן מינרלי, שבמקביל ממלא את תפקיד הבידוד. כיום פותח הרעיון של סווינבורן: גרעין מגנטי מפלדה עם פיתולים מורד למיכל גדול, המיכל נסגר במכסה ואחרי ייבוש, חימום, פינוי, מילוי בחנקן אינרטי ופעולות אחרות מוזגים אליו שמן.
שנאי - סוף המאה ה -19 - תחילת המאה העשרים (אנגליה)
שנאי 4000 קילו-כוח (אנגליה) - תחילת הסנט ה -20.
טוקי. עד 150 אלף א. אלה הזרמים שמזינים תנורים להמסת מתכות לא ברזליות. בתאונות, הזרמים הנוכחיים מגיעים ל- 300-500 אלף א '. (קיבולת השנאי על תנורים גדולים מגיעה ל- 180 מגוואט, המתח הראשוני הוא 6-35 קילוואט, על תנורים בעלי הספק גבוה עד 110 קילוואט, 50-300 וולט משניים, ובכבשנים מודרניים עד 1200 וולט).
הפסדים. חלק מהאנרגיה הולך לאיבוד ברצפות, חלק - לחימום הליבה (זרמי אדמה בברזל והפסדי היסטריה). שינוי מהיר של חשמל ומגנטיות nole בזמן (50 הרץ - 50 פעמים בשנייה) מאלץ מולקולות או מטענים בבידוד להתמצא אחרת: אנרגיה נספגת על ידי שמן, צילינדרים בקליט, נייר, קרטון וכו '. ד.
משאבות לשאיבת שמן שנאי חם באמצעות רדיאטורים צריכות קצת כוח.
ובכל זאת, באופן כללי, ההפסדים זניחים: באחד מתכנוני השנאי הגדולים ביותר עבור 630 אלף קילוואט, רק 0.35% מההספק נתקע. מעט מכשירים שיכולים להתפאר בהם. n. ד. יותר מ 99.65%.
כוח מלא. השנאים הגדולים "מחוברים" לגנרטורים החזקים ביותר, כך שכוחותיהם חופפים זה לזה. כיום יש יחידות כוח עבור 300, 500, 800 אלף קילוואט, מחר הנתונים האלה יגדלו ל 1-1.5 מיליון, או אפילו יותר.
השנאי החזק ביותר. השנאי החזק ביותר המיוצר על ידי חברת "אלין" האוסטרית ומיועד לתחנת כוח תרמית באוהיו. ההספק שלה הוא 975 מגה-וולט אמפר, עליו להגביר את המתח שנוצר על ידי גנרטורים - 25 אלף וולט ל -345 אלף וולט (Science and Life, 1989, מס '1, עמ' 5).
שמונת השנאים הגדולים החד פאזיים הגדולים בעולם הם בעלי נפח של 1.5 מיליון קילו-וואט. רובוטריקים הם בבעלות חברת החשמל האמריקאית Power Power Service. 5 מהם מפחיתים מתח מ- 765 ל- 345 קילוואט. ("מדע וטכנולוגיה")
בשנת 2007 ייצרה חברת האחזקות Elektrozavod (מוסקבה) את השנאי החזק ביותר שיוצר בעבר ברוסיה - TC-630000/330 בהספק של 630 MVA למתח של 330 קילוואט, במשקל של כ -400 טון. השנאי של הדור החדש פותח למתקני הדאגה של Rosenergoatom.
שנאי ביתי ORTs-417000/750 בהספק של 417 מגה-וולט למתח של 750 קילוואט
בנייה. כל שנאי לכל מטרה מורכב מחמישה רכיבים: מעגל מגנטי, פיתולים, מיכל, מכסה ותותבים.
הפרט החשוב ביותר - המעגל המגנטי - מורכב מגיליונות פלדה שכל אחד מהם מצופה משני הצדדים בבידוד - שכבת לכה בעובי 0.005 מ"מ.
הממדים, למשל, של השנאים של תחנת הכוח הקנדית בושוויל (מתוצרת חברת סימנס המערב הגרמנית) הם כדלקמן: גובה 10.5 מ ', קוטר חתך 30 - 40 מ '
משקלם של השנאים הללו הוא 188 טון. רדיאטורים, מרחיבים ונפט מוזגים מהם במהלך ההובלה ועדיין עובדי הרכבת נאלצים לפתור בעיה קשה: 135 טון זה לא בדיחה! אך עומס כזה אינו מפתיע אף אחד: בתחנת הכוח הגרעינית באוביישהיים יש קבוצת שנאים בהספק של 300 אלף קילוואט. "הממיר" הראשי שוקל 208 טון, ההתאמה - 101 טון.
כדי למסור קבוצה זו למקום, נדרשה פלטפורמת רכבת של 40 מטר! מהנדסי הכוח שלנו לא קלים יותר: אחרי הכל, העיצובים שהם יוצרים הם מהגדולים בעולם.
שנאי 388 טון! (ארה"ב)
עבודה. שנאי גדול נמשך 94 יום מתוך 100. העומס הממוצע הוא כ 55-65% מהמחושב. זה בזבזני מאוד, אבל שום דבר לא יכול להיעשות: מכשיר אחד ייכשל, האומנות שלו די די מהר ממש "שורף בעבודה". אם, למשל, העמסת המבנה בעומס יתר על ידי 40%, אז בעוד שבועיים הבידוד שלו יתבלה, כמו בשנה של שירות רגיל.
בקרב התלמידים יש מזמן אגדה על אקסצנטרי שעונה על השאלה "איך עובד שנאי?" "" בתושייה "השיב:" אוווו ... "אבל רק היום הסיבה לרעש הזה מתבהרת.
מסתבר שלא מדובר ברטט של לוחות פלדה אשר קשורים זה בזה בצורה גרועה, הרתחת שמן והעיוות האלסטי של הפיתולים הם האשמים. הגורם יכול להיחשב מגנטוסריטציה, כלומר שינוי בגודל החומר במהלך המגנטציה. כיצד להתמודד עם תופעה פיזית זו עדיין לא ידוע, כך שמיכל השנאי מרופד במגנים אטומים לרעש.
הנורמות ל"קולות "של שנאים הן די קפדניות: במרחק של 5 מ '- לא יותר מ -70 דציבלים (רמת דיבור רמה, רעש מכונית), ובמרחק של 500 מ', שם בדרך כלל ממוקמים בנייני מגורים, בערך 35 דציבלים (מדרגות, מוזיקה שקטה).
אפילו סקירה כל כך קצרה מאפשרת לנו להסיק שתי מסקנות חשובות. היתרון העיקרי של השנאי הוא היעדר חלקים נעים. בשל כך, מושגת k גבוהה. n. ד., אמינות מעולה, תחזוקה קלה. החיסרון הגדול ביותר הוא המשקל העצום והממדים.
ואתה עדיין צריך להגדיל את הגודל: אחרי הכל, כוחם של השנאים צריך לצמוח כמה פעמים בעשורים הבאים.
שנאי מיצובישי אלקטריק - 760 מגה - 345 קילוואט
המנון
רובוטריקים הם המכונות הטכנולוגיות ביותר ללא תנועה. "סיפון ברזל אמין. ... "אז הדגיש את הפשטות של העיצוב ואת המשקל הרב, הצרפתי קרא ל- Janvier בשם Transformators.
אך חוסר יכולת זה ניכר: הסיבובים מוקפים בזרמים, ושטפים מגנטיים נעים לאורך ליבת הפלדה. עם זאת, לדבר ברצינות על תנועת אלקטרונים זה איכשהו מביך. חלקיקים טעונים בקושי זוחלים לאורך המוליכים, נעים תוך שעה וחצי מטר בלבד. בין רגעי הכניסה והיציאה של קבוצת האלקטרונים "המסומנים" עוברת כשנה.
מדוע אפוא המתח בסלילה המשנית מתרחש כמעט בו זמנית עם ההכללה? לא קשה לענות: מהירות התפשטות החשמל נקבעת לא על ידי מהירות התנועה של אלקטרונים, אלא על ידי הגלים האלקטרומגנטיים הנלווים אליו. קטניות של אנרגיה מתפתחות 100-200 אלף קמ"ש.
השנאי "לא מתעסק", אך זה בשום אופן לא מדבר על נטייתו "הפנימית" לנוח. יחסי הגומלין בין הזרמים במוליכים מובילים להופעת כוחות הנוטים לדחוס את התפתלים בגובה, להזיזם יחסית זה לזה, להגדלת קוטר הסיבובים. יש צורך לקשור את הפיתולים בעזרת תחבושות, תמוכות, טריזים.
כשהוא מתפוצץ בכוחות פנימיים, השנאי דומה לענק כבול המנסה לשבור שרשראות. במאבק זה אדם תמיד מנצח. אבל מאחורי מכוניות מאולפות אתה צריך עין ועין. כעשרה מגני אלקטרוניים, ממסר וגז מותקנים על כל מבנה, העוקבים אחר הטמפרטורות, הזרמים, המתחים, לחץ הגז ובזמן התקלות הקל ביותר מכבים את הכוח, ומונעים תאונה.
אנו כבר יודעים: החיסרון העיקרי של השנאים של ימינו הוא הגיגנטיות שלהם. הסיבה לכך ברורה גם היא: הכל תלוי בתכונות החומרים המשמשים. אז אולי, אם תחפשו טוב, יהיו רעיונות נוספים להמרת חשמל, מלבד זה שפאראדיי הציע פעם?
למרבה הצער (ואולי, למרבה המזל - מי יודע), אין עדיין רעיונות כאלה, והמראה שלהם לא סביר. כל עוד השלטון הנוכחי מתחלף בתחום האנרגיה ונשאר צורך לשנות את המתח שלו, הרעיון של פאראדיי הוא מעבר לתחרות.
מכיוון שלא ניתן לנטוש שנאים, אולי ניתן יהיה לצמצם את מספרם?
אתה יכול "לחסוך" בשנאים, אם תשפר את מערכת האספקה הנוכחית. רשת החשמל העירונית המודרנית דומה למערכת הדם האנושית. מהכבל הראשי מסתעף "דרך תגובת שרשרת" אל הצרכנים המקומיים. המתח מצטמצם בהדרגה על ידי צעדים ל -380 וולט, ובכל הרמות יש צורך להתקין שנאים.
מומחים לאנגלית פיתחו בפירוט אפשרות אחרת ורווחית יותר. הם מציעים לשלטון את לונדון על פי תוכנית זו: כבל של 275 אלף נכנס למרכז העיר. כאן, הזרם מתוקן, והמתח "באופן אוטומטי" יורד ל -11 אלף וולט, זרם ישיר מועבר למפעלים ואזורי מגורים, מומר שוב למתח מתחלף ומוריד במתח. כמה רמות מתח נעלמות, פחות שנאים, כבלים והתקנים קשורים.
תדירות התנודות הנוכחיות בארצנו היא 50 הרץ. מסתבר שאם תעבור ל -200 הרץ, משקל השנאי יקטן בחצי! כאן, כך נראה, דרך אמיתית לשיפור העיצוב. עם זאת, עם עלייה בתדירות הזרם בגורם של 4, ההתנגדות של כל האלמנטים במערכת הכוח וההפסד הכולל של הכוח והמתח יגברו במקביל. אופן הפעולה של הקו ישתנה, וארגון מחדש שלו לא ישתלם בחיסכון.
ביפן, למשל, חלק ממערכת הכוח פועל במהירות של 50 הרץ, וחלקם ב -60 הרץ. מה קל יותר להביא את המערכת ל"מכנה "אחד? אבל לא: זה לא מפריע רק בבעלות פרטית על תחנות כוח וקווי מתח גבוה, אלא גם מהעלות הגבוהה של השינויים הקרובים.
שנאי ABB
ניתן לצמצם את גודל השנאים על ידי החלפת חומרים מגנטיים ומוליכים של ימינו בתכונות חדשות טובות בהרבה. משהו כבר נעשה: למשל, נבנה ונבדק רובוטריקים מוליכים-על.
כמובן, הקירור מסבך את העיצוב, אך הרווח ברור מאליו: צפיפות הזרם עולה ל -10 אלף, וכנגד הקודם (1 א) עבור כל מילימטר רבוע של חתך הכבל. עם זאת, רק מעט מאוד חובבים מסתכנים בהימורים על שנאים בטמפרטורה נמוכה, מכיוון שהיתרון בסלילה מנוטרל לחלוטין על ידי היכולות המוגבלות של המעגל המגנטי מפלדה.
אבל כאן בשנים האחרונות יש דרך החוצה: או לאגד את הפיתולים הראשוניים והמשניים ללא מתווך - פלדה, או למצוא חומרים טובים יותר מברזל בתכונות מגנטיות. הדרך הראשונה מבטיחה מאוד, ושנאים "אוויריים" כאלה כבר נבדקו. הפיתולים סגורים בתיבה העשויה מוליך-על - "מראה" אידיאלית לשדה מגנטי.
התיבה אינה נותנת את השדה החוצה ואינה מאפשרת לו להתפזר במרחב. אבל כבר אמרנו: התנגדות המגנטית של האוויר גדולה מאוד. תצטרך לסובב יותר מדי פניות "ראשוניות" ולהחיל עליהן זרמים גבוהים מדי בכדי לקבל "משני" בולט.
דרך נוספת - מגנטים חדשים - גם מבטיחה המון. התברר כי בטמפרטורות נמוכות מאוד הולמיום, ארביום, דיספרוזריום הופכים למגנטיים, ושדות הרוויה שלהם גדולים פי כמה מזה של הברזל (!). אך ראשית, מתכות אלו שייכות לקבוצת האדמה הנדירה, ולכן הן נדירות ויקרות, ושנית, הפסדי ההיסטריה בהן, ככל הנראה, יהיו גבוהים בהרבה מפלדה.
V. סטפנוב
על פי חומרי כתב העת "נוער טכנולוגיה"
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: