Comment les générateurs d'électricité et dynamos travail - Expliquez que Stuff
Photo: Un générateur d'électricité typique. Celui-ci peut faire jusqu'à 225kW de l'énergie électrique et est utilisé pour tester les turbines à vent prototype. Photo de Lee Fingersh avec la permission du Département américain de l'énergie / Laboratoire national des énergies renouvelables (DOE / NREL).
D'où vient l'électricité?
La meilleure façon de comprendre l'électricité est de commencer par lui donner son nom propre: l'énergie électrique. Si vous voulez quoi que ce soit électrique exécuter, d'un grille-pain ou une brosse à dents à un lecteur MP3 ou un téléviseur. vous avez besoin pour alimenter un approvisionnement régulier en énergie électrique. Où allez-vous pour obtenir cela? Il y a une loi fondamentale de la physique appelée la conservation de l'énergie qui explique comment vous pouvez obtenir de l'énergie et la façon dont vous ne pouvez pas. Selon cette loi, il y a une quantité fixe d'énergie dans l'univers et quelques bonnes nouvelles et mauvaises nouvelles sur ce que nous pouvons faire. Les mauvaises nouvelles sont que nous ne pouvons pas créer plus d'énergie que nous avons déjà; les bonnes nouvelles sont que nous ne pouvons détruire ni d'énergie. Tout ce que nous pouvons toujours faire avec l'énergie est le convertir d'une forme en une autre.
Photo: Un grand générateur d'électricité entraînée par la vapeur à Leathers CalEnergy centrale électrique géothermique dans Imperial County, en Californie. Photo de Warren Gretz avec la permission du Département américain de l'énergie / Laboratoire national des énergies renouvelables (DOE / NREL).
Si vous voulez trouver un peu d'électricité pour alimenter votre téléviseur, vous ne serez pas faire l'énergie hors de l'air: la conservation de l'énergie nous dit que c'est impossible. Qu'est-ce que vous allez faire est en utilisant l'énergie convertie à partir d'une autre forme dans l'énergie électrique dont vous avez besoin. En général, cela se produit dans une centrale électrique à une certaine distance de votre maison. Branchez votre flux TV et de l'énergie électrique en travers un câble. Le câble est beaucoup plus longue que vous pourriez penser: il fonctionne en fait tout le chemin de votre téléviseur sous terre ou dans l'air à la centrale électrique où l'énergie électrique est en cours de préparation pour vous d'un combustible riche en énergie comme le charbon, le pétrole, gaz, ou de combustible nucléaire. En ces temps respectueux de l'environnement, une partie de votre électricité sera également en provenance de turbines à vent. centrales hydroélectriques (qui font la puissance en utilisant l'énergie dans les rivières endiguées), ou de l'énergie géothermique (chaleur interne de la Terre). Quel que soit votre énergie vient, ça va certainement être transformée en électricité à l'aide d'un générateur. Seules les cellules solaires produisent de l'électricité sans utiliser des générateurs.
Comment peut-on produire de l'électricité?
Un moteur électrique est essentiellement juste un bobinage serré de fil de cuivre enroulé autour d'un noyau de fer qui est libre de tourner à grande vitesse à l'intérieur d'un puissant aimant permanent. Lorsque vous nourrissez l'électricité dans la bobine de cuivre, il devient un temporaire, aimant autrement dit alimenté électriquement, un électro-aimant et génère un champ magnétique tout autour. Ce champ magnétique temporaire pousse contre le champ magnétique que l'aimant permanent crée et force la bobine à tourner. Par un peu de conception astucieuse, la bobine peut être mis en rotation en continu dans le même sens, la filature en rond et alimenter quoi que ce soit à partir d'une brosse à dents électrique pour un train électrique.
Comment un générateur fonctionne?
Oeuvre: Un simple générateur de ce type de produit du courant alternatif (courant électrique qui inverse périodiquement). Chaque côté du générateur (vert ou orange) est soit vers le haut ou vers le bas. Quand il se déplace vers le haut, il va générer un courant qui circule façon; quand il se déplace vers le bas, le courant circule dans l'autre sens. Si vous êtes un mètre connecté au fil, vous ne savez pas de quelle manière le fil se déplace: tout ce que vous voyez est que la direction du courant inverse périodiquement: vous voyez un courant alternatif.
La chose importante à noter est que vous générez un courant que lorsque vous déplacez le fil à travers le champ magnétique (ou lorsque vous déplacez un aimant passé un fil, ce qui revient au même). Il ne suffit pas de placer un fil près d'un aimant: pour produire de l'électricité, que ce soit le fil doit passer devant l'aimant ou vice-versa. Supposons que vous voulez générer beaucoup d'électricité. Soulever un fil de haut et vers le bas toute la journée ne va pas être beaucoup plus que vous avez besoin de plaisir afin de concevoir une façon de déplacer un fil passé un aimant en montant un ou l'autre d'entre eux sur une roue. Ensuite, lorsque vous tournez la roue, le fil et l'aimant se déplace par rapport à l'autre et un courant électrique sera produite.
Maintenant, voici la partie intéressante. Supposons que vous plier un fil dans une boucle, assis-le entre les pôles d'un aimant, et arrangez il sera constamment en rotation comme dans le schéma ci. Vous pouvez probablement voir que vous tournez la boucle, chaque côté du fil (soit du côté orange ou le côté vert) sera parfois déplacer et parfois se déplacer vers le bas. Quand il est vers le haut, l'électricité circulera dans un sens; quand il se déplace vers le bas, le courant circule dans l'autre sens. Ainsi, un générateur de base de ce type va produire un courant électrique qui change de sens à chaque fois que la boucle de fil se renversent (en d'autres termes, un courant alternatif ou AC). Cependant, la plupart des générateurs simples produisent en fait si courant direct comment ils le gèrent?
génératrices à courant continu
AC Alternateurs
Que faire si vous voulez générer un courant alternatif (AC) au lieu de courant continu? Ensuite, vous avez besoin d'un alternateur. qui est simplement un générateur de courant alternatif. La plus simple de l'alternateur est comme un générateur de courant continu sans collecteur. Comme la bobine ou des aimants tournent devant l'autre, le courant augmente naturellement, tombe, et inverse, ce qui donne une sortie AC. Tout comme il y a des moteurs à induction à courant alternatif. qui utilisent des électro-aimants pour produire un champ magnétique tournant au lieu d'aimants permanents, donc il y a des alternateurs qui fonctionnent par induction d'une manière similaire.
Alternateurs sont principalement utilisés pour la production d'électricité à partir des moteurs de véhicules. Voitures utilisent des alternateurs, conduits par leurs moteurs à essence. qui charger leurs batteries car ils roulent le long (le courant alternatif est converti en courant continu par des diodes ou des circuits de redressement).
Création: comparaison entre le générateur de courant continu plus simple avec l'alternateur AC simple. Dans cette conception, la bobine (gris) tourne entre les pôles d'un aimant permanent. Chaque fois qu'il tourne d'un demi-tour, le courant génère des revers. Dans le générateur de courant continu (en haut), un commutateur inverse le courant à chaque fois que la bobine se déplace un demi-tour, annulant l'inversion du courant. Dans l'alternateur AC (en bas), il n'y a pas si la sortie collecteur monte simplement, tombe et renverse que la bobine tourne. Vous pouvez voir le courant de sortie de chaque type de générateur dans le tableau à droite.
Générateurs dans le monde réel
Photo: Un alternateur est un générateur qui produit AC (courant alternatif) au lieu de courant continu (courant continu). Ici, nous pouvons voir un mécanicien retirer l'alternateur d'un moteur de bateau à moteur hors-bord. Photo de Yesenia Rosas avec la permission de l'US Navy.
générateurs portables
Photo: Un générateur d'électricité portable alimenté par un moteur diesel. Photo de JoAnn S. Makinano avec la permission de l'US Air Force et l'imagerie de défense.
La plupart du temps, nous prenons pour acquis l'électricité. Nous allumons les lumières. Les téléviseurs ou les laveuses sans arrêter de penser que l'énergie électrique que nous utilisons doit venir de quelque part. Mais si vous travaillez en plein air, au milieu de nulle part, et il n'y a pas d'électricité, vous pouvez utiliser pour alimenter votre scie à chaîne ou votre perceuse électrique?
Il est possible d'utiliser des outils sans fil avec des batteries rechargeables. Une autre option est d'aller pour les outils pneumatiques, tels que des marteaux-piqueurs. Ceux-ci sont tout à fait mécanique et alimenté par air comprimé au lieu de l'électricité. Une troisième option consiste à utiliser un générateur d'électricité portable. Il est tout simplement un petit moteur à essence (moteur à essence), similaire au moteur compact que vous obtenez sur une moto, avec un générateur d'électricité fixé. Comme le moteur chugs loin, brûler l'essence, il pousse un piston avant et en arrière, en tournant un générateur et à produire un courant électrique constant à sa sortie. Avec l'aide d'un transformateur. vous pouvez utiliser un générateur comme celui-ci pour produire à peu près toute tension dont vous avez besoin, partout où vous en avez besoin. Tant que vous avez assez d'essence, vous pouvez faire votre propre approvisionnement en électricité indéfiniment. Mais rappelez-vous la conservation de l'énergie: à court de gaz et vous manquez d'électricité aussi bien!