Лекция 1 - Конспекты (1095366), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Устройства на основе этойтехнологии должны находиться как можно ближе к телу человека, чтобы использовать его тепло для производства электроэнергии для бытовых нужд. На21Электропитание РЭАГлава 1данный момент на основе технологии "Power Pocket" созданы два практичныхтовара: шорты и спальный мешок. Впервые они были опробованы в 2013 г.Опыт оказался удачным, одной ночи человека в таком спальном мешке оказалось достаточно, чтобы зарядить аккумулятор смартфона примерно на 50%.Японская компания "East Japan Railway Company", один из лидеров пассажирских перевозок в Стране Восходящего Солнца, решила оснастить каждыйсвой турникет генератором электроэнергии.
Так что пассажиры, проходящиечерез них, сами того не осознавая, будут вырабатывать электричество.Необходимо отметить, что технические направления развития устройств,связанных с преобразованием энергии, всегда являлись довольно сложными.Это объяснялось тем, что процессы, в которых происходит изменение энергиипри переходе из одного состояния в другое, принципиально обладают "затратной" по расходу мощности технологией, поэтому развитие этих направлений втехнике имеет свою специфику. Она заключается в том, что в изделиях этоготипа в любом случае при коммутации силового ключа всегда происходит выделение потерянной в процессе преобразования энергии.
А это, в свою очередь,сопряжено с проблемой теплопередачи и, в конечном счете, влияет на долговечность и надёжность всего изделия. Поэтому технический прогресс в этойобласти весьма консервативен. Если при развитии информационных технологий прогресс при появлении новых, революционных открытий даёт порой гигантский скачок в их развитии, то в системах с преобразованием энергии мыможем наблюдать только постепенный прогресс.1.4 Электропитание радиоэлектронной аппаратуры: общие сведенияТолковый словарь определяет электропитание как "снабжение чего-тоэлектроэнергией".Подобно воздуху, являющемуся условием и средой жизнедеятельностипрактически всех живых организмов на Земле, электропитание является условием и средой функционирования практически всей современной РЭА.
Отказ22Электропитание РЭАГлава 1системы, обеспечивающей электропитание, приводит к прекращению работыпитаемого оборудования. Поэтому ни одна РЭС не может быть надежнее еёсистемы электропитания (или ни одно радиоэлектронное устройство не можетбыть надёжнее его источника тока).В электроэнергетике существуют два вида источников электрическойэнергии: переменного тока и постоянного тока. Подавляющую часть электрической энергии для сетей общего пользования вырабатывают трёхфазные синхронные генераторы со стандартным уровнем напряжения (различным в разныхстранах) и частоты (50 Гц в России, Западной Европе и др., 60 Гц в США и Канаде, половине стран Центральной и Южной Америки и др.).
В автономныхсистемах электроснабжения используют для производства электрической энергии асинхронные генераторы, а в отдельных случаях специальные электрические машины, как правило, с повышенной частотой напряжения, обычно 400,800, 1200 Гц и выше.В соответствии с двумя видами источников существуют и два вида потребителей электрической энергии: потребители переменного тока (однофазные и многофазные) и потребители постоянного или пульсирующего однонаправленного тока.Все источники электроэнергии условно делят на первичные и вторичные.К первичным источникам электроэнергии относят источники, преобразующиенеэлектрическую энергию (химическую, тепловую, механическую, световую ит.д.) в электрическую. Среди них:- химические источники тока;- термоэлектронные генераторы и преобразователи;- фотоэлектрические источники тока;- топливные элементы;- биохимические источники тока;- атомные источники тока;23Электропитание РЭАГлава 1- электромашинные генераторы.Ко вторичным источникам электроэнергии относят источники, преобразующие те или иные параметры электрической энергии.
Как правило, все вторичные источники электроэнергии относят к устройствам силовой электроники.Множество различных потребителей требует в общем случае возможности использовать электрическую энергию с нестандартными параметрами (регулируемым напряжением, нестандартной частотой, различным числом фаз,другим, чем в источнике рода тока).
Поэтому для наиболее эффективного использования электрической энергии, генерируемой с постоянными параметрами, необходимы преобразователи электрической энергии между источником ипотребителем. В развитых странах мира сегодня уже до 40% всей вырабатываемой электроэнергии подвергается преобразованию перед использованием.Такую ситуацию в чем-то можно сравнить с ситуацией в хлебопечении,где из муки двух зерновых культур – пшеницы и ржи – выпекают сотни различных видов хлебобулочных изделий, позволяющих пользователям выбиратьтот продукт, который им наиболее предпочтителен.Очевидно, вторичный источник электроэнергии не может существоватьотдельно от первичного. Тогда как первичный источник вполне может обеспечивать электропитание того или иного устройства без "посредничества" вторичного, если параметры его выходного напряжения соответствуют требованиям питаемого устройства.Рассмотрим далее наиболее распространённые примеры первичных источников электроэнергии.Химические источники тока (ХИТ) непосредственно преобразуют химическую энергия в электрическую.
ХИТ широко используют для автономногоэлектропитания РЭА. Также их применяют как вспомогательные и (или) резервные источники электроэнергии. Выходное напряжение ХИТ практически24Электропитание РЭАГлава 1не содержит переменной составляющей (пульсаций). Поэтому ХИТ часто используют в РЭА, критичной к качеству напряжения электропитания.ХИТ принято делить на две группы:- гальванические элементы и батареи;- аккумуляторы (от латинского accumulator, что означает "собиратель"; вэлектротехнике так называют устройства, накапливающие электрическую энергию с целью её дальнейшего применения).Элементы первой группы также называют первичными ХИТ, а элементывторой – вторичными.Первичные ХИТ – одноразовые, содержат активные вещества в электродах, а после полного расходования активных веществ становятся неработоспособными и требуют замены новыми.
Процесс генерации энергии в ХИТ называют разрядом. Как правило, ХИТ работают в режиме непрерывного или прерывистого разряда. ХИТ, состоящий из одной ячейки, называют гальваническим элементом. Если ХИТ состоит из двух и более элементов, то он называется гальванической батареей.Так как в ХИТ имеет место непосредственное превращение химическойэнергии в электрическую (без тепловой стадии), то коэффициент полезногодействия (КПД) ХИТ обычно высок – и составляет 90-95%.Вторичные ХИТ после разряда, т.е. после израсходования активных масс,могут быть приведены в рабочее состояние пропусканием электрического токачерез элемент в обратном направлении.Первичные ХИТ, по сравнению с аккумуляторами, обладают большейудельной электрической ёмкостью и имеют меньшую стоимость. Основным жепреимуществом аккумуляторов является возможность их многократного использования и вследствие этого значительно меньшая стоимость единицы получаемой электроэнергии.25Электропитание РЭАГлава 1Термобатареи непосредственно преобразуют тепловую энергию в электрическую.
Их делят на термоэлектронные генераторы и термоэлектронныепреобразователи.В простейшем виде термобатареи представляет собой батарею термопар,у которых одни концы спаев нагреваются, а другие имеют достаточно низкуютемпературу, благодаря чему создается термо-ЭДС – и во внешней цепи протекает электрический ток. Каждая термопара может состоять из двух разнородных полупроводников или из проводника и полупроводника.Фотоэлектрические источники тока осуществляют преобразование тепловой и световой энергии в электрическую.В общем случае к фотоэлектрическим преобразователям относят:- вентильные фотоэлементы;- вакуумные и газонаполненные (ламповые) фотодиоды;- фототранзисторы и фототиристоры;- электрохимические (жидкостные) фотоэлементы.Как источник тока в РЭА находят применение только первые из них, таккак у остальных КПД преобразования с точки зрения энергетики слишком мал.Яркий пример вентильных фотоэлементов – солнечные батареи.Топливные элементы осуществляют непосредственное преобразованиеэнергии химических реакций в электрическую энергию.
Действие таких элементов основано на электрическом окислении вещества (топлива), которое подобно реакции горения топлива. Однако в отличие от горения в этих элементахокисление топлива и восстановление кислорода происходит на разных электродах. Поэтому энергия выделяется в нагрузке без промежуточного преобразования в энергию иного вида, что обеспечивает высокий КПД преобразователя. Втопливных элементах химическая реакция протекает при взаимодействии активных веществ, которые в твердом, жидком или газообразном состоянии непрерывно поступают к электродам.26Электропитание РЭАГлава 1В отличие от ХИТ, в топливных источниках тока электроды являются нерасходуемыми (и неизменяемыми при работе), а реагенты хранятся вне элемента и подаются в него в процессе работы.Биохимические источники тока можно рассматривать как разновидность топливных элементов, так как в них протекают подобные окислительновосстановительные процессы.
Отличие биохимических элементов от топливных состоит в том, что активные вещества (или одно из них) создаются с помощью бактерий или ферментов из различных углеводов и углеродов.Атомные элементы превращают атомную энергию непосредственно вэлектрический ток, минуя множество "посредников": паровые котлы, паропроводы, теплообменники, турбины, вращающиеся генераторы тока. Напряжение втаких элементах может достигать нескольких киловольт, а внутреннее сопротивление очень велико (порядка 1013 Ом). Разрядный ток не превышает одногомиллиампера.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
