Лекция 2 - Конспекты (1095368), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Усиленный таким образом поток электроновбудет протекать только в каком-либо одном направлении. Он и является постоянным электрическим током.Один элемент такого устройства объёмом в доли кубического сантиметрапозволяет получить электрический ток силой в несколько миллионных долейампера при напряжении в десятые доли вольта. Соединив параллельно (дляувеличения силы тока) несколько тысяч таких элементов, можно получать силутока уже в сотни миллиампер, а соединяя такие наборы элементов ещё и последовательно друг с другом (для увеличения напряжения) – получать батарею внесколько вольт, вполне достаточную для электропитания портативной РЭА(рисунок 2.30).78Электропитание РЭАГлава 2Рисунок 2.30 – Один из вариантов устройства атомной батареиТак как период полураспада стронция-90 равен 24 годам, такая атомнаябатарея может действовать без смены в течение 10-15 лет!Высоковольтные (до 150 тыс.
вольт) атомные батареи, правда, дающиеток ничтожно малой силы (10-10-10-12 А), конструируют по другому принципу.В них источник быстрых электронов помещают на изоляторе в центре металлической сферы или цилиндра. При радиоактивном распаде из источника излучений вылетает облако β-частиц (электроны), вследствие чего он заряжается положительно, а собиратель электронов (сфера) – отрицательно. Естественно, между ними образуется разность потенциалов, создающая при замыкании электродов на нагрузку электрический ток. Столь высокая разность потенциаловмежду источником электронов и сферой создаётся за счет огромной скоростииспускаемых электронов.Если активность источника β-частиц равна 1 Ки, то такая атомная батареябудет развивать мощность около 200 мкВт при рабочем напряжении20 кВ.
Срок её действия определяется периодом полураспада использованногорадиоактивного вещества.79Электропитание РЭАГлава 2Атомные батареи могут быть устроены и по-другому: например, в виденаполненной газом трубки, в которой радиоактивное излучение сперва ионизирует атомы газа, а затем образовавшиеся ионы под действием небольшой разности потенциалов между двумя электродами трубки создают электрическийток. Или устройства, в котором энергия радиоактивного излучения нагревает довысокой температуры спаи батареи полупроводниковых термоэлементов, вырабатывающих постоянный электрический ток.В 2014 г. ГК "Росатом" совместно с Академией Наук РФ представилиуникальную разработку: способ получения радионуклида никель-63 для бетавольтаических источников тока.Никель-63 (период полураспада – 100 лет) в природе не встречается – егосоздаёт человек.
В США научились так обогащать природный никель, что внём появляется 20% нового изотопа. Вот только для батарейки этого очень мало. Наши учёные достигли 80%-го обогащения.Срок службы таких батарей – 50 лет. Для мироздания такой источникэлектроэнергии не вечный, но для человека это больше, чем половина жизни.Но самое главное, мягкое β-излучение никакой опасности для человека непредставляет – это не γ-излучение. К тому же оно будет экранироваться корпусом устройства. А по истечении 50 лет никель превратится в… обычную медь,то есть даже если батарейку до окончания срока службы выбросят в лесу илиполе, вреда природе в отличие от нынешних литиевых она не нанесёт.Весьма и весьма большие перспективы у атомных батарей лежат в сферепроизводства мобильных телефонов.
Сколько способен продержаться самыйсовременный, самый мощный в плане автономной работы смартфон? Даже припассивном использовании смартфон вряд ли продержится более 3 суток. В качестве источников электроэнергии в современных смартфонах используют аккумуляторные батареи литий-ионного типа. Чуть реже встречаются модели, работающие на полимерных аккумуляторах. На самом деле подобные телефоны80Электропитание РЭАГлава 2не выдерживают очень долгой работы. Играть в них во время автономной работы, смотреть на них фильмы можно считанное количество часов, котороеобычно не превышает десяти.Вторым по перспективности направлением применения атомных батарейявляется космическая индустрия и медицина.
На третьем месте, конечно же,находится промышленность.Однако о серийном выпуске атомных батарей в промышленных масштабах говорить, пожалуй, слишком рано из-за их дороговизны (1 г вещества =4 тыс. долларов). Остаётся надеяться только на то, что со временем будут найдены альтернативные технологии, позволяющие создать дешёвый атомный аккумулятор без ущерба его надёжности и практичности. Проблема заключается всамом изотопе. В природе его просто-напросто не существует, создают изотоппри помощи специальных реакторов.
В нашей стране их всего лишь три.2.4 Электромашинные генераторы2.4.1 Общие сведенияЭлектромашинные генераторы преобразуют механическую энергию вэлектрическую. Их делят на генераторы постоянного и переменного тока.Наиболее широкое применение нашли синхронные и асинхронные генераторы, действие которых основано на использовании вращающегося магнитногополя. В синхронных машинах процесс преобразования энергии происходит присинхронной частоте, то есть когда частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного поля.
В асинхронных машинах процесс преобразованияэнергии происходит при асинхронной частоте, то есть когда частота вращенияротора отличается от частоты вращения магнитного поля.Как правило, в электроэнергетике используют только вращающиеся электромашинные генераторы. В их основе лежит эффект возникновение ЭДС впроводнике, на который каким-либо образом действует изменяющееся магнитное поле (закон электромагнитной индукции – индуцирование ЭДС в прямо81Электропитание РЭАГлава 2угольном контуре, находящемся в однородном вращающемся магнитном поле; или наоборот, прямоугольный контур вращается в однородном неподвижном магнитном поле).Генератор превращает механическую энергию в электрическую путёмвращения проволочной катушки в магнитном поле.
Электрический ток вырабатывается и тогда, когда силовые линии движущегося магнита пересекают виткипроволочной катушки. Электроны перемещаются по направлению к положительному полюсу магнита, а электрический ток течёт от положительного полюса к отрицательному. До тех пор, пока силовые линии магнитного поля пересекают катушку (проводник), в проводнике индуцируется электрический ток.Аналогичный принцип работает и при перемещении проволочной рамки относительно магнита, т. е. когда рамка пересекает силовые линии магнитного поля.Индуцированный электрический ток течёт таким образом, что его поле отталкивает магнит, когда рамка приближается к нему, и притягивает, когда рамкаудаляется. Каждый раз, когда рамка изменяет ориентацию относительно полюсов магнита, электрический ток также изменяет своё направление на противоположное.
Всё то время, пока источник механической энергии вращает проводник (или магнитное поле), генератор будет вырабатывать переменный электрический ток.Ту часть генератора, которая предназначена для создания магнитного поля, называют индуктором, а часть, в которой индуцируется ЭДС – якорем.Вращающуюся часть машины называют ротором, а неподвижную часть –статором.
В синхронных машинах переменного тока индуктором обычно является ротор, а в машинах постоянного тока – статор. В обоих случаях индуктор представляет собой обычно двух- или многополюсную электромагнитнуюсистему, снабжённую обмоткой возбуждения, питаемой постоянным током (током возбуждения), но встречаются и индукторы, состоящие из системы постоянных магнитов.
В индукционных (асинхронных) генераторах переменного то82Электропитание РЭАГлава 2ка индуктор и якорь не могут чётко (конструктивно) различаться друг от друга(можно сказать, что статор и ротор одновременно являются и индуктором иякорем).Более 95% электроэнергии на электростанциях мира производится припомощи синхронных генераторов переменного тока.
При помощи вращающегося индуктора в этих генераторах создаётся вращающееся магнитное поле, наводящее в статорной (обычно трёхфазной) обмотке переменную ЭДС, частотакоторой точно соответствует частоте вращения ротора (находится в синхронизме с частотой вращения индуктора). Если индуктор, например, имеет дваполюса и вращается с частотой 50 об/с, то в каждой фазе статорной обмоткииндуцируется переменная ЭДС частотой 50 Гц.
Конструктивное исполнениетакого генератора упрощённо изображено на рисунке 2.31.Рисунок 2.31 – Устройство двухполюсного синхронного генератора1 – статор (якорь); 2 – ротор (индуктор); 3 – вал; 4 – корпус; 5 – скользящие контакты; 6 –виток; 7 – электромагнит; U-X, V-Y, W-Z – размещённые в пазах статора части обмоток трёхфазМагнитная система статора представляет собой спрессованный пакеттонких стальных листов, в пазах которого располагается статорная обмотка.Обмотка состоит из трёх фаз, сдвинутых в случае двухполюсной машины друг83Электропитание РЭАГлава 2относительно друга на 1/3 периметра статора; в фазных обмотках индуцируются ЭДС, сдвинутые друг относительно друга на 120°. Обмотка каждой фазы, всвою очередь, состоит из многовитковых катушек, соединённых между собойпоследовательно или параллельно.Полюсов индуктора и, в соответствии с этим, полюсных делений статора,может быть и больше двух.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
