Хүн төрөлхтний хэрэгцээг хангалттай эрчим хүчээр хангах нь орчин үеийн шинжлэх ухааны өмнө тулгарч буй гол зорилтуудын нэг юм. Нийгэм оршин тогтнох үндсэн нөхцлийг хангахад чиглэсэн үйл явцын эрчим хүчний хэрэглээ нэмэгдэж байгаатай холбогдуулан их хэмжээний эрчим хүч үйлдвэрлэхэд төдийгүй түүний түгээлтийн системийг тэнцвэртэй зохион байгуулахад хурц асуудал үүсдэг. Мөн эрчим хүчний хувиргах сэдэв нь энэ хүрээнд чухал ач холбогдолтой юм. Энэ үйл явц нь ашигтай эрчим хүчний нөөцийг бий болгох коэффициент, түүнчлэн ашигласан дэд бүтцийн хүрээнд технологийн үйл ажиллагаанд үйлчлэх зардлын түвшинг тодорхойлдог.
Хөрвүүлэх технологийн тойм
Янз бүрийн төрлийн эрчим хүчийг ашиглах хэрэгцээ нь хангамжийн эх үүсвэр шаардагдах үйл явцын ялгаатай байдалтай холбоотой. Дулаан шаардлагатайхалаалт, механик энерги - механизмын хөдөлгөөнийг дэмжих, гэрэл - гэрэлтүүлэг. Цахилгаан эрчим хүчийг хувиргах, янз бүрийн салбарт ашиглах боломжийн хувьд бүх нийтийн эрчим хүчний эх үүсвэр гэж нэрлэж болно. Анхны энергийн хувьд ихэвчлэн байгалийн үзэгдлүүд, мөн ижил дулаан эсвэл механик хүчийг бий болгоход хувь нэмэр оруулдаг зохиомлоор зохион байгуулалттай процессуудыг ашигладаг. Тухайн тохиолдол бүрт тодорхой төрлийн тоног төхөөрөмж эсвэл нарийн төвөгтэй технологийн бүтэц шаардлагатай бөгөөд энэ нь зарчмын хувьд эрчим хүчийг эцсийн болон завсрын хэрэглээнд шаардагдах хэлбэрт шилжүүлэх боломжийг олгодог. Түүгээр ч зогсохгүй хувиргагчийн даалгавруудын дотроос зөвхөн хувиргалт нь эрчим хүчийг нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт шилжүүлэхэд онцгой ач холбогдолтой юм. Ихэнхдээ энэ процесс нь энергийн зарим параметрийг хувиргалгүйгээр өөрчлөхөд үйлчилдэг.
Өөрчлөлт нь нэг үе шаттай эсвэл олон үе шаттай байж болно. Нэмж дурдахад, жишээлбэл, нарны үүсгүүрийг фотокристалл эсүүд дээр ажиллуулах нь ихэвчлэн гэрлийн энергийг цахилгаан болгон хувиргах гэж үздэг. Гэхдээ үүнтэй зэрэгцэн халалтын үр дүнд нарны хөрсөнд өгдөг дулааны энергийг хувиргах боломжтой. Газрын гүний дулааны модулиудыг газрын тодорхой гүнд байрлуулж, тусгай дамжуулагчаар дамжуулан батарейг эрчим хүчний нөөцөөр дүүргэдэг. Энгийн хувиргах схемд газрын гүний дулааны систем нь дулааны энергийн хуримтлалыг хангадаг бөгөөд энэ нь халаалтын төхөөрөмжид үндсэн бэлтгэлтэй цэвэр хэлбэрээр өгдөг. Нарийн төвөгтэй бүтцэд дулааны насосыг нэг бүлэгт ашигладагдулаан, цахилгаан хувиргалтыг хангадаг дулаан конденсатор болон компрессортой.
Цахилгаан энерги хувиргах төрлүүд
Байгалийн үзэгдлээс анхдагч энерги гаргаж авах технологийн янз бүрийн арга байдаг. Гэхдээ эрчим хүчний шинж чанар, хэлбэрийг өөрчлөх илүү их боломжийг хуримтлагдсан эрчим хүчний нөөцөөр хангаж өгдөг, учир нь тэдгээр нь хувиргахад тохиромжтой хэлбэрээр хадгалагддаг. Эрчим хүчийг хувиргах хамгийн түгээмэл хэлбэрт цацраг, халаалт, механик болон химийн нөлөөллийн үйл ажиллагаа орно. Хамгийн төвөгтэй системүүд нь молекул задралын процессууд болон хувирах олон үе шатыг хослуулсан олон түвшний химийн урвалуудыг ашигладаг.
Хувиргах тодорхой аргыг сонгох нь үйл явцын зохион байгуулалтын нөхцөл, анхны болон эцсийн энергийн төрлөөс хамаарна. Цацрагийн, механик, дулааны, цахилгаан, химийн энергийг зарчмын хувьд хувиргах үйл явцад оролцдог хамгийн түгээмэл энергийн төрлүүдээс ялгаж салгаж болно. Наад зах нь эдгээр нөөцийг үйлдвэрлэл, өрхөд амжилттай ашиглаж байна. Тодорхой технологийн үйл ажиллагааны дериватив болох эрчим хүчийг хувиргах шууд бус үйл явцыг тусад нь анхаарч үзэх хэрэгтэй. Жишээлбэл, металлургийн үйлдвэрлэлийн хүрээнд халаалт, хөргөлтийн үйл ажиллагаа шаардлагатай байдаг бөгөөд үүний үр дүнд уур, дулаан нь дериватив хэлбэрээр үүсдэг боловч зорилтот нөөц биш юм. Үндсэндээ эдгээр нь боловсруулалтын хаягдал бүтээгдэхүүн,Эдгээр нь нэг аж ахуйн нэгжид ашиглагдаж, өөрчлөгдөж эсвэл ашиглагдаж байна.
Дулааны энерги хувиргах
Хөгжлийн хувьд хамгийн эртний хүмүүсийн нэг бөгөөд хүний амьдралыг тэтгэх эрчим хүчний хамгийн чухал эх үүсвэр бөгөөд үүнгүйгээр орчин үеийн нийгмийн амьдралыг төсөөлөхийн аргагүй юм. Ихэнх тохиолдолд дулааныг цахилгаан болгон хувиргадаг бөгөөд ийм хувиргалт хийх энгийн схем нь завсрын үе шатуудын холболтыг шаарддаггүй. Гэсэн хэдий ч дулааны болон атомын цахилгаан станцуудад тэдгээрийн ашиглалтын нөхцлөөс хамааран дулааныг механик энерги болгон шилжүүлэх бэлтгэл үе шатыг ашиглаж болох бөгөөд энэ нь нэмэлт зардал шаарддаг. Өнөөдөр дулааны энергийг цахилгаан болгон хувиргахад шууд ажилладаг дулааны цахилгаан үүсгүүрүүд улам бүр ашиглагдаж байна.
Хувиргах үйл явц нь өөрөө шатаж, дулаан ялгаруулж, улмаар одоогийн үүсэх эх үүсвэр болдог тусгай бодист явагддаг. Өөрөөр хэлбэл, дулааны цахилгаан суурилуулалтыг тэг мөчлөгтэй цахилгаан эрчим хүчний эх үүсвэр гэж үзэж болно, учир нь тэдгээрийн үйл ажиллагаа нь үндсэн дулааны энерги үүсэхээс өмнө эхэлдэг. Түлшний эсүүд, ихэвчлэн хийн хольц нь үндсэн нөөцийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Тэдгээрийг шатааж, үүний үр дүнд дулаан хуваарилах металл хавтанг халаана. Хагас дамжуулагч материал бүхий тусгай генераторын модулиар дамжуулан дулааныг зайлуулах явцад энерги хувирдаг. Цахилгаан гүйдэл нь трансформатор эсвэл зайтай холбогдсон радиаторын нэгжээр үүсгэгддэг. Эхний хувилбарт эрчим хүчнэн даруй хэрэглэгч рүү бэлэн хэлбэрээр очдог бөгөөд хоёр дахь нь - хуримтлагдаж, шаардлагатай үед өгдөг.
Механик энергиээс дулааны энерги үүсгэх
Мөн өөрчлөлтийн үр дүнд эрчим хүч авах хамгийн түгээмэл аргуудын нэг. Үүний мөн чанар нь бие махбодийн ажил гүйцэтгэх явцад дулааны энерги ялгаруулах чадварт оршдог. Энгийн хэлбэрээр, энэхүү энерги хувиргах схемийг хоёр модон объектын үрэлтийн жишээгээр харуулснаар гал гарч байна. Гэхдээ энэ зарчмыг бодит үр өгөөжтэй ашиглахын тулд тусгай төхөөрөмж шаардлагатай.
Айл өрхүүдэд халаалт, усан хангамжийн системд механик энергийн өөрчлөлт явагддаг. Эдгээр нь соронзон хэлхээ, хаалттай цахилгаан дамжуулагч хэлхээнд холбогдсон давхарласан цөм бүхий нарийн төвөгтэй техникийн бүтэц юм. Мөн энэ загварын ажлын тасалгааны дотор халаалтын хоолойнууд байдаг бөгөөд тэдгээр нь хөтөчөөс хийсэн ажлын нөлөөн дор халдаг. Энэхүү шийдлийн сул тал нь системийг цахилгаан сүлжээнд холбох хэрэгцээ юм.
Аж үйлдвэр нь илүү хүчирхэг шингэн хөргөлттэй хөрвүүлэгч ашигладаг. Механик ажлын эх үүсвэр нь хаалттай усны савтай холбогддог. Гүйцэтгэх байгууллагуудын (турбин, ир эсвэл бусад бүтцийн элементүүд) хөдөлгөөний явцад хэлхээний дотор эргүүлэг үүсэх нөхцлийг бүрдүүлдэг. Энэ нь ирийг хурц тоормослох үед тохиолддог. Халаахаас гадна энэ тохиолдолд даралт ихсэх бөгөөд энэ нь үйл явцыг хөнгөвчилдөгусны эргэлт.
Цахилгаан механик энергийг хувиргах
Орчин үеийн ихэнх техникийн нэгжүүд цахилгаан механикийн зарчмаар ажилладаг. Синхрон ба асинхрон цахилгаан машин, генераторыг тээвэр, машин хэрэгсэл, үйлдвэрлэлийн инженерийн нэгжүүд болон бусад цахилгаан станцуудад янз бүрийн зориулалтаар ашигладаг. Өөрөөр хэлбэл, хөтчийн системийн одоогийн шаардлагаас хамааран цахилгаан механик эрчим хүчний хувиргалт нь генератор болон моторын ажиллах горимд хамаарна.
Ерөнхий хэлбэрээр авч үзвэл аливаа цахилгаан машиныг харилцан хөдөлж буй соронзон холбоо бүхий цахилгаан хэлхээний систем гэж үзэж болно. Ийм үзэгдлүүд нь гистерезис, ханалт, илүү өндөр гармоник, соронзон алдагдлыг агуулдаг. Гэхдээ сонгодог үзлээр бол систем нь эрчим хүчний дэд бүтцэд ажиллах үед динамик горимуудын тухай ярьж байгаа тохиолдолд л тэдгээрийг цахилгаан машинуудын аналогт хамааруулж болно.
Цахилгаан механик энерги хувиргах систем нь хоёр ба гурван фазын бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй хоёр урвалын зарчим, түүнчлэн соронзон орны эргэлтийн арга дээр суурилдаг. Моторын ротор ба статор нь соронзон орны нөлөөн дор механик ажил гүйцэтгэдэг. Цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн хөдөлгөөний чиглэлээс хамааран ажиллах горимыг мотор эсвэл генератороор тохируулна.
Химийн энергиэс цахилгаан үүсгэх
Химийн энергийн нийт эх үүсвэр нь уламжлалт боловч түүнийг хувиргах аргууд нь тийм ч түгээмэл биш юмбайгаль орчны хязгаарлалттай холбоотой. Химийн энергийг цэвэр хэлбэрээр нь бараг ашигладаггүй - наад зах нь төвлөрсөн урвал хэлбэрээр. Үүний зэрэгцээ, байгалийн химийн процессууд нь хүнийг хаа сайгүй өндөр эсвэл бага энергитэй холбоо хэлбэрээр хүрээлдэг бөгөөд энэ нь жишээлбэл, шаталтын үед дулаан ялгарах үед илэрдэг. Гэсэн хэдий ч химийн энергийг хувиргах ажлыг зарим үйлдвэрүүдэд зориудаар зохион байгуулдаг. Ихэвчлэн плазмын генератор эсвэл хийн турбинд өндөр технологийн шатаах нөхцлийг бүрдүүлдэг. Эдгээр процессуудын ердийн урвалж нь цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд хувь нэмэр оруулдаг түлшний эс юм. Үр ашгийн үүднээс авч үзвэл ийм хувиргалт нь цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх өөр аргуудтай харьцуулахад тийм ч ашиггүй, учир нь орчин үеийн плазмын суурилуулалтад ч ашигтай дулааны нэг хэсэг нь гадагшилдаг.
Нарны цацрагийн энергийг хувиргах
Эрчим хүчийг хувиргах нэг арга бол ойрын ирээдүйд нарны гэрлийг боловсруулах үйл явц нь эрчим хүчний салбарт хамгийн эрэлт хэрэгцээтэй зүйл болж магадгүй юм. Энэ нь өнөөдрийг хүртэл гэрийн эзэн бүр нарны эрчим хүчийг цахилгаан эрчим хүч болгон хувиргах төхөөрөмжийг онолын хувьд худалдан авах боломжтой болсонтой холбоотой юм. Энэ процессын гол онцлог нь хуримтлагдсан нарны гэрэл үнэ төлбөргүй байдаг. Өөр нэг зүйл бол энэ нь үйл явцыг бүрэн зардалгүй болгодоггүй явдал юм. Нэгдүгээрт, нарны батерейг засварлахад шаардагдах зардал шаардагдана. Хоёрдугаарт, энэ төрлийн генераторууд өөрсдөө хямд биш тул анхны хөрөнгө оруулалт хийх хэрэгтэйӨөрийнхөө мини цахилгаан станцыг зохион байгуулах мөнгө цөөхөн хүн байх болно.
Нарны цахилгаан үүсгүүр гэж юу вэ? Энэ бол нарны гэрлийн энергийг цахилгаан болгон хувиргадаг фотоволтайк хавтангийн багц юм. Энэ үйл явцын зарчим нь транзисторын ажиллагаатай олон талаараа төстэй юм. Цахиурыг янз бүрийн хувилбараар нарны зай үйлдвэрлэх үндсэн материал болгон ашигладаг. Жишээлбэл, нарны энергийг хувиргах төхөөрөмж нь поли болон нэг талст байж болно. Гүйцэтгэлийн хувьд хоёр дахь сонголт нь илүү тохиромжтой боловч илүү үнэтэй байдаг. Аль ч тохиолдолд фотоэлементийг гэрэлтүүлж, энэ үед электродууд идэвхжиж, тэдгээрийн хөдөлгөөний явцад электродинамик хүч үүсдэг.
Уурын энерги хувиргах
Уурын турбиныг эрчим хүчийг хүлээн зөвшөөрөгдөх хэлбэр болгон хувиргах арга, тусгайлан чиглүүлсэн ердийн хийн урсгалаас бие даасан цахилгаан эсвэл дулаан үүсгэгч болгон ашиглаж болно. Уурын генератортой хослуулан цахилгаан энергийг хувиргах төхөөрөмж болгон зөвхөн турбин машинуудыг ашигладаг боловч тэдгээрийн дизайн нь энэ процессыг өндөр үр ашигтайгаар зохион байгуулахад хамгийн тохиромжтой юм. Техникийн хамгийн энгийн шийдэл бол нийлүүлсэн уур бүхий хушууг холбосон иртэй турбин юм. Хутга хөдөлж байх үед аппарат доторх цахилгаан соронзон суурилуулалт эргэлдэж, механик ажил хийгдэж, гүйдэл үүсдэг.
Зарим турбины загварууд байдагуурын механик энерги нь кинетик энерги болж хувирдаг шат хэлбэрийн тусгай өргөтгөлүүд. Төхөөрөмжийн энэ онцлог нь генераторын энергийг хувиргах үр ашгийг нэмэгдүүлэх сонирхол эсвэл кинетик потенциалыг нарийн хөгжүүлэх хэрэгцээ шаардлагаас бус харин турбины үйл ажиллагааг уян хатан зохицуулах боломжийг хангах замаар тодорхойлогддог. Турбин дахь өргөтгөл нь үйлдвэрлэсэн эрчим хүчний хэмжээг үр ашигтай, аюулгүй зохицуулах боломжийг олгодог хяналтын функцийг хангадаг. Дашрамд хэлэхэд, хувиргах процесст багтсан өргөтгөлийн ажлын хэсгийг идэвхтэй даралтын үе шат гэж нэрлэдэг.
Эрчим хүч дамжуулах аргууд
Эрчим хүчийг хувиргах аргуудыг түүнийг шилжүүлэх ойлголтгүйгээр авч үзэх боломжгүй. Өнөөдрийг хүртэл эрчим хүч дамждаг биетүүдийн харилцан үйлчлэлийн дөрвөн арга байдаг - цахилгаан, таталцлын, цөмийн болон сул. Энэ утгаараа дамжуулалтыг солилцооны арга гэж үзэж болох тул зарчмын хувьд эрчим хүч дамжуулах ажлын гүйцэтгэл, дулаан дамжуулах функцийг тусгаарласан болно. Ажил хийхэд энергийн ямар өөрчлөлтүүд ордог вэ? Ердийн жишээ бол макроскопийн биетүүд эсвэл биетүүдийн бие даасан хэсгүүд орон зайд хөдөлдөг механик хүч юм. Механик хүчнээс гадна соронзон болон цахилгааны ажлыг бас ялгадаг. Бараг бүх төрлийн ажлыг нэгтгэх гол шинж чанар нь тэдгээрийн хоорондын өөрчлөлтийг бүрэн хэмжээгээр тооцох чадвар юм. Энэ нь цахилгаан эрчим хүч болж хувирдагмеханик энерги, соронзон потенциал руу механик ажил хийх гэх мэт. Дулаан дамжуулалт нь мөн эрчим хүчийг дамжуулах нийтлэг арга юм. Энэ нь чиглэлгүй эсвэл эмх замбараагүй байж болох ч ямар ч тохиолдолд бичил хэсгүүдийн хөдөлгөөн байдаг. Идэвхжүүлсэн хэсгүүдийн тоо нь дулааны хэмжээг тодорхойлно - ашигтай дулаан.
Дүгнэлт
Эрчим хүч нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт шилжих нь хэвийн үзэгдэл бөгөөд зарим салбарт үйлдвэрлэлийн эрчим хүчний үйл явцын урьдчилсан нөхцөл болдог. Янз бүрийн тохиолдолд энэ үе шатыг оруулах хэрэгцээг эдийн засаг, технологи, байгаль орчин болон нөөцийг бий болгох бусад хүчин зүйлээр тайлбарлаж болно. Үүний зэрэгцээ, эрчим хүчийг хувиргах байгалийн болон зохиомлоор зохион байгуулалттай олон янзын аргуудыг үл харгалзан хувиргах процессыг хангадаг суурилуулалтын дийлэнх хэсгийг зөвхөн цахилгаан, дулаан, механик ажилд ашигладаг. Цахилгаан энергийг хувиргах хэрэгсэл нь хамгийн түгээмэл байдаг. Жишээлбэл, индукцийн зарчмын дагуу механик ажлыг цахилгаан болгон хувиргах цахилгаан машиныг техникийн нарийн төвөгтэй төхөөрөмж, угсралт, төхөөрөмжтэй бараг бүх газарт ашигладаг. Хүн төрөлхтөн эрчим хүчний үйлдвэрлэлийг байнга нэмэгдүүлэх шаардлагатай байдаг тул энэ хандлага буурахгүй байгаа бөгөөд энэ нь биднийг анхдагч эрчим хүчний шинэ эх үүсвэр хайхад хүргэдэг. Одоогийн байдлаар эрчим хүчний салбарын хамгийн ирээдүйтэй салбарууд нь ижил төрлийн үйлдвэрлэлийн системүүд гэж тооцогддогНар, салхи, уснаас үүссэн механик энергийн цахилгаан энерги нь байгальд урсдаг.
