Zasady i sposoby przetwarzania energii
elektrycznej w energię mechaniczną i
odwrotnie

Iwona Fonfara 149421

Energia elektryczna

Energia elektryczna może być bezpośrednio
wytwarzana, a ściślej przetwarzana, z wszystkich
innych postaci energii, np. :

●

z energii mechanicznej - w prądnicach;

●

z energii świetlnej - w fotoogniwach;

●

z energii chemicznej - w ogniwach paliwowych;

●

z energii cieplnej - za pomocą generatorów
termoelektrycznych, itp.

Energia elektryczna

Z technicznego punktu widzenia najistotniejsza
jest możliwość zamiany energii mechanicznej na
elektryczną, którą później można wykorzystać do
oświetlania oraz w urządzeniach elektrycznych i
elektronicznych. Służą do tego prądnice.

Prądnica, generator elektryczny

●

Maszyna elektryczna zamieniająca energię
mechaniczną na energię elektryczną.

●

Podstawowym zjawiskiem fizycznym
odpowiadającym za wytwarzanie prądu w
prądnicy jest zjawisko indukcji
elektromagnetycznej.

Podział prądnic

Ze względu na rodzaj
wytwarzanego napięcia :

●

prądu przemiennego;

●

prądu stałego.

Ze względu na budowę i
zasadę działania :

●

generatory synchroniczne;

●

generatory asynchroniczne.

Prądnica, generator elektryczny

Głównymi częściami prądnicy są stojan
(nieruchoma część związana z obudową) oraz
wirnik (rotor, część wirująca wewnątrz stojana).
Wirnik służy do wytwarzania prądu elektrycznego.
Wiruje on w polu magnetycznym wytwarzanym
przez magnes stały lub uzwojenie stojana zasilane
zewnętrznym źródłem prądu stałego.

Prądnica, generator elektryczny

Prądu przemiennego :

●

wykorzystuje się zjawisko
indukowania siły
elektromotorycznej w
wyniku ruchu
przewodnika w polu
magnetycznym indukcji
elektromagnetycznej.

Prądu stałego :

●

prąd elektryczny jest
odbierany z komutatora
znajdującego się na osi
wirnika przy pomocy
szczotek grafitowych,
umieszczonych na
stojanie.

Prądnica prądu przemiennego

Zasadę działania prądnicy prądu przemiennego
najłatwiej wyjaśnić na przykładzie ramki
obracającej się w stałym polu magnetycznym.

Prądnica prądu przemiennego

Całkowity strumień magnetyczny przenikający
przez ramkę wyraża się wzorem :

Ponieważ kąt alfa jest zależny od czasu i wyraża
się wzorem :

Prądnica prądu przemiennego

Wzór na strumień przyjmie ostatecznie postać:

●

Z prawa Faraday’a wiemy że siła
elektromotoryczna e wyraża się wzorem :

Prądnica prądu przemiennego

Więc siła elektromotoryczna wytwarzająca się w
ramce po scałkowaniu będzie równa :

Jak wynika ze wzoru, siła elektromotoryczna
zmienia się sinusoidalnie, a największą wartość
przyjmuje wówczas, gdy ramka jest prostopadła
do linii pola magnetycznego (linie sił są
równoległe do wektora normalnego powierzchni
ramki).

Prądnica prądu stałego

Z modelu prądnicy prądu przemiennego można
łatwo przejść do prądnicy prądu stałego poprzez
założenie komutatora na trzpień wirnika,
prostującego przebieg prądu. Siła
elektromotoryczna wytwarzana przez taką
prądnicę będzie się wyrażała wzorem :

Prądnica

Prądnice – w 4 zdaniach

Prądnica (generator napięcia) jest prostym urządzeniem
przekształcającym energie mechaniczną w przepływ
prądu. Podstawę jej budowy stanowi wirujące uzwojenie,
najczęściej miedziane (mieć jest dobrym przewodnikiem
prądu.) Do końców zwojnicy przyczepione są tzw.
komutatory - przewodzące pierścienie połączone z
obwodem zewnętrznym urządzenia. Siła
elektromotoryczna powstaje na skutek obrotu ramy ze
zwojnicą. Prądnice dzieli się ze względu na rodzaj
wytwarzanego prądu elektrycznego na prądnice prądu
stałego i prądnice prądu zmiennego (alternatory).

Silnik elektryczny

●

Maszyna elektryczna, w której energia elektryczna
zamieniana jest na energię mechaniczną.

●

Zamiana energii elektrycznej na pracę mechaniczną
odbywa się w silnikach elektrycznych, które budową nie
różnią się od prądnic. Istotną cechą tej zmiany energii jest
indukowanie się podczas ruchu silnika napięcia 'e' o
zwrocie przeciwnym niż zwrot prądu dostarczanego do
sieci. Dlatego w praktyce nazywa się je teraz siłą
przeciwelektromotoryczną.

Silnik elektryczny

●

Pracę silnika powoduje prąd elektryczny który
płynąc przez uzwojenia wirnika znajdującego się
w polu magnetycznym wymusza obrót.
Spowodowane jest to występowaniem dwóch pól
magnetycznych oddziałujących między sobą. Prąd
przepływa przez kolejne uzwojenia wymuszając
ciągły obrót - proces ten przebiega bardzo szybko
przez co praca silnika jest płynna.

Dziękuję za uwagę