Гальванічні елементи дають постійний струм.
В наш час немає такої галузі народного господарства, в якій не застосовувалося б електрику. І кожна з них пред'являє до електричних машин та апаратів певні вимоги, від яких залежить не тільки конструкція цих машин, а й рід використовуваного струму. Хоча в техніці і в промисловості широко використовуються і змінний і постійний токи, області їх застосування досить чітко розмежовані.
Вперше люди отримали електричний струм від гальванічних елементів. Ці елементи створювали в електричному ланцюзі потік електронів, що рухаються весь час в одному певному напрямку. Такий струм отримав назву «постійного».
Перші обертаються генератори, електричні двигуни та прилади також працювали на постійному струмі. І коли в кінці минулого століття український електротехнік М. О. Доліво-Добровольський запропонував застосовувати трифазний змінний струм, багато вчених поставилися до цього з недовірою. Навіть знаменитий американський електротехнік Едісон вважав змінний струм вигадкою, не заслуговує уваги. Однак дуже скоро змінний струм стали використовувати в багатьох областях електротехніки. Електричні генератори змінного струму створюють в електричному ланцюзі потік електронів, безперервно змінює напрямок свого руху. Так, в ланцюзі електричної лампочки, що висвітлює вашу кімнату, електрони встигають за одну секунду
Генератори електричних станцій виробляють змінний струм з частотою 50 пер / сек.
100 раз змінити напрямок свого руху: 50 раз вони рухаються в одному напрямку і 50 - в зворотному. Про такий струм кажуть, що він має частоту 50 періодів в секунду.
Ця особливість руху електронів надає змінному струмі цілий ряд властивостей, які визначили його чільне місце в сучасній електротехніці.
Одне з найважливіших властивостей змінного струму - його здатність до трансформації. Як ми знаємо, передача електричної енергії на великі відстані можлива тільки при дуже високій напрузі, що досягає 110, 220 і навіть 500-800 тис. В. Настільки висока напруга не можна отримати безпосередньо в генераторах. У той же час для різних електричних машин і апаратів потрібен електричний струм напругою в кілька десятків або сотень вольт. Ось тут-то і стала в нагоді його здатність до трансформації, - вона дозволила за допомогою трансформаторів змінювати напругу змінного струму в будь-яких межах.
За допомогою трансформаторів можна змінювати напругу змінного струму в будь-яких межах.
Мало того. З'єднання обмоток генератора в трифазну систему дозволило отримати трифазний змінний струм. Це система трьох змінних струмів, які мають однакову частоту, але розрізняються по фазі на одну третину періоду. Трифазний струм володіє важливими достоїнствами. По-перше, трифазні лінії електропередач вигідніше однофазних: по ним при тій же витраті проводів та ізоляції можна передати більше електричної енергії, ніж при однофазному змінному струмі. А по-друге, завдяки властивості трифазного змінного струму створювати обертове магнітне поле, вдалося побудувати дуже прості і надійні асинхронні електричні двигуни без колектора і щіток.
Ці якості змінного струму і послужили причиною того, що в наші дні все промислові електростанції виробляють тільки трифазний змінний струм.
Більше половини електричної енергії, що виробляється цими електростанціями, витрачається електричними двигунами. Щоб вони могли виконувати різноманітну роботу, їх роблять різними і по влаштуванню і за розмірами.
Електричні двигуни дозволили створити автоматичні верстатні лінії.
Крім простих асинхронних двигунів, які широко використовуються для приводу верстатів, є двигуни з обмоткою і контактними кільцями на роторі. Вони розвивають великі зусилля при рушанні з місця і тому успішно застосовуються на підйомних кранах. Є ще синхронні двигуни, що мають постійну швидкість обертання. За своїми розмірами електричні двигуни бувають маленькими - з котушку ниток - і величезними, як карусель.
Застосування для приводу верстатів відразу декількох електричних двигунів дало можливість спростити механізми верстата, полегшило управління ними і дозволило створити автоматичні верстатні лінії.
Малі розміри електричних двигунів дозволили використовувати електричну енергію там, де раніше застосовувався тільки ручна праця. Електричні дрилі, пили, рубанки та іншої електрифікований інструмент набагато полегшили працю робітників, зробили його більш продуктивним.
Електричні пилососи, пральні машини і холодильники прийшли на допомогу домашнім господаркам.
Електричні дугові й індукційні печі широко застосовуються в техніці і промисловості. Невеликі печі опору можна зустріти в вагонах поїздів, в тролейбусах і навіть вдома.
Змінний струм - хороший джерело тепла. У потужних дугових електропечах виплавляють і варять метал. Електричні печі опору широко використовуються для кондиціонування повітря, обігріву сушильних шаф і різних приміщень.
Електричні лампочки дають світло незалежно від того, який струм йде через їх нитки. Але оскільки передача змінного струму економічніша, а трансформатори дозволяють легко підтримувати необхідне для них напруга, вся освітлювальна мережа міст і сіл обслуговується змінним струмом.
Безперервна зміна напрямку руху електронів в змінному струмі, його здатність до трансформації відкрили йому широку дорогу до багатьох області техніки. Але не завжди хороший струм, весь час змінює свій напрямок. Ось ви сіли в тролейбус, потяг метро або в вагон «електрички» на залізниці. Тут ви потрапили у володіння постійного струму.
Справа в тому, що прості і зручні електричні двигуни змінного струму не дозволяють в широких межах плавно змінювати швидкість свого обертання. А згадайте, скільки разів водієві доводиться змінювати швидкість руху тролейбуса; з такою неспокійною роботою добре справляється тільки двигун постійного струму. Харчування цих двигунів здійснюється з тягових випрямних підстанцій. Хто приходить на них з електростанцій змінний струм за допомогою ртутних випрямлячів перетвориться в постійний, а потім подається в контактну мережу - в дроти і рейки.
Застосування тягових двигунів постійного струму на транспортних машинах виявилося настільки вигідним, що їх можна зустріти на тепловозах і теплоходах.
Їх основними двигунами служать дизелі, які надають руху генератори, що виробляють постійний струм. А він в свою чергу змушує працювати електричні двигуни, що обертають колеса або гребні гвинти.
Однак висока вартість і складність перетворювальних підстанцій змусили вчених і інженерів задуматися над використанням змінного струму на транспорті. Зараз вже є ділянки залізниць, що використовують однофазний змінний струм. З успіхом використовують його і на багатьох дизель-електричних кораблях.
Для живлення двигунів електровозів уздовж електрифікованої залізниці встановлюються тягові випрямні підстанції, на яких змінний струм перетвориться в постійний за допомогою ртутних випрямлячів.
Подальша електрифікація залізниць в нашій країні буде здійснюватися переважно з використанням змінного струму напругою 25 тис. В. Цей струм буде перетворюватися в постійний безпосередньо на електровозах за допомогою випрямних пристроїв.
Хороші регулювальні здатності електродвигунів постійного струму дозволили з успіхом застосувати їх також на підйомно-транспортних механізмах. На звичайних кранах, які ви бачите на будівництві, працюють двигуни змінного струму. Але на потужних підйомних кранах великих металургійних заводів встановлюють двигуни постійного струму. Адже тут треба плавно піднімати і переносити величезні ковші з розплавленим металом, розливати його в виливниці або подавати розпечені болванки на прокатні стани.
Ці двигуни приводять в рух і механізми гігантських крокуючих екскаваторів.
У гальванічних ваннах за допомогою постійного струму покривають різні предмети тонким шаром нікелю або хрому.
Двигуни постійного струму можуть розвивати дуже великі швидкості обертання - до 25 тис. Об / хв. Це дозволяє отримувати більшу потужність при дуже невеликих розмірах двигуна. Тому вони незамінні в якості моторів управління, що застосовуються на літаках для поворотів рулів, елеронів і закрилків, для підйому і опускання шасі і інших механізмів.
Постійне напрямок руху електронів в ланцюзі постійного струму визначило велику і важливу область його застосування, в якій змінний струм з ним змагатися не може. Йдеться про електролізі - процесі, пов'язаному з проходженням струму через рідкі розчини - електроліти. Під впливом постійного струму, що проходить через електроліт, він розкладається на окремі елементи, які осідають на певних електродах - на аноді або катоді. Це властивість широко використовується в кольоровій металургії - для отримання алюмінію, магнію, цинку, міді, марганцю. У хімічній промисловості за допомогою електролізу отримують фтор, хлор, водень і інші речовини.
У гальванотехнике електроліз застосовують для осадження металу на поверхню різних виробів. Таким чином наносять захисні покриття на металеві вироби (нікелювання, хромування), виготовляють металеві монументи, друковані форми і т. Д. Гальванізації застосовують в медицині для лікування деяких хвороб.
Постійне напрямок руху електронів допомагає постійному струму змагатися зі змінним в зварювальному справі і деяких видах освітлення. При зварюванні постійним струмом частинки металу переносяться з електрода на виріб більш правильно і шов виходить якісніше, ніж при зварюванні змінним струмом.
Зайдіть на кіностудію. Потужні дугові кінопроектори заливають світлом знімальний павільйон. На змінному струмі дуга горить менш стійко, дає менше світла і видає гул, який заважає запису звуку при кінозйомки. Тому кінопрожектори живлять постійним струмом, який дає безшумну стійку дугу. У потужних військових прожекторах і дугових кінопроекційних апаратах також використовується постійний струм.
На кіностудіях на постійному струмі працюють потужні дугові кінопрожектори.
Щоб отримати змінний струм, потрібно безперервно обертати генератор змінного струму, а постійний струм можуть давати нерухомі акумуляторні батареї або ж гальванічні елементи. Ці властивості джерела електричного струму також в ряді випадків визначають область застосування постійного струму.
Автомобіль стоїть на місці. Як завести його двигун? До ваших послуг акумуляторна батарея. Ви натискаєте кнопку стартера, і двигун постійного струму, отримуючи живлення від акумуляторної батареї, заводить мотор. А коли мотор працює, він обертає генератор, який заряджає акумулятор, відновлює витрачену енергію. Такий зворотній процес недоступний для змінного струму.
Що було б, якби в поїздах освітлення харчувалося змінним струмом? Зупинився поїзд - перестали обертатися колеса вагонів, а разом з ним зупинилися б електричні генератори і світло в вагонах згасло. Але цього не відбувається, тому що під вагонами встановлені генератори постійного струму, що працюють паралельно з акумуляторними батареями. Йде поїзд - генератори обертаються, дають енергію для освітлення і одночасно заряджають батарею. Зупинився склад - акумуляторна батарея посилає струм в освітлювальну мережу.
Уявіть собі, що на електростанції сталася аварія: все турбо- або гідрогенератори зупинилися і лінії електропередачі, що зв'язували її з іншими електростанціями, відключилися. У таких випадках виручає постійний струм, що отримувався від великих акумуляторних батарей. З його допомогою надають руху допоміжні механізми, включають вимкнений вимикач і знову пускають в роботу головні турбо- або гідрогенератори. Харчування від акумуляторної батареї дуже надійно, тому всі ланцюги захисту управління, автоматики та сигналізації на великих електростанціях працюють на постійному струмі.
Акумуляторні батареї застосовуються в різних областях техніки.
Чи може плавати підводний човен без постійного струму? На поверхні води може. У цьому випадку її гребні гвинти обертаються дизелями. Але під водою дизелі зупиняються - не вистачає повітря. Там працює двигун постійного струму, який одержує енергію від акумуляторних батарей. Коли човен знову спливає на поверхню і включаються в роботу дизелі, електричний двигун перетворюється в генератор і знову заряджає батареї.
У шахтах не скрізь можна підвісити контактний провід для електровозів. Як же їм пересуватися? І тут знову виручає акумуляторна батарея. На багатьох шахтах рудникові акумуляторні електровози доставляють вугілля з найвіддаленіших вибоїв. Електричні візки з акумуляторами - електрокари - ви часто бачите на вокзалах. Вони є і в цехах великих заводів і фабрик.
Зверніть увагу, як кінооператор знімає якусь важливу подію. В руках у нього легкий кінознімальний апарат, а на поясі - акумулятор. Натиснув кнопку, і апарат заробив. Такі легкі акумуляторні батареї широко застосовуються для переносних радіостанцій, сигнальних пристроїв, електричних вимірювальних приладів.