Kako povećati struju bez promjene napona? Regulacija brzine promjenom frekvencije napojne mreže će dovesti do povećanja frekvencije struje
Kada se promijeni frekvencija napojne mreže i U mreža =U 1 =const, ω 0 =i mijenja se kritični moment, jer ovisi o frekvenciji obrnuto proporcionalno njenom kvadratu. Magnetski fluks se također mijenja, a smanjuje se kako frekvencija raste i raste kako se smanjuje. To se može vidjeti iz EMF jednadžbe ravnoteže za jednu fazu statora: 
. Zanemarujući pad napona u statorskom kolu, možemo pisati za apsolutne vrijednosti EMF-a i napona pri U 1 =const.
O 
Ovdje se može vidjeti da sa rastom f 1
protok se smanjuje, a sa smanjenjem f 1
on raste. Ovo objašnjava promjenu kritičnog momenta motora i njegovog kapaciteta preopterećenja.
U 
Povećanje fluksa dovodi do zasićenja magnetnog kruga mašine, povećanja struje magnetiziranja, što rezultira pogoršanjem energetskih performansi motora. Smanjenje fluksa pri konstantnom momentu opterećenja će dovesti do povećanja struje rotora, kao što se vidi iz izraza, a struje koja se troši iz mreže, dakle, do preopterećenja namotaja motora nedovoljno iskorištenim čelikom. U oba slučaja se mijenja kapacitet preopterećenja motora. Stoga je za najbolje korištenje motora poželjno uvijek imati stalan protok. Da bi se to postiglo, kada se frekvencija promijeni, potrebno je promijeniti veličinu dovedenog napona, ne samo kao funkciju frekvencije, već i kao funkciju opterećenja. U najjednostavnijem slučaju, kada se napon mijenja u istoj mjeri kao i frekvencija, tj. at 
mehaničke karakteristike će izgledati kao što je prikazano na slici. Vidi se da kada se napon mijenja samo u funkciji frekvencije, po zakonu 
na frekvencijama manjim od 0,5f 1H, kapacitet preopterećenja motora će se smanjiti. To se objašnjava utjecajem pada napona na aktivni otpor namotaja statora, što dovodi do smanjenja napona na krugu magnetiziranja. namota statora, do smanjenja magnetskog fluksa i, posljedično, do smanjenja kritičnog momenta motora.
Načini kočenja asinhronog motora.
IM može raditi u sva tri načina kočenja:
a) sa povratom energije u mrežu;
b) opozicija;
c) dinamičko kočenje.
a) Kočenje sa povratom energije u mrežu.
U nedostatku vanjskog statičkog momenta na osovini, motor spojen na mrežu će se okretati brzinom bliskom sinkronoj. U isto vrijeme, energija potrebna za pokrivanje gubitaka se troši iz mreže. Ako se zbog vanjske sile rotor okreće sinhronom brzinom, tada će mreža pokriti samo gubitke u statoru, a gubitke u rotoru (mehanički i čelični) pokriti će vanjska sila.
U motornom načinu rada, kada rotirajuće magnetsko polje prelazi provodnike namotaja statora i rotora u istom smjeru, emf statora E 1 i rotora E 2 su u fazi. Kod = 0, EMF se ne indukuje u rotoru, tj. je jednako 0. Kada je > 0, provodnici namotaja statora se presecaju obrtnim poljem u istom smeru, a provodnici rotora se seku u suprotnom smeru.
EMF rotora E 2 mijenja svoj predznak u suprotan; mašina prelazi u generatorski režim sa povratom energije. Što se struje tiče, samo njena aktivna komponenta mijenja smjer. Reaktivna komponenta tokom negativnog klizanja zadržava svoj smjer. To se može vidjeti i iz izraza za struju rotora (na S<0 S 2 >0).
Isti zaključci se mogu izvesti na osnovu analize aktivnih (elektromagnetnih) i reaktivnih snaga. Zaista, iz izraza za REM proizilazi da kod S<0
P ЭМ >0
One. aktivna snaga mijenja smjer (prenosi se u mrežu), a iz izraza za Q 2 slijedi da kada je S<0
реактивная мощность вторичного контура
Q 2
сохраняет свой знак независимо от режима
работы машины.
To znači da asinhrona mašina, kako u motornom tako iu generatorskom režimu, troši reaktivnu snagu potrebnu za stvaranje magnetnog polja.
T 
Kočenje sa oslobađanjem energije u mrežu koristi se u instalacijama za dizanje i transport pri spuštanju teških tereta. Pod uticajem opterećenja, rotor mašine će se okretati brzinom > 0, mašina prelazi u generatorski režim i počinje da stvara kočioni moment. Ako je M=M c jednako, opterećenje će padati stalnom brzinom c, kao što je prikazano na slici. Mora se imati na umu da kako bi se osiguralo normalno spuštanje opterećenja, M c ne smije prelaziti kritični moment u generatorskom režimu. S reaktivnim momentom otpora, kratkotrajni način rada s povratom energije u mrežu može se dobiti ako IM dozvoli da se namotaj statora prebaci s jednog para polova na drugi, kao što je prikazano na gornjem grafikonu.
Rekuperacijski režim se odvija u BC sekciji nakon prebacivanja namotaja statora sa broja parova polova P =1 na P =2.
b) kontra kočenje.
U obrnutom načinu rada, rotor motora rotira u smjeru suprotnom od momenta motora. Njegovo klizanje je S>1, a frekvencija struje u rotoru je veća od frekvencije napojne mreže ( 
). Stoga, uprkos činjenici da je struja rotora 7-9 puta veća od nazivne struje, tj. veći od početne struje, obrtni moment je zbog visoke frekvencije struje, stoga je velika induktivna reaktanca kruga rotora ( 
), biće mali. Stoga, da bi se povećao moment i istovremeno smanjila struja, u krug rotora je uključen veliki dodatni otpor, čija se vrijednost može izračunati izrazom
Gdje je E 20 nazivni EMF rotora na S=1
S n – nominalno klizanje
S n i – klizanje pri nazivnom opterećenju na umjetnoj karakteristici.
P 
Prilikom spuštanja tereta u režimu leđa do leđa, kočenje se događa u ravnom dijelu mehaničke karakteristike, čija je krutost određena aktivnim otporom u krugu rotora. Na slici su prikazane mehaničke karakteristike IM-a pri kočenju tereta u režimu kontra-sklopa. Za kočenje povratnim prebacivanjem za vrijeme reaktivnog momenta otpora, potrebno je promijeniti redoslijed faza napona napajanja dok motor radi i istovremeno uvesti dodatni otpor u krug rotora kako bi se ograničila početna udarna struja i istovremeno povećati kočni moment. Mehanička karakteristika u ovom slučaju izgleda kao što je prikazano na slici. Kočenje kontravezom KRAD-a sa reaktivnim momentom otpora nije efikasno, jer je početni moment kočenja tokom klizanja blizu 2, zbog velike reaktanse jednake 
, biće beznačajan (vidi segment Sl 
).
V) dinamičko kočenje sa nezavisnom DC pobudom
Kada se IM namotaj statora isključi iz mreže, zadržava se samo blagi magnetni tok od preostale magnetizacije čelika statora. EMF inducirana u rotirajućem rotoru i struja u rotoru bit će vrlo mali. Interakcija struje rotora sa fluksom od preostale magnetizacije ne može stvoriti nikakav značajan elektromagnetski moment. Stoga, da bi se postigao odgovarajući kočioni moment, potrebno je umjetno stvoriti odgovarajući magnetski tok statora. To se može postići dovođenjem jednosmjerne struje na namotaje statora ili povezivanjem kondenzatora ili tiristorskog frekventnog pretvarača na njih, osiguravajući da kapacitivna struja teče kroz namote statora, tj. vodeća struja, stvarajući efekt kapacitivnosti. U 1. slučaju, postojat će dinamički način kočenja s neovisnom pobudom, u 2. slučaju - sa samopobudom.
Kod dinamičkog kočenja sa nezavisnom pobudom, namotaji statora su isključeni iz mreže trofazne struje i povezani na izvor istosmjerne struje. Ova struja stvara magnetni tok stacionaran u prostoru, koji će, kada se rotor rotira, inducirati emf u potonjem. Pod utjecajem EMF-a, struja će teći u namotajima rotora, čija interakcija sa stacionarnim tokom uzrokuje kočni moment. Motor se pretvara u sinhroni generator sa nenametljivim polovima koji radi promjenjivom brzinom.
Simetrično povezivanje 3 namotaja statora na DC mrežu nemoguće je bez njihovog prebacivanja. Obično se koristi jedna od šema prikazanih na Sl.
Budući da kada se napajaju jednosmjernom strujom, namotaji imaju samo omski otpor, dovoljan je mali napon da se dobije željena vrijednost struje. Kao izvor istosmjerne struje za motore male i srednje snage koriste se poluvodički ispravljači, a za velike motore mogu se koristiti posebni niskonaponski DC generatori.
D 
Za izvođenje jednadžbe za mehaničke karakteristike IM u režimu dinamičkog kočenja, preporučljivo je zamijeniti način rada sinhronog generatora u koji IM prelazi nakon priključenja na izvor jednosmjerne struje ekvivalentnim načinom rada IM, pod pretpostavkom da njegov stator se napaja izmjeničnom strujom umjesto konstantnom. Kod takve zamjene, MMF se stvara zajednički namotajima statora i rotora i mora se poštovati jednakost MMF-a za oba slučaja, tj. F DC = F AC. Definicija MMF-a stvorenog jednosmjernom strujom I POST za kolo “a” objašnjena je na Sl. i vektorski dijagram prikazan jedan pored drugog.
Amplituda MMF-a koju stvara naizmjenična struja I 1 dok teče kroz namotaje statora: . Na osnovu uslova 
. Otuda vrijednost naizmjenične struje ekvivalentna istosmjernoj struji: 
, A 
. Potrebni naponi i DC snaga 
:
.
O 
Ograničavajući struju I 1, automobil u režimu kočenja može se predstaviti kao normalan krvni pritisak. Međutim, rad AM u načinu dinamičkog kočenja značajno se razlikuje od rada u normalnom motornom načinu rada. U motornom režimu, struja magnetiziranja i magnetski tok se praktički ne mijenjaju kada se klizanje promijeni. Tokom dinamičkog kočenja, magnetni tok se mijenja kada se klizanje mijenja zbog kontinuirane promjene rezultirajućeg MMF-a, koji se sastoji od konstantnog MMF-a statora (jednosmjerna struja) i promjenjivog MMF-a rotora (naizmjenične struje promjenjive frekvencije).
Rezultirajuća struja magnetiziranja smanjena je na broj zavoja namotaja statora 
. Iz dijagrama vektorske struje slijedi:
Kvadriranjem ovih izraza i njihovim sabiranjem član po član, dobijamo: Struja magnetiziranja je jednaka 
.
U voznom autu 
, gdje je E 2 ’ – EMF rotora pri sinhronoj brzini 0, što odgovara frekvenciji mreže. Kada se razlikuje od 0, EMF rotora će biti jednak: 
, gdje je relativna brzina ili inače – klizanje u načinu dinamičkog kočenja. U ovom slučaju, EMF jednadžba ravnoteže za krug rotora ima oblik: 
, i struja magnetiziranja, izražena kroz E 2 ': 
.
Impedancija rotora, uzimajući u obzir činjenicu da se njegova induktivna reaktancija mijenja sa brzinom rotora: 
.
S obzirom na to 
i zamjenom vrijednosti I , sin 2 i Z 2 ’ u jednačinu za I 1 2, iz rezultirajućeg odnosa se nalazi struja I 2 ’, koja će biti jednaka: 
.
Elektromagnetski moment koji razvija motor, izražen kao elektromagnetna snaga: 
, gdje je m 1 broj faza namotaja statora.
Iz izraza za M jasno je da je moment pri dinamičkom kočenju određen naizmjeničnom strujom I 1, ekvivalentnom jednosmjernoj struji koja teče kroz namotaje statora.
Uzimanje derivata 
i izjednačavajući ga sa 0, nalazimo da će trenutak biti maksimalan pri relativnoj brzini: 
, a vrijednost ovog momenta, koji se naziva i kritičnim, jednaka je: 
.
M 
Mehaničke karakteristike pri različitim vrijednostima istosmjerne struje i različitom otporu kruga rotora prikazane su na slici. Krivulje 1 i 2 odgovaraju istoj vrijednosti otpora kruga rotora i različitim vrijednostima istosmjerne struje u statoru, a krive 3 i 4 odgovaraju istim vrijednostima istosmjerne struje, ali većem otporu kruga rotora.
Iz izraza za MK proizlazi da kritični moment motora u načinu dinamičkog kočenja ne ovisi o aktivnom otporu kruga rotora.
Deljenjem vrednosti M sa vrednošću M K, jednačina mehaničkih karakteristika može dobiti oblik: 
.
Regulacija frekvencije bazirana na tiristorskim frekventnim pretvaračima
re se koristi na brodovima svjetske flote, posebno na specijaliziranim - kontejnerima
kolica, brodovi za transport teških tereta itd.
Ova vrsta regulacije je najglatkija i najekonomičnija, sa nizom podešavanja
izjednačavanje do 12:1 i više.
Promjena frekvencije opskrbne mreže utječe na dva važna parametra: asinhroni
novi motor:
1. ugaona brzina ω = 2πf (1 – s) / r;
2. kritični (maksimalni) obrtni moment motora M = s.
Kao što slijedi iz gornjih relacija, kako trenutna frekvencija raste, ugaoni
brzina raste direktno proporcionalno frekvenciji, a kritični moment se smanjuje
je obrnuto proporcionalan kvadratu frekvencije, što može dovesti do zastoja
asinhroni motor (vidi dolje).
Rice. 245. Mehaničke karakteristike asinhronog motora pri promjeni frekvencije napojne mreže: umjetna (IMH) na frekvenciji f = 25 Hz;
prirodni (EMX) na frekvenciji f = 50 Hz
Razmotrimo regulaciju brzine promjenom frekvencije struje napojne mreže
f = 25 Hz do f = 50 Hz (Sl. 245).
Pustite da motor radi u tački "C" na umjetnoj mehaničkoj karakteristici
držati na frekvenciji od f = 25 Hz. Ova karakteristika odgovara kritičnom trenutku
M i ugaona brzina idealnog praznog hoda ω.
Uz naglo povećanje frekvencije struje za 2 puta, tj. do f = 50 Hz,
kritični moment će se smanjiti za 4 puta (M = 0,25 M), a ugaona brzina ideala
normalna brzina u praznom hodu će se povećati za 2 puta, na vrijednost ω.
U tom slučaju, motor će se, pri konstantnoj brzini, kretati od tačke “C” do tačke “D”.
Ova tačka odgovara elektromagnetskom momentu koji je manji od statičkog momenta kočenja M. Stoga će motor početi usporavati duž "DE" odjeljka karakteristike, iu točki
"E" će stati.
Sa reaktivnim statičkim momentom (pumpe, ventilatori, itd.), prelazni proces u tački “E” će se završiti, tj. motor nakon zaustavljanja rotora u tački “E” ostaje
nema potrebe stajati pod strujom.
Sa aktivnim statičkim momentom (teretna vitla i dizalice, vitlo).
proces rada u tački “E” neće završiti, motor se nakon kratkog zaustavljanja rotora u tački “E” okreće unazad i pod uticajem statičkog momenta M stvorenog od visećeg tereta (ili brodskog sidra) , počet će ubrzavati u suprotnom smjeru.
Pogon će ući u režim otpuštanja kočenja, u kojem se elektromagnetski
Obrtni moment motora je usmjeren na podizanje, a zapravo se teret (sidro) spušta.
U ovom slučaju, brzina spuštanja će se kontinuirano povećavati, jer dok ubrzavate
pogona, vrijednost kočionog elektromagnetnog momenta motora kontinuirano opada
okleva (M< М ). Если привод своевременно не остановить, произойдет авария.
Dakle, za električne pogone mehanizama za dizanje i sidrenje
pri regulaciji brzine istovremeno se podjednako mijenjaju i frekvencija struje i napon napojne mreže.
Rice. 246. Mehaničke karakteristike asinhronog motora sa istovremenom promjenom frekvencije struje i napona napojne mreže: prirodno na frekvenciji f = 50 Hz; umjetni na frekvencijama f = 10, 20, 30 i 40 Hz
Tada je kritični moment motora M = c = const (vidi sliku 246), dakle
Najpopularniji danas način povećanja (ili smanjenja) frekvencije struje je korištenje frekventnog pretvarača. Frekvencijski pretvarači omogućavaju da se iz jednofazne ili trofazne naizmjenične struje industrijske frekvencije (50 ili 60 Hz) dobije struja potrebne frekvencije, na primjer od 1 do 800 Hz, za napajanje jednofazne ili trofazne motori.
Uz elektronske frekventne pretvarače, radi povećanja frekvencije struje, koriste se i električni indukcijski frekventni pretvarači, u kojima, na primjer, asinhroni motor sa namotanim rotorom radi djelomično u generatorskom režimu. Postoje i umformeri - motor-generatori, o kojima će također biti riječi u ovom članku.
Elektronski frekventni pretvarači
Elektronski frekventni pretvarači omogućavaju vam da glatko regulirate brzinu sinhronih i asinhronih motora zbog glatkog povećanja frekvencije na izlazu pretvarača na zadanu vrijednost. Najjednostavniji pristup je postavljen postavljanjem konstantne V/f karakteristike, dok naprednija rješenja koriste vektorsko upravljanje.
Obično uključuju ispravljač koji pretvara izmjeničnu struju industrijske frekvencije u jednosmjernu struju; Nakon ispravljača nalazi se inverter, u svom najjednostavnijem obliku - baziran na PWM-u, koji pretvara jednosmjerni napon u naizmjeničnu struju opterećenja, a frekvenciju i amplitudu postavlja korisnik, a ovi parametri se mogu razlikovati od parametara mreže na ulazu gore. ili dole.
Izlazni blok elektronskog frekventnog pretvarača najčešće je tiristorski ili tranzistorski most, koji se sastoji od četiri ili šest prekidača, koji stvaraju potrebnu struju za napajanje opterećenja, posebno elektromotora. Da bi se izgladio šum u izlaznom naponu, EMC filter se dodaje na izlaz.
Kao što je gore spomenuto, elektronski frekventni pretvarač koristi tiristore ili tranzistore kao prekidače za svoj rad. Za upravljanje ključevima koristi se mikroprocesorski modul koji služi kao kontroler i istovremeno obavlja niz dijagnostičkih i zaštitnih funkcija.
U međuvremenu, frekventni pretvarači i dalje dolaze u dvije klase: s direktnim spojem i sa međuvezom DC. Prilikom izbora između ove dvije klase vagaju se prednosti i nedostaci obje, te se utvrđuje prikladnost jedne ili druge za rješavanje gorućeg problema.
Sa direktnom vezom
Pretvarači s direktnim spajanjem odlikuju se činjenicom da koriste kontrolirani ispravljač, u kojem grupe tiristora naizmjenično prebacuju opterećenje, na primjer namote motora, direktno na mrežu napajanja.
Kao rezultat toga, izlaz proizvodi komadiće sinusoida mrežnog napona, a ekvivalentna izlazna frekvencija (za motor) postaje manja od mrežne frekvencije, unutar 60% od nje, odnosno od 0 do 36 Hz za 60 Hz unos.
Takve karakteristike ne dozvoljavaju velike varijacije u parametrima opreme u industriji, zbog čega je potražnja za ovim rješenjima mala. Osim toga, tiristore koji se ne mogu zaključati je teško kontrolirati, cijena strujnih krugova postaje veća, a na izlazu je mnogo buke, potrebni su kompenzatori, a kao rezultat toga, dimenzije su velike, a efikasnost niska.
Sa DC vezom
Mnogo su bolji u tom pogledu frekventni pretvarači sa izraženim DC vezom, gdje se prvo struja naizmjenične mreže ispravlja, filtrira, a zatim ponovo pretvara u naizmjeničnu struju potrebne frekvencije i amplitude pomoću kola pomoću elektronskih prekidača. Ovdje frekvencija može biti mnogo veća. Naravno, dvostruka konverzija donekle smanjuje efikasnost, ali parametri izlazne frekvencije tačno odgovaraju zahtjevima potrošača.
Da bi se dobio čisti sinusni val na namotajima motora, koristi se invertersko kolo u kojem se napon željenog oblika postiže zahvaljujući. Elektronski ključevi ovdje su tiristori koji se mogu zaključati ili IGBT tranzistori.
Tiristori mogu da izdrže velike impulsne struje u odnosu na tranzistore, pa se sve više pribegava tiristorskim kolima, kako kod pretvarača sa direktnom spregom, tako i kod pretvarača sa međuvezom jednosmerne struje, efikasnost je do 98%.
Pošteno radi, napominjemo da su elektronski frekventni pretvarači za opskrbnu mrežu nelinearno opterećenje i u njemu generiraju više harmonike, što pogoršava kvalitetu električne energije.
Za pretvaranje električne energije iz jednog oblika u drugi, posebno za povećanje frekvencije struje bez potrebe za pribjegavanjem elektroničkim rješenjima, koriste se takozvani umformeri - motor-generatori. Takve mašine funkcionišu kao provodnik električne energije, ali u stvari nema direktne konverzije električne energije, kao što je to u transformatoru ili elektronskom frekventnom pretvaraču, kao takvom.
Ovdje su dostupne sljedeće opcije:
jednosmerna struja se može pretvoriti u naizmeničnu struju višeg napona i potrebne frekvencije;
jednosmjerna struja se može dobiti iz naizmjenične struje;
direktna mehanička konverzija frekvencije sa povećanjem ili smanjenjem;
dobijanje trofazne struje potrebne frekvencije iz jednofazne struje mrežne frekvencije.
U svom kanonskom obliku, motor-generator je elektromotor čija je osovina direktno povezana sa generatorom. Na izlazu generatora je ugrađen stabilizirajući uređaj za poboljšanje frekvencijskih i amplitudnih parametara proizvedene električne energije.
U nekim modelima umformera, armatura sadrži namotaje motora i generatora, koji su i zaključci spojeni na kolektor i na izlazne klizne prstenove.
U drugim opcijama postoje zajednički namoti za obje struje, na primjer, za pretvaranje broja faza, nema kolektora s kliznim prstenovima, već se slavine jednostavno prave od namota statora za svaku od izlaznih faza. Tako asinhrona mašina pretvara jednofaznu struju u trofaznu (u principu, to je identično povećanju frekvencije).
Dakle, motor-generator vam omogućava da pretvorite vrstu struje, napon, frekvenciju, broj faza. Do 70-ih godina, pretvarači ovog tipa korišteni su u vojnoj opremi SSSR-a, gdje su napajali, posebno, uređaje pomoću lampi. Monofazni i trofazni pretvarači napajani su konstantnim naponom od 27 volti, a izlaz je bio naizmjenični napon od 127 volti 50 herca jednofazni ili 36 volti 400 herca trofazni.
Snaga takvih umformera dostigla je 4,5 kVA. Slične mašine korišćene su i u električnim lokomotivama, gde se jednosmerni napon od 50 volti pretvarao u naizmenični napon od 220 volti sa frekvencijom do 425 herca za napajanje fluorescentnih lampi, i 127 volti na 50 herca za napajanje brijača putnika. Prvi računari su često koristili umformere za napajanje.
Do danas se na nekim mjestima još uvijek mogu naći umformeri: u trolejbusima, u tramvajima, u električnim vozovima, gdje su ugrađeni za dobijanje niskog napona u strujnim upravljačkim krugovima. Ali sada su već gotovo u potpunosti zamijenjeni poluvodičkim rješenjima (pomoću tiristora i tranzistora).
Pretvarači tipa motor-generator imaju niz prednosti. Prvo, to je pouzdana galvanska izolacija izlaznih i ulaznih strujnih kola. Drugo, izlaz je čisti sinusni val bez smetnji, bez šuma. Uređaj je vrlo jednostavnog dizajna, što čini održavanje prilično jednostavnim.
Ovo je jednostavan način za dobijanje trofaznog napona. Inercija rotora izglađuje strujne udare tokom naglih promjena parametara opterećenja. I naravno, ovdje je vrlo lako povratiti struju.
Ne bez nedostataka. Umformeri imaju pokretne dijelove, zbog čega je njihov vijek trajanja ograničen. Masa, težina, obilje materijala i kao rezultat - visoka cijena. Bučan rad, vibracije. Potreba za čestim podmazivanjem ležajeva, čišćenjem komutatora i zamjenom četkica. Efikasnost unutar 70%.
Unatoč nedostacima, mehanički motor-generatori se i dalje koriste u elektroenergetskoj industriji za pretvaranje velikih snaga. U budućnosti bi motorni generatori mogli pomoći u koordinaciji mreža sa frekvencijama od 60 i 50 Hz, ili u obezbjeđivanju mreža sa povećanim zahtjevima za kvalitetom električne energije. U ovom slučaju, napajanje namotaja rotora mašine moguće je iz čvrstog frekventnog pretvarača male snage.
Članak će govoriti o tome kako povećati struju u krugu punjača, u napajanju, transformatoru, u generatoru, u USB priključcima računala bez promjene napona.
Šta je trenutna snaga?
Električna struja je uređeno kretanje nabijenih čestica unutar provodnika uz obavezno prisustvo zatvorenog kola.
Pojava struje je zbog kretanja elektrona i slobodnih jona koji imaju pozitivan naboj.
Dok se kreću, nabijene čestice mogu zagrijati provodnik i imati hemijski učinak na njegov sastav. Osim toga, struja može utjecati na susjedne struje i magnetizirana tijela.
Jačina struje je električni parametar koji je skalarna veličina. Formula:
I=q/t, gdje je I struja, t vrijeme, a q punjenje.
Također je vrijedno znati Ohmov zakon, prema kojem je struja direktno proporcionalna U (napon) i obrnuto proporcionalna R (otpor).
Postoje dvije vrste struje - pozitivna i negativna.
U nastavku ćemo razmotriti o čemu ovisi ovaj parametar, kako povećati jačinu struje u krugu, u generatoru, u napajanju i u transformatoru.
Od čega zavisi jačina struje?
Za povećanje I u kolu, važno je razumjeti koji faktori mogu utjecati na ovaj parametar. Ovdje možemo istaknuti ovisnost o:
- Otpor. Što je manji parametar R (Ohm), to je veća struja u kolu.
- Voltages. Koristeći isti Ohmov zakon, možemo zaključiti da kako se U povećava, jačina struje također raste.
- Jačina magnetnog polja. Što je veći, to je veći napon.
- Broj zavoja zavojnice. Što je ovaj pokazatelj veći, veći je U i, shodno tome, veći I.
- Snaga sile koja se prenosi na rotor.
- Prečnik provodnika. Što je manji, veći je rizik od zagrijavanja i izgaranja dovodne žice.
- Projekti napajanja.
- Prečnik žica statora i armature, broj amper-zavoja.
- Parametri generatora - radna struja, napon, frekvencija i brzina.
Kako povećati struju u kolu?
Postoje situacije kada je potrebno povećati I, koji teče u krugu, ali je važno shvatiti da je to potrebno poduzeti pomoću posebnih uređaja.
Pogledajmo kako povećati struju pomoću jednostavnih uređaja.
Da biste završili posao, trebat će vam ampermetar.
Opcija 1.
Prema Ohmovom zakonu, struja je jednaka naponu (U) podijeljenom otporu (R). Najjednostavniji način povećanja sile I, koji se sam po sebi sugerira, je povećanje napona koji se dovodi na ulaz kruga, odnosno smanjenje otpora. U ovom slučaju, povećat ću se u direktnoj proporciji sa U.
Na primjer, kada spojite krug od 20 Ohma na izvor napajanja s U = 3 Volta, trenutna vrijednost će biti 0,15 A.
Ako u krug dodate još jedan izvor napajanja od 3V, ukupna vrijednost U može se povećati na 6 volti. Shodno tome, struja će se također udvostručiti i dostići granicu od 0,3 Ampera.
Napajanja moraju biti povezana serijski, odnosno plus jednog elementa spojen je na minus prvog.
Da biste dobili potreban napon, dovoljno je spojiti nekoliko izvora napajanja u jednu grupu.
U svakodnevnom životu izvori konstantnog U, spojeni u jednu grupu, nazivaju se baterijama.
Unatoč očiglednosti formule, praktični rezultati mogu se razlikovati od teorijskih proračuna, što je zbog dodatnih faktora - zagrijavanja vodiča, njegovog poprečnog presjeka, korištenog materijala itd.
Kao rezultat, R se mijenja prema povećanju, što dovodi do smanjenja sile I.
Povećanje opterećenja u električnom krugu može uzrokovati pregrijavanje vodiča, izgaranje ili čak požar.
Zato je važno biti oprezan pri rukovanju uređajima i uzeti u obzir njihovu snagu pri odabiru poprečnog presjeka.
Vrijednost I može se povećati na drugi način smanjenjem otpora. Na primjer, ako je ulazni napon 3 Volta, a R 30 Ohma, tada struja od 0,1 Ampera prolazi kroz kolo.
Ako smanjite otpor na 15 Ohma, jačina struje će se, naprotiv, udvostručiti i dostići 0,2 Ampera. Opterećenje se smanjuje na gotovo nulu tijekom kratkog spoja u blizini izvora napajanja, u ovom slučaju se I povećava na najveću moguću vrijednost (uzimajući u obzir snagu proizvoda).
Otpor se može dodatno smanjiti hlađenjem žice. Ovaj efekat supravodljivosti je odavno poznat i aktivno se koristi u praksi.
Za povećanje struje u krugu često se koriste elektronički uređaji, na primjer, strujni transformatori (kao kod zavarivača). Jačina varijable I u ovom slučaju raste sa smanjenjem frekvencije.
Ako postoji aktivni otpor u AC krugu, I se povećava kako se kapacitet kondenzatora povećava, a induktivnost zavojnice opada.
U situaciji kada je opterećenje čisto kapacitivno po prirodi, struja raste sa povećanjem frekvencije. Ako krug uključuje induktore, sila I će se povećati istovremeno sa smanjenjem frekvencije.
Opcija 2.
Da biste povećali trenutnu snagu, možete se fokusirati na drugu formulu, koja izgleda ovako:
I = U*S/(ρ*l). Ovdje znamo samo tri parametra:
- S - poprečni presjek žice;
- l je njegova dužina;
- ρ je električna otpornost vodiča.
Da biste povećali struju, sastavite lanac koji sadrži izvor struje, potrošač i žice.
Ulogu izvora struje obavljat će ispravljač, koji vam omogućava regulaciju EMF-a.
Povežite lanac sa izvorom, a tester sa potrošačem (predpodesite uređaj za merenje struje). Povećajte EMF i pratite indikatore na uređaju.
Kao što je gore navedeno, kako se U povećava, moguće je povećati struju. Sličan eksperiment se može izvesti za otpor.
Da biste to učinili, saznajte od kojeg su materijala napravljene žice i ugradite proizvode koji imaju nižu otpornost. Ako ne možete pronaći druge vodiče, skratite one koji su već postavljeni.
Drugi način je povećanje poprečnog presjeka, za koji je vrijedno montirati slične vodiče paralelno s instaliranim žicama. U ovom slučaju povećava se površina poprečnog presjeka žice i povećava se struja.
Ako skratimo provodnike, parametar koji nas zanima (I) će se povećati. Po želji se mogu kombinovati opcije za povećanje struje. Na primjer, ako se provodnici u krugu skrate za 50%, a U se podigne za 300%, tada će se sila I povećati 9 puta.
Kako povećati struju u napajanju?
Na internetu često možete naići na pitanje kako povećati I u napajanju bez promjene napona. Pogledajmo glavne opcije.
Situacija br. 1.
Napajanje od 12 volti radi sa strujom od 0,5 ampera. Kako podići I do njegove maksimalne vrijednosti? Da biste to učinili, tranzistor se postavlja paralelno s napajanjem. Osim toga, na ulazu su ugrađeni otpornik i stabilizator.
Kada napon na otporu padne na potrebnu vrijednost, tranzistor se otvara, a ostatak struje ne teče kroz stabilizator, već kroz tranzistor.
Potonji se, inače, mora odabrati prema nazivnoj struji i ugrađenom radijatoru.
Osim toga, moguće su sljedeće opcije:
- Povećajte snagu svih elemenata uređaja. Ugradite stabilizator, diodni most i transformator veće snage.
- Ako postoji strujna zaštita, smanjite vrijednost otpornika u upravljačkom krugu.
Situacija br. 2.
Postoji napajanje za U = 220-240 volti (na ulazu), a na izlazu konstantno U = 12 volti i I = 5 ampera. Zadatak je povećati struju na 10 ampera. U tom slučaju, napajanje treba ostati približno istih dimenzija i ne pregrijati se.
Ovdje je za povećanje izlazne snage potrebno koristiti još jedan transformator, koji se pretvara na 12 volti i 10 ampera. U suprotnom, proizvod ćete morati sami premotati.
U nedostatku potrebnog iskustva, bolje je ne riskirati, jer postoji velika vjerojatnost kratkog spoja ili izgaranja skupih elemenata kola.
Transformator će se morati zamijeniti većim proizvodom, a morat će se preračunati i lanac amortizera koji se nalazi na DRAIN-u ključa.
Sljedeća točka je zamjena elektrolitskog kondenzatora, jer pri odabiru kapacitivnosti morate se usredotočiti na snagu uređaja. Dakle, za 1 W snage ima 1-2 mikrofarada.
Nakon takve modifikacije, uređaj će se više zagrijati, tako da ugradnja ventilatora nije potrebna.
Kako povećati struju u punjaču?
Kada koristite punjače, možete primijetiti da punjači za tablet, telefon ili laptop imaju brojne razlike. Osim toga, brzina kojom se uređaji pune također može varirati.
Ovdje puno ovisi o tome da li se koristi originalni ili neoriginalni uređaj.
Za mjerenje struje koja ide na vaš tablet ili telefon iz punjača, možete koristiti ne samo ampermetar, već i aplikaciju Ampere.
Pomoću softvera moguće je odrediti brzinu punjenja i pražnjenja baterije, kao i njeno stanje. Aplikacija je besplatna za korištenje. Jedina mana je oglašavanje (plaćena verzija ga nema).
Glavni problem kod punjenja baterija je mala struja punjača, zbog čega je vrijeme za dobivanje kapaciteta predugo. U praksi, struja koja teče u krugu direktno ovisi o snazi punjača, kao io drugim parametrima - dužini kabela, debljini i otporu.
Pomoću aplikacije Ampere možete vidjeti kojom se strujom puni uređaj, kao i provjeriti može li se proizvod puniti većom brzinom.
Da biste koristili mogućnosti aplikacije, samo je preuzmite, instalirajte i pokrenite.
Nakon toga, telefon, tablet ili drugi uređaj se povezuje na punjač. To je sve - ostaje samo obratiti pažnju na parametre struje i napona.
Osim toga, imat ćete pristup informacijama o tipu baterije, nivou U, stanju baterije, kao i temperaturnim uvjetima. Takođe možete vidjeti maksimum i minimum I koji se javljaju tokom ciklusa.
Ako imate na raspolaganju nekoliko punjača, možete pokrenuti program i pokušati napuniti svaki od njih. Na osnovu rezultata testiranja, lakše je odabrati punjač koji daje maksimalnu struju. Što je ovaj parametar veći, uređaj će se brže puniti.
Mjerenje struje nije jedino što Amper može učiniti. Uz njegovu pomoć možete provjeriti koliko se trošim u standby modu ili pri uključivanju raznih igrica (aplikacija).
Na primjer, nakon isključivanja svjetline zaslona, deaktiviranja GPS-a ili prijenosa podataka, lako je primijetiti smanjenje opterećenja. Na ovoj pozadini, lakše je zaključiti koje opcije najviše troše bateriju.
Šta je još vrijedno pažnje? Svi proizvođači preporučuju uređaje za punjenje "nativnim" punjačima koji proizvode određenu struju.
Ali tokom rada postoje situacije kada morate puniti telefon ili tablet drugim punjačima koji imaju više snage. Kao rezultat toga, brzina punjenja može biti veća. Ali ne uvek.
Malo ljudi zna, ali neki proizvođači ograničavaju maksimalnu struju koju baterija uređaja može prihvatiti.
Na primjer, Samsung Galaxy Alpha uređaj dolazi sa punjačem od 1,35 Ampera.
Prilikom povezivanja punjača od 2 ampera ništa se ne mijenja - brzina punjenja ostaje ista. To je zbog ograničenja koje je postavio proizvođač. Sličan test je obavljen sa nizom drugih telefona, što je samo potvrdilo nagađanje.
Uzimajući u obzir gore navedeno, možemo zaključiti da je malo vjerovatno da će ne-autorski punjači oštetiti bateriju, ali ponekad mogu pomoći u bržem punjenju.
Hajde da razmotrimo drugu situaciju. Prilikom punjenja uređaja preko USB konektora, baterija dobiva kapacitet sporije nego kada se uređaj puni putem konvencionalnog punjača.
To je zbog ograničenja struje koju USB port može osigurati (ne više od 0,5 Ampera za USB 2.0). Kada koristite USB3.0, struja se povećava na 0,9 Ampera.
Osim toga, postoji poseban uslužni program koji omogućava „trojci“ da provuče veći I kroz sebe.
Za uređaje kao što je Apple program se zove ASUS Ai Charger, a za druge uređaje se zove ASUS USB Charger Plus.
Kako povećati struju u transformatoru?
Drugo pitanje koje zabrinjava entuzijaste elektronike je kako povećati jačinu struje u odnosu na transformator.
Evo sljedećih opcija:
- Instalirajte drugi transformator;
- Povećajte prečnik provodnika. Glavna stvar je da poprečni presjek "gvožđa" to dozvoljava.
- Raise U;
- Povećati poprečni presjek jezgra;
- Ako transformator radi preko ispravljačkog uređaja, vrijedi koristiti proizvod s multiplikatorom napona. U ovom slučaju, U raste, a s njim raste i struja opterećenja;
- Kupite novi transformator sa odgovarajućom strujom;
- Zamijenite jezgro feromagnetnom verzijom proizvoda (ako je moguće).
Transformator ima par namotaja (primarni i sekundarni). Mnogi izlazni parametri ovise o poprečnom presjeku žice i broju zavoja. Na primjer, ima X okreta na visokoj strani i 2X na drugoj strani.
To znači da će napon na sekundarnom namotu biti manji, kao i snaga. Izlazni parametar također ovisi o efikasnosti transformatora. Ako je manji od 100%, U i struja u sekundarnom kolu se smanjuju.
Uzimajući u obzir gore navedeno, mogu se izvući sljedeći zaključci:
- Snaga transformatora zavisi od širine trajnog magneta.
- Da bi se povećala struja u transformatoru, potrebno je smanjenje R opterećenja.
- Struja (A) ovisi o promjeru namotaja i snazi uređaja.
- U slučaju premotavanja, preporučuje se korištenje deblje žice. U ovom slučaju, omjer mase žice na primarnom i sekundarnom namotu je približno identičan. Ako namotate 0,2 kg željeza na primarni namotaj i 0,5 kg na sekundarni namotaj, primarni će izgorjeti.
Kako povećati struju u generatoru?
Struja u generatoru direktno ovisi o parametru otpora opterećenja. Što je ovaj parametar niži, to je struja veća.
Ako je I veći od nominalnog parametra, to ukazuje na prisutnost hitnog režima - smanjenje frekvencije, pregrijavanje generatora i druge probleme.
U takvim slučajevima mora biti osigurana zaštita ili isključenje uređaja (dio opterećenja).
Osim toga, s povećanim otporom, napon se smanjuje, a U raste na izlazu generatora.
Da bi se parametar održao na optimalnom nivou, predviđena je regulacija struje pobude. U ovom slučaju, povećanje struje pobude dovodi do povećanja napona generatora.
Mrežna frekvencija mora biti na istom nivou (konstantna).
Pogledajmo primjer. U automobilskom generatoru potrebno je povećati struju sa 80 na 90 Ampera.
Da biste riješili ovaj problem, trebate rastaviti generator, odvojiti namot i zalemiti vod na njega, a zatim spojiti diodni most.
Osim toga, sam diodni most se mijenja u dio s većim performansama.
Nakon toga morate ukloniti namotaj i komad izolacije na mjestu gdje se žica lemi.
Ako postoji neispravan generator, olovo se odgrize s njega, nakon čega se bakrenom žicom izgrađuju noge iste debljine.
Prema Teslinim riječima, godina koju je proveo u Pittsburghu izgubljena je za istraživački rad u oblasti polifaznih struja. Moguće je da je ova izjava bliska istini, ali je moguće i da je ova godina označila početak daljnjeg stvaralačkog uspjeha pronalazača. Diskusija sa inženjerima u fabrici Westinghouse nije prošla nezapaženo. Opravdanje za njegovu predloženu frekvenciju naizmjenične struje od 60 perioda zahtijevalo je temeljitiju analizu isplativosti korištenja nižih i viših frekvencija. Teslin naučni integritet nije mu dozvolio da napusti ovo pitanje bez pažljive provere.
Vrativši se iz Evrope 1889. godine, počeo je da projektuje generator naizmenične struje visoke frekvencije i ubrzo stvorio mašinu čiji se stator sastojao od 348 magnetnih polova. Ovaj generator je omogućio primanje naizmjenične struje sa frekvencijom od 10 hiljada ciklusa u sekundi (10 kHz). Ubrzo je uspio stvoriti generator još više frekvencije i počeo je proučavati različite fenomene na frekvenciji od 20 hiljada ciklusa u sekundi.
Istraživanja su pokazala da se povećanjem frekvencije naizmjenične struje količina željeza u elektromagnetnim motorima može značajno smanjiti, a počevši od određene frekvencije moguće je stvoriti elektromagnete koji se sastoje samo od namotaja, bez željeza u zavojnicama. . Motori napravljeni od takvih elektromagneta bez željeza bili bi izuzetno lagani, ali u mnogim drugim aspektima neekonomični, a smanjenje troškova metala ne bi se nadoknadilo značajnim povećanjem potrošnje električne energije.
Istražujući širok spektar frekvencija naizmenične struje u početku u granicama koje se mogu koristiti u višefaznom sistemu (25-200 ciklusa u sekundi), Tesla je ubrzo prešao na proučavanje svojstava i mogućnosti praktične upotrebe velikih struja (10-20 hiljada). ciklusa u sekundi) i visoke (20-100 hiljada ciklusa u sekundi) frekvencije. Za dobijanje znatno većeg broja perioda i znatno većeg napona nego što se može postići generatorima visokofrekventne struje koje je stvorio, bilo je potrebno pronaći i osloniti se na druge principe. Dobro upoznat sa svjetskom literaturom o elektrofizici i elektrotehnici, Tesla je proučavao rad poznatog američkog fizičara Josepha Henryja, koji je još 1842. godine sugerirao da kod nekih električnih pražnjenja (uključujući pražnjenje iz Leyden tegle) ne postoje samo "glavna pražnjenja", ali i kontra, a svaka naredna je nešto slabija od prethodne. Ovo je bio prvi put da je uočeno postojanje prigušenog dvosmjernog električnog pražnjenja.
Tesla je također znao da je jedanaest godina nakon Henryja, engleski fizičar Lord Kelvin eksperimentalno dokazao da je električno pražnjenje kondenzatora dvosmjeran proces, koji se nastavlja sve dok se njegova energija ne potroši na savladavanje otpora medija. Frekvencija ovog dvosmjernog procesa dostiže 100 miliona vibracija u sekundi. Varnica između kuglica razmaka, koja izgleda homogena, zapravo se sastoji od nekoliko miliona varnica koje prolaze u kratkom vremenskom periodu u oba smjera.
Kelvin je dao matematički izraz za proces dvostranog pražnjenja kondenzatora. Kasnije su Fedderson, Schiller, Kirchhoff, Helmholtz i drugi istraživači ne samo potvrdili ispravnost ovog matematičkog izraza, već su i značajno proširili teoriju električnog pražnjenja. Tesla je bio upoznat i sa radom Antona Oberbanka, koji je posmatrao fenomen električne rezonancije, odnosno proces naglog povećanja amplitude (raspona) oscilacija kako se frekvencija spoljašnje oscilacije približava frekvenciji prirodnog unutrašnjeg oscilacije sistema.
Takođe je bio dobro svjestan eksperimenata Hertza i Lodgea, koji su proučavali elektromagnetne valove. Teslu su posebno impresionirali eksperimenti Hajnriha Herca, koji su potvrdili teorijske pretpostavke Džejmsa K. Maksvela o talasnoj prirodi elektromagnetnih pojava. Treba napomenuti da je u radovima Herca Tesla po prvi put pronašao naznaku fenomena takozvanih „stojećih elektromagnetnih talasa“, odnosno talasa koji se naslanjaju jedan na drugi tako da se na nekim mestima pojačavaju, stvarajući “antinodi”, au drugima se svode na ogrebotinu, stvarajući “čvorove”.
Znajući sve ovo, Nikola Tesla je 1891. godine završio izgradnju uređaja koji je imao izuzetnu ulogu u daljem razvoju raznih grana elektrotehnike, a posebno radiotehnike. Da bi stvorio struje visoke frekvencije i visokog napona, odlučio je iskoristiti dobro poznato svojstvo rezonancije, odnosno fenomen naglog povećanja amplitude prirodnih oscilacija bilo kojeg sistema (mehaničkog ili električnog) kada vanjske oscilacije sa istom frekvencijom su superponirani na njih. Na osnovu ovog poznatog fenomena, Tesla je stvorio svoj rezonantni transformator.
Rad rezonantnog transformatora zasniva se na podešavanju njegovih primarnih i sekundarnih kola u rezonanciju. Primarni krug, koji sadrži i kondenzator i indukcijsku zavojnicu, omogućava dobivanje naizmjeničnih struja vrlo visokog napona sa frekvencijama od nekoliko miliona ciklusa u sekundi. Varnica između kuglica razmaka izaziva brze promjene u magnetskom polju oko primarnog namotaja vibratora. Ove promjene u magnetskom polju uzrokuju pojavu odgovarajućeg visokog napona u namotu sekundarne zavojnice, koji se sastoji od velikog broja zavoja tanke žice, i frekvencije naizmjenične struje u njoj, koja odgovara broju iskristih pražnjenja. , dostiže nekoliko miliona promjena u sekundi.
Frekvencija dostiže svoju najveću vrijednost u trenutku kada se periodi primarnog i sekundarnog kruga poklope, odnosno kada se u tim krugovima zapaža pojava rezonancije.
Tesla je razvio vrlo jednostavne metode za automatsko punjenje kondenzatora iz izvora struje niskog napona i njegovo pražnjenje kroz transformator sa vazdušnim jezgrom. Teorijski proračuni pronalazača pokazali su da se čak i uz najneznačajnije vrijednosti kapacitivnosti i indukcije u rezonantnom transformatoru koji je stvorio, uz odgovarajuće podešavanje, rezonancijom mogu dobiti vrlo visoki naponi i frekvencije.
Principi električnog podešavanja rezonantnog transformatora koje je otkrio 1890. godine i mogućnost promjene kapacitivnosti za promjenu talasne dužine elektromagnetnih oscilacija koje stvara transformator postali su jedan od najvažnijih temelja radiotehnike, a Teslina razmišljanja o ogromnoj ulozi kondenzatora i uopšte, kapacitivnosti i samoindukcije u razvoju elektrotehnike.
Prilikom kreiranja rezonantnog transformatora morao je biti riješen još jedan praktični problem: pronalaženje izolacije za namotaje ultra visokog napona. Tesla je preuzeo teoriju propadanja izolacije i na osnovu te teorije pronašao najbolji način da izoluje zavoje zavojnica - potopi ih u parafin, laneno ili mineralno ulje, koje se danas zove transformatorsko ulje. Kasnije se Tesla ponovo vratio razvoju pitanja električne izolacije i izvukao vrlo važne zaključke iz svoje teorije.
Tek što je započeo eksperimente sa visokofrekventnim strujama, Nikola Tesla je jasno zamišljao ogromne izglede koji se otvaraju čovečanstvu širokom upotrebom visokofrekventnih struja. Smjer Teslinog rada pokazuje neobično široke zaključke koje je izvukao iz svog otkrića.
Prije svega, postao je uvjeren da elektromagnetski valovi igraju izuzetno važnu ulogu u većini prirodnih pojava. U interakciji jedni s drugima, oni ili jačaju ili slabe, ili izazivaju nove pojave, čije porijeklo ponekad pripisujemo sasvim drugim razlozima. Ali ne samo da elektromagnetno zračenje igra veliku ulogu u širokom spektru prirodnih fenomena. Tesla je, uz intuiciju velikog naučnika, shvatio značaj različitih zračenja i prije izvanrednih otkrića radioaktivnih elemenata. Kada su kasnije, 1896. godine, Henri Becquerel, a potom Pjer i Marija Kiri, otkrili ovaj fenomen, Tesla je u ovoj potvrdi pronašao svoja predviđanja koja je izneo još 1890. godine.
Ogroman značaj naizmjeničnih struja u razvoju industrije, koja je konačno dobila elektromotor koji joj je bio potreban, postao je jasan Nikoli Tesli nakon prvog upoznavanja sa prednostima trofazne struje, kojoj su za prijenos bile potrebne samo tri žice. Za Teslu je već tada bilo jasno da treba otkriti metodu potpunog prenošenja električne energije bez žica, koristeći elektromagnetne talase. Ovaj problem je privukao Teslinu pažnju i postao predmet njegovih proučavanja krajem 1889.
Međutim, praktična primjena visokofrekventnih struja u različite svrhe zahtijevala je proučavanje naizgled različitih, nepovezanih pitanja. Upravo te eksperimente velikih razmera Nikola Tesla je počeo da sprovodi u svojoj laboratoriji.
Započevši sistematske eksperimente sa strujama visoke frekvencije i visokog napona, Tesla je prije svega morao razviti mjere zaštite od opasnosti od strujnog udara. Ovaj privatni, pomoćni, ali vrlo važan zadatak doveo ga je do otkrića koja su postavila temelje za elektroterapiju, ogromno područje moderne medicine.
Tok misli Nikole Tesle bio je izuzetno originalan. Poznato je, zaključio je on, da jednosmjerna struja niskog napona (do 36 volti) nema štetnih učinaka na čovjeka. Kako napon raste, mogućnost ozljeda se brzo povećava.
S povećanjem napona, budući da je otpor ljudskog tijela praktički nepromijenjen, jačina struje se također povećava i dostiže prijeteću vrijednost na 120 volti. Viši napon postaje opasan po zdravlje i život ljudi.
Naizmjenična struja je druga stvar. Za njega je granica opasnog napona mnogo viša nego za jednosmjerni napon, a ova granica se pomiče sa povećanjem frekvencije. Poznato je da elektromagnetski talasi veoma visokih frekvencija nemaju nikakav bolan efekat na čoveka 10 . Primjer za to je svjetlost koju zdravo oko percipira pri normalnoj svjetlosti bez ikakvih bolnih senzacija. Unutar kojih frekvencija i napona je naizmjenična struja opasna? Gdje počinje zona sigurne struje?
Korak po korak, Tesla je istraživao učinak naizmjenične električne struje na čovjeka različitih frekvencija i napona. Izvodio je eksperimente na sebi. Najprije je kroz prste jedne ruke, zatim kroz obje ruke i na kraju kroz cijelo tijelo prolazio struje visokog napona i visoke frekvencije. Istraživanja su pokazala da se dejstvo električne struje na ljudski organizam sastoji od dve komponente: dejstva struje na tkiva i ćelije kroz zagrevanje i direktnog dejstva struje na nervne ćelije.
Pokazalo se da zagrevanje ne izaziva uvek destruktivne i bolne posledice, a dejstvo struje na nervne ćelije prestaje na frekvenciji od preko 700 perioda, kao što ljudski sluh ne reaguje na vibracije veće od 2 hiljade u sekundi, a oko reaguje. ne reaguju na vibracije izvan vidljivog raspona boja.
Time je uspostavljena sigurnost visokofrekventnih struja čak i pri visokim naponima. Štaviše, toplotni efekti ovih struja mogli su se koristiti u medicini, a ovo otkriće Nikole Tesle našlo je široku primenu; dijatermija, UHF tretman i druge metode elektroterapije direktna su posljedica njegovih istraživanja. Sam Tesla je razvio niz elektrotermalnih uređaja i uređaja za medicinu, koji su postali široko rasprostranjeni kako u SAD-u tako iu Evropi. Njegovo otkriće potom su razvili drugi istaknuti električari i doktori.
Jednom, dok je provodio eksperimente sa visokofrekventnim strujama i podigao njihov napon na 2 miliona volti, Tesla je slučajno u opremu unio bakarni disk obojen u crno. U istom trenutku, gusti crni oblak obavija disk i odmah se podiže uvis, a sam disk je zablistao, kao da je nečija nevidljiva ruka sastrugala svu boju i uglancala je.
Iznenađen, Tesla je ponovio eksperiment, i opet je boja nestala, a disk je zasjao, zadirkujući naučnika. Nakon što je nekoliko desetina puta ponovio eksperimente s različitim metalima, Tesla je shvatio da je otkrio način da ih očisti strujama visoke frekvencije.
“Zanimljivo je”, pomislio je, “neće li te struje utjecati na ljudsku kožu, hoće li moći ukloniti razne boje koje je teško ukloniti s nje.”
I ovo iskustvo je bilo uspješno. Koža ruke, ofarbana bojom, odmah je postala čista čim ju je Tesla uveo u polje visokofrekventnih struja. Ispostavilo se da ove struje mogu ukloniti sitne osip sa kože lica, očistiti pore i ubiti mikrobe koji uvijek u izobilju prekrivaju površinu ljudskog tijela. Tesla je verovao da njegove lampe imaju posebno blagotvorno dejstvo ne samo na mrežnjaču, već i na ceo ljudski nervni sistem. Osim toga, Tesla lampe izazivaju ozoniranje zraka, što se također može koristiti u liječenju mnogih bolesti. Nastavljajući rad na elektroterapiji, Tesla je 1898. godine napravio detaljan izvještaj o svom radu u ovoj oblasti na sljedećem kongresu Američkog elektroterapeutskog udruženja u Buffalu.
U laboratoriji, Tesla je kroz svoje tijelo propuštao struje od milion volti na frekvenciji od 100 hiljada ciklusa u sekundi (struja je dostigla vrijednost od 0,8 ampera). Ali kada je radio sa visokofrekventnim i visokonaponskim strujama, Tesla je bio vrlo oprezan i zahtijevao je od svojih pomoćnika da poštuju sva sigurnosna pravila koja je sam razvio. Dakle, pri radu sa naponom od 110-50 hiljada volti na frekvenciji od 60-200 perioda, naučio ih je da rade jednom rukom kako bi spriječili mogućnost da struja teče kroz srce. Mnoga druga pravila koja je pionir Tesla postala su čvrsto uspostavljena u modernim visokonaponskim sigurnosnim praksama.
Nakon što je stvorio raznovrsnu opremu za izvođenje eksperimenata, Tesla je u svom laboratoriju počeo proučavati ogroman raspon pitanja vezanih za potpuno novo polje nauke, u kojem su ga najviše zanimale mogućnosti praktične upotrebe visokofrekventnih i visokonaponske struje. Njegovi radovi pokrivali su čitav niz fenomena, počevši od pitanja generisanja (stvaranja) visokofrekventnih struja do detaljnog proučavanja različitih mogućnosti njihove praktične upotrebe. Sa svakim novim otkrićem nastajalo je sve više novih problema.
Kao jedan od njegovih posebnih problema, Teslu je zanimala mogućnost korištenja otkrića elektromagnetne prirode svjetlosti od strane Maxwella i Hertza. Imao je ideju: ako je svjetlost elektromagnetna oscilacija s određenom valnom dužinom, da li je moguće umjetno je proizvesti ne zagrijavanjem niti električne žarulje sa žarnom niti (koja omogućava korištenje samo 5 posto energije pretvorene u svjetlosnu fluksa), ali stvaranjem takvih oscilacija koje bi izazvale pojavu svjetlosnih valova? Ovaj problem je postao predmet istraživanja u Teslinoj laboratoriji početkom 1890. godine.
Ubrzo je prikupio ogromnu količinu činjenica, što mu je omogućilo da pređe na generalizacije. Međutim, Teslina opreznost ga je natjerala da svaku svoju izjavu provjeri desetine i stotine puta. Svaki eksperiment je ponovio stotine puta prije nego što je iz njega izvukao bilo kakav zaključak. Neobičnost svih otkrića Nikole Tesle i njegov ogroman autoritet privukli su pažnju čelnika Američkog instituta elektroinženjera, koji su ponovo, kao i prije tri godine, pozvali Teslu da održi predavanje o njegovom radu. Tesla je odabrao temu: „Eksperimenti sa naizmeničnim strujama veoma visoke frekvencije i njihova upotreba za veštačko osvetljenje“.
Po tradiciji ustanovljenoj od prvih godina postojanja instituta, ograničen broj poziva upućen je samo najistaknutijim inženjerima elektrotehnike. Pred tako odabranom publikom, Tesla je 20. maja 1892. održao jedno od svojih najnadahnutijih predavanja i demonstrirao eksperimente koje je već izvodio u svojoj laboratoriji.
Ne postoji ništa što bi verovatnije privuklo pažnju čoveka i zaslužilo da bude predmet proučavanja od prirode. Shvatiti njegov ogroman mehanizam, otkriti njegove stvaralačke snage i znati zakone koji njime upravljaju najveći je cilj ljudskog uma, Tesla je ovim riječima započeo svoj govor.
A sada već demonstrira svojoj publici rezultate svojih istraživanja u novom, još neistraženom području visokofrekventnih struja.
Disperzija elektromagnetne energije u prostoru koji okružuje izvor visokofrekventnih struja omogućava korišćenje ove energije u različite svrhe, uvereno kaže naučnik i odmah pokazuje izuzetno iskustvo. On iznosi genijalnu tezu o mogućnosti prijenosa električne energije bez žica i kao dokaz čini da svijetle i obične žarulje sa žarnom niti i posebno kreirane lampe bez niti unutar njih, uvodeći ih u naizmjenično visokofrekventno elektromagnetno polje. „Osvetljenje lampama ove vrste“, kaže Tesla, „gde svetlost nastaje ne pod uticajem zagrevanja filamenta strujom koja teče, već kao rezultat posebnih vibracija molekula i atoma gasa, biće jednostavnije od osvetljenja sa modernim lampama sa žarnom niti.” Osvetljenje budućnosti, naglasio je naučnik, je osvetljenje visokofrekventnim strujama.
Tesla se posebno detaljno zadržao na opisu svog rezonantnog transformatora kao izvora talasa veoma visoke frekvencije i ponovo istakao značaj pražnjenja kondenzatora u stvaranju takvih oscilacija. Tesla je ispravno procenio veliku budućnost ovog najvažnijeg dela savremene radio opreme. Ovu ideju je izrazio sljedećim riječima:
Mislim da će pražnjenje kondenzatora igrati važnu ulogu u budućnosti, jer ne samo da će pružiti mogućnost dobijanja svjetlosti na jednostavniji način u smislu koji ukazuje teorija koju sam naveo, već će se pokazati važnim u mnogim drugim poštuje.
Nakon što je detaljno predstavio rezultate eksperimenata sa visokofrekventnim strujama dobijenim pomoću rezonantnog transformatora, Tesla je predavanje zaključio riječima koje ukazuju na njegovo jasno razumijevanje vrijednosti daljeg proučavanja pojava na kojima je njegov rad jedva podigao veo tajne:
Prolazimo nepojmljivom brzinom kroz beskonačan prostor; sve oko nas je u pokretu, a energija je svuda. Mora postojati direktniji način za korištenje ove energije nego što je trenutno poznato. A kada se svjetlost dobije iz okoline oko nas, i kada se na isti način svi oblici energije bez napora dobiju iz njihovog neiscrpnog izvora, čovječanstvo će krenuti naprijed divovskim koracima.
Sama kontemplacija ovog veličanstvenog izgleda podiže nam duh, jača našu nadu i ispunjava naša srca najvećom radošću.
Tesla je završio svoj izuzetan govor uz gromoglasan aplauz. Izvanrednost svega prikazanog i posebno hrabri zaključci naučnika, koji je uvideo revolucionarne posledice svojih otkrića, zadivili su publiku, iako nisu svi razumeli sadržaj predavanja tako duboko kako bi Nikola Tesla želeo.
