Идея передать электрическую энергию без проводов появилась раньше, чем сами провода стали повсеместными: Никола Тесла в 1899 году демонстрировал беспроводное освещение ламп в радиусе нескольких метров от своего резонансного трансформатора, а в патенте №685957 описывал конструкции, использующие Землю как проводящую среду для передачи энергии на значительные расстояния. За прошедшие 125 лет физических принципов, позволяющих перенести энергию без металлического проводника, стало несколько - но ни один из них так и не смог предложить то, что кабель обеспечивает легко и дёшево: КПД выше 95% при мощностях от ватт до мегаватт ...
Индукционный нагрев создаёт для средств измерения принципиально враждебную среду. Мощное переменное магнитное поле, высокая температура заготовки, окалина и брызги металла - всё это делает традиционные контактные термопары уязвимыми: их чехлы разрушаются, электромагнитные помехи искажают показания, а сам факт контакта с быстродвижущейся заготовкой в методических (конвейерных) установках механически невозможен. Именно поэтому бесконтактные датчики не просто удобная альтернатива, а единственный практически реализуемый способ обратной связи по температуре в большинстве промышленных индукционных систем ...
Индукционный нагрев обладает принципиальным физическим преимуществом перед любым нагревом сопротивлением: тепло выделяется непосредственно в заготовке, а не в нагревательном элементе, который затем должен ещё передать его в изделие через несколько тепловых интерфейсов. Следовательно, тепловые потери на пути от источника энергии к объекту нагрева минимальны, а теоретический КПД системы определяется почти исключительно потерями в инверторе, индукторе и самой заготовке. Современные промышленные установки с инверторами на карбиде кремния или нитриде галлия достигают КПД более 90%, сократив потери энергии ...
Любой полупроводниковый прибор, будь то IGBT-модуль в частотном преобразователе или SiC-ключ в тяговом инверторе, неизбежно сталкивается с одним и тем же физическим препятствием: механически идеально ровных поверхностей не существует. Даже тщательно шлифованные металлические плоскости при микроскопическом увеличении обнаруживают горный рельеф пиков и долин, а воздух, заполняющий эти впадины, обладает теплопроводностью около 0,025 Вт/м·К - то есть является прекрасным теплоизолятором. Именно здесь вступают в дело термоинтерфейсные материалы (TIM): их единственная функция - вытеснить воздух из микропространства ...
На протяжении трёх десятилетий литий-ионная технология методично завоёвывала рынок, снижая стоимость накопленной энергии примерно вдвое каждые восемь лет. К середине 2020-х годов цена промышленных ячеек опустилась до примерно 115 долларов за киловатт-час - рубежа, ещё недавно казавшегося отдалённым. Тем не менее физические пределы жидкоэлектролитной технологии всё отчётливее ощущаются и разработчиками аккумуляторов, и потребителями: горючий электролит ограничивает и безопасность, и температурный диапазон, и, в конечном счёте, плотность энергии. Именно в этот момент на авансцену выходят твердотельные аккумуляторы ...
Промышленные объекты неустанно вибрируют. Трансформаторы гудят на частоте 50 Гц, подшипники электродвигателей отзываются собственными резонансами, трубопроводы передают пульсации насосов на километры в стороны. До недавнего времени всё это механическое беспокойство воспринималось исключительно как помеха, источник усталостных разрушений и акустического дискомфорта. Однако в арсенале современной физики появился класс устройств, способных обратить рассеянную вибрационную энергию в электричество - магнитоэлектрические (МЭ) преобразователи-харвестеры нового поколения. В основе МЭ-харвестера лежит элегантная физическая идея ...
Вопрос о сроке службы изоляции имеет точный научный ответ - и он значительно интереснее, чем принято думать. Нормативные цифры в 30 лет для медного кабеля и 15–20 лет для алюминиевого - это не физический предел материала, а статистически усреднённый ориентир для «нормальных» условий. Реальный срок может быть и вчетверо меньше, и в несколько раз больше. Определяющим параметром является температура жилы в процессе эксплуатации. Зависимость не линейная - она экспоненциальная, и это принципиально. Научные расчёты для наиболее распространённого ПВХ-пластиката ...
Этот вопрос с завидной регулярностью возникает у студентов старших курсов электротехнических специальностей, а нередко - и у молодых инженеров-электриков, впервые берущихся за расчёт системы электроснабжения промышленного предприятия. Логика кажется железной: мы уже ввели в расчёт коэффициент использования Kи, который учитывает, что электроприёмники работают не на полную мощность и не одновременно, так зачем тогда ещё раз «занижать» нагрузку через какой-то дополнительный коэффициент одновременности? Не является ли это двойным счётом, методической ошибкой, формальным артефактом старых нормативов? ...
Когда начинающий проектировщик впервые открывает Правила устройства электроустановок, первое, что он ищет в разделе про кабели - таблицу допустимых длительных токов. Логика очевидна: ток нагрузки известен, нужно найти сечение, при котором кабель этот ток выдержит без перегрева. Нашёл - записал - готово. Именно так учат в большинстве вузов, и именно так работает большинство практикующих инженеров на протяжении всей карьеры. Критерий нагрева решает вполне конкретную задачу: не допустить, чтобы изоляция кабеля разрушилась от перегрева раньше расчётного срока службы. Это важно, это обязательно, это закон ...
Любая промышленная система управления в конечном счёте сводится к одному фундаментальному действию: принять информацию о состоянии объекта, осмыслить её и выдать управляющее воздействие. Именно на этом стыке физического мира и логики контроллера возникает ключевое разграничение - сигнал либо дискретный, либо аналоговый, и это различие определяет всю дальнейшую архитектуру обработки. Дискретный сигнал существует в режиме жёсткой бинарности: он либо есть, либо его нет. Концевой выключатель, кнопка пуска, датчик уровня с релейным выходом - все они сообщают ПЛК одно из двух состояний, логический ноль или единицу ...
Если бы ни магнитные потоки, то вряд ли современная электротехника могла бы существовать. Работа генераторов и электродвигателей, электромагнитов и трансформаторов, измерительных приборов и датчиков Холла, - основана на использовании магнитного поля и свойствах магнитного потока. Для того чтобы сконцентрировать и усилить магнитный поток, прибегают к применению ферромагнитных материалов. Из ферромагнитных материалов изготавливают магнитопроводы — тела нужных форм и размеров, сердечники, чтобы направить магнитные потоки той или иной величины в требуемом направлении ...
Если в бочку с водой бросить кирпич, бочка уцелеет. Но если в нее выстрелить из пистолета, вода мгновенно разорвет обручи. Дело в том, что жидкости практически несжимаемы. Сравнительно медленно падающий кирпич позволяет воде успеть среагировать: уровень жидкости несколько повысится. А вот когда в воду врезается стремительная пуля, вода уже не успевает подняться, в результате резко подскакивает давление, и бочка разваливается. Нечто похожее произойдет, если в бочку угодит удар молнии. Конечно, такое случается редко. Но вот в озеро или речку «попадания» бывают чаще ...
Регулирование напряжения на центре питания приводит к изменениям напряжения во всей присоединенной к центру питания сети и называется централизованным, остальные способы регулирования изменяют напряжение на определенном участке и называются местными способами регулирования напряжения. В качестве центра питания городских сетей могут рассматриваться шины генераторного напряжения ТЭЦ или шины низшего напряжения районных подстанций или подстанций глубокого ввода. Отсюда вытекают и способы регулирования напряжения. На генераторном напряжении оно производится автоматически ...
Промышленный робот сам по себе — это лишь механизм. Умная, производительная и безопасная система возникает только тогда, когда он становится частью грамотно спроектированной роботизированной ячейки - замкнутого пространства, где металлорежущий станок, захватное устройство, конвейерная логистика и система управления работают как единый организм. Путь от идеи до работающей ячейки - это многоэтапный инженерный процесс, в котором ошибка на любом из шагов способна обесценить всю последующую работу. Прежде чем выбрать хоть единицу оборудования, инженер обязан досконально изучить сам технологический процесс ...
Развитие производства и управления им прошло четыре основных этапа, каждый из которых отличался возрастанием сложности и уровня автоматизации. В первой стадии, охватывающей период от начала промышленной революции в XIX веке до середины XX века, управление процессами было полностью ручным. Оператор контролировал все параметры производства на основе личного опыта и интуиции, без каких-либо приборов и автоматических систем. В качестве примера можно привести варку сахарного сиропа в медных чанах, где оператор внимательно наблюдал за цветом жидкости, определяя степень уваривания, оценивал температуру прикладыванием пальца к сиропу, а вязкость проверял растягиванием сиропа пальцами ...
Свинцово-кислотный аккумулятор был изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте (Raimond Louis Gaston Plante), исследователем земного магнетизма и электрических явлений в атмосфере. Данному изобретению предшествовало открытие, сделанное Планте в результате его экспериментов с электролизом водного раствора серной кислоты со свинцовыми электродами. Источником питания в установке для электролиза служили два соединенных последовательно элемента Бунзена (дававшие в сумме 3,6 - 3,8 вольт). Перед экспериментом свинцовые электроды находились на воздухе ...
Многие из нас так или иначе сталкивались с солнечными элементами. Кто-то пользовался или пользуется солнечными батареями для получения электричества в бытовых целях, кто-то использует небольшую солнечную панель для зарядки любимого гаджета в полевых условиях, а кто-то уж точно видел маленький солнечный элемент на микрокалькуляторе. Некоторым даже посчастливилось побывать на солнечной электростанции. Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, как происходит процесс преобразования солнечной энергии в энергию электрическую? Процесс преобразования солнечной энергии в электрическую основан ...
Почему электрический ток уходит в землю? А ведь данный вопрос можно обратить отнюдь не ко всем электрическим цепям, поэтому давайте несколько усложним его. В каких случаях и почему ток уходит в землю? Начнем с простого примера. Наверняка каждому из нас приходилось наблюдать такое природное явление как молния. Молния — есть ни что иное, как кратковременный ток уходящий их грозовой тучи в землю. Почему это происходит? Из школьного курса физики известно: заряды противоположных знаков стремятся притянуться друг к другу, за направление тока в проводнике принимается направление ...