Генератор электроэнергии по схеме Грамма. Генератор граммакольцо Грамма / Поиск по тегам / Социальная сетьОткрытие Фарадея имело огромные последствия для техники и всей человеческой истории, так как теперь стало ясно, каким образом механическую энергию превращать в электрическую, а электрическую — обратно в механическую. Первое из этих преобразований легло в основу работы электрогенератора, а второе — электродвигателя. Впрочем, сам факт открытия еще не означал, что все технические задачи на этом пути разрешены: около сорока лет ушло на создание работоспособного генератора и еще двадцать лет на изобретение удовлетворительной модели промышленного электродвигателя. Но главное: принцип действия двух этих важнейших элементов современной цивилизации сделался очевиден именно благодаря открытию явления электромагнитной индукции. Первый примитивный электрогенератор создал сам Фарадей. Для этого он поместил медный диск между полюсами N и S постоянного магнита. При вращении диска в магнитном поле в нем наводились электрические токи. Если на периферии диска и в его центральной части помещали токоприемники в виде скользящих контактов, то между ними появлялась разность потенциалов, как на гальванической батарее. Замыкая цепь, можно было наблюдать на гальванометре непрерывное прохождение тока. Установка Фарадея годилась только для демонстраций, но вслед за ней появились первые магнитоэлектрические машины (так стали называть электрогенераторы, в которых использовались постоянные магниты), рассчитанные на создание работающих токов. Самой ранней из них была магнитоэлектрическая машина Пиксии, сконструированная в 1832 году. Принцип ее действия был очень прост: мимо неподвижных, снабженных сердечниками катушек E и E' двигались посредством кривошипа и зубчатой передачи лежащие против них полюсы подковообразного магнита AB, вследствие чего в катушках индуцировались токи. Недостатком машины Пиксии было то, что в ней приходилось вращать тяжелые постоянные магниты. В последующем изобретатели обычно заставляли вращаться катушки, оставляя магниты неподвижными. Правда, при этом приходилось решать другую задачу: каким образом отвести во внешнюю цепь ток с вращающихся катушек? Это затруднение, однако, было легко преодолимо. Прежде всего, катушки соединяли между собой последовательно одними концами их проводки. Тогда другие концы могли служить полюсами генератора. Их соединяли с внешней цепью при помощи скользящих контактов. Скользящий контакт устроен следующим образом: на оси машины крепились два изолированных металлических кольца b и d, каждое из которых было соединено с одним из полюсов генератора. По окружности этих колец вращались две плоские металлические пружины B и B', на которые была заключена внешняя цепь. При таком приспособлении уже не было никаких затруднений от вращения оси машины — ток переходил из оси в пружину в месте их соприкосновения. Еще одно неудобство заключалось в самом характере тока электрогенератора. Направление тока в катушках зависит от того, приближаются они к полюсу магнита или удаляются от него. Из этого следует, что ток, возникающий во вращающемся проводнике, будет не постоянным, а переменным. По мере приближения катушки к одному из полюсов магнита сила тока будет нарастать от нуля до какого‑то максимального значения, а затем — по мере удаления вновь уменьшаться до нуля. При дальнейшем движении ток изменит свое направление на противоположное и опять будет нарастать до какого‑то максимального значения, а потом убывать до нуля. Во время следующих оборотов этот процесс будет повторяться. Итак, в отличие от электрической батареи, электрогенератор создает переменный ток, и с этим приходится считаться. Как известно, большинство современных электрических приборов созданы таким образом, чтобы питаться от сети переменного тока. Но в XIX веке переменный ток был неудобен по многим причинам, прежде всего психологическим, поскольку в прежние годы привыкли иметь дело с постоянным током. Впрочем, переменный ток можно было легко преобразовать в прерывистый, имеющий одно направление. Для этого достаточно было с помощью специального устройства — коммутатора — изменить контакты таким образом, чтобы скользящая пружина переходила с одного кольца на другой в тот момент, когда ток меняет свое направление. В этом случае один контакт постоянно получал ток одного направления, а другой — противоположного. Подобное устройство пружины и контакта кажется, на первый взгляд, очень сложным, на деле же оно очень просто. Каждое кольцо коммутатора делали из двух полуколец, концы которых отчасти заходят друг за друга, а пружины были настолько широкими, что могли скользить по двум рядом помещенным полукольцам. Половины одного и того же кольца помещались на некотором расстоянии друг от друга, но были соединены между собой. Так, полукольцо a, прикасающееся к пружине c, было соединено с полукольцом a', по которому скользила c'; точно так же соединялись между собой b и b', так что при одном полуобороте пружина c, касающаяся a, переходила на b, а пружина c' переходила с b' на a'. Нетрудно было установить пружину таким образом, чтобы она переходила с одного кольца на другое в тот момент, когда в обмотке катушки менялось направление тока, и тогда каждая пружина все время давала ток одного и того же направления. Другими словами, они представляли из себя постоянные полюса; одна — положительный, другая — отрицательный, в то время как полюса катушек давали переменный ток. Электрогенератор прерывистого постоянного тока вполне мог заменить неудобную во многих отношениях гальваническую батарею, и потому вызвал большой интерес у тогдашних физиков и предпринимателей. В 1856 году французская фирма «Альянс» даже наладила серийный выпуск больших динамо‑машин, приводившихся в действие от парового двигателя. В этих генераторах чугунная станина несла на себе неподвижно укрепленные в несколько рядов подковообразные постоянные магниты, расположенные равномерно по окружности и радиально по отношению к валу. В промежутках между рядами магнитов на валу были установлены несущие колеса с большим числом катушек. Также на валу был укреплен коллектор с 16‑ю металлическими пластинами, изолированными друг от друга и от вала машины. Ток, наводимый в катушках при вращении вала, снимался с коллектора при помощи роликов. Одна такая машина требовала для своего привода паровой двигатель мощностью 6‑10 л.с. Большим недостатком генераторов «Альянс» было то, что в них использовались постоянные магниты. Так как магнитное действие стальных магнитов сравнительно невелико, то для получения сильных токов нужно было брать большие магниты и в большом числе. Под действием вибрации сила этих магнитов быстро ослабевала. Вследствие всех этих причин КПД машины всегда оставался очень низким. Но даже с такими недостатками генераторы «Альянса» получили значительное распространение и господствовали на рынке в течение десяти лет, пока их не вытеснили более совершенные машины. Прежде всего немецкий изобретатель Сименс усовершенствовал движущиеся катушки и их железные сердечники. (Эти катушки с железом внутри получили название «якоря» или «арматуры».) Якорь Сименса в форме «двойного Т» состоял из железного цилиндра, в котором были прорезаны с противоположных сторон два продольных желоба. В желобах помещалась изолированная проволока, которая накладывалась по направлению оси цилиндра. Такой якорь вращался между полюсами магнита, которые тесно его обхватывали. По сравнению с прежними новый якорь представлял большие удобства. Прежде всего, очевидно, что катушка в виде цилиндра, вращающегося вокруг своей оси, в механическом отношении выгоднее катушки, насаженной на вал и вращавшейся вместе с ним. По отношению к магнитным действиям якорь Сименса имел ту выгоду, что давал возможность очень просто увеличить число действующих магнитов (для этого достаточно было удлинить якорь и прибавить несколько новых магнитов). Машина с таким якорем давала гораздо более равномерный ток, так как цилиндр был плотно окружен полюсами магнитов. Но эти достоинства не компенсировали главного недостатка всех магнитоэлектрических машин — магнитное поле по‑прежнему создавалось в генераторе с помощью постоянных магнитов. Перед многими изобретателями в середине XIX века вставал вопрос: нельзя ли заменить неудобные металлические магниты электрическими? Проблема заключалась в том, что электромагниты сами потребляли электрическую энергию и для их возбуждения требовалась отдельная батарея или, по крайней мере, отдельная магнитоэлектрическая машина. Первое время казалось, что без них невозможно обойтись. В 1866 году Вильде создал удачную модель генератора, в котором металлические магниты были заменены электромагнитами, а их возбуждение вызывала магнитоэлектрическая машина с постоянными магнитами, соединенная с тем же паровым двигателем, который приводил в движение большую машину. Отсюда оставался только один шаг к собственно динамо‑машине, которая возбуждает электромагниты своим собственным током. В том же 1866 году Вернер Сименс открыл принцип самовозбуждения. (Одновременно с ним то же открытие сделали некоторые другие изобретатели.) В январе 1867 году он выступил в Берлинской академии с докладом «О превращении рабочей силы в электрический ток без применения постоянных магнитов». В общих чертах его открытие заключалось в следующем. Сименс установил, что в каждом электромагните, после того как намагничивающий ток переставал действовать, всегда оставались небольшие следы магнетизма, которые были способны вызвать слабые индукционные токи в катушке, снабженной сердечником из мягкого магнитного железа и вращавшейся между полюсами магнита. Используя эти слабые токи, можно было привести генератор в действие без помощи извне. Первая динамо‑машина, работавшая по принципу самовозбуждения, была создана в 1867 году англичанином Леддом, но в ней еще предусматривалась отдельная катушка для возбуждения электромагнитов. Машина Ледда состояла из двух плоских электромагнитов, между концами которых вращались два якоря Сименса. Один из якорей давал ток для питания электромагнитов, а другой — для внешней цепи. Слабый остаточный магнетизм сердечников электромагнитов сначала возбуждал очень слабый ток в арматуре первого якоря; этот ток обегал электромагниты и усиливал уже имеющееся в них магнитное состояние. Вследствие этого усиливался в свою очередь ток в арматуре, а последний еще более увеличивал силу электромагнитов. Мало помалу такое взаимное усиление шло до тех пор, пока электромагниты не приобретали полной своей силы. Тогда можно было привести в движение вторую арматуру и получить от нее ток для внешней цепи. Следующий шаг в совершенствовании динамо‑машины был сделан в том направлении, что совершенно устранили одну из арматур и воспользовались другой не только для возбуждения электромагнитов, но и для получения тока во внешней цепи. Для этого нужно было только провести ток из арматуры в обмотку электромагнита, рассчитав все так, чтобы последний мог достичь полной своей силы и направить тот же ток во внешнюю цепь. Но при таком упрощении конструкции якорь Сименса оказывался непригодным, так как при быстрой перемене полярностей, в якоре возбуждались сильные паразитические токи, железо сердечников быстро разогревалось, и это могло при больших токах привести к порче всей машины. Необходима была другая форма якоря, более соответствовавшая новому режиму работы. Удачное решение проблемы было вскоре найдено бельгийским изобретателем Зиновием Теофилем Граммом. Он жил во Франции и служил в кампании «Альянс» столярным мастером. Здесь он познакомился с электричеством. Размышляя над усовершенствованием электрогенератора, Грамм в конце концов пришел к мысли заменить якорь Сименса другим, имеющим кольцевую форму. Важное отличие кольцевого якоря (как будет показано ниже) состоит в том, что он не перемагничивается и имеет постоянные полюса (Грамм пришел к своему открытию самостоятельно, но надо сказать, что еще в 1860 г. итальянский изобретатель Пачинотти во Флоренции построил электрический двигатель с кольцеобразным якорем; впрочем, это открытие вскоре было забыто.) Итак, исходная точка поисков Грамма заключалась в том, чтобы заставить вращаться внутри проволочной катушки железное кольцо, на котором наведены магнитные полюсы и таким образом получить равномерный ток постоянного направления. Чтобы представить устройство генератора Грамма, рассмотрим сначала следующее приспособление. В магнитном поле, образуемом полюсами N и S, вращаются восемь замкнутых металлических колец, которые прикреплены на равном расстоянии друг от друга к оси при помощи спиц. Обозначим самое верхнее кольцо № 1 и будем считать по направлению хода часовой стрелки. Рассмотрим сперва кольца 1‑5. Мы видим, что кольцо 1 охватывает наибольшее число силовых линий магнитного поля, так как его плоскость перпендикулярна им. Кольцо 2 охватывает уже меньшее их число, так как оно наклонено к направлению линий, а сквозь кольцо 3 линии вовсе не проходят, так как его плоскость совпадает с их направлением. В кольце 4 число пересекаемых линий увеличивается, но, как легко заметить, они вступают в него уже с противоположной стороны, так как кольцо 4 обращено к полюсу магнита другой своей стороной по сравнению с кольцом 2. Пятое кольцо охватывает столько же линий, сколько первое, но входят они с противоположной стороны. Если мы будем вращать ось, к которой прикреплены кольца, то каждое кольцо будет последовательно проходить через положения 1‑5. При этом, при переходе из 1‑го положения в 3‑е в кольце возникает ток. На пути из положения 3 к 5, если бы силовые линии пересекали кольцо с той же самой стороны, в нем появлялся бы ток противоположный тому, что в положении 1‑3, но так как при этом кольцо изменяет свое положение относительно полюса, то есть поворачивается к нему другой стороной, ток в кольце сохраняет то же направление. Зато когда кольцо проходит из положения 5 через 6 и 7 опять к 1, в нем индуцируется ток, противоположный первому. Заменив теперь наши воображаемые кольца витками вращающейся катушки, плотно намотанной на железное кольцо, мы получим кольцо Грамма, в котором ток будет индуцироваться точно так же, как описано выше. Предположим, что проволока обмотки не имеет изоляции, но железный сердечник покрыт изолирующей оболочкой и ток, индуцируемый в витках проводника, не может проходить в него. Тогда каждый виток спирали будет подобен тому кольцу, что мы рассматривали выше, и витки в каждой половине кольца будут представлять собой последовательно соединенные кольцевые проводники. Но обе половинки кольца соединены противоположно друг к другу. Значит, токи с обеих сторон направляются к верхней половине кольца, и там, следовательно, получается положительный полюс. Подобным же образом в нижней точке, откуда берут свое направление токи, будет находиться отрицательный полюс. Можно, следовательно, сравнить кольцо с батареей, составленной из двух частей, которые соединены между собой противоположно. Если теперь соединить противоположные концы кольца, то получится замкнутая цепь постоянного тока. В нашем воображаемом устройстве этого можно легко достичь, укрепив скользящие контакты в виде пружины так, чтобы они касались верхней и нижней части вращающегося кольца и снимали с их помощью электрический ток. Но в действительности генератор Грамма имел более сложное устройство, поскольку здесь было налицо несколько технических затруднений: с одной стороны, для того чтобы снимать ток с кольца, витки обмотки должны быть обнажены, с другой — для получения сильных токов обмотка должна быть намотана плотно и в несколько слоев. Каким же образом изолировать нижние слои от верхних? На практике кольцо Грамма дополняло особое, довольно сложное устройство, называемое коллектором, которое и служило для отвода токов из обмотки. Коллектор состоял из металлических пластин, прикрепленных к оси кольца и имевших форму секторов цилиндра. Каждая пластина тщательно изолировалась от соседних секторов и от оси кольца. Концы каждого сектора обмотки были соединены с одной из металлических пластин, а скользящие пружины помещались так, что постоянно находились в соединении с самым верхним и самым нижним секторами обмотки. Из обеих половин обмотки получался постоянный ток, направленный к той пружине, которая была соединена с верхним сектором. Ток обходил верхнюю цепь и возвращался в кольцо через нижнюю пружину. Таким образом, полюса с поверхности самого кольца переместились на его ось, откуда ток было снимать намного проще. В таком виде воплотилась первоначальная модель электрогенератора. Однако она оказалась неработоспособной. Как писал Грамм в воспоминаниях о своем изобретении, тут явилась новая сложность: кольцо, на которое был намотан проводник, сильно разогревалось вследствие того, что здесь тоже при быстром вращении генератора индуцировались токи. В результате перегрева изоляция то и дело выходила из строя. Ломая голову над тем, как избежать этой неприятности, Грамм понял, что железный сердечник якоря нельзя делать сплошным, так как в этом случае вредные токи оказываются слишком большими. Но разбив сердечник на части так, чтобы образовались разрывы на пути возникающих токов, можно было сильно уменьшить их вредное действие. Этого можно было добиться, изготовив сердечник не из цельного куска, а из проволоки, налагая ее в виде кольца и тщательно изолируя один слой от другого. На это проволочное кольцо затем навивалась обмотка. Каждый сектор якоря представлял собой катушку из многих оборотов (слоев). Отдельные катушки соединялись так, что проволока непрерывно обегала железное кольцо и притом в одном и том же направлении. От мест соединения каждой пары катушек шел проводник к соответствующей пластине коллектора. Чем больше было число оборотов катушки, тем большей силы ток можно было снять с кольца. Изготовленный таким образом якорь устанавливался на ось генератора. Для этого железное кольцо с внутренней стороны снабжалось железными спицами, которые скреплялись с коллектором массивным кольцом, насаженным на ось машины. Коллектор, как уже говорилось, состоял из отдельных металлических пластин одинаковой ширины. Отдельные слои коллектора были изолированы друг от друга и от оси генератора. Для снятия тока служили коллекторные щетки, представлявшие собой упругие латунные пластины, плотно прилегавшие к коллектору в надлежащих местах. Они соединялись с зажимами машины, откуда постоянный ток поступал во внешнюю цепь. Провод, идущий к одному из зажимов, кроме того, образовывал обмотку электромагнитов. Простейшее соединение генератора с обмотками электромагнита можно было получить, соединив один конец обмотки электромагнита с одной из щеток коллектора, например отрицательной. Другой конец обмотки электромагнита подключался к положительной щетке. При таком соединении весь ток генератора проходил через электромагниты. В целом первая динамо‑машина Грамма представляла собой две железные вертикальные стойки, соединенные сверху и снизу стержнями двух электромагнитов. Полюсы этих электромагнитов находились в их середине, так что каждый из них был как бы составлен из двух, одинаковые полюса которых были обращены друг к другу. Можно рассматривать это устройство иначе и считать, что две половины, прилегающие к каждой стойке и соединенные ею, образовывали два отдельных электромагнита, которые соединялись одноименными полюсами сверху и снизу. В тех местах, где образовывался полюс, к электромагнитам были присоединены особой формы железные насадки, которые входили в пространство между электромагнитами и обхватывали кольцеобразный якорь машины. Две стойки, связывающие оба электромагнита и составлявшие основу всей машины, служили также для того, чтобы держать ось якоря и шкивы машины. В 1870 году, получив патент на свое изобретение, Грамм образовал «Общество производства магнитоэлектрических машин». Вскоре было налажено серийное производство его генераторов, которые произвели подлинную революцию в электроэнергетике. Обладая всеми достоинствами самовозбуждающихся машин, они вместе с тем были экономичны, имели высокий КПД и обеспечивали практически неизменный по величине ток. Поэтому машины Грамма быстро вытеснили другие электрогенераторы и получили широкое распространение в самых разных отраслях. Тогда только появилась возможность легко и быстро преобразовывать механическую энергию в электричество. Как уже говорилось, Грамм создавал свой генератор, как динамо‑машину постоянного тока. Но когда в конце 70‑х — начале 80‑х годов XIX века резко возрос интерес к переменному току, ему не стоило большого труда переделать его для производства переменного тока. В самом деле, для этого надо было только заменить коллектор двумя кольцами, по которым скользят пружины. Сначала генераторами переменного тока пользовались только при освещении, но с развитием электрификации они стали получать все большее применение и постепенно вытеснили машины постоянного тока. Первоначальная конструкция генератора также претерпела значительные изменения. Первая машина Грамма была двухполюсной, но в дальнейшем стали применять многополюсные генераторы, в которых обмотка якоря проходила при каждом обороте мимо четырех, шести и более попеременно установленных полюсов электромагнита. В этом случае ток возбуждался не с двух сторон колеса, как раньше, но в каждой части колеса, обращенной к полюсу, и отсюда отводился во внешнюю цепь. Таких мест (а соответственно и щеток) было столько, сколько магнитных полюсов. Затем все щетки положительных полюсов связывались вместе, то есть соединялись параллельно. Точно так же поступали и с отрицательными щетками. По мере увеличения мощности генераторов возникла новая проблема — каким образом снять ток с вращающегося якоря с наименьшими потерями. Дело в том, что при больших токах щетки начинали искрить. Кроме больших потерь электроэнергии, это оказывало вредное воздействие на работу генератора. Тогда Грамм посчитал рациональным вернуться к самой ранней конструкции электрогенератора, примененной в машине Пиксии: он сделал арматуру неподвижной, а вращаться заставил электромагниты, ведь снять ток с неподвижной обмотки было проще. Он поместил катушки якоря на железном неподвижном кольце и заставил электромагниты вращаться внутри него. Отдельные катушки он связал между собой так, чтобы все те катушки, которые в данный момент подвергались одинаковому действию электромагнитов, были соединены последовательно. Таким образом Грамм разбил все катушки на несколько групп и каждую группу употребил для доставления тока в отдельную самостоятельную цепь. Однако возбуждающие ток электромагниты необходимо было питать постоянным током, так как переменный ток не мог вызвать в них неизменной полярности. Поэтому при каждом генераторе переменного тока необходимо было иметь небольшой генератор постоянного тока, откуда ток подводился к электромагнитам при помощи скользящих контактов. Источник: izobreti.ru sozidaem.info Двигатель генератор Грамма | Свободная энергияНовые электрические машины с обмоткой Грамма. Н.Н. Громов Цель настоящей работы - доказательство теоремы о том, что принцип обратимости электрических машин не является всеобщим и выполняется не для всех схем электрических машин. Настоящая работа выполнена по результатам теоретических и экспериментальных исследований, проведенных автором в период с декабря 2005 г. по декабрь 2006 г. Доказана теорема опровергающая незыблемость принципа обратимости электрических машин, открытого Э.Х. Ленцем в 1838 г., и позволяющая рассматривать его только как частный случай, определяющий характеристики движения одиночного проводника или рамки с током в магнитном поле. Изложенные в настоящем документе физические принципы и рассмотренные устройства могут быть использованы любым физическим или юридическим лицом, но не могут быть запатентованы и использованы для монопольного производства технических устройств на этих физических принципах. Введение. Вплоть до 1870 г. ни одна из существовавших машин даже при употреблении вместо стальных магнитов более сильных электромагнитов не давала возможности получать мало изменяющийся по силе ток. Только в этом году, благодаря употреблению Граммом вышеописанного железного цилиндра (или кольца), обмотанного проволокой и помещенного между концами электромагнита, намагничивающегося тем же током, который развивается во вращающейся обмотке, впервые появилась электромагнитоэлектрическая машина, способная давать почти вполне постоянный ток. Железный, цилиндрический или имеющий форму кольца сердечник, окруженный кольцевой проволочной обмоткой, т. е. так называемое кольцо Грамма, представляет собой изобретение, положившее начало всей современной электротехнике. Машина Грамма представляла собой машину постоянного тока современного типа. Однако она была изменена в 70-80-х годах 19 века. Одно из наиболее существенных изменений заключалось в замене кольцевого якоря барабанным, и было осуществлено в 1873 г. немецким электротехником Ф. Гефнер-Альтенеком. Тогда считалось, что основным недостатком кольцевого якоря являлось плохое использование меди в его обмотке, так как части витков обмотки, находившиеся на внутренней поверхности кольца, не использовались. Другой аргументации в исторической литературе не приводится. В барабанном якоре обе стороны каждой секции участвуют в генерировании э.д.с., а не работают только лобовые части обмотки. С 1878 г. барабанный якорь стали делать зубчатым, к началу 90-х годов 19 века последовал еще ряд изменений в барабанном якоре для повышения его эффективности и кольцевой якорь Грамма перестал широко применяться. Однако до наших дней ходят слухи о каких-то особенных свойствах кольцевого якоря Грамма. Фролов Александр Владимирович в интервью Спецвыпуску Xakep, номер 2001-11, стр. 011-020-4 сказал «... Думаю, что многое придется заново изобретать, даже генератор Грамма. Этот тип генератора был изобретен раньше привычного нам барабанного генератора и мотора. Из генератора Грамма нельзя получить мотор, если подать на обмотку напряжение. Но именно поэтому его ротор, в отличие от ротора барабанного типа, не тормозится при подключении нагрузки. В таком генераторе слабый механический привод (тогда применялись паровые машины или водяное колесо) может производить любую мощность, которая определяется параметрами магнитов и обмотки. Тогда думали об эффективности системы и не ограничивались 100%». Фролов А.В. посвятил этому вопросу ряд статей и провел экспериментальные исследования с целью подтверждения этих слухов. Однако они не увенчались успехом. В период с декабря 2005 г. по декабрь 2006 г. автором проводился комплекс теоретических и экспериментальных исследований по теме «Необратимая униполярная электрическая машина» и в процессе их проведения выяснились некоторые особенности, связанные с кольцевой обмоткой Грамма. Настоящая работа выполнена по результатам этих теоретических и экспериментальных исследований. В настоящей работе намеренно не приводится математический аппарат, а основное внимание уделено физике процессов. Читатель может самостоятельно «привязать» математику в объеме своих знаний. Для понимания излагаемых физических процессов, достаточно математического аппарата в объеме средней школы. Синхронный генератор с обмоткой Грамма Практически во всех учебниках по электротехнике приводится схема синхронного генератора с обмотками Грамма Рис. 1, которая сопровождается примерно таким «невнятным» описанием.  Рис. 1 «Если вращать ротор генератора с помощью двигателя и подавать в обмотку возбуждения постоянный ток, то магнитное поле, создаваемое ротором, будет пересекать обмотки, расположенные на статоре, и наводить в них напряжение. Когда возле обмотки будет проходить северный полюс электромагнита, ток потечет в одном направлении, когда около этой же обмотки будет проходить южный полюс электромагнита, то ток потечет в обратном направлении. Изменение тока происходит плавно по синусоиде». Однако «дыма без огня не бывает». И решение о каких-то особенных свойствах кольцевого якоря Грамма должно быть очень простым, учитывая уровень развития электротехники в конце 19 века. Поэтому в длительных размышлениях о «генераторе Грамма» не имеющем сопротивления вращению ротора, секрет изготовления которого считался утерянным навсегда, пришел к выводу о том, что для устранения, тормозящего электромагнитного момента у синхронного генератора, необходимо свести к минимуму взаимодействие магнитных полюсов обмотки якоря и обмотки возбуждения. Для этого у синхронного генератора обмотки якоря необходимо намотать по схеме Грамма. Обмотки, выполненные по схеме Грамма, имеют возможность генерирования электрической мощности без взаимодействия своих полюсов с полюсами обмотки возбуждения. Генерирование электрической мощности в них осуществляется только за счет пересечения проводников с одной стороны обмотки движущимся вектором магнитной индукции обмотки возбуждения. В промежутках между обмотками ток нагрузки будет создавать магнитные полюсы, за счет которых возникает электромагнитный момент сопротивления вращению ротора и механическую мощность для поддержания заданной частоты вращения по мере увеличения нагрузки необходимо повышать. Исключить взаимодействие магнитных полюсов статора с магнитными полюсами ротора можно очень простым способом, который заключается в «развороте» магнитных полюсов обмотки якоря на 180 градусов и их «короткое магнитное замыкание» по не рабочей поверхности. На Рис. 2 приведен поперечный разрез простейшего трехфазного синхронного генератора, не имеющего тормозящих электромагнитных моментов. Принцип его работы понятен из рисунка и особых пояснений не требует. Для вращения ротора и получения максимальной электрической мощности «по железу и обмоткам» следует преодолеть только трение вращения в подшипниках, и аэродинамическое трение ротора. Исполнение может быть однофазным, двухфазным или трехфазным. Для подобной конфигурации ротор «не видит» магнитные полюсы статора и электромагнитного момента между ротором и статором не возникает. Проверить это высказывание можно элементарно с использованием законов Ома и Кирхгофа для магнитной цепи. Электромагнитные силы, создаваемые магнитным полем и током нагрузки в рабочем зазоре за счет перпендикулярного входа магнитных силовых линий в поверхность ротора прикладываются к его оси и тангенциальных составляющих для ротора не имеют.  Рис. 2  Рис. 3 На Рис. 3 приведен поперечный разрез однофазного синхронного генератора. В принципе возможно создание генераторов с обмотками Грамма на различное количество полюсов. Генераторы, построенные по приведенным выше схемам, не могут работать в качестве электродвигателей из-за отсутствия электромагнитного момента вращения. Из изложенного выше можно сделать вывод о том, что открыто и экспериментально установлено неизвестное ранее объективно существующее свойство материального мира, заключающееся в том, что в синхронном генераторе с обмотками по схеме Грамма, при магнитном замыкании полюсов обмоток якоря по независимому магнитному пути, тормозящий электромагнитный момент ротора внешнему вращению исключается и остается только сопротивление трения в подшипниках и аэродинамическое сопротивление вращающегося ротора. На основе, проведенной инженерной оценки синхронного генератора с обмотками типа Грамма, можно сделать вывод о том, что в процессе его работы существует возможность отбора части электрической мощности и преобразования ее в механическую мощность для обеспечения собственных нужд (вращения ротора генератора). На Рис. 4 приведен один из вариантов схемы такого отбора.  Рис. 4 Неподвижность симметричного магнитного поля относительно аксиальной оси намагничивания. В процессе выполнения настоящей работы столкнулся с тем, что для постоянных магнитов и электромагнитов нигде не описано экспериментально открытое А.Л Родиным свойство симметричных, относительно оси вращения, их полюсных окончаний сохранять магнитное поле неподвижным. Открытие этого свойства для постоянных магнитов и электромагнитов имеет очень большое практическое значение. Постараемся это увидеть при дальнейшем изложении результатов теоретических и экспериментальных исследований свойств постоянных магнитов и электромагнитов. С удовольствием прочитал вышедшую в 1994 г. книгу М. Ф. Острикова «Новые проявления магнетизма». Он нашел несколько применений для кольцевых постоянных магнитов и защитил их авторскими свидетельствами и патентами. Однако широкого применения в технике и повседневной жизни они не получили. Следует отметить, что в книге много внимания уделено магнитному «балджу» и теоретизированию о строении Вселенной, магнитном монополе и т.п., таким вопросам, якобы вытекающим из строения постоянного кольцевого магнита, которые далеки от реалий. Однако совсем не упоминаются эффекты, открытые А.Л Родиным которые, опубликованы в журнале "Изобретатель и рационализатор", № 2, 1962 г. «Туман над магнитным полем». О. Сердюков.Приведу две выдержки из этой статьи. «…- Ну а теперь, если вращать магниты и диск вместе, соединив их в единый ротор? - Да вроде бы не должно быть тока, - уже неуверенно сказал я. - Ведь они относительно неподвижны... Однако вращающиеся вместе диск и магниты ток дали». «…А затем Родин продемонстрировал мне двигатель без статора, подсоединив один из проводов, идущих от выпрямителя, к оси, на которой сидят диск и магниты, а другой поднес прямо к диску - вся система закрутилась». Попробуем несколько рассеять «туман над магнитным полем». Рассмотрим постоянный кольцевой магнит с точки зрения подхода Ампера к магнитным полюсам. По его теореме, эквивалентную схему постоянного кольцевого магнита можно представить двумя токами, протекающими в противоположных направлениях, по внешней и внутренней радиальным сторонам кольца. Эквивалентная схема приведена на Рис.1.  Рис. 5 Рассматривая схему Рис.5 можно уверенно говорить, что при вращении тела магнита вокруг аксиальной оси структура магнитного поля остается неподвижной, поэтому оно и не взаимодействует с проводниками, расположенными в его силовых линиях. На вопрос – «Почему так получается?» можно ответить следующим образом – магнитное поле это результат протекания тока (движения зарядов) и дополнительное внешнее движение по ходу или против хода зарядов на структуру и положение магнитных силовых линий влияния не оказывает. С целью проверки этого утверждения был изготовлен электромагнитный аналог кольцевого магнита постоянного тока. Его схематическое изображение приведено на Рис. 6.  Рис. 6 С его использованием были повторены опыты А.Л. Родина. Результаты опытов полностью подтвердились. На Рис. 7 – Рис. 9 приведены конструкция электрической машины А.Л. Родина и схемы ее работы в генераторном и двигательном режиме. Работу конструкции электродвигателя А.Л. Родина без статора можно объяснить тем, что проводящий диск (ротор) увлекает вместе с собой магниты статора. Магниты вращаются, но поле статора неподвижно. Работа в режиме генератора без статора объясняется точно так же. Проводящий диск ротора с жестко закрепленными на нем магнитами статора вращается под действием внешнего момента в неподвижном магнитном поле статора. В своих конструкциях А.Л. Родин использовал именно кольцевые постоянные магниты с аксиальным намагничиванием.  Рис. 7  Рис. 8  Рис. 9 Исследованию подвергались также дисковые и стержневые постоянные магниты и электромагниты с аксиальным намагничиванием. В результате был сформулирован вывод: «Для постоянных магнитов и электромагнитов присуще свойство симметричных, относительно оси вращения совпадающей с осью намагничивания, их полюсных окончаний сохранять в неподвижности магнитное поле».Этот вывод дает ответ на многие вопросы, связанные с использованием кольцевых, дисковых и стержневых постоянных магнитов и электромагнитов в качестве роторов электродвигателей. Его всегда следует учитывать при конструировании электрических машин. Электродвигатель с обмоткой Грамма.В процессе проведения комплекса теоретических и экспериментальных исследований по темам «Необратимая униполярная электрическая машина» и «Электрическая машина с вращающимися полюсами в цепи возбуждения» рассматривалась возможность применения кольцевой обмотки Грамма.  Рис. 10 Эксперименты и теоретические исследования показали высокую эффективность применения обмотки Грамма при построении униполярных электродвигателей постоянного тока. На Рис. 10 приведена схема одного из экспериментов с использованием обмотки Грамма.  Рис. 11 При проведении эксперимента наличие вращательного движения было четко выражено. Этот факт был положен в основу разработанного электродвигателя постоянного тока торцевой конструкции без коллектора и инвертора Рис. 11. Разработанная схема электродвигателя без коллектора и инвертора предназначена для работы в сложных условиях (вакууме, при наличии легковоспламеняющихся смесей в атмосфере и т.п.). Вместо постоянного кольцевого магнита для возбуждения электродвигателя применен электромагнит, у которого более подходящая картина магнитного поля для работы электродвигателя. Якорь из двух обмоток типа Грамма, соленоид возбуждения и магнитная система двигателя выполнены неподвижными. Силовое взаимодействие между якорем и ротором в рабочих зазорах обеспечивается за счет «магнитных линз». Эти взаимодействия могут быть использованы при получении СЭ без «абракадабры» об эфире и т.п., а на основе только классических физических законов и понятий. Дальнейшее изучение обмотки типа Грамма применительно к электродвигателям постоянного тока дало результаты, которые не ожидались: 1. Открыто и экспериментально установлено неизвестное ранее объективно существующее свойство материального мира, заключающееся в том, что тороидальный сердечник с обмотками по схеме Грамма, в комбинации с постоянными магнитами или электромагнитами может вращаться вокруг аксиальной оси, образуя электродвигатель постоянного тока без статора и при этом ЭДС вращения в обмотках не индуцируется. 2. Открыто и экспериментально установлено неизвестное ранее объективно существующее свойство материального мира, заключающееся в том, что тороидальный сердечник с обмотками по схеме Грамма, в комбинации с постоянными магнитами или электромагнитами может осуществлять движение без опоры за счет протекания постоянного тока через обмотки и при этом противодействующая ЭДС в обмотках не индуцируется. Это привело меня в шок, который до сих пор не прошел. Не буду детально расписывать процессы, происходящие в двигателе и движителе без опоры. Приведу только рисунки и данные по сердечникам и обмоткам. Эксперименты проводились с двумя типами кольцевых сердечников 64х37х12 2500 НМ и 35х25х20 пермаллой. Две обмотки располагались симметрично по диаметру сердечников и содержали по 200 витков провода ПЭЛ 0,35 намотанных виток к витку в пять слоев. Магниты использованы «разнокалиберные» ферритовые от магнитных защелок. В качестве дополнительных магнитопроводов использовались четырехслойные конструкции из белой жести от консервных банок. Испытания проводились на крутильных весах с подвесом 12 см из мононити (рыболовная леска 0,1 мм). Питание подавалось о выпрямителя =14 В через ограничительное сопротивление R = 8 Ом. Эффекты, отраженные на рисунках настолько отчетливы, что просто шокируют.  Рис. 12  Рис. 13 Теорема о том, что принцип обратимости электрических машин не является всеобщим и выполняется не для всех схем электрических машин, доказана. В условиях действующих промышленных предприятий выпускающих электродвигатели можно в кратчайшие сроки наладить серийное производство, как энергосберегающих электродвигателей, так и движителей, не требующих опоры. Тот, кто будет первым, тот и выиграет. Жаль, что Российские бизнес и власть не понимают этого. Литература: 1. Физический энциклопедический словарь. Гл. ред. А.М. Прохоров. Ред. кол. Д.М. Алексеев, А.М. Бонч-Бруевич, А.С. Боровик- Романов и др. – М.: Сов. энциклопедия, 1983. 2. Хвостов В.С. Электрические машины. Машины постоянного тока: Учеб. для студ. электром. спец. вузов / Под ред. И.П. Копылова. – М.: Высш . шк., 1988. 3. Бут Д. А. Бесконтактные электрические машины. – М.: Высшая школа, 1990. 4. Громов Н.Н. Электрическая машина с вращающимися полюсами в магнитной цепи возбуждения. Нижний Новгород, 2006. 5. Громов Н.Н. Необратимая униполярная электрическая машина. Нижний Новгород, 2001. Н.Н. Громов Нижний Новгород 2006 г. Материал взят с сайта www.skif.biz 001-lab.at.ua
gauss2k.narod.ru 2.10.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ. История электротехники2.10.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ Как уже отмечалось, гальванические батареи существенно тормозили практическое применение электродвигателей. Развитие электрических машин наглядно иллюстрирует характерную закономерность в развитии техники вообще. Эта закономерность проявляется в следующем: если развитие какой-либо отрасли техники тормозится недостаточным уровнем другой отрасли техники или области науки, то развитие последней ускоряется требованиями первой. Так, если отсутствие экономичного генератора тока сдерживало расширение практических применений электричества, то последние стимулировали, ускоряли работы по созданию более совершенной конструкции генератора. В развитии электрического генератора постоянного тока можно выделить четыре этапа [1.6; 2.15; 2.16]. Первый этап (1831–1851 гг.) характеризуется созданием электрических генераторов с возбуждением от постоянных магнитов. Такие генераторы получили в то время название магнитоэлектрических машин. Открытие в 1831 г. явления электромагнитной индукции указало новый способ получения электрического тока, который нашел свое практическое воплощение в первом униполярном генераторе — диске Фарадея. Один из первых шагов в истории генератора несет в себе тайну, оставшуюся неразгаданной. Дело в том, что имя изобретателя, сделавшего этот шаг, осталось неизвестным. Дадим слово М. Фарадею: «Вчера, по возвращении в город, — писал ученый в редакцию известного лондонского научного журнала 27 июля 1832 г., — я нашел закрытое письмо, оно анонимное, и я не имею возможности назвать его автора. Но ввиду того, что он описывает опыт, при котором впервые удалось получить химическое разложение магнитоэлектрическим током, я посылаю Вам это письмо для опубликования…» Письмо было подписано двумя латинскими буквами P.M. Так и вошел в историю техники «генератор P.M.». Эта машина представляла собой синхронный многополюсный генератор, т.е. была генератором переменного тока. Письмо P.M. привлекло к проблеме генератора внимание многих ученых. Прочел публикацию и сам P.M.; в марте 1833 г. он обратился в редакцию журнала с благодарностью М. Фарадею за публикацию письма и описанием усовершенствований в машине. Главное из них — добавочное стальное кольцо (ярмо), замыкавшее магнитную цепь сердечников электромагнитов. И снова та же подпись P.M. На рис. 2.18 представлен усовершенствованный вариант генератора. Однако переменный ток в то время не мог еще найти себе потребителя, так как для всех практических применений электричества (минная электротехника, электрохимия, только что зародившаяся электромагнитная телеграфия, первые электродвигатели) требовался постоянный ток. Поэтому в последующем изобретатели направили свои усилия на построение генераторов, дающих постоянный электрический ток, разрабатывая для этих целей разнообразные коммутационные устройства. Впервые приспособление для выпрямления тока в попеременно-полюсной машине (в отличие от униполярной машины М. Фарадея, которая не нуждалась в устройстве для выпрямления тока, так как давала непосредственно постоянный ток) было применено в 1832 г. в генераторе французских изобретателей братьев Пиксии. Изобретение представлялось тогда настолько важным, что сообщения о нем были дважды сделаны в Парижской академии наук. В первых конструкциях генераторов для получения тока неизменного направления (но резко пульсирующего) применялось так называемое коромысло Ампера. A.M. Ампер отмечал пластинчатый барабанный коммутатор в машине Пиксии с прижимающимися к амальгамированным поверхностям пластин подпружиненными медными или бронзовыми пластинами — щетками. Позднее он стал основой коммутирующих устройств для всех последующих конструкций генераторов постоянного тока. С машиной Пиксии работал Э.Х. Ленц, и именно на этой машине в 1838 г. он демонстрировал принцип обратимости.  Рис. 2.18. Генератор P.M. 1 — деревянный диск, укрепленный на оси 2, приводимый в движение рукояткой 3; 4 — подвижные постоянные магниты; 5 — железные сердечники катушек 7; б — стальное кольцо с добавочными обмотками, замыкающее магнитную цепь сердечников; 8 — подставка Недостатком машин P.M. и братьев Пиксии явилось то, что в них приходилось вращать более или менее тяжелые постоянные магниты. Целесообразнее оказалось сделать магниты неподвижными, а заставить вращаться более легкие катушки. При этом проще было выполнить и коммутирующее устройство, вращающаяся часть которого была закреплена на валу вместе с якорем. Магнитоэлектрические генераторы такого типа оказались значительно удобнее и именно в такой конструктивной форме впервые вошли в практику. Первым генератором, как уже отмечалось, получившим практическое применение, был магнитоэлектрический генератор Б.С. Якоби. Занимаясь усовершенствованием методов электрического взрывания мин, Б.С. Якоби построил в 1842 г. генератор, названный им «магнитоэлектрической батареей» (рис. 2.19). При вращении катушек 3 зубчатой передачей 5 в поле постоянных магнитов 1 в них наводилась ЭДС; на валу 2 имелось коммутирующее устройство 4 в виде двух полуцилиндров, представляющее собой простейший двухпластинчатый коллектор. Этот генератор был принят на вооружение гальванических команд русской армии, использовавших его для воспламенения минных запалов. Стремление повысить мощность магнитоэлектрических генераторов привело к увеличению количества постоянных магнитов. Этот путь отражал уже знакомую из истории развития электродвигателей тенденцию: для увеличения мощности соединять несколько элементарных машин в одну. Наибольшее распространение в лабораторной практике 40–50-х годов XIX в. получил магнитоэлектрический генератор немецкого электротехника Э. Штерера (1813–1890 гг.) с тремя вращающимися постоянными магнитами (1843 г.). Этот генератор использовался учеными (в том числе Э.Х. Ленцем и Б.С. Якоби) для исследования процессов в магнитоэлектрических машинах. Известный толчок к построению более мощных магнитоэлектрических генераторов дали дуговые лампы с регуляторами, получившие применение на маяках в связи с развитием морского транспорта. Еще в 1849 г. профессор физики Брюссельской военной школы Нолле принялся за построение мощного магнитоэлектрического генератора для установки на маяках, избрав уже проторенный путь комбинирования в одном агрегате большого числа машин. Работы Нолле были продолжены другими учеными, и к 1856 г. машина получила свое конструктивное завершение. Для производства таких генераторов в Париже была организована электропромышленная компания «Альянс» (отсюда произошло и название новой машины). Первая такая машина была установлена на маяке близ г. Гавра.  Рис. 2.19. Магнитоэлектрический генератор Якоби В генераторе «Альянс» на чугунной станине были укреплены в несколько рядов подковообразные постоянные магниты, расположенные по окружности и радиально по отношению к валу. В промежутках между рядами магнитов на валу устанавливались диски с большим числом катушек-якорей (рис. 2.20). В изображенной на рис. 2.20 машине было 40 магнитов и 64 стержня (явнополюсных якоря). Различные варианты машины «Альянс» имели разное количество рядов магнитов (три, пять, семь). На валу генератора укреплен коллектор с 16 металлическими пластинами, изолированными друг от друга и от вала машины. В качестве коллекторных щеток служили специальные ролики. В машине впервые было предусмотрено устройство для смещения роликов в зависимости от нагрузки. Перемещение роликов происходило под действием тяг, идущих от центробежного регулятора, который был связан с валом машины.  Рис. 2.20. Общий вид генератора «Альянс» 1 — ряды неподвижных магнитов; 2 — несущие диски с катушками-якорями; 3, 4 — коллектор; 5–7 — устройство для смещения роликовых токоприемников 8, 9 — центробежный регулятор В течение 1857–1865 гг. в эксплуатации было около 100 машин «Альянс». Для привода одной такой машины требовался паровой двигатель мощностью 6–10 л.с. Масса шестидисковой машины «Альянс» доходила до 4 т. Есть сведения, что машина «Альянс» получила одобрение М. Фарадея. Генератор «Альянс» нагляднее, чем другие, меньшие по размерам машины, показал недостатки, присущие вообще магнитоэлектрическим машинам. Материалы и технология производства постоянных магнитов были еще несовершенными. Под действием реакции якоря, в результате естественного старения и возможных вибраций магниты быстро размагничивались, в связи с чем ЭДС генератора уменьшалась и его мощность снижалась. Во всех этих машинах применялись стержневые якоря, имевшие многослойную обмотку. При работе они быстро нагревались вследствие плохого отвода теплоты, что приводило к разрушению изоляции. Масса и габариты магнитоэлектрических генераторов, несмотря на их небольшую мощность, были весьма значительными, и крупные машины были сравнительно дорогими. Принципиальным недостатком машин с явнополюсными якорями явилось то, что они давали резко пульсирующий ток.  Рис. 2.21. Генератор Уайльда Второй этап в развитии электрического генератора постоянного тока условно можно обозначить промежутком времени между 1851 и 1867 гг. Этот этап характеризуется преимущественным конструированием генераторов с независимым возбуждением, т.е. с возбуждением электромагнитов от постороннего, независимого источника. Это способствовало значительному улучшению работы генераторов и уменьшению их относительной массы. Впервые обоснованное указание на целесообразность замены постоянных магнитов электромагнитами дали в начале 50-х годов XIX в. немецкий ученый Вильгельм Зинстеден (1803–1891 гг.) и датский изобретатель Серено Хиорт (1801–1870 гг.), но их идеи и конструкции были настолько необычны и неожиданны, что вначале не привлекли к себе должного внимания. В качестве характерного примера генератора с электромагнитами, обмотки которых питались токами от независимого источника, может быть указан генератор англичанина Генри Уайльда (1863 г.). Этот генератор (рис. 2.21) имел П-образный электромагнит 7, для питания которого был приспособлен отдельный возбудитель — небольшой магнитоэлектрический генератор 2. Вместо обычно применявшегося стержневого якоря Г. Уайльд использовал предложенный в 1856 г. крупным немецким электротехником и предпринимателем Вернером Сименсом (1816–1892 гг.) якорь с сердечником двутаврового сечения (так называемый двухТ-образный якорь), который является разновидностью явно-полюсного якоря. Этот якорь имел форму вала с продольными выточками, в которые укладывалась обмотка. Машина с двухТ-образным якорем обладала меньшим магнитным рассеянием, чем со стержневым, но в то же время этот якорь, как и стержневой, имея многослойную обмотку с плохим теплоотводом, сильно нагревался и тем самым ограничивал мощность установки. Машина Г. Уайльда подготовила конструкторскую мысль к созданию генераторов с самовозбуждением. Началом третьего этапа в развитии генераторов постоянного тока условно можно считать 1867 г., когда почти одновременно в разных странах был установлен принцип самовозбуждения. Мы пишем «условно» потому, что одну какую-то дату назвать невозможно; вокруг этого важнейшего в истории электрических машин изобретения разгорелся большой спор о приоритете. На первенство претендовали очень известные ученые и изобретатели. Дело обстояло так. В январе 1867 г. В. Сименс представил в Берлинскую академию наук доклад, в котором изложил сущность принципа самовозбуждения. В докладе были такие слова: «Однако того небольшого количества магнетизма, которое остается даже в самом мягком железе, достаточно, чтобы при возобновлении вращения снова получить в замкнутой цепи непрерывное возрастание тока. Следовательно, достаточно один раз пропустить ток в цепь обмотки неподвижного магнита, чтобы сделать прибор способным давать ток при каждом возобновлении вращения». В. Сименс назвал принцип самовозбуждения динамоэлектрическим, а самовозбуждающийся генератор стал с тех пор называться динамомашиной. Впрочем, динамомашиной постепенно стали называть любой машинный генератор постоянного тока. Почти одновременно с В. Сименсом с идеей самовозбуждения выступили и даже получили патенты английские изобретатели Чарльз Уитстон, а также братья Кромвель и Семьюэль Варлей. Но еще задолго до В. Сименса в 1856 г. венгерский физик, профессор Будапештского университета Аньош Йедлик (1800–1895. гг.) [2.17] пришел к выводу о том, что если обмотки возбуждения присоединить к зажимам якоря того же генератора, то при пуске машины развивается процесс самоусиления магнитного поля. Вместе с тем А. Йедлик заметил, что для возникновения этого процесса нет необходимости в установке постоянных магнитов, а вполне достаточно остаточного магнетизма. Так А. Йедлик совершенно сознательно сформулировал не только принцип самоусиления магнитного поля, но и принцип самовозбуждения генератора. В 1861 г. он уже построил самовозбуждающийся генератор. Работы А. Йедлика были, по-видимому, несколько преждевременными, и, кроме того, он не располагал необходимыми средствами для промышленного изготовления машин в больших масштабах. Иное положение было у В. Сименса: являясь главой фирмы, со временем завоевавшей позиции ведущего мирового электротехнического концерна, он открыл широкую дорогу для производства динамомашин. Существенным недостатком первых генераторов с самовозбуждением являлась весьма несовершенная конструкция якоря. Так, двухТ-образный якорь В. Сименса не только ограничивал мощность машин из-за быстрого нагрева, вызывал сильное искрение на коллекторе, но и давал резко пульсирующий ток. Этот ток, в свою очередь, вызывал резкую пульсацию магнитного потока и, следовательно, большие потери в стальных сердечниках. В этом отношении двухТ-образный якорь ничем не отличался от стрежневого, поскольку и тот и другой были только разновидностями неудачного явнополюсного исполнения якорей машин постоянного тока. Этот недостаток позднее сумел устранить Фридрих Гефнер-Альтенек. Событием, революционизировавшим развитие электрической машины и положившим начало промышленной электротехнике, явилось объединение принципа самовозбуждения с конструкцией кольцевого якоря. Разработка самовозбуждающихся генераторов с кольцевыми и барабанными якорями и развитыми магнитными системами составила основное содержание четвертого этапа в развитии электрических генераторов. З.Т. Грамм, занимаясь изготовлением электрических машин, стал одним из самых известных французских специалистов в области электромашиностроения и электрического освещения. В июне 1870 г. он получил патент, в котором содержалось описание самовозбуждающегося (в общем случае многополюсного) генератора с кольцевым якорем. На гладкий железный кольцеобразный сердечник наматывалась замкнутая сама на себя обмотка (позднее такую обмотку стали называть граммовской). От равноудаленных точек этой обмотки шли отпайки к коллекторным пластинам. Общий вид одной из конструкций генератора Грамма изображен на рис. 2.22, а. На станине 1 укреплены электромагниты 2 с полюсными наконечниками 3, между которыми вращается якорь 4; в специальных держателях укреплены щетки, соприкасающиеся с почти современного типа коллектором 5. Якорь приводится во вращение через приводной шкив. Обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря.  Рис. 2.22. Самовозбуждающийся генератор Грамма для питания осветительных установок На рис. 2.22, б показана принципиальная схема генератора, а на рис. 2.22, в — конструкция кольцевого якоря. З.Т. Грамм указывал, что сердечник якоря может быть сплошным, а может быть изготовлен из пучка стальных проволок 7, как показано на рисунке; здесь же 2 — катушки обмотки, 3 — коллекторные пластины. Позднее З.Т. Грамм предложил еще несколько конструкций самовозбуждающихся машин, различных по внешнему виду и мощности, но принципиальных изменений в свою машину он больше не вносил. Генератор Грамма оказался весьма экономичным источником электрической энергии, позволявшим получать значительные мощности при высоком КПД и сравнительно малых габаритах и массе. Сравнение машины Грамма, например, с машиной «Альянс» показывает, что самовозбуждающийся генератор с кольцевым якорем имел массу на 1 кВт примерно в 6 раз меньшую, чем генератор с постоянными магнитами. Очевидные преимущества генератора Грамма способствовали тому, что этот генератор быстро вытеснил другие типы и получил очень широкое распространение. В начале 70-х годов принцип обратимости электрических машин был уже хорошо известен, а машина Грамма использовалась как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Таким образом, в начале 70-х годов обе линии развития электрических машин (генератора и двигателя) объединились. Машина Грамма представляла собой машину постоянного тока современного типа. Однако она нуждалась в определенных усовершенствованиях, которые последовали в 70–80-х годах XIX в. В 80-х годах XIX в. продолжались исследования процессов в электрических машинах и совершенствование их конструкций. В 1880 г. американский изобретатель Хайрем Максим (1840–1916 гг.) вновь (после А. Пачинотти) предложил зубчатый якорь, а также внутренние каналы для вентиляции. Знаменитый американский электротехник Томас Альва Эдисон (1847–1931 гг.) в 1880 г. получил патент на шихтованный якорь, в котором пластины изолировались листами тонкой бумаги, позднее она была заменена лаком. С 1885 г. стали применяться шаблонная и компенсационная обмотки, устанавливаться дополнительные полюса. Огромное значение в совершенствовании проектирования электрических машин сыграли работы Александра Григорьевича Столетова (1839–1896 гг.) по исследованию магнитных свойств «мягкого железа», доказавшего связь магнитной восприимчивости железа с напряженностью магнитного поля. В 1880 г. немецким физиком Эмилем Варбургом (1846–1931 гг.) было открыто явление гистерезиса и начались исследования магнитных потерь в стали. Английский ученый Джеймс Э. Юинг (1855–1935 гг.) пришел к выводу о «гистерезисном цикле» и предложил прибор для вычерчивания кривых намагничивания. Выдающийся американский электротехник Чарльз Протеус Штейнмец (1865–1923 гг.) предложил эмпирическую формулу для определения потерь на гистерезис. В 1885 г. английский электротехник Джон Гопкинсон сформулировал закон магнитной цепи. Таким образом, к концу 80-х годов электрическая машина постоянного тока приобрела современные конструктивные черты. Поделитесь на страничкеСледующая глава > tech.wikireading.ru 4. Электрогенераторы ГраммаСледующий шаг в совершенствовании динамо-машины был сделан в том направлении, что совершенно устранили одну из арматур и воспользовались другой не только для возбуждения электромагнитов, но и для получения тока во внешней цепи. Для этого нужно было только провести ток из арматуры в обмотку электромагнита, рассчитав все так, чтобы последний мог достичь полной своей силы и направить тот же ток во внешнюю цепь. Но при таком упрощении конструкции якорь Сименса оказывался непригодным, так как при быстрой перемене полярностей, в якоре возбуждались сильные паразитические токи, железо сердечников быстро разогревалось, и это могло при больших токах привести к порче всей машины. Необходима была другая форма якоря, более соответствовавшая новому режиму работы. Удачное решение проблемы было вскоре найдено бельгийским изобретателем Зиновием Теофилем Граммом. Он жил во Франции и служил в кампании «Альянс» столярным мастером. Здесь он познакомился с электричеством. Размышляя над усовершенствованием электрогенератора, Грамм в конце концов пришел к мысли заменить якорь Сименса другим, имеющим кольцевую форму. Важное отличие кольцевого якоря состоит в том, что он не перемагничивается и имеет постоянные полюса. (Грамм пришел к своему открытию самостоятельно, но надо сказать, что еще в 1860 г. итальянский изобретатель Пачинотти во Флоренции построил электрический двигатель с кольцеобразным якорем; впрочем, это открытие вскоре было забыто.) Итак, исходная точка поисков Грамма заключалась в том, чтобы заставить вращаться внутри проволочной катушки железное кольцо, на котором наведены магнитные полюсы и таким образом получить равномерный ток постоянного направления. В таком виде воплотилась первоначальная модель электрогенератора. Однако она оказалась неработоспособной. Как писал Грамм в воспоминаниях о своем изобретении, тут явилась новая сложность: кольцо, на которое был намотан проводник, сильно разогревалось вследствие того, что здесь тоже при быстром вращении генератора индуцировались токи. В результате перегрева изоляция то и дело выходила из строя. Ломая голову над тем, как избежать этой неприятности, Грамм понял, что железный сердечник якоря нельзя делать сплошным, так как в этом случае вредные токи оказываются слишком большими. Но разбив сердечник на части так, чтобы образовались разрывы на пути возникающих токов, можно было сильно уменьшить их вредное действие. Этого можно было добиться, изготовив сердечник не из цельного куска, а из проволоки, налагая ее в виде кольца и тщательно изолируя один слой от другого. На это проволочное кольцо затем навивалась обмотка. В целом первая динамо-машина Грамма представляла собой две железные вертикальные стойки, соединенные сверху и снизу стержнями двух электромагнитов. Полюсы этих электромагнитов находились в их середине, так что каждый из них был, как бы составлен из двух, одинаковые полюса которых были обращены друг к другу. Можно рассматривать это устройство иначе и считать, что две половины, прилегающие к каждой стойке и соединенные ею, образовывали два отдельных электромагнита, которые соединялись одноименными полюсами сверху и снизу. В тех местах, где образовывался полюс, к электромагнитам были присоединены особой формы железные насадки, которые входили в пространство между электромагнитами и обхватывали кольцеобразный якорь машины. Две стойки, связывающие оба электромагнита и составлявшие основу всей машины, служили также для того, чтобы держать ось якоря и шкивы машины. В 1870 году, получив патент на свое изобретение, Грамм образовал «Общество производства магнитоэлектрических машин». Вскоре было налажено серийное производство его генераторов, которые произвели подлинную революцию в электроэнергетике. Обладая всеми достоинствами самовозбуждающихся машин, они вместе с тем были экономичны, имели высокий КПД и обеспечивали практически неизменный по величине ток. Поэтому машины Грамма быстро вытеснили другие электрогенераторы и получили широкое распространение в самых разных отраслях. Тогда только появилась возможность легко и быстро преобразовывать механическую энергию в электричество. Как уже говорилось, Грамм создавал свой генератор, как динамо-машину постоянного тока. Но когда в конце 70-х - начале 80-х годов XIX века резко возрос интерес к переменному току, ему не стоило большого труда переделать его для производства переменного тока. В самом деле, для этого надо было только заменить коллектор двумя кольцами, по которым скользят пружины. Сначала генераторами переменного тока пользовались только при освещении, но с развитием электрификации они стали получать все большее применение и постепенно вытеснили машины постоянного тока. Первоначальная конструкция генератора также претерпела значительные изменения. Первая машина Грамма была двухполюсной, но в дальнейшем стали применять многополюсные генераторы, в которых обмотка якоря проходила при каждом обороте мимо четырех, шести и более попеременно установленных полюсов электромагнита. В этом случае ток, возбуждался не с двух сторон колеса, как раньше, но в каждой части колеса, обращенной к полюсу, и отсюда отводился во внешнюю цепь. Таких мест (а соответственно и щеток) было столько, сколько магнитных полюсов. Затем все щетки положительных полюсов связывались вместе, то есть соединялись параллельно. Точно так же поступали и с отрицательными щетками. По мере увеличения мощности генераторов возникла новая проблема - каким образом снять ток с вращающегося якоря с наименьшими потерями. Дело в том, что при больших токах щетки начинали искрить. Кроме больших потерь электроэнергии, это оказывало вредное воздействие на работу генератора. Тогда Грамм посчитал рациональным вернуться к самой ранней конструкции электрогенератора, примененной в машине Пиксии: он сделал арматуру неподвижной, а вращаться заставил электромагниты, ведь снять ток с неподвижной обмотки было проще. Он поместил катушки якоря на железном неподвижном кольце и заставил электромагниты вращаться внутри него. Отдельные катушки он связал между собой так, чтобы все те катушки, которые в данный момент подвергались одинаковому действию электромагнитов, были соединены последовательно. Таким образом, Грамм разбил все катушки на несколько групп и каждую группу употребил для доставления тока в отдельную самостоятельную цепь. Однако возбуждающие ток электромагниты необходимо было питать постоянным током, так как переменный ток не мог вызвать в них неизменной полярности. Поэтому при каждом генераторе переменного тока необходимо было иметь небольшой генератор постоянного тока, откуда ток подводился к электромагнитам при помощи скользящих контактов. Список литературы 1. Рейд С., Фара П., Эверетт Ф. История открытий (энциклопедия). Перевод с англ. Голова А.М. - М.: Росмэн, 1997. 2. Ю.В. Селезнев - Методы и устройства магнитных и электрических измерений 3. Ю.Н. Маслов Магнитные измерения и приборы studfiles.net ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО СХЕМЕ ГРАММА shram.kiev.ua Оставьте комментарий  Я называю эту схему Ф - машина, так как статор и конфигурация поля напоминаю букву Ф. После публикации своей статьи в 1994, Institute of New Energy, Newsletter, June 1994, p.9., я нашел аналогии с генератором Грамма (Зеноб Теофиль Грамм, 1826-1901, Бельгия-Франция, патент на электрогенератор с кольцевым ротором в 1869 году). Суть идеи понятна из рисунка 1. В центре размещена первичная катушка, а две вторичных намотаны диаметрально на кольцевом сердечнике. Важен воздушный зазор между кольцевым и центральным магнитопроводом!
Рисунок 1 Два магнитных потока от двух катушек нагрузки взаимно компенсируются и таким образом в первичной цепи нет реакции. В генераторе Грамма вращается кольцевой ротор с тороидальной обмоткой, которая касается двух диаметрально расположенных контактных щеток. Получаем, что все витки одной половины ротора создают поле, которое направлено в кольце навстречу полю, создаваемому второй половиной ротора. Тороидальный генератор с КПД более 100% был построен соответственно рисунку 1.
Рисунок 2 Сегодня (12.06.2000), после 12 недель испытаний, проверок и т.д. я сделал первое быстрое и пробное испытание. (Промежутки не отрегулированы(приспособлены), и другие вещи должны быть оптимизированы).
Проверка 1:
Проверка 2:
Проверка 3: Когда груз включен, я способен извлечь приблизительно 6Watt от катушки нагрузки, в то время как вращение ускоряет увеличения относительно 300rpm (от 3000 до 3300) и энергия, ведущую моторные уменьшения приблизительно 5.5 Ватта. (Обычные генераторы ведут себя немного по другому - мы можем иметь здесь потенциал для дальнейшего развития?) Поскольку я написал вышеупомянутый, я должен оптимизировать ротор, потому что в настоящее время я имею 1mm воздушный промежуток в обеих сторонах ротора. Этот воздушный промежуток сильно уменьшает эффективность (B-H кривая) Версия для печатиАвтор: Фролов Александр Владимирович(Санкт-Петербург)Дата публикации 27.11.2003гг
Не лишним будет и твоим друзьям узнать эту информацию, поделись с ними статьей! www.shram.kiev.ua Промышленные генераторы с самовозбуждением Грамма — докладМинистерство образования и науки Российской федерации Рязанский Государственный Радиотехнический университет Кафедра Промышленной электроники
Доклад по курсу истории электроники
на тему
«Промышленные генераторы с самовозбуждением Грамма».
Содержание.
Новый период в истории электротехники начался после изобретения электрического генератора с самовозбуждением (машина Грамма) и нового электрического источника света (электрическая свеча Яблочкова). Именно эти изобретения оказались наиболее важными для нового этапа развития применений электричества; самовозбуждающийся электрический генератор с кольцевым якорем явился экономичным источником электроэнергии, который способствовал быстрому и широкому распространению нового источника света — электрической свечи. Электрическая свеча была первым приемником электрической энергии, применение которого на практике быстро получило массовый характер. Электрические машины, электрические источники света, а также предметы оборудования электроустановок явились основными изделиями первых более или менее крупных электротехнических предприятий. Рост электротехнической промышленности и возникновение электротехнических трестов и концернов отражали типичные тенденции в развитии капитализма конца XIX—начала XX вв. Зеноб Теофил Грамм (4 апреля 1826 — 20 января 1901) — знаменитый изобретатель названных его именем магнито и динамоэлектрических машин, по происхождению бельгиец, состоял модельщиком на заводах французского общества «Alliance», изыскивавшего лучшие способы устройства магнитоэлектрических машин для разложения воды. В 1870 г. Грамм получил патент на генератор нового типа, в котором физический принцип самовозбуждения сочетался с весьма удачными конструктивными решениями (кольцевой якорь, коллектор). Как уже отмечалось, кольцевой якорь был изобретен Пачинотти в I860 г., но Грамм усовершенствовал этот якорь конструктивно, изготовляя тело якоря из пучка стальных проволок, благодаря чему заметно снижались потери на вихревые токи; кроме того, Грамм предусмотрел возможность построения многополюсных машин. Вместе с тем Грамм сделал шаг назад по сравнению с работами Пачинотти, изготовив свой якорь без зубцов, что вело, с одной стороны, к усложнению крепления обмотки, а с другой стороны, к увеличению магнитного рассеяния и магнитного сопротивления воздушного зазора в машине и некоторому увеличению потерь в меди якоря. Грамм применил кольцевой якорь сначала для магнитоэлектрических генераторов, а затем снабдил кольцевым якорем машину с самовозбуждением, что явилось громадным шагом вперед. Одним из важнейших преимуществ кольцевого якоря являлось то, что он давал постоянный ток, практически неизменный по величине. Такой ток полностью отвечал тем требованиям, которые предъявлялись условиями возбуждения генератора. В противоположность этому в ранних конструкциях генераторов с самовозбуждением, в которых использовался, например, двух-Т-образный якорь, ток был резко пульсирующим и вызывал большие потери в полюсах машины от изменения намагничивания. С этой точки зрения мысль Грамма использовать постоянный ток, получаемый от машины с кольцевым якорем, для возбуждения той же машины была чрезвычайно плодотворной. Генератор Грамма оказался весьма экономичным источником электрической энергии, позволявшим получать значительные мощности при высоком к. п. д. и сравнительно малых габаритах и весе. Сравнение машины Грамма, например, с машиной «Альянс» показывает, что самовозбуждающийся генератор с кольцевым якорем имеет вес на 1 кет примерно в 6 раз меньше, чем генератор с постоянными магнитами. Очевидные преимущества генератора Грамма способствовали тому, что этот генератор очень быстро вытеснил другие типы и получил очень широкое распространение В начале 70-х годов принцип обратимости электрических машин был уже хорошо известен, и машина Грамма после Венской международной выставки (1873 г.) часто использовалась как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Таким образом, в начале 70-х годов обе линии развития электрических машин - генератора и двигателя - объединились. Машина Грамма в принципе представляла собой машину постоянного тока современного типа. Однако она нуждалась в определенных усовершенствованиях, и эти усовершенствования последовали в 70—80-х годах прошлого века. Одно из наиболее существенных усовершенствований машины было сделано в 1873 г., когда немецкий электротехник Ф. Геф-нер-Альтенек предложил заменить кольцевой якорь барабанным. Основным недостатком кольцевого якоря являлось плохое использование меди в его обмотке, так как части витков обмотки, находившиеся на внутренней поверхности кольца, не использовались вовсе. В барабанном же якоре обе стороны каждой секции участвовали в создании электродвижущей силы, а не использовались только лобовые части обмотки. С 1878 г. барабанный якорь стали делать зубчатым, что позволило более надежно крепить обмотки и уменьшать воздушный зазор в машине. Борьба за снижение потерь в теле якоря привела в 1880 г. к предложению Т. А. Эдисона изготовлять якорь шихтованным, т. е. набранным из тонких стальных листов, оклеенных бумагой (впоследствии оклейка стальных листов бумагой была заменена лакировкой этих листов). В том же 1880 г. для улучшения условий охлаждения якоря американский изобретатель X. Максим предложил разделять шихтованный якорь на пакеты, что давало возможность создать в теле якоря каналы для прохождения воздуха. С 1885 г. началось применение шаблонной обмотки, что значительно снизило стоимость машин и улучшило качество обмотки. Важным усовершенствованием машины постоянного тока явилось введение в 1884 г. компенсационной обмотки, а в 1885 г. - дополнительных полюсов, с помощью которых удавалось компенсировать реакцию якоря и улучшить коммутацию. В 1891 г. Э. Арнольдом была опубликована первая крупная работа, посвященная обмоткам электрических машин. По иному пути пошли некоторые другие изобретатели, и среди наибольших успехов добился Никола Тесла. Тесла не прибегая к попыткам получить разность фаз в самом двигателе, пришел к выводу о целесообразности построения генератора, который сразу давал бы два тока, различающих по фазе на 900. Тесла построил двухфазный генератор и питал от него двухфазный двигатель. Схематически система Тесла представлена на рисунке, слева изображен синхронный генератор, справа – асинхронный двигатель. В генераторе между полюсами вращались две взаимно перпендикулярные катушки, в которых генерировались два тока, сдвинутые по фазе на 900. Концы каждой катушки были выведены на кольца, расположенные на валу генератора (на черте для ясности эти кольца имеют различные диаметры). Ротор двигателя тоже имел обмотку в виде двух расположенных под прямым углом друг к другу замкнутых на себя катушек. Основным недостатком двигателя Тесла, который впоследствии сделал его неконкурентоспособным, было наличие выступающих полюсов с сосредоточенной обмоткой. Эти двигатели имели большое магнитное сопротивление и крайне неблагоприятное распределение намагничивающий силы вдоль воздушного запора, что приводило к ухудшению характеристик машины. Таковы были следствия механического переноса в технику переменного тока конструктивных машин постоянного тока. Конструкция обмотки ротора, как выяснилось позднее, тоже оказалось неудачной. Действительно, выполнение обмоток сосредоточенными (а не распределительными по всей окружности ротора) при выступающих полюсах на статоре, приводило к ухудшению пусковых условий двигателя, а то обстоятельство, что обмотки ротора имели сравнительно большое сопротивление, ухудшало рабочие характеристики. Неудачным оказался и выбор двухфазной системы токов из возможных многофазных систем. Известно, что значительную установки для передачи электроэнергии составляемой затраты на линейные сооружения и, в частности, на линейные провода. В связи с этим казалось очевидным, что чем меньше принятое число фаз, тем меньшим будет число проводов и тем, следовательно, экономичнее устройство электропередачи. Двухфазная система требовала применения четырех проводов, а удвоение числа проводов по сравнению с установками постоянного тока или однофазного переменного токов представлялось нежелательным. Встретившиеся экономические и технические трудности задерживали внедрение двухфазной системы в практику. Фирма Вестенгауз, где работал Тесла, построила несколько станций по его системе из которых наибольшим по масштабам была Ниагарская электростанция. 17 июля 1871 года французский физик Жюль Жамен представил машину Грамма парижской академии наук, в 1873 году Грамм был награждён золотой медалью на выставке в Вене, в 1875 году — медалью общества поощрения развития электротехники; в 1876—1876 г. основалось общество «Societé des machines Gramme» для эксплуатации изобретения Грамма; в 1878 году впервые машины Грамма применены были для освещения Парижа. Самовозбуждение электромашинных генераторов Способ возбуждения магнитного поля главных полюсов генераторов, при котором обмотка главных полюсов получает питание от обмотки якоря (ротора). (В отличие от самовозбуждения, при независимом возбуждении обмотки главных полюсов питают от постороннего источника тока.) Наиболее часто самовозбуждение используется в генераторах постоянного тока. При пуске генератора с самовозбуждением начальный ток в обмотке возбуждения возникает за счёт ЭДС, наводимой в обмотке якоря остаточным магнитным полем главных полюсов. Для поддержания самовозбуждения необходимо, чтобы начальный ток усиливал это поле. Добавочный магнитный поток увеличивает ЭДС якоря и, как следствие, ток в обмотках главных полюсов. Однако из-за магнитного насыщения магнитопровода одинаковым приращениям увеличивающегося тока возбуждения соответствуют всё меньшие приращения магнитного потока. Процесс самовозбуждения продолжается до тех пор, пока ЭДС якоря превосходит падение напряжения в обмотке возбуждения. При определённой величине магнитного потока наступает электрическое равновесие, и дальнейшее повышение магнитного потока, ЭДС якоря и тока возбуждения прекращается. Самовозбуждение может осуществляться при величине сопротивления обмотки возбуждения, не превышающей известного предельного значения, зависящего от электрических параметров генератора. Применяют самовозбуждение с параллельным, последовательным и смешанным (параллельно-последовательным) включением обмоток главных полюсов относительно обмотки якоря. Для создания остаточного магнитного потока в машине с самовозбуждением, по какой-либо причине утратившей остаточное намагничивание главных полюсов, по обмотке возбуждения пропускают ток нужного направления, который получают от постороннего источника. Условия самовозбуждения. 1. Генератор должен обладать остаточным магнетизмом. В этом случае на зажимах якоря генератора появится напряжение. Появившееся напряжение остаточного магнетизма прикладывается к обмотке генератора, по ней начинает протекать ток, и в обмотке возбуждения создается магнитный поток. 2. Магнитный поток обмотки возбуждения должен быть направлен согласно с потоком остаточного магнетизма, т.е. потоки должны складываться. Два потока, сложившись, приводят к увеличению напряжения на якоре генератора, которое прикладывается к обмотке возбуждения, вызывает увеличения магнитного потока и дальнейшее увеличение напряжения на генераторе. Возбуждение генератора проходит по характеристике холостого хода. Если магнитные потоки обмотки возбуждения и остаточного магнетизма будут направлены встречно, произойдет размагничивание машины и включение ее будет невозможно. Чтобы этого не произошло, на корпусе генератора параллельного возбуждения или смешанного возбуждения отливается стрелка, показывающая в какую сторону должен вращаться якорь, чтобы не произошло размагничивание. Увеличение напряжения на генераторе с параллельным возбуждением будет происходить, пока характеристика цепи возбуждения Rвiв не пересечется с характеристикой холостого хода. Эти характеристики должны пересекаться на нелинейной части характеристики холостого хода. Угол наклона α зависит от величины сопротивления цепи возбуждения. Если сопротивление Rв цепи возбуждения будет большим, точка пересечения характеристик перейдет в область насыщения, и генератор не будет регулироваться. Если сопротивление будет мало, то характеристика цепи возбуждения может стать касательной к характеристике холостого хода, тогда машина не будет возбуждаться. Развитие электрических машин наглядно иллюстрирует характерную закономерность в развитии техники вообще. Эта закономерность проявляется в следующем: если развитие какой-либо отрасли техники тормозится недостаточным уровнем другой отрасли техники или области науки, то развитие последней ускорялся требованиями первой. Так, если отсутствие экономичного генератора тока сдерживало расширение практических применена электричества, то последние стимулировали, ускоряли работу по созданию более совершенной конструкции генератора. В развитии электрического генератора постоянного тока можно разделить на четыре этапа. Первый этап (1831 — 1851 гг.) характеризуется созданием электрических генераторов с возбуждением от постоянных магнитов Такие генераторы получили в то время название магнито- электрических машин. Открытие в 1831 г. явления электромагнитной продукции указало новый способ получения электрического тока который нашел свое практическое воплощение в первом униполярном генераторе — диске Фарадея. Один из первых шагов в истории генератора несет в себе тайну, оставшуюся неразгаданной. Дело в том, что имя изобретателя, сделавшего этот шаг, оставалось неизвестным. Дадим слово Фарадею. «Вчера, по возвращении в город, — писал ученый в редакцию известного лондонскогонаучною журнала 27 июли 1832 г.,— я нашел закрытое письмо, — оно анонимное, и я не имею возможности назвать его автора. Но, «ввиду того, что он описывает опыт, при котором впервые удалось получить химическое разложение магнитоэлектрическим током, я посылаю Нам это письмо для опубликования...» Письмо было подписано двумя латинскимн буквами »Р. М,* Так и вошел в историю техники «.-генератор Р. М. ». Эта машина представляла собой синхронный многополюсный генератор, т.е. была генератором переменного тока. Письмо Р. М. привлекло к проблеме генератора внимание многих ученых. Прочел публикацию и сам «Р. М.», в марте 1833 г. он обратился и редакцию журнала с благодарностью Фарадею за публикацию письма и описанием усовершенствовании в машине. Главное нз них — добавочное стальное кольцо (ярмо), замыкавшее магнитную цепь сердечников электромагнитов. И снопа та же подпись: «Р. М.» На рис. 4.13 представлен усовершенствованный вариант генератора. Фарадей также способствовал опубликованию в журнале письма Сальватора даль Негро (апрель 1832 г.), работавшего в городе Падун (Италия), В этом письме описан генератор с возвратно-поступательным движением блока из четырех постоянных магнитов, полюса которых в холили в соединенные определенной последовательности катушки. Это тоже был генератор переменного тока. Однако переменный ток в то временно не мог еше найти себе потребителя, так как для всех практических применений электричества (минная электротехника, электрохимия, только что зародившаяся электромагнитная телеграфия, первые электродвигатели требовался постоянный ток Знаменитый Ампер требовал, чтоб электрические машины давали настоящий, т.е. постоянны» ток. Поэтому в последующем изобретали направили свои усилия на построение генераторов, дающих постоянный электрический ток, разрабатывая для этих целей разнообразные коммутационные устройства. Впервые приспособление для выпрямления тока в попеременно-полюсной машине (в отличие от униполярной машины Фарадея, которая не нуждалась в устройстве для выпрямления тока, так как давала непосредственно постоянный ток) было применено в 1832 г. в генераторе братьев Пиксии. Изобретение представлялось тогда настолько важным, что сообщения о нем были дважды сделаны в Парижской академии наук. О существе предложения Пиксии можно судить по рис. 4.14. При вращении подковообразного постоянного магнита наводилась переменная ЭДС в двух неподвижных катушках со стальными сердечниками. Магнит приводился вовращение посредством рукоятки и конической передачи. Концы последовательно соединенных катушек выводились к зажимам барабанного коммутатора. В первых конструкциях генераторов для получения тока неизменного направления (но резко пульсирующего) применялось так называемое коромысло Ампера, идея которого ясна из рис. 4.6. В начале 30-х годов индуктированный ток был еще непривычной новинкой, открытой Фарадеем. Поэтому Ампер в докладе о генераторе Пиксии счел нужным подчеркнуть, что с помощью тока от этого генератора «были получены: интенсивные искры; довольно сильное сотрясение; онемение и непроизвольное движение пальцев...; сильное расхождение золотых листиков в конденсаторе Вольта; довольно сильное разложение воды, слегка подкисленной серной кислотой для улучшения ее проводимости». myunivercity.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Два магнитных потока от двух катушек нагрузки взаимно компенсируются и таким образом в первичной цепи нет реакции. 
Конструктор Olaf Berens из Германии 
