Eng Ru
Отправить письмо

электрические машины с обмоткой Грамма. Обмотка грамма


8.1. Первые электрические машины - Энергетика: история, настоящее и будущее

8.1. Первые электрические машины

К концу первой половины XIX века были доказаны взаимосвязь между различными явлениями природы и взаимопревращение различных форм движения материи: установлена связь тепловой и механической, электрической и тепловой, электрической и химической, электрической и магнитной форм энергии.

Начало практическому использованию электричества положили те области применения, которые не требовали значительных затрат электроэнергии, – телеграфия, телефония, военное дело (воспламенение пороховых зарядов, электрическое взрывание мин), дистанционное управление и др. В процессе создания различных устройств при этом использовании электричества важно было решить ряд практических и теоретических проблем: совершенствовать источники тока, создавать разнообразные приборы и приспособления, в том числе автоматические, изготовлять изолированные проводники, исследовать свойства различных материалов, разрабатывать методы измерений, устанавливать единицы измерения величин. Все это привело к разработке схем и методов, получивших применение в современной телемеханике и телеуправлении.

Практически расширение области применения электричества тормозило отсутствие хорошего, экономичного источника электрического тока. Примерно до 1870 г. наиболее распространенными источниками электрического тока были электрохимические (гальванические) элементы и аккумуляторы (в 1854 г. немецкий врач В.И. Зинстеден открыл способ аккумулирования, а в 1859 г. француз Г. Планте построил свинцовый аккумулятор). Проблема экономичного источника электрической энергии была решена только созданием совершенной конструкции электромашинного генератора, в развитии которого можно отметить три основных этапа. Первый этап (1831–1851) характеризуется созданием магнитоэлектрических машин.

Как отмечалось ранее, опыты Эрстеда по отклонению магнитной стрелки током стали той искрой прометеева огня, которую исследователи и изобретатели превратили в громадное пламя...

Открытие Фарадеем в 1831 году явления электромагнитной индукции указало новый способ получения электрического тока. Уже вскоре после этого открытия ученые и изобретатели стали стремиться к тому, чтобы применить данное явление к получению электричества при помощи энергии движения.

Магнитоэлектрическая машина основана на том, что электрический ток может быть вызван без всякой батареи одним передвижением магнита относительно замкнутых проводников.

Первый изобретатель электрического генератора, основанного на явлении электромагнитной индукции, пожелал остаться неизвестным. Произошло это так. Вскоре после опубликования доклада Фарадея в Королевском обществе, в котором было изложено открытие явления электромагнитной индукции, ученый нашел в своем почтовом ящике письмо, подписанное латинскими буквами Р. М., и приложенный к нему чертёж. Оно содержало описание первого в мире синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов. Внимательно разобравшись в этом проекте, Фарадей направил письмо и чертёж в тот же журнал, в котором был напечатан его доклад. Он надеялся, что неизвестный автор, следя за журналом, увидит опубликованным свой проект и сопровождавшее его письмо Фарадея, исключительно высоко оценивающее это изобретение. Действительно, спустя почти полгода Р.М. прислал в редакцию журнала дополнительные разъяснения и описание предложенной им конструкции электрогенератора, но и на этот раз пожелал остаться неизвестным. Имя истинного создателя первого электромагнитного генератора так и осталось скрытым под инициалами Р.М. Человечество до сих пор, несмотря на тщательные розыски историков электротехники, не знает, кому же оно обязано одним из важнейших изобретений.

Машина Р.М. была первым генератором переменного тока и не имела устройства для выпрямления тока. С помощью этого генератора удалось разложить воду (поскольку ток был переменным, то при электролизе получилась смесь водорода и кислорода – гремучий газ). Необходимо было создать машину, в которой можно было бы получать ток, постоянный по величине и направлению.

Почти одновременно с неизвестным автором конструированием генераторов занимались в Париже братья Пиксии и профессор физики Лондонского университета, член Королевского общества В. Риччи. Созданные ими машины имели специальное устройство для выпрямления переменного тока в постоянный – так называемый коллектор. Первая магнитоэлектрическая машина братьев Пиксии (рис. 8.1) была построена в 1832 году. Она явилась предшественницей всех динамо-машин в широком смысле слова, т.е. всех машин, служащих для превращения энергии движения в электрическую энергию. Ее следует считать родоначальницей целого поколения разнообразных машин, предназначенных для получения электрического тока. Мимо неподвижных катушек Е и Е ', снабженных сердечниками, движутся посредством кривошипа и зубчатой передачи лежащие против них полюсы подковообразного магнита А, В, вследствие чего в катушках вызываются токи переменного направления. В генераторе братьев Пиксии нужно было вращать тяжелые постоянные магниты, что затрудняло пользование им. Со временем поняли, что целесообразнее сделать неподвижными постоянные магниты, а вращать более легкие катушки между полюсами магнитов. Магнитоэлектрические генераторы такого типа оказались значительно удобнее и именно в такой конструктивной форме впервые вошли в практику.

Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Сильный толчок к построению более мощных магнитоэлектрических генераторов дали дуговые лампы с регуляторами, получившие применение на маяках в связи с развитием морского транспорта. В 1854 году в Париже была открыта первая фабрика «Compagnie L’Alliance» по изготовлению крупных магнитоэлектрических машин (рис. 8.2). В генераторе

«Альянс» на чугунной станине были укреплены в несколько рядов подковообразные постоянные магниты, расположенные по окружности и радиально по отношению к валу. Различные варианты таких генераторов имели разное число рядов магнитов (3,5,7). В промежутках между рядами магнитов устанавливались на валу кольца с большим числом катушек-якорей. На валу был укреплен коллектор с изолированными друг от друга и от вала машины металлическими пластинами. Коллекторными щетками служили специальные ролики. В машине было предусмотрено устройство для смещения роликов в зависимости от нагрузки.

 

Рис. 8.1. Первая магнитоэлектрическая машина братьев ПиксииРис. 8.1. Первая магнитоэлектрическая машина братьев Пиксии

Рис. 8.2. Генератор «Альянс» Рис. 8.2. Генератор «Альянс»

 

 

В генераторе «Альянс» можно было изменять соединение обмоток катушек, в результате чего менялась э.д.с. в цепи. Поэтому генератор мог давать или большой ток низкого напряжения и служить, например, для целей гальванопластики и электролиза, или ток меньшей силы, но более высокого напряжения (40–250 В) для питания дуговых ламп.

постоянных магнитов электромагнитами, возбуждаемыми током от магнитоэлектрической машины, высказал в 1851 году В. Зинстеден. Так начался второй этап развития электрогенераторов, занявший сравнительно небольшой отрезок времени.

 

Рис. 8.3. Магнитоэлектрическая машина СименсаРис. 8.3. Магнитоэлектрическая машина Сименса

 

Рис. 8.4. Первая динамо-машина постоянного тока СименсаРис. 8.4. Первая динамо-машина постоянного тока Сименса

В 1856 г. важнейшее усовершенствование в конструкцию магнитоэлектрической машины, а именно в конструкцию движущихся магнитных катушек и их железных сердечников, внес Вернер Сименс. Такие катушки с железом внутри называются якорем. Сименс придал якорю более удобную форму в виде «двойного Т». Якорь вращается между полюсами плотно обхватывающих его магнитов, причем количество магнитов может быть легко увеличено при соответствующем увеличении длины якоря. Якорь Сименса позволил в дальнейшем усовершенствовать конструкцию магнитоэлектрической машины (рис. 8.3). В конце того же года Сименс обратил внимание на то, что железо сердечника электромагнита сохраняет следы магнетизма и после выключения тока. Этот остаточный магнетизм оказался достаточным для начала процесса самовозбуждения. Отпала необходимость в отдельном генераторе для питания обмотки электромагнита. Таким образом, Вернер Сименс установил принцип создания и построил первую динамоэлектрическую машину постоянного тока (рис. 8.4) для взрывания мин, которую и продемонстрировал в конце 1866 г. перед несколькими выдающимися физиками. 17 января 1867 г. Сименс выступил в Берлинской академии наук с докладом «О превращении рабочей силы в электрический ток без применения постоянных магнитов». Этот доклад заканчивался словами: «…современной технике даны средства дешевым и удобным способом вызывать электрические токи неограниченной силы повсюду, где имеется рабочая сила. Этот факт будет иметь большое значение во многих ее отраслях».

Большим шагом вперед в развитии электрических генераторов было открытие принципа самовозбуждения, который получил широкую известность после 1867 года. Именно после 1867 года, когда почти одновременно в разных странах были построены генераторы с самовозбуждением, начался третий этап в развитии электрического генератора.

Бельгиец Теофил Грамм в 1869 г. создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине Грамм использовал принцип самовозбуждения, а также усовершенствовал якорь Сименса, придав ему форму кольца. Он обвил железное кольцо непрерывной проволокой, концы которой соединил вместе, и таким образом получил спираль. Обороты спирали в каждой половине кольца соединены последовательно, но обе половины обмотки кольца соединены противоположно друг другу. Токи с обеих сторон направляются к верхней точке кольца, образуя положительный полюс. Подобным же образом в нижней точке, откуда берут свое направление токи, будет находиться отрицательный полюс. Кольцевая машина Грамма (рис. 8.5) явилась первой практической динамо-машиной с барабанным якорем. Такая весьма сложная конструкция якоря с незначительными усовершенствованиями используется и в настоящее время. Барабанный якорь позволяет достичь кругового пути прохождения максимального количества линий сил, возбуждающих ток в обмотке электромагнитов. Грамм дал несколько конструкций своей машины. В одной из первых его машин кольцевой якорь был укреплен на горизонтальном валу. Он вращался между охватывавшими его полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводный шкив. Обмотка электромагнита была включена последовательно с обмоткой. Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводился с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора.

Вернер Сименс (1816–1892) – немецкий электротехник и предприниматель, член Берлинской академии наук, основатель и главный владелец электротехнических концернов «Сименс и Гальске», «Сименс и Шуккерт» и др. В 1834 году Вернер Сименс с отличием окончил Любекскую гимназию и, успешно выдержав экзамены, поступил в Артиллерийское инженерное училище в Мальденбурге. Счастливым чувствовал себя молодой В. Сименс, когда его командировали на три года в Берлин для получения технического образования в Объединенной инженерноартиллерийской школе. Это полностью отвечало его склонностям к учебе. Здесь под руководством опытных учителей, преподававших также в Берлинском университете, он начал изучать математику, физику, химию и, конечно, баллистику – основу артиллерии. Это дало ему возможность удовлетворить жажду знаний и проявить изобретательский талант, получив фундаментальное образование в военном учебном заведении. В 1841 году Вернер Сименс получил патент на способ гальванического серебрения и золочения. Это было первое изобретение Сименса в области электротехники. Он занимался изобретательством и научными опытами по применению взрывчатой хлопчатой бумаги. Уже в 1845 году Вернер становится одним из наиболее заметных молодых ученых в недавно образованном Физическом обществе. В это время он делает ряд изобретений по телеграфной части, а также изобретает стрелочный телеграф, поскольку оптический телеграф в то время воспринимался как не соответствующий уровню технического развития. В 1846 году Сименс вошел в состав комиссии Политехнического общества Берлина по введению электрических телеграфов в Пруссии. В это время он изобрел специальную машину для покрывания медной проволоки гуттаперчей; машина эта вошла во всеобщее употребление при производстве изолированных проводников для подземных и подводных телеграфных кабелей.17 января 1867 г. в Берлинской академии наук Вернер Сименс изложил теорию, являющуюся исходным моментом всей современной электротехники, и представил совершенную конструкцию генератора постоянного тока с самовозбуждением. Он же предложил ртутную единицу сопротивления, впоследствии преобразованную в Ом, а единице электрической проводимости было присвоено наименование сименс.Сименс много сделал для развития немецкой и европейской электротехники. Он был инициатором образования Берлинского электротехнического союза (1879), основателем и председателем Общества патентов в Берлине, меценатом в области науки и культуры. На своих предприятиях он проводил обдуманную социальную политику. Удивительные слова принадлежат ему: «Мои капиталы будут жечь мне руки подобно раскаленному железу, если я не поделюсь с теми, кто помог мне получить этот доход, причитающейся им долей». Сименс был новатором во всем, чего касался его гений. В конце жизни Сименс написал: «Я считаю свою жизнь удавшейся, так как она была заполнена усилиями, которые почти всегда были успешными, и работой, приносящей пользу людям».

Рис. 8.5. Кольцевая машина ГраммаРис. 8.5. Кольцевая машина Грамма

Машина Грамма в сравнении с магнитоэлектрической машиной такого же веса развивала в шесть раз большую мощность. Этот генератор быстро вытеснил генераторы других типов и получил очень широкое распространение. В начале 70-х годов XIX века был уже хорошо известен принцип обратимости и машина Грамма использовалась как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.

В течение 70–80-х годов XIX века машина постоянного тока приобрела все основные черты современной машины. Дальнейшие усовершенствования не затрагивали основных принципов и конструктивных узлов машины, а были направлены на повышение качества, улучшение использования активных материалов и усовершенствование изоляции, повышение качества щеток и пр.

Очень важное усовершенствование заключалось в значительном снижении скорости вращения якоря. Высокая скорость вращения была необходима для получения достаточной электродвижущей силы. Но такой же результат может быть получен и путем увеличения диаметра кольца. При этом электромагнит был помещен внутрь кольца. Такая многополюсная динамо-машина была установлена на центральной электрической станции и питала до 2000 осветительных электроламп накаливания постоянного тока.

В процессе эволюции конструкции динамомашины было подмечено, что для некоторых целей, а главным образом для питания дуговых осветительных ламп, можно пользоваться невыпрямленным током переменного направления. При этом конструкция машины значительно упрощается, так как коллектор становится лишним и заменяется двумя кольцами.

Первой побудительной причиной развития динамо-машин переменного тока (так называемых «альтернаторов») послужило изобретение Яблочковым его «электрической свечи».

На рис. 8.6 представлен альтернатор Ганца, конструкция которого состоит из насаженного на вал лучеобразного индуктора Е, против каждого из десяти лучей (полюсов) которого расположено 10 катушек якоря, закрепленных на внутренней поверхности кольцеобразной железной рамы. При вращении индуктора в обмотках катушек возникают токи, постоянно меняющие направления. Обмотки же этих катушек соединены так, что при каждом положении индуктора в них одновременно возникают токи одного направления.

Рис. 8.6. Альтернатор ГанцаРис. 8.6. Альтернатор Ганца

Вскоре берлинская фирма Сименса предложила свою конструкцию динамо-машины переменного тока (рис.8.7), конструкция которой интересна тем, что в индукторах не имеется железных сердечников, а для возбуждения используется дополнительная маленькая машина постоянного тока. Такая динамо-машина позволяла получать переменный ток значительно более высоких напряжений для питания нескольких независимых электрических цепей со многими последовательно включенными дуговыми лампами.

Второй побудительной причиной широкого распространения динамо-машин переменного тока явилась легкость трансформации переменного тока. Эта замечательная способность преобразования (трансформации) переменного тока была впервые использована Голардом в 1883 г. и усовершенствована Ганцем.

Рис. 8.7. Динамо-машина переменного тока СименсаРис. 8.7. Динамо-машина переменного тока Сименса

Первые динамо-машины были предназначены в основном для питания различных осветительных устройств. Однако широкое промышленное применение системы электрического освещения получили с совершенствованием конструкции и технологии строительства мощных центральных городских электрических станций и систем распределения электрической энергии.

Для приведения в действие динамо-машин в первое время применялись три вида двигателей: паровые, газовые и гидравлические.

Паровые двигатели состояли из парового котла, паропроводной трубы и собственно паровой машины. Из-за специфических условий сооружения генераторных станций (ограниченное помещение и относительная близость жилых зданий) преимущественное распространение получили водотрубные котлы, в которых испаряющаяся вода помещается во многих узких сообщающихся между собой трубках, охватываемых пламенем. Паровые двигатели, используемые в качестве привода динамо-машин, должны были отвечать определенным требованиям. В частности, динамо-машина требует от парового двигателя очень равномерного хода

не только относительно числа оборотов в минуту, но и в отношении скорости вращения в течение отдельных оборотов. Если эта равномерность не достигается, то напряжение на выходе динамо-машины колеблется в значительном диапазоне, к чему очень чувствительны осветительные лампы накаливания: они мигают, например, когда по шкиву проходит слишком толстый шов на ремне или когда ремень слишком слабо натянут (рис. 8.8). Подобные случайности заставили машиностроителей и электротехников полностью отказаться от ненадежных ремней. Однако сделать это было нелегко еще и потому, что у паровых машин и динамо-машин была различная угловая скорость вращения валов – соответственно 200 и 1000 оборотов в минуту. Чтобы уравнять угловую скорость шкивы машин приходилось делать различного диаметра, что обуславливало необходимость соединения их ремнем. Первые быстроходные паровые машины, соединенные с динамо-машиной без помощи ремня, были построены на заводах Вестингауза. Сущность устройства заключается в применении паровых цилиндров с кривошипно-шатунным механизмом, приводимым в движение паром. При этом весь механизм заключен в оболочку, так что из движущихся частей наружу выдаются лишь оба конца вала (рис. 8.9).

Рис. 8.8. Паровой двигатель и динамо-машина, соединенные ремнемРис. 8.8. Паровой двигатель и динамо-машина, соединенные ремнем

Рис. 8.9. Быстроходная паро-динамическая машина ВестингаузаРис. 8.9. Быстроходная паро-динамическая машина Вестингауза

Рис. 8.10. Газомотор КертингаРис. 8.10. Газомотор Кертинга

 

Кроме паровых машин, для вращения динамо-машин в тех местах, где имелся газопровод, применялись газомоторы. Преимущество газомоторов заключалось в том, что они требуют сравнительно мало места и могут быть приведены в действие за нескольких минут. Самое широкое распространение получили газомоторы Отто, которых к концу 1894 г. для получения электрического освещения было установлено около 3000. Газомоторный завод в Дейтце (Германия) занимался специально разработкой газового двигателя для целей электрического освещения. Такой двигатель обеспечивал достаточно равномерное вращение и, соответственно, совершенно ровный свет. На заводах в Кергтиндорфе близ Ганновера известная в то время фирма братьев Кертинг организовала массовое производство газомоторов для целей электрического освещения (рис. 8.10).

Наиболее экономичными с точки зрения стоимости производства электроэнергии являются гидравлические двигатели, использующие энергию падающей воды. В качестве водяных двигателей применялись гидротурбины как с вертикальной, так и с горизонтальной осью. Динамо-машина с приводом от гидротурбины (рис. 8.11) была построена фирмой «Эсслинген» для завода Терни в Италии. Вода подавалась на лопатки гидротурбин с высоты 280 м при давлении в 18 атмосфер. Благодаря возможности пользования несколькими турбинами в работу вводилось столько динамо-машин, сколько было необходимо в данный момент времени.

Рис. 8.11. Динамо-машина с приводом от гидротурбиныРис. 8.11. Динамо-машина с приводом от гидротурбины

energetika.in.ua

электрические машины с обмоткой Грамма.

Новые электрические машины с обмоткой Грамма. Н.Н. ГромовЦель настоящей работы - доказательство теоремы о том, что принцип обратимостиэлектрических машин не является всеобщим и выполняется не для всех схемэлектрических машин.Настоящая работа выполнена по результатам теоретических и экспериментальныхисследований, проведенных автором в период с декабря 2005 г. по декабрь 2006 г.Доказана теорема опровергающая незыблемость принципа обратимости электрическихмашин, открытого Э.Х. Ленцем в 1838 г., и позволяющая рассматривать его только какчастный случай, определяющий характеристики движения одиночного проводника илирамки с током в магнитном поле.Изложенные в настоящем документе физические принципы и рассмотренные устройствамогут быть использованы любым физическим или юридическим лицом, но не могут бытьзапатентованы и использованы для монопольного производства технических устройствна этих физических принципах.

ВведениеВплоть до 1870 г. ни одна из существовавших машин даже при употреблении вместостальных магнитов более сильных электромагнитов не давала возможности получатьмало изменяющийся по силе ток. Только в этом году, благодаря употреблению Граммомвышеописанного железного цилиндра (или кольца), обмотанного проволокой ипомещенного между концами электромагнита, намагничивающегося тем же током,который развивается во вращающейся обмотке, впервые появиласьэлектромагнитоэлектрическая машина, способная давать почти вполне постоянный ток.Железный, цилиндрический или имеющий форму кольца сердечник, окруженныйкольцевой проволочной обмоткой, т. е. так называемое кольцо Грамма, представляетсобой 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 существенныхизменений заключалось в замене кольцевого якоря барабанным, и было осуществлено в1873 г. немецким электротехником Ф. Гефнер-Альтенеком. Тогда считалось, чтоосновным недостатком кольцевого якоря являлось плохое использование меди в егообмотке, так как части витков обмотки, находившиеся на внутренней поверхностикольца, не использовались. Другой аргументации в исторической литературе неприводится. В барабанном якоре обе стороны каждой секции участвуют в генерированииэ.д.с., а не работают только лобовые части обмотки. С 1878 г. барабанный якорь сталиделать зубчатым, к началу 90-х годов 19 века последовал еще ряд изменений вбарабанном якоре для повышения его эффективности и кольцевой якорь Граммаперестал широко применяться.Однако до наших дней ходят слухи о каких-то особенных свойствах кольцевого якоряГрамма.Фролов Александр Владимирович в интервью Спецвыпуску Xakep, номер 2001-11,стр. 011-020-4 сказал «... Думаю, что многое придется заново изобретать, даже генераторГрамма. Этот тип генератора был изобретен раньше привычного нам барабанногогенератора и мотора. Из генератора Грамма нельзя получить мотор, если подать наобмотку напряжение. Но именно поэтому его ротор, в отличие от ротора барабанноготипа, не тормозится при подключении нагрузки. В таком генераторе слабыймеханический привод (тогда применялись паровые машины или водяное колесо) можетпроизводить 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 экспериментальныеисследования с целью подтверждения этих слухов. Однако они не увенчались успехом.

В период с декабря 2005 г. по декабрь 2006 г. автором проводился комплекстеоретических и экспериментальных исследований по теме «Необратимая униполярнаяэлектрическая машина» и в процессе их проведения выяснились некоторые особенности,связанные с кольцевой обмоткой Грамма. Настоящая работа выполнена по результатамэтих теоретических и экспериментальных исследований.В настоящей работе намеренно не приводится математический аппарат, а основноевнимание 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 ГраммаПрактически во всех учебниках по электротехнике приводится схема синхронногогенератора с обмотками Грамма Рис. 1, которая сопровождается примерно таким«невнятным» описанием.

Рис. 1.«Если вращать ротор генератора с помощью двигателя и подавать в обмоткувозбуждения постоянный ток, то магнитное поле, создаваемое ротором, будет пересекатьобмотки, расположенные на статоре, и наводить в них напряжение. Когда возле обмоткибудет проходить северный полюс электромагнита, ток потечет в одном направлении,когда около этой же обмотки будет проходить южный полюс электромагнита, то токпотечет в обратном направлении. Изменение тока происходит плавно по синусоиде».Однако «дыма без огня не бывает». И решение о каких-то особенных свойствахкольцевого якоря Грамма должно быть очень простым, учитывая уровень развитияэлектротехники в конце 19 века. Поэтому в длительных размышлениях о «генератореГрамма» не имеющем сопротивления вращению ротора, секрет изготовления которогосчитался утерянным навсегда, пришел к выводу о том, что для устранения,

тормозящего электромагнитного момента у синхронного генератора,необходимо свести к минимуму взаимодействие магнитных полюсов обмоткиякоря и обмотки возбуждения .Для этого у синхронного генератора обмотки якоря необходимо намотать по схемеГрамма. Обмотки, выполненные по схеме Грамма, имеют возможность генерированияэлектрической мощности без взаимодействия своих полюсов с полюсами обмоткивозбуждения. Генерирование электрической мощности в них осуществляется только засчет пересечения проводников с одной стороны обмотки движущимся вектороммагнитной индукции обмотки возбуждения.

В промежутках между обмотками ток нагрузки будет создавать магнитные полюсы, засчет которых возникает электромагнитный момент сопротивления вращению ротора имеханическую мощность для поддержания заданной частоты вращения по мереувеличения нагрузки необходимо повышать.

Исключить взаимодействие магнитных полюсов статора с магнитнымиполюсами 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 синхронногогенератора, не имеющего тормозящих электромагнитных моментов. Принцип его работыпонятен из рисунка и особых пояснений не требует. Для вращения ротора и получениямаксимальной электрической мощности «по железу и обмоткам» следует преодолетьтолько трение вращения в подшипниках, и аэродинамическое трение ротора. Исполнениеможет быть однофазным, двухфазным или трехфазным.Для подобной конфигурации ротор «не видит» магнитные полюсы статора иэлектромагнитного момента между ротором и статором не возникает.Проверить это высказывание можно элементарно с использованием законов Ома иКирхгофа для магнитной цепи. Электромагнитные силы, создаваемые магнитным полеми током нагрузки в рабочем зазоре за счет перпендикулярного входа магнитных силовыхлиний в поверхность ротора прикладываются к его оси и тангенциальных составляющихдля ротора не имеют.

На Рис. 3 приведен поперечный разрез однофазного синхронного генератора. Впринципе возможно создание генераторов с обмотками Грамма на различное количествополюсов.Генераторы, построенные по приведенным выше схемам, не могут работать вкачестве электродвигателей из-за отсутствия электромагнитного момента вращения.Из изложенного выше можно сделать вывод о том, что открыто и

экспериментально установлено неизвестное ранее объективно существующеесвойство материального мира, заключающееся в том, что в синхронномгенераторе с обмотками по схеме Грамма, при магнитном замыканииполюсов обмоток якоря по независимому магнитному пути, тормозящийэлектромагнитный момент ротора внешнему вращению исключается и

остается только сопротивление трения в подшипниках и аэродинамическоесопротивление вращающегося ротора.На основе, проведенной инженерной оценки синхронного генератора с обмотками типаГрамма, можно сделать вывод о том, что в процессе его работы существует возможностьотбора части электрической мощности и преобразования ее в механическую мощностьдля обеспечения собственных нужд (вращения ротора генератора).На Рис. 4 приведен один из вариантов схемы такого отбора.

Неподвижность симметричного магнитного поля относительноаксиальной оси намагничиванияВ процессе выполнения настоящей работы столкнулся с тем, что для постоянныхмагнитов и электромагнитов нигде не описано экспериментально открытое А.Л Родинымсвойство симметричных, относительно оси вращения, их полюсных окончаний сохранятьмагнитное поле неподвижным. Открытие этого свойства для постоянных магнитов иэлектромагнитов имеет очень большое практическое значение. Постараемся это увидетьпри дальнейшем изложении результатов теоретических и экспериментальныхисследований свойств постоянных магнитов и электромагнитов.С удовольствием прочитал вышедшую в 1994 г. книгу М. Ф. Острикова «Новыепроявления магнетизма». Он нашел несколько применений для кольцевых постоянныхмагнитов и защитил их авторскими свидетельствами и патентами. Однако широкогоприменения в технике и повседневной жизни они не получили.Следует отметить, что в книге много внимания уделено магнитному «балджу» итеоретизированию о строении Вселенной, магнитном монополе и т.п., таким вопросам,якобы вытекающим из строения постоянного кольцевого магнита, которые далеки отреалий. Однако совсем не упоминаются эффекты, открытые А.Л Родиным которые,опубликованы в журнале "Изобретатель и рационализатор", № 2, 1962 г. «Туман надмагнитным 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 относительнонеподвижны...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 другойподнес прямо к диску - вся система закрутилась».Попробуем несколько рассеять «туман над магнитным полем».Рассмотрим постоянный кольцевой магнит с точки зрения подхода Ампера кмагнитным полюсам. По его теореме, эквивалентную схему постоянного кольцевогомагнита можно представить двумя токами, протекающими в противоположныхнаправлениях, по внешней и внутренней радиальным сторонам кольца. Эквивалентнаясхема приведена на Рис.1.

Рассматривая схему Рис.5 можно уверенно говорить, что при вращении тела магнитавокруг аксиальной оси структура магнитного поля остается неподвижной, поэтому оно ине взаимодействует с проводниками, расположенными в его силовых линиях. На вопрос –«Почему так получается?» можно ответить следующим образом – магнитное поле эторезультат протекания тока (движения зарядов) и дополнительное внешнее движение походу или против хода зарядов на структуру и положение магнитных силовых линийвлияния не оказывает.С целью проверки этого утверждения был изготовлен электромагнитный аналогкольцевого магнита постоянного тока. Его схематическое изображение приведено на Рис.6.

С его использованием были повторены опыты А.Л. Родина. Результаты опытовполностью подтвердились.На Рис. 7 – Рис. 9 приведены конструкция электрической машины А.Л. Родина исхемы 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. Магнитывращаются, но поле статора неподвижно.Работа в режиме генератора без статора объясняется точно так же. Проводящий дискротора с жестко закрепленными на нем магнитами статора вращается под действиемвнешнего момента в неподвижном магнитном поле статора.В своих конструкциях А.Л. Родин использовал именно кольцевые постоянныемагниты с аксиальным намагничиванием.

Исследованию подвергались также дисковые и стержневые постоянные магниты иэлектромагниты с аксиальным намагничиванием. В результате был сформулирован

вывод:

«Для постоянных магнитов и электромагнитов присуще свойствосимметричных, относительно оси вращения совпадающей с осьюнамагничивания, их полюсных окончаний сохранять в неподвижностимагнитное поле».Этот вывод дает ответ на многие вопросы, связанные с использованием кольцевых,дисковых и стержневых постоянных магнитов и электромагнитов в качестве роторовэлектродвигателей. Его всегда следует учитывать при конструировании электрическихмашин.

Электродвигатель с обмоткой ГраммаВ процессе проведения комплекса теоретических и экспериментальных исследованийпо темам «Необратимая униполярная электрическая машина» и «Электрическая машинас вращающимися полюсами в цепи возбуждения» рассматривалась возможностьприменения кольцевой обмотки Грамма.

Эксперименты и теоретические исследования показали высокую эффективностьприменения обмотки Грамма при построении униполярных электродвигателейпостоянного тока. На Рис. 10 приведена схема одного из экспериментов с использованиемобмотки Грамма.

При проведении эксперимента наличие вращательного движения было четковыражено. Этот факт был положен в основу разработанного электродвигателяпостоянного тока торцевой конструкции без коллектора и инвертора Рис. 11.Разработанная схема электродвигателя без коллектора и инвертора предназначена дляработы в сложных условиях (вакууме, при наличии легковоспламеняющихся смесей ватмосфере и т.п.). Вместо постоянного кольцевого магнита для возбужденияэлектродвигателя применен электромагнит, у которого более подходящая картинамагнитного 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 засчет «магнитных линз». Эти взаимодействия могут быть использованы при полученииСЭ без «абракадабры» об эфире и т.п., а на основе только классических физическихзаконов и понятий.Дальнейшее изучение обмотки типа Грамма применительно к электродвигателямпостоянного тока дало результаты, которые не ожидались:

1. Открыто и экспериментально установлено неизвестное ранее объективносуществующее свойство материального мира, заключающееся в том, чтотороидальный сердечник с обмотками по схеме Грамма, в комбинации спостоянными магнитами или электромагнитами может вращаться вокругаксиальной оси, образуя электродвигатель постоянного тока без статора ипри этом ЭДС вращения в обмотках не индуцируется.2. Открыто и экспериментально установлено неизвестное ранее объективносуществующее свойство материального мира, заключающееся в том, чтотороидальный сердечник с обмотками по схеме Грамма, в комбинации спостоянными магнитами или электромагнитами может осуществлятьдвижение без опоры за счет протекания постоянного тока через обмотки ипри этом противодействующая ЭДС в обмотках не индуцируется.Это привело меня в шок, который до сих пор не прошел. Не буду детальнорасписывать процессы, происходящие в двигателе и движителе без опоры. Приведутолько рисунки и данные по сердечникам и обмоткам.Эксперименты проводились с двумя типами кольцевых сердечников 64х37х12 2500НМ и 35х25х20 пермаллой. Две обмотки располагались симметрично по диаметрусердечников и содержали по 200 витков провода ПЭЛ 0,35 намотанных виток к витку впять слоев. Магниты использованы «разнокалиберные» ферритовые от магнитныхзащелок. В качестве дополнительных магнитопроводов использовались четырехслойныеконструкции из белой жести от консервных банок. Испытания проводились накрутильных весах с подвесом 12 см из мононити (рыболовная леска 0,1 мм). Питаниеподавалось о выпрямителя =14 В через ограничительное сопротивление R = 8 Ом.Эффекты, отраженные на рисунках настолько отчетливы, что просто шокируют.Это привело меня в шок, который до сих пор не прошел. Не буду детальнорасписывать процессы, происходящие в двигателе и движителе без опоры. Приведутолько рисунки и данные по сердечникам и обмоткам.Эксперименты проводились с двумя типами кольцевых сердечников 64х37х12 2500НМ и 35х25х20 пермаллой. Две обмотки располагались симметрично по диаметрусердечников и содержали по 200 витков провода ПЭЛ 0,35 намотанных виток к витку впять слоев. Магниты использованы «разнокалиберные» ферритовые от магнитныхзащелок. В качестве дополнительных магнитопроводов использовались четырехслойныеконструкции из белой жести от консервных банок. Испытания проводились накрутильных 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.

Теорема о том, что принцип обратимости электрических машин не является всеобщими выполняется не для всех схем электрических машин, доказана.В условиях действующих промышленных предприятий выпускающихэлектродвигатели можно в кратчайшие сроки наладить серийное производство, какэнергосберегающих электродвигателей, так и движителей, не требующих опоры. Тот, ктобудет первым, тот и выиграет. Жаль, что Российские бизнес и власть не понимают этого.

Литература1. 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 цепивозбуждения. Нижний Новгород, 2006.5. Громов Н.Н. Необратимая униполярная электрическая машина. Нижний Новгород,2001.

Н.Н. ГромовНижний Новгород2006 г.

freedocs.xyz

Генератор электроэнергии по схеме Грамма

 

Генератор электроэнергии по схеме Грамма

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!

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.

Еще один пример с вращающимся в центре магнитом. Результат обсуждался в июне 2000 в дискуссионной группе [email protected]:

Когда нагрузка включена, я способен извлечь приблизительно 6 Watt от катушки нагрузки, в то время как вращение ускоряет увеличения относительно 300 rpm (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?). Необходимо оптимизировать ротор, потому что в настоящее время я имею 1 mm воздушный промежуток в обеих сторонах ротора. Этот воздушный промежуток сильно уменьшает эффективность (B-H кривая).

      Проверка 1:

  • Катушка магнита отключена (никакого магнитного поля)
  • Нагрузка отключена
  • Двигатель потребляет 6V DC, 7,4A (RMS) мощность = ~44.4 Watt 
  •   Проверка 2:

  • Катушка магнита включена ( 12V, 6A, 72Watt )
  • Нагрузка отключена
  • Двигатель потребляет 6V DC, 11,4A (RMS) мощность = ~68.4 Watt

      Проверка 3:

  • Катушка магнита включена ( 12V, 6A, 72Watt )
  • Нагрузка подключена ( 15V, 0.420A, 6.3Watt )
  • Двигатель потребляет 6V DC, 10,5A (RMS) = ~63.0 Watt

Смотри также уникальную открытую коллекцию патентов изобретений и технологий: Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии

Автор: Фролов Александр Владимирович (Санкт-Петербург)

Источник:

Источники энергии

Электрическое поле Земли - источник энергии.

Ветродвигатель для ветряка - 1

Ветродвигатель для ветряка - 2

Получение электрической энергии - 1

Генератор электроэнергии по схеме Грамма

Энергосберегающие лампы

luna1509.narod.ru

Постройка динамомашины — обмотка — Техножук

Для обмотки нашей динамомашины потребуется полкило­грамма медной, изолированной бумажной изоляцией, прово­локи сечением 0,5, 0,6 или 0,8 мм. Причем, чем толще будет взята для обмотки проволока, тем меньше напряжения будет давать динамомашина, но тем больше будет сила тока. Так, если при обмотке проволокой 0,5 мм наша динамомашина будет вырабатывать около 25 вольт силой около 1 ампера, то при обмотке проводом 0,8 она даст лишь около 8 вольт, но зато ток будет силой в 3 ампера.При покупке проволоку лучше сразу разделить на две весовые части. Если будет провод 0,5, то его надо взять немного больше полкилограмма: для обмотки электромагнита — 450 граммов, для обмотки якоря — 60 граммов. А если будет провод 0,8, то для обмотки электромагнита динамо доста­точно иметь 430 граммов, а для обмотки якоря—около 70 граммов.Когда будет приобретена проволока, можно приступить к обмотке динамомашины.

Для обмотки нашей динамомашины потребуется полкило­грамма медной, изолированной бумажной изоляцией, прово­локи сечением 0,5, 0,6 или 0,8 мм. Причем, чем толще будет взята для обмотки проволока, тем меньше напряжения будет давать динамомашина, но тем больше будет сила тока. Так, если при обмотке проволокой 0,5 мм наша динамомашина будет вырабатывать около 25 вольт силой около 1 ампера, то при обмотке проводом 0,8 она даст лишь около 8 вольт, но зато ток будет силой в 3 ампера.При покупке проволоку лучше сразу разделить на две весовые части. Если будет провод 0,5, то его надо взять немного больше полкилограмма: для обмотки электромагнита — 450 граммов, для обмотки якоря — 60 граммов. А если будет провод 0,8, то для обмотки электромагнита динамо доста­точно иметь 430 граммов, а для обмотки якоря—около 70 граммов.Когда будет приобретена проволока, можно приступить к обмотке динамомашины.Проволока, предназначенная для обмотки электромагнита, делится на две равные части. Все места сердечника электро­магнита, с которыми будет соприкасаться проволока, необ­ходимо тщательно обвернуть несколькими слоями пропара-финенной бумаги или чертежной кальки. Затем, оставив сво­бодным конец проволоки длиной в 150 мм, приступают к самой намотке. Наматывать проволоку надо аккуратно, укла­дывая виток к витку как можно плотнее и ведя намотку по часовой стрелке. Когда будет намотан первый ряд, обмотку обвертывают одним слоем бумаги и продолжают наматы­вать второй ряд так же тщательно. Если у вас найдется шеллак, то вместо бумажных прокладок между рядами на­мотки надо смазывать каждый ряд намотки шеллаком. Это даже лучше.Когда будет намотана половина проволоки, она прочно закрепляется с помощью суровой нитки, затем готовую ка­тушку обматывают изоляционной лентой или обвертывают куском клеенки, дерматина и склеивают их или обвязывают ниткой. Оставив свободным конец проволоки длиной 10— 15 мм, можно продолжать намотку второй катушки электро­магнита. Вторая катушка электромагнита наматывается тем же порядком, но в обратную сторону, то-есть против часовой стрелки.Прежде чем приступить к обмотке якоря, на его ось сле­дует надеть коллектор и закрепить на ней с таким расче­том, чтобы расстояние от якоря до коллектора было равно 25—30 мм. Когда это сделано, можно приступить к на­мотке.Перед намоткой проволоку, предназначенную для якоря, делят на четыре равные части и разрезают ее.Пазы якоря, в которых будет уложена проволока, также должны быть хорошо изолированы, то-есть обмотаны бумагой. Особенно за этим надо следить на закраинах, где чаще всего на изгибе проволока оголяется:это может привести к корот­кому замыканию обмотки через корпус якоря и вывести тем самым из строя наш генератор.Обмотка якоря ведется в таком порядке.Конец проволоки припаивается к одной из пластин кол­лектора или зажимается под головку шурупа, которым при­вернута пластина к барабану коллектора. Затем отрезок проволоки аккуратно наматывается вдоль якоря и конец при­паивается ко второй пластинке коллектора, то-есть к сосед­ней справа, если смотреть со стороны коллектора. Начало второго отрезка проволоки припаивается к этой же—вто­рой—пластинке коллектора, и обмотка ведется в том же на­правлении, но уже через один паз якоря. Эта обмотка должна укладываться перпендикулярно первой обмотке. Ко­нец второй обмотки припаивается к следующей—третьей — пластинке коллектора. Начало следующего отрезка проволо­ки припаивается к этой же пластинке и наматывается пер­пендикулярно второй обмотке, а конец ее припаивается к четвертой—последней — пластинке коллектора. К этой же пластинке припаивается начало последней обмотки и конец ее—к первой пластинке коллектора, к которой было припае-но начало первой обмотки.После обмотки, для прочности, секции якоря надо покрыть шеллаком, а место, где подходят концы обмоток к коллектору, обмотать несколь­ко раз суровой ниткой и завя­зать. Это предохранит концы обмоток от раздувания во вре­мя работы динамо и от их обрыва.Схема обмотки якоря по­казана на рис. 17.При обмотке якоря надо следить за тем, чтобы витки обмотки не выступали из па­зов якоря наружу. Иначе они будут задевать за баш­маки электромагнитов и пор­вутся.

 

Схема обмотки якоря

Рис. 17. Схема обмотки якоря.

tehnojuk.ru

электрические машины с обмоткой Грамма.

Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте файл и откройте на своем компьютере.Новые 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 позвол яющая 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 сталь ных 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 э лектромагнита, 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, окр уженный 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 измен ена 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 я влялось 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 участ вуют 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 из обретать,

filesclub.net


© ЗАО Институт «Севзапэнергомонтажпроект»
Разработка сайта