Електричний генератор, Винаходи , Каталог статей, ІСТОРІЯ ВИНАХОДУ

18.07.2015

Електричний генератор, Винаходи , Каталог статей, ІСТОРІЯ ВИНАХОДУ

Російський вчений Е. X. Ленц ще в 1833 р. вказав на оборотність електричних машин: одна і та ж машина може працювати як електродвигун, якщо її живити струмом, і може служити генератором електричного струму, якщо її ротор привести в обертання-яким двигуном, наприклад паровою машиною. У 1838 Ленц, один з членів комісії по випробуванню дії електричного мотора Якобі, на досвіді довів оборотність електричної машини.

Перший генератор електричного струму заснований на явищі електромагнітної індукції, був побудований в 1832 р. паризькими техніками братами Пиксии. Цим генератором важко було користуватися, так як доводилося обертати важкий постійний магніт, щоб в двох дротяних котушках, укріплених нерухомо поблизу полюсів, виникав змінний електричний струм. Генератор був забезпечений пристроєм для випрямлення струму. Прагнучи підвищити потужність електричних машин, винахідники збільшували число магнітів і котушок. Однією з таких машин, побудованої в 1843 р. був генератор Еміля Штерера. У цієї машини було три сильних рухливих магніту і шість котушок, оберталися від рук навколо вертикально осі. Таким чином, на першому етапі розвитку електромагнітних генераторів струму (до 1851 р.) для отримання магнітного поля застосовували постійні магніти. На другому етапі (1851-1867 рр.) створювалися генератори у яких для збільшення потужності постійні магніти були замінені електромагнітами. Їх обмотка харчувалася струмом від самостійного невеликого генератора струму з постійними магнітами. Подібна машина була створена англійцем Генрі Уальдом в 1863 р.

При експлуатації цієї машини з’ясувалося, що генератори, забезпечуючи електроенергією споживача, можуть одночасно живити струмом і власні магніти. Виявилося, що сердечники електромагнітів зберігають залишковий магнетизм після вимикання струму. Завдяки цьому генератор із самозбудженням дає струм лише тоді, коли його запускають із стану спокою. У 1866-1867 рр. ряд винахідників отримали патенти на машини з самозбудженням.

У 1870 р. бельгієць Зеноб Грам, що працював у Франції, створив генератор, який отримав широке застосування в промисловості. У своїй динамо-машині він застосував принцип самозбудження і удосконалив кільцевої якір, винайдений ще в 1860 р. А. Пачинотти.

В одній з перших машин грама кільцевої якір, укріплений на горизонтальному валу, обертався між полюсними наконечниками двох електромагнітів. Якір приводився в обертання через приводний шків, обмотки електромагнітів були включені послідовно з обмоткою якоря. Генератор Грама давав постійний струм, який відводиться за допомогою металевих щіток, скользивших по поверхні колектора. На Віденській міжнародній виставці в 1873 р. демонструвалися дві однакові машини Грама, з’єднані проводами довжиною 1 км Одні з машин приводилася в рух від двигуна внутрішнього згорання і служила генератором електричної енергії. Друга машина отримувала електричну енергію по проводах від першої і, працюючи як двигун, приводила в рух насос. Це була ефектна демонстрація оборотності електричних машин, відкритої Ленцом, і демонстрація принципу передачі енергії на відстань.

До того, як була відкрита зв’язок між електрикою і магнетизмом, використовувалися електростатичні генератори, які працювали на основі принципів електростатики. Вони могли виробляти високу напругу, але мали маленький струм. Їх робота була заснована на використанні наелектризованих ременів, пластин і дисків для перенесення електричних зарядів з одного електрода на інший. Заряди вироблялися, використовуючи один з двох механізмів:

Електростатичну індукцію

Трибоелектричних ефект, при якому електричний заряд виникав з-за механічного контакту двох діелектриків

З причини низької ефективності та складнощів з ізоляцією машин, що виробляють високі напруги, електростатичні генератори мали низьку потужність і ніколи не використовувалися для вироблення електроенергії в значущих для промисловості масштабах. Прикладами дожили до наших днів машин подібного роду є электрофорная машина і генератор Ван де Граафа.

Динамо-машина Йедлика

У 1827 угорець Аньош Іштван Йедлик почав експериментувати з електромагнітними обертовими пристроями, які він називав електромагнітні самовращающиеся ротори. У прототипі його уніполярного електродвигуна (був завершений між 1852 і 1854) і стаціонарна і обертається частини були електромагнітні. Він сформулював концепцію динамо-машини щонайменше за 6 років до Сіменса і Уїтстона, але не запатентував свій винахід, тому що думав, що він не перший, хто це зробив. Суть його ідеї полягала у використанні замість постійних магнітів двох протилежно розташованих електромагнітів, які створювали магнітне поле навколо ротора. Винахід Йедлика на десятиліття випередило його час.

Диск Фарадея

У 1831-1832 Майкл Фарадей відкрив принцип роботи електромагнітних генераторів. Принцип, пізніше названий законом Фарадея, полягав у тому, що різниця потенціалів утворювалася між кінцями провідника, який рухався перпендикулярно магнітному полю. Він також побудував перший електромагнітний генератор, названий «диском Фарадея», який був уніполярним генератором, використовували мідний диск, що обертається між полюсами підковоподібного магніту. Він виробляв невелике постійне напруження і сильний струм.

Конструкція була недосконала, тому що струм самозамыкался через ділянки диска, які не перебували в магнітному полі. Паразитний струм обмежував потужність, що знімається з контактних проводів і викликав даремний нагрів мідного диска. Пізніше в уніполярних генераторах вдалося вирішити цю проблему, розташувавши навколо диска безліч маленьких магнітів, розподілених по всьому периметру диска, щоб створити рівномірне поле і струм тільки в одному напрямку.

Інший недолік полягав у тому, що вихідна напруга було дуже маленьким, тому що утворювався тільки один виток навколо магнітного потоку. Експерименти показали, що використовуючи багато витків дроту в котушці можна отримати часто требовавшееся більш високу напругу. Обмотки з проводів стали основною характерною рисою всіх подальших розробок генераторів.

Проте, останні досягнення (рідкоземельні магніти), зробили можливими уніполярні двигуни з магнітом на роторі, і повинні внести багато удосконалень в старі конструкції.

Динамо-машина

Динамо-машина стала першим електричним генератором, здатним виробляти потужність для промисловості. Робота динамо-машини заснована на законах електромагнетизму для перетворення механічної енергії в пульсуючий постійний струм. Постійний струм вироблявся завдяки використанню механічного комутатора. Перша динамо-машина була побудована Іполит Pixii в 1832 році.

Пройшовши ряд менш значущих відкриттів, динамо-машина стала прообразом, з якого з’явилися подальші винаходи, такі як двигун постійного струму, генератор змінного струму, синхронний двигун, роторний перетворювач.

Динамо-машина складається із статора, який створює постійне магнітне поле, і набору обмоток обертових, що обертаються в цьому полі. На маленьких машинах постійне магнітне поле могло створюватися з допомогою постійних магнітів, у великих машин постійне магнітне поле створюється одним або кількома електромагнітами, обмотки яких зазвичай називають обмотками збудження.

Великі потужні динамо-машини зараз рідко де можна побачити, з-за більшої універсальності використання змінного струму на мережах електроживлення та електронних твердотільних перетворювачів постійного струму в змінний. Однак до того, як був відкритий змінний струм, величезні динамо-машини, що виробляють постійний струм, були єдиною можливістю для вироблення електроенергії. Зараз динамо-машини є рідкістю.

Інші електричні генератори, використовують обертання

Без комутатора динамо-машина є прикладом генератора змінного струму. З електромеханічним комутатором динамо-машина — класичний генератор постійного струму. Генератор змінного струму повинен завжди мати постійну частоту обертання ротора і бути синхронізований з іншими генераторами в мережі розподілу електроживлення. Генератор постійного струму може працювати при будь-якій частоті ротора в допустимих для нього більше, але виробляє постійний струм.

МГД генератор

Магнітогідродинамічний генератор безпосередньо виробляє електроенергію з енергії рухомої через магнітне поле плазми або іншої подібної провідного середовища (наприклад, рідкого електроліту) без використання обертових частин. Розробка генераторів цього типу почалася тому, що на його виході виходять високотемпературні продукти згоряння, які можна використовувати для нагрівання пари в парогазових електростанціях і таким чином, підвищити загальний ККД. МГД генератор є оборотним пристроєм, тобто може бути використаний і як двигун

Короткий опис статті: електричний генератор

Джерело: Електричний генератор — Винаходи — Каталог статей — ІСТОРІЯ ВИНАХОДУ

Також ви можете прочитати