Co je to dynamo stroj. První generátory stejnosměrného proudu

Dynama v minulém století se začala nazývat generátory stejnosměrného proudu, první průmyslové generátory, které byly později nahrazeny generátory střídavého proudu, které jsou vhodné pro konverzi transformátory, a mimořádně vhodné pro dálkový přenos s malou ztrátou.

Dnes slovo „dynamo“ zpravidla znamená malé generátory kol (pro světlomety) nebo ruční generátory (pro turistické baterky). Pokud jde o průmyslové generátory, dnes je to všechno generátory střídavého proudu. Připomeňme si však, jak se vyvíjely a zlepšovaly první dynama.

První model generátoru stejnosměrného proudu, neboli unipolárního dynama, navrhl již v roce 1832 Michael Faraday, když objevil pouze jev elektromagnetické indukce. Byl to takzvaný „Faraday disk“ - nejjednodušší stejnosměrný generátor. Jako stator v něm sloužil podkovovitý magnet a jako rotor působil ručně rotovaný měděný disk, jehož osa a hrana byly ve styku s kartáčky kolektoru.

Když se disk otáčel, v části disku, která procházela magnetickým tokem mezi póly statorového magnetu, byl indukován EMF, který, pokud byl obvod mezi kartáči zkratován na zátěž, způsobil, že se v disku objevil radiální proud. Podobné unipolární generátory se dnes používají tam, kde jsou vyžadovány velké stejnosměrné proudy bez rektifikace.

Francouz Ippolit Pixie nejprve postavil alternátor, stalo se to ve stejném roce 1832. Stator dynamo stroje obsahoval dvojici cívek zapojených do série, rotor byl permanentní magnet ve tvaru podkovy, navíc konstrukce měla kartáčový komutátor.

Magnet se otáčel, procházel jádrem cívek magnetickým tokem a vyvolal v nich harmonický emf. A automatický přepínač byl použit k usměrnění a získání konstantního pulzujícího proudu v zátěži.

Později, v roce 1842, navrhne Jacobi umístění magnetů na stator a vinutí na rotoru, které se také otáčí převodovkou. Díky tomu bude generátor kompaktnější.

V roce 1856, aby dodal sériové obloukové lampy Frederick Holmes (tyto lampy byly použity ve světlometech majáků), sám Frederick Holmes navrhl konstrukci generátoru podobnou generátoru Jacobi, ale byl doplněn odstředivým regulátorem Watt, který udržuje napětí lampy konstantní při různých zátěžových proudech, čeho bylo dosaženo automatickým posunem kartáčů.

Stator obsahoval 50 magnetů a konstrukce obecně vážila 4 tuny a vyvinula výkon o něco přes 7 kW. Asi 100 takových generátorů bylo vyrobeno pod značkou Alliance.

Mezitím se stroje s permanentními magnety lišily v jedné významné nevýhodě - magnety ztratily svou magnetizaci v průběhu času a zhoršily se z vibrací, v důsledku toho se napětí generované strojem časem snižovalo a snižovalo. V tomto případě nemohla být magnetizace řízena, aby se stabilizovalo napětí.

Jako řešení přišla myšlenka elektromagnetického buzení. Myšlenka přišla na mysl anglického vynálezce Henryho Wilde, který v roce 1864 patentoval generátor s budičem permanentních magnetů - excitační magnet byl jednoduše namontován na hřídel generátoru.

Později opravdovou revoluci v generátorech provede německý inženýr Werner Siemens, který objeví skutečný dynamoelektrický princip a uvede do provozu výrobu nových generátorů stejnosměrného proudu.

Princip samočinného buzení spočívá v použití zbytkové magnetizace jádra rotoru pro zahájení buzení a poté, když je generátor excitován, použijte zátěžový proud jako magnetizační proud nebo zapněte speciální budicí vinutí napájené generovaným proudem rovnoběžným se zátěží. Výsledkem je, že pozitivní zpětná vazba zvýší magnetický tok excitace generované proudem.

Mezi první, princip self-excitation, nebo dynamoelectric princip, poznamenal inženýr z Dánska Soren Hiort. Ve svém patentu z roku 1854 zmíní možnost využití reziduální magnetizace k realizaci fenoménu elektromagnetické indukce k získání generace, avšak vzhledem k obavám, že zbytkový magnetický tok bude nedostatečný, navrhne Hiort doplnit dynamo design permanentními magnety. Tento generátor nebude nikdy implementován.

Později, v roce 1856, Anies Jedlik, člen Maďarské akademie věd, vyjádří podobný nápad, ale nic nepatentuje. Teprve o 10 let později si Samuel Varley, student Faradaye, uvědomuje v praxi princip sebevzrušeného dynama. Jeho patentová přihláška (v roce 1866) obsahovala popis zařízení velmi podobného generátoru Jacobi, pouze permanentní magnety byly již nahrazeny budícím vinutím - excitační elektromagnety. Před zahájením byla jádra magnetizována stejnosměrným proudem.

Počátkem roku 1867 vynálezce Werner Siemens vydal zprávy na berlínské akademii věd. Představil veřejnosti generátor podobný generátoru Varley, nazvaný „dynamo“. Stroj byl spuštěn v režimu motoru, takže vinutí pole bylo magnetizováno. Pak se auto změnilo na generátor.

Byla to skutečná revoluce v porozumění a konstrukci elektrických strojů. V Německu byla zahájena rozsáhlá výroba dynama Siemens - samo vzrušující stejnosměrné generátory - první průmyslová dynama.

Konstrukce dynamos se v průběhu času měnila: Theophilus Gramm, ve stejném roce 1867, navrhl prstencovou kotvu a v roce 1872 navrhl hlavní konstruktér Siemens-Halske Gefner Altenek navíjení bubnu.

Generátory stejnosměrného proudu budou mít konečný tvar. V 19. století začnou vodní elektrárny a tepelné elektrárny s přechodem na střídavý proud generovat střídavý proud na generátorech střídavého proudu. Ale tohle je úplně jiný příběh ...

Viz také toto téma:

Hlavní typy elektrických generátorů a jejich vlastnosti