Co to jest maszyna z dynamem. Pierwsze generatory prądu stałego

Dynama jeszcze przed stuleciem zaczęto nazywać generatorami prądu stałego, pierwszymi generatorami przemysłowymi, które zostały później zastąpione generatorami prądu przemiennego nadającymi się do konwersji przez transformatory i niezwykle wygodnymi do transmisji na duże odległości z niewielkimi stratami.

Dzisiaj słowo „dynamo” z reguły oznacza małe generatory rowerowe (dla reflektorów) lub ręczne (dla turystycznych latarek). Jeśli chodzi o generatory przemysłowe, dzisiaj wszystko to jest generatorem prądu przemiennego. Przypomnijmy jednak, w jaki sposób pierwsze dynamo rozwijało się i ulepszało.

Pierwszy model generatora prądu stałego lub jednobiegunowego dynamo został zaproponowany w 1832 roku przez Michaela Faradaya, kiedy odkrył on jedynie zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Był to tak zwany „dysk Faradaya” - najprostszy generator prądu stałego. Magnes w kształcie podkowy służył w nim jako stojan, a ręcznie obracany miedziany dysk działał jak wirnik, którego oś i krawędź stykały się ze szczotkami kolektora.

Kiedy dysk został obrócony, w części dysku, która przecinała strumień magnetyczny między biegunami magnesu stojana, indukowano pole elektromagnetyczne, które, jeśli obwód między szczotkami był zwarty do obciążenia, doprowadził do pojawienia się prądu promieniowego w dysku. Do dziś takie jednobiegunowe generatory są używane tam, gdzie wymagane są duże prądy stałe bez rektyfikacji.

Francuz Ippolit Pixie po raz pierwszy zbudował alternator, stało się to w tym samym 1832 roku. Stojan maszyny dynamo zawierał parę cewek połączonych szeregowo, wirnik był magnesem trwałym w kształcie podkowy, a ponadto konstrukcja miała komutator szczotkowy.

Magnes obracał się, przecinał rdzeń cewek strumieniem magnetycznym i indukował w nich emf harmoniczny. A automatyczny przełącznik został wykorzystany do skorygowania i uzyskania stałego prądu pulsującego w obciążeniu.

Później, w 1842 r., Jacobi zaproponuje umieszczenie magnesów na stojanie i uzwojenie na wirniku, które również obracałyby się przez skrzynię biegów. Dzięki temu generator będzie bardziej kompaktowy.

W 1856 r., Aby dostarczyć szeregowe lampy łukowe Fredericka Holmesa (lampy te były używane w reflektorach latarni morskich), sam Frederick Holmes zaproponował projekt generatora podobny do generatora Jacobi, ale uzupełniony o regulator odśrodkowy Watt, aby utrzymać stałe napięcie lampy przy różnych prądach obciążenia, co zostało osiągnięte przez automatyczne przesunięcie szczotek.

Stojan zawierał 50 magnesów, a konstrukcja ogólnie ważyła 4 tony i rozwijała moc nieco ponad 7 kW. Około 100 takich generatorów zostało wyprodukowanych pod marką Alliance.

Tymczasem maszyny z magnesami trwałymi różniły się jedną istotną wadą - magnesy z czasem straciły magnetyzację i pogorszyły się z powodu wibracji, w wyniku czego napięcie generowane przez maszynę z czasem stawało się coraz niższe. W tym przypadku magnetyzacji nie można kontrolować w celu ustabilizowania napięcia.

Jako rozwiązanie przyszedł pomysł wzbudzenia elektromagnetycznego. Pomysł przyszedł na myśl angielski wynalazca Henry Wilde, który w 1864 roku opatentował generator ze wzbudnikiem z magnesem trwałym - magnes wzbudzenia został po prostu zamontowany na wale generatora.

Później prawdziwą rewolucję w generatorach dokona niemiecki inżynier Werner Siemens, który odkryje prawdziwą zasadę dynamoelektryczną i uruchomi produkcję nowych generatorów prądu stałego.

Zasada samowzbudzenia polega na wykorzystaniu magnetyzacji resztkowej rdzenia wirnika do wzbudzenia rozruchowego, a następnie, gdy generator jest wzbudzony, użyj prądu obciążenia jako prądu magnesującego lub włącz specjalne uzwojenie wzbudzenia zasilane generowanym prądem równolegle do obciążenia. W rezultacie dodatnie sprzężenie zwrotne zwiększy strumień magnetyczny wzbudzenia generowanego przez prąd.

Wśród pierwszych zasadę samowzbudzenia lub dynamoelektryczną zauważył inżynier z Danii Soren Hiort. Wspomni w swoim patencie z 1854 r. O możliwości zastosowania magnetyzacji szczątkowej do wprowadzenia zjawiska indukcji elektromagnetycznej w celu uzyskania generacji, jednak w obawie, że resztkowy strumień magnetyczny będzie niewystarczający, Hiort zaproponuje uzupełnienie konstrukcji dynamo magnesami trwałymi. Ten generator nigdy nie zostanie zaimplementowany.

Później, w 1856 r., Anies Jedlik, członek Węgierskiej Akademii Nauk, wyrazi podobny pomysł, ale niczego nie opatentuje. Zaledwie 10 lat później Samuel Varley, uczeń Faradaya, w praktyce realizuje zasadę samozadowolenia dynamo. Jego zgłoszenie patentowe (w 1866 r.) Zawierało opis urządzenia bardzo podobnego do generatora Jacobi, tylko magnesy stałe zostały już zastąpione przez uzwojenie wzbudzenia - elektromagnesy wzbudzenia. Przed uruchomieniem rdzenie magnesowano prądem stałym.

Na początku 1867 r. Wynalazca Werner Siemens sporządził raporty w berlińskiej Akademii Nauk. Przedstawił publicznie generator podobny do generatora Varleya, zwany „dynamo”. Maszynę uruchomiono w trybie silnika, aby uzwojenia pola zostały namagnesowane. Potem samochód zmienił się w generator.

To była prawdziwa rewolucja w zrozumieniu i projektowaniu maszyn elektrycznych. W Niemczech rozpoczęła się powszechna produkcja prądnic firmy Siemens - samozadowolonych generatorów prądu stałego - pierwsze dynamo przemysłowe.

Konstrukcja dynama zmieniała się z czasem: Theophilus Gramm, w tym samym roku 1867, zaproponował kotwicę pierścieniową, aw 1872 roku główny projektant firmy Siemens-Halske, Gefner Altenek, zaproponował nawijanie bębna.

Tak więc generatory prądu stałego przyjmą swój ostateczny kształt. W XIX wieku, wraz z przejściem na prąd przemienny, elektrownie wodne i elektrownie cieplne zaczną wytwarzać prąd przemienny na generatorach prądu przemiennego. Ale to zupełnie inna historia ...

Zobacz także na ten temat:

Główne typy generatorów elektrycznych i ich cechy