Машина Грамма

редактировать
Электрический генератор, вырабатывающий постоянный ток Машина Грамма или магнето Грамма.

A Gramme machine, кольцо Gramme, магнето Грамма или динамо Грамма - электрический генератор, вырабатывающий постоянный ток, названный в честь его бельгийского изобретателя Zénobe Gramme, и был построен как динамо или магнето. Это был первый генератор, который производил энергию в промышленных масштабах. Вдохновленный машиной, изобретенной Антонио Пачинотти в 1860 году, Грамм разработал новый индуцированный ротор в виде проволочного кольца (кольцо Грамма ) и продемонстрировал это устройство на Академия наук в Париже в 1871 году. Несмотря на популярность в электрических машинах XIX века, принцип обмотки Грамма больше не используется, так как он неэффективно использует проводники. Часть обмотки внутри кольца не режет магнитный поток и не способствует преобразованию энергии в машине. Для обмотки требуется в два раза больше витков и в два раза больше коллекторных стержней по сравнению с эквивалентным якорем с барабанной намоткой.

Содержание

  • 1 Описание
  • 2 Изобретение современного электродвигателя
  • 3 Принцип действия
  • 4 Обмотки барабана
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

Описание

Машина Грамма

В машине Грамма использовалась кольцевая арматура с серией арматуры катушки, намотанные на вращающееся кольцо из мягкого железа. Катушки соединены последовательно, а соединение между каждой парой подключено к коммутатору , на котором работают две щетки. Постоянные магниты намагничивают кольцо из мягкого железа, создавая магнитное поле, которое вращается через катушки по порядку при вращении якоря. Это индуцирует напряжение в двух катушках на противоположных сторонах якоря, которое снимается щетками.

Ранее электромагнитные машины пропускали магнит около полюсов одного или двух электромагнитов или вращали катушки, намотанные на двутавровый якорь в статическом магнитном поле, создавая кратковременное пики или импульсы постоянного тока, приводящие к переходному выходу с низкой средней мощностью, а не к постоянному выходу с высокой средней мощностью.

При наличии более чем нескольких катушек на кольцевом якоре Грамма форма результирующего сигнала напряжения практически постоянна, что обеспечивает питание почти постоянного тока. Этому типу машины нужны только электромагниты, создающие магнитное поле, чтобы стать современным генератором.

Изобретение современного электродвигателя

Во время демонстрации на промышленной выставке в Вена в 1873 году Грамм случайно обнаружил, что это устройство, если оно снабжено источником постоянного напряжения, будет действовать как электродвигатель. Партнер Грамма, Ипполит Фонтен, небрежно подключил клеммы машины Грамма к другой динамо-машине, производящей электричество, и ее вал начал вращаться. Машина Gramme была первым мощным электродвигателем, который можно было использовать не только в качестве игрушек или лабораторных диковинок. Сегодня некоторые элементы этой конструкции составляют основу практически всех электродвигателей постоянного тока. Использование Граммом нескольких контактов коммутатора с несколькими перекрывающимися катушками, а также его инновация с использованием кольцевого якоря были усовершенствованием более ранних динамо и помогли начать разработку крупномасштабных электрических устройств.

Ранние конструкции электродвигателей были заведомо неэффективными, потому что у них были большие или очень большие воздушные зазоры на протяжении большей части вращения их роторов. Длинные воздушные зазоры создают слабые силы, что приводит к низкому крутящему моменту. Устройство под названием (все еще доступно в научных магазинах), хотя и не предназначено для этого, ясно демонстрирует эту огромную неэффективность и серьезно вводит студентов в заблуждение относительно того, как работают настоящие двигатели. Эти ранние неэффективные конструкции, по-видимому, основывались на наблюдении за тем, как магниты притягивают ферромагнитные материалы (такие как железо и сталь) с некоторого расстояния. В XIX веке инженерам-электрикам потребовалось несколько десятилетий, чтобы понять важность малых воздушных зазоров. Однако кольцо Gramme имеет сравнительно небольшой воздушный зазор, что повышает его эффективность. (На верхнем рисунке большая часть, похожая на обруч, представляет собой многослойный постоянный магнит; кольцо Грамма у основания обруча довольно сложно увидеть.)

Принцип действия

Однополюсный, с одной катушкой Кольцо Грамма.

На этом рисунке показано упрощенное однополюсное кольцо Грамма с одной катушкой и график тока, возникающего при вращении кольца на один оборот. Хотя ни одно настоящее устройство не использует эту точную конструкцию, эта диаграмма является строительным блоком для лучшего понимания следующих иллюстраций.

Однополюсное кольцо Грамма с двумя катушками.

Кольцо Грамме с двумя катушками и одним полюсом. Вторая катушка на противоположной стороне кольца подключена параллельно первой. Поскольку нижняя катушка ориентирована противоположно верхней катушке, но обе погружены в одно и то же магнитное поле, ток образует кольцо на клеммах щетки.

Двухполюсное, четырехкатушечное кольцо Грамма.

Два -полюсное, четырехспиральное кольцо Грамма. Катушки A и A 'суммируются, как и катушки B и B', создавая два импульса мощности на 90 ° из фазы друг с другом. Когда катушки A и A 'имеют максимальный выход, катушки B и B' имеют нулевой выход.

Трехполюсное, шестикатушечное кольцо Грамма.

Трехполюсное, шестикатушечное кольцо Грамма и график объединенных трех полюсов, каждый из которых на 120 ° сдвинут по фазе относительно другого и суммируется.

Обмотки барабана

Схема магнитных линий через кольцо Грамма, показывающая очень небольшое количество магнитных силовых линий, пересекающих центральный зазор.

В то время как кольцо Грамма допускало более стабильную выходную мощность, оно страдало от технической неэффективности из-за того, как магнитные силовые линии проходят через кольцевой якорь. Силовые линии имеют тенденцию концентрироваться внутри и следовать за металлической поверхностью кольца на другую сторону, при этом относительно небольшое количество силовых линий проникает внутрь кольца.

Ранняя форма кольцевого якоря Грамма с катушками, пронизывающими внутреннюю часть кольца.

Следовательно, внутренние обмотки каждой малой катушки минимально эффективны для выработки энергии, поскольку они разрезают очень мало силовых линий по сравнению с обмотками на внешность кольца. Внутренние обмотки фактически представляют собой мертвый провод и только добавляют сопротивление цепи, снижая эффективность.

Первые попытки вставить катушку постоянного поля в центр кольца, чтобы помочь линиям проникнуть в центр, оказались слишком сложными для разработки. Кроме того, если линии действительно проникают внутрь кольца, любая ЭДС. произвела бы против ЭДС. с внешней стороны кольца, потому что проволока внутри была ориентирована в направлении, противоположном направлению внешней стороны, повернувшись на 180 градусов при намотке.

Пример одиночной обмотки вокруг сердечника барабана с внешней стороны без проволочек, проникающих внутрь.

В конце концов было обнаружено, что более эффективно наматывать одиночную петлю на внешней стороне кольца и просто не иметь любая часть петли проходит сквозь интерьер. Это также снижает сложность конструкции, поскольку одна большая обмотка, охватывающая ширину кольца, способна заменить две меньшие обмотки на противоположных сторонах кольца. Все современные якоря используют эту конструкцию с внешней оберткой (барабан), хотя обмотки не проходят полностью по диаметру; в геометрическом смысле они больше похожи на хорды круга. Соседние обмотки перекрываются, что можно увидеть практически в любом современном роторе двигателя или генератора, который имеет коммутатор. Кроме того, обмотки вставляются в пазы округлой формы (если смотреть с торца ротора). На поверхности ротора щели имеют ровную ширину, необходимую для прохождения через них изолированного провода при намотке катушек.

Современный дизайн кольца Gramme, намотанного только на внешнюю часть сердечника.

Хотя полое кольцо теперь можно было заменить сплошным цилиндрическим сердечником или барабаном, кольцо все же оказалось более эффективной конструкцией, потому что в твердом ядре силовые линии концентрируются в тонкой области поверхности и минимально проникают в центр. Для очень большого энергетического якоря диаметром несколько футов, использование якоря с полым кольцом требует гораздо меньше металла и легче, чем якорь со сплошным сердечником. Полый центр кольца также обеспечивает путь для вентиляции и охлаждения в приложениях с высокой мощностью.

В небольших арматурах часто используется цельный барабан просто для простоты конструкции, поскольку сердечник можно легко сформировать из набора штампованных металлических дисков, закрепленных шпонками для фиксации в пазу на валу.

См. Также

  • значок Энергетический портал

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-22 04:23:18
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте