Уніполярний генератор — різновид електричної машини постійного струму. Містить провідний диск, постійне магнітне поле, паралельне осі обертання диска, 1 струмознімач на осі диска і 2-й струмознімач біля краю диска.
Принцип дії
На електрони, що знаходяться в диску, діє сила Лоренца, що є векторним добутком напруженості магнітного поля і швидкості переміщення електрона разом з провідником в результаті обертання диска. Сила ця спрямована вздовж радіуса диска. В результаті при обертанні диска виникає ЕРС між його центром і краєм.
На відміну від інших електричних машин, такий генератор має:
- Надзвичайно низьку ЕРС (від часток до одиниць вольт) при низькому внутрішньому опорі і великому струмі;
- Рівномірність одержуваного струму, відсутність необхідності комутувати його колектором ротора, або випрямляти отриманий іншими машинами змінний струм зовнішніми комутувальними або електронними приладами;
- Великі власні втрати енергії через зворотні струми, що протікаючи диском, марно його нагрівають. Ця проблема частково вирішується конструкцією двигунів і генераторів з рідким провідним струмознімачем по всьому периметру диска;
- Досліди з двома дисками, що обертаються назустріч один одному і торкаються один одного, показали найкращі результати.
Поєднання цих властивостей зумовило дуже вузькі сфери застосування генераторів цього типу.
Історія
Диск Фарадея
У 1831 році Майкл Фарадей, відкривши закон електромагнітної індукції, крім інших експериментів, побудував наочний пристрій перетворення механічної енергії в електричну — диск Фарадея. Цей пристрій був надзвичайно неефективним, однак мав значну цінність для подальшого розвитку науки.
Закон електромагнітної індукції, сформульований Фарадеем, розглядав провідний контур, що перетинає лінії магнітного поля. Однак у випадку диска Фарадея магнітне поле було направлено вздовж осі обертання, контур відносно поля не переміщувався. Найбільше здивування викликав той факт, що обертання магніту разом з диском також призводило до появи ЕРС в нерухомому зовнішньому колі. Так з'явився , що був вирішений тільки через кілька років після його смерті з відкриттям електрона — носія електричного заряду, рух якого обумовлює електричний струм у металах.
Наочно видима парадоксальність уніполярної індукції виражається наступною таблицею, в якій описані різні комбінації з обертання і нерухомості частин установки; знаком оклику позначено інтуїтивно не обґрунтований результат — виникнення струму в нерухомому зовнішньому колі при одночасному обертанні диска і закріпленого разом з ним магніту.
Магніт | Диск | Зовнішнє коло | Чи є напруга? |
---|---|---|---|
нерухомий | нерухомий | нерухоме | відсутня |
нерухомий | обертається | нерухоме | Є |
нерухомий | нерухомий | обертається | Є |
нерухомий | обертається | обертається | не визначено |
обертається | нерухомий | нерухоме | відсутня |
обертається | обертається | нерухоме | Є (!) |
обертається | нерухомий | обертається | Є |
обертається | обертається | обертається | не визначено |
Послідовне ж пояснення явища уніполярної індукції дається теорією відносності.
Патенти та деякі практичні конструкції
- Charles E. Ball (US238631; March 1881), en: Sebastian Ziani de Ferranti, en: Charles Batchelor отримали найраніші відомі патенти на конструкції уніполярних генераторів.
- Нікола Тесла (U.S. Patent 406,968) розробив конструкцію, в якій оберталися на паралельних осях два диска в різних за напрямом магнітних полях пов'язані металевим ременем.
- В 1989 у в Австралії діяв уніполярний генератор, що виробляє струм 1500 кА при напрузі 800 В.
Фізика плазми, МГД генератори
Цей розділ потребує доповнення. (вересень 2014) |
Астрофізика
Цей розділ потребує доповнення. (вересень 2014) |
Найбільш суттєвою сферою сучасного застосування уявлення про уніполярному генераторі є астрофізика. У ряді зоряних систем в космосі спостерігаються природні магнітні поля і провідні диски з плазми, поведінка яких як би повторює досліди Фарадея і Тесли.
Перспективи практичного використання
Бурхливий розвиток низки галузей промисловості та новітньої техніки за останні 10-15 років зажадав створення установок на вельми великі постійні струми, що вимірюються сотнями кілоампер. У більшості випадків подібні установки є низьковольтними. У цих умовах для електричних уніполярних машин відкрилися широкі перспективи практичного використання, оскільки зазначений тип джерела дозволяє порівняно простими й економічними засобами генерувати без пульсацій постійний струм великої величини. У зв'язку з цим до уніполярних генераторів дослідниками знову було проявлено підвищений інтерес, завдяки чому виявилася успішно вирішеною проблема струмознімання, який довгий час стримував розвиток уніполярних машин. Використання нових рідкометалічних сплавів, що володіють низькими температурою плавлення і в'язкістю при високій електричній провідності, дозволили розробити економічні, малогабаритні струмознімальні пристрої, що допускають високі щільності струму в контакті. Це дало можливість побудувати вельми потужні уніполярні генератори, які поєднували найкращі якості, властиві машинам даного типу: простоту і надійність конструкції, малі габарити і високі техніко-економічні показники, генерування напруги і струму без пульсацій, високу термічну і перевантажувальну здатність за струмом, відсутність зношування частин в силовому колі тощо.
Див. також
- Через принцип оборотності електричних машин можливий і .
Посилання
- І. Є. Тамм. Основи теорії електрики. § 112
- Фізична енциклопедія, т.5, стор.224, стор. 225, стаття «Уніполярна індукція», Г. В. Пермітін, Ю. В. Чугунов.
- Л. А. Суханов. Електричні уніполярні машини, 1964 року
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Unipolyarnij generator riznovid elektrichnoyi mashini postijnogo strumu Mistit providnij disk postijne magnitne pole paralelne osi obertannya diska 1 strumoznimach na osi diska i 2 j strumoznimach bilya krayu diska Disk Faradeya pershij unipolyarnij generatorPrincip diyiDokladnishe Na elektroni sho znahodyatsya v disku diye sila Lorenca sho ye vektornim dobutkom napruzhenosti magnitnogo polya i shvidkosti peremishennya elektrona razom z providnikom v rezultati obertannya diska Sila cya spryamovana vzdovzh radiusa diska V rezultati pri obertanni diska vinikaye ERS mizh jogo centrom i krayem Na vidminu vid inshih elektrichnih mashin takij generator maye Nadzvichajno nizku ERS vid chastok do odinic volt pri nizkomu vnutrishnomu opori i velikomu strumi Rivnomirnist oderzhuvanogo strumu vidsutnist neobhidnosti komutuvati jogo kolektorom rotora abo vipryamlyati otrimanij inshimi mashinami zminnij strum zovnishnimi komutuvalnimi abo elektronnimi priladami Veliki vlasni vtrati energiyi cherez zvorotni strumi sho protikayuchi diskom marno jogo nagrivayut Cya problema chastkovo virishuyetsya konstrukciyeyu dviguniv i generatoriv z ridkim providnim strumoznimachem po vsomu perimetru diska Doslidi z dvoma diskami sho obertayutsya nazustrich odin odnomu i torkayutsya odin odnogo pokazali najkrashi rezultati Poyednannya cih vlastivostej zumovilo duzhe vuzki sferi zastosuvannya generatoriv cogo tipu IstoriyaDisk Faradeya U 1831 roci Majkl Faradej vidkrivshi zakon elektromagnitnoyi indukciyi krim inshih eksperimentiv pobuduvav naochnij pristrij peretvorennya mehanichnoyi energiyi v elektrichnu disk Faradeya Cej pristrij buv nadzvichajno neefektivnim odnak mav znachnu cinnist dlya podalshogo rozvitku nauki Zakon elektromagnitnoyi indukciyi sformulovanij Faradeem rozglyadav providnij kontur sho peretinaye liniyi magnitnogo polya Odnak u vipadku diska Faradeya magnitne pole bulo napravleno vzdovzh osi obertannya kontur vidnosno polya ne peremishuvavsya Najbilshe zdivuvannya viklikav toj fakt sho obertannya magnitu razom z diskom takozh prizvodilo do poyavi ERS v neruhomomu zovnishnomu koli Tak z yavivsya sho buv virishenij tilki cherez kilka rokiv pislya jogo smerti z vidkrittyam elektrona nosiya elektrichnogo zaryadu ruh yakogo obumovlyuye elektrichnij strum u metalah Naochno vidima paradoksalnist unipolyarnoyi indukciyi virazhayetsya nastupnoyu tabliceyu v yakij opisani rizni kombinaciyi z obertannya i neruhomosti chastin ustanovki znakom okliku poznacheno intuyitivno ne obgruntovanij rezultat viniknennya strumu v neruhomomu zovnishnomu koli pri odnochasnomu obertanni diska i zakriplenogo razom z nim magnitu Magnit Disk Zovnishnye kolo Chi ye napruga neruhomij neruhomij neruhome vidsutnyaneruhomij obertayetsya neruhome Yeneruhomij neruhomij obertayetsya Yeneruhomij obertayetsya obertayetsya ne viznachenoobertayetsya neruhomij neruhome vidsutnyaobertayetsya obertayetsya neruhome Ye obertayetsya neruhomij obertayetsya Yeobertayetsya obertayetsya obertayetsya ne viznacheno Poslidovne zh poyasnennya yavisha unipolyarnoyi indukciyi dayetsya teoriyeyu vidnosnosti Patenti ta deyaki praktichni konstrukciyi Charles E Ball US238631 March 1881 en Sebastian Ziani de Ferranti en Charles Batchelor otrimali najranishi vidomi patenti na konstrukciyi unipolyarnih generatoriv Nikola Tesla U S Patent 406 968 rozrobiv konstrukciyu v yakij obertalisya na paralelnih osyah dva diska v riznih za napryamom magnitnih polyah pov yazani metalevim remenem V 1989 u v Avstraliyi diyav unipolyarnij generator sho viroblyaye strum 1500 kA pri napruzi 800 V Fizika plazmi MGD generatori Cej rozdil potrebuye dopovnennya veresen 2014 Astrofizika Cej rozdil potrebuye dopovnennya veresen 2014 Najbilsh suttyevoyu sferoyu suchasnogo zastosuvannya uyavlennya pro unipolyarnomu generatori ye astrofizika U ryadi zoryanih sistem v kosmosi sposterigayutsya prirodni magnitni polya i providni diski z plazmi povedinka yakih yak bi povtoryuye doslidi Faradeya i Tesli Perspektivi praktichnogo vikoristannya Burhlivij rozvitok nizki galuzej promislovosti ta novitnoyi tehniki za ostanni 10 15 rokiv zazhadav stvorennya ustanovok na velmi veliki postijni strumi sho vimiryuyutsya sotnyami kiloamper U bilshosti vipadkiv podibni ustanovki ye nizkovoltnimi U cih umovah dlya elektrichnih unipolyarnih mashin vidkrilisya shiroki perspektivi praktichnogo vikoristannya oskilki zaznachenij tip dzherela dozvolyaye porivnyano prostimi j ekonomichnimi zasobami generuvati bez pulsacij postijnij strum velikoyi velichini U zv yazku z cim do unipolyarnih generatoriv doslidnikami znovu bulo proyavleno pidvishenij interes zavdyaki chomu viyavilasya uspishno virishenoyu problema strumoznimannya yakij dovgij chas strimuvav rozvitok unipolyarnih mashin Vikoristannya novih ridkometalichnih splaviv sho volodiyut nizkimi temperaturoyu plavlennya i v yazkistyu pri visokij elektrichnij providnosti dozvolili rozrobiti ekonomichni malogabaritni strumoznimalni pristroyi sho dopuskayut visoki shilnosti strumu v kontakti Ce dalo mozhlivist pobuduvati velmi potuzhni unipolyarni generatori yaki poyednuvali najkrashi yakosti vlastivi mashinam danogo tipu prostotu i nadijnist konstrukciyi mali gabariti i visoki tehniko ekonomichni pokazniki generuvannya naprugi i strumu bez pulsacij visoku termichnu i perevantazhuvalnu zdatnist za strumom vidsutnist znoshuvannya chastin v silovomu koli tosho Div takozhCherez princip oborotnosti elektrichnih mashin mozhlivij i PosilannyaI Ye Tamm Osnovi teoriyi elektriki 112 Fizichna enciklopediya t 5 stor 224 stor 225 stattya Unipolyarna indukciya G V Permitin Yu V Chugunov L A Suhanov Elektrichni unipolyarni mashini 1964 roku