unipolárny elektrický generátor je jednosmerný prevodový obsahujúca vodivý kotúč alebo valec otáčajúci sa v rovine. To má rôzne potenciály sily medzi stredom disku a ráfika (alebo konca valca) s elektrickým polarity, v závislosti od smeru otáčania a orientácia poľa.

Je tiež známy ako Unipolárny generátor Faraday. Napätie je obvykle nízka, o niekoľko voltov v prípade malých demonštračných modelov, ale veľké experimentálne zariadenia môžu generovať stovky voltov, ale niektoré systémy sú konzistentné generátory pre ešte väčší stres. Oni sú nezvyčajné v tom, že môže generovať elektrický prúd, ktorý je schopný viac ako jeden milión ampér ako unipolárny generátor nemusí nutne mať vysokú vnútorný odpor.

História vynálezu

Prvý homopolyarnыy mechanizmus bol vyvinutý Michael Faraday pri svojich pokusoch v roku 1831. On je často označovaný ako koleso alebo koleso Faraday na jeho počesť. Bol to začiatok moderných strojov dynamo, to znamená, že elektrické generátory pracujú na magnetickom poli. Bol veľmi neefektívne a nie je používaný ako praktický zdroj energie, ale výroba elektriny preukázala možnosť použitia magnetizmus, a vydláždil cestu pre dynama zapnutý jednosmerný prúd, a potom alternátorov.

Nevýhody prvého generátora

Faradayov disk bol prvýNeúčinný z dôvodu protiprúdového toku. Princíp unipolárneho generátora bude opísaný práve v jeho príklade. Kým tok prúdu yndutsyrovalsya priamo pod magnetom, prúd cirkulujúci v opačnom smere. Odpor obmedzuje výstupný výkon prijímajúcich vodičov a spôsobuje zbytočné zahrievanie medeného disku. Neskoršie homopolyarnыe generátory by mohol vyriešiť tento problém pomocou sady magnetov usporiadaných okolo obvodu disku udržiavať konštantnú kruhu a odstrániť oblasti, kde sa môžu vyskytovať v oboch smeroch.

Ďalší rozvoj

Krátko po pôvodného disku Faraday sa zdiskreditovaný ako praktický generátor vyvinul modifikovanú verziu, ktorá kombinuje magnet a riadiť jeden rotujúce diely (rotor), ale Samotná myšlienka šokového unipolárneho generátora bola vyhradená pre túto konfiguráciu. Jeden z prvých patentov pre unipolárny mechanizmov bežný typ bol získaný A. F. Delafield, US patent 278516.

Výskumné významných myseľ

Iné skoré patenty na bubnoch unipolárny generátory boli udelené SZ De Ferrante a S. Batchelor samostatne. Tesla zaujímal Faraday disk a vykonáva práce na homopolyarnыmy mechanizmoch a nakoniec patentovaný vylepšenú verziu zariadenia, v patente US patente 406968. Tesla "Dynamo elektrický stroj" (unipolárny generátor Tesla) opisuje usporiadanie dvoch rovnobežných kotúčov so samostatnými rovnobežných hriadeľoch prepojených, ako sú remenice, kovový priechod. Každý disk mal pole, naopakdruhá tak, aby tok prúdu prešiel z jedného hriadeľa na okraj disku cez pásik k inému okraju a k druhému hriadeľu. To by výrazne znížiť straty v dôsledku trenia, vyvolaného klzné kontakty, čo umožňuje obe elektrické snímače interakciu s pohonom dva hriadele, a nie s hriadeľom a vysoké ráfika.
Neskoršie patenty boli udelené SP Shtaynmetsu a E. Thomson pre svoju prácu s vysoko generátory unypolyarnыmy. Dynamo Forbes, vyvinutý škótskym elektrotechnikom Georgeom Forbesom, bol široko používaný na začiatku dvadsiateho storočia. Väčšina vývoja homopolárnych mechanizmov bola patentovaná firmou J. E. Noeggerath a R. Eickemeyer.

50 rokov

Homopolyarnыe generátory skúsený renesanciu 1950 ako zdroj pulzného skladovanie energie. Tieto zariadenia používali ťažké disky ako zotrvačník, aby ušetrili mechanickú energiu, ktorá by mohla byť rýchlo vyhodená do experimentálneho vozidla. Prvým príkladom tohto druhu zariadenia bolo vytvorenie Sir Mark Olifant na Výskumnej škole fyziky a strojárstva austrálskej národnej univerzity. Skladoval až 500 megajoulov energie a používal sa ako zdroj vysokého prúdu pre synchrotrónové experimenty od roku 1962 až po rozobratie v roku 1986. Návrh Olyphanty bol schopný dodávať prúdy až do 2 megaampov (MA).

, Development Corporation Parker Kinetické designy

Takéto zariadenia majú väčší navrhnuté a vyrobené podľa Parker Kinetic vzory (predtým OIME Research & Development) z Austinu. Sú tovyrobené zariadenia na rôzne účely: od dodávky železničných pištolí až po lineárne motory pre vesmírne štartovanie) a rôzne zbrane. Na rôzne úlohy, vrátane elektrického zvárania, boli zavedené priemyselné návrhy pre 10 MJ.
Tieto zariadenia pozostávali z vedúceho zotrvačníka, z ktorého jeden sa otáča v magnetickom poli s jedným elektrickým kontaktom okolo osi a druhý okolo periférie. Používali sa na vytváranie veľmi vysokých prúdov pri nízkych napätiach v oblastiach ako sú zváranie, elektrolýza a výskum železničných zbraní. V aplikáciách s impulznou energiou sa uhlový moment rotora používa na dlhodobú akumuláciu energie a následné uvoľnenie v krátkom čase. Na rozdiel od iných typov generátorov unipolárny s prepínačom, výstupné napätie nikdy nemení polaritu. Rozdelenie poplatkov je výsledkom pôsobenia sily Lorentzov na voľné poplatky na disku. Pohyb je azimutálny a pole je axiálne, takže elektromotorická sila je radiálna. Elektrické kontakty sa zvyčajne vykonávajú cez "kefu" alebo kontaktný krúžok, čo vedie k veľkým stratám pri vytváraní nízkeho napätia. Niektoré z týchto strát sa môžu znížiť použitím ortuti alebo iného ľahko skvapalneného kovu alebo zliatiny (Galium, NaK) ako "kefka" na zabezpečenie prakticky kontinuálneho elektrického kontaktu.

Úprava

Nedávno navrhnutou zmenou bolo použitie plazmového kontaktu poskytovaného neonovým odstraňovačom s negatívnou odolnosťou voči okrajudisk alebo bubon, s použitím špeciálneho uhlíka s nízkou výstupnou prácou vo vertikálnych pásmach. Toto by malo výhodu veľmi nízkeho odporu v aktuálnom rozsahu, prípadne až do tisíce ampérov bez kontaktu s tekutým kovom. Ak je magnetické pole vytvorené trvalým magnetom, generátor pracuje nezávisle od toho, či je magnet pripojený k statoru alebo sa otáča s diskom. Pred objavením elektrónu a zákonom Lorentz bol tento jav nejasný a bol známy ako paradox Faradaya.

"Bubnová"

Homopolyarnыy bubon generátor má magnetické pole, ktoré je vyžarované radiálne od stredu bubna a indukuje napätie (V) pozdĺž svojej dĺžky. Senior bubon rotujúce magnet v hornej časti "hovorcu", ktorý má jeden pól v strede a druhá obklopuje ho, vedúci ložiská môžu byť použité vo svojej hornej a spodnej zachytiť generovaný prúd.

V prírode

unipolárny induktormi nachádzajú v astrofyzike, kde je vodič otáča v magnetickom poli, napríklad pohyb plazmy v ionosféry vыsokoprovodyaschey vonkajšieho telesa, pretože jeho magnetického poľa. Unipolárna cievky boli spojené s jasom Urán, dvojhviezd, čiernych dier, galaxie, satelity Jupitera Io, Mesiaci, slnečný vietor, slnečné škvrny, a Venuša magnetického chvosta.

Funkcie mechanizmu

Tak ako všetky vyššie uvedené vesmírne objekty, Faraday Drive premieňa kinetickú energiu na elektrickú. Tento stroj môže byť analyzovaný pomocoupomocou správneho zákona o elektromagnetickej indukcii Faraday. Zákon vo svojej súčasnej podobe sa uvádza, že pôvodná konštantný magnetický tok cez uzavretý okruh indukuje elektromotorické sily, ktoré na oplátku vzrušuje elektrický prúd. Plochý integrál, ktorý určuje magnetický tok, môže byť prepísaný ako kruh okolo obvodu. Hoci podыntehralnoe integrálne expresie linky nie je závislá na dobe ako Faraday disku, ktorý je súčasťou hraničnej čiary integrálne pohybu prepočítané derivácie je rôzne od nuly a vráti správnu hodnotu pre výpočet elektromotorické sily. Alternatívne, pohon môže byť znížená na horného prstenca na svojom obvode s jeden kov lúčov spájajúcich os krúžok. Zákon Lorentzovej sily sa ľahšie používa na vysvetlenie správania stroja. Tento zákon formulovaný tridsať rokov po Faradayova smrti, hovorí, že sila pôsobiaca na elektróny je priamo úmerná súčinu jeho rýchlosť a smer magnetického toku. V geometrických podmienkach, to znamená, že sila smeruje v pravom uhle k rýchlosti (azimut) a magnetického toku (axiálne), ktoré preto obsiahnutého v radiálnom smere. Radiálne pohyb elektrónov v disku spôsobuje separácii náboja medzi centrom a okrajom, a ak je okruh uzavretý, elektrický prúd.

Zariadenia pre

unipolárne motora - zariadenie DC s dvoma magnetickými pólmi, vodiče, ktoré je vždy cez líniu jednosmerne rotujúce magnetický tokvodič okolo pevnej osi tak, aby to bolo v pravom uhle k statickému magnetickému poľu. Výsledný EMF (elektromotorické sila), ktorá je spojitá v jednom smere homopolárnym motora nevyžaduje prepínače, ale stále vyžaduje krúžky. Name "homopolyarnыy" znamená, že polarita drôtu stožiarov elektrického a magnetického poľa sa nemení (to znamená, že nevyžaduje prepínanie). Jednopólový motor bol prvý elektromotor, ktorý bol postavený. Jeho čin demonštroval Michael Faraday v roku 1821 v Royal Institute v Londýne.

Vynález

V roku 1821, krátko potom, čo dánsky fyzik a chemik Hans Christian Oersted objavil jav elektromagnetizmu, Humphrey Davy a britský vedec William Hyde Wollaston snažil sa ale prepadal vyvinúť elektrický motor. Faraday, ktorý sa sťažoval, Humphrey ako vtip, pokračoval vytvoriť dve zariadenia k vytvoreniu takzvanej "elektromagnetické rotácie". Jeden z nich, teraz známy ako homopolyarnыy motora, vytvoril súvislý kruhový pohyb. To bolo spôsobené kruhové magnetickej sily okolo drôtu uvedeného v kaluži ortuti, do ktorého bol umiestnený magnet. Vodiče by točil okolo magnetu boli poskytnuté aktuálne chemickou batérií. Tieto experimenty a vynálezy tvorili základ moderných elektromagnetických technológií. Faraday čoskoro uverejnil výsledky. Tento OSOBITNE vzťahy s Davidom, pretože jeho žiarlivosť úspechy Faraday bolo dôvodom, že tieto zaoberajú inými činnosťami, ktorévýsledok niekoľkých rokov zabránil jeho účasti na elektromagnetických štúdiách. Robert B. Lamm je popísané v 1912 homopolyarnuyu strojné kapacitou 2000 kW, 260 B, 7700 A a 1200 ot /min s 16 zberací krúžky pracujúci s obvodovou rýchlosťou 67 m /s. Unipolárna výkon generátora 1125 kW, 75150000 A, 514 ot /min, postavený v roku 1934, bol inštalovaný v USA oceliarni pre zváranie.

Rovnaký Lorentz zákon

Prevádzka tohto motora je podobný princípu šoku unipolárny generátora. Jednopólový motor je poháňaný Lorentzovou silou. Vodič na prúd, ktorý tečie cez to, ak je umiestnený v magnetickom poli, kolmo k nej, cíti silu v smere kolmom na magnetické pole a prúdu. Táto sila poskytuje krútiaci moment okolo osi otáčania. Vzhľadom k tomu, druhý je rovnobežná s magnetickým poľom, a protiľahlé magnetické pole nemení polaritu, aby aj naďalej je nutná prepínanie otáčania vodiče. Táto jednoduchosť sa najlepšie dosiahne pomocou jednootáčkových konštrukcií, čo robí homopolárne motory nevhodné pre väčšinu praktických aplikácií. Ako pri väčšine elektromechanických strojov (ako unipolárneho generátora Nehherata) homopolyarnыy motora je vratný: ak dirigent vrátil mechanicky, bude fungovať ako generátor homopolyarnыy vytvoriť jednosmerné napätie medzi týmito dvoma kolíkmi vodiče. DC je dôsledkom homopolárnej povahy dizajnu. Homopolárne generátory (HPG) boli dôkladne testovanéktoré boli preskúmané na konci 20. storočia ako nízkonapäťové zdroje jednosmerného prúdu, ale s veľmi vysokým prúdom a dosiahli určitý úspech pri kŕmení experimentálnych rackových zbraní.

Štruktúra

Jednoduché vytvorenie unipolárneho generátora s vlastnými rukami. Jednopólový motor sa tiež veľmi ľahko montuje. Na vytvorenie vonkajšieho magnetického poľa, v ktorom sa vodič otáča, sa používa permanentný magnet a batéria spôsobuje tok prúdu pozdĺž vodivých drôtov. Nevyžaduje sa, aby sa magnet pohyboval alebo dokonca dotýkal inej časti motora; jeho jediným účelom je vytvoriť magnetické pole, ktoré bude interagovať s podobným poľom indukovaným prúdom v drôte. Magnet môžete pripojiť k batérii a nechať vodič voľne sa otáčať pri zatváraní elektrického obvodu, dotýkať sa hornej časti batérie a magnetu pripojeného k jeho spodnej časti. Drôty a batéria sa môžu počas nepretržitého chodu zohriať.