Unipolární generátor je stejnosměrný elektrický mechanismus, který obsahuje vodivý disk nebo válec, který se otáčí v rovině. To má různé potenciály síly mezi středem disku a ráfku (nebo konce válce) s elektrickým polarity, v závislosti na směru otáčení a orientace pole.
Je také známý jako generátor Unipolar Faraday. Napětí je obvykle nízká, o několik voltů v případě malých demonstračních modelů, ale velké experimentální zařízení mohou generovat stovky voltů, ale některé systémy jsou konzistentní generátory pro ještě větší stres. Jsou neobvyklé v tom, že mohou generovat elektrický proud, který může překročit jeden milión ampér, protože unipolární generátor nemusí nutně mít vysoký vnitřní odpor.
Historie vynálezu
První homopolární mechanismus byl vyvinut Michaelem Faradayem během experimentů v roce 1831. On je často odkazoval se na jak kolo nebo kolo Faraday na jeho počest. Byl to začátek moderních strojů dynamo, to jest elektrických generátorů pracujících na magnetickém poli. Byl velmi neefektivní a není používán jako praktický zdroj energie, ale výroba elektřiny prokázala možnost použití magnetismus, a vydláždil cestu pro dynama zapnut stejnosměrný proud, a pak alternátorů.
Nevýhody prvního generátoru
Faradayův disk byl prvníNeúčinný kvůli protiproudovému toku. Princip jednopólového generátoru bude popsán právě v jeho příkladu. Zatímco tok proudu yndutsyrovalsya přímo pod magnetem, proud cirkulující v opačném směru. Counter omezuje výstupní výkon na podporu dráty a způsobuje zbytečné vytápění měděný disk. Pozdější homopolyarnыe generátory by mohl vyřešit tento problém pomocí sady magnetů uspořádaných kolem obvodu disku udržovat konstantní roztečnou kružnici a odstranit oblasti, kde se mohou vyskytovat v obou směrech.
Další rozvoj
Krátce po původního disku Faraday se zdiskreditovaném jako praktický generátor vyvinul modifikovanou verzi, která kombinuje magnet a řídit jeden rotující díly (rotor), ale Samotná myšlenka šokového unipolárního generátoru byla pro tuto konfiguraci vyhrazena. Jeden z prvních patentů pro unipolární mechanismů běžný typ byl získán A. F. Delafield, US patent 278516.
Výzkumné významných mysl
Jiné časné patenty na bubnech unipolární generátory byly uděleny SZ De Ferrante a S. Batchelor samostatně. Tesla zajímal Faraday disk a provádí práce na homopolyarnыmy mechanismech a nakonec patentovaný vylepšenou verzi zařízení, v patentu US patentu 406968. Tesla „Dynamo elektrický stroj“ (unipolární generátor Tesla) popisuje uspořádání dvou rovnoběžných kotoučů se samostatnými rovnoběžných hřídelích propojených, jako řemenice, je kovový pás. Každý disk měl pole, naopakdruhá tak, aby tok proudu procházel z jednoho hřídele na okraj disku přes popruh k druhému okraji a k druhému hřídeli. To by výrazně snížit ztráty v důsledku tření, vyvolaného kluzné kontakty, což umožňuje obě elektrické snímače interakci s pohonem dva hřídele, a nikoli s hřídelem a vysoké ráfku. Později byly patenty uděleny S. Steinmetzovi a E. Thomsonovi za jejich práci s unipolárními generátory vysokého napětí. Dynamo Forbes, vyvinutý skotským elektrikářem Georgem Forbesem, byl široce používán na počátku dvacátého století. Většina vývoje homopolárních mechanismů byla patentována firmou J. E. Noeggerath a R. Eickemeyer.
50 let
Homopolyarnыe generátory zkušený renesanci 1950 jako zdroj pulzního skladování energie. Tato zařízení používala těžké disky jako setrvačník pro úsporu mechanické energie, která mohla být rychle hodena do experimentálního vozidla. Prvním příkladem tohoto druhu zařízení vytvořil Sir Mark Olifant na Výzkumné škole fyziky a inženýrství Australské národní univerzity. To trvalo až do 500 Megajoule energie, a to se používá jako zdroj energie pro velmi vysokého s synchrotron experimentů od roku 1962 k jeho zničení v roce 1986. Návrh Olyphanty byl schopen dodávat proudy až do 2 megaampů (MA).
, Development Corporation Parker Kinetické designy
Taková zařízení mají větší navrženy a vyrobeny podle Parker Kinetic vzory (dříve OIME Research & Development) z Austinu. Jsouvyrobených zařízení pro nejrůznější účely: od dodávky železničních pistolí po lineární motory pro spouštění vesmíru) a různé zbraně. Byly zavedeny průmyslové návrhy pro 10 MJ pro různé role, včetně elektrického svařování. Tato zařízení se skládají z drátu setrvačníku, z nichž jeden se otáčí v magnetickém poli s jedním elektrickým kontaktům kolem osy, a druhý - na obvodu. Byly používány k vytváření velmi vysokých proudů při nízkém napětí v oblastech, jako je svařování, elektrolýza a výzkum železničních zbraní. V aplikacích s pulzní energií momentu hybnosti rotoru slouží k akumulaci energie po dlouhou dobu a potom ji uvolnit na krátkou dobu. Na rozdíl od jiných typů generátorů unipolární se spínačem, výstupní napětí nikdy nemění polaritu. Rozdělení poplatků je důsledkem vlivu síly Lorentz na volné poplatky na disku. Pohyb je azimutální a pole je axiální, takže elektromotorická síla je radiální. Elektrické kontakty se obvykle provádějí pomocí "štětce" nebo kontaktního kroužku, což vede k velkým ztrátám při vytváření nízkého napětí. Některé z těchto ztrát je možno snížit použitím rtuti nebo jiného snadno zkapalněného kovu nebo slitiny (gallium, NAK), jako „kartáč“ poskytovat prakticky bez přerušení elektrického kontaktu.
Modifikace
v poslední době navrhované změny bylo použít plazmový kontaktní zajištěné neon streamerů s negativním odporem s ohledem na okrajdisk nebo buben, s použitím specializovaného uhlíku s nízkým výkonem ve vertikálních pásmech. To by mělo výhodu velmi nízkého odporu v aktuálním rozsahu, případně až do tisíce ampérů bez kontaktu s tekutým kovem. Pokud je magnetické pole vytvářeno permanentním magnetem, generátor pracuje nezávisle na tom, zda je magnet připojen ke statoru nebo se otáčí s diskem. Před objevem elektronového a Lorentz silového zákona, tento jev byl nejasný a byl známý jako Faraday paradox.
„Bubnová“
Homopolyarnыy buben generátor má magnetické pole, které je vyzařované radiálně od středu bubnu a indukuje napětí (V) podél své délky. Senior buben rotující magnet v horní části „mluvčího“, který má jeden pól ve středu a druhá obklopuje jej, vedoucí ložiska mohou být použity ve své horní a spodní zachytit generovaný proud.
V přírodě
unipolární induktory nacházejí v astrofyzice, kde je vodič otáčí v magnetickém poli, například pohyb plazmy v ionosféry vыsokoprovodyaschey vnějšího tělesa, protože jeho magnetického pole. Unipolární cívky byly spojeny s jasem Uran, dvojhvězd, černých děr, galaxie, satelity Jupitera Io, Měsíci, sluneční vítr, sluneční skvrny, a Venuše magnetického ocasu.
je k dispozici mechanismus
Stejně jako u všech výše uvedených prostor objektů Faraday disk přeměňuje kinetická energie na elektrickou energii. Tento stroj lze analyzovat pomocípomocí vhodného zákona elektromagnetické indukce Faradaye. Tento zákon ve své moderní podobě uvádí, že konstantní derivace magnetického toku uzavřeným okruhem vyvolává v něm elektromotorickou sílu, která zase vzrušuje elektrický proud. Povrchový integrál, který určuje magnetický tok, může být přepsán jako kruh kolem obvodu. Ačkoli podыntehralnoe integrální exprese linky není závislá na době jako Faraday disku, který je součástí hraniční čáry integrální pohybu přepočtené derivace je různé od nuly a vrátí správnou hodnotu pro výpočet elektromotorické síly. Alternativně může být disk vyměněn na vodivý prstenec kolem obvodu pomocí jediné kovové cívky, která spojuje kroužek s osou. Zákon Lorentzovy síly je snadnější k vysvětlení chování stroje. Tento zákon, formulovaný třicet let po smrti Faradaje, uvádí, že síla na elektronu je úměrná křížovému produktu jeho rychlosti a vektoru magnetického toku. Z geometrického hlediska to znamená, že síla je směrována v pravém úhlu k rychlosti (azimuthal) a k magnetickému toku (axiálnímu), který je proto umístěn v radiálním směru. Radiální pohyb elektronů na disku způsobuje rozdělení nábojů mezi jeho středem a okrajem a pokud je obvod uzavřen, existuje elektrický proud.
Elektromotor
Jednopólový elektromotor je stejnosměrný přístroj se dvěma magnetickými póly, jejichž vodiče vždy procházejí jednosměrnými čarami magnetického toku, které se otáčejívodič kolem pevné osy tak, aby to bylo v pravém úhlu ke statickému magnetickému poli. Výsledný EMF (elektromotorická síla), která je spojitá v jednom směru homopolární motoru nevyžaduje přepínače, ale stále vyžaduje kroužky. Jméno „homopolyarnыy“ znamená, že polarita drátu stožárů elektrického a magnetického pole se nemění (to znamená, že nevyžaduje přepínání). Unipolární elektrický motor byl první, který byl postaven. Jeho účinek byl prokázán Michael Faraday v roce 1821 v Královském institutu v Londýně.
Vynález
V roce 1821, krátce poté, co dánský fyzik a chemik Hans Christian Oersted objevil jev elektromagnetismu, Humphrey Davy a britský vědec William Hyde Wollaston snažil se ale propadal vyvinout elektrický motor. Faraday, který si stěžoval, Humphrey jako vtip, pokračoval vytvořit dvě zařízení k vytvoření takzvané „elektromagnetické rotace“. Jeden z nich, nyní známý jako homopolyarnыy motoru, vytvořil souvislý kruhový pohyb. To bylo způsobeno kruhové magnetické síly kolem drátu uvedeného v kaluži rtuti, do kterého byl umístěn magnet. Vodiče by točil kolem magnetu byly poskytnuty aktuální chemickou baterií. Tyto experimenty a vynálezy tvořily základ moderní elektromagnetické technologie. Brzy Faraday zveřejnil výsledky. Tento ZVLÁŠTĚ vztahy s Davidem, protože jeho žárlivost úspěchy Faraday bylo důvodem, že tyto zabývají jinými činnostmi, kterévýsledek několika let zabránil jeho účasti na elektromagnetických studiích. B. R. Lamm popsal v roce 1912 homopolární stroj o výkonu 2000 kW, 260 V, 7700 A a 1200 ot /min se 16 kontaktními kroužky pracujícími s obvodovou rychlostí 67 m /s. Unipolární generátor s výkonem 1125 kW, 75150000 A, 514 ot /min, postavený v roce 1934, byl instalován u americké ocelové trubky pro svařování.
Stejný zákon z Lorentzu
Provoz tohoto motoru je podobný principu šokového unipolárního generátoru. Jednopólový motor je poháněn Lorentzovou silou. Vodič s protéká ním proudem, když je umístěn v magnetickém poli a kolmo na něj, snímá energii ve směru kolmém jak na magnetické pole, tak na proud. Tato síla poskytuje krouticí moment okolo osy otáčení. Vzhledem k tomu, že druhá hodnota je rovnoběžná s magnetickým polem a opačné magnetické pole nemění polaritu, není zapotřebí přepínání k pokračování otáčení vodiče. Tato jednoduchost se nejlépe dosáhne jednostrannými konstrukcemi, díky nimž jsou homopolární motory nevhodné pro většinu praktických aplikací.
Jako u většiny elektromechanických strojů (jako unipolárního generátoru Nehherata) homopolyarnыy motoru je vratný: jestliže dirigent vrátil mechanicky, bude fungovat jako generátor homopolyarnыy vytvořit stejnosměrné napětí mezi těmito dvěma kolíky vodiče. DC je důsledkem homopolární povahy návrhu. Homopolární generátory (HPG) byly důkladně testoványkteré byly zkoumány na konci 20. století jako zdroje stejnosměrného proudu nízkého napětí, ale s velmi vysokým proudem a dosáhly určitého úspěchu při krmení experimentálních rackových zbraní.
Struktura
Vytvoření unipolárního generátoru vlastním rukama je snadné. Jednopólový motor je také velmi snadno sestavitelný. Pro vytvoření vnějšího magnetického pole, ve kterém se vodič otočí, se používá permanentní magnet a baterie způsobuje tok proudem podél vodivých drátů. Není třeba, aby se magnet pohyboval nebo dokonce kontaktuje s jinou částí motoru; jeho jediným účelem je vytvořit magnetické pole, které bude interagovat s podobným polem indukovaným proudem v drátu. Magnet můžete připojit k akumulátoru a nechat vodič volně otáčet při zavírání elektrického obvodu, dotýkat se jak horní části baterie, tak magnetu připojeného ke spodní části. Drát a baterie se mohou během nepřetržitého provozu horko.
