Bir qutbli generator - tekislikda aylanadigan elektr o'tkazuvchan disk yoki silindrni o'z ichiga olgan to'g'ridan-to'g'ri oqim elektr mexanizmi. U diskning markazi va halqasi (yoki silindrning uchlari) o'rtasida elektr qutbli bo'lib, aylanish yo'nalishi va maydonning yo'nalishiga bog'liq bo'lgan har xil quvvatdagi potentsiallarga ega.
U bir qutbli Faraday osilatori sifatida ham tanilgan. Kichkina ko'rgazmali modellarda kuchlanish odatda past bo'ladi, lekin katta tadqiqot mashinalari yuzlab voltlarni ishlab chiqarishi mumkin va ba'zi tizimlarda undan ham yuqori kuchlanish uchun bir nechta seriyali osilatorlar mavjud. Ular g'ayrioddiy, chunki ular million amperdan oshib ketadigan elektr tokini ishlab chiqarishi mumkin, chunki bir qutbli generatorning ichki qarshiligi yuqori bo'lishi shart emas.
Ixtiro hikoyasi
Birinchi gomopolyar mexanizm Maykl Faraday tomonidan 1831-yilda tajribalari davomida ishlab chiqilgan. Ko'pincha Faraday diski yoki undan keyin g'ildirak deb ataladi. Bu zamonaviy dinamolarning boshlanishi edimashinalar, ya'ni magnit maydonda ishlaydigan elektr generatorlari. U juda samarasiz edi va amaliy quvvat manbai sifatida ishlatilmadi, lekin magnitlanish yordamida elektr energiyasini ishlab chiqarish imkoniyatini ko'rsatdi va o'zgaruvchan tok dinamolari, keyin esa alternatorlar uchun yo'l ochdi.
Birinchi generatorning kamchiliklari
Faraday diski birinchi navbatda kelayotgan oqim oqimlari tufayli samarasiz edi. Unipolyar generatorning ishlash printsipi faqat uning misolida tasvirlanadi. Oqim oqimi to'g'ridan-to'g'ri magnit ostida induktsiya qilingan bo'lsa, oqim teskari yo'nalishda aylanardi. Orqa oqim qabul qiluvchi simlar uchun chiqish quvvatini cheklaydi va mis diskning keraksiz isishiga olib keladi. Keyinchalik gomopolyar generatorlar aylana atrofida doimiy maydonni saqlab turish va teskari oqim yuzaga kelishi mumkin bo'lgan joylarni yo'q qilish uchun diskning perimetri atrofida joylashtirilgan magnitlar to'plami bilan bu muammoni hal qilishlari mumkin edi.
Qo'shimcha ishlanmalar
Asl Faraday diski amaliy generator sifatida obro'sizlanganidan ko'p o'tmay, magnit va diskni bitta aylanadigan qismda (rotor) birlashtirgan o'zgartirilgan versiya ishlab chiqildi, ammo ta'sirli unipolyar generator g'oyasi shu maqsadda saqlanib qolgan. konfiguratsiya. Umumiy unipolyar mexanizmlar uchun eng dastlabki patentlardan biri A. F. Delafild tomonidan olingan, AQSH patenti 278,516.
Ajoyib aqllar tadqiqoti
Boshqa erta ta'sir qiluvchi unipolyar patentlargeneratorlar S. Z. De Ferranti va S. Batchelorga alohida taqdirlandi. Nikola Tesla Faraday diskiga qiziqib, gomopolyar mexanizmlar bilan ishlagan va oxir-oqibat qurilmaning takomillashtirilgan versiyasini AQSH patentida 406,968 patentlagan.
Teslaning "Dinamo elektr mashinasi" patenti (Teslaning bir qutbli generatori) metall kamar bilan kasnaklar kabi ulangan alohida parallel vallar bilan ikkita parallel diskning joylashishini tasvirlaydi. Har bir diskda bir-biriga qarama-qarshi bo'lgan maydon bor edi, shuning uchun oqim oqimi bir mildan diskning chetiga, kamar orqali boshqa chetiga va ikkinchi milga o'tdi. Bu toymasin kontaktlarning zanglashiga olib keladigan ishqalanish yo‘qotishlarini sezilarli darajada kamaytiradi, bu ikkala elektr datchikning mil va yuqori tezlikli jant bilan emas, balki ikkita diskning vallari bilan o‘zaro ta’sir qilishiga imkon beradi.
Keyinchalik patentlar S. P. Steinmetz va E. Tomsonga yuqori kuchlanishli unipolyar generatorlar ustidagi ishlari uchun berildi. Shotlandiyalik elektrotexnika muhandisi Jorj Forbes tomonidan ishlab chiqilgan Forbes Dynamo 20-asr boshlarida keng qo'llanilgan. Gomopolyar mexanizmlarda yaratilgan ishlanmalarning aksariyati J. E. tomonidan patentlangan. Noeggerat va R. Eykemeyer.
50s
Homopolyar generatorlar 1950-yillarda impulsli energiyani saqlash manbai sifatida uyg'onishni boshdan kechirdilar. Bu qurilmalar tajriba apparatiga tezda tashlab yuborilishi mumkin bo‘lgan mexanik energiyani saqlash uchun volan shakli sifatida og‘ir disklardan foydalangan.
Ushbu turdagi qurilmaning dastlabki namunasi tadqiqot maktabida ser Mark Olifant tomonidan yaratilgan. Avstraliya Milliy Universitetidan Fizika fanlari va muhandislik. U 500 megajoulgacha energiya saqladi va 1962 yildan 1986 yilgacha demontaj qilinmaguncha sinxrotron tajribalari uchun o‘ta yuqori oqim manbai sifatida foydalanildi. Oliphant dizayni 2 megaamper (MA) gacha bo'lgan oqimlarni etkazib berishga qodir edi.
Parker Kinetic Designs tomonidan ishlab chiqilgan
Bu kabi kattaroq qurilmalar ham Ostindagi Parker Kinetic Designs (sobiq OIME Research & Development) tomonidan ishlab chiqilgan va qurilgan. Ular temir yo'l to'pponchalarini quvvatlantirishdan tortib chiziqli motorlargacha (kosmik parvozlar uchun) va turli xil qurol dizaynlari uchun turli maqsadlar uchun asboblar ishlab chiqardilar. 10 MJ sanoat namunalari turli rollar, jumladan, elektr payvandlash uchun ham taqdim etilgan.
Bu qurilmalar oʻtkazuvchi volandan iborat boʻlib, ulardan biri magnit maydonda bitta elektr kontakti oʻqga yaqin, ikkinchisi esa periferiya yaqinida aylanadi. Ular payvandlash, elektroliz va temir qurolni tadqiq qilish kabi sohalarda past kuchlanishlarda juda yuqori oqimlarni yaratish uchun ishlatilgan. Impulsli energiyani qo'llashda rotorning burchak momenti energiyani uzoq vaqt saqlash va keyin uni qisqa vaqt ichida chiqarish uchun ishlatiladi.
Boshqa turdagi kommutatsiyalangan bir qutbli generatorlardan farqli o'laroq, chiqish kuchlanishi hech qachon qutblilikni qaytarmaydi. Zaryadlarni ajratish diskdagi erkin zaryadlarga Lorents kuchining ta'siri natijasidir. Harakat azimutal, maydon esa eksenel, shuning uchunelektr harakatlantiruvchi kuch radialdir.
Elektr kontaktlari odatda "cho'tka" yoki sirpanish halqasi orqali amalga oshiriladi, bu esa hosil bo'lgan past kuchlanishlarda katta yo'qotishlarga olib keladi. Ushbu yo'qotishlarning ba'zilarini simob yoki boshqa oson suyultiriladigan metall yoki qotishma (galliy, NaK) "cho'tka" sifatida deyarli uzluksiz elektr aloqasini ta'minlash uchun ishlatish orqali kamaytirish mumkin.
Modifikatsiya
Yaqinda taklif qilingan modifikatsiya - bu vertikal chiziqlardagi maxsus past ish funksiyali uglerod yordamida disk yoki barabanning chetiga tegib turgan salbiy qarshilik neon strimer bilan jihozlangan plazma kontaktidan foydalanish edi. Bu suyuq metall bilan aloqa qilmasdan joriy diapazonda, ehtimol minglab ampergacha bo'lgan juda past qarshilikka ega bo'ladi.
Agar magnit maydon doimiy magnit tomonidan yaratilgan bo'lsa, generator magnitning statorga biriktirilganligi yoki disk bilan aylanishidan qat'iy nazar ishlaydi. Elektron va Lorentsning kuch qonuni kashf etilishidan oldin bu hodisani tushuntirib bo'lmas edi va Faraday paradoksi sifatida tanilgan.
Baraban turi
Baraban tipidagi gomopolyar generator magnit maydonga (V) ega boʻlib, u baraban markazidan radial tarzda tarqaladi va butun uzunligi boʻylab kuchlanishni (V) keltirib chiqaradi. Bir qutb markazida, ikkinchisi esa uni o'rab turgan "karnay" tipidagi magnit hududida yuqoridan aylanadigan Supero'tkazuvchi baraban o'zining yuqori qismida o'tkazuvchan rulmanlardan foydalanishi mumkin.hosil bo'lgan oqimni olish uchun pastki qismlar.
Tabiatda
Unipolyar induktorlar astrofizikada topiladi, bu erda o'tkazgich magnit maydon orqali aylanadi, masalan, kosmik jismning ionosferasidagi yuqori o'tkazuvchan plazma uning magnit maydoni bo'ylab harakat qilganda.
Bir qutbli induktorlar Uran avrorasi, qoʻshaloq yulduzlar, qora tuynuklar, galaktikalar, Yupiterning yoʻldoshi Io, Oy, quyosh shamoli, quyosh dogʻlari va Venera magnit dumi bilan bogʻlangan.
Mexanizm xususiyatlari
Yuqorida qayd etilgan barcha kosmik jismlar singari, Faraday diski kinetik energiyani elektr energiyasiga aylantiradi. Bu mashinani Faradayning elektromagnit induksiya qonuni yordamida tahlil qilish mumkin.
Ushbu qonun oʻzining zamonaviy koʻrinishida aytilishicha, yopiq kontaktlarning zanglashiga olib oʻtuvchi magnit oqimining doimiy hosilasi unda elektromotor kuchni keltirib chiqaradi, bu esa oʻz navbatida elektr tokini qoʻzgʻatadi.
Magnit oqimini belgilaydigan sirt integrali kontaktlarning zanglashiga olib chiziqli sifatida qayta yozilishi mumkin. Chiziq integralining integrali vaqtga bog'liq bo'lmasa-da, chiziq integrali chegarasining bir qismi bo'lgan Faraday diski harakat qilganligi sababli, umumiy vaqtning hosilasi nolga teng emas va elektromotor kuchni hisoblash uchun to'g'ri qiymatni qaytaradi. Shu bilan bir qatorda diskni aylana bo‘ylab o‘tkazuvchan halqaga aylantirib, halqani o‘qga bog‘laydigan bitta metall shnuri bilan qisqartirish mumkin.
Lorentz kuch qonuni zajigalkamashinaning harakatini tushuntirish uchun ishlatiladi. Faraday o'limidan o'ttiz yil o'tib tuzilgan ushbu qonun elektronga ta'sir qiladigan kuch uning tezligi va magnit oqimi vektorining o'zaro ko'paytmasiga proportsional ekanligini ta'kidlaydi.
Geometrik so'zlar bilan aytganda, bu kuch tezligiga (azimut) va magnit oqimga (eksenel), shuning uchun radial yo'nalishda to'g'ri burchak ostida yo'n altirilganligini anglatadi. Diskdagi elektronlarning radial harakati uning markazi va halqasi o'rtasida zaryadlarning ajralishiga olib keladi va agar sxema tugallangan bo'lsa, elektr toki hosil bo'ladi.
Elektr dvigatel
Bir qutbli dvigatel ikkita magnit qutbli doimiy tok qurilmasi boʻlib, uning oʻtkazgichlari har doim bir yoʻnalishli magnit oqim chiziqlarini kesib oʻtadi va oʻtkazgichni sobit oʻq atrofida aylantirib, statik magnit maydonga toʻgʻri burchak ostida boʻladi. Homopolyar dvigatelga bir yo'nalishda uzluksiz bo'lgan EMF (elektromotor kuch) kommutatorni talab qilmaydi, lekin baribir sirpanish halqalarini talab qiladi. "Homopolyar" nomi o'tkazgichning elektr qutblari va magnit maydon qutblari o'zgarmasligini (ya'ni, almashtirishni talab qilmasligini) ko'rsatadi.
Bir qutbli dvigatel qurilgan birinchi elektr motor edi. Uning harakatini Maykl Faraday 1821 yilda Londondagi Qirollik institutida namoyish etgan.
Ixtiro
1821 yilda, daniyalik fizik va kimyogari Xans Kristian Oersted kashf qilganidan ko'p o'tmayelektromagnetizm fenomeni, Xamfri Deyvi va ingliz olimi Uilyam Xayd Vollaston elektr motorini yaratishga harakat qilishdi, lekin muvaffaqiyatsizlikka uchradi. Xamfri hazil sifatida bahslashayotgan Faraday "elektromagnit aylanish" deb atagan narsani yaratish uchun ikkita qurilma yaratdi. Ulardan biri, hozir gomopolyar haydovchi deb nomlanuvchi, uzluksiz aylana harakatini yaratdi. Bunga magnit o'rnatilgan simob hovuziga o'rnatilgan sim atrofidagi dumaloq magnit kuch sabab bo'lgan. Agar sim kimyoviy batareyadan quvvatlansa, magnit atrofida aylanadi.
Bu tajriba va ixtirolar zamonaviy elektromagnit texnologiyalarning asosini tashkil etdi. Tez orada Faraday natijalarni e'lon qildi. Bu Faraday yutuqlariga hasad qilgani uchun Deyvi bilan munosabatlarni keskinlashtirdi va ikkinchisining boshqa narsalarga murojaat qilishiga sabab bo'ldi, natijada unga bir necha yil davomida elektromagnit tadqiqotlarida qatnashishiga to'sqinlik qildi.
B. G. Lamm 1912 yilda 67 m / s periferik tezlikda ishlaydigan 2000 kVt, 260 V, 7700 A va 1200 rpm quvvatga ega bo'lgan 16 slip halqali gomopolyar mashinani tasvirlab berdi. 1934-yilda qurilgan 1125kVt, 7,5V, 150,000A, 514 ayl/daq bir qutbli generator quvurlarni payvandlash uchun Amerika po‘lat tegirmoniga o‘rnatildi.
Xuddi shu Lorents qonuni
Bu dvigatelning ishlashi bir qutbli zarba generatorinikiga o'xshaydi. Bir qutbli dvigatel Lorentz kuchi bilan boshqariladi. U orqali o'tadigan oqim bo'lgan o'tkazgich magnit maydonga joylashtirilgan va unga perpendikulyar bo'lsa, unda kuchni his qiladi.magnit maydonga ham, oqimga ham perpendikulyar yo'nalish. Bu kuch aylanish oʻqi atrofida burilish momentini taʼminlaydi.
Oxirgi magnit maydonga parallel bo'lgani va qarama-qarshi magnit maydonlar qutblilikni o'zgartirmagani uchun o'tkazgichni aylantirishni davom ettirish uchun almashtirish kerak emas. Bunday soddalikka bir burilishli konstruksiyalar yordamida erishish oson, bu esa gomopolyar motorlarni ko‘p amaliy ilovalar uchun yaroqsiz holga keltiradi.
Koʻpgina elektromexanik mashinalar singari (masalan, Neggerathning bir qutbli generatori) gomopolyar dvigatel teskari boʻladi: agar oʻtkazgich mexanik ravishda aylantirilsa, u gomopolyar generator sifatida ishlaydi va oʻtkazgichning ikkita terminali oʻrtasida doimiy kuchlanish hosil qiladi.
Doimiy oqim dizaynning gomopolyar tabiatining natijasidir. Gomopolyar generatorlar (HPG) 20-asrning oxirida past kuchlanishli, lekin juda yuqori toʻgʻridan-toʻgʻri oqim manbalari sifatida keng oʻrganilgan va eksperimental relsli qurollarni quvvatlantirishda bir qancha muvaffaqiyatlarga erishgan.
Bino
O'z qo'lingiz bilan bir kutupli generator yasash juda oddiy. Unipolyar motorni yig'ish ham juda oson. Doimiy magnit o'tkazgich aylanadigan tashqi magnit maydonni yaratish uchun ishlatiladi va batareya o'tkazuvchan sim bo'ylab oqim oqishiga olib keladi.
Magnitning harakatlanishi yoki hatto dvigatelning qolgan qismi bilan aloqa qilishi shart emas; uning yagona maqsadi magnit maydonni yaratishdirsimdagi oqim tomonidan induktsiya qilingan shunga o'xshash maydon bilan o'zaro ta'sir qilish. Batareyaga magnitni ulash va o'tkazgichning erkin aylanishini ta'minlash mumkin elektr davri tugagandan so'ng, batareyaning yuqori qismiga ham, batareyaning pastki qismiga biriktirilgan magnitga ham tegadi. Uzluksiz foydalanish paytida sim va batareya qizib ketishi mumkin.
