Грамм Машина

Машина грамма , кольцо грамма , грамм магнето или грим -динамо - это электрический генератор , который производит постоянный ток , названный в честь своего бельгийского изобретателя, Zénobe Gramme , и был построен в качестве динамо или магнито . ^{[ 1 ]} Это был первый генератор, который производил электроэнергию в коммерческом масштабе для промышленности. Вдохновленная машина, изобретенная Антонио Пачинотти в 1860 году, Грамм был разработчиком нового индуцированного ротора в виде кольца с обертываемым проводом ( кольцо Грамма ) и продемонстрировал этот аппарат в Академию наук в Париже в 1871 году. Несмотря на популярность в 19-м. Электрические машины Century, принцип обмотки грамма больше не используется, поскольку он делает неэффективное использование проводников. Часть обмотки на внутренней части кольца не разрешает поток и не способствует преобразованию энергии в машине. Обмотка требует в два раза больше поворотов и вдвое больше, чем коммутаторные стержни, как эквивалентная арматура с барабаной. ^{[ 2 ]}

Описание

Машина Gramme использовала кольцевую арматуру с серией якорящих катушек , намотанных вокруг вращающегося кольца мягкого железа . Катушки соединены последовательно, и соединение между каждой парой подключено к коммутатору, на котором работают две щетки. Постоянные магниты намагничивают кольцо из мягкого железа, производя магнитное поле , которое вращается вокруг катушек, когда арматура поворачивается. Это вызывает напряжение в двух катушках на противоположных сторонах арматуры, которое снимается кистями.

Более ранние электромагнитные машины передавали магнит вблизи полюсов одного или двух электромагнитов или вращающихся катушек, намотанных на арматурах с двойным T в статическом магнитном поле, создавая короткие шипы или импульсы DC, что приводит к переходному выходу низкой средней мощности, а не Постоянный выход высокой средней мощности.

С более чем несколькими катушками на кольцевой арматуре грамма результирующая форма волны напряжения практически постоянна, что приводит к тому, что он приводит к почти постоянному току . Этот тип машины нуждается только в электромагнетах, производящих магнитное поле, чтобы стать современным генератором .

Изобретение современного электродвигателя

Во время демонстрации на промышленной экспозиции в Вене в 1873 году Грамм случайно обнаружил, что это устройство, если они снабжены с постоянным напряжением источником питания , будет действовать как электродвигатель . Партнер Грэмма, Ипполит Фонтейн , небрежно связал терминалы машины Грамма с другим динамо, который производил электричество, и его вал начал вращаться. ^{[ 3 ]} Машина Gramme была первым мощным электродвигателем, полезным, как больше, чем игрушка или лабораторное любопытство. Сегодня некоторые элементы этой конструкции являются основой почти всех электродвигателей DC. Использование Грэмма нескольких контактов коммутатора с несколькими перекрывающимися катушками и его инновации в использовании кольцевой арматуры, было улучшением более ранних динамо и помогло разрабатывать крупномасштабные электрические устройства.

Более ранние конструкции электродвигателей были общеизвестно неэффективными, потому что у них были большие или очень большие воздушные зазоры на протяжении большей части вращения своих роторов. Длинные воздушные зазоры создают слабые силы, что приводит к низкому крутящему моменту. Устройство под названием « Сент -Луис Мотор» (все еще доступный в научных домах снабжения), хотя и не предназначенное, ясно демонстрирует эту великую неэффективность и серьезно вводит в заблуждение студентов относительно того, как работают настоящие двигатели. Эти ранние неэффективные конструкции, по -видимому, основывались на наблюдении за тем, как магниты привлекают ферромагнитные материалы (такие как железо и сталь) на некотором расстоянии. В 19 -м веке потребовалось несколько десятилетий, чтобы инженеры -электрики узнали о важности небольших воздушных пробелов. Кольцо Грамма, однако, имеет сравнительно небольшой воздушный зазор, который повышает его эффективность. (В верхней иллюстрации большой кусок, похожий на обручи, представляет собой ламинированный постоянный магнит; кольцо грамма довольно сложно увидеть у основания обруча.)

Принцип работы

На этой иллюстрации показано упрощенное однополюсное кольцо грамма с одной катушкой и график тока, произведенного в качестве кольца, вращается одна революция. Хотя никакое фактическое устройство не использует эту точную конструкцию, эта диаграмма является строительным блоком, чтобы лучше понять следующие иллюстрации. ^{[ 5 ]}

Однополюсное кольцо с двумя катушками. Вторая катушка на противоположной стороне кольца подключена параллельно с первым. Поскольку нижняя катушка ориентирована на противоположность верхней катушке, но оба погружены в одно и то же магнитное поле, ток образует кольцо на терминалах кисти. ^{[ 5 ]}

Двухполюсное кольцо с четырьмя катушками. Катушки A и A 'Sum вместе, как и катушки B и B', производящие два импульса мощности на 90 ° из фазы друг с другом. Когда катушки A и A 'на максимальной выходе, катушки B и B' находятся на нулевом выходе. ^{[ 5 ]}

Трехполюсное, кольцо с шестью катушками и график из комбинированных трех полюсов, каждый из которых 120 ° из фазы от другой и суммирование вместе. ^{[ 5 ]}

Барабанные обмотки

В то время как кольцо грамма разрешило более устойчивую выходную мощность, оно страдало от неэффективности технической конструкции из -за того, как магнитные линии силы проходят через кольцевую арматуру. Полевые линии имеют тенденцию концентрироваться внутри и следовать поверхностному металлу кольца на другую сторону, причем относительно мало линий силы проникает в внутреннюю часть кольца.

Следовательно, внутренние обмотки каждой маленькой катушки минимально эффективны при производительности мощности, потому что они разрезают очень мало линий по сравнению с обмотками на внешней стороне кольца. Внутренние обмотки эффективно мертвые проволоки и только добавляют сопротивление цепи, снижая эффективность.

Первоначальные попытки вставить стационарную полевую катушку в центр кольца, чтобы помочь линии проникнуть в центр, оказались слишком сложными для инженера. Кроме того, если бы линии проникли в внутреннюю часть кольца, любая производимая ЭДС, выступила бы против ЭДС из внешней части кольца, потому что проволока внутри внутренней был ранен.

В конечном итоге было обнаружено, что было более эффективным, чтобы обернуть одну петлю проволоки через внешнюю часть кольца и просто не иметь никакой части прохода петли через интерьер. Это также снижает сложность строительства, так как одна большая обмотка, охватывающая ширину кольца, способна заменить две меньшие обмотки на противоположных сторонах кольца. Все современные арматуры используют этот внешний (барабанный) дизайн, хотя обмотки не распространяются полностью по диаметру; Они больше сродни аккордам круга, в геометрических терминах. Соседние обмотки перекрываются, как видно практически в любом современном моторном или генераторном роторе, который имеет коммутатор. Кроме того, обмотки помещаются в слоты с округлой формой (как видно из конца ротора). На поверхности ротора слоты имеют настолько ширину, насколько это необходимо, чтобы позволить изолированному проводу проходить через них при обмотке катушек.

В то время как полое кольцо теперь можно заменить твердым цилиндрическим ядром или барабаном , кольцо по -прежнему оказывается более эффективной конструкцией, потому что в твердом ядре линии поля концентрируются в области тонкой поверхности и минимально проникают в центр. Для очень большой якоря мощности диаметром несколько футов, использование пологоого кольцевой арматуры требует гораздо меньшего количества металлов и легче, чем борчатка с твердым ядром. Полый центр кольца также обеспечивает путь для вентиляции и охлаждения в приложениях с высокой мощностью.

В небольших арматурах часто используется сплошной барабан просто для простоты конструкции, так как ядро может быть легко сформировано из стопки штампованных металлических дисков, чтобы зафиксировать в слот на валу. ^{[ 13 ]}

Смотрите также

Ссылки

^ Томпсон, Сильванус П. (1888), Дино-электрическое оборудование: руководство для студентов электротехники . Лондон: E. & FN Spon. п. 140.
^ Финк, Дональд Г. и Х. Уэйн Битти (2007), Стандартное руководство для инженеров -электриков , пятнадцатое издание. МакГроу Хилл. Раздел 8, стр. 5. ISBN 978-07-144146-9 .
^ "Ипполит Фонтейн" , Британская онлайн . Encyclopædia Britannica, Inc. Получено 2010-01-11.
^ Хокинс, Неемия (1917). Руководство по электричеству Hawkins номер один, вопросы, ответы и иллюстрации: прогрессивный курс обучения для инженеров, электриков, студентов и тех, кто желает получить рабочие знания об электричестве и ее приложениях . Нью -Йорк: Тео. Audel & Co. p. 174, Рисунок 182.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Хокинс 1917 , с. 174–178.
^ Хокинс 1917 , с. 174, Рисунок 183.
^ Хокинс 1917 , с. 174, Рисунок 184.
^ Хокинс 1917 , с. 174, Рисунок 185.
^ Хокинс 1917 , с. 225, Рисунок 250.
^ Хокинс 1917 , с. 223, Рисунок 248.
^ Хокинс 1917 , с. 226, Рисунок 251.
^ Хокинс 1917 , с. 224, Рисунок 249.
^ Хокинс 1917 , с. 224–226.

Внешние ссылки

СМИ, связанные с Gramme Machine в Wikimedia Commons
Музей электричества: ранние моторы

[1] Томпсон, Сильванус П. (1888), Дино-электрическое оборудование: руководство для студентов электротехники . Лондон: E. & FN Spon. п. 140.

[2] Финк, Дональд Г. и Х. Уэйн Битти (2007), Стандартное руководство для инженеров -электриков , пятнадцатое издание. МакГроу Хилл. Раздел 8, стр. 5. ISBN 978-07-144146-9 .

[3] "Ипполит Фонтейн" , Британская онлайн . Encyclopædia Britannica, Inc. Получено 2010-01-11.

[4] Хокинс, Неемия (1917). Руководство по электричеству Hawkins номер один, вопросы, ответы и иллюстрации: прогрессивный курс обучения для инженеров, электриков, студентов и тех, кто желает получить рабочие знания об электричестве и ее приложениях . Нью -Йорк: Тео. Audel & Co. p. 174, Рисунок 182.

[Hawkins174-178-5] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Хокинс 1917 , с. 174–178.

[6] Хокинс 1917 , с. 174, Рисунок 183.

[7] Хокинс 1917 , с. 174, Рисунок 184.

[8] Хокинс 1917 , с. 174, Рисунок 185.

[9] Хокинс 1917 , с. 225, Рисунок 250.

[10] Хокинс 1917 , с. 223, Рисунок 248.

[11] Хокинс 1917 , с. 226, Рисунок 251.

[12] Хокинс 1917 , с. 224, Рисунок 249.

[Hawkins224-226-13] Хокинс 1917 , с. 224–226.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]