Бесколлекторный генератор постоянного тока

 

    Мечтой многих учёных и изобретателей, была и есть – мечта о создании бесколлекторной машины постоянного тока. Желание создать такой генератор вполне объяснимо, потому, что рабочие характеристики коллекторных машин – существенно лучше, чем у машин переменного тока, однако наличие узла в виде коллектора – ограничивает мощность и применение машин постоянного тока. Бесперспективность таких попыток привело к тому, что в некоторых учебниках по электродинамике и электротехнике, появились целые главы посвящённые теоретическому доказательству того, что невозможно построить бесколлекторную машину постоянного тока.

  Однако, всё же ради исторической справедливости следует заметить, что первый полноценный генератор постоянного тока былбесколлекторным! Первый рабочий генератор постоянного тока, совместно с техником Эрдлем Луи Шарлем д'Ивернуа, изобрёл и создал бельгийский электротехник Зеноб Теофил Грамм в 1869 году. Одним из важнейших преимуществ являлось то, что он применил кольцевой якорь, что позволило давать постоянный ток, практически неизменный по величине. Такой ток полностью отвечал тем требованиям, которые предъявлялись условиями самовозбуждения генератора. В противоположность этому в ранних конструкциях генераторов с самовозбуждением ток был резко пульсирующим. На рисунке представлена первая модель этого генератора (рис. 1). Как видно из рисунка в данном генераторе использовалась вращающаяся спираль замкнутая сама на себя, а для сбора электричества использовались скользящие токосъёмные щетки, т.е. этот генератор был – бесколлекторным!

Рис_1

Рис. 1

 

   Рассмотрим принцип работы этого генератора более подробно. Возьмём спираль в виде окружности изготовленную из медной проволоки и замкнутую саму на себя и расположим данную спираль между полюсами магнита (рис. 2). Представим себе мысленно всю эту спираль разделённой на две половины – правую и левую относительно воображаемой линии 1 3. Из рисунка видно, что во всех витках спирали, которые принадлежат одной половине, будут возбуждаться электродвижущие силы одного направления. А так как все витки соединены последовательно, то все эти отдельные электродвижущие силы будут складываться. На концах этой половины спирали, окажется разность потенциалов, которая будет равна сумме электродвижущих сил отдельных витков, причём положительный полюс будет находится в точке А.

Рис_2

Рис. 2

 

  Все витки правой стороны спирали оказываются под действием одинаково направленных электродвижущихся сил. Направление их противоположно направлению электродвижущих сил на левой половине спирали. Все электродвижущие силы правой половины также складываются в одну разность потенциалов между точками А и В, эта разность противоположна по знаку той, которая образовывается на левой половине спирали. Так как на обеих сторонах линии АВ всё происходит одинаково, то и величина двух разбираемых разностей потенциалов – одинакова.

  Общая разность потенциалов на концах витков правой (конечно, также и левой) половины остаётся, во время вращения колец постоянной по величине. И хотя, электродвижущая сила в отдельных витках всё время изменяется; но в то время, как она падает в витках, движущихся от положения 2 к положению 3, она в той же мере растёт в витках, движущихся от положения 1 к положению 2. Так что, сумма электродвижущих сил всех витков остаётся всегда постоянной.

  Таким образом, две половины нашей спирали мы можем считать за два отдельных источника электричества, постоянных по электродвижущей силе и соединенных друг с другом в точках А и В одинаковыми полюсами т.е. соединенных параллельно. Когда мы вращаем спираль, не замкнув точек А и В внешнем проводником, эти две электродвижущие силы уравновешивают друг друга, так как они направлены в противоположные стороны, но если мы свяжем общие точки (полюсы) А и В внешнем проводником, то тогда оба источника будут действовать как элементы, связанные параллельно, и каждый даст в проводник половину общего тока, при электродвижущей силе, которая постоянна по величине и равна разности потенциалов, развиваемой в каждой половине спирали. Остаётся в точках А и В расположить токосъёмные щётки, привести спираль во вращение и получить постоянный ток, практически неизменный по величине.

  Конечно электродвижущая сила развиваемая данным генератором, была довольно незначительной, по сравнению с современными коллекторными генераторами постоянного тока, и также в местах соприкосновения токосъёмных щёток со спиралью как и в коллекторных генераторах наблюдалось искрение.

  По происшествию почти 150 лет после изобретения генератора Грамма, о нём практически забыли. А ведь именно благодаря этому генератору был открыт принцип обратимости электрических машин и началось массовое применение электрогенераторов и электродвигателей в промышленности. Мало того, некоторые учёные пишут научные труды о невозможности создания бесколлекторного генератора постоянного тока и при этом готовы обвинить каждого в научном невежестве, кто считает по другому.

 

 

Историческая справка

 

  Зеноб Теофил Грамм – был не первым, кто изобрёл машину для превращения механической энергии в электрическую. Его заслуга в том, что он сумел практически осуществить свою идею и наладить массовое производство своих генераторов в промышленных масштабах.

  Первым же изобретателем генератора постоянного тока, с использованием принципа самовозбуждения был датский изобретатель – Сорен Хиорт. В 1852 году он представил научному обществу в Копенгагене описание и чертежи машины с самовозбуждением, а два года спустя взял английский патент на такую машину. Позже он усовершенствовал и построил свою электрическую машину. К глубочайшему сожалению, имя этого датского изобретателя, практически забыто и не упоминается в истории электротехники.

  Следует вспомнить ещё одного выдающегося учёного, итальянского профессора физики в университете Пизы – Антонио Пачинотти. В 1860 году, он построил для кабинета технологической физики Пизанского университета, модель изобретенной им электромагнитной машины. В своей электромагнитной машине, Антонио Пачинотти, первый применил кольцевой зубчатый якорь, что являлось огромным технологическим прорывом, однако сам Пачинотти был далёк от практической реализации изобретённого им генератора.

 

 

Эдуард Лисовик

25.05.2014.

Комментарии закрыты.