Gramofon - Gramme machine

Gramme stroj nebo Gramme magneto.

A Gramofon, Gramme prsten, Gramme magnetonebo Gramové dynamo je elektrický generátor který produkuje stejnosměrný proud, pojmenovaný pro svého belgického vynálezce, Zénobe Gramme, a byl postaven buď jako dynamo nebo a magneto.[1] Byl to první generátor, který vyráběl energii v komerčním měřítku pro průmysl. Inspirováno strojem, který vynalezl Antonio Pacinotti v roce 1860 byla společnost Gramme vývojářem nového indukovaného rotoru ve formě kroužku obaleného drátem (Gramme prsten) a předvedl tento přístroj na Akademie věd v Paříž v roce 1871. Ačkoli je to u elektrických strojů v 19. století populární, princip navíjení Gramme se již nepoužívá, protože neefektivně využívá vodiče. Část vinutí na vnitřní straně prstence nereže žádný tok a nepřispívá k přeměně energie ve stroji. Vinutí vyžaduje dvojnásobný počet závitů a dvojnásobný počet komutátorových tyčí jako ekvivalentní armatura vinutá bubnem.[2]

Popis

Gramofon

Stroj Gramme používal prstencovou armaturu se sérií armatura cívky, navinutý kolem otočného prstence měkkého žehlička. Cívky jsou zapojeny do série a spojení mezi každou dvojicí je spojeno s a komutátor na kterém běží dva kartáče. Trvalý magnety magnetizujte prsten z měkkého železa a vytvořte a magnetické pole který se otáčí kolem cívek v pořadí, jak se kotva otáčí. To vyvolává a Napětí ve dvou z cívek na opačných stranách kotvy, která je zachycena kartáči.

Dříve elektromagnetické stroje procházely magnetem poblíž pólů jednoho nebo dvou elektromagnetů nebo otáčely cívky dvojité T-armatury uvnitř statického magnetického pole, vytváření krátkých hrotů nebo pulzů DC, které vedou spíše k přechodnému výstupu s nízkým průměrným výkonem než ke stálému výstupu s vysokým průměrným výkonem.

S více než několika cívkami na prstencové armatuře Gramme je výsledný průběh napětí prakticky konstantní, což vytváří blízko stejnosměrný proud zásobování. Tento typ stroje potřebuje pouze elektromagnety produkující magnetické pole, aby se stal moderním generátor.

Vynález moderního elektrického motoru

Během demonstrace na průmyslové výstavě v Vídeň v roce 1873 Gramme náhodou zjistil, že pokud je toto zařízení dodáváno sNapětí napájení, bude fungovat jako elektrický motor. Grammův partner, Hippolyte Fontaine, nedbale připojil terminály stroje Gramme k jinému dynamu, které vyrábělo elektřinu, a jeho hřídel se začal točit.[3] Stroj Gramme byl prvním výkonným elektrickým motorem, který byl užitečný jako hračka nebo laboratorní zvědavost. Některé prvky tohoto designu dnes tvoří základ téměř všech stejnosměrných elektromotorů. Grammovo použití více kontaktů komutátoru s více překrývajícími se cívkami a jeho inovace v používání prstencové armatury byla vylepšením dřívějších dynama a pomohl zahájit vývoj velkých elektrických zařízení.

Dřívější konstrukce elektrických motorů byly notoricky neúčinné, protože po většinu otáčení rotorů měly velké nebo velmi velké vzduchové mezery. Dlouhé vzduchové mezery vytvářejí slabé síly, což vede k nízkému točivému momentu. Zařízení zvané Motor St. Louis (stále k dispozici od vědeckých dodavatelů), i když to není zamýšleno, jasně ukazuje tuto velkou neúčinnost a vážně zavádí studenty o tom, jak fungují skutečné motory. Tyto rané neefektivní návrhy byly zjevně založeny na pozorování toho, jak magnety přitahovaly feromagnetické materiály (například železo a ocel) z určité vzdálenosti. Trvalo několik desetiletí v 19. století, než se elektrotechnici naučili důležitost malých vzduchových mezer. Gramme prsten má však poměrně malou vzduchovou mezeru, což zvyšuje jeho účinnost. (Na horním obrázku je velkým obručovým kusem laminovaný permanentní magnet; na základně obruče je Grammeho prsten poměrně špatně vidět.)

Princip činnosti

Jednopólový Gramme prsten s jednou cívkou.[4]

Tento obrázek ukazuje zjednodušený jednopólový jedno-cívkový Grammův prsten a graf proudu produkovaného jako prsten točí jednu otáčku. I když žádné skutečné zařízení nepoužívá tento přesný design, je tento diagram stavebním kamenem pro lepší pochopení dalších ilustrací.[5]

Jednopólový, dvou vinutý Gramme prsten.[6]

Jednopólový, dvou vinutý Grammův prsten. Druhá cívka na opačné straně prstence je zapojena paralelní s první. Protože spodní cívka je orientována naproti horní cívce, ale obě jsou ponořeny do stejného magnetického pole, tvoří proud prstenec přes svorky kartáče.[5]

Dvoupólový čtyřválcový prsten Gramme.[7]

Dvoupólový čtyřválcový prsten Gramme. Cívky A a A 'sečtou dohromady, stejně jako cívky B a B' a produkují dva pulsy výkonu 90 ° z fáze jeden s druhým. Když jsou cívky A a A 'na maximálním výkonu, cívky B a B' jsou na nulovém výstupu.[5]

Třípólový Grammův prsten se šesti cívkami.[8]

Třípólový Grammův prsten se šesti cívkami a graf kombinovaných tří pólů, každý o 120 ° mimo fázi od druhého a sčítající dohromady.[5]

Vinutí bubnu

Schéma magnetických čar procházejících Grammovým prstencem, ukazujících velmi málo magnetických siločárek procházejících středovou mezerou.[9]

Zatímco Grammův prsten umožňoval stabilnější výkon, trpěl neefektivností technického designu kvůli tomu, jak magnetické silové linie procházejí prstencovou kotvou. Polní čáry mají tendenci se soustředit uvnitř a sledovat povrchový kov prstence na druhou stranu, přičemž do vnitřku prstence proniká relativně málo linií síly.

Raná forma armatury prstenu Gramme s cívkami pronikajícími dovnitř prstenu.[10]

V důsledku toho jsou vnitřní vinutí každé malé cívky minimálně účinná při výrobě energie, protože ve srovnání s vinutími na vnější straně prstence prořezávají velmi málo linií síly. Vnitřní vinutí jsou efektivní mrtvý drát a pouze zvyšují odpor obvodu a snižují účinnost.

Počáteční pokusy o vložení stacionární polní cívky do středu prstence, aby se pomohlo liniím proniknout do středu, se ukázaly jako příliš složité na to, aby byly konstruovány. Dále, pokud čáry pronikly dovnitř prstenu kdykoli ráno produkoval by se postavil proti e.m.f. z vnějšku prstence, protože drát zevnitř byl orientován v opačném směru, než ten na vnější straně, který se při navíjení otočil o 180 stupňů.

Příklad jediného vinutí kolem vnějšku jádra bubnu bez průniku drátů do vnitřku.[11]

Nakonec se ukázalo, že je efektivnější zabalit jednu smyčku drátu přes vnějšek prstenu a jednoduše nemít žádnou část smyčky projít vnitřkem. To také snižuje konstrukční složitost, protože jedno velké vinutí, které se rozprostírá po šířce prstence, je schopno nahradit dvě menší vinutí na opačných stranách prstence. Všechny moderní armatury používají tento externě zabalený design (buben), ačkoli vinutí se neroztahují úplně přes průměr; jsou více podobné geometrickým akordům kruhu. Sousední vinutí se překrývají, jak je vidět na téměř každém moderním rotoru motoru nebo generátoru, který má komutátor. Kromě toho jsou vinutí umístěna do štěrbin se zaobleným tvarem (při pohledu z konce rotoru). Na povrchu rotoru jsou štěrbiny jen tak široké, jak je potřeba, aby umožnil průchod izolovaného drátu při navíjení cívek.

Moderní design prstenu Gramme, ovinutý pouze kolem zevnějšku jádra.[12]

Zatímco dutý kroužek by nyní mohl být nahrazen pevným válcovým jádrem nebo buben, prsten se stále ukazuje jako efektivnější konstrukce, protože v pevném jádru se siločáry koncentrují v oblasti tenkého povrchu a minimálně pronikají středem. U velmi velké kotvy na výrobu energie o průměru několika stop vyžaduje použití kotvy s dutým prstencem mnohem méně kovu a je lehčí než kotva s plným jádrem bubnu. Dutý střed prstence také poskytuje cestu pro ventilaci a chlazení ve vysoce výkonných aplikacích.

V malých armaturách se pevný buben často používá jednoduše pro snadnou konstrukci, protože jádro může být snadno vytvořeno ze stohu lisovaných kovových disků, které jsou zaklíněny tak, aby zapadly do štěrbiny na hřídeli.[13]

Viz také

Reference

  1. ^ Thomspon, Sylvanus P. (1888), Dynamoelektrické stroje: příručka pro studenty elektrotechniky. Londýn: E. & F.N. Spon. str. 140.
  2. ^ Fink, Donald G. a H. Wayne Beaty (2007), Standardní příručka pro elektrotechniky, Patnácté vydání. McGraw Hill. Část 8, strana 5. ISBN  978-0-07-144146-9.
  3. ^ „Hippolyte Fontaine“, Britannica Online. Encyklopedie Britannica, Inc. Citováno 2010-01-11.
  4. ^ Hawkins, Nehemiah (1917). Hawkins Electric Guide Number One, Questions, Answerns & Ilustrations: Progresivní studijní program pro inženýry, elektrikáře, studenty a ty, kteří si přejí získat pracovní znalosti o elektřině a jejích aplikacích. New York: Theo. Audel & Co. p. 174, obrázek 182.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  5. ^ A b C d Hawkins 1917, str. 174–178.
  6. ^ Hawkins 1917, str. 174, obrázek 183.
  7. ^ Hawkins 1917, str. 174, obrázek 184.
  8. ^ Hawkins 1917, str. 174, obrázek 185.
  9. ^ Hawkins 1917, str. 225, obrázek 250.
  10. ^ Hawkins 1917, str. 223, obrázek 248.
  11. ^ Hawkins 1917, str. 226, obrázek 251.
  12. ^ Hawkins 1917, str. 224, obrázek 249.
  13. ^ Hawkins 1917, str. 224–226.

externí odkazy