უნიპოლარული გენერატორი არის პირდაპირი დენის ელექტრული მექანიზმი, რომელიც შეიცავს ელექტრული გამტარ დისკს ან ცილინდრს, რომელიც ბრუნავს სიბრტყეში. მას აქვს სხვადასხვა სიმძლავრის პოტენციალი დისკის ცენტრსა და რგოლს (ან ცილინდრის ბოლოებს) შორის ელექტრული პოლარობით, რაც დამოკიდებულია ბრუნვის მიმართულებაზე და ველის ორიენტაციაზე.
იგი ასევე ცნობილია როგორც ფარადეის ერთპოლარული ოსცილატორი. ძაბვა ჩვეულებრივ დაბალია, რამდენიმე ვოლტის რიგით მცირე საჩვენებელი მოდელების შემთხვევაში, მაგრამ დიდ კვლევით მანქანებს შეუძლიათ ასობით ვოლტის გამომუშავება და ზოგიერთ სისტემას აქვს მრავალი სერიის ოსცილატორები კიდევ უფრო მაღალი ძაბვისთვის. ისინი უჩვეულოა იმით, რომ მათ შეუძლიათ გამოიმუშაონ ელექტრული დენი, რომელსაც შეუძლია გადააჭარბოს მილიონ ამპერს, რადგან ცალპოლარულ გენერატორს სულაც არ აქვს მაღალი შიდა წინააღმდეგობა.
გამოგონების ამბავი
პირველი ჰომოპოლარული მექანიზმი შეიმუშავა მაიკლ ფარადეიმ მისი ექსპერიმენტების დროს 1831 წელს. მას ხშირად მოიხსენიებენ, როგორც ფარადეის დისკს ან მის შემდეგ ბორბალს. ეს იყო თანამედროვე დინამოს დასაწყისიმანქანები, ანუ ელექტრო გენერატორები, რომლებიც მუშაობენ მაგნიტურ ველზე. ის ძალიან არაეფექტური იყო და არ გამოიყენებოდა, როგორც ენერგიის პრაქტიკული წყარო, მაგრამ აჩვენა ელექტროენერგიის გენერირების შესაძლებლობა მაგნეტიზმის გამოყენებით და გზა გაუხსნა გადართვის DC დინამებს და შემდეგ ალტერნატორებს.
პირველი გენერატორის ნაკლოვანებები
ფარადეის დისკი უმთავრესად არაეფექტური იყო მომავალი დინების გამო. უნიპოლარული გენერატორის მუშაობის პრინციპი მხოლოდ მისი მაგალითით იქნება აღწერილი. მიუხედავად იმისა, რომ დენის დინება უშუალოდ მაგნიტის ქვეშ იყო გამოწვეული, დენი საპირისპირო მიმართულებით ცირკულირებდა. უკანა ნაკადი ზღუდავს მიმღები მავთულის გამომავალ სიმძლავრეს და იწვევს სპილენძის დისკის არასაჭირო გათბობას. მოგვიანებით ჰომოპოლარულ გენერატორებს შეეძლოთ ამ პრობლემის გადაჭრა დისკის პერიმეტრის გარშემო მოთავსებული მაგნიტების ნაკრებით, რათა შეენარჩუნებინათ მუდმივი ველი გარშემოწერილობის გარშემო და აღმოფხვრათ ის ადგილები, სადაც შეიძლება მოხდეს უკანა მოძრაობა.
შემდეგი განვითარება
მალევე, მას შემდეგ რაც ორიგინალური ფარადეის დისკი დისკრედიტირებული იქნა, როგორც პრაქტიკული გენერატორი, შემუშავდა მოდიფიცირებული ვერსია, რომელიც აერთიანებდა მაგნიტს და დისკს ერთ მბრუნავ ნაწილში (როტორში), მაგრამ ზემოქმედების ერთპოლარული გენერატორის იდეა იყო დაცული ამისთვის. კონფიგურაცია. ზოგადი უნიპოლარული მექანიზმების ერთ-ერთი ადრეული პატენტი მოიპოვა A. F. Delafield-მა, აშშ-ს პატენტი 278,516.
გამოჩენილი გონების კვლევა
სხვა ადრეული ზემოქმედების უნიპოლარული პატენტებიგენერატორები ცალკე დაჯილდოვდნენ S. Z. De Ferranti-სა და S. Batchelor-ზე. ნიკოლა ტესლა დაინტერესდა ფარადეის დისკით და მუშაობდა ჰომოპოლარულ მექანიზმებთან და საბოლოოდ დააპატენტა მოწყობილობის გაუმჯობესებული ვერსია აშშ-ს პატენტში 406,968.
ტესლას "დინამოს ელექტრო მანქანა" პატენტი (ტესლას უნიპოლარული გენერატორი) აღწერს ორი პარალელური დისკის განლაგებას ცალკეული პარალელური ლილვებით, რომლებიც დაკავშირებულია, როგორც საბურავები, ლითონის ქამრით. თითოეულ დისკს ჰქონდა მეორის საპირისპირო ველი, ასე რომ, დენის დინება გადადიოდა ერთი ლილვიდან დისკის კიდეზე, სარტყლის გავლით მეორე კიდეზე და მეორე ლილვისკენ. ეს მნიშვნელოვნად შეამცირებს ხახუნის დანაკარგებს, რომლებიც გამოწვეულია მოცურების კონტაქტებით, რაც საშუალებას მისცემს ორივე ელექტრო სენსორს ურთიერთქმედდეს ორი დისკის ლილვებთან და არა ლილვთან და მაღალი სიჩქარის რგოლთან.
მოგვიანებით პატენტები მიენიჭათ S. P. Steinmetz-ს და E. Thomson-ს მაღალი ძაბვის უნიპოლარული გენერატორების მუშაობისთვის. Forbes Dynamo, შექმნილი შოტლანდიელი ელექტრო ინჟინრის ჯორჯ ფორბსის მიერ, ფართოდ გამოიყენებოდა მე-20 საუკუნის დასაწყისში. ჰომოპოლარულ მექანიზმებში განხორციელებული განვითარების უმეტესობა დაპატენტებულია J. E. ნოეგერატი და რ. ეიკმეიერი.
50s
ჰომოპოლარული გენერატორებმა განიცადეს რენესანსი 1950-იან წლებში, როგორც იმპულსური ენერგიის შესანახი წყარო. ეს მოწყობილობები იყენებდნენ მძიმე დისკებს, როგორც მფრინავის ფორმას მექანიკური ენერგიის შესანახად, რომელიც შეიძლება სწრაფად ჩაეგდოთ ექსპერიმენტულ აპარატში.
ამ ტიპის მოწყობილობის ადრეული მაგალითი შექმნა სერ მარკ ოლიფანტმა კვლევით სკოლაშიფიზიკური მეცნიერებები და ინჟინერია ავსტრალიის ეროვნული უნივერსიტეტიდან. ის ინახავდა 500 მეგაჯოულამდე ენერგიას და გამოიყენებოდა როგორც ულტრა მაღალი დენის წყარო სინქროტრონის ექსპერიმენტებისთვის 1962 წლიდან 1986 წლამდე მისი დემონტაჟამდე. Oliphant-ის დიზაინს შეეძლო მიეწოდებინა დენები 2 მეგაამპერამდე (MA).
შემუშავებულია Parker Kinetic Designs-ის მიერ
ასეთი უფრო დიდი მოწყობილობებიც კი შექმნილია და აშენებულია ოსტინის Parker Kinetic Designs-ის (ყოფილი OIME Research & Development) მიერ. ისინი აწარმოებდნენ მოწყობილობებს სხვადასხვა მიზნებისთვის, დაწყებული სარკინიგზო პისტოლეტების მომარაგებიდან დაწყებული ხაზოვანი ძრავებით (კოსმოსური გაშვებისთვის) და იარაღის სხვადასხვა დიზაინით. დაინერგა 10 MJ სამრეწველო დიზაინი სხვადასხვა როლისთვის, ელექტრო შედუღების ჩათვლით.
ეს მოწყობილობები შედგებოდა გამტარი ბორბალისაგან, რომელთაგან ერთი ბრუნავდა მაგნიტურ ველში ერთი ელექტრული კონტაქტით ღერძთან ახლოს, მეორე კი პერიფერიასთან. ისინი გამოიყენებოდა დაბალი ძაბვის დროს ძალიან მაღალი დენების შესაქმნელად ისეთ სფეროებში, როგორიცაა შედუღება, ელექტროლიზი და რკინიგზის კვლევა. იმპულსური ენერგიის აპლიკაციებში, როტორის კუთხური იმპულსი გამოიყენება ენერგიის შესანახად დიდი ხნის განმავლობაში და შემდეგ გამოყოფს მას მოკლე დროში.
სხვა ტიპის კომუტირებული ერთპოლარული გენერატორებისგან განსხვავებით, გამომავალი ძაბვა არასოდეს ცვლის პოლარობას. მუხტების გამიჯვნა არის ლორენცის ძალის მოქმედების შედეგი დისკზე არსებულ თავისუფალ მუხტებზე. მოძრაობა აზიმუტალურია და ველი ღერძულია, ასე რომელექტრომოძრავი ძალა რადიალურია.
ელექტრული კონტაქტები, როგორც წესი, კეთდება "ფუნჯის" ან სრიალის რგოლის მეშვეობით, რაც იწვევს დიდ დანაკარგებს წარმოქმნილი დაბალი ძაბვის დროს. ამ დანაკარგების ნაწილი შეიძლება შემცირდეს ვერცხლისწყლის ან სხვა ადვილად თხევადი ლითონის ან შენადნობის (გალიუმის, NaK) გამოყენებით, როგორც „ფუნჯი“, რათა უზრუნველყოს თითქმის უწყვეტი ელექტრული კონტაქტი.
მოდიფიკაცია
ახლახან შემოთავაზებული მოდიფიკაცია იყო პლაზმური კონტაქტის გამოყენება, რომელიც აღჭურვილია ნეონის ნეონის ნაკადით, რომელიც ეხება დისკის ან ბარაბნის კიდეს, სპეციალიზებული დაბალი სამუშაო ფუნქციის ნახშირბადის გამოყენებით ვერტიკალურ ზოლებში. ეს ექნებოდა უპირატესობას ძალიან დაბალი წინააღმდეგობის დენის დიაპაზონში, შესაძლოა ათასობით ამპერამდე, თხევად ლითონთან კონტაქტის გარეშე.
თუ მაგნიტური ველი იქმნება მუდმივი მაგნიტით, გენერატორი მუშაობს იმისდა მიუხედავად, მაგნიტი მიმაგრებულია სტატორზე თუ ბრუნავს დისკთან ერთად. ელექტრონისა და ლორენცის ძალის კანონის აღმოჩენამდე ეს ფენომენი აუხსნელი იყო და ცნობილი იყო როგორც ფარადეის პარადოქსი.
დრამის ტიპი
ბარაბნის ტიპის ჰომოპოლარულ გენერატორს აქვს მაგნიტური ველი (V), რომელიც რადიალურად ასხივებს ბარაბნის ცენტრიდან და იწვევს ძაბვას (V) მთელ სიგრძეზე. გამტარ ბარაბანი, რომელიც ბრუნავს ზემოდან "დინამიკის" ტიპის მაგნიტის მიდამოში ერთი პოლუსი ცენტრში და მეორე გარშემორტყმული, შეუძლია გამოიყენოს გამტარ ბურთულიანი საკისრები მის ზედა ნაწილში დაქვედა ნაწილები გენერირებული დენის დასაჭერად.
ბუნებაში
ერთპოლარული ინდუქტორები გვხვდება ასტროფიზიკაში, სადაც გამტარი ბრუნავს მაგნიტურ ველში, მაგალითად, როდესაც კოსმოსური სხეულის იონოსფეროში მაღალი გამტარი პლაზმა მოძრაობს მის მაგნიტურ ველში.
ერთპოლარული ინდუქტორები დაკავშირებულია ურანის ავრორასთან, ბინარულ ვარსკვლავებთან, შავ ხვრელებთან, გალაქტიკებთან, იუპიტერის მთვარე იოსთან, მთვარესთან, მზის ქართან, მზის ლაქებთან და ვენერას მაგნიტურ კუდთან.
მექანიკის მახასიათებლები
როგორც ყველა ზემოაღნიშნული კოსმოსური ობიექტი, ფარადეის დისკი გარდაქმნის კინეტიკურ ენერგიას ელექტრო ენერგიად. ეს მანქანა შეიძლება გაანალიზდეს ფარადეის ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონის გამოყენებით.
ეს კანონი მისი თანამედროვე ფორმით ამბობს, რომ მაგნიტური ნაკადის მუდმივი წარმოებული დახურულ წრეში იწვევს მასში ელექტრომამოძრავებელ ძალას, რაც თავის მხრივ აღძრავს ელექტრულ დენს.
ზედაპირი ინტეგრალი, რომელიც განსაზღვრავს მაგნიტურ ნაკადს, შეიძლება გადაიწეროს როგორც წრფივი წრედის გარშემო. მიუხედავად იმისა, რომ წრფივი ინტეგრალის ინტეგრანტი არ არის დამოკიდებული დროზე, რადგან ფარადეის დისკი, რომელიც არის ხაზის ინტეგრალის საზღვრის ნაწილი, მოძრაობს, მთლიანი დროის წარმოებული არ არის ნული და აბრუნებს სწორ მნიშვნელობას ელექტროძრავის ძალის გამოსათვლელად. ალტერნატიულად, დისკი შეიძლება შემცირდეს გამტარ რგოლად მისი გარშემოწერილობის გარშემო ერთი ლითონის სპიკერით, რომელიც აკავშირებს რგოლს ღერძთან.
ლორენცის ძალის კანონის სანთებელაგამოიყენება აპარატის ქცევის ასახსნელად. ეს კანონი, რომელიც ჩამოყალიბებულია ფარადეის გარდაცვალებიდან ოცდაათი წლის შემდეგ, ამბობს, რომ ელექტრონზე ძალა პროპორციულია მისი სიჩქარისა და მაგნიტური ნაკადის ვექტორის ჯვარედინი პროდუქტის..
გეომეტრიული თვალსაზრისით, ეს ნიშნავს, რომ ძალა მიმართულია მართი კუთხით სიჩქარის (აზიმუტის) და მაგნიტური ნაკადის (ღერძული) მიმართ, რომელიც, შესაბამისად, რადიალური მიმართულებით არის. ელექტრონების რადიალური მოძრაობა დისკზე იწვევს მუხტების განცალკევებას მის ცენტრსა და რგოლს შორის და თუ წრე დასრულებულია, წარმოიქმნება ელექტრული დენი.
ელექტროძრავა
ერთპოლარული ძრავა არის DC მოწყობილობა ორი მაგნიტური პოლუსით, რომლის გამტარები ყოველთვის კვეთენ ცალმხრივი მაგნიტური ნაკადის ხაზებს, ატრიალებენ გამტარს ფიქსირებული ღერძის გარშემო ისე, რომ ის იყოს მართი კუთხით სტატიკური მაგნიტური ველის მიმართ. შედეგად მიღებული EMF (ელექტრომოძრავი ძალა), რომელიც უწყვეტია ერთი მიმართულებით, ჰომოპოლარული ძრავისთვის არ საჭიროებს კომუტატორს, მაგრამ მაინც მოითხოვს სრიალის რგოლებს. სახელწოდება „ჰომოპოლარული“მიუთითებს იმაზე, რომ გამტარის და მაგნიტური ველის პოლუსების ელექტრული პოლარობა არ იცვლება (ანუ ის არ საჭიროებს გადართვას).
ერთპოლარული ძრავა იყო პირველი ელექტროძრავა, რომელიც აშენდა. მისი მოქმედება აჩვენა მაიკლ ფარადეიმ 1821 წელს ლონდონის სამეფო ინსტიტუტში.
გამოგონება
1821 წელს, დანიელმა ფიზიკოსმა და ქიმიკოსმა ჰანს კრისტიან ოერსტედმა აღმოაჩინა.ელექტრომაგნიტიზმის ფენომენი, ჰამფრი დევი და ბრიტანელი მეცნიერი უილიამ ჰაიდ ვოლასტონი ცდილობდნენ, მაგრამ ვერ შეძლეს, შეექმნათ ელექტროძრავა. ფარადეიმ, რომელსაც ჰამფრი ხუმრობით ედავებოდა, განაგრძო ორი მოწყობილობის შექმნა, რათა შეექმნა ის, რასაც მან "ელექტრომაგნიტური ბრუნვა" უწოდა. ერთ-ერთი მათგანი, რომელიც ახლა ცნობილია როგორც ჰომოპოლარული დრაივი, ქმნიდა უწყვეტ წრიულ მოძრაობას. ეს გამოწვეული იყო ვერცხლისწყლის აუზში მოთავსებული მავთულის გარშემო წრიული მაგნიტური ძალით, რომელშიც მაგნიტი იყო მოთავსებული. მავთული ბრუნავს მაგნიტის გარშემო, თუ ის იკვებება ქიმიური ბატარეით.
ამ ექსპერიმენტებმა და გამოგონებებმა საფუძველი ჩაუყარა თანამედროვე ელექტრომაგნიტურ ტექნოლოგიებს. მალე ფარადეიმ გამოაქვეყნა შედეგები. ამან დაიძაბა ურთიერთობა დევისთან მისი ეჭვიანობის გამო ფარადეის მიღწევებზე და აიძულა ეს უკანასკნელი სხვა საკითხებზე გადასულიყო, რამაც ხელი შეუშალა მას ელექტრომაგნიტურ კვლევებში რამდენიმე წლის განმავლობაში მონაწილეობის მიღებაში.
B. გ.ლამმა 1912 წელს აღწერა ჰომოპოლარული მანქანა 2000 კვტ, 260 ვ, 7700 A და 1200 ბრ/წთ სიმძლავრის 16 სრიალის რგოლებით, რომლებიც მუშაობენ პერიფერიული სიჩქარით 67 მ/წმ. 1934 წელს აშენებული 1125 კვტ, 7,5 ვ, 150,000 A, 514 ბრუნი წუთში ერთპოლარული გენერატორი დამონტაჟდა ამერიკულ ფოლადის ქარხანაში მილების შესადუღებლად.
იგივე ლორენცის კანონი
ამ ძრავის მუშაობა მსგავსია შოკის ერთპოლარული გენერატორის მუშაობისას. ერთპოლარული ძრავა ამოძრავებს ლორენცის ძალით. მასში გამავალი დენის გამტარი, როდესაც მოთავსებულია მაგნიტურ ველში და მასზე პერპენდიკულარულად, გრძნობს ძალასმიმართულება პერპენდიკულარულია როგორც მაგნიტური ველისა და დენის მიმართ. ეს ძალა უზრუნველყოფს ბრუნვის მომენტს ბრუნვის ღერძის გარშემო.
რადგან ეს უკანასკნელი მაგნიტური ველის პარალელურია და მოპირდაპირე მაგნიტური ველები არ ცვლის პოლარობას, გადართვა არ არის საჭირო გამტარის ბრუნვის გასაგრძელებლად. ეს სიმარტივე ყველაზე ადვილად მიიღწევა ერთი შემობრუნების დიზაინით, რაც ჰომოპოლარულ ძრავებს უვარგისს ხდის უმეტეს პრაქტიკულ გამოყენებაში.
ისევე როგორც ელექტრომექანიკური მანქანების უმეტესობა (როგორც ნეგერათის ერთპოლარული გენერატორი), ჰომოპოლარული ძრავა შექცევადია: თუ გამტარი მექანიკურად შემობრუნდება, ის იმუშავებს ჰომოპოლარული გენერატორის სახით და ქმნის მუდმივ ძაბვას დირიჟორის ორ ტერმინალს შორის.
მუდმივი დენი დიზაინის ჰომოპოლარული ბუნების შედეგია. ჰომოპოლარული გენერატორები (HPG) ფართოდ იქნა გამოკვლეული მე-20 საუკუნის ბოლოს, როგორც დაბალი ძაბვის, მაგრამ ძალიან მაღალი დენის პირდაპირი დენის წყაროები და მიაღწიეს გარკვეულ წარმატებებს ექსპერიმენტული სარკინიგზო იარაღის მომარაგებაში.
შენობა
ერთპოლარული გენერატორის საკუთარი ხელით დამზადება საკმაოდ მარტივია. უნიპოლარული ძრავის აწყობა ასევე ძალიან მარტივია. მუდმივი მაგნიტი გამოიყენება გარე მაგნიტური ველის შესაქმნელად, რომელშიც გამტარი ბრუნავს და ბატარეა იწვევს დენის გადინებას გამტარ მავთულის გასწვრივ.
არ არის აუცილებელი მაგნიტის გადაადგილება ან თუნდაც შეხება ძრავის დანარჩენ ნაწილთან; მისი ერთადერთი მიზანია შექმნას მაგნიტური ველიურთიერთქმედება მსგავს ველთან, რომელიც გამოწვეულია მავთულის დენით. შესაძლებელია ბატარეაზე მაგნიტის მიმაგრება და ელექტრული წრედის დასრულებისას გამტარს თავისუფლად ბრუნვის საშუალება მიეცეს, რაც შეეხება როგორც ბატარეის ზედა ნაწილს, ასევე ბატარეის ძირზე მიმაგრებულ მაგნიტს. მავთული და ბატარეა შეიძლება გაცხელდეს უწყვეტი გამოყენებისას.
