Birqütblü generator müstəvidə fırlanan elektrik keçirici disk və ya silindrdən ibarət birbaşa cərəyan elektrik mexanizmidir. O, fırlanma istiqamətindən və sahənin oriyentasiyasından asılı olan elektrik qütblü diskin mərkəzi ilə halqası (və ya silindrin ucları) arasında müxtəlif güc potensialına malikdir.
Birqütblü Faraday osilatoru kimi də tanınır. Kiçik nümayiş modellərində gərginlik adətən aşağı olur, lakin böyük tədqiqat maşınları yüzlərlə volt yarada bilər və bəzi sistemlərdə daha yüksək gərginliklər üçün çoxlu seriyalı osilatorlar var. Birqütblü generator mütləq yüksək daxili müqavimətə malik olmadığı üçün milyon amperi keçən elektrik cərəyanı yarada bilmələri ilə qeyri-adidir.
İxtira Hekayəsi
İlk homopolyar mexanizm 1831-ci ildə təcrübələri zamanı Maykl Faraday tərəfindən hazırlanmışdır. Tez-tez ondan sonra Faraday diski və ya çarx kimi istinad edilir. Bu, müasir dinamoların başlanğıcı idimaşınlar, yəni maqnit sahəsində işləyən elektrik generatorları. O, çox səmərəsiz idi və praktiki enerji mənbəyi kimi istifadə edilmirdi, lakin maqnitdən istifadə edərək elektrik enerjisi istehsal etmək imkanını göstərdi və kommutasiya olunan DC dinamolarına, sonra isə alternatorlara yol açdı.
İlk generatorun çatışmazlıqları
Faraday diski qarşıdan gələn cərəyan axınlarına görə ilk növbədə səmərəsiz idi. Birqütblü generatorun işləmə prinsipi yalnız onun nümunəsi ilə təsvir ediləcəkdir. Cari axını birbaşa maqnitin altında induksiya edilərkən, cərəyan əks istiqamətdə dövr etdi. Geri axın qəbuledici naqillər üçün çıxış gücünü məhdudlaşdırır və mis diskin lazımsız istiləşməsinə səbəb olur. Daha sonra homopolyar generatorlar çevrə ətrafında sabit sahəni saxlamaq və əks axının baş verə biləcəyi sahələri aradan qaldırmaq üçün diskin perimetri ətrafında yerləşdirilən bir sıra maqnitlər dəsti ilə bu problemi həll edə bildi.
Əlavə inkişaflar
Orijinal Faraday diski praktiki generator kimi nüfuzdan salındıqdan qısa müddət sonra, maqnit və diski bir fırlanan hissədə (rotorda) birləşdirən dəyişdirilmiş versiya hazırlanmışdır, lakin təsirli birqütblü generator ideyası bunun üçün qorunurdu. konfiqurasiya. Ümumi birqütblü mexanizmlər üçün ən erkən patentlərdən biri A. F. Delafield, ABŞ Patenti 278,516 tərəfindən əldə edilmişdir.
Görkəmli ağılların tədqiqi
Digər erkən təsirli birqütblü patentlərgeneratorlar ayrı-ayrılıqda S. Z. De Ferranti və S. Batçelora verildi. Nikola Tesla Faraday diski ilə maraqlanırdı və homopolyar mexanizmlərlə işləyirdi və nəticədə ABŞ Patenti 406,968-də cihazın təkmilləşdirilmiş versiyasını patentləşdirdi.
Teslanın "Dinamo Elektrik Maşını" patenti (Teslanın birqütblü generatoru) metal kəmərlə kasnaklar kimi birləşdirilmiş ayrı-ayrı paralel valları olan iki paralel diskin təşkilini təsvir edir. Hər bir diskin digərinə qarşı bir sahəsi var idi ki, cərəyan axını bir mildən diskin kənarına, kəmər vasitəsilə digər kənarına və ikinci şafta keçdi. Bu, sürüşmə kontaktlarının yaratdığı sürtünmə itkilərini əhəmiyyətli dərəcədə azaldacaq və hər iki elektrik sensorunun mil və yüksək sürətli halqa ilə deyil, iki diskin valları ilə qarşılıqlı əlaqədə olmasına imkan verəcəkdir.
Daha sonra patentlər yüksək gərginlikli birqütblü generatorlar üzərində işlərinə görə S. P. Steinmetz və E. Tomsona verildi. Şotland elektrik mühəndisi Corc Forbes tərəfindən hazırlanmış Forbes Dinamo 20-ci əsrin əvvəllərində geniş istifadə olunurdu. Homopolyar mexanizmlərdə edilən inkişafların əksəriyyəti J. E. Noeggerath və R. Eickemeyer.
50s
Homopolyar generatorlar 1950-ci illərdə impulslu enerji saxlama mənbəyi kimi intibah dövrünü yaşadılar. Bu cihazlar tez bir zamanda eksperimental aparata atılan mexaniki enerjini saxlamaq üçün ağır disklərdən volan forması kimi istifadə edirdi.
Bu cür cihazın ilk nümunəsi Tədqiqat Məktəbində Ser Mark Oliphant tərəfindən yaradılmışdır. Avstraliya Milli Universitetindən Fizika Elmləri və Mühəndislik. O, 500 meqajoula qədər enerji saxladı və 1962-ci ildən 1986-cı ildə sökülənədək sinxrotron təcrübələri üçün ultra yüksək cərəyan mənbəyi kimi istifadə edildi. Oliphantın dizaynı 2 meqaamperə (MA) qədər cərəyan ötürə bilirdi.
Parker Kinetic Designs tərəfindən hazırlanıb
Bu kimi daha böyük cihazlar Austin'in Parker Kinetic Designs (əvvəllər OIME Araşdırma və İnkişafı) tərəfindən layihələndirilib və tikilib. Onlar dəmir yolu tapançalarını gücləndirməkdən tutmuş xətti mühərriklərə (kosmosa buraxılışlar üçün) və müxtəlif silah dizaynlarına qədər müxtəlif məqsədlər üçün cihazlar istehsal edirdilər. Elektrik qaynağı da daxil olmaqla müxtəlif vəzifələr üçün 10 MJ sənaye nümunəsi təqdim edilib.
Bu cihazlar, biri oxa yaxın, digəri isə periferiyaya yaxın olan bir maqnit sahəsində fırlanan keçirici volandan ibarət idi. Onlar qaynaq, elektroliz və relsli silah tədqiqatları kimi sahələrdə aşağı gərginliklərdə çox yüksək cərəyanlar yaratmaq üçün istifadə edilmişdir. İmpuls enerji tətbiqlərində rotorun bucaq momenti enerjini uzun müddət saxlamaq və sonra onu qısa müddətdə buraxmaq üçün istifadə olunur.
Digər növ kommutasiya edilmiş birqütblü generatorlardan fərqli olaraq, çıxış gərginliyi heç vaxt polariteyi tərsinə çevirmir. Yüklərin ayrılması Lorentz qüvvəsinin diskdəki sərbəst yüklərə təsirinin nəticəsidir. Hərəkət azimutal, sahə isə ekseneldirelektromotor qüvvə radialdır.
Elektrik kontaktları adətən "fırça" və ya sürüşmə halqası vasitəsilə edilir, nəticədə yaranan aşağı gərginliklərdə yüksək itkilər olur. Bu itkilərin bəziləri, demək olar ki, davamlı elektrik təması təmin etmək üçün "fırça" kimi civə və ya digər asanlıqla mayeləşdirilmiş metal və ya ərintidən (qallium, NaK) istifadə etməklə azaldıla bilər.
Modifikasiya
Bu yaxınlarda təklif edilən modifikasiya şaquli zolaqlarda xüsusi aşağı iş funksiyalı karbondan istifadə edərək diskin və ya barabanın kənarına toxunan mənfi müqavimətli neon streç ilə təchiz edilmiş plazma kontaktından istifadə etməkdir. Bunun, maye metal ilə təmas etmədən, cari diapazonda, bəlkə də minlərlə amperə qədər çox aşağı müqavimətin üstünlüyü olacaq.
Maqnit sahəsi daimi maqnit tərəfindən yaradılırsa, generator maqnitin statora qoşulmasından və ya disklə birlikdə fırlanmasından asılı olmayaraq işləyir. Elektronun və Lorentsin güc qanununun kəşfindən əvvəl bu fenomen izaholunmaz idi və Faradeyin paradoksu kimi tanınırdı.
Baraban Növü
Baraban tipli homopolyar generatorda tamburun mərkəzindən radial olaraq yayılan və bütün uzunluğu boyunca gərginlik (V) yaradan maqnit sahəsi (V) var. Bir qütbü mərkəzdə, digəri isə onu əhatə edən “dinamik” tipli maqnit bölgəsində yuxarıdan fırlanan keçirici barabanın yuxarı hissəsində keçirici bilyalı rulmanlardan istifadə edə bilər.yaranan cərəyanı tutmaq üçün aşağı hissələr.
Təbiətdə
Birqütblü induktorlara astrofizikada rast gəlinir, burada keçirici maqnit sahəsində fırlanır, məsələn, kosmik cismin ionosferindəki yüksək keçirici plazma onun maqnit sahəsindən keçərkən.
Birqütblü induktorlar Uran avrorası, ikili ulduzlar, qara dəliklər, qalaktikalar, Yupiterin peyki İo, Ay, günəş küləyi, günəş ləkələri və Veneranın maqnit quyruğu ilə əlaqələndirilmişdir.
Mexanizm xüsusiyyətləri
Yuxarıda qeyd olunan bütün kosmik obyektlər kimi Faraday diski də kinetik enerjini elektrik enerjisinə çevirir. Bu maşın Faradeyin öz elektromaqnit induksiya qanunundan istifadə etməklə təhlil edilə bilər.
Müasir formada bu qanun bildirir ki, qapalı dövrədən keçən maqnit axınının daimi törəməsi onda elektromotor qüvvə yaradır və bu da öz növbəsində elektrik cərəyanını həyəcanlandırır.
Maqnit axınını təyin edən səth inteqralı dövrə ətrafında xətti olaraq yenidən yazıla bilər. Xətt inteqralının inteqranı zamandan asılı olmasa da, xətt inteqralının sərhədinin bir hissəsi olan Faraday diski hərəkət etdiyi üçün ümumi zamanın törəməsi sıfıra bərabər deyil və elektrohərəkətçi qüvvənin hesablanması üçün düzgün dəyəri qaytarır. Alternativ olaraq, diski oxa birləşdirən tək metal dişli ilə öz ətrafı ətrafında keçirici halqaya endirilə bilər.
Lorentz güc qanunu alışqanmaşının davranışını izah etmək üçün istifadə edilə bilər. Faradeyin ölümündən otuz il sonra tərtib edilmiş bu qanunda deyilir ki, elektrona təsir edən qüvvə onun sürəti ilə maqnit axını vektorunun çarpaz hasilinə mütənasibdir.
Həndəsi terminlərlə desək, bu o deməkdir ki, qüvvə həm sürətə (azimut), həm də maqnit axınına (oxlu) doğru bucaq altında yönəldilir, bu səbəbdən radial istiqamətdədir. Diskdəki elektronların radial hərəkəti onun mərkəzi ilə kənarı arasında yüklərin ayrılmasına səbəb olur və dövrə tamamlanarsa, elektrik cərəyanı yaranır.
Elektrik mühərriki
Birqütblü mühərrik iki maqnit qütblü DC cihazıdır, onların keçiriciləri həmişə biristiqamətli maqnit axını xətlərini kəsərək, dirijoru statik maqnit sahəsinə düzgün bucaq altında olması üçün sabit ox ətrafında fırladır. Homopolyar mühərrikə bir istiqamətdə davamlı olan EMF (elektromotor qüvvə) kommutator tələb etmir, lakin yenə də sürüşmə halqaları tələb edir. "Homopolar" adı keçiricinin elektrik polaritesinin və maqnit sahəsinin qütblərinin dəyişmədiyini (yəni keçid tələb etmədiyini) göstərir.
Birqütblü mühərrik qurulan ilk elektrik mühərriki idi. Onun hərəkəti 1821-ci ildə Londondakı Kral İnstitutunda Michael Faraday tərəfindən nümayiş etdirilib.
İxtira
1821-ci ildə Danimarkalı fizik və kimyaçı Hans Kristian Oersted kəşf etdikdən qısa müddət sonraelektromaqnetizm fenomeni, Humphry Davy və İngilis alimi William Hyde Wollaston elektrik mühərriki yaratmağa çalışdılar, lakin uğursuz oldular. Humphrey tərəfindən bir zarafat kimi mübahisə edilən Faraday, "elektromaqnit fırlanma" adlandırdığı şeyi yaratmaq üçün iki cihaz yaratmağa davam etdi. Onlardan biri, indi homopolyar sürücü kimi tanınan, davamlı dairəvi hərəkət yaratdı. Bu, maqnitin yerləşdiyi civə hovuzuna yerləşdirilmiş naqil ətrafında dairəvi maqnit qüvvəsi nəticəsində yaranmışdır. Kimyəvi akkumulyatordan qidalansaydı, məftil maqnit ətrafında fırlanırdı.
Bu təcrübələr və ixtiralar müasir elektromaqnit texnologiyalarının əsasını təşkil etmişdir. Tezliklə Faraday nəticələri dərc etdi. Bu, Faradeyin nailiyyətlərinə qısqanclıqla yanaşdığı üçün Davy ilə münasibətləri gərginləşdirdi və sonuncunun başqa şeylərə üz tutmasına səbəb oldu, nəticədə onun bir neçə il elektromaqnit tədqiqatlarında iştirakına mane oldu.
B. G. Lamm 1912-ci ildə 67 m/s periferik sürətlə işləyən 16 sürüşmə halqası olan 2000 kVt, 260 V, 7700 A və 1200 rpm gücündə homopolyar maşın təsvir etmişdir. 1934-cü ildə tikilmiş 1125 kVt, 7,5 V, 150,000A, 514 dövr/dəq birqütblü generator boru qaynağı üçün Amerika polad dəyirmanında quraşdırılıb.
Eyni Lorentz qanunu
Bu mühərrikin işi təkqütblü şok generatorunun işinə bənzəyir. Birqütblü mühərrik Lorentz qüvvəsi ilə idarə olunur. Maqnit sahəsinə yerləşdirilən və ona perpendikulyar olan cərəyanı olan keçirici bir qüvvə hiss edir.həm maqnit sahəsinə, həm də cərəyana perpendikulyar istiqamət. Bu qüvvə fırlanma oxu ətrafında dönüş anı təmin edir.
Sonuncu maqnit sahəsinə paralel olduğundan və əks maqnit sahələri polariteyi dəyişmədiyi üçün keçiricinin fırlanmasına davam etmək üçün keçid tələb olunmur. Bu sadəliyə birdəfəlik konstruksiyalarla asanlıqla nail olunur və homopolyar mühərrikləri əksər praktik tətbiqlər üçün yararsız edir.
Əksər elektromexaniki maşınlar kimi (Neggerath'ın birqütblü generatoru kimi) homopolyar mühərrik də geri çevrilə bilir: keçirici mexaniki olaraq çevrilərsə, o, homopolyar generator kimi işləyərək keçiricinin iki terminalı arasında DC gərginliyi yaradacaq.
Daimi cərəyan dizaynın homopolyar təbiətinin nəticəsidir. Homopolar generatorlar (HPGs) 20-ci əsrin sonlarında aşağı gərginlikli, lakin çox yüksək cərəyanlı birbaşa cərəyan mənbələri kimi geniş şəkildə tədqiq edildi və eksperimental relsli silahları gücləndirməkdə müəyyən uğur qazandılar.
Bina
Öz əlinizlə birqütblü generator hazırlamaq olduqca sadədir. Birqütblü mühərriki yığmaq da çox asandır. Daimi maqnit keçiricinin fırlanacağı xarici maqnit sahəsi yaratmaq üçün istifadə edilir və batareya keçirici naqil boyunca cərəyanın axmasına səbəb olur.
Maqnitin hərəkət etməsi və hətta mühərrikin qalan hissəsi ilə təmasda olması lazım deyil; onun yeganə məqsədi maqnit sahəsi yaratmaqdırteldə cərəyanla induksiya olunan oxşar sahə ilə qarşılıqlı əlaqə. Batareyaya bir maqnit əlavə etmək və elektrik dövrəsi tamamlandıqda, həm batareyanın yuxarı hissəsinə, həm də batareyanın altına əlavə edilmiş maqnitə toxunaraq keçiricinin sərbəst dönməsinə icazə vermək mümkündür. Davamlı istifadə zamanı naqil və batareya isti ola bilər.
