Грамм-машина
Машина Грамма , кольцо Грамма , магнето Грамма или динамо -машина Грамма — это электрический генератор постоянного тока , названный в честь его бельгийского изобретателя Зеноба Грамма и построенный либо как динамо -машина , либо как магнето . [1] Это был первый генератор, производивший электроэнергию в промышленных масштабах. Вдохновленный машиной, изобретенной Антонио Пачинотти в 1860 году, Грамм разработал новый индуктивный ротор в форме кольца, обернутого проволокой (кольцо Грамме ), и продемонстрировал этот аппарат Академии наук.в Париже в 1871 году. Хотя принцип обмотки Грамма был популярен в электрических машинах 19 века, он больше не используется, поскольку он неэффективно использует проводники. Часть обмотки внутри кольца не отсекает поток и не способствует преобразованию энергии в машине. Для обмотки требуется вдвое больше витков и вдвое больше коллекторных стержней, чем для эквивалентного якоря с барабанной обмоткой. [2]
В машине Грамма использовался кольцевой якорь с серией катушек якоря , намотанных вокруг вращающегося кольца из мягкого железа . Катушки соединены последовательно, а переход между каждой парой соединен с коммутатором , на котором работают две щетки. Постоянные магниты намагничивают кольцо из мягкого железа, создавая магнитное поле , которое вращается вокруг катушек по мере вращения якоря. Это индуцирует напряжение в двух катушках на противоположных сторонах якоря, которое снимается щетками.
Более ранние электромагнитные машины пропускали магнит рядом с полюсами одного или двух электромагнитов или вращались катушки, намотанные на двойной Т-образный якорь в статическом магнитном поле, создавая короткие всплески или импульсы постоянного тока, что приводило к переходному выходному сигналу с низкой средней мощностью, а не к постоянный выход высокой средней мощности.
При наличии более чем нескольких катушек на кольцевом якоре Грамма результирующая форма волны напряжения практически постоянна, что обеспечивает подачу тока, близкую к постоянному . Этому типу машины нужны только электромагниты , создающие магнитное поле, чтобы стать современным генератором .
Во время демонстрации на промышленной выставке в Вене в 1873 году Грамм случайно обнаружил, что это устройство, если его подключить к источнику постоянного напряжения , будет работать как электродвигатель . Партнер Грамма, Ипполит Фонтен , небрежно подключил клеммы машины Грамма к другой динамо-машине, производившей электричество, и ее вал начал вращаться. [3]Машина Грамма была первым мощным электродвигателем, который можно было использовать не только как игрушку или лабораторную диковинку. Сегодня некоторые элементы этой конструкции составляют основу почти всех электродвигателей постоянного тока. Использование Граммом нескольких контактов коммутатора с несколькими перекрывающимися катушками и его нововведение в использовании кольцевого якоря было усовершенствованием более ранних динамо -машин и помогло начать разработку крупномасштабных электрических устройств.
Более ранние конструкции электродвигателей были общеизвестно неэффективны, потому что они имели большие или очень большие воздушные зазоры на протяжении большей части вращения их роторов. Длинные воздушные зазоры создают слабые силы, что приводит к низкому крутящему моменту. Устройство под названием мотор Сент-Луиса(до сих пор доступны в научных магазинах), хотя и не предназначено для этого, ясно демонстрирует эту большую неэффективность и серьезно вводит студентов в заблуждение относительно того, как работают настоящие двигатели. Эти ранние неэффективные конструкции, по-видимому, были основаны на наблюдении за тем, как магниты притягивают ферромагнитные материалы (такие как железо и сталь) на некотором расстоянии. В 19 веке инженерам-электрикам потребовалось несколько десятилетий, чтобы понять важность малых воздушных зазоров. Однако кольцо Грамма имеет сравнительно небольшой воздушный зазор, что повышает его эффективность. (На верхнем рисунке большая часть, похожая на кольцо, представляет собой ламинированный постоянный магнит; кольцо Грамма довольно трудно увидеть в основании кольца.)
