Униполярный генератор
Униполярный генератор представляет собой электрический генератор постоянного тока, состоящий из электропроводящего диска или цилиндра, вращающегося в плоскости, перпендикулярной однородному постоянному магнитному полю. Между центром диска и ободом (или концами цилиндра) создается разность потенциалов с электрической полярностью , зависящей от направления вращения и ориентации поля. Он также известен как униполярный генератор , ациклический генератор , дисковая динамо -машина или диск Фарадея.. Напряжение обычно низкое, порядка нескольких вольт в случае небольших демонстрационных моделей, но большие исследовательские генераторы могут вырабатывать сотни вольт, а в некоторых системах имеется несколько последовательно соединенных генераторов для получения еще большего напряжения. [1] Они необычны тем, что могут генерировать огромный электрический ток, иногда превышающий миллион ампер , потому что униполярный генератор может иметь очень низкое внутреннее сопротивление . Кроме того, униполярный генератор уникален тем, что никакая другая вращающаяся электрическая машина не может производить постоянный ток без использования выпрямителей или коммутаторов. [2]
Первый униполярный генератор был разработан Майклом Фарадеем во время его экспериментов в 1831 году. В его честь его часто называют диском Фарадея или колесом Фарадея . Это было началом современных динамо -машин , то есть электрических генераторов , работающих с использованием магнитного поля . Он был очень неэффективным и не использовался в качестве практического источника энергии, но он показал возможность выработки электроэнергии с использованием магнетизма и проложил путь к коммутируемым динамо-машинам постоянного тока , а затем к генераторам переменного тока .
Диск Фарадея был в первую очередь неэффективен из-за встречных токов. В то время как ток индуцировался непосредственно под магнитом, ток циркулировал в обратном направлении в областях вне влияния магнитного поля. Этот противоток ограничивает выходную мощность на провода датчика и вызывает ненужный нагрев медного диска. Более поздние униполярные генераторы решили эту проблему, используя массив магнитов, расположенных по периметру диска, чтобы поддерживать постоянное поле по окружности и устранять области, где мог возникнуть противоток.
Спустя долгое время после того, как от оригинального диска Фарадея отказались как от практического генератора, была разработана модифицированная версия, объединяющая магнит и диск в одной вращающейся части ( ротор ). Иногда для этой конфигурации зарезервировано название униполярного генератора . Один из первых патентов на униполярные генераторы общего типа был получен А.Ф. Делафилдом, патент США 278,516 . Другие ранние патенты на униполярные генераторы были присуждены С. З. Де Ферранти и К. Бэтчелору отдельно. Никола Тесла заинтересовался диском Фарадея и вел работы с униполярными генераторами [3] и в итоге запатентовал усовершенствованную версию устройства вПатент США 406,968 . Патент Теслы «Динамо-электрическая машина» описывает расположение двух параллельных дисков с отдельными параллельными валами, соединеннымиметаллическим ремнем , как шкивы . Каждый диск имел поле, противоположное другому, так что поток тока шел от одного вала к краю диска, через ленту к другому краю диска и ко второму валу. Это значительно уменьшило бы потери на трение, вызванные скользящими контактами, поскольку позволило бы обоим электрическим датчикам соприкасаться с валами двух дисков, а не с валом и высокоскоростным ободом. Позже патенты на работу с униполярными генераторамиполучили С. П. Стейнмец и Э. Томсон . Динамо Forbes, разработанный шотландским инженером-электриком Джорджем Форбсом , широко использовался в начале 20 века. Большая часть разработок униполярных генераторов была запатентована Дж. Э. Ноггератом и Р. Эйкемейером .
