Нэг туйлт генератор нь хавтгайд эргэлддэг цахилгаан дамжуулагч диск эсвэл цилиндр агуулсан шууд гүйдлийн цахилгаан механизм юм. Энэ нь эргэлтийн чиглэл болон талбайн чиг баримжаа зэргээс шалтгаалдаг цахилгаан туйлтай дискний төв ба обуд (эсвэл цилиндрийн төгсгөл) хооронд өөр чадлын потенциалтай.
Үүнийг бас нэг туйлт Фарадей осциллятор гэж нэрлэдэг. Хүчдэл нь ихэвчлэн бага байдаг бөгөөд жижиг загваруудын хувьд хэдхэн вольтын дарааллаар хэлбэлздэг боловч том судалгааны машинууд нь хэдэн зуун вольт үүсгэж чаддаг бөгөөд зарим систем нь бүр илүү өндөр хүчдэлийн олон цуврал осциллятортой байдаг. Нэг туйлт үүсгүүр нь дотоод эсэргүүцэлтэй байх албагүй тул нэг сая ампераас давах чадалтай цахилгаан гүйдэл үүсгэж чаддагаараа ер бусын юм.
Шинэ бүтээлийн түүх
Анхны гомополяр механизмыг 1831 онд Майкл Фарадей туршилтынхаа үеэр бүтээжээ. Үүнийг ихэвчлэн Фарадей диск эсвэл түүний дараа дугуй гэж нэрлэдэг. Энэ бол орчин үеийн динамочуудын эхлэл байвмашинууд, өөрөөр хэлбэл соронзон орон дээр ажилладаг цахилгаан үүсгүүрүүд. Энэ нь маш үр ашиггүй байсан бөгөөд практик тэжээлийн эх үүсвэр болгон ашиглаагүй ч соронзлолыг ашиглан цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжийг харуулж, сэлгэн гүйдлийн динамо, дараа нь генераторын замыг зассан.
Анхны генераторын сул тал
Фарадейгийн диск нь ирж буй урсгалын улмаас үндсэндээ үр ашиггүй байсан. Нэг туйлт генераторын ажиллах зарчмыг түүний жишээгээр тайлбарлах болно. Соронзон дор гүйдлийн урсгалыг шууд үүсгэсэн бол гүйдэл нь эсрэг чиглэлд эргэлддэг. Буцах урсгал нь хүлээн авах утаснуудын гаралтын хүчийг хязгаарлаж, зэс дискийг шаардлагагүй халаахад хүргэдэг. Дараа нь гомополяр генераторууд энэ асуудлыг дискний периметрийн эргэн тойронд байрлуулсан соронзны багцаар шийдэж, тойргийн эргэн тойронд тогтмол талбарыг барьж, буцах урсгал үүсч болзошгүй хэсгийг арилгах боломжтой болсон.
Цаашид хөгжүүлэлт
Анхны Фарадей дискийг практик генератор гэж нэр хүндгүй болгосны дараа удалгүй соронз ба дискийг нэг эргэлдэгч хэсэгт (ротор) нэгтгэсэн өөрчлөгдсөн хувилбарыг боловсруулсан боловч нөлөөллийн нэг туйлт генераторын санаа нь үүнд зориулагдсан болно. тохиргоо. Ерөнхий нэг туйлт механизмын хамгийн анхны патентуудын нэгийг АНУ-ын 278,516 тоот патент А. Ф. Дэлфилд авсан.
Гайхамшигт оюун ухааны судалгаа
Бусад эрт нөлөөлсөн нэг туйлт патентуудгенераторуудыг С. З. Де Ферранти, С. Батчелор нарт тус тусад нь олгосон. Никола Тесла Фарадей дискийг сонирхож, гомополяр механизмтай ажилладаг байсан бөгөөд эцэст нь АНУ-ын 406,968 тоот патентаар төхөөрөмжийн сайжруулсан хувилбарыг патентжуулсан.
Теслагийн "Динамо цахилгаан машин" патент (Теслагийн нэг туйлт генератор) нь дамар шиг металл туузаар холбогдсон салангид зэрэгцээ босоо ам бүхий хоёр зэрэгцээ дискний зохион байгуулалтыг дүрсэлдэг. Диск бүр нь нөгөө талдаа эсрэг талтай байсан тул гүйдлийн урсгал нь нэг босоо амнаас дискний ирмэг хүртэл, туузаар дамжин нөгөө ирмэг рүү, хоёр дахь босоо ам руу дамждаг. Энэ нь гулсах контактуудаас үүсэх үрэлтийн алдагдлыг эрс багасгаж, цахилгаан мэдрэгч хоёулаа босоо ам болон өндөр хурдны хүрээ гэхээсээ илүү хоёр дискний босоо амтай харилцан үйлчлэх боломжийг олгоно.
Хожим нь С. П. Стейнметц, Э. Томсон нар өндөр хүчдэлийн нэг туйлт үүсгүүрт хийсэн ажлынхаа төлөө патент авсан. Шотландын цахилгааны инженер Жорж Форбесын зохион бүтээсэн Форбес Динамо 20-р зууны эхэн үед өргөн хэрэглэгдэж байсан. Гомополяр механизмд хийсэн ихэнх бүтээн байгуулалтыг Ж. Э. Ноггерат ба Р. Эйккемейер.
50с
Хомополяр генераторууд 1950-иад онд импульсийн энерги хуримтлуулах эх үүсвэр болж сэргэн мандалтыг мэдэрсэн. Эдгээр төхөөрөмжүүд нь туршилтын төхөөрөмжид хурдан цутгаж болох механик энергийг хадгалахын тулд хүнд дискийг нисдэг дугуй болгон ашигласан.
Ийм төрлийн төхөөрөмжийн анхны жишээг Судалгааны сургуульд Сэр Марк Олифант бүтээжээ. Австралийн Үндэсний Их Сургуулийн Физик Шинжлэх Ухаан, Инженерийн. Энэ нь 500 мегажоуль хүртэл энерги хуримтлуулж байсан бөгөөд 1962 оноос 1986 онд задрах хүртэл синхротрон туршилтын хэт өндөр гүйдлийн эх үүсвэр болгон ашиглаж байжээ. Oliphant-ийн загвар нь 2 мегаампер (MA) хүртэлх гүйдлийг дамжуулах чадвартай байсан.
Паркер Кинетик Дизайн боловсруулсан
Иймэрхүү том төхөөрөмжүүдийг Остин хотын Parker Kinetic Designs (хуучнаар OIME Research & Development) зохион бүтээж, бүтээжээ. Тэд төмөр замын гар бууг тэжээхээс эхлээд шугаман мотор (сансарт хөөргөх), янз бүрийн зэвсгийн загвар зэрэг янз бүрийн зориулалттай төхөөрөмж үйлдвэрлэдэг байв. Цахилгаан гагнуур зэрэг янз бүрийн үүрэгт зориулсан 10 MJ үйлдвэрлэлийн загварыг нэвтрүүлсэн.
Эдгээр төхөөрөмжүүд нь дамжуулагч нисдэг дугуйнаас бүрдэх ба тэдгээрийн нэг нь тэнхлэгийн ойролцоо нэг цахилгаан контакттай, нөгөө нь захын ойролцоо соронзон орон дотор эргэдэг байв. Эдгээрийг гагнуур, электролиз, төмөр бууны судалгаа зэрэг газруудад бага хүчдэлд маш өндөр гүйдэл үүсгэхэд ашиглаж ирсэн. Импульсийн эрчим хүчний хэрэглээнд роторын өнцгийн импульс нь энергийг удаан хугацаанд хуримтлуулж, дараа нь богино хугацаанд гаргахад ашиглагддаг.
Бусад төрлийн нэг туйлт үүсгүүрээс ялгаатай нь гаралтын хүчдэл нь туйлшралыг хэзээ ч өөрчлөхгүй. Цэнэгүүдийг салгах нь дискэн дэх чөлөөт цэнэгүүдэд Лоренцын хүчний үйлчлэлийн үр дүн юм. Хөдөлгөөн нь азимутал, талбар нь тэнхлэг, тиймээсцахилгаан хөдөлгөгч хүч нь радиаль.
Цахилгаан контактыг ихэвчлэн "сойз" эсвэл гулсуурын цагирагаар хийдэг бөгөөд энэ нь үүссэн бага хүчдэлд их хэмжээний алдагдалд хүргэдэг. Эдгээр алдагдлын заримыг нь "сойз" болгон мөнгөн ус эсвэл өөр амархан шингэрүүлсэн металл эсвэл хайлш (галли, NaK) ашиглан бараг тасралтгүй цахилгаан холбоо барих замаар багасгаж болно.
Өөрчлөлт
Саяхан санал болгож буй өөрчлөлт бол босоо судалтай тусгай бага функцтэй нүүрстөрөгч ашиглан диск эсвэл бөмбөрийн ирмэгийг шүргэх сөрөг эсэргүүцэлтэй неон дамжуулагчаар суурилуулсан плазм контактыг ашиглах явдал юм. Энэ нь одоогийн мужид маш бага эсэргүүцэлтэй, магадгүй хэдэн мянган ампер хүртэл шингэн металлтай харьцахгүй байх давуу талтай.
Хэрэв соронзон орон нь байнгын соронзоор үүсгэгддэг бол генератор нь соронз нь статорт залгагдсан эсвэл дисктэй хамт эргэлддэг эсэхээс үл хамааран ажилладаг. Электрон болон Лоренцын хүчний хуулийг нээхээс өмнө энэ үзэгдэл тайлагдашгүй байсан бөгөөд үүнийг Фарадейгийн парадокс гэж нэрлэдэг байсан.
Бөмбөрийн төрөл
Бөмбөрийн төрлийн гомополяр генератор нь бөмбөрийн төвөөс цацрагаар цацруулж, бүхэл бүтэн уртын дагуу хүчдэл (V) үүсгэдэг соронзон оронтой (V). Нэг туйл нь төвд, нөгөө нь түүнийг тойрсон "чанга яригч" төрлийн соронзны бүсэд дээрээс эргэлддэг дамжуулагч бөмбөр нь дээд хэсэгт нь дамжуулагч холхивч ашиглаж болно.үүсгэсэн гүйдлийг авахын тулд доод хэсгүүд.
Байгальд
Униполяр индукторууд нь астрофизикийн шинжлэх ухаанд олддог ба дамжуулагч нь соронзон орны дундуур эргэдэг, жишээлбэл, сансрын биетийн ионосфер дахь өндөр дамжуулагч плазм түүний соронзон орон дундуур шилжих үед.
Нэг туйлт индукторууд нь Ураны аврора, хоёртын од, хар нүх, галактик, Бархасбадийн дагуул Ио, Сар, нарны салхи, нарны толбо, Сугар гаригийн соронзон сүүлтэй холбоотой байсан.
Механизмын онцлогууд
Дээр дурдсан бүх сансрын биетүүдийн нэгэн адил Фарадей диск нь кинетик энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргадаг. Энэ машиныг Фарадейгийн цахилгаан соронзон индукцийн хуулийг ашиглан шинжлэх боломжтой.
Энэ хууль нь орчин үеийн хэлбэрээрээ хаалттай хэлхээгээр дамжин өнгөрөх соронзон урсгалын тогтмол уламжлал нь түүнд цахилгаан хөдөлгөх хүчийг өдөөдөг бөгөөд энэ нь эргээд цахилгаан гүйдлийг өдөөдөг гэж заасан байдаг.
Соронзон урсгалыг тодорхойлдог гадаргуугийн интегралыг хэлхээний эргэн тойронд шугаман хэлбэрээр дахин бичиж болно. Шугамын интегралын интеграл нь хугацаанаас хамаардаггүй ч шугамын интегралын хилийн хэсэг болох Фарадей диск хөдөлдөг тул нийт хугацааны дериватив нь тэг биш бөгөөд цахилгаан хөдөлгөгч хүчийг тооцоолох зөв утгыг буцаана. Мөн цагирагыг тэнхлэгт холбосон ганц металл хигээсийн тусламжтайгаар дискийг тойргийнхоо дагуу дамжуулагч цагираг болгон багасгаж болно.
Лоренц хүчний хуулийн асаагуурмашины үйл ажиллагааг тайлбарлахад ашиглагдана. Фарадейг нас барснаас хойш гучин жилийн дараа боловсруулсан энэхүү хуульд электронд үзүүлэх хүч нь түүний хурд ба соронзон урсгалын векторын хөндлөн үржвэртэй пропорциональ байна гэж заасан.
Геометрийн хэллэгээр энэ нь хүч нь хурд (азимут) ба соронзон урсгал (тэнхлэг) хоёуланд нь тэгш өнцөгт чиглэнэ гэсэн үг бөгөөд энэ нь радиаль чиглэлд байна. Диск дэх электронуудын радиаль хөдөлгөөн нь түүний төв ба ирмэгийн хооронд цэнэгүүдийг салгахад хүргэдэг бөгөөд хэрэв хэлхээг дуусгавал цахилгаан гүйдэл үүснэ.
Цахилгаан мотор
Нэг туйлт мотор нь хоёр соронзон туйлтай тогтмол гүйдлийн төхөөрөмж бөгөөд дамжуулагч нь нэг чиглэлтэй соронзон урсгалын шугамыг огтолж, тогтмол тэнхлэгийн эргэн тойронд дамжуулагчийг эргүүлж, статик соронзон оронтой зөв өнцгөөр байрлана. Хомополяр моторт нэг чиглэлд тасралтгүй үргэлжлэх EMF (цахилгаан хөдөлгөгч хүч) нь коммутатор шаарддаггүй ч гулсалтын цагиргууд шаардлагатай хэвээр байна. "Гомополяр" гэсэн нэр нь дамжуулагчийн цахилгаан туйл ба соронзон орны туйлууд өөрчлөгддөггүй (өөрөөр хэлбэл солих шаардлагагүй) гэдгийг харуулж байна.
Нэг туйлт мотор нь бүтээгдсэн анхны цахилгаан мотор юм. Түүний үйлдлийг Майкл Фарадей 1821 онд Лондон дахь Хатан хааны хүрээлэнд үзүүлжээ.
Шинэ бүтээл
1821 онд Данийн физикч, химич Ханс Кристиан Эрстед нээсний дарааханцахилгаан соронзон үзэгдэл, Хамфри Дэви, Британийн эрдэмтэн Уильям Хайд Волластон нар цахилгаан мотор бүтээх гэж оролдсон боловч чадаагүй. Хамфригийн хошигнол гэж маргасан Фарадей "цахилгаан соронзон эргэлт" гэж нэрлэсэн зүйлээ бүтээхийн тулд хоёр төхөөрөмжийг бүтээжээ. Тэдний нэг нь одоо гомополяр хөтөч гэж нэрлэгддэг бөгөөд тасралтгүй дугуй хөдөлгөөнийг бий болгосон. Энэ нь соронз байрлуулсан мөнгөн усны цөөрөмд байрлуулсан утсыг тойрсон дугуй соронзон хүчнээс үүдэлтэй юм. Утас нь химийн батерейгаар тэжээгддэг бол соронзыг тойрон эргэлдэх болно.
Эдгээр туршилт, шинэ бүтээлүүд нь орчин үеийн цахилгаан соронзон технологийн үндэс суурь болсон. Удалгүй Фарадей үр дүнг нийтлэв. Энэ нь Дэви Фарадейгийн ололт амжилтад атаархсанаас болж түүнтэй харилцаагаа хурцатгаж, түүнийг өөр зүйл рүү чиглүүлэхэд хүргэсэн бөгөөд үүний үр дүнд түүнийг цахилгаан соронзон судалгаанд хэдэн жилийн турш оролцох боломжгүй болгосон.
Б. Г. Ламм 1912 онд 2000 кВт, 260 В, 7700 А, 1200 эрг / мин чадалтай, 67 м/с захын хурдтай ажилладаг 16 гулсалтын цагираг бүхий гомополяр машиныг тодорхойлсон. 1934 онд үйлдвэрлэсэн 1125 кВт, 7.5 В, 150,000А, 514 эрг/мин нэг туйлт генераторыг Америкийн ган тээрэмд хоолой гагнуурын зориулалтаар суурилуулсан.
Ижил Лоренцын хууль
Энэ хөдөлгүүрийн ажиллагаа нь цочролын нэг туйлт үүсгүүртэй төстэй. Нэг туйлт мотор нь Лоренцын хүчээр хөдөлдөг. Дотор нь гүйдэл гүйдэг дамжуулагчийг соронзон орон руу перпендикуляр байрлуулахдаа түүнд хүчийг мэдэрдэг.соронзон орон ба гүйдлийн аль алинд нь перпендикуляр чиглэл. Энэ хүч нь эргэлтийн тэнхлэгийг тойрон эргэх мөчийг бий болгодог.
Сүүлийнх нь соронзон оронтой параллель бөгөөд эсрэг талын соронзон орон нь туйлшралыг өөрчилдөггүй тул дамжуулагчийг үргэлжлүүлэн эргүүлэхэд шилжих шаардлагагүй. Энэхүү энгийн байдлыг нэг эргэлттэй хийцтэй болгоход хялбар байдаг тул гомополяр моторыг ихэнх практик хэрэглээнд тохиромжгүй болгодог.
Цахилгаан механик машинуудын нэгэн адил (Негжератын нэг туйлт генератор гэх мэт) гомополяр мотор нь урвуу байдаг: хэрэв дамжуулагчийг механикаар эргүүлбэл энэ нь гомополяр генераторын үүрэг гүйцэтгэж, дамжуулагчийн хоёр терминалын хооронд тогтмол гүйдлийн хүчдэл үүсгэнэ.
Тогтмол гүйдэл нь дизайны гомополяр шинж чанарын үр дагавар юм. Хомополяр генераторуудыг (HPGs) 20-р зууны сүүлчээр бага хүчдэлийн боловч маш өндөр гүйдлийн тогтмол гүйдлийн эх үүсвэр болгон өргөнөөр судалж, туршилтын төмөр бууг тэжээхэд тодорхой амжилтанд хүрсэн.
Барилга
Өөрийнхөө гараар нэг туйлт генератор хийх нь маш энгийн. Unipolar мотор нь угсрахад маш хялбар байдаг. Байнгын соронз нь дамжуулагч эргэдэг гадаад соронзон орон үүсгэхэд ашиглагддаг ба батерей нь дамжуулагч утсаар гүйдэл гүйлгэдэг.
Соронз хөдөлж, моторын бусад хэсэгт хүрэх шаардлагагүй; түүний цорын ганц зорилго нь соронзон орон үүсгэх явдал юмутсан дахь гүйдлийн нөлөөгөөр өдөөгдсөн ижил төстэй талбартай харилцан үйлчилнэ. Батерейны дээд хэсэг болон батерейны доод хэсэгт бэхлэгдсэн соронзыг хоёуланг нь шүргэж, цахилгаан хэлхээг дуусгах үед соронзыг зайнд холбож, дамжуулагчийг чөлөөтэй эргүүлэх боломжтой. Тасралтгүй ашиглалтын явцад утас болон батерей дулаарч болзошгүй.
