Динамо-машинами в позаминулому столітті стали називати генератори постійного струму, - перші промислові генератори, які пізніше були витіснені генераторами змінного струму, придатного для перетворення за допомогою трансформаторів, і вкрай зручного для передачі на великі відстані з незначними втратами.
Сьогодні під словом «динамо», як правило, мають на увазі маленькі велосипедні генератори (для фар) або ручні генератори (для туристичних ліхтариків). Що стосується промислових генераторів, то на сьогоднішній день все це - генератори змінного струму. Давайте, однак, згадаємо, як розвивалися і удосконалювалися перші «динамо».
Перший зразок генератора постійного струму, або униполярного динамо, був запропонований в далекому 1832 році Майклом Фарадеєм, коли він тільки відкрив явище електромагнітної індукції. Це був так званий «диск Фарадея» - найпростіший генератор постійного струму. Статором в ньому служив підковоподібний магніт, а в якості ротора виступав обертається вручну мідний диск, вісь і край якого перебували в контакті з струмознімальних щітками.
Коли диск обертали, то в тій частині диска, яка перетинала магнітний потік між полюсами магніту статора, наводилася ЕРС, яка веде, в разі якщо ланцюг між щітками була замкнута на навантаження, до появи радіального струму в диску. Подібні уніполярні генератори донині використовуються там, де потрібні великі постійні струми без випрямлення.
Генератор змінного струму вперше побудував француз Іполит Пікс, це сталося в тому ж 1832 році. Статор динамо-машини містив включені послідовно пару котушок, ротор був підковоподібний постійний магніт, крім того в конструкції був щітковий комутатор.
Магніт обертався, перетинав магнітним потоком сердечники котушок, наводив в них гармонійну ЕРС. А автоматичний комутатор служив для випрямлення і отримання в навантаженні постійного пульсуючого струму.
Пізніше, в 1842 році, Якобі запропонує розмістити магніти на статорі, а обмотку - на роторі, який також обертався б через редуктор. Це зробить генератор більш компактним.
У 1856 році, для харчування серійних дугових ламп Фредеріка Холмса, (ці лампи використовували в прожекторах маяків), самим Фредеріком Холмсом була запропонована конструкція генератора, схожа на генератор Якобі, але доповнена відцентровим регулятором Уатта для підтримки напруги на лампі постійним при різному струмі навантаження, що досягалося шляхом автоматичного зсуву щіток.
Статор містив 50 магнітів, а конструкція в загальному важила 4 тонни, і розвивала потужність трохи більше 7 кВт. Було випущено приблизно 100 таких генераторів під маркою «Альянс».
Тим часом, машини з постійними магнітами відрізнялися один суттєвий недолік - магніти втрачали згодом намагніченість і псувалися від вібрації, в результаті генерується машиною напруга ставало з часом все нижче і нижче. При цьому намагниченностью не можна було керувати, щоб стабілізувати напругу.
В якості вирішення прийшла ідея електромагнітного збудження. Ідея прийшла в голову англійського винахідника Генрі Уайльда, який в 1864 році запатентував генератор зі збудником на постійному магніті, - магніт збудження просто монтувався на валу генератора.
Пізніше справжню революцію в генераторах зробить німецький інженер Вернер Сіменс, який відкриє справжній дінамоелектріческіх принцип, і поставить виробництво нових генераторів постійного струму на потік.
Принцип самозбудження полягає в тому, щоб використовувати залишкову намагніченість осердя ротора для пускового порушення, а потім, коли генератор збудиться, використовувати в якості намагнічує струму струм навантаження, або включити в роботу спеціальну обмотку збудження, що живиться генеруються струмом паралельно навантаженні. В результаті, позитивний зворотний зв'язок призведе до збільшення магнітного потоку збудження генеруються струмом.
У числі перших принцип самозбудження, або дінамоелектріческіх принцип, відзначить інженер з Данії Сорен Хіорт. Він згадає в своєму патенті від 1854 року можливість використання залишкової намагніченості з метою реалізації явища електромагнітної індукції для отримання генерації, однак, побоюючись того, що залишкового магнітного потоку буде недостатньо, Хіорт запропонує доповнити конструкцію динамо постійними магнітами. Цей генератор так і не буде втілений.
Пізніше, в 1856 році, аналогічну ідею висловить Аньеш Єдлик Аньош - член Угорської академії наук, але нічого так і не запатентує. Тільки через 10 років Самюель Варлей, учень Фарадея, реалізує на практиці принцип самозбуджується динамо. Його заявка на патент (в 1866 році) містила опис пристрою дуже схожого на генератор Якобі, тільки постійні магніти вже були замінені обмоткою збудження - електромагнітами збудження. Перед стартом сердечники намагнічувалися постійним струмом.
На початку 1867 року в Берлінській Академії наук з доповідями виступав винахідник Вернер Сіменс. Він представив публіці генератор схожий на генератор Варлея, названий «динамо-машиною». Старт машини здійснювався в режимі двигуна, для того щоб обмотки збудження Намагнітити. Потім машина перетворювалася в генератор.
Це була справжня революція в розумінні і проектуванні електричних машин. У Німеччині почався широкий випуск динамо-машин Сіменса - генераторів постійного струму з самозбудженням - перших промислових динамо-машин.
Конструкція динамо-машин з плином часу змінювалася: Теофіл Грам, в тому ж 1867 році, запропонував кільцевої якір, а в 1872 році головний конструктор компанії Сіменс-Гальске, Гефнер Альтенек, запропонує барабанну намотування.
Так генератори постійного струму візьмуть свій остаточний вигляд. У 19 столітті, з переходом на змінний струм, гідроелектростанції та теплові електростанції стануть виробляти вже змінний струм на генераторах змінного струму. Але це вже зовсім інша історія ...
Дивіться також по цій темі:
Основні види електричних генераторів і їх особливості
Андрій повну