Faraday սկավառակ, միաբևեռ մեքենա, Faraday պարադոքս: Մշտական ​​մագնիսների օգտագործումը էլեկտրատեխնիկայում և էներգետիկայում

Սկսել ժամանակակից բեմԷլեկտրատեխնիկայի զարգացման մեջ սկիզբ է առնում անցյալ դարի 90-ական թվականներից, երբ էներգետիկ բարդ խնդրի լուծումը կյանքի կոչեց էներգիայի փոխանցումը և էլեկտրական շարժիչը: Էլեկտրականացումը սկսվեց այն ժամանակ, երբ հնարավոր եղավ կառուցել մեծ էլեկտրակայաններ առաջնային էներգիայի ռեսուրսներով հարուստ վայրերում, համատեղել դրանց աշխատանքը ընդհանուր ցանցում և էլեկտրաէներգիա մատակարարել ցանկացած կենտրոնի և էներգիայի սպառման օբյեկտի:

Էլեկտրաֆիկացման տեխնիկական կողմը բաղկացած էր բազմաֆազ համակարգերի մշակումից, որոնցից պրակտիկան ընտրեց եռաֆազ համակարգը: Եռաֆազ համակարգի ամենակարևոր և ամեն դեպքում նոր տարրերը էլեկտրական շարժիչներն էին, որոնց աշխատանքը հիմնված է պտտվող ֆենոմենի օգտագործման վրա։ մագնիսական դաշտը.

Նախկինում նշվել է Արագոյի փորձը, որտեղ սկավառակը և պտտվող մագնիսը արտացոլում էին պտտվող մագնիսական դաշտով ասինխրոն էլեկտրական շարժիչի սկզբունքը։ Սակայն այս դաշտը ստեղծվել է ոչ թե անշարժ սարքի միջոցով, ինչպիսին է ժամանակակից մեքենաների ստատորը, այլ պտտվող մագնիսը (նկ. 4.2):

Երկար ժամանակովԱրագոյի հայտնաբերած ֆենոմենը գործնական կիրառություն չգտավ։ Միայն 1879 թվականին Վ. Բելին (Անգլիա) նախագծեց մի սարք (Նկար 6.1), որում մագնիսական դաշտի տարածական շարժումն իրականացվում էր ստացիոնար սարքի միջոցով՝ շրջանագծի ծայրամասի երկայնքով տեղակայված չորս էլեկտրամագնիսների հերթափոխով մագնիսացնելով: Մագնիսացումն իրականացվել է ուղղակի հոսանքի իմպուլսներով, որոնք ուղարկվել են էլեկտրամագնիսների ոլորուններին հատուկ այդ նպատակով հարմարեցված կոմուտատորի միջոցով: Ձողերի վերին ծայրերի բևեռականությունը փոխվել է որոշակի հաջորդականությամբ, այնպես որ կոմուտատորի յուրաքանչյուր ութ անջատումից հետո մագնիսական հոսքը փոխում է իր ուղղությունը տարածության մեջ 360-ով: Էլեկտրամագնիսների բևեռներից վեր, ինչպես Արագոյի փորձերում, պղնձե սկավառակ 2: կասեցվել է Բելին, որ անսահմանորեն մեծ թիվէլեկտրամագնիսները կարող են ապահովել մագնիսական դաշտի միատեսակ ռոտացիա: Beli-ի սարքը ոչ մի կիրառություն չի գտել։ Այնուամենայնիվ, նա որոշ չափով կապող օղակ էր Արագոյի փորձառության և հետագա հետազոտությունների միջև: Այսօրվա տեսանկյունից չափազանց պարզ է թվում պտտվող դաշտի ներդրումը Բելիում կամ այլ դիզայնի նմանատիպ սարքում՝ տարբեր սկզբնական փուլերով սինուսոիդային հոսանքներով էլեկտրամագնիսներ սնելով: Այնուամենայնիվ, անցյալ դարի 80-ականներին դրա համար մի քանի տարվա աշխատանք և որոնում պահանջվեց բազմաթիվ գիտնականների կողմից, որոնց թվում էին ֆրանսիացի ֆիզիկոս Մարսել Դեպրը, ով 1883 թվականին մշակեց երկու շարժումների համաժամանակյա հաղորդակցության համակարգ, որոնցից մեկի հեղինակները: ինդուկցիոն էլեկտրական հաշվիչների նախագծերը, Բորելը և Շալենբերգերը, վանող շարժիչի գյուտարար Ի. Թոմսոնը, ամերիկացի էլեկտրիկ ինժեներ Ք. Բրեդլին, գերմանացի ինժեներ Ֆ. Հասելվանդերը և այլք դժվար է ստեղծել մագնիսների, փոփոխական հոսանքի և պղնձի կտորների համադրություն, որոնք պտտվելու հակում չունենան»։

Պտտվող մագնիսական դաշտի և բազմաֆազ համակարգերի հայտնաբերման պատմությունը չափազանց բարդ է։ 90-ականներին տեղի ունեցան բազմաթիվ փորձարկումներ, որոնցում տարբեր ընկերություններ, որոնք գնեցին գյուտարարների արտոնագրերը, փորձեցին հաստատել իրենց իրավունքները բազմաֆազ համակարգերի նկատմամբ: Միայն ամերիկյան Westinghouse ֆիրման ավելի քան 25 փորձարկում է անցկացրել:

Այնուամենայնիվ, սպառիչ և ամենահայտնի փորձարարական և տեսական հետազոտությունպտտվող մագնիսական դաշտը միմյանցից անկախ իրականացրել են ականավոր գիտնականներ իտալացի Գալիլեո Ֆերարիսը (1847-1897) և սերբ Չիկոլա Տեսլան (1856-1943):

Գ.Ֆերարիսը պնդում էր, որ ինքը գիտակցել է պտտվող մագնիսական դաշտի ֆենոմենի էությունը դեռևս 1885 թվականին, սակայն մարտին Թուրինի ակադեմիայում (որի անդամ է եղել 1880 թվականից) զեկուցել է «Փոփոխական հոսանքների արդյունքում առաջացած էլեկտրադինամիկ պտույտ»։ 1888 թ.

Ն. Տեսլան իր ինքնակենսագրության մեջ ասել է, որ երկֆազ ասինխրոն շարժիչի գաղափարը ծնվել է իր մոտ դեռ 1882 թվականին, երբ նա աշխատում էր Բուդապեշտի հեռագրային ընկերությունում։ Ընկերոջ հետ զբոսնելիս այգում նրան ցնցեց մի միտք և «իր ձեռնափայտով նա ավազի մեջ ուրվագծեց մի սկզբունք, որը նա ներկայացրեց վեց տարի անց Ամերիկյան Էլեկտրական ինժեներների ինստիտուտի համաժողովում»։ Այս ինստիտուտում զեկույցը տեղի է ունեցել 1888 թվականի մայիսի 16-ին, ի. Ferraris-ի զեկույցից երկու ամիս ուշ: Բայց Տեսլան իր առաջին արտոնագրային հայտը ներկայացրեց բազմաֆազ համակարգերի համար 1887 թվականի հոկտեմբերի 12-ին, այսինքն. նախկինում Ferraris-ի ելույթները:

Նախ անդրադառնանք Գ. ընկավ Մ.Օ. Դոլիվո-Դոբրովոլսկու ձեռքը և առաջացրեց առաջին ազդակը մի շարք հաջորդ ուշագրավ գյուտերի մեջ: Գալիլեո Ֆերարիսը Եվրոպայում հայտնի գիտնական էր, ով ներկայացնում էր Իտալիան տարբեր միջազգային ցուցահանդեսներում և կոնգրեսներում։

Պրոֆեսորը մշակել է փոփոխական հոսանքների տեսությունը և կարողացել է շատ պարզ ձևով բացատրել բարդ ֆիզիկական գործընթացները։ Այսպես նա բացատրեց պտտվող մագնիսական դաշտի ֆենոմենը իր արտագրության մեջ։

Դիտարկենք Նկ. 6.2. տարածական դիագրամ, որում x-առանցքը. ներկայացնում է մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորի դրական ուղղությունը, որը ստեղծվել է կծիկներից մեկի կողմից, իսկ y առանցքը մյուս կծիկի դաշտի դրական ուղղությունն է: Այն պահին, երբ O կետում մի դաշտի ինդուկցիան պատկերված է OA հատվածով, իսկ մյուսը՝ OB, արդյունքում ստացված ընդհանուր ինդուկցիան կպատկերվի OR հատվածով: Երբ OA-ն և OB-ը փոխվում են, R կետը շարժվում է կորի երկայնքով, որի ձևը որոշվում է երկու դաշտերի ժամանակի փոփոխության օրենքներով: Եթե ​​երկու դաշտերն ունեն միանման ամպլիտուդներ և փուլային տեղաշարժ են մեկ քառորդ պարբերությամբ, ապա R կետի տեղանքը կլինի շրջան։ Կա մագնիսական դաշտի պտույտ։ Եթե ​​դաշտերից մեկի փուլը կամ այն ​​հուզող հոսանքը փոխվում է 180-ով, ապա կփոխվի նաև ստացված դաշտի պտտման ուղղությունը։ Եթե ​​այս դաշտում տեղադրեք լիսեռով և առանցքակալներով հագեցած պղնձե գլան, այն կպտտվի: Հետագայում պղնձե ապակու տեսքով խոռոչ ռոտոր ունեցող ասինխրոն շարժիչները կոչվեցին Ferraris շարժիչներ։

Բայց ինչպես ստանալ երկու փոփոխական հոսանքՖազում փոխադարձաբար փոխվելով միմյանց նկատմամբ Ferraris-ն առաջարկել է «փուլային բաժանման» մեթոդը, որի ժամանակ արհեստականորեն ստեղծվել է փուլային հերթափոխ՝ շղթայում միացնելով փուլային փոխարկիչ սարքերի երկու փոխադարձ ուղղահայաց կծիկ: Նկ. 6.3. ցույց է տալիս Թուրինի թանգարանում պահվող երկֆազ ասինխրոն շարժիչի մոդելի տեսքը, որի տնօրենն իր կյանքի վերջում Գալիլեո Ֆերարիսն էր։

Իր տեսական վերլուծություն Ferraris-ը, գերվելով «ցածր հոսանքի տեխնոլոգիայի» մեթոդներով, առաջարկեց, որ ասինխրոն Reader-ը պետք է աշխատի ընթերցման աղբյուրին համահունչ ռեժիմով, այսինքն՝ փոխանցման ռեժիմում՝ աղբյուրից դեպի շարժիչ։ Առավելագույն հզորություն. Սա հանգեցրեց շարժիչի աշխատանքային վիճակի 50% սայթաքմանը, և, որպես հետևանք, նման շարժիչի արդյունավետությունը կարող էր լինել միայն 50% -ից ցածր: «Այս հաշվարկները, - կարծում էր Ֆերարիսը, - և փորձարարական արդյունքները հաստատում են ակնհայտ a priori եզրակացությունը, որ այս սկզբունքի վրա հիմնված ապարատը չի կարող որևէ գործնական նշանակություն ունենալ...»: Ականավոր գիտնականի այս ցավալի և ուսանելի սխալը նվազեցրեց հայտնագործության արժեքը և սահմանափակեց դրա կիրառման շրջանակը միայն չափիչ սարքերով: Բայց Ferraris-ի համար հենց այս դժբախտ արտահայտությունն էր, որ Դոբրոնոլ i-kot-ում Dat 11-ի համար երջանիկ ավարտ ստացվեց:

Նիկոլա Տեսլան՝ էլեկտրատեխնիկայի բնագավառի ամենահայտնի և բեղմնավոր գիտնականներից մեկը, ով իր գիտական ​​կարիերան սկսել է անցյալ դարի 80-ական թվականներին, միայն բազմաֆազ համակարգերի ոլորտում ստացել է 41 արտոնագիր։ Որոշ ժամանակ Տեսլան աշխատեց Փարիզի Էդսոն ընկերությունում (1882-1884), այնուհետև տեղափոխվեց ԱՄՆ 1888-ին Տեսլան վաճառեց իր բոլոր արտոնագրերը բազմաֆազ համակարգերի վրա հայտնի ընկերության ղեկավար Ջորջ Վստանհաուսին: Փոխարինվող հոսանքի տեխնոլոգիայի զարգացման իր ծրագրերում (ի տարբերություն Edison ընկերության) պատրաստեց Tesla-ի կողմից պատրաստված մեքենան, այնուհետև Tesla-ն ուշադրություն դարձրեց բարձր հաճախականության տեխնոլոգիային («Tesla տրանսֆորմատոր») և փոխանցելու գաղափարին: Էլեկտրաէներգիա առանց լարերի Հետաքրքիր մանրամասնություն. արդյունաբերական հաճախականությունների ստանդարտացման հարցը լուծելիս՝ առաջարկվող միջակայքը 25-ից մինչև 133 Հց էր, Թեսլան խստորեն աջակցեց 60 Հց հաճախականությանը, որը նա ընդունեց իր փորձարարական կայանքների համար: Տան ինժեներները ծառայեցին որպես սկզբնական խթան գիտնականի համար, ով որոշեց բաժանվել Վեստինգոլից, բայց շուտով հենց այս հաճախականությունն ընդունվեց ԱՄՆ-ում որպես ստանդարտ:

Տեսլայի արտոնագրերը նկարագրված են տարբեր տարբերակներԲազմաֆազ համակարգեր, ի տարբերություն Ferraris-ի, Tesla-ն կարծում էր, որ բազմաֆազ հոսանքները պետք է ստացվեն բազմաֆազ աղբյուրներից, այլ ոչ թե օգտագործվեն ֆազերափոխիչ սարքեր: Պնդելով, որ երկփուլ համակարգը, լինելով բազմաֆազ համակարգի նվազագույն տարբերակը, կլինի նաև ամենատնտեսողը, Tesla-ն, իսկ նրանից հետո Westhouse ընկերությունը, իրենց ուշադրությունը կենտրոնացրին այս համակարգի վրա:

Սխեմատիկորեն Tesla համակարգը իր ամենաբնորոշ ձևով ներկայացված է Նկար 6.4-ում, կուրորեն ցուցադրված է համաժամանակյա գեներատորը, իսկ աջում՝ ասինխրոն շարժիչը: Գեներատորում երկու փոխադարձ ուղղահայաց պարույրներ պտտվել են բևեռների միջև, որոնցում առաջացել են հոսանքի ներքևի մասերը, որոնք փուլով տեղափոխվել են 90-ով: Յուրաքանչյուր կծիկի ծայրերը դուրս են բերվել գեներատորի լիսեռի վրա գտնվող օղակների վրա (գծագրում, պարզության համար, այս օղակները. ունեն տարբեր տրամագծեր):

Շարժիչի ռոտորը նաև ուներ ոլորուն երկու պարույրների տեսքով, որոնք գտնվում էին միմյանց նկատմամբ ուղիղ անկյան տակ, փակված իրենց վրա: Tesla-ի շարժիչի հիմնական թերությունը, որը հետագայում այն ​​դարձրեց անմրցունակ, ոլորուն ընդգծված բևեռների առկայությունն էր: Այս շարժիչներն ունեին բարձր մագնիսական դիմադրություն և օդային բացվածքի երկայնքով մագնիսացնող ուժի չափազանց անբարենպաստ բաշխում, ինչը հանգեցրեց մեքենայի աշխատանքի վատթարացմանը: Սրանք ուղղակի հոսանքի մեքենայի նախագծային սխեմաների մեխանիկական փոխանցման հետևանքներն էին փոփոխական հոսանքի տեխնոլոգիա:

Ռոտորի ոլորուն դիզայնը, ինչպես պարզվեց ավելի ուշ, նույնպես անհաջող է ստացվել: Իրոք, ոլորունները ստատորի վրա ցցված բևեռներով կենտրոնացված (և ռոտորի ամբողջ շրջագծի վրա չբաշխված) հանգեցրել են շարժիչի մեկնարկային պայմանների վատթարացման (մեկնարկային պտտման կախվածությունը ռոտորի սկզբնական դիրքից), և այն փաստը, որ ռոտորի ոլորունները համեմատաբար բարձր դիմադրություն ունեին, վատթարացրեց կատարողական բնութագրերը:

Բոլոր հնարավոր բազմաֆազ համակարգերից երկփուլ հոսանքի համակարգի ընտրությունը նույնպես անհաջող է ստացվել։ Հայտնի է, որ էլեկտրաէներգիայի հաղորդման համար կայանքի արժեքի զգալի մասը կազմում են գծային կառույցների և, մասնավորապես, գծային լարերի ծախսերը։ Այս առումով ակնհայտ էր թվում, որ որքան փոքր է ընդունված փուլերի քանակը, այնքան փոքր է լարերի քանակը և այնքան տնտեսապես կլինի էլեկտրահաղորդման սարքը: Երկու փուլային համակարգը պահանջում էր չորս լար, և լարերի քանակի կրկնապատկումը՝ համեմատած ուղղակի կամ միաֆազ AC տեղակայանքների հետ, անցանկալի էր: Հետևաբար, Տեսլան առաջարկեց որոշ դեպքերում օգտագործել եռալար գիծ երկփուլ համակարգում, այսինքն՝ մեկ լարը դարձնել ընդհանուր: Այս դեպքում լարերի թիվը կրճատվել է երեքի։ Այնուամենայնիվ, մետաղալարերի համար մետաղի սպառումը նվազել է ավելի քիչ, քան կարելի էր սպասել, քանի որ ընդհանուր մետաղալարերի խաչմերուկը պետք է լինի մոտավորապես 1,5 անգամ (ավելի ճիշտ՝ 2 անգամ) ավելի մեծ, քան մյուս երկու լարերի խաչմերուկը:

Հանդիպված տնտեսական և տեխնիկական դժվարությունները հետաձգեցին երկփուլ համակարգի ներդրումը գործնականում: Վեսթինգհաուս ընկերությունը այս համակարգով կառուցել է մի քանի կայան, որոնցից ամենամեծը մասշտաբով Նիագարայի հիդրոէլեկտրակայանն էր։

Ցույց է տրվել, որ գործնականում «հավերժ շարժման մեքենա» ստեղծելու նրա փորձը հաջող է եղել, քանի որ հեղինակը ինտուիտիվ կերպով հասկացել է, կամ գուցե հիանալի գիտեր, բայց զգուշորեն թաքցրել է ճշմարտությունը, թե ինչպես ճիշտ ստեղծել մագնիս: ցանկալի ձևըև ինչպես ճիշտ համեմատել ռոտորի և ստատորի մագնիսների մագնիսական դաշտերը, որպեսզի նրանց միջև փոխազդեցությունը հանգեցնի ռոտորի գրեթե հավերժական պտույտի: Դա անելու համար նա պետք է թեքեր ռոտորի մագնիսներն այնպես, որ այս մագնիսը լայնական կտրվածքով դառնա բումերանգի, թույլ կորացած պայտի կամ բանանի:

Այս ձևի շնորհիվ ռոտորային մագնիսի մագնիսական դաշտի գծերն այլևս փակված էին ոչ թե տորուսի տեսքով, այլ «բլիթ»-ի տեսքով, թեև հարթեցված: Եվ նման մագնիսական «բլիթ» տեղադրելը այնպես, որ դրա հարթությունը մոտավորապես կամ հիմնականում զուգահեռ լինի, երբ ռոտորային մագնիսը հնարավորինս մոտենա ստատորի մագնիսներին: էլեկտրահաղորդման գծերՍտատորի մագնիսներից բխող, եթերային հոսքերի համար Մագնուսի էֆեկտի շնորհիվ հնարավոր է դարձել ստանալ ուժ, որն ապահովում է խարիսխի անդադար պտույտը ստատորի շուրջ...

Իհարկե, լավ կլիներ, որ ռոտորային մագնիսի մագնիսական «բլիթը» լիովին զուգահեռ լիներ ստատորի մագնիսների բևեռներից բխող ուժի գծերին, իսկ հետո Մոբիուսի էֆեկտը մագնիսական հոսքերի համար, որոնք եթերի հոսքեր են, ավելի մեծ ազդեցություն կունենար։ Բայց այն ժամանակ (ավելի քան 30 տարի առաջ) նույնիսկ այնպիսի ինժեներական լուծումը հսկայական ձեռքբերում էր, որը, չնայած «հավերժական շարժման մեքենաների» արտոնագրերի տրամադրման արգելքին, Հովարդ Ջոնսոնը, մի քանի տարի սպասելուց հետո, կարողացավ արտոնագիր ստանալ: , քանի որ, ըստ երևույթին, նրան հաջողվել է համոզել արտոնագրային փորձագետներին իրենց մագնիսական շարժիչի և մագնիսական ուղու իրական աշխատանքային օրինակով։ Բայց նույնիսկ 30 տարի անց իշխանության մեջ գտնվողներից ոմանք համառորեն հրաժարվում են որոշում կայացնել արդյունաբերության մեջ, առօրյա կյանքում, ռազմական օբյեկտներում և այլն նման շարժիչների զանգվածային օգտագործման վերաբերյալ:

Համոզվելով, որ Հովարդ Ջոնսոնի շարժիչը օգտագործում է այն սկզբունքը, որը ես հասկացա՝ ելնելով նրանց Եթերի տեսությունից, ես փորձեցի նույն դիրքերից վերլուծել մեկ այլ արտոնագիր, որը պատկանում է ռուս գյուտարար Վասիլի Եֆիմովիչ Ալեքսեենկոյին։ Արտոնագիրը տրվել է դեռևս 1997 թվականին, սակայն ինտերնետի որոնումը ցույց տվեց, որ մեր կառավարությունն ու արդյունաբերողները իրականում անտեսում են գյուտը: Ըստ երևույթին, Ռուսաստանում դեռ շատ նավթ և փող կա, ուստի պաշտոնյաները նախընտրում են հանգիստ քնել և քաղցր ուտել, քանի որ նրանց աշխատավարձը դա թույլ է տալիս։ Եվ այս պահին մեր երկրին մոտենում է տնտեսական, քաղաքական, բնապահպանական և գաղափարական ճգնաժամ, որը կարող է վերաճել պարենային և էներգետիկ ճգնաժամերի, իսկ եթե զարգացումը մեզ համար անցանկալի լինի, առաջացնի ժողովրդագրական աղետ։ Բայց, ինչպես սիրում էին ասել որոշ ցարական զորահրամանատարներ, միեւնույն է, կանայք ծնում են նորերը...

Ընթերցողներին հնարավորություն եմ տալիս ծանոթանալ Ալեքսեենկոյի արտոնագրին։ Նա առաջարկեց մագնիսական շարժիչների 2 դիզայն. Նրանց թերությունն այն է, որ ռոտորային մագնիսները բավականին բարդ ձև ունեն: Սակայն արտոնագրային փորձագետները, փոխանակ օգնեն արտոնագրի հեղինակին պարզեցնել դիզայնը, սահմանափակվեցին պաշտոնական արտոնագիր տրամադրելով: Ես չգիտեմ, թե ինչպես է Ալեքսեենկո Վ. շրջանցեց «մշտական ​​շարժման մեքենաների» արգելքը, բայց շնորհակալություն դրա համար: Բայց այն, որ իրականում այս գյուտը ոչ մեկին ոչ մի օգուտ չտվեց, արդեն շատ վատ է։ Բայց սա, ցավոք սրտի, մեր ժողովրդի գոյության դաժան ճշմարտությունն է, որը ղեկավարվում է ոչ բավարար կոմպետենտ կամ չափազանց եսասեր արարածների կողմից։ Քանի դեռ բոված աքլորը թակում է...

ԳՅՈՒՏԱՐԱՆ

Արտոնագիր Ռուսաստանի Դաշնություն RU2131636

ԱՆՎԱՌԵԼԻՔԻ ՄԱԳՆԻՍԱԿԱՆ ՇԱՐԺԱՐԱՐ

ՊՏՈՏԱՅԻՆ ՄԱԳՆԻՍԱԿԱՆ ԴԱՇՏ.

Բոլոր բազմաֆազ AC համակարգերի արժեքավոր հատկությունը պտտվող մագնիսական դաշտ ստանալու հեշտությունն է: Սա մշտական ​​մագնիսական դաշտ է, որը պտտվում է էլեկտրական մեքենայի ներսում իր առանցքի շուրջ: Ամենատարածված էլեկտրական շարժիչների դիզայնը հիմնված է պտտվող մագնիսական դաշտի օգտագործման վրա՝ եռաֆազ ասինխրոն շարժիչներ, ինչպես նաև մեծ գործնական նշանակություն, սինխրոն շարժիչներ.

Ազդեցություն մագնիսական ասեղի դիրքի վրա՝ փոխելով

Ուղղակի հոսանքների ուղղությունները երկու կծիկներով.

Բացի այդ, շատ չափիչ գործիքներ և կարգավորող և կառավարող սարքեր շարժվում են պտտվող մագնիսական դաշտով:

Հերթականորեն փոխելով ուղիղ հոսանքի ուղղությունը երկու պարույրներում, որոնց առանցքները կազմում են 90° անկյուն, մագնիսական ասեղը կարող է պտտվել 360°-ի սահմաններում: Բայց միացված ուղղակի հոսանքը հեշտությամբ կարող է փոխարինվել փոփոխական հոսանքով, որն ինքնին կփոխի ուղղությունը: Այս դեպքում անհրաժեշտ է, որ երկու կծիկներում հոսանքի ուղղության փոփոխությունները միաժամանակ տեղի չունենան։ Այս պահանջը կբավարարվի երկու փոփոխական հոսանքներով, որոնք փուլային տեղաշարժված են միմյանց նկատմամբ մեկ քառորդ ժամանակահատվածով:

Նկարում պատկերված է երկու նույնական պարույրների համակարգ, որոնց առանցքները կազմում են 90° անկյուն։ Մագնիսական դաշտն ավելի միատեսակ դարձնելու համար յուրաքանչյուր կծիկ բաժանվում է երկու մասի։

Քանի որ հոսանքները համեմատաբար դուրս են փուլից մեկ քառորդ ժամանակաշրջանով, մագնիսական ինդուկցիաները նրանց գրգռված դաշտերում նույնպես պետք է միմյանց նկատմամբ ֆազից դուրս լինեն: Այս փուլային հերթափոխի պայմանը բավարարվում է սինուսային և կոսինուսային ալիքներով: Համաձայն որի դաշտային ինդուկցիան առաջին կծիկի B A == B m sin wt,իսկ երկրորդ կծիկի դաշտային ինդուկցիան B B = B m cos wt է:

Երկֆազ պտտվող մագնիսական դաշտի ստացման սխեմա.

Սարքի մեջտեղում գտնվող երկու փոփոխական մագնիսական դաշտերը ձևավորում են ստացված մագնիսական դաշտը, որի ինդուկցիան կլինի B res = , քանի որ կծիկների դաշտերի ուղղությունները փոխադարձաբար ուղղահայաց են։ Արժեքները փոխարինելով B արտահայտությամբ Բ ԱԵվ Բ Բորպես ժամանակի ֆունկցիա՝ ստանում ենք.

Հետևաբար, սարքի առաջացած մագնիսական դաշտը մեծությամբ հաստատուն է, թեև դա երկու փոփոխվող մագնիսական դաշտերի գումարն է։

Այժմ որոշենք ստացված դաշտի դիրքը տարածության մեջ: Ուղղահայաց առանցքի նկատմամբ այս դաշտը կազմում է a անկյուն, որը որոշվում է պայմանով

այսինքն դաշտը լրիվ հեղափոխություն է անում։

Դաշտը կատարում է f պտույտներ վայրկյանում, իսկ դաշտի պտույտների քանակը րոպեում n=f"60.Այսպիսով, ստանդարտ հզորության հաճախականությամբ

Շատ ավելի ձեռնտու է պտտվող մագնիսական դաշտ ստանալ եռաֆազ հոսանքի համակարգի միջոցով, ինչպես առաջարկել է Մ.Օ. Եռաֆազ պտտվող դաշտ ստանալու համար անհրաժեշտ է երեք նույնական պարույր, որոնց առանցքները կազմում են 120° անկյուններ։ Եռաֆազ հոսանքի համակարգով սնվող պարույրների դաշտում ինդուկցիայի ակնթարթային արժեքները կլինեն.

Դաշտի ընդհանուր մասում այս մագնիսական ինդուկցիաները գումարվում են վեկտորականորեն՝ ձևավորելով ստացված դաշտի մագնիսական ինդուկցիան։

Հարմար է այս դաշտը սահմանել երկու փոխադարձ ուղղահայաց առանցքներով բաղադրիչների միջոցով: Այդ նպատակով տիեզերքում կառուցում ենք հետևյալ առանցքները XԵվ Y,անցնելով կծիկների դաշտով, և X առանցքին կտրվի կծիկի A առանցքի ուղղությունը։

Այժմ որոշենք ստացված դաշտի բաղադրիչը X առանցքի երկայնքով: Այն հավասար կլինի երեք ինդուկցիայի ակնթարթային արժեքների այս առանցքի կանխատեսումների հանրահաշվական գումարին.

Այժմ ինդուկցիայի արտահայտությունները փոխարինելով որպես սինուսոիդային մեծություններ՝ մենք ստանում ենք.

Ստացված մագնիսական դաշտի բաղադրիչ առանցքի երկայնքով Յկամք

կամ ինդուկցիոն արժեքները որպես սինուսոիդային մեծություններ փոխարինելուց հետո

Արդյունք մագնիսական ինդուկցիա

այսինքն՝ ստացված դաշտը մեծությամբ հաստատուն է, իսկ նրա կողմից ձևավորված անկյունը առանցքի հետ Y,պայմանից որոշված

Մագնիսական դաշտը պտտվում է կծիկի առանցքների հարթությունում w 0 անկյունային արագությամբ։ Ուղղությամբ այն հետևողականորեն համընկնում է կծիկի առանցքի հետ, որին հասնում է հոսանքը առավելագույն արժեքը, այսինքն՝ այն պտտվում է կծիկները սնուցող հոսանքների եռաֆազ համակարգի փուլային հաջորդականության ուղղությամբ։

Այժմ համեմատենք երկփուլ և եռաֆազ պտտվող դաշտերի պայմանները։ Երկու փուլային համակարգով պահանջվում է երկու լար՝ նախատեսված I հոսանքի համար, և երրորդ լարը, որը նախատեսված է հոսանքի համար I 0 = Ö2 I: Մագնիսական ինդուկցիա պտտվող երկփուլ դաշտում ԵրքԵռաֆազ համակարգով անհրաժեշտ է երեք միանման լար, որոնցից յուրաքանչյուրը գնահատվում է ընթացիկ I-ի համար, իսկ պտտվող դաշտում ինդուկցիան 1,5 Վտ է:

Հետեւաբար, երկփուլ համակարգի համար անհրաժեշտ է ավելի մեծ հատվածլարերը, իսկ պտտվող դաշտը ստեղծվում է 1,5 անգամ ավելի թույլ, քան եռաֆազ համակարգում։ Այս պատճառներով երկփուլ հոսանքը, որը հորինվել է եռաֆազից առաջ (ինժեներ Տեսլայի կողմից), ներկայումս օգտագործվում է միայն որոշ հատուկ սարքերում:

Շարժվող սարք, որը տեղադրված է պտտվող մագնիսական դաշտում

կարող է պտտվել դրա մեջ ասինխրոն կամ սինխրոն:

Պտտվող մագնիսական դաշտում իր առանցքների վրա տեղադրենք մետաղական շրջանակ, որպեսզի շրջանակի պտտման առանցքը հավասարեցվի դաշտի պտտման առանցքին: Դաշտը կհատի շրջանակը և կներկայացնի դրա մեջ e: դ.ս. որքան մեծ է, այնքան ավելի արագ է դաշտը հատում շրջանակը, քանի որ էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի օրենքի համաձայն.

Ուղղություն էլ. d.s.-ը, որը դրդված է շրջանակի երկու կողմերում, կարող է որոշվել կանոնով աջ ձեռք. Միայն անհրաժեշտ է հաշվի առնել, որ հաղորդիչի նկատմամբ մագնիսական դաշտի շարժումը համարժեք է հաղորդիչի շարժմանը հակառակ ուղղությամբ։ Հետևաբար, emf-ի ուղղությունը որոշելիս պետք է ձեր ափը դնել դեպի մագնիսական գծերը և ձեր ափը մի կողմ դնել: բութ մատըմատնանշեք մագնիսական դաշտի շարժման դեմ, այնուհետև երկարացված չորս մատները ցույց կտան հրահրված emf-ի ուղղությունը: Շրջանակի երկու կողմերում առաջացած էլեկտրաշարժիչ ուժերը ուղղվում են շրջանակի ձևավորման շրջադարձով, ըստ, այսինքն՝ գումարվում են:

Քանի որ շրջանակը փակ կծիկ է, դրա մեջ առաջացած էմֆ-ը: առաջացնել որոշակի ինդուկտիվ հոսանք i . Պտտվող մագնիսական դաշտի ազդեցությունը այս հոսանքի վրա ստեղծում է երկու ուժ f = Bil , երկու կողմերից ամրացված շրջանակներ: Այս ուժերի ուղղությունը կարելի է որոշել ձախակողմյան կանոնով։ Նրանք ձևավորում են մի քանի ուժ և ստեղծում շրջանակի վրա գործող ոլորող մոմենտ: Այս պահի ազդեցության տակ շրջանակը պետք է պտտվի դաշտի պտտման ուղղությամբ:

Այնուամենայնիվ, որքան արագ է պտտվում շրջանակը, այնքան մագնիսական պտտվող դաշտի գծերը համեմատաբար ավելի դանդաղ կանցնեն նրա կողմերը, այսինքն՝ արագությունը կնվազի։ vդաշտի շարժումը շրջանակի նկատմամբ: Արդյունքում հոսանքը կնվազի ես,դրդված շրջանակում: Սա իր հերթին առաջացնում է շրջանակի վրա ազդող ոլորող մոմենտների թուլացում: Եթե ​​շրջանակը հասնում է պտտվող դաշտին, ապա emf. և դրա մեջ հոսանքը կվերանա, քանի որ շրջանակի կողմերի հատումը պտտվող մագնիսական դաշտով կդադարի, ինչի արդյունքում շրջանակի վրա գործող ոլորող մոմենտը նույնպես կզրոյանա։

Այս պատճառներով շրջանակը պտտվում է ասինխրոն արագությամբ [հունարեն «asynchronos» ոչ միաժամանակյա բառից] ավելի դանդաղ, քան դաշտը, այսինքն՝ շրջանակը չի պտտվում դաշտի պտույտի հետ միաժամանակ։ Շրջանակի պտտման արագությունը Պրոպեում պտույտներն ինքնաբերաբար սահմանվում են այնպես, որ ինդուկտիվ հոսանքի կողմից ստեղծված ոլորող մոմենտը հավասար լինի առանցքների շփման, օդի հետ շփման և այլնի հետևանքով առաջացած արգելակման ոլորող մոմենտին: ավելի մեծ ուժը կներկայացվի դրա մեջ:

Ասինխրոն ռոտացիայի դեպքում դաշտը կազմում է n 1պտույտներ րոպեում, իսկ շարժական մասը, որը սովորաբար կոչվում է ռոտոր, միայն Պռ/րոպ. Դաշտից ռոտորի հարաբերական ուշացումը բնութագրվում է սայթաքմամբ.

Մետաղական շրջանակ պտտվող մագնիսական դաշտում:

Մշտական ​​մագնիս պտտվող մագնիսական դաշտում:

Եթե ​​շատ թեթև մագնիսական ասեղ տեղադրվի պտտվող մագնիսական դաշտում, այն դաշտի հետ միասին կպտտվի համաժամանակյա արագությամբ (հունարեն «սինխրոնոս» բառը նշանակում է ժամանակի համընկնում), այսինքն՝ դաշտն ու ասեղը մեկ պտույտ կկատարեն դաշտում։ միեւնույն ժամանակ ։ Մագնիսական ուժերը, որոնք ձգտում են սլաքը դնել դաշտի ուղղությամբ, կաջակցեն այս պտույտին:

Բայց եթե շարժվող մագնիսը համեմատաբար ծանր է, ապա պտտվող դաշտի ազդեցության տակ այն չի շարժվի։ Գործելով նման անշարժ մագնիսի վրա՝ պտտվող դաշտը կես պտույտի ընթացքում կստեղծի ոլորող մոմենտ, իսկ պտույտի երկրորդ կեսին՝ արգելակման ոլորող մոմենտ, քանի որ մագնիսական ուժերը կքաշեն մագնիսը կամ դաշտի պտտման ուղղությամբ կամ դաշտի պտտման ուղղությամբ։ հակառակ ուղղությամբ։

Եթե ​​ինչ-որ սարքի օգնությամբ մագնիսը արագացվի մինչև դաշտի արագությունը, այսինքն՝ մինչև սինխրոն արագությունը, ապա սինխրոնիզմի մեջ մտնելով՝ մագնիսը կպտտվի դաշտի արագությամբ։ Այն կպահպանի այս համաժամանակյա արագությունը, երբ պետք է հաղթահարի արգելակման ցանկացած ուժ, բայց այս դեպքում մագնիսը պտտվող դաշտից հետ կմնա որոշակի հաստատուն անկյան տակ: Այս անկյունը ավելի մեծ կլինի, որքան մեծ լինի արգելակման ուժը: Եթե ​​այս ուժը դառնա չափազանց մեծ, ապա մագնիսը կկանգնի և դուրս կգա համաժամանակությունից: Այն չի կարող ավելի դանդաղ պտտվել, քան դաշտը:

Սինխրոն ռոտացիան օգտագործվում է սինխրոն շարժիչներում, որն օգտագործվում է հիմնականում այն ​​դեպքերում, երբ անհրաժեշտ է զգալի հզորության շարժիչ, որը պտտվում է մշտական ​​արագությամբ։

Էլեկտրագրավիտացիան հեշտ է

Այսօր մշտական ​​մագնիսներ են հայտնաբերվել օգտակար հավելվածշատ ոլորտներում մարդկային կյանք. Երբեմն մենք չենք նկատում նրանց ներկայությունը, բայց գրեթե ցանկացած բնակարանում տարբեր էլեկտրական սարքերում և մեխանիկական սարքերում, եթե ուշադիր նայեք, կարող եք գտնել դրանք: Էլեկտրական սափրիչ և բարձրախոս, վիդեո նվագարկիչ և Պատի ժամացույց, Բջջային հեռախոսև միկրոալիքային վառարան, սառնարանի դուռը և վերջապես, ամենուր կարող եք մշտական ​​մագնիսներ գտնել:

Դրանք օգտագործվում են բժշկական սարքավորումիսկ չափիչ սարքավորումներում՝ ներս տարբեր գործիքներիսկ ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ՝ DC շարժիչներում, ներս բարձրախոսների համակարգեր, կենցաղային էլեկտրական սարքերում և շատ ու շատ այլ վայրերում՝ ռադիոտեխնիկա, գործիքաշինություն, ավտոմատացում, հեռամեխանիկա և այլն. այս ոլորտներից ոչ մեկը չի կարող անել առանց օգտագործման։ մշտական ​​մագնիսներ.

Մշտական ​​մագնիսներ օգտագործող հատուկ լուծումները կարող են անվերջ թվարկվել, սակայն այս հոդվածի թեման կլինի կարճ ակնարկՄշտական ​​մագնիսների մի քանի կիրառություններ էլեկտրատեխնիկայում և էներգետիկայում:

Օերսթեդի և Ամպերի ժամանակներից ի վեր լայնորեն հայտնի է դարձել, որ հոսանք կրող հաղորդիչները և էլեկտրամագնիսները փոխազդում են մշտական ​​մագնիսական դաշտի հետ։ Շատ շարժիչների և գեներատորների շահագործումը հիմնված է այս սկզբունքի վրա: Պետք չէ հեռուն փնտրել օրինակների համար: Ձեր համակարգչի էլեկտրամատակարարման օդափոխիչն ունի ռոտոր և ստատոր:

Շեղբերով շարժիչը ռոտոր է մշտական ​​մագնիսներով, որոնք դասավորված են շրջանագծի մեջ, իսկ ստատորը էլեկտրամագնիսի միջուկն է։ Ստատորի մագնիսացման հակադարձում, էլեկտրոնային միացումստեղծում է ստատորի մագնիսական դաշտի պտտման էֆեկտը, մագնիսական ռոտորը հետևում է ստատորի մագնիսական դաշտին՝ փորձելով ձգվել դեպի այն՝ օդափոխիչը պտտվում է. Ռոտացիան իրականացվում է նմանատիպ եղանակով կոշտ սկավառակև աշխատեք նույն ձևով:

Մշտական ​​մագնիսներն իրենց կիրառությունը գտել են նաև էլեկտրական գեներատորներում։ Կիրառվող տարածքներից են, օրինակ, տնային հողմային տուրբինների համաժամանակյա գեներատորները:

Գեներատորի ստատորի վրա շրջագծով կան գեներատորի պարույրներ, որոնք հողմաղացի աշխատանքի ընթացքում հատվում են ռոտորի վրա տեղադրված շարժվող (շեղբերին փչող քամու ազդեցությամբ) մշտական ​​մագնիսների փոփոխական մագնիսական դաշտով: Հնազանդության մեջ գեներատորի կծիկների հաղորդիչները մագնիսներով անցել են ուղղակի հոսանքը դեպի սպառողական միացում:

Նման գեներատորները օգտագործվում են ոչ միայն հողմային տուրբիններում, այլև որոշ արդյունաբերական մոդելներում, որտեղ գրգռման ոլորուն փոխարեն ռոտորի վրա տեղադրվում են մշտական ​​մագնիսներ։ Մագնիսներով լուծույթների առավելությունը ցածր անվանական արագություններով գեներատոր ստանալու հնարավորությունն է:

Հաղորդող սկավառակը պտտվում է մշտական ​​մագնիսի դաշտում։ Ընթացիկ սպառումը, անցնելով սկավառակի միջով, փոխազդում է մշտական ​​մագնիսի մագնիսական դաշտի հետ, և սկավառակը պտտվում է։

Որքան մեծ է հոսանքը, այնքան մեծ է սկավառակի պտտման հաճախականությունը, քանի որ ոլորող մոմենտն առաջանում է Լորենցի ուժի կողմից, որը գործում է սկավառակի ներսում լիցքավորված մասնիկների վրա մշտական ​​մագնիսի մագնիսական դաշտից շարժվող լիցքավորված մասնիկների վրա: Ըստ էության, նման հաշվիչը ցածր էներգիայի չափիչ է, որն ունի մագնիս ստատորի վրա:

Թույլ հոսանքները չափելու համար օգտագործվում են շատ զգայուն չափիչ գործիքներ։ Այստեղ պայտի մագնիսը փոխազդում է փոքր հոսանք կրող կծիկի հետ, որը կախված է մշտական ​​մագնիսի բևեռների միջև ընկած բացվածքում։

Չափման գործընթացում կծիկի շեղումը տեղի է ունենում մագնիսական ինդուկցիայի պատճառով ստեղծված ոլորող մոմենտով, որը տեղի է ունենում, երբ հոսանքն անցնում է կծիկի միջով: Այսպիսով, կծիկի շեղումը պարզվում է, որ համաչափ է արդյունքում առաջացող մագնիսական ինդուկցիայի արժեքին բացվածքում և, համապատասխանաբար, կծիկի մետաղալարերի հոսանքին: Փոքր շեղումների դեպքում գալվանոմետրի սանդղակը գծային է:

Անշուշտ, ձեր խոհանոցում միկրոալիքային վառարան կա: Եվ ունի երկու մշտական ​​մագնիս: Միկրոալիքային տիրույթ ստեղծելու համար տեղադրվում է միկրոալիքային վառարան: Մագնետրոնի ներսում էլեկտրոնները վակուումով շարժվում են կաթոդից դեպի անոդ, և շարժման ընթացքում նրանց հետագիծը պետք է թեքվի այնպես, որ անոդի վրա ռեզոնատորները բավականաչափ ուժեղ գրգռվեն։

Էլեկտրոնի հետագիծը թեքելու համար մագնետրոնի վակուումային խցիկի վերևում և ներքևում տեղադրվում են օղակաձև մշտական ​​մագնիսներ: Մշտական ​​մագնիսների մագնիսական դաշտը թեքում է էլեկտրոնների հետագծերը այնպես, որ ստացվում է էլեկտրոնների հզոր հորձանուտ, որը գրգռում է ռեզոնատորները, որոնք էլ իրենց հերթին միկրոալիքային տիրույթում էլեկտրամագնիսական ալիքներ են առաջացնում՝ սնունդը տաքացնելու համար։

Որպեսզի կոշտ սկավառակի գլուխը ճշգրիտ տեղադրվի, դրա շարժումները տեղեկատվության գրման և ընթերցման գործընթացում պետք է շատ ճշգրիտ վերահսկվեն և վերահսկվեն: Կրկին մշտական ​​մագնիսը օգնության է հասնում։ Կոշտ սկավառակի ներսում, ֆիքսված մշտական ​​մագնիսի մագնիսական դաշտում, շարժվում է գլխի հետ կապված հոսանք կրող կծիկ։

Երբ հոսանք է կիրառվում գլխի կծիկի վրա, այս հոսանքի մագնիսական դաշտը, կախված դրա արժեքից, մղում է կծիկը մշտական ​​մագնիսից ավելի ուժեղ կամ թույլ, այս կամ այն ​​ուղղությամբ, ուստի գլուխը սկսում է շարժվել և բարձր ճշգրտությամբ: . Այս շարժումը վերահսկվում է միկրոկոնտրոլերի միջոցով:

Էներգաարդյունավետության բարձրացման նպատակով որոշ երկրներում ձեռնարկությունների համար կառուցվում են էներգիայի մեխանիկական պահպանման սարքեր։ Սրանք էլեկտրամեխանիկական փոխարկիչներ են, որոնք գործում են իներցիոն էներգիայի կուտակման սկզբունքով պտտվող թռչող անիվի կինետիկ էներգիայի տեսքով, որը կոչվում է.

Օրինակ, Գերմանիայում ATZ-ը մշակել է կինետիկ էներգիայի պահպանման սարք՝ 20 ՄՋ հզորությամբ, 250 կՎտ հզորությամբ և մոտավորապես 100 Վտժ/կգ էներգիայի հատուկ ինտենսիվությամբ։ 6000 պտ/րոպե արագությամբ պտտվող 100 կգ քաշով, 1,5 մետր տրամագծով գլանաձեւ կառուցվածքով, բարձրորակ առանցքակալներ են անհրաժեշտ։ Արդյունքում, ստորին առանցքակալը պատրաստվել է, իհարկե, մշտական ​​մագնիսների հիման վրա: