Генератор пост тока

ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА БЕЗ ЩЕТОК

Физический принцип действия машины постоянного тока как гене­ратора основан на явлении возникновения ЭДС индукции в рамке из про­водника при вращении ее в магнитном поле (рис. 6.9.1,а).

Основными частями машины постоянного тока являются индуктор, с помощью которого создается магнитное поле, якорь, в обмотке которого наводится ЭДС индукции, коллектор и электрические щетки.

Коллектор — это изолированные друг от друга проводящие пластины, присоединенные к катушкам. По пластинам коллектора скользят щетки, соединяющие концы обмоток с внешней электрической цепью. Это самый капризный и ненадежный узел машины постоянного тока. Избавиться от скользящего токосъема — мечта инженеров-электромехаников. Каких только сочетаний якорей и индукторов не предлагалось, и все тщетно. Создать бесщеточный генератор казалось делом абсолютно нереальным. И все же такой генератор был создан — сверхпроводники помогли заменить щеточный токосъем. Вот как была решена эта проблема.

Представьте себе сверхпроводящую пластинку, например из свинца, включенную в замкнутый контур. С торцов пластинки к нагрузке — сверх­проводящей катушке — отходят провода, выполненные из сверхпроводников с высокими критическими параметрами (рис. 6.9.1,б). Под пластинкой дви­жется магнит, поле которого как бы пронзает свинцовую пластинку, созда­вая в ней нормальную область — дырку, через которую проходит магнит­ный поток. Вся остальная часть пластинки по-прежнему остается в сверх­проводящем состоянии.

Рис. 6.9.1.

По мере движения магнита невидимая дырка будет скользить вдоль пластинки, а магнитные силовые линии вытягиваться. В момент выхода магнита из контура магнитный поток соединится со сверхпроводящей цепью, и в ней наведется незатухающий ток, который обеспечит сохранение маг­нитного поля. Так появится магнитный поток. Обратите внимание: магнит входит в цепь, нарушая ее сверхпроводимость лишь частично, а выходит из нее через другой участок, не разрушая сверхпроводящего состояния.

На этом принципе могут быть созданы устройства с вращающимся маг-нитом (рис. 6.9.1,в). Несколько возбуждающих магнитов вращаются над пластинами, соединенными последовательно с помощью сверхпроводников. Во время работы магнитные силовые линии возбуждающих магнитов от­клоняются сверхпроводящими пластинами, но в местах, где находятся дырки; силовые линии легко проходят. Так как магниты вращаются, то и дырки, через которые проходят силовые линии, перемещаются по пластинам. Таким путем создается необходимое условие для возникновения тока — пересе­чение проводников силовыми линиями. В результате в генераторе возникает ток.

Такого же эффекта можно достичь, заменив пластину сплошным сверх­проводящим диском (рис. 6.9.1,г). Концы обмотки в этом случае подсоединя­ются к центру и к периферии диска, а полюс магнита движется под диском по окружности. Впрочем, магнит можно и не двигать, а просто расположить в ряд над пластиной несколько электромагнитов и поочередно на каж­дый подавать напряжение (рис. 6.9.1,д). Получается тот же эффект, что и с перемещаемым магнитом, только движется не сам магнит, а магнитное поле, создаваемое магнитной системой.

Особенно примечательным в этих устройствах (электротехники называют их топологическими генераторами) является то, что постоянный ток в них снимается с неподвижной части конструкции. А ведь многие утверждали, что создать машину постоянного тока без коллектора невозможно. Сегодня такие генераторы уже используются для подачи тока в сверхпроводящие магниты.