Was ist eine Dynamomaschine? Die ersten Gleichstromgeneratoren

Die Dynamos im vorletzten Jahrhundert wurden als Gleichstromgeneratoren bezeichnet, die ersten industriellen Generatoren, die später durch Wechselstromgeneratoren ersetzt wurden, die für die Umwandlung durch Transformatoren geeignet und für die Fernübertragung mit geringem Verlust äußerst praktisch sind.

Heute bedeutet das Wort "Dynamo" in der Regel kleine Fahrradgeneratoren (für Scheinwerfer) oder Handgeneratoren (für touristische Taschenlampen). Bei Industriegeneratoren handelt es sich heute nur noch um Wechselstromgeneratoren. Erinnern wir uns jedoch daran, wie sich die ersten Dynamos entwickelt und verbessert haben.

Das erste Modell eines Gleichstromgenerators oder eines unipolaren Dynamos wurde bereits 1832 von Michael Faraday vorgeschlagen, als er nur das Phänomen der elektromagnetischen Induktion entdeckte. Es war die sogenannte "Faradaysche Scheibe" - der einfachste Gleichstromgenerator. Ein hufeisenförmiger Magnet diente als Stator darin, und eine manuell gedrehte Kupferscheibe diente als Rotor, dessen Achse und Kante mit den Kollektorbürsten in Kontakt standen.

Wenn die Scheibe gedreht wurde, wurde in dem Teil der Scheibe, der den Magnetfluss zwischen den Polen des Statormagneten kreuzte, eine EMF induziert, die, wenn der Stromkreis zwischen den Bürsten gegen eine Last kurzgeschlossen wurde, einen radialen Strom in der Scheibe verursachte. Ähnliche unipolare Generatoren werden heute noch verwendet, wo große Gleichströme ohne Gleichrichtung erforderlich sind.

Der Franzose Ippolit Pixie baute zuerst die Lichtmaschine, es geschah im selben 1832. Der Stator der Dynamomaschine enthielt ein Paar in Reihe geschalteter Spulen, der Rotor war ein hufeisenförmiger Permanentmagnet, außerdem hatte das Design einen Bürstenkommutator.

Der Magnet drehte sich, kreuzte den Kern der Spulen mit einem magnetischen Fluss und induzierte eine harmonische EMK in ihnen. Und der automatische Schalter wurde verwendet, um einen konstanten pulsierenden Strom in der Last zu korrigieren und zu erhalten.

Später, im Jahr 1842, wird Jacobi vorschlagen, Magnete am Stator und die Wicklung am Rotor anzubringen, die sich ebenfalls durch das Getriebe drehen würden. Dadurch wird der Generator kompakter.

Um die Serienbogenlampen von Frederick Holmes zu liefern (diese Lampen wurden in Suchscheinwerfern von Leuchttürmen verwendet), schlug Frederick Holmes 1856 selbst ein Generatorkonzept vor, das dem Jacobi-Generator ähnelt, jedoch durch einen Watt-Fliehkraftregler ergänzt wird, um die Lampenspannung bei verschiedenen Lastströmen konstant zu halten. Was wurde durch automatisches Verschieben der Bürsten erreicht.

Der Stator enthielt 50 Magnete, und das Design wog im Allgemeinen 4 Tonnen und entwickelte eine Leistung von etwas mehr als 7 kW. Etwa 100 solcher Generatoren wurden unter dem Markennamen Alliance hergestellt.

In der Zwischenzeit unterschieden sich Maschinen mit Permanentmagneten in einem wesentlichen Nachteil: Die Magnete verloren mit der Zeit ihre Magnetisierung und verschlechterten sich durch Vibrationen. Infolgedessen wurde die von der Maschine erzeugte Spannung mit der Zeit immer niedriger. In diesem Fall konnte die Magnetisierung nicht gesteuert werden, um die Spannung zu stabilisieren.

Als Lösung kam die Idee der elektromagnetischen Anregung. Die Idee kam dem englischen Erfinder Henry Wilde in den Sinn, der 1864 einen Generator mit einem Permanentmagnet-Erreger patentierte - der Erregermagnet wurde einfach auf der Generatorwelle montiert.

Eine echte Revolution bei den Generatoren wird später der deutsche Ingenieur Werner Siemens machen, der das wahre dynamoelektrische Prinzip entdecken und die Produktion neuer Gleichstromgeneratoren in Betrieb nehmen wird.

Das Prinzip der Selbsterregung besteht darin, die Restmagnetisierung des Rotorkerns zum Starten der Erregung zu verwenden und dann, wenn der Generator erregt ist, den Laststrom als Magnetisierungsstrom zu verwenden oder eine spezielle Erregerwicklung einzuschalten, die durch den erzeugten Strom parallel zur Last gespeist wird. Infolgedessen erhöht eine positive Rückkopplung den magnetischen Fluss der durch den Strom erzeugten Erregung.

Unter den ersten, dem Prinzip der Selbstanregung oder dem dynamoelektrischen Prinzip, bemerkte der Ingenieur aus Dänemark, Soren Hiort. Er wird in seinem Patent von 1854 die Möglichkeit erwähnen, die Restmagnetisierung zu verwenden, um das Phänomen der elektromagnetischen Induktion zu implementieren, um eine Erzeugung zu erhalten. Da er jedoch befürchtet, dass der Restmagnetfluss nicht ausreicht, wird Hiort vorschlagen, das Dynamodesign durch Permanentmagnete zu ergänzen. Dieser Generator wird niemals implementiert.

Später, im Jahr 1856, wird Anies Jedlik, ein Mitglied der Ungarischen Akademie der Wissenschaften, eine ähnliche Idee zum Ausdruck bringen, aber nichts patentieren lassen. Nur 10 Jahre später verwirklicht Samuel Varley, ein Schüler von Faraday, in der Praxis das Prinzip des selbsterregten Dynamos. Seine Patentanmeldung (1866) enthielt eine Beschreibung einer dem Jacobi-Generator sehr ähnlichen Vorrichtung, nur Permanentmagnete wurden bereits durch eine Anregungswicklung ersetzt - Anregungselektromagnete. Vor dem Start wurden die Kerne durch Gleichstrom magnetisiert.

Anfang 1867 berichtete der Erfinder Werner Siemens an der Berliner Akademie der Wissenschaften. Er präsentierte der Öffentlichkeit einen Generator ähnlich dem Varley-Generator, den "Dynamo". Die Maschine wurde im Motormodus gestartet, so dass die Feldwicklungen magnetisiert wurden. Dann verwandelte sich das Auto in einen Generator.

Es war eine echte Revolution im Verständnis und Design elektrischer Maschinen. In Deutschland begann die weit verbreitete Produktion von Siemens-Dynamos - selbsterregte Gleichstromgeneratoren - die ersten Industriedynamos.

Das Design von Dynamos hat sich im Laufe der Zeit geändert: Theophilus Gramm schlug im selben Jahr 1867 einen Ringanker vor, und 1872 schlug Gefner Altenek, Chefdesigner von Siemens-Halske, das Aufwickeln von Trommeln vor.

Gleichstromgeneratoren nehmen also ihre endgültige Form an. Im 19. Jahrhundert, mit dem Übergang zu Wechselstrom, werden Wasserkraftwerke und Wärmekraftwerke beginnen, Wechselstrom an Wechselstromgeneratoren zu erzeugen. Aber das ist eine ganz andere Geschichte ...

Siehe auch zu diesem Thema:

Die Haupttypen von elektrischen Generatoren und ihre Eigenschaften