|
усиливал уже имеющееся в них магнитное состояние. Вследствие этого усиливался в
свою очередь ток в арматуре, а последний еще более увеличивал силу
электромагнитов. Мало помалу такое взаимное усиление шло до тех пор, пока
электромагниты не приобретали полной своей силы. Тогда можно было привести в
движение вторую арматуру и получить от нее ток для внешней цепи.
Следующий шаг в совершенствовании динамомашины был сделан в том
направлении, что совершенно устранили одну из арматур и воспользовались другой
не только для возбуждения электромагнитов, но и для получения тока во внешней
цепи. Для этого нужно было только провести ток из арматуры в обмотку
электромагнита, рассчитав все так, чтобы последний мог достичь полной своей
силы и направить тот же ток во внешнюю цепь. Но при таком упрощении конструкции
якорь Сименса оказывался непригодным, так как при быстрой перемене полярностей,
в якоре возбуждались сильные паразитические токи, железо сердечников быстро
разогревалось, и это могло при больших токах привести к порче всей машины.
Необходима была другая форма якоря, более соответствовавшая новому режиму
работы.
Удачное решение проблемы было вскоре найдено бельгийским изобретателем
Зиновием Теофилем Граммом. Он жил во Франции и служил в кампании «Альянс»
столярным мастером. Здесь он познакомился с электричеством. Размышляя над
усовершенствованием электрогенератора, Грамм в конце концов пришел к мысли
заменить якорь Сименса другим, имеющим кольцевую форму. Важное отличие
кольцевого якоря (как будет показано ниже) состоит в том, что он не
перемагничивается и имеет постоянные полюса (Грамм пришел к своему открытию
самостоятельно, но надо сказать, что еще в 1860 г. итальянский изобретатель
Пачинотти во Флоренции построил электрический двигатель с кольцеобразным
якорем; впрочем, это открытие вскоре было забыто.)
Итак, исходная точка поисков Грамма заключалась в том, чтобы заставить
вращаться внутри проволочной катушки железное кольцо, на котором наведены
магнитные полюсы и таким образом получить равномерный ток постоянного
направления.
Чтобы представить устройство генератора Грамма, рассмотрим сначала
следующее приспособление. В магнитном поле, образуемом полюсами N и S,
вращаются восемь замкнутых металлических колец, которые прикреплены на равном
расстоянии друг от друга к оси при помощи спиц. Обозначим самое верхнее кольцо
№ 1 и будем считать по направлению хода часовой стрелки. Рассмотрим сперва
кольца 15. Мы видим, что кольцо 1 охватывает наибольшее число силовых линий
магнитного поля, так как его плоскость перпендикулярна им. Кольцо 2 охватывает
уже меньшее их число, так как оно наклонено к направлению линий, а сквозь
кольцо 3 линии вовсе не проходят, так как его плоскость совпадает с их
направлением. В кольце 4 число пересекаемых линий увеличивается, но, как легко
заметить, они вступают в него уже с противоположной стороны, так как кольцо 4
обращено к полюсу магнита другой своей стороной по сравнению с кольцом 2. Пятое
кольцо охватывает столько же линий, сколько первое, но входят они с
противоположной стороны. Если мы будем вращать ось, к которой прикреплены
кольца, то каждое кольцо будет последовательно проходить через положения 15.
При этом, при переходе из 1го положения в 3е в кольце возникает ток. На пути
из положения 3 к 5, если бы силовые линии пересекали кольцо с той же самой
стороны, в нем появлялся бы ток противоположный тому, что в положении 13, но
так как при этом кольцо изменяет свое положение относительно полюса, то есть
поворачивается к нему другой стороной, ток в кольце сохраняет то же направление.
Зато когда кольцо проходит из положения 5 через 6 и 7 опять к 1, в нем
индуцируется ток, противоположный первому.
Заменив теперь наши воображаемые кольца витками вращающейся катушки,
плотно намотанной на железное кольцо, мы получим кольцо Грамма, в котором ток
будет индуцироваться точно так же, как описано выше. Предположим, что проволока
обмотки не имеет изоляции, но железный сердечник покрыт изолирующей оболочкой и
ток, индуцируемый в витках проводника, не может проходить в него. Тогда каждый
виток спирали будет подобен тому кольцу, что мы рассматривали выше, и витки в
каждой половине кольца будут представлять собой последовательно соединенные
кольцевые проводники. Но обе половинки кольца соединены противоположно друг к
другу. Значит, токи с обеих сторон направляются к верхней половине кольца, и
там, следовательно, получается положительный полюс. Подобным же образом в
нижней точке, откуда берут свое направление токи, будет находиться
отрицательный полюс. Можно, следовательно, сравнить кольцо с батареей,
составленной из двух частей, которые соединены между собой противоположно.
Если теперь соединить противоположные концы кольца, то получится
замкнутая цепь постоянного тока. В нашем воображаемом устройстве этого можно
легко достичь, укрепив скользящие контакты в виде пружины так, чтобы они
касались верхней и нижней части вращающегося кольца и снимали с их помощью
электрический ток. Но в действительности генератор Грамма имел более сложное
устройство, поскольку здесь было налицо несколько технических затруднений: с
одной стороны, для того чтобы снимать ток с кольца, витки обмотки должны быть
обнажены, с другой — для получения сильных токов обмотка должна быть намотана
плотно и в несколько слоев. Каким же образом изолировать нижние слои от
верхних?
На практике кольцо Грамма дополняло особое, довольно сложное устройство,
называемое коллектором, которое и служило для отвода токов из обмотки.
Коллектор состоял из металлических пластин, прикрепленных к оси кольца и
имевших форму секторов цилиндра. Каждая пластина тщательно изолировалась от
соседних секторов и от оси кольца. Концы каждого сектора обмотки были соединены
|
|