O que é uma máquina de dínamo. Os primeiros geradores de corrente contínua

Os dínamos do século anterior começaram a ser chamados de geradores de corrente contínua, os primeiros geradores industriais que mais tarde foram substituídos por geradores de corrente alternada adequados para conversão por transformadores e extremamente convenientes para transmissão de longa distância com poucas perdas.

Hoje, a palavra "dínamo", via de regra, significa pequenos geradores de bicicleta (para faróis) ou geradores manuais (para lanternas de turistas). Quanto aos geradores industriais, hoje tudo isso são geradores de corrente alternada. Recordemos, no entanto, como os primeiros dínamos se desenvolveram e melhoraram.

O primeiro modelo de um gerador de corrente direta, ou dínamo unipolar, foi proposto em 1832 por Michael Faraday, quando ele descobriu apenas o fenômeno da indução eletromagnética. Era o chamado "disco Faraday" - o gerador DC mais simples. Um ímã em forma de ferradura servia como estator nele, e um disco de cobre girado manualmente agia como um rotor, cujo eixo e borda estavam em contato com as escovas do coletor.

Quando o disco foi girado, na parte do disco que cruzava o fluxo magnético entre os pólos do ímã do estator, era induzida uma EMF, que, se o circuito entre as escovas estivesse em curto com uma carga, levaria ao aparecimento de uma corrente radial no disco. Geradores unipolares semelhantes ainda são usados ​​hoje em dia onde são necessárias grandes correntes diretas sem retificação.

O francês Ippolit Pixie construiu o alternador pela primeira vez, aconteceu no mesmo ano de 1832. O estator da máquina de dínamo continha um par de bobinas conectadas em série, o rotor era um ímã permanente em forma de ferradura, além disso, o design possuía um comutador de escova.

O ímã girou, cruzou o núcleo das bobinas com um fluxo magnético e induziu uma fem harmônica nelas. E a chave automática foi usada para retificar e obter uma corrente pulsante constante na carga.

Mais tarde, em 1842, Jacobi proporá a colocação de ímãs no estator e o enrolamento no rotor, que também giraria através da caixa de velocidades. Isso tornará o gerador mais compacto.

Em 1856, para fornecer lâmpadas seriais de arco de Frederick Holmes (essas lâmpadas eram usadas em holofotes), o próprio Frederick Holmes propôs um projeto de gerador semelhante ao gerador de Jacobi, mas complementado por um regulador centrífugo de Watt para manter a tensão da lâmpada constante em diferentes correntes de carga, o que foi alcançado mudando automaticamente os pincéis.

O estator continha 50 ímãs e o design geralmente pesava 4 toneladas e desenvolveu uma potência de pouco mais de 7 kW. Cerca de 100 desses geradores foram produzidos sob a marca Alliance.

Enquanto isso, as máquinas com ímãs permanentes diferiam em uma desvantagem significativa - os ímãs perdiam sua magnetização ao longo do tempo e deterioravam-se devido à vibração. Como resultado, a tensão gerada pela máquina se tornava cada vez menor. Nesse caso, a magnetização não pôde ser controlada para estabilizar a tensão.

Como solução, surgiu a idéia de excitação eletromagnética. A idéia veio à cabeça do inventor inglês Henry Wilde, que em 1864 patenteou um gerador com um excitador de ímã permanente - o ímã de excitação foi simplesmente montado no eixo do gerador.

Mais tarde, uma verdadeira revolução nos geradores será feita pelo engenheiro alemão Werner Siemens, que descobrirá o verdadeiro princípio dinamétrico e colocará em operação a produção de novos geradores de corrente contínua.

O princípio da auto-excitação é usar a magnetização residual do núcleo do rotor para iniciar a excitação e, quando o gerador estiver excitado, usar a corrente de carga como corrente de magnetização ou ativar um enrolamento de excitação especial alimentado pela corrente gerada paralela à carga. Como resultado, o feedback positivo aumentará o fluxo magnético da excitação gerada pela corrente.

Entre os primeiros, o princípio da auto-excitação, ou princípio dinâmico-elétrico, destacou o engenheiro da Dinamarca Soren Hiort. Ele mencionará em sua patente de 1854 a possibilidade de usar a magnetização residual para implementar o fenômeno da indução eletromagnética para obter geração; no entanto, temendo que o fluxo magnético residual seja insuficiente, Hiort proporá complementar o projeto do dínamo com ímãs permanentes. Este gerador nunca será implementado.

Mais tarde, em 1856, Anies Jedlik, membro da Academia Húngara de Ciências, expressará uma idéia semelhante, mas não patenteará nada. Apenas 10 anos depois, Samuel Varley, um estudante de Faraday, percebe na prática o princípio do dínamo auto-excitado. Seu pedido de patente (em 1866) continha uma descrição de um dispositivo muito semelhante ao gerador Jacobi, apenas ímãs permanentes já foram substituídos por um eletroímã de excitação - enrolamento. Antes de iniciar, os núcleos foram magnetizados por corrente contínua.

No início de 1867, o inventor Werner Siemens fez relatórios na Academia de Ciências de Berlim. Ele apresentou ao público um gerador semelhante ao gerador Varley, chamado de "dínamo". A máquina foi iniciada no modo de motor para que os enrolamentos de campo fossem magnetizados. Então o carro virou um gerador.

Foi uma verdadeira revolução na compreensão e no design de máquinas elétricas. Na Alemanha, começou a produção generalizada de dínamos da Siemens - geradores DC auto-excitados - os primeiros dínamos industriais.

O design dos dínamos mudou com o tempo: Theophilus Gramm, no mesmo ano de 1867, propôs uma âncora de anel e, em 1872, o designer-chefe da Siemens-Halske, Gefner Altenek, propôs o enrolamento de tambores.

Portanto, os geradores de corrente contínua terão sua forma final. No século 19, com a transição para corrente alternada, as usinas hidrelétricas e térmicas começarão a gerar corrente alternada em geradores de corrente alternada. Mas esta é uma história completamente diferente ...

Veja também sobre este tópico:

Os principais tipos de geradores elétricos e suas características