Кто создал генератор электрического тока

Как создавали генераторы переменного тока — важнейшие моменты истории создания

получение переменного тока как таковое никогда не было серьезной проблемой. В обмотках машинных генераторов всех типов (за исключением однополярных) вырабатывается этот вид электрического тока, который коллектором преобразуется в постоянный.

Еще в 1832 году изобретатель, история имени которого не сохранилась, создал первый в мире 1-фазный многополюсный синхронный электрогенератор (ЭГ), после чего все дальнейшие исследования в этой области пошли по пути совершенствования коммутационных устройств.

Так получилось, что это гениальное изобретение некоторое время не использовалось на практике, в связи с чем до конца 70-х годов предпринимались попытки создания других разновидностей оборудования для выработки электрического переменного тока позапрошлого века было мало. В то время существовали только ЭГ постоянного тока, в конструкции которых вместо одного коллектора устанавливались две пластины.

В 1863 г англичанин Г. Уайлд изготовил один из первых образцов, генерирующих электрический переменный ток с помощью магнитов. Вместо пластин он установил на свое изобретение контактные кольца. Для привода обмотки генератора исследователи использовали еще один дополнительный магнитоэлектрический генератор, который укрепили на раме основного. А уже через четыре года Уайлд сконструировал еще один образец ЭГ без отдельного возбудителя. В основу конструкции был положен Т-образный якорь с 1 обмоткой:

• основной, подающий электрический ток через контактные кольца во внешнюю цепь;
• помощи, питает обмотку электромагнитов через коллектор с двумя пластинами.

Новая версия генератора имела существенный недостаток: серьезные потери стали в электромагнитах из-за слишком сильных пульсаций электромагнитного потока. Нагрев ядер происходил настолько быстро, что устройство не могло работать более нескольких минут.

И только новаторское предложение русского исследователя П. Н. Яблочкова — разработка сразу нескольких принципиально новых приборов с переменным током для освещения явилось действительно мощным толчком к началу практического применения. Изобретение получило название «свеча Яблочкова».

Около 1878 года Павел Яблочков в сотрудничестве с известной французской инженерной фирмой «Грамма» создал ЭГ на питание 4, 6, 16 и 20 свечей. Рассмотрим это новшество на примере устройства на 16 свечей.

В основу конструкции положен статический кольцевой якорь с секционной обмоткой на 4 цепи по 4 витка в каждой. Вал ЭГ с восемью полюсами приводился в движение постоянным электрическим током. На каждый вал приходилось по 2 катушки, где индуцировался электрический ток со смещением 1/4 фаз друг относительно друга. При этом российский исследователь соединил катушки таким образом, чтобы обеспечить фазовое согласование в каждой отдельной цепи. Питание от каждой цепи подавалось на 4 лампы Яблочкова. Таким образом, данное изобретение представляло собой не что иное, как 2-х фазный синхронный ЭГ с автономными фазами.

Читайте также: Электромагнитные контакторы: свойства, подключение

Однако другие исследователи того периода не ставили своей целью создание многофазной системы. Их целью была многоконтурная машина для решения проблемы «расщепления света», а также ее усовершенствование и адаптация для практических приложений. Добиться этого удалось благодаря двухфазной обмотке якоря.

Позже П. Яблочков предложил и другие модели ЭГ, в том числе с возвратно-поступательным движением якоря, а также индуктором, которые, однако, не нашли применения в электротехнической промышленности того времени.

И снова на пути развития ЭГ встал тот же камень преткновения: сильный нагрев сердечников в процессе работы. Если в случае изобретения Уайльда это были сердечники магнитов, то теперь это сердечники якоря. Сложная проблема снижения потерь в анкерной стали стала ключевой, без решения которой нельзя было говорить о массовом применении ЭГ. Предлагались различные варианты сердечников кольцевых, стержневых, барабанных анкеров, но они были слишком массивны и не давали должного эффекта. И только с началом производства штрихованных сердечников в 80-х годах дело сдвинулось с мертвой точки.

На основании изложенного можно выделить два основных направления развития АЦ ЭГ:

• увеличение числа витков якоря для увеличения мощности, как и раньше (в середине 19 века) в агрегатах постоянного тока);
• снижение удельного веса стали в якоре для предотвращения перегрева сердечников и минимизации потерь.

Почему-то стали выпускать ЭГ, в которых вообще не было стальных сердечников. Так в 1885 году англичанин Паддингтон установил на одной из тепловых станций ЭГ с 2-х фазными витковыми обмотками, предназначенный, как и изобретение Яблочкова-Грама, для освещения (автономные лампочки). При мощности 115 кВт он весил 18 тонн, приводился в движение поршневым агрегатом (146 оборотов в минуту) и вырабатывал электрический ток частотой 40 Гц. Для возбуждения использовалась паровая машина.

Так первые ЭГ переменного тока, пригодные для промышленного использования, были внедрены примерно в середине 80-х годов 19 века, вошедшего в историю как век самого быстрого научно-технического прогресса. Новый виток в развитии уже современных ЭГ начался в 90-х годах. XX века с началом производства трехфазных агрегатов с экранированными сердечниками и барабанными обмотками.

Современный водяной двигатель

В современных водяных двигателях рабочее колесо заменено более быстрой водяной турбиной (от слова «турбо» — «вихрь»). Чаще всего имеет спиралевидный корпус, по форме напоминающий раковину улитки. Вода поступает в широкий конец корпуса. Поскольку «коридор», по которому она течет, постоянно сужается, давление возрастает.

Затем увеличенный поток воды поступает на вогнутые лопатки турбины, расположенной в центре «улитки», и приводит ее во вращение. Так энергия потока воды преобразуется в механическую работу.

Возбуждение

По способу возбуждения генераторы делятся на 4 основных типа. Они следующие:

1. Возбуждение от внешнего источника. Часто этим источником является батарея или генератор постоянного тока.
2. Устройства с самовозбуждением. Напряжение на обмотку подается через выпрямитель. Эти типы генераторов постоянного тока имеют аккумуляторный стартер, который подключается параллельно стартеру двигателя внутреннего сгорания. Питание также может подаваться от блока управления, который подключается к аккумулятору, но значительно увеличивает силу тока для запуска возбуждения.
3. Параллельный генератор. Или агрегат, состоящий из двух генераторов разной мощности, которые смонтированы на одной оси. Маломощный агрегат запускается от аккумулятора и вырабатываемое напряжение перенаправляется на более мощный генератор переменного тока. Оба агрегата приводятся в действие одним и тем же приводным двигателем.
4. Нет напряжения. Переменный ток генерируется динамо-машиной за счет вращения постоянного магнита. Все, что вам нужно сделать, это запустить тяговый двигатель, и возбуждение появится за счет магнита. Такие устройства являются наиболее эффективными. Не зависит от наличия батареи. Могут использоваться как мобильные станции. Например, трехдвигательный генератор переменного тока использует этот принцип работы.

Генераторы могут иметь аналогичную компоновку. Зачастую промышленные и бытовые модели отличаются только размерами и компоновкой. Но есть разница в принципе возбуждения и количестве фаз. Также существует классификация по схеме соединения внутренней обмотки.

9. Осциллятор Теслы

Запатентовано в: 1893 г

В 1893 году Тесла получил патент на свой паровой электрический генератор, который, по его мнению, мог заменить поршневые паровые двигатели. Он работает, впрыскивая пар в генератор и выбрасывая его через несколько отверстий, заставляя поршень двигаться вверх и вниз. Это движение производит высокоскоростные вибрации, которые, в свою очередь, производят электричество.

Позже Тесла утверждал, что версия этого устройства вызвала землетрясение в Нью-Йорке в 1898 году. Только после этого события осциллятор стал популяризироваться как машина для землетрясений Теслы.

По словам Теслы, когда-то он работал над уменьшенной версией механического генератора в своей лаборатории на Хьюстон-стрит. Генератор был всего 7 дюймов в длину и максимум два фунта. Это было то, что «можно было положить в карман.»

4. Teleforce или «Луч смерти»

Другое его военное предприятие было в форме Луча Смерти, или того, что он называл Teleforce. 11 июля 1934 года газеты объявили о новом предложенном Теслой оружии, которое сначала разгонит шарики ртути до высокой скорости (за счет электростатического отталкивания), а затем выстрелит лучами частиц по намеченным целям.

Он описал, что его «Луч смерти» «собьет флот из 10 000 вражеских самолетов на расстоянии 200 миль и заставит армии погибнуть на своем пути». По словам Теслы, идея такого оружия возникла после изучения генератора Ван де Граафа.

Газеты назвали его «лучом смерти» или «лучом мира», по аналогии с другим теоретическим пучковым оружием. Однако Тесла поспешил указать, что его машина не попадает в категорию так называемых «лучей смерти».

Принцип работы любого электрического генератора

Принцип работы любого электрогенератора основан на явлении электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция преобразует механическую энергию двигателя (вращение0) в электрическую.Принцип магнитной индукции: если рамка равномерно вращается в однородном магнитном поле В, то в ней возникает переменная ЭДС, частота которой равна частота вращения рамки.вращать рамку в магнитном поле,или магнитном поле вокруг рамки,или магнитном поле внутри рамки,результат будет тот же-ЭФС,изменяется по гармоническому закону.

Теперь поговорим об асинхронном и синхронном генераторе более подробно.

Разновидности

Внутренняя структура генератора переменного тока зависит от типа. Электрические машины делятся на 2 основных типа:

1. Синхронный.
2.  Асинхронный.

Также существует классификация по:

1. Способ возбуждения.
2. Количество фаз.
3. По типу ротора и статора.

Кроме того, будет дано подробное описание всех классификаций.

Синхронные

Генератор синхронного типа имеет одну основную функцию, которую можно определить с первого взгляда. На роторе имеется обмотка провода. Необходимо стабилизировать частоту между статором и ротором. ЭДС в таком устройстве создается за счет пересечения магнитного полюса обмотки ротора и статора.

Генератор синхронного типа снабжен роторами с несколькими полюсами, число которых всегда кратно 2, например 2, 4, 6, 8. Генератор работает по следующему принципу:

1. После запуска ротор создает очень слабое магнитное поле. Значение ЭДС увеличивается по мере увеличения оборотов вала. Для начального возбуждения используется постоянное напряжение от аккумулятора или блока управления.
2. Если генератор питается от двигателя внутреннего сгорания, скорость должна быть сначала стабилизирована, чтобы получить стабильное напряжение переменного тока.
3. После установки нужной скорости напряжение стабилизируется блоком автоматической регулировки (АРН). Скорость двигателя очень сильно влияет на частоту переменного напряжения на выходе и его мощность. Оптимальной считается скорость до 3000 об/мин. АРН стабилизирует напряжение ниже этого параметра и в случае неисправности значительно снижает напряжение. В противном случае электронасосы могут быстро потерять мощность и перегреться.

Работа такого генератора сильно зависит от типа нагрузки. Нагрузка индукционного типа сильно влияет на размагничивание якоря. Этот эффект приводит к большому падению напряжения.

При емкостных нагрузках, наоборот, якорь намагничивается, что значительно увеличивает выходное напряжение. Схема генератора синхронного типа показана ниже.

Синхронный генератор имеет одно важное преимущество. Выходное напряжение значительно выше (в 3-4 раза) номинальных значений. Увеличение требуется, если агрегат питает электронасосы, приборы и устройства, которым необходим пусковой ток. Такие устройства значительно увеличивают реактивные нагрузки в общей сети, с которыми может справиться синхронный генератор.

У такого генератора есть и недостатки. Во-первых, это высокая чувствительность к перегрузкам в цепи. Реакцией на нагрузку является кратковременный, но довольно мощный ток на обмотке ротора, который появляется из-за увеличения тока самого блока регулировки. В результате обмотка перегорает или нагревается.

Другой недостаток — искрообразование. Простейший синхронный генератор имеет контактные кольца со щетками на роторе. Они небезопасны для использования на промышленных объектах, в присутствии легковоспламеняющихся газов или жидкостей. Для таких случаев применяют генераторы синхронного типа с тремя машинами. Устройство и принцип работы генератора такого типа сильно отличаются. Этот генератор состоит из:

1. Перед возбудителем.
2. Возбудитель.
3. Сам генератор.

Все эти элементы смонтированы на общей оси. Работа проводится следующим образом:

1. Постоянные магниты, установленные на валу, перед намагничиванием возбуждают обмотку синхронного генератора. Такой генератор не требует батареи или дополнительного генератора для возбуждения. Его работа основана на явлении магнитной индукции, возникающей при вращении постоянного магнита.
2. Напряжение, которое он вырабатывает, перенаправляется на намагничивание, а точнее на обмотку статора.
3. Обмотка ротора подключена к выпрямителю трехфазного напряжения.
4. Они возбуждаются намагничивающим статором.

В конечном итоге генератор выдает номинальное необходимое напряжение, которое регулируется блоком АРН. Вся работа с таким устройством осуществляется в корпусе, который полностью герметичен.

Асинхронный

Асинхронный генератор переменного тока имеет другое устройство. Ротор не имеет обмотки. По этой причине принцип работы сильно отличается. При вращении ротор такого генератора опережает обороты магнитных полей, создаваемых статором. Роторы этих устройств имеют 2 вида обмотки: короткозамкнутую и фазную. Принцип работы асинхронных генераторов следующий:

1. На вспомогательной обмотке статора формируется магнитное поле.
2. После этого поле передается на ротор и формирует ЭДС на обмотке статора.
3. Сгенерированное напряжение подается на блок управления.

Основное отличие заключается в невозможности регулировки напряжения на заданной скорости. Асинхронные генераторы сильно зависят от приводных двигателей. Любая потеря стабильности приводит к снижению напряжения и частоты тока.

Преимуществом таких устройств является их низкая чувствительность к коротким замыканиям. Область применения — питание бытовой техники, сварочного оборудования и электронасосов. При наличии реактивной нагрузки АРН должен кратковременно увеличивать скорость приводного двигателя. При этом включенный в схему понижающий трансформатор защищает другие устройства от перенапряжения.

Электричество из воды

Сегодня электроэнергию производят гидроэлектростанции, использующие энергию движущейся воды.

Схема гидроэлектростанции

Гидроэлектростанция состоит из двух основных частей: энергоблока и пруда (или плотины), собирающего воду. Энергоблок содержит генераторы, вырабатывающие электроэнергию. Их роторы вращаются благодаря водяным турбинам. Так энергия водного потока преобразуется в электрическую энергию.

Изобретение радио и радиоуправления

Tesla демонстрирует свою радиоуправляемую лодку

xX век чрезвычайно богат различными изобретениями и техническими новшествами. Многие изобретались параллельно в разных вариантах, при этом некоторые патентовали свои изобретения, а некоторые не могли или не хотели этого делать по тем или иным причинам. Поэтому довольно сложно определить, кто первым изобрел радио. Так, например, в США считается, что радио изобрели Дэвид Хьюз, Томас Эдисон и Никола Тесла, внесшие в это изобретение соответствующий технический вклад; в Германии считается, что радио изобрел Генрих Герц, а во Франции — Эдуард Бранли;

В Беларуси изобретателем радио числится Яков Наркевич-Иодка; В Бразилии изобретателем радио считается Ландель де Моуро; в Англии Оливер Джозеф Лоджиа; в СССР было принято считать Александра Степановича Попова изобретателем радио и так далее для многих стран. Гульермо Маркони следует считать не изобретателем радио как технологии или целостной системы, а создателем первой коммерчески успешной реализации радиосистемы.

Все их патенты и изобретения появились между 1880-1895 годами, и все они исследовали радиоволны. Проще говоря, все они в той или иной степени были изобретателями радио и внесли свой вклад в развитие теории передачи информации.

Но что сделал Тесла? И он тоже много сделал. Он описал принципы передачи радиосигнала на большие расстояния, провел ряд собственных экспериментов с передачей сигнала, а также создал первую радиоуправляемую лодку, которую продемонстрировал на выставке электротехники в 1898 году. Правда, он не верил, что связь возможна с помощью радиоволн.

Радиоуправляемая лодка Николы Теслы

Одна из страниц патента на радиоуправляемую лодку Николы Теслы

На видео вы можете увидеть лодку, которую собрали в 2015 году, как у Теслы:

Катер управлялся с помощью радиоуправления. Тесла продемонстрировал эту лодку в 1898 году на выставке электротехники в Мэдисон-Сквер-Гарден. Там она ударила. Представьте себе людей того времени, которые не понимали, как Тесла управляет лодкой, и приказывали ей плыть куда-то. Кроме слова «волшебство», для обывателя в то время здесь было сложно найти что-либо.

Хотя тогдашние газеты сразу стали называть изобретение Теслы «радиоуправляемой торпедой» (видимо, из-за того, что Томас Эдисон в то время пытался изобрести подобную торпеду и продать ее военным), сам Тесла не стал цель войны. В 1900 году журнал Century взял у изобретателя интервью, в котором он сказал, что целью его изобретения была попытка создать «искусственный интеллект», поскольку современные автоматы просто заимствуют человеческий разум и лишь реагируют на его приказы. Тесла верил, что однажды люди смогут создать машину с помощью собственного разума. Что ж, по прошествии более 100 лет мы все еще можем сказать, что такой машины мы еще не сделали.

Позже, во время Второй мировой войны, нацисты догадались использовать радиоуправление для создания танков с дистанционным управлением.

Также рекомендуем интересную статью о современных российских разработках в области боевой робототехники.

Назначение и устройство

Современные динамо-машины работают по тому же принципу, но используют в качестве движущей силы другие механизмы. Основное назначение динамо-машины — преобразование определенного вида энергии в электрический ток. В качестве источника энергии могут выступать:

1. Мощный поток воды. Такие агрегаты используются на гидроэлектростанциях. Генератор приводится в действие потоком воды через узкий канал и вращением турбины. Вращающиеся лопасти турбины раскручивают вал генератора, тем самым преобразуя механическую энергию в электрическую.
2. Сгорание газа. Типично для ТЭЦ.
3. Использует силу ветра. Такие генераторы устанавливаются в самых ветреных районах. Самый большой минус — полная остановка в безветренную погоду.
4. Использование ядерной энергии.
5. Использование дизельных или бензиновых двигателей для вращения стационарных или автомобильных генераторов.

Генератор переменного тока или динамо-машина состоит из следующих частей:

1. Статор. Это неотъемлемая часть агрегата. Он изготовлен из стальных пластин, обеспечивающих устойчивость к нагрузкам. В статоре прорезаны длинные канавки, содержащие проволочную обмотку. Эта обмотка отводит генерируемый ток.
2. Ротор. Это подвижная часть. Устанавливается непосредственно в центре статора. Для точной регулировки он установлен на подшипниках, установленных в передней и задней крышке корпуса. Сам ротор представляет собой электромагнит. Он также имеет канавки и уложенную в них обмотку. Необходимо возбудить статор и создать электромагнитное поле.
3. Якорь. Он имеет раневой ротор. Он необходим для передачи крутящего момента от двигателя или турбины.
4. Коллекционер. Коллектор состоит из нескольких изолированных пластин, представляющих собой 2 основных полукольца. Каждый соединен с обмоткой ротора. Одна половина с полосой «+», другая с полосой «минус». Коллектор генератора необходим для выпрямления и перенаправления переменного тока.
5. Угольные щетки. На некоторых моделях они заменены контактными пластинами. Через угольные щетки подается постоянный ток от аккумулятора, который используется для предварительного натяжения обмотки ротора.

Это самые основные детали, из которых состоит простейший генератор переменного тока. Мы рассмотрели устройство и принцип работы современной динамо-машины.

Генераторы этого типа могут быть синхронными или асинхронными. Оба устройства практически идентичны. Разница между ними заключается в следующем. Синхронные и асинхронные модели отличаются наличием обмотки на роторе (синхронные) или ее отсутствием (асинхронные). Отличия есть и в принципе возбуждения, схеме подключения.

Безлопастная турбина Теслы

Турбина Тесла из музея

Тесла запатентовал эту турбину в 1913 году. Изобретение турбины без лопастей было по сути вынужденным, так как не было подходящих технологий для производства турбины с лопастями, а аэродинамическая теория еще не была создана, поэтому Тесла решил использовать эффект пограничный слой, а не давление вещества на лопатки, как сейчас принято в традиционных турбинах.

Турбина Тесла

Часто можно встретить утверждения, что КПД его турбины теоретически может достигать 95%, но на практике на заводах Вестингауза такая турбина показала КПД около 20%. Еще позже различные модификации турбины другими изобретателями довели КПД до 40% и более.

Путь жидкости в турбине Теслы

Очень хорошо принципы работы турбины Теслы на английском объясняются в этом видео:

По состоянию на 2016 год турбина Теслы еще не получила широкого коммерческого использования с момента ее изобретения. Пока ему удалось найти узкое применение в насосах. В первую очередь это связано с тем, что диски внутри турбины сильно деформируются во время работы, что влияет на общий КПД турбины. Хотя сейчас ведутся технологические поиски решения всех возникающих проблем. Недавно проблема деформации диска была частично решена за счет использования новых материалов, таких как углеродное волокно.

11. Лодка с дистанционным управлением

В 1898 году во время выставки электротехники Тесла продемонстрировал (небольшое) радиоуправляемое судно, которое могло маневрировать над водой. При этом он развлекал публику, и создавалось впечатление, что катер подчиняется голосовым командам зрителей. Однако на самом деле он управлял лодкой с помощью радиочастот. Он назвал эту технологию «телеавтоматизацией».

Для многих из присутствующих в тот день это был момент чистой магии. С другой стороны, мало кто видел в нем потенциальную военную машину. Тесла получил на это американский патент 1 июля 1898 года.

Многофазная система электроснабжения

Тесла заметил, что электростанции постоянного тока Эдисона неэффективны, а Эдисон уже застроил ими все атлантическое побережье США. Для преодоления недостатков постоянного тока необходимо было, по задумке Теслы, использовать переменный ток. Такая система называется многофазной, потому что двигатели и генераторы имеют несколько фаз (см пояснения выше).

Лампа Эдисона

Лампы Эдисона были слабыми и неэффективными при использовании постоянного тока. Вся эта система имела большой недостаток в том, что она не могла передавать электроэнергию на расстояние более 3 км из-за невозможности изменить напряжение до высокого уровня, необходимого для передачи на большие расстояния. Поэтому электростанции постоянного тока были установлены с интервалом в 3 км.

Схема работы многофазных систем электроснабжения

Переменный ток, как было сказано выше, может достигать высоких напряжений и поэтому может передаваться на большие расстояния (выйдите из дома и посмотрите на ближайшие высоковольтные линии электропередач, это оно).

Когда Эдисон узнал, что у него есть такой сильный конкурент, он понял, что может потерять свою империю DC. Так началась война между Вестингаузом вместе с Теслой против Эдисона, которую назовут войной за электричество. Эдисон начал настойчиво пытаться дискредитировать изобретение Теслы, доказывая, что переменный ток более опасен для жизни, чем постоянный.

Также стоит отметить, что когда Тесла приехал в США, он впервые предложил свою разработку Эдисону, но тот назвал все это чушью и безумием.

Эдисон публично шокировал животных переменным током, чтобы разозлить их и доказать, что этот вид электричества опасен. Однажды Эдисон узнал об идее врача, об использовании переменного тока для убийства людей. Реализация не заставила себя долго ждать. Так был изобретен электрический стул, который впервые был применен к Уильяму Кеммлеру, виновному в убийстве своей любовницы.

Эдисон долго не мог придумать название для своего нового изобретения, но больше всего ему понравилось слово «вестингауз», хотя, как мы теперь видим, ни одно из них не прижилось.

Тесла тоже не сидел на месте и реагировал на все попытки опорочить Эдисона. Наоборот, он стремился показать, что переменный ток не опасен и показал это с помощью скин-эффекта.

Австралийский эксгибиционист Питер Террен в течение 15 секунд бьет себя током 200 000 вольт с помощью катушки Тесла, демонстрируя скин-эффект.

Как известно, в конце концов победили Тесла и Вестингауз, поэтому переменный ток стал повсеместным. Потребовалась целая экономическая и юридическая война, чтобы дать Америке и всему миру более прогрессивное изобретение.

История электрического генератора

Первый электрический генератор по заказу Андре Мари Ампера родился в 1832 году благодаря французским изобретателям и техникам, братьям Пикси. Хотя это было совершенно непрактично, необходимо было вручную вращать довольно тяжелый магнит, но все же способный генерировать электрический ток. Вблизи полюсов постоянного магнита неподвижно закреплялись две проволочные катушки индуктивности. Кроме того, генератор энергии Pixie был оснащен выпрямителем для преобразования переменного тока в постоянный.
В последующие годы различные исследователи стремятся увеличить электрическую

мощность их генераторов, увеличилось количество магнитов и катушек, окружающих их.
В 1833 году русский ученый Эмиль Ленц предположил, что электрические машины могут быть обратимыми, то есть электродвигатель может достаточно эффективно работать как генератор, нужно только вращать вал. В 1838 году Эмилия Христианович доказала свою теорию на практике на основе электродвигателя Бориса Семеновича Якоби.
В 1843 году Эмиль Штерер создал генератор, состоящий из трех подвижных постоянных магнитов и шести катушек индуктивности, вращаемых вручную вокруг вертикальной оси. С 1851 года инженеры заменили постоянный природный магнит на электрический.

Это открыло новый этап в развитии генераторов и стало возможным изготавливать электрические машины гораздо большей мощности. Однако обмотка электромагнита по-прежнему приводилась в движение небольшим генератором с постоянными магнитами. Первой машиной с электромагнитом стал генератор англичанина Генри Уайльда, созданный им в 1863 году.

В 1870 году бельгийский инженер-изобретатель Зеноб Грамм, работая во Франции, создал генератор, использующий принцип самовозбуждения. Ранее этот принцип был открыт в процессе изучения работы электрических машин. Дело в том, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после прекращения подачи питания, что позволяет генератору обеспечивать питание сразу после запуска его из состояния покоя. Электрическая машина Грамма состояла из кольцевого якоря, закрепленного на горизонтальном валу. Он вращался между двумя электромагнитами, обмотки которых были соединены последовательно с обмоткой якоря. Ток, полученный от генератора, подавался к потребителям с помощью металлических щеток, скользящих по коллектору.

В 1873 году на Большой выставке генератор изобретателя участвовал в демонстрации передачи электрического тока на расстояние. Ведь после создания электрогенератора Грамма производство таких машин началось в промышленных масштабах.

7. Увеличительный передатчик

Никола Тесла сидит рядом со своим увеличительным передатчиком

Увеличительный передатчик представляет собой улучшенную версию катушки Теслы, которую он намеревался использовать для беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния.

Все произошло в 1899 году, когда Тесла объявил, что сделал революционное открытие «земных стоячих волн», которые могут позволить использовать землю в качестве проводника и резонировать на определенной частоте.

Передатчик лупы вместо разряда электричества предназначен для генерации стоячих волн с использованием естественного резонансного контура земли, который может использоваться на расстоянии контуром приемника. В дополнение к двум большим катушкам усиливающий передатчик имеет третью или дополнительную катушку, которая действует как резонатор.

Тесла даже сообщал, что ему удалось активировать поле лампочек, расположенное в 1 км от увеличительного передатчика, создавая вспышки молнии на расстоянии до 40 метров.

Катушка или трансформатор Теслы

Свою катушку Тесла изобрел примерно в 1891 году. В это время он повторил опыты Герниха Герца, открывшего электромагнитное излучение тремя годами раньше. Тесла решил запустить свое устройство вместе с высокоскоростным генератором, который он разработал как часть усовершенствования системы освещения дуги, но обнаружил, что высокочастотный ток перегревает стальной сердечник и расплавляет изоляцию между первичной и вторичной обмотками катушка Румкорфа, используемая в качестве стандарта в экспериментах Герца.

Чтобы устранить эту проблему, Тесла решает изменить конструкцию так, чтобы между первичной и вторичной обмотками образовывался воздушный зазор, а не изоляционный материал. Тесла сделал так, чтобы сердечник можно было перемещать в разные положения в катушке. Тесла также установил конденсатор, обычно используемый в таких установках, между генератором и катушкой его первичной обмотки, чтобы избежать перегорания. Экспериментируя с регулировкой катушки и конденсатора, Тесла обнаружил, что он может использовать результирующий резонанс между ними для достижения более высоких частот.

В катушке трансформатора Тесла конденсатор после пробоя короткой искрой соединялся с катушкой с несколькими витками (первичной катушкой), образуя таким образом резонансный контур с частотой колебаний, как правило, 20-100 кГц, определяемой соотношением емкость конденсатора и индуктивность катушки.

Конденсатор заряжался до напряжения, необходимого для пробоя воздушного зазора, на линейном входном цикле, который достигает порядка 10 киловольт с помощью линейного трансформатора, подключаемого через воздушный зазор. Линейный трансформатор был спроектирован так, чтобы иметь более высокую, чем обычно, индуктивность рассеяния (параметр, отражающий несовершенство трансформатора), чтобы выдерживать короткое замыкание, возникающее, когда разрядник остается ионизированным, или в течение нескольких миллисекунд, пока не исчезнет высокочастотный ток.

Искровой разрядник был настроен на пробой при напряжении немного ниже пикового выходного напряжения трансформатора, чтобы максимизировать напряжение на конденсаторе. Внезапный ток, проходящий через искровой промежуток, заставляет первичный резонансный контур резонировать на своей резонансной частоте. Кольцевая первичная обмотка передает магнитную энергию вторичной обмотке в течение нескольких радиочастотных циклов до тех пор, пока вся энергия, изначально содержащаяся в первичной обмотке, не будет передана вторичной обмотке.

В идеале зазор перестает проводить ток (гашение) и захватывает всю энергию в колебательном вторичном контуре. Обычно зазор снова начинает расти, и энергия вторичных передач возвращается в первичный контур еще на несколько ВЧ-циклов. Энергетический цикл может повторяться несколько раз, пока в конце концов разрядник не ослабнет. Как только разрядник перестанет проводить ток, трансформатор начнет заряжать конденсатор. В зависимости от напряжения пробоя искрового промежутка он может многократно срабатывать в течение цикла переменного тока.

Более выступающая вторичная обмотка со значительно большим количеством витков более тонкого провода, чем вторичная обмотка, была помещена для перехвата части магнитного поля первичной обмотки. Вторичная система была спроектирована так, чтобы иметь ту же резонансную частоту, что и первичная, с использованием только паразитной емкости (нежелательной емкости) от самой обмотки до земли и любого вывода, расположенного поверх вторичной обмотки. Нижний конец длинной вторичной обмотки должен быть заземлен.

Что такое генератор случайных чисел и как он использует случайные физические процессы?

Достаточную для прикладных задач скорость получения случайных чисел не могут обеспечить устройства, основанные на макроскопических случайных процессах. Таким образом, источник шума, из которого извлекаются случайные биты, является основой современного AGNG. Источники шума бывают двух типов: имеющие квантовую природу и не использующие квантовые явления.

Некоторые природные явления, например радиоактивный распад атомов, совершенно случайны и в принципе не поддаются предсказанию (опыт Дэвиссона-Гермера можно считать одним из первых экспериментов, доказавших вероятностный характер некоторых явлений), этот факт является следствием обещает квантовая физика. А из статистической механики следует, что всякая система в своих параметрах имеет случайные колебания, если температура не равна абсолютному нулю.

Сложный генератор случайных чисел.

Для АГНГ некоторые квантово-механические процессы являются «золотым стандартом», поскольку они полностью случайны. Явления, используемые в генераторах случайных чисел, включают:

• Дробовым шумом называется шум, вызываемый в электрических цепях дискретностью носителей электрического заряда, и этим термином называют также шум, вызываемый в оптических устройствах дискретностью носителя света.
• Спонтанное параметрическое распределение также можно использовать в генераторах случайных чисел.
• Радиоактивный распад — имеет случайность для каждого из отдельных событий распада, поэтому он используется в качестве источника шума. В результате на приемник (это может быть счетчик Гейгера или сцинтилляционный счетчик) поступает разное количество частиц с разными временными интервалами).

Гораздо проще обнаруживать неквантовые явления, но генераторы случайных чисел на их основе будут тогда иметь сильную зависимость от температуры (например, количество теплового шума будет пропорционально температуре окружающей среды). Среди используемых в АГНГ процессов можно отметить следующие:

• Тепловой шум в резисторе, после усиления из которого получается генератор случайных напряжений. В частности, на этом явлении был основан генератор чисел в компьютере Ferranti Mark 1.
• Атмосферный шум, который измеряется радиоприемником, здесь также можно отнести к приему частиц, приходящих из космоса на Землю, регистрируемых приемником, причем количество будет случайным, в разные промежутки времени.
• Различие хода часов есть явление, состоящее в том, что ход разных часов заведомо не будет совпадать.

Для получения последовательности случайных битов из физически случайного процесса существует несколько подходов. Один из них заключается в том, что принимаемое отношение сигнал/шум усиливается, затем фильтруется и подается на вход быстродействующего компаратора напряжения для получения логического сигнала. Будет случайная длительность состояний компаратора и это позволит вам создать последовательность случайных чисел путем измерения этих состояний.

Второй подход заключается в том, что на вход аналого-цифрового преобразователя подается случайный сигнал (могут использоваться как специальные устройства, так и аудиовход компьютера), представляющий собой последовательность случайных чисел, результатом которой будет сигнал оцифровывается и при этом может обрабатывается программно.

Схемы подключения

Существуют две основные схемы подключения внутренней обмотки. Каждый со своими особенностями.

1. Звезда. Это подключение предполагает подключение 3-х выводов обмотки к одной точке. Эта точка называется нулевой. Проводники, присоединяемые к каждому началу обмотки, являются линейными и подают ток непосредственно к потребителю. Четвертый лидер считается нулем. Такое подключение значительно повышает устойчивость сети к фазовым сдвигам при возникновении перепада несимметричных нагрузок.
2. Треугольник. Схема треугольник отличается от звезды. Он предполагает последовательное соединение всех обмоток. Первая обмотка соединена концом с началом второй, а концом второй с началом третьей. Конец третьей и начало первой обмотки соединены между собой. Линейные проводники прокладываются от каждой точки подключения. Такая схема предполагает баланс между фазным и линейным напряжениями. Эта схема очень чувствительна к перепадам нагрузки на каждой фазе. При появлении разницы необходимо нарисовать векторную диаграмму и пересчитать все параметры.

Каждая схема подключения также предполагает одинаковое сечение проводов. В случае большой нагрузки на одну фазу может перегореть провод, что приведет к появлению несимметрии в цепи, и ток в этом случае будет протекать через нейтраль.

Гидроэлектростанции-гиганты

Одна из самых мощных гидроэлектростанций в мире была построена в Китае на реке Янцзы и получила название «Три ущелья». Ее бетонная плотина имеет длину 2309 м и высоту 185 м. Суммарная мощность электрогенераторов станции составляет почти 23 МВт (1 МВт = 1 млн Вт). Они производят около 100 миллиардов кВтч электроэнергии в год.

Лишь немногим меньше электроэнергии вырабатывает гидроэлектростанция Итайпу, расположенная на реке Парана (на границе Бразилии и Парагвая), имеющая самую большую плотину. Высота этого гигантского сооружения достигает 196 м, а длина 7235 м.