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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Stromgenerator. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Ein elektrischer Generator ist ein Gerät, in dem nichtelektrische Energiearten (mechanisch, chemisch, thermisch) in elektrische Energie umgewandelt werden.
Physiker in verschiedenen Ländern versuchten lange Zeit, diese Abhängigkeit zu entdecken, scheiterten aber. Liegt beispielsweise ein Permanentmagnet neben einem Leiter oder einer Spule, entsteht im Leiter kein Strom. Aber wenn wir anfangen, diesen Magneten zu bewegen: näher oder weiter weg von der Spule bewegen, den Magneten einführen und entfernen, dann tritt im Leiter ein elektrischer Strom auf, der während der gesamten Zeit, in der sich der Magnet bewegt, beobachtet werden kann . Das heißt, ein elektrischer Strom kann nur in einem magnetischen Wechselfeld auftreten. Dieses wichtige Muster wurde erstmals 1831 von dem englischen Physiker Michael Faraday festgestellt. Nach einer Reihe von Experimenten entdeckte Faraday, dass in all den Fällen, in denen sich Leiter relativ zueinander oder relativ zu Magneten bewegen, ein elektrischer Strom entsteht (induziert wird). Wenn man einen Magneten in die Spule einführt oder die Spule relativ zu einem feststehenden Magneten bewegt, wird darin ein Strom induziert. Wenn Sie eine Spule zu einer anderen bewegen, durch die ein elektrischer Strom fließt, erscheint auch darin ein Strom. Der gleiche Effekt kann beim Schließen und Öffnen des Stromkreises erzielt werden, da im Moment des Ein- und Ausschaltens der Strom in der Spule allmählich zu- und abnimmt und um sie herum ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Befindet sich daher in der Nähe einer solchen Spule eine andere, nicht im Stromkreis enthaltene Spule, entsteht darin ein elektrischer Strom.
Faradays Entdeckung hatte enorme Auswirkungen auf die Technologie und die gesamte Menschheitsgeschichte, da nun klar wurde, wie man mechanische Energie in elektrische Energie und elektrische Energie wieder in mechanische Energie umwandelt. Die erste dieser Transformationen bildete die Grundlage für den Betrieb des elektrischen Generators und die zweite - für den Elektromotor. Allein die Tatsache der Entdeckung bedeutete jedoch noch nicht, dass alle technischen Probleme auf diesem Weg gelöst waren: Es dauerte ungefähr vierzig Jahre, um einen funktionsfähigen Generator zu entwickeln, und weitere zwanzig Jahre, um ein zufriedenstellendes Modell eines industriellen Elektromotors zu erfinden. Aber die Hauptsache: Das Funktionsprinzip dieser beiden wichtigsten Elemente der modernen Zivilisation wurde gerade dank der Entdeckung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion offensichtlich. Der erste primitive elektrische Generator wurde von Faraday selbst entwickelt. Dazu platzierte er eine Kupferscheibe zwischen den N- und S-Polen eines Dauermagneten. Wenn sich die Scheibe in einem Magnetfeld drehte, wurden darin elektrische Ströme induziert. Wenn Stromkollektoren in Form von Schleifkontakten am Umfang der Scheibe und in ihrem mittleren Teil angebracht wurden, trat zwischen ihnen wie bei einer galvanischen Batterie eine Potentialdifferenz auf. Beim Schließen des Stromkreises war es möglich, den kontinuierlichen Stromdurchgang auf dem Galvanometer zu beobachten.
Die Faraday-Installation war nur für Demonstrationen geeignet, aber danach erschienen die ersten magnetoelektrischen Maschinen (wie elektrische Generatoren genannt wurden, die Permanentmagnete verwendeten), die dazu bestimmt waren, Arbeitsströme zu erzeugen. Die früheste davon war Pixias magnetoelektrische Maschine, die 1832 gebaut wurde.
Das Funktionsprinzip war sehr einfach: Mittels einer Kurbel und eines Getriebes wurden die ihnen gegenüberliegenden Pole eines hufeisenförmigen Magneten AB an den feststehenden, mit Kernen versehenen Spulen E und E' vorbeibewegt, wodurch bewirkt wurde welche Ströme in den Spulen induziert wurden. Der Nachteil von Pixias Maschine war, dass schwere Permanentmagnete darin gedreht werden mussten. Anschließend ließen die Erfinder normalerweise die Spulen rotieren und ließen die Magnete stationär. In diesem Fall musste zwar ein anderes Problem gelöst werden: Wie kann Strom von rotierenden Spulen in einen externen Stromkreis umgeleitet werden? Diese Schwierigkeit wurde jedoch leicht überwunden. Zunächst wurden die Spulen mit einem Ende ihrer Verdrahtung in Reihe geschaltet. Dann könnten die anderen Enden als Generatorpole dienen. Sie wurden über Schleifkontakte mit dem äußeren Stromkreis verbunden.
Der Schleifkontakt ist wie folgt angeordnet: An der Achse der Maschine wurden zwei isolierte Metallringe b und d befestigt, die jeweils mit einem der Pole des Generators verbunden waren. Um den Umfang dieser Ringe drehten sich zwei flache Metallfedern B und B', auf denen ein äußerer Stromkreis eingeschlossen war. Mit einem solchen Gerät gab es keine Schwierigkeiten mehr bei der Drehung der Maschinenachse - der Strom ging an der Kontaktstelle von der Achse zur Feder. Eine weitere Unannehmlichkeit war die Natur des Stromgenerators. Die Richtung des Stroms in den Spulen hängt davon ab, ob sie sich dem Pol des Magneten nähern oder sich von ihm entfernen. Daraus folgt, dass der in einem rotierenden Leiter entstehende Strom nicht konstant, sondern variabel ist. Wenn sich die Spule einem der Pole des Magneten nähert, steigt die Stromstärke von Null auf einen bestimmten Maximalwert an und nimmt dann, wenn sie sich wegbewegt, wieder auf Null ab. Bei weiterer Bewegung ändert der Strom seine Richtung in die entgegengesetzte Richtung und steigt wieder auf einen Maximalwert an und fällt dann auf Null ab. Bei nachfolgenden Rotationen wird dieser Vorgang wiederholt. Im Gegensatz zu einer elektrischen Batterie erzeugt ein elektrischer Generator also einen Wechselstrom, der berücksichtigt werden muss. Wie Sie wissen, sind die meisten modernen Elektrogeräte so konzipiert, dass sie mit Wechselstrom betrieben werden. Doch im XNUMX. Jahrhundert war Wechselstrom aus vielen, vor allem psychologischen Gründen unbequem, da man in früheren Jahren den Umgang mit Gleichstrom gewohnt war. Der Wechselstrom könnte jedoch leicht in einen intermittierenden Strom mit einer Richtung umgewandelt werden. Dazu reichte es aus, mit Hilfe eines speziellen Geräts - eines Schalters - die Kontakte so zu ändern, dass die Gleitfeder in dem Moment, in dem der Strom seine Richtung ändert, von einem Ring zum anderen übergeht. In diesem Fall wird ein Kontakt ständig in eine Richtung und der andere in die entgegengesetzte Richtung bestromt.
Eine solche Vorrichtung aus Feder und Kontakt erscheint auf den ersten Blick sehr kompliziert, ist aber tatsächlich sehr einfach. Jeder Ring des Kommutators bestand aus zwei Halbringen, deren Enden sich teilweise überlappten, und die Federn waren so breit, dass sie an zwei nebeneinander angeordneten Halbringen entlang gleiten konnten. Die Hälften desselben Rings wurden in einiger Entfernung voneinander platziert, waren aber miteinander verbunden. So wurde der die Feder c berührende Halbring a mit dem Halbring a' verbunden, auf dem c' glitt; b und b' wurden auf dieselbe Weise verbunden, so dass in einer halben Drehung die Feder c, die a berührte, auf b überging, und die Feder c' von b' auf a' überging. Es war nicht schwierig, die Feder so einzubauen, dass sie in dem Moment, in dem sich die Richtung des Stroms in der Spulenwicklung ändert, von einem Ring zum anderen übergeht, und dann würde jede Feder immer einen Strom derselben Richtung liefern. Mit anderen Worten, sie waren permanente Pole; einer positiv, der andere negativ, während die Pole der Spulen Wechselstrom lieferten. Ein intermittierender Gleichstromgenerator konnte durchaus eine in vielerlei Hinsicht unbequeme galvanische Batterie ersetzen und weckte daher großes Interesse bei Physikern und Unternehmern jener Zeit. 1856 startete die französische Firma „Alliance“ sogar mit der Serienproduktion von Großdynamos, die von einer Dampfmaschine angetrieben wurden. Bei diesen Generatoren trug der gusseiserne Rahmen hufeisenförmige Permanentmagnete, die in mehreren Reihen in gleichmäßigen Abständen entlang des Umfangs und radial zur Welle befestigt waren. In den Abständen zwischen den Magnetreihen wurden Lagerräder mit einer großen Anzahl von Spulen auf der Welle installiert. Außerdem wurde ein Kollektor mit 16 Metallplatten auf der Welle befestigt, voneinander und von der Maschinenwelle isoliert. Der während der Drehung der Welle in den Spulen induzierte Strom wurde mit Rollen vom Kollektor abgeführt. Eine solche Maschine benötigte für ihren Antrieb eine 6-10 PS starke Dampfmaschine. Der große Nachteil der Alliance-Generatoren war, dass sie Permanentmagnete verwendeten. Da die magnetische Wirkung von Stahlmagneten relativ gering ist, war es notwendig, große Magnete und in großer Zahl zu verwenden, um starke Ströme zu erhalten. Unter der Einwirkung von Vibrationen ließ die Stärke dieser Magnete schnell nach. Aus all diesen Gründen ist der Wirkungsgrad der Maschine immer sehr gering geblieben. Aber trotz dieser Mängel gewannen Alliance-Generatoren beträchtliche Popularität und dominierten zehn Jahre lang den Markt, bis sie von fortschrittlicheren Maschinen verdrängt wurden. Zunächst verbesserte der deutsche Erfinder Siemens Schwingspulen und deren Eisenkerne. (Diese Spulen mit Eisen im Inneren wurden "Anker" oder "Verstärkungen" genannt.) Der "Doppel-T"-Anker von Siemens bestand aus einem Eisenzylinder, in den zwei Längsnuten von gegenüberliegenden Seiten geschnitten waren. In den Rinnen wurde ein isolierter Draht angeordnet, der entlang der Richtung der Achse des Zylinders überlagert wurde. Ein solcher Anker drehte sich zwischen den Polen des Magneten, die ihn fest umklammerten.
Verglichen mit den vorherigen war der neue Anker eine große Annehmlichkeit. Zunächst einmal liegt es auf der Hand, dass eine Spule in Form eines um seine Achse rotierenden Zylinders mechanisch vorteilhafter ist als eine auf einer Welle montierte und sich mit dieser drehende Spule. In Bezug auf magnetische Wirkungen hatte der Siemens-Anker den Vorteil, dass er es ermöglichte, die Anzahl der aktiven Magnete sehr einfach zu erhöhen (dafür reichte es, den Anker zu verlängern und mehrere neue Magnete hinzuzufügen). Eine Maschine mit einem solchen Anker gab einen viel gleichmäßigeren Strom, da der Zylinder eng von den Polen der Magnete umgeben war. Diese Vorteile konnten jedoch den Hauptnachteil aller magnetoelektrischen Maschinen nicht ausgleichen - das Magnetfeld wurde im Generator immer noch mit Permanentmagneten erzeugt. Viele Erfinder standen Mitte des XNUMX. Jahrhunderts vor der Frage: Kann man unbequeme Magnete aus Metall durch elektrische ersetzen? Das Problem war, dass die Elektromagnete selbst elektrische Energie verbrauchten und eine separate Batterie oder zumindest eine separate magnetoelektrische Maschine benötigten, um sie anzuregen. Zunächst schien es unmöglich, ohne sie auszukommen. 1866 schuf Wilde ein erfolgreiches Modell eines Generators, bei dem Metallmagnete durch Elektromagnete ersetzt wurden und ihre Erregung durch eine magnetoelektrische Maschine mit Permanentmagneten verursacht wurde, die mit derselben Dampfmaschine verbunden war, die die große Maschine in Bewegung setzte. Von hier aus war es nur noch ein Schritt bis zum eigentlichen Dynamo, der die Elektromagnete mit seinem eigenen Strom erregt. Im selben Jahr 1866 entdeckte Werner Siemens das Prinzip der Selbsterregung. (Gleichzeitig mit ihm machten einige andere Erfinder die gleiche Entdeckung.) Im Januar 1867 hielt er an der Berliner Akademie einen Bericht "Über die Verwandlung von Arbeitskraft in elektrischen Strom ohne Verwendung von Dauermagneten". Im Allgemeinen war seine Entdeckung wie folgt. Siemens stellte fest, dass in jedem Elektromagneten nach Wegfall des Magnetisierungsstromes immer kleine Spuren von Magnetismus zurückbleiben, die geeignet sind, in einer mit einem weichmagnetischen Eisenkern versehenen Spule, die zwischen den Polen des Magneten rotiert, schwache Induktionsströme zu induzieren. Mit diesen schwachen Strömen war es möglich, den Generator ohne fremde Hilfe anzutreiben. Der erste selbsterregte Dynamo wurde 1867 von dem Engländer Ledd entwickelt, sah aber auch eine separate Spule zur Erregung von Elektromagneten vor. Ledds Maschine bestand aus zwei flachen Elektromagneten, zwischen deren Enden sich zwei Siemens-Anker drehten. Einer der Anker versorgte die Elektromagnete mit Strom und der andere mit dem externen Stromkreis. Der schwache Restmagnetismus der Kerne der Elektromagnete erregte zunächst einen sehr schwachen Strom im Anker des ersten Ankers; dieser Strom floss um die Elektromagnete herum und verstärkte den bereits in ihnen vorhandenen magnetischen Zustand. Dadurch erhöhte sich wiederum der Strom im Anker, und dieser erhöhte die Stärke der Elektromagnete noch mehr. Nach und nach ging diese gegenseitige Verstärkung weiter, bis die Elektromagnete ihre volle Stärke erlangten. Dann war es möglich, den zweiten Anker in Bewegung zu setzen und von ihm Strom für den äußeren Stromkreis zu erhalten.
Der nächste Schritt in der Verbesserung des Dynamos bestand darin, einen der Anker vollständig zu eliminieren und den anderen nicht nur zur Erregung der Elektromagnete, sondern auch zur Stromgewinnung im äußeren Stromkreis zu verwenden. Dazu war es nur notwendig, den Strom vom Anker in die Wicklung des Elektromagneten zu leiten und alles so zu berechnen, dass dieser seine volle Stärke erreichen und den gleichen Strom in den äußeren Stromkreis leiten konnte. Bei einer solchen Vereinfachung der Konstruktion erwies sich der Siemens-Anker jedoch als ungeeignet, da bei einem schnellen Wechsel der Polarität starke parasitäre Ströme im Anker angeregt wurden, das Eisen der Kerne schnell erhitzt wurde und dies zu Schäden führen konnte auf die gesamte Maschine bei hohen Strömen. Es wurde eine andere Form des Ankers benötigt, die der neuen Funktionsweise besser entspricht. Eine erfolgreiche Lösung des Problems fand bald der belgische Erfinder Zinovy Theophilus Gramm. Er lebte in Frankreich und diente im Feldzug der Allianz als Zimmermann. Hier lernte er Elektrizität kennen. Über die Verbesserung des elektrischen Generators nachdenkend, kam Gramm schließlich auf die Idee, den Siemens-Anker durch einen anderen mit ringförmiger Form zu ersetzen. Ein wichtiger Unterschied zwischen dem Ringanker (wie unten gezeigt wird) besteht darin, dass er nicht remagnetisiert und permanente Pole hat (Gram kam selbst zu seiner Entdeckung, aber es muss gesagt werden, dass der italienische Erfinder Pacinotti im Jahr 1860 in Florenz baute einen Elektromotor mit ringförmigem Anker; diese Entdeckung geriet jedoch bald in Vergessenheit.) Der Ausgangspunkt von Grams Suche war also, einen Eisenring in einer Drahtspule rotieren zu lassen, auf der Magnetpole induziert werden, und so einen gleichmäßigen Strom mit konstanter Richtung zu erhalten.
Um das Gerät des Gramme-Generators vorzustellen, betrachten wir zunächst das folgende Gerät. In dem von N- und S-Pol gebildeten Magnetfeld rotieren acht geschlossene Metallringe, die mit Hilfe von Speichen in gleichem Abstand zueinander an der Achse befestigt sind. Lassen Sie uns den obersten Ring Nr. 1 bezeichnen und wir werden in Richtung des Uhrzeigers zählen. Betrachten Sie zuerst die Ringe 1-5. Wir sehen, dass Ring 1 die größte Anzahl magnetischer Feldlinien überdeckt, da seine Ebene senkrecht zu ihnen steht. Ring 2 bedeckt bereits eine kleinere Anzahl von ihnen, da er zur Richtung der Linien geneigt ist, und Linien gehen überhaupt nicht durch Ring 3, da seine Ebene mit ihrer Richtung zusammenfällt. Bei Ring 4 nimmt die Zahl der sich kreuzenden Linien zu, aber wie man unschwer erkennen kann, treten sie bereits von der gegenüberliegenden Seite ein, da Ring 4 mit seiner anderen Seite dem Magnetpol zugewandt ist als Ring 2. Der fünfte Ring deckt ebenso viele ab Linien wie die ersten, aber sie treten von der gegenüberliegenden Seite ein. Wenn wir die Achse drehen, an der die Ringe befestigt sind, durchläuft jeder Ring nacheinander die Positionen 1-5. In diesem Fall erscheint beim Bewegen von der 1. Position zur 3. Position ein Strom im Ring. Wenn die Kraftlinien auf dem Weg von Position 3 nach 5 den Ring von der gleichen Seite kreuzen, würde in ihm ein Strom erscheinen, der dem in Position 1-3 entgegengesetzt ist, aber da der Ring seine Position relativ zum Pol ändert, das heißt, es wendet sich ihm mit der anderen Seite zu, der Strom im Ring behält die gleiche Richtung. Aber wenn der Ring von Position 5 über 6 und 7 wieder auf 1 übergeht, wird in ihm ein Strom induziert, der dem ersten entgegengesetzt ist.
Wenn wir nun unsere imaginären Ringe durch Windungen einer rotierenden Spule ersetzen, die eng um einen Eisenring gewickelt ist, erhalten wir einen Gramme-Ring, in dem der Strom auf genau die gleiche Weise wie oben beschrieben induziert wird. Nehmen wir an, der Wicklungsdraht hat keine Isolierung, aber der Eisenkern ist mit einer isolierenden Hülle bedeckt und der in den Windungen des Leiters induzierte Strom kann nicht hineinfließen. Dann ähnelt jede Windung der Spirale dem Ring, den wir oben betrachtet haben, und die Windungen in jeder Hälfte des Rings sind in Reihe geschaltete Ringleiter. Aber beide Hälften des Rings sind gegenüberliegend miteinander verbunden. Das bedeutet, dass Ströme von beiden Seiten in die obere Ringhälfte geleitet werden und dort somit ein positiver Pol entsteht. Ebenso gibt es am tiefsten Punkt, wo die Ströme ihre Richtung nehmen, einen negativen Pol. Man kann den Ring also mit einer Batterie vergleichen, die aus zwei Teilen besteht, die entgegengesetzt miteinander verbunden sind.
Wenn wir nun die gegenüberliegenden Enden des Rings verbinden, erhalten wir einen geschlossenen Gleichstromkreis. In unserem imaginären Gerät lässt sich dies leicht erreichen, indem die Schleifkontakte in Form einer Feder so verstärkt werden, dass sie die Ober- und Unterseite des rotierenden Rings berühren und damit den elektrischen Strom ableiten. Aber in Wirklichkeit hatte der Gramme-Generator eine komplexere Vorrichtung, da hier mehrere technische Schwierigkeiten auftraten: Einerseits müssen die Windungen der Wicklung freigelegt werden, um den Strom aus dem Ring zu entfernen, andererseits Um starke Ströme zu erhalten, muss die Wicklung eng und mehrlagig gewickelt werden. Wie kann man die unteren Schichten von den oberen isolieren? In der Praxis wurde der Gramm-Ring durch ein spezielles, ziemlich komplexes Gerät namens Kollektor ergänzt, das dazu diente, Ströme aus der Wicklung abzuleiten. Der Kollektor bestand aus Metallplatten, die an der Achse des Rings befestigt waren und wie Sektoren eines Zylinders geformt waren. Jede Platte wurde sorgfältig von benachbarten Sektoren und von der Ringachse isoliert. Die Enden jedes Wicklungssektors wurden mit einer der Metallplatten verbunden, und Gleitfedern wurden so angeordnet, dass sie ständig mit den obersten und untersten Sektoren der Wicklung in Verbindung standen. Von beiden Hälften der Wicklung wurde ein Gleichstrom erhalten, der zur Feder geleitet wurde, die mit dem oberen Sektor verbunden war. Der Strom umging den oberen Stromkreis und kehrte durch die untere Feder zum Ring zurück. Somit bewegten sich die Pole von der Oberfläche des Rings selbst zu seiner Achse, von wo es viel einfacher war, den Strom zu entfernen. In dieser Form wurde das ursprüngliche Modell des elektrischen Generators verkörpert. Sie konnte jedoch nicht arbeiten. Wie Gramm in seinen Memoiren über seine Erfindung schrieb, tauchte hier eine neue Schwierigkeit auf: Der Ring, auf den der Leiter gewickelt war, wurde stark erhitzt, da durch die schnelle Drehung des Generators auch hier Ströme induziert wurden. Durch Überhitzung versagte die Isolierung immer wieder.
Grübelnd, wie man diesen Ärger vermeiden könnte, erkannte Gramm, dass der Eisenkern des Ankers nicht massiv gemacht werden kann, da sich in diesem Fall die schädlichen Ströme als zu groß herausstellen. Aber indem der Kern in Stücke gebrochen wurde, so dass Lücken im Weg der austretenden Ströme entstanden, war es möglich, ihre schädliche Wirkung stark zu verringern. Dies könnte erreicht werden, indem man den Kern nicht aus einem einzigen Stück, sondern aus Draht macht, ihn in Form eines Rings aufzwingt und eine Schicht sorgfältig von der anderen isoliert. Auf diesen Drahtring wurde dann eine Wicklung gewickelt. Jeder Ankersektor war eine Spule mit vielen Windungen (Schichten). Getrennte Spulen wurden so geschaltet, dass der Draht durchgehend um den Eisenring lief, und zwar in gleicher Richtung. Von den Verbindungsstellen jedes Spulenpaares gab es einen Leiter zur entsprechenden Kollektorplatte. Je größer die Umdrehungszahl der Spule, desto größer konnte der Strom aus dem Ring entnommen werden.
Der so hergestellte Anker wurde auf der Achse des Generators montiert. Dazu wurde der Eisenring auf der Innenseite mit Eisenspeichen versehen, die mit einem massiven Ring, der auf der Achse der Maschine montiert war, am Kollektor befestigt wurden. Der Kollektor bestand, wie bereits erwähnt, aus separaten Metallplatten gleicher Breite. Die einzelnen Kollektorschichten wurden gegeneinander und gegen die Generatorachse isoliert.
Um den Strom zu entfernen, wurden Kollektorbürsten verwendet, d. h. elastische Messingplättchen, die an den entsprechenden Stellen eng am Kollektor anliegen. Sie wurden an die Klemmen der Maschine angeschlossen, von wo aus der Gleichstrom in den äußeren Stromkreis floss. Der Draht, der zu einer der Klemmen führte, bildete außerdem eine Wicklung aus Elektromagneten. Die einfachste Verbindung des Generators mit den Elektromagnetwicklungen könnte erhalten werden, indem ein Ende der Elektromagnetwicklung mit einer der Kollektorbürsten, beispielsweise der negativen, verbunden wird. Das andere Ende der Elektromagnetwicklung wurde mit der positiven Bürste verbunden. Bei dieser Verbindung floss der gesamte Generatorstrom durch die Elektromagnete. Im Allgemeinen bestand Gramms erster Dynamo aus zwei vertikalen Eisenpfosten, die oben und unten durch Stäbe von zwei Elektromagneten verbunden waren. Die Pole dieser Elektromagnete befanden sich in ihrer Mitte, so dass jeder von ihnen gleichsam aus zwei zusammengesetzt war, deren identische Pole einander zugewandt waren. Es ist möglich, diese Vorrichtung anders zu betrachten und zu berücksichtigen, dass die beiden Hälften neben jedem Gestell und durch es verbunden zwei getrennte Elektromagnete bildeten, die oben und unten durch dieselben Pole verbunden waren. An den Stellen, an denen der Pol gebildet wurde, wurden an den Elektromagneten speziell geformte Eisendüsen angebracht, die in den Raum zwischen den Elektromagneten eindrangen und sich um den ringförmigen Anker der Maschine wickelten. Die beiden Pfosten, die beide Elektromagnete verbanden und die Basis der ganzen Maschine bildeten, dienten auch zur Aufnahme der Ankerachse und der Maschinenriemenscheiben.
1870 gründete Gramm, nachdem er ein Patent für seine Erfindung erhalten hatte, die Society for the Manufacture of Magneto-Electric Machines. Bald begann die Massenproduktion seiner Generatoren, die eine echte Revolution in der Elektrizitätsindustrie auslösten. Mit allen Vorteilen selbsterregter Maschinen ausgestattet, waren sie gleichzeitig wirtschaftlich, hatten einen hohen Wirkungsgrad und lieferten einen praktisch konstanten Strom. Daher ersetzten Gramma-Maschinen schnell andere elektrische Generatoren und fanden in den unterschiedlichsten Branchen weite Verbreitung. Erst damit wurde es möglich, mechanische Energie einfach und schnell in Strom umzuwandeln. Wie bereits erwähnt, hat Gramm seinen Generator als Gleichstromdynamo konstruiert. Als jedoch Ende der 70er und Anfang der 80er Jahre des XNUMX. Jahrhunderts das Interesse an Wechselstrom stark zunahm, kostete es ihn nicht viel Arbeit, ihn für die Wechselstromerzeugung umzurüsten. Tatsächlich war es dazu nur notwendig, den Kollektor durch zwei Ringe zu ersetzen, entlang denen die Federn gleiten. Zunächst dienten Wechselstromgeneratoren nur der Beleuchtung, doch mit der Entwicklung der Elektrifizierung fanden sie immer mehr Anwendung und ersetzten nach und nach Gleichstrommaschinen. Das ursprüngliche Design des Generators wurde ebenfalls erheblich geändert. Die erste Gramm-Maschine war bipolar, später wurden mehrpolige Generatoren verwendet, bei denen die Ankerwicklung bei jeder Umdrehung vier, sechs oder mehr abwechselnd installierte Pole eines Elektromagneten passierte. In diesem Fall wurde der Strom nicht wie bisher von beiden Seiten des Rades angeregt, sondern in jedem dem Pol zugewandten Teil des Rades und von dort auf einen äußeren Stromkreis umgeleitet. Es gab so viele solcher Orte (und dementsprechend Bürsten), wie es Magnetpole gab. Dann wurden alle Bürsten der Pluspole miteinander verbunden, dh parallel geschaltet. Dasselbe wurde mit den Negativpinseln gemacht. Als die Leistung der Generatoren zunahm, tauchte ein neues Problem auf - wie man den Strom mit den geringsten Verlusten vom rotierenden Anker entfernen kann. Tatsache ist, dass die Bürsten bei hohen Strömen zu funken begannen. Neben großen Stromverlusten wirkte sich dies nachteilig auf den Betrieb des Generators aus. Dann hielt es Gramm für vernünftig, zum frühesten Design des elektrischen Generators zurückzukehren, der in Pixias Maschine verwendet wurde: Er machte den Anker stationär und ließ die Elektromagnete rotieren, weil es einfacher war, den Strom von der stationären Wicklung zu entfernen. Er platzierte die Ankerspulen auf einem festen Eisenring und ließ die Elektromagnete darin rotieren. Er verband einzelne Spulen miteinander, sodass alle Spulen, die gerade der gleichen Wirkung von Elektromagneten ausgesetzt waren, in Reihe geschaltet wurden. Daher teilte Gramm alle Spulen in mehrere Gruppen ein und verwendete jede Gruppe, um Strom an einen separaten unabhängigen Stromkreis zu liefern. Die Elektromagnete, die den Strom erregen, mussten jedoch mit Gleichstrom versorgt werden, da der Wechselstrom in ihnen keine unveränderliche Polarität bewirken konnte. Daher war bei jeder Lichtmaschine ein kleiner Gleichstromgenerator notwendig, von dem aus der Strom über Schleifkontakte den Elektromagneten zugeführt wurde. Autor: Ryzhov K.V.
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