Динамо-машина — электрический генератор¶

Динамо (от греч. δύναμις — «сила») — электрическая машина, преобразующая механическую энергию в энергию электрического тока постоянного или переменного направления. Термин «динамо» чаще всего применяется к генераторам постоянного тока, а также к электрогенераторам переменного тока, используемым на транспорте (велосипедные динамо-машины, автомобильные генераторы). Принцип действия динамо основан на явлении электромагнитной индукции, открытом Майклом Фарадеем в 1831 году.

¶История

Первые опыты по получению электрического тока с помощью движения проводника в магнитном поле были проведены Майклом Фарадеем в 1831 году. Его диск Фарадея — примитивный генератор, в котором медный диск вращался между полюсами подковообразного магнита, — считается прообразом всех современных динамо-машин.

В 1832 году французский изобретатель Ипполит Пикси построил первое практичное динамо-устройство, работавшее на постоянный ток. Его машина использовала коммутатор (коллектор), что позволяло получать ток постоянного направления. В 1866 году Вернер фон Сименс построил динамо-машину с электромагнитным возбуждением, что резко повысило мощность и КПД генераторов.

В 1870 году Зеноб Грамм запатентовал кольцевой якорь («кольцо Грамма»), ставший стандартным элементом динамо-машин. В 1878 году на парижской Всемирной выставке были продемонстрированы динамо-машины Грамма, и именно они стали первыми массово применяемыми электрическими генераторами. В России первые динамо-машины были созданы в 1870-х годах: в частности, инженер П. Н. Яблочков разработал динамо-машину для питания своих «электрических свечей».

¶Устройство и принцип работы

Классическая динамо-машина постоянного тока состоит из следующих основных элементов:

• Статор — неподвижная часть, создающая магнитное поле (в современных машинах — электромагнитное возбуждение);
• Якорь — вращающаяся часть, в обмотке которой индуцируется ЭДС;
• Коллектор — механический выпрямитель, состоящий из изолированных медных ламелей, обеспечивающий преобразование переменного тока в обмотке якоря в постоянный ток на выводах машины;
• Щётки — графитовые контакты, прижатые к коллектору и снимающие ток с вращающегося якоря.

Принцип работы: при вращении якоря в магнитном поле статора в его обмотках по закону электромагнитной индукции возникает переменная ЭДС. Коллектор, вращаясь вместе с якорем, коммутирует обмотки так, что на выводах машины поддерживается ток одного направления.

¶Классификация

По типу возбуждения динамо-машины делятся на:

• с последовательным возбуждением (обмотка возбуждения включена последовательно с якорем) — применяются в электротранспорте;
• с параллельным (независимым) возбуждением — используются в качестве источников стабильного напряжения;
• со смешанным возбуждением — сочетание обоих способов.

По назначению различают тяговые генераторы (для электротранспорта), стартерные генераторы (для двигателей внутреннего сгорания), велосипедные динамо-машины и генераторы электростанций.

¶Велосипедное динамо

Отдельный тип — велосипедные динамо-машины, вырабатывающие электричество за счёт вращения колеса. Существуют три основные конструкции:

• Втулочное динамо (дино-втулка) — встроено в ступицу переднего колеса, обеспечивает плавное вращение, но имеет больший вес;
• Боковое (фрикционное) динамо — прижимается к боковой поверхности покрышки, проще и дешевле, но изнашивает шину и может пробуксовывать во влажную погоду;
• Роликовое динамо — катится по протектору, лишено недостатков бокового, но тяжелее.

Велосипедное динамо вырабатывает переменный ток, который выпрямляется диодным мостом и подаётся на фонарь и звонок. Мощность типичного велодинамо — 3 Вт при напряжении 6 В.

¶Применение

Динамо-машины постоянного тока широко применяются в электротранспорте (трамваи, троллейбусы, электровозы), в системах возбуждения синхронных генераторов электростанций, в электроинструменте, в качестве стартеров двигателей внутреннего сгорания (стартер — это, по сути, динамо-машина, работающая в двигательном режиме). Велосипедные динамо-машины используются для освещения велосипедов без батарей.

¶Динамо в культуре

Слово «динамо» вошло в русский язык как обозначение чего-либо энергичного и мощного. Так, футбольный клуб «Динамо» (Москва) был основан в 1928 году при спортивном обществе «Динамо», название которого отсылало к электрическому генератору как символу энергии и движения.

¶Литература

• Костенко М. П., Ламадский В. К. «Электрические машины», 1963.
• Виноградов А. С. «Электрические машины», 1978.
• Фарадей М. «Экспериментальные исследования по электричеству», 1839.