그램머신

Gramme 기계, Gramme 링, Gramme 마그네토 또는 Gramme 발전기는 벨기에 발명가인 Zénobe Gramme의 이름을 딴 직류를 생산하는 전기 발전기로 발전기 또는 마그네토 ^[1]중 하나로 제작되었습니다.산업용 상업용 전력을 생산한 최초의 발전기였다.1860년 안토니오 파치노티가 발명한 기계에서 영감을 얻어, 그램은 와이어로 감싼 고리(그램 고리) 형태의 새로운 유도 회전자를 개발했고 1871년 파리의 과학 아카데미에서 이 장치를 시연했습니다.19세기 전기 기계에서 인기를 끌었지만, 그램 권선의 원리는 도체를 비효율적으로 사용하기 때문에 더 이상 사용되지 않습니다.링 내부의 권선 부분은 플럭스를 차단하지 않으며 기계 내 에너지 변환에 기여하지 않습니다.권선에는 동등한 드럼-감는 ^[2]전기자보다 2배의 회전 수와 2배의 정류자 바가 필요합니다.

묘사

Gramme 기계는 일련의 전기자 코일이 있는 링 전기자를 사용하여 부드러운 철의 회전 링에 감겼습니다.코일은 직렬로 연결되고 각 쌍의 접합부는 두 개의 브러시가 작동하는 정류자에 연결됩니다.영구 자석은 연철 링을 자화시켜 전기자가 회전함에 따라 코일을 통해 회전하는 자기장을 생성합니다.그러면 전기자의 반대쪽에 있는 코일 두 개에 전압이 유도되며, 이 코일들은 브러시에 의해 선택됩니다.

이전의 전자 기계는 하나 또는 두 개의 전자석의 극 부근에 자석을 통과시키거나 정적 자기장 내의 이중 T 전기자에 감겨진 회전 코일을 통과시켜 짧은 스파이크 또는 DC 펄스를 생성함으로써 높은 평균 전력의 지속적인 출력이 아닌 낮은 평균 전력의 일시적인 출력을 초래했습니다.

Gramme 링 전기자에 몇 개 이상의 코일이 있으면 결과 전압 파형이 실질적으로 일정하므로 거의 직류 공급이 발생합니다.이런 종류의 기계는 최신 발전기가 되기 위해 자기장을 생성하는 전자석만 있으면 된다.

현대 전기 모터의 발명

1873년 비엔나에서 열린 산업 박람회에서 시연하는 동안, Gramme는 우연히 이 장치가 정전압 전원을 공급받으면 전기 모터 역할을 할 것이라는 것을 발견했습니다.Gramme의 파트너인 Hippolyte Fontaine은 Gramme 기계의 단자를 전기를 생산하는 다른 발전기에 부주의하게 연결했고, 그 축은 ^[3]회전하기 시작했다.Gramme 기계는 장난감이나 실험실의 호기심 이상으로 유용한 최초의 강력한 전기 모터였다.오늘날 이 설계의 일부 요소는 거의 모든 직류 전기 모터의 기초를 형성합니다.Gramme는 여러 개의 오버랩 코일이 있는 다중 정류자 접점을 사용하고 링 전기자를 사용하는 그의 혁신은 초기 동력기를 개선했으며 대규모 전기 장치의 개발을 선도하는 데 도움이 되었습니다.

전기 모터의 초기 설계는 로터의 회전 대부분을 통해 공기 간격이 크거나 매우 크기 때문에 비효율적이기로 악명이 높았다.공기 간격이 길면 힘이 약해져 토크가 낮아집니다.세인트루이스라고 불리는 장치. Louis 모터(아직도 과학 서플라이 하우스에서 구입 가능)는 의도된 것은 아니지만, 이러한 엄청난 비효율성을 분명히 보여주고 있으며, 실제 모터가 어떻게 작동하는지에 대해 학생들을 심각하게 현혹시키고 있습니다.이러한 초기의 비효율적인 설계는 자석이 어떻게 강자성 물질(예: 철과 강철)을 먼 거리에서 끌어당기는지를 관찰한 것에 기초하고 있는 것이 분명합니다.19세기에 전기 기술자들이 작은 공기 틈의 중요성을 깨닫는 데는 수십 년이 걸렸다.그러나 Gramme 링은 공극이 비교적 작기 때문에 효율이 향상됩니다(위 그림에서 큰 후프 모양의 조각은 적층 영구 자석으로, Gramme 링은 후프 밑부분에서 잘 보이지 않습니다).

작동 원리

이 그림은 단순화된 1극, 1코일 Gramme 링과 링이 1회전할 때 생성되는 전류의 그래프를 보여줍니다.이 정확한 설계를 사용하는 실제 기기는 없지만, 이 다이어그램은 ^[5]다음 그림을 더 잘 이해하기 위한 구성 요소입니다.

단극, 2코일의 Gramme 반지.링 반대편에 있는 두 번째 코일은 첫 번째 코일과 병렬로 배선됩니다.하단 코일은 상단 코일과 반대 방향으로 배치되어 있지만 둘 다 동일한 자기장에 침지되어 있기 때문에 전류가 브러시 ^[5]단자에 걸쳐 링을 형성합니다.

2극 4코일 그램 링.A와 A'의 코일은 B와 B'의 코일과 마찬가지로 합계를 이루며 서로 90°의 위상이 어긋나는 2개의 펄스를 생성한다.코일 A와 A'가 최대 출력일 때 코일 B와 B'는 0 ^[5]출력이다.

3극, 6코일 Gramme 링 및 조합된 3극의 그래프로, 각각 120°의 위상이 어긋나 ^[5]합계를 이룬다.

드럼 와인딩

Gramme 링은 보다 안정적인 출력을 가능케 했지만, 자기력 라인이 링 전기자를 통과하는 방식 때문에 기술적 설계의 비효율성에 시달렸습니다.필드 라인은 링의 표면 금속을 따라 링 내부로 집중되는 경향이 있으며 링 내부로 침투하는 힘의 라인은 상대적으로 적습니다.

이것에 의해, 각 소코일의 내부 권선은 링의 외측 권선에 비해 극히 적은 힘선을 절단하기 때문에, 전력의 발생에 최소한으로 효과적이다.내부 권선은 사실상 사선이며 회로에 저항만 가미하여 효율을 낮춥니다.

선이 중앙으로 침투할 수 있도록 고정 필드 코일을 링 중앙에 삽입하려는 초기 시도는 엔지니어링을 하기에는 너무 복잡한 것으로 판명되었습니다.또한 선이 링 내부를 관통했을 경우, 내부 와이어가 감길 때 180도 회전한 외부 와이어와 반대 방향으로 배치되었기 때문에 발생하는 전자파가 링 외부에서 전자파를 마주보게 된다.

결국 단일 루프의 와이어를 링 외부에 걸쳐 감아 루프 일부를 내부로 통과시키지 않는 것이 더 효율적이라는 것을 알게 되었습니다.또한 링의 폭에 걸친 하나의 큰 권선이 링의 반대쪽에 있는 두 개의 작은 권선을 대신할 수 있기 때문에 시공의 복잡성도 줄어듭니다.와인딩이 직경을 가로질러 완전히 확장되지는 않지만, 모든 현대 전기자는 이 외부로 감긴(드럼) 설계를 사용합니다. 기하학적 측면에서 볼 때 원 코드에 더 가깝습니다.인접한 권선은 정류자가 있는 거의 모든 최신 모터 또는 발전기 로터에서 볼 수 있듯이 겹칩니다.또한 와인딩은 둥근 모양의 슬롯에 배치됩니다(로터 끝에서 볼 때).로터 표면에서는 코일을 감는 동안 절연 와이어가 통과할 수 있도록 슬롯의 폭이 필요한 만큼만 넓습니다.

중공 링은 이제 솔리드 원통형 코어 또는 드럼으로 대체될 수 있지만 솔리드 코어에서는 필드 라인이 얇은 표면 영역에 집중되어 중심을 최소로 관통하기 때문에 링이 더 효율적인 설계로 입증되었습니다.직경이 수 피트인 매우 큰 발전 전기자의 경우, 중공 링 전기자를 사용하면 금속이 훨씬 적게 필요하며, 고체 코어 드럼 전기자보다 가볍습니다.링의 중공 중앙은 고출력 애플리케이션에서의 환기 및 냉각 경로도 제공합니다.

소형 전기자에서는 심이 샤프트의 ^[13]슬롯에 잠기도록 설정된 스탬프 금속 디스크 스택에서 쉽게 형성될 수 있기 때문에 쉽게 구성하기 위해 솔리드 드럼을 사용하는 경우가 많습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

외부 링크

• Wikimedia Commons의 Gramme 머신 관련 미디어
• 전기 박물관: 얼리 모터