I. ФИЗИЧЕСКА ОСНОВА НА ЕКСПЛОАТАЦИЯТА НА УНИПОЛАРНАТА МАШИНА

Действието на еднополюсната машина се основава на принципа на електромагнитната индукция, открит от М. Фарадей още през 1831 г. В резултат на изследванията върху феномена на електромагнитната индукция, известният физик изгражда лабораторен модел, който заедно с известния Барлоу колело, може да се счита за прототип на съвременните еднополярни машини. Този модел се състои от меден диск, който се върти между полюсите на подковообразен магнит, и два плъзгащи се контакта. За да се получи най-високото напрежение на контактите, единият от тях е разположен на ръба на диска, а вторият е разположен близо до оста на въртене (фиг. 5).

На фиг. 6 схематично показва друг възможен вариант на модела, когато цилиндричен магнит се върти около оста си. Напрежението се отстранява от страничната повърхност на цилиндъра и вала с помощта на две четки.

През 19 век се води продължителна дискусия за принципа на действие на такава система. Факт е, че силата на магнитното поле в пространството за разглеждания случай не се променя с времето, така че е трудно да се обясни появата на ЕДС в схемата на PGO. По това време много хора погрешно идентифицираха въртенето на магнит с въртенето на неговите магнитни силови линии. Магнитните силови линии са спомагателно понятие и не могат да се разглеждат под формата на някакви материални образувания [32]. За обосноваване на принципа на действие на горните схеми През ХХ век бяха привлечени абсурдната теория на относителността на Айнщайн, както и противоречивата концепция за т. Нар. Сила на Лоренц [27, 32, 77]. Такива методи за анализ са извън обхвата на този преглед.

Диаграмата на първия лабораторен модел е показана на фиг. 7. Състои се от дискообразен магнит M, меден диск D, контактни живачни устройства K, немагнитен дистанционер P. Моделът е свързан към източник на постоянен ток и работи в режим на двигател. Електромагнитният въртящ момент на диска е измерен при различни токове за следните два случая:

а) магнитът е фиксиран върху диска и се върти с него;

б) магнитът е неподвижен (окачен на нишки от горната решетка и уплътнението P е отстранено).

Зависимостите на електромагнитните моменти от токове, получени от опит практически съвпаднаха. В случай, че "b" магнитът М не е изпитал момента на реакцията (нишките не са се усукали).

Диаграмата на втория лабораторен модел е показана на фиг. 8. Меден диск D и дискообразен магнит M могат да се задвижват в ротация от спомагателен двигател T. Чувствителният волтметър е свързан посредством дванадесет четки K към периферията на медния диск и една четка K към оста на вала. Измерванията на напрежението бяха направени за следните три случая:

а) дискът е неподвижен, магнитът се върти със скорост n;

б) дискът и магнитът се въртят със скорост n;

в) магнитът е неподвижен, дискът се върти със скорост n.

В случай, че "а" не е имало напрежение, в случаите в диска се индуцират напрежения с еднаква величина. Описаните експерименти показват, че индукцията на emf в диска не е свързана с въртенето на магнита.

Извеждането на формули за определяне на ЕДС в еднополярни машини се основава на общоприетото опростено разглеждане на физическите явления, които въпреки това дават коректни количествени резултати.

Да предположим, че диск с радиус R (виж фиг. 5) се върти с еднаква ъглова скорост ω, а магнитното поле е насочено по оста и е разпределено равномерно по цялата повърхност на диска с индукция, равна на B. Ако при някои момент във времето въображаемият лъч заемаше позицията на ОП (вж. фиг. 5) и след определен период от време dt преместена в положение 0Q, тогава промяната в магнитния поток в резултат на изкривяването на контура на OPG в OQG ще бъде

Тогава д. г. поставените в контура ще бъдат

Вземайки предвид, че линейната скорост на обиколката на диска v = R (i), намираме

Подобен резултат се получава, ако се определи emf. от условието на пресичане на магнитния поток от сегмент с радиус AR. а именно

Ако изразим линейната скорост на въртене чрез броя на оборотите на диска в секунда

тогава след заместване в (1) намираме

където 5 е площта на диска, която е проникната от магнитния поток.

Уравнение (2) може да бъде представено в следната удобна форма:

По този начин електромоторната сила, която се индуцира във въртящ се диск, е пропорционална на скоростта на въртене на диска и магнитния поток, който прониква през него. Например, ако Ф = 0,1 Vb, V = 50 1/s, тогава e = 5v.

Както вече беше отбелязано, въпреки въртенето на цилиндричен магнит, неговото поле не се променя с течение на времето. Прилагайки предварително изложените разсъждения към лъча ИЛИ (om. Фиг. 6), движещ се с ротора спрямо полето, стигаме до извода, че във външната верига трябва да тече постоянен ток,

По-горе, когато разглеждахме схемите, предположихме въртенето на диска, както е дадено. Вериги от този тип са обратими в смисъл, че могат да работят както в генераторния, така и в моторния режим. Електромагнитният въртящ момент, генериран от машината, е пропорционален на произведението на тока и работния магнитен поток.