Magneto - Magneto
En magneto er en elektrisk generator, der bruger permanente magneter til at producere periodiske pulser med vekselstrøm . I modsætning til en dynamo indeholder en magneto ikke en kommutator til at producere jævnstrøm . Det er kategoriseret som en form for generator , selvom den normalt betragtes som adskilt fra de fleste andre generatorer, der bruger feltspoler frem for permanente magneter.
Håndsvingede magneto generatorer blev brugt til at levere ringestrøm i telefonsystemer . Magnetos blev også tilpasset til at producere højspændingsimpulser i tændingssystemerne på nogle benzindrevne forbrændingsmotorer for at levere tændrør til strøm . Anvendelse af sådanne tændingsmagneter til tænding er nu hovedsageligt begrænset til motorer uden et lavspændings elektrisk system, såsom plæneklippere og motorsave , og til flymotorer , hvor tændingen holdes uafhængig af resten af det elektriske system sikrer, at motoren fortsætter kører i tilfælde af generator eller batterisvigt. For redundans er stort set alle stempelmotorfly udstyret med to magnetosystemer, der hver leverer strøm til et af to tændrør i hver cylinder.
Magnetoer blev brugt til specialiserede isolerede elsystemer såsom lysbuesystemer eller fyrtårne , for hvilke deres enkelhed var en fordel. De har aldrig været almindeligt anvendt i forbindelse med bulk- elproduktion , til de samme formål eller i samme omfang som enten dynamoer eller generatorer. Kun i få specialiserede tilfælde er de blevet brugt til elproduktion.
Historie
Produktion af elektrisk strøm fra et magnetfelt i bevægelse blev demonstreret af Faraday i 1831. De første maskiner til at producere elektrisk strøm fra magnetisme brugte permanente magneter; den dynamo maskine, som anvendte en elektromagnet til at frembringe det magnetiske felt, blev udviklet senere. Maskinen bygget af Hippolyte Pixii i 1832 brugte en roterende permanentmagnet til at fremkalde vekselstrøm i to faste spoler.
Galvanisering
.jpg)
Den første elektriske maskine, der blev brugt til en industriel proces, var en magneto, Woolrich elektriske generator . I 1842 fik John Stephen Woolrich britisk patent 9431 til brug for en elektrisk generator til galvanisering frem for batterier. En maskine blev bygget i 1844 og licenseret til brug af Elkington Works i Birmingham . Sådan galvanisering udvidet til at blive et vigtigt aspekt af Birmingham -legetøjsindustrien , fremstilling af knapper, spænder og lignende små metalgenstande.
Den overlevende maskine har et anvendt felt fra fire hestesko -magneter med aksiale felter. Rotoren har ti aksiale spoler. Galvanisering kræver jævnstrøm, og derfor er den sædvanlige vekselstrømsmagnet ikke anvendelig. Woolrichs maskine har usædvanligt en kommutator til at rette dens output til DC.
Lysbue belysning
.jpg)
De fleste tidlige dynamoer var bipolare, og derfor varierede deres output cyklisk, da ankeret roterede forbi de to poler.
For at opnå en tilstrækkelig udgangseffekt brugte magneto generatorer mange flere poler; normalt seksten, fra otte hestesko magneter arrangeret i en ring. Da den tilgængelige flux var begrænset af magnetmetallurgien, var den eneste mulighed at øge feltet ved at bruge flere magneter. Da dette stadig var en utilstrækkelig effekt, blev ekstra rotorskiver stablet aksialt langs akslen. Dette havde den fordel, at hver rotordisk i det mindste kunne dele strømmen af to dyre magneter. Maskinen illustreret her bruger otte diske og ni rækker magneter: 72 magneter i alt.
Rotorerne, der først blev brugt, blev viklet som seksten aksiale spoler, en pr. Pol. Sammenlignet med den bipolare dynamo havde dette den fordel, at flere poler gav et jævnere output pr. Rotation, hvilket var en fordel, når man kørte buelamper. Magnetos etablerede således en lille niche for sig selv som lysgeneratorer.
Den belgiske elingeniør Floris Nollet (1794–1853) blev især kendt for denne type lysbue-generator og grundlagde det britisk-franske firma Société de l'Alliance for at fremstille dem.
Den franske ingeniør Auguste de Méritens (1834–1898) udviklede magnetos yderligere til dette formål. Hans nyskabelse var at udskifte de rotorspoler, der tidligere var viklet på individuelle spoler, med en 'ringsår' anker. Disse viklinger blev placeret på en segmenteret jernkerne, der ligner en Grammering , for at danne en enkelt kontinuerlig bøjle. Dette gav en mere jævn udgangsstrøm, hvilket stadig var mere fordelagtigt for buelamper.
Fyrtårne
.jpg)
De Méritens huskes bedst i dag for sin produktion af magneto generatorer specielt til fyrtårne. Disse blev begunstiget for deres enkelhed og pålidelighed, især deres undgåelse af kommutatorer. I havluften i et fyrtårn var kommutatoren, der tidligere var blevet brugt med dynamo -generatorer, en konstant kilde til problemer. Tidens fyrvogtere, normalt halvpensionerede søfolk, var ikke mekanisk eller elektrisk dygtige nok til at vedligeholde disse mere komplekse maskiner.
De Méritens magneto -generator illustreret viser 'ringsåret' anker. Da der nu kun er en enkelt rotordisk, omfatter hver hestesko -magnet en stak individuelle magneter, men virker gennem et par polstykker .
Selvspændende dynamoer
.jpg)
Både dynamoer og generatorer krævede en strømkilde til at drive deres feltspoler. Dette kunne ikke leveres af deres egen generator output, uden nogen proces med ' bootstrapping '.
Henry Wilde , en elektrisk ingeniør fra Manchester, England, udviklede en kombination af magneto og elektro-magnet generator, hvor magnetoen kun blev brugt til at levere feltet til den større generator. Disse er illustreret i Rankin Kennedys arbejde Elektriske installationer Kennedy selv udviklede en enklere version af denne, beregnet til belysning på skibe, hvor en dynamo og magneto blev samlet på den samme aksel. Kennedys innovation var helt at undgå behovet for børstetøj. Den strøm, der genereres i magnetoen, overføres af ledninger, der er fastgjort til den roterende aksel, til dynamo's roterende feltspole. Udgangen af dynamoen tages derefter fra statorspolerne. Dette er 'inside-out' i forhold til den konventionelle dynamo, men undgår behovet for børstetøj.
Opfindelsen af det selvspændende felt af Varley , Siemens & Wheatstone fjernede behovet for en magneto-exciter. Et lille restfelt i feltspolernes jernanker fungerede som en svag permanent magnet og dermed en magneto. Den shunt ledninger af generatoren feeds noget af sin udgangsstrøm tilbage i feltspoler, hvilket igen øger produktionen. På denne måde 'opbygges' feltet regenerativt, selvom det kan tage 20-30 sekunder at gøre det fuldt ud.
Brugen af magnetoer her er nu forældet, selvom separate excitere stadig bruges til højeffektgenererende sæt, da de muliggør lettere kontrol af udgangseffekten. Disse er særlig almindelige med transmissioner af dieselelektriske lokomotiver .
Elproduktion
Magnetos har fordele ved enkelhed og pålidelighed, men er begrænsede i størrelse på grund af den magnetiske flux, der er tilgængelig fra deres permanente magneter. Den faste excitation af en magneto gjorde det vanskeligt at styre dens terminale spænding eller reaktive effektproduktion, når den kører på et synkroniseret net. Dette begrænsede deres anvendelse til applikationer med høj effekt. Strømgenererende magnetoer var begrænset til smalle felter, f.eks. Lysbue -lamper eller fyrtårne, hvor deres særlige egenskaber ved udgangsstabilitet eller enkel pålidelighed blev værdsat mest.
Vindturbine
Små vindmøller , især selvbyggede designs, anvender i vid udstrækning magneto-generatorer til generation. Generatorerne bruger roterende neodym sjældne jordartsmagneter med en trefaset stator og en bro-ensretter til at producere jævnstrøm (DC). Denne strøm pumper enten vand direkte, lagres i batterier eller driver en netomformer, der kan levere det kommercielle elnet . Et typisk design er en aksial-flux-generator, der genbruges fra en bilbremseskive og navleje. En MacPherson -fjeder giver asimut -lejet til at bringe møllen i vinden. Bremseskiven, med sine påsatte sjældne jordartsmagneter, roterer for at danne ankeret. En krydsfinerplade, der bærer flere aksiale spoler, er placeret ved siden af denne med en jernankerring bag den.
I store størrelser, fra 100 kW til MW -serien, betegnes de maskiner, der er udviklet til moderne vindmøller, permanente magnet -synkrone generatorer .
Cykler
En populær og almindelig brug af magnetoer i dag er til strømforsyning af lys og USB -drevne enheder på cykler. Normalt gnider en lille magneto, kaldet en flaskedynamo , mod cykeldækket og genererer strøm, når hjulet drejer. Dyrere og mindre almindelig, men mere effektiv er navdynamoen, der roterer neodymmagneter omkring en kobberspiral i et klo -stangbur inde i hjulets nav. Almindeligt omtalt som dynamoer , begge enheder er faktisk magnetoer, der producerer vekselstrøm i modsætning til jævnstrømmen produceret af en ægte dynamo .
Medicinsk anvendelse
Magneto havde også en medicinsk anvendelse til behandling af psykisk sygdom i begyndelsen af elektromedicin . I 1850 udviklede og fremstillede Duchenne de Boulogne , en fransk læge, en magneto med en variabel ydre spænding og frekvens, gennem varierende omdrejninger i hånden eller varierende induktans af de to spoler, til kliniske forsøg inden for neurologi .
Tænding magnetos
Magnetoer, der er tilpasset til at producere højspændingsimpulser til tændrør, bruges i tændingssystemerne i gnisttændingsstempelmotorer. Magnetoer bruges i stempelflymotorer for deres pålidelighed og enkelhed, ofte i par. Motorsportskøretøjer som motorcykler og snescootere kan bruge magnetoer, fordi de er lettere i vægt end et tændingssystem, der er afhængigt af et batteri. Små forbrændingsmotorer, der bruges til græsslåmaskiner, kædesave, bærbare pumper og lignende anvendelser, bruger magnetoer til økonomi og vægtreduktion. Magnetoer bruges ikke i motorvejskøretøjer, der har et startbatteri, som kan have brug for mere tændingskontrol end et magnetosystem kan levere, selvom sofistikerede solid state -controllere bliver mere almindelige.
Telefon
Manuelle telefoner til lokal batteristationstjeneste i magneto-centraler var udstyret med en håndsvinget magneto-generator til at producere en vekselstrøm for at advare centraloperatøren eller til at ringe på andre telefoner på samme (part) linje .
Fremtidige muligheder
Udviklingen af moderne sjældne jordartsmagneter gør den simple magneto-generator til et mere praktisk forslag som kraftgenerator, da disse tillader en stærkt øget feltstyrke. Da magneterne er kompakte og lette, danner de generelt rotoren, så outputviklingerne kan placeres på statoren, hvilket undgår behovet for børstetøj.
Guidede missiler
I slutningen af 1980'erne lod udviklingen inden for magnetiske materialer som samarium-kobolt , en tidlig type af sjældne jordarter, permanentmagnetgeneratorer bruges i applikationer, der kræver en ekstremt robust generator. I guidede missiler kan sådanne generatorer erstatte en flux -switch -generator . Disse skal fungere ved høje hastigheder, direkte koblet til en turbine. Begge typer deler fordelen ved, at udgangsspolerne er en del af statoren og dermed undgår behovet for børstetøj.