Usuari:Contraix/proves/Màquina de Gramme
 |
Aquesta és una pàgina de proves de Contraix. Es troba en subpàgines de la mateixa pàgina d'usuari. Serveix per a fer proves o desar provisionalment pàgines que estan sent desenvolupades per l'usuari. No és un article enciclopèdic. També podeu crear la vostra pàgina de proves.
Vegeu Viquipèdia:Sobre les proves per a més informació, i altres subpàgines d'aquest usuari |
La màquina de Gramme, també coneguda com dinamo de Gramme, fou el primer generador d'energia elèctrica que produïa corrent continu en quantitat suficient per a ser aprofitada comercialment. Fou inventada per Zénobe-Théophile Gramme i es presentà el 17 de juliol de 1871 a l'Acadèmia Francesa de les Ciències. El 1873 i de forma casual es va descobrir que podia actuar indistintament com a generador elèctric o com a motor elèctric, obrint l'aplicació de l'electricitat a la creació d'energia motriu, impulsant de forma decisiva la segona revolució industrial.
Durant una demostració a l’Exposició Universal de Viena de 1873, el soci de Gramme, Hippolyte Fontaine, va connectar sense cura els terminals d'una màquina Gramme a una altra dinamo que estava produint electricitat, i l'eix de la màquina Gramme va començar a girar. Aquest fet va fer palès que una màquina Gramme podria actuar com un motor elèctric, si se subministrava amb una font d'alimentació de voltatge constant.
El principi de bobinat de les màquines Gramme, tot i ser molt usat a les màquines elèctriques del segle XIX, ja no s’utilitza ja que fa un ús ineficient dels conductors.
Antecedents[modifica]
Els disc de Faraday[modifica]
Durant 1831 i 1832 Michael Faraday va descobrir que un conductor elèctric movent-se en un camp magnètic generava un diferencial de potencial. A partir d'aquí va construir el primer generador electromagnètic, el disc de Faraday. Es tractava d'un generador d'un sol pol, i consistia en un disc de coure que generava un petit corrent continu quan girava entre els extrems d'un imant amb forma de ferradura. Era una demostració empírica de la possibilitat de generar energia elèctrica mitjançant el magnetisme.
La dinamo de Pixii[modifica]
El 1832 Hippolyte Pixii va crear el primer generador elèctric basat en els principis de Faraday. El cam magnètic es creava a partir d'un imant permanent que girava accionat per una maneta. Quan l'imant girava els seus pols nord i sud passaven arran d'un nucli de ferro amb un cable elèctric enrotllat (com un nucli i una bobina electromagnètica). Pixii va descobrir que l'imant giratori produïa un pols de corrent en el cable cada vegada que un dels pols passava al costat de la bobina; cada pol de l'imant induïa un corrent en sentit contrari, és a dir, un corrent altern. Afegint a l'esquema un commutador elèctric situat en el mateix eix de gir de l'imam permetia convertir el corrent altern en corrent continu.
L'anell de Pacinotti[modifica]
Tant els dissenys de Faraday com els de Pixxi patien d'un problema comú, que era que el corrent només es generava quan els pols N i S de l'imant passaven prop de l'induït (la bobina), creant pics sobtats de corrent i sense generar res entre els pics. Antonio Pacinotti va resoldre aquesta qüestió el 1864; va fer un generador en el qual l'imant estigués fixe i no girés, i en el seu lloc ho fes la bobina situada entre els dos pols de l'imant. La forma de la bobina va passar a ser toriodal, en forma d'anell. D'aquesta forma es suavitzaven les variacions de corrent que generava la bobina, perquè una gran part de la bobina estava sempre dintre del flux magnètic de l'imant.
La bobina d'Antonio Pacinotti fou adoptada per a les dinamos de Gramme, Siemens i Edison.[1] Antonio Pacinotti també va apuntar que el seu aparell podia ser reversible, podent actuar de motor si era alimentat per un corrent.[2]
-
Disc de Faraday -
Model original del generador de Pixii -
Anell Pacinotti-Gramme
Components[modifica]
La màquina Gramme estava dissenyada originalment com a dinamo, transformant energia mecànica en elèctrica.
La part mòbil de la màquina Gramme estava composta per un anell al voltant del qual hi havia un cable conductor enrotllat, formant diverses bobines connectades en sèrie. Cada bobina estava connectada a un commutador, que transformava el corrent altern, es a dir, amb canvi de polaritat, en corrent continu, que tingui sempre la mateixa polaritat.[3] La part central de l'anell estava feta de ferro dolç, amb un eix al mig. Aquest conjunt constituïa l'induït o armadura. L'eix girava a través d'uns engranatges accionats manualment.
Els pols N i S d'un imant permanent de ferradura estaven col·locats de forma fixa als dos extrems de l'induït, fent que el seu flux magnètic el travessés quan aquest girava. Aquest conjunt constituïa l'inductor.
Sobre cada commutador lliscaven dues escombretes, que transmetien el corrent generat en l’induït de la màquina cap al circuit exterior.
La màquina de Gramme era poc eficient perquè la part interior del bobinat, a l'estar poc exposat al flux electromagnètic, no transformava l'energia mecànica en elèctrica.
Principi de funcionament[modifica]
Els següents gràfics mostren com el fet de tenir diverses bobines en l'induït de l'anell provocava que la forma d'ona del voltatge resultant fos pràcticament constant, produint un subministrament de corrent continu.
El gràfic mostra el corrent produït per una hipotètica màquina de Gramme unipolar amb una única bobina, a mida que l'anell fa una revolució. [5]
Un anell amb un pol i dues bobines. La segona bobina en el costat oposat de l'anell està cablejada en paral·lel amb la primera. Atès que la bobina inferior està oposada a la bobina superior, si les escombretes del commutadors es connecten a un circuit exterior circularà un corrent per aquest, encara que les dues bobines estiguin sotmeses al mateix camp magnètic.[5]
Un anell de Gramme de dos pols i quatre bobines. Les bobines de A i A' es sumen juntes, igual que les bobines de B i B', produint dos pulsos de potència 90º fora de fase entre si. Quant les bobines A i A' produeixen la màxima sortida, les bobines B i B' tenen la producció a zero.[5]
Un anello de Gramme de tres pols i sis bobines, amb la gràfica dels tres pols combinats, cadascun a 120º fora de fase entre si i sumant junts.[5]
Màquina reversible[modifica]
.jpg)
Durant una demostració a l’Exposició Universal de Viena de 1873, el soci de Gramme, Hippolyte Fontaine, va connectar sense cura els terminals d'una màquina Gramme a una altra dinamo que estava produint electricitat, i l'eix de la màquina Gramme va començar a girar. Aquest fet va fer palès que una màquina Gramme podria actuar com un motor elèctric, si se subministrava amb una font d'alimentació de voltatge constant.
Beneficis i inconvenients[modifica]
Beneficis[modifica]
La màquina Gramme va representar un important salt qualitatiu en l'aprofitament de l'electricitat per a usos industrials. Els beneficis més rellevants eren els següents:
- Demostrava que l'electricitat produïda per la màquina Gramme podria ser tramesa a distància i accionar una altra màquina Gramme fent de motor elèctric.[9] Fins aleshores es pensava que els motors elèctrics només podien ser alimentats per bateries, però amb la màquina Grame es demostrava que també podien ser alimentats per dinamos. I els mètodes alternatius per transmetre força de forma mecànica (eixos, politges) eren molt inferiors.
- El corrent estable, sense polsos, que produïa era molt adequat per alimentar els arc voltaics que a partir de 1870 es van començar a instal·lar per a la il·luminació.[9]
Inconvenients[modifica]
El sei disseny poc eficient va provocar que no pugés ser adoptat en màquines més evolucionades. Els problemes principals eres dos:
- Una de les causes principals de ineficiència va ser que nom´s una part de les bobines estava exposada als camps magnètics de l'imant. Si bé el disseny dels pols de l'imant va anar evolucionant per ajustar-se al voltant de l'anell induït, només la part exterior de les bobines tallava el camp magnètic. El filferro dels costats i l’interior de l’anell estaven fora de la zona efectiva del camp.
- Una altra debilitat era la tendència a retenir calor a l’armadura. El bobinat continu actuava com una capa aïllant que retardava el refredament del nucli de l’armadura. Un escalfament excessiu de l’armadura provocava una caiguda de l’eficiència en la generació d'electricitat.
Impacte en el mercat[modifica]
Zénobe-Théophile Gramme va explotar comercialment el seu invent, i el 1871 constituí l'empresa Société des Machines Magnéto-Électriques Gramme per a la seva fabricació.[10] Les màquines Gramme eren connectades a màquines a vapor que feien girar l'eix de l'induït, produint energia elèctrica. En els anys posteriors a la seva presentació, les màquines de Gramme van estar en una forta competència amb les màquines d'armadura doble T de Siemens, que tenien l'inconvenient de generar l'electricitat a polsos.
El disseny de les màquines va anar evolucionant amb el temps. Al principi es fabricava un model tipus taller, el pes del qual era d'uns 183 quilogram. El model tipus superior tenia un pes d'uns 747 quilograms.[11]
Referències[modifica]
- ↑ Thompson, Silvanus Phillips. «Continous current machines». A: Dynamo-Electricity Machinery: A Manual for Students of Electrotechnics (HTML) (en anglès). Cambridge University Press, 19 maig de 2011. ISBN 978-1108026871 [Consulta: 29 abril 2020].
- ↑ Heinrich Schellen (1884) Magneto-electric and Dynamo-electric Machines, 3rd Ed., Vol.1, D. Van Nostrand, New York, p.218, fig.124, traduït a l'anglès per Nathaniel S. Keith and Percy Neyman, a Google Books.
- ↑ «Generadors i motors de corrent continu» (pdf). Electrotècnia. Institut Obert de Catalunya, setembre 2010. [Consulta: 29 abril 2020].
- ↑ Hawkins, Nehemiah. Hawkins Electrical Guide Number One, Questions, Answers & Illustrations: a Progressive Course of Study for Engineers, Electricians, Students and those Desiring to Acquire a Working Knowledge of Electricity and its Applications. New York: Theo. Audel & Co, 1917, p. 174, figure 182.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 Hawkins 1917, pp. 174–178.
- ↑ Hawkins 1917, p. 174, figure 183.
- ↑ Hawkins 1917, p. 174, figure 184.
- ↑ Hawkins 1917, p. 174, figure 185.
- ↑ 9,0 9,1 Carlson, W. Bernard. «Dreaming of motors». A: Tesla: Inventor of the Electrical Age (HTML) (en anglès). Princeton University Press, 27 abril 2015. ISBN 978-0691057767 [Consulta: 29 abril 2020].
- ↑ «Gramme, Zénobe Théophile». A: Biographical Dictionary of the History of Technology (HTML) (en anglès), 15 desembre 1995. ISBN 978-0415060424 [Consulta: 29 abril 2020].
- ↑ Bosch Tous, Ricard «Los orígenes de una dinamo grande en la ETSEIB» (pdf) (en castellà). Quaderns d'història de l'enginyeria. Centre de recerca per a la Història de la Tècnica "Francesc Santponç i Roca" [Barcelona], Volum V, 2002. ISSN: 1135-934X [Consulta: 29 abril 2020].