δυναμοηλεκτρική μηχανή

Ηλεκτρική μηχανή επαγωγής, η οποία χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια ή αντίστροφα. Ονομάζεται και δυναμό. Στην πράξη, ωστόσο, o όρος δ.μ. χρησιμοποιείται ειδικά για να υποδείξει μία ηλεκτρική μηχανή, η οποία μετατρέπει μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική με τη μορφή μονόφορου ρεύματος. Η μηχανή που παράγει εναλλασσόμενο ρεύμα ονομάζεται εναλλάκτης. Και οι δύο, πάντως, βασίζονται στο φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, δηλαδή στο γεγονός ότι ένα κύκλωμα που τοποθετείται σε ένα μαγνητικό πεδίο το οποίο μεταβάλλεται γίνεται έδρα επαγόμενου ηλεκτρικού ρεύματος. Στις πρακτικές εφαρμογές το ρεύμα αυτό παράγεται όχι με τη μεταβολή του πεδίου, αλλά με την περιστροφή ενός ορισμένου αριθμού σπειρών από αγώγιμο σύρμα γύρω από έναν άξονα κάθετο προς τη διεύθυνση ενός σταθερού μαγνητικού πεδίου. Με αυτό τον τρόπο υπάρχει μια μεταβολή της μαγνητικής ροής που διαρρέει τις σπείρες. Η πρώτη δ.μ. εφευρέθηκε και κατασκευάστηκε από τον Πατσινότι γύρω στο 1860, αλλά η βιομηχανική της εκμετάλλευση έγινε μία δεκαετία αργότερα, χάρη στον Βέλγο ηλεκτροτεχνικό Ζενόμπ Τεοφίλ Γκραμπ (1826-1901). Η μηχανή αυτή απαρτιζόταν από έναν πεταλοειδή μόνιμο μαγνήτη, μεταξύ των πόλων του οποίου περιστρεφόταν ένας δακτύλιος από μαλακό σίδηρο (δακτύλιος Πατσινότι). Γύρω από αυτό τον δακτύλιο ήταν περιτυλιγμένες ομάδες σπειρών από χάλκινο σύρμα, των οποίων τα άκρα ήταν συνδεδεμένα με ελάσματα χαλκού, μονωμένα μεταξύ τους, που είχαν προσαρμοστεί στον άξονα περιστροφής. Επάνω σε αυτά τα ελάσματα εφάπτονταν δύο ψήκτρες σε σταθερή θέση, οι οποίες προορίζονταν να συλλέγουν το ρεύμα που παραγόταν στα περιστρεφόμενα στοιχεία και να το μεταφέρουν στην εξωτερική κατανάλωση. Πρέπει να σημειωθεί ότι το ρεύμα επαγωγής που παράγεται στις σπείρες είναι εναλλασσόμενο, δηλαδή με θετικά και αρνητικά ημικύματα. Η ανόρθωση των αρνητικών ημικυμάτων, και συνεπώς το μονόφορο ρεύμα (παλμόρευμα), επιτυγχάνεται με την κατάλληλη σύνδεση των oμάδων σπειρών του περιστρεφόμενου στοιχείου, πάνω στις οποίες εφάπτονται οι ψήκτρες. Η εξέλιξη της τεχνολογίας μετέτρεψε σταδιακά τις κατασκευές, φτάνοντας στις σύγχρονες δ.μ., οι οποίες έχουν μεγαλύτερο όγκο και υψηλή απόδοση. Σήμερα οι μηχανές αυτές αποτελούνται βασικά από: α) Τον στάτη σταθερό επαγωγέα, o οποίος απαρτίζεται από ένα δακτυλιοειδές σώμα από χυτοσίδηρο ή από ελάσματα σιδήρου. Το σώμα αυτό έχει έναν άρτιο αριθμό πολικών τομέων (διπολική, τετραπολική, πολυπολική δ.μ.) από μαλακό σίδηρο, γύρω από τους οποίους είναι περιτυλιγμένα τα πηνία διέγερσης. Όταν αυτά τα πηνία διαρρέονται από ρεύμα, οι πολικοί τομείς λειτουργούν ως ηλεκτρομαγνήτες. β) Τον στροφέα στρεφόμενο επαγώγιμοοπλισμό, o οποίος αποτελείται από ένα δέμα ελασμάτων μαγνητικού σιδήρου, που τοποθετείται κάθετα ως προς τον άξονα και έχει διαμήκεις αυλακώσεις, δηλαδή παράλληλες προς τον άξονα περιστροφής· μέσα στις αυλακώσεις αυτές είναι τοποθετημένες δέσμες από αγώγιμο σύρμα συνδεδεμένες σε κλειστό κύκλωμα, οι οποίες λειτουργούν ως έδρες επαγόμενων ηλεκτρεγερτικών δυνάμεων κατά την περιστροφή. γ) Τον συλλέκτη, o οποίος αποτελείται από έναν δακτύλιο ελασμάτων χαλκού, μονωμένων μεταξύ τους. Τα ελάσματα αυτά προορίζονται να συνδέουν μέσα από τις ψήκτρες το επαγόμενο κύκλωμα με το εξωτερικό κύκλωμα κατανάλωσης και να μετατρέπουν το επαγώγιμο ρεύμα από εναλλασσόμενο σε συνεχές. Ο αριθμός των ψηκτρών είναι ίσος προς τον αριθμό των πόλων του επαγωγέα, ενώ ο αριθμός των χάλκινων ελασμάτων του συλλέκτη είναι ίσος προς τον αριθμό των τομέων του επαγώγιμου. Οι πρώτες πειραματικές δ.μ. κατασκευάστηκαν με επαγωγέα μόνιμου μαγνήτη και ονομάστηκαν μαγνητοηλεκτρικές μηχανές. Όταν αργότερα, για λόγους όγκου και βάρους, επιχειρήθηκε η αντικατάσταση των μόνιμων μαγνητών από ηλεκτρομαγνήτες, προέκυψε το πρόβλημα της τροφοδοσίας τους με συνεχές ρεύμα. Η λύση των συσσωρευτών είχε απορριφθεί εξαιτίας των περιπλοκών που δημιουργούσε στην κατασκευή και στη συντήρηση. Ύστερα από πολλά πειράματα, ως καταλληλότερη λύση για τη διέγερση των ηλεκτρομαγνητών επιλέχθηκε η χρησιμοποίηση του ίδιου ρεύματος που παρήγαγε η δ.μ., λύση η οποία βασίστηκε στο γεγονός ότι στους πόλους παραμένει ένας ορισμένος μαγνητισμός, ακόμα και όταν η μηχανή είναι σταματημένη (παραμένων μαγνητισμός). Με τον τρόπο αυτό κατασκευάστηκε η αυτοδιεγειρόμενη δ.μ., η οποία με τη σειρά της διακρίνεται, ανάλογα με τη λήψη του ρεύματος, σε αυτοδιεγειρόμενη στη σειρά, σε παράλληλη ή μεικτή. Όταν το ρεύμα διέγερσης παρέχεται στη δ.μ. από μια εξωτερική πηγή, η μηχανή αυτή αποκαλείται μηχανή ανεξάρτητης διέγερσης. Η ταχύτητα περιστροφής μιας δ.μ. εξαρτάται από τον κινητήρα που την κινεί, αλλά μπορεί συνήθως να φτάσει σε μερικές χιλιάδες στροφές το λεπτό. Η απόδοση, που μεταβάλλεται ανάλογα με το φορτίο της μηχανής, μπορεί να φτάσει σε ιδανικές συνθήκες το 90%. Η τάση που παράγεται περιορίζεται από το φαινόμενο του σπινθηρισμού, το οποίο συντελείται μεταξύ των συνεχόμενων ελασμάτων του συλλέκτη. Ένας ιδιαίτερος τύπος δ.μ. είναι η λεγόμενη ομοπολική ακυκλική, η οποία χαρακτηρίζεται από ένα βαρύ κυλινδρικό επαγώγιμο, στα άκρα του οποίου εφάπτονται οι δύο ψήκτρες. Το επαγώγιμο διασχίζεται κατά μήκος από τη μαγνητική ροή, γιατί ο επαγωγέας φέρει τους πόλους στη βάση του κυλίνδρου, κατά μήκος της γεννήτριάς του. Η ηλεκτρεγερτική δύναμη που παράγεται στο επαγώγιμο μπορεί να παράγει ρεύματα πολύ υψηλής έντασης. Η δ.μ. βρίσκει κύρια βιομηχανική εφαρμογή στην ηλεκτροχημική βιομηχανία, η οποία απαιτεί μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας με συνεχές ρεύμα· σε αυτές τις περιπτώσεις η ισχύς προσεγγίζει αρκετά υψηλά επίπεδα, που φτάνουν έως μερικές χιλιάδες κιλοβάτ για κάθε μηχανή. Η δ.μ., που τοποθετείται πάντα στον άξονα κάθε εναλλάκτη για να παρέχει το εναλλασσόμενο ρεύμα, ονομάζεται διεγέρτρια. Τα αυτοκίνητα και γενικά τα οχήματα χρειάζονται για τη λειτουργία τους και για τα συστήματα φωτισμού και σήμανσης ηλεκτρική ενέργεια με συνεχές ρεύμα και γι’ αυτό είναι εφοδιασμένα με μία δ.μ., που κινείται από τον κινητήρα του ίδιου του οχήματος. Πολλά πλοία έχουν εγκαταστάσεις συνεχούς ρεύματος και συνεπώς έχουν ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη που αποτελούνται από κινητήρες ντίζελ και από δ.μ. Πολυπολική δυναμοηλεκτρική μηχανή μεγάλης ισχύος. Τομή δυναμοηλεκτρικής μηχανής αυτοκινήτου. Σχηματική απεικόνιση της αρχής λειτουργίας της δυναμοηλεκτρικής μηχανής: όταν μία σπείρα περιστρέφεται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο, γίνεται έδρα επαγόμενου ρεύματος· εάν στα δύο άκρα της σπείρας είναι συνδεδεμένα ελάσματα τα οποία έρχονται σε ολισθαίνουσα επαφή με δύο ψήκτρες, μεταξύ αυτών γεννάται μία διαφορά δυναμικού πάντα του ίδιου σημείου, η οποία παράγει μονόφορο ρεύμα.