Генератор униполярный принцип работы. Импульсные униполярные генераторы

Рис. 45. Принципиальная схема импульсного униполярного генератора с параллельной и последовательной обмотками возбуждения

На рис. 45 показана принципиальная схема одного из таких униполярных генераторов , который используется для получения импульсов тока, достигающих 56кА, в цепи бетатрона. При скорости вращения в 19 000 об/мин и величине индукции магнитного поля генератора, равной 0,4 Вб/м, напряжение на зажимах якоря составляет всего 2,5В. В машине отсутствует магнитопровод из стали. Поле создается двумя возбуждающими обмотками: независимого питания 1 и последовательной с якорем 2. На рис. 45 стрелками показано согласное направление токов в указанных обмотках, необходимое для создания наибольшего магнитного поля. 50

Ротор выполнен в виде диска 3 из сплава меди с бериллием (98% Cu и 2% Be). Прочность диска соответствует прочности инструментальной стали. Это обеспечивает высокую угонную скорость вращения диска - 30 000 об/мин. Ротор приводится во вращение сжатым воздухом, для чего в нем предусмотрены отверстия, выполняющие роль лопаток турбины.

Токосъем осуществляется струевым ртутным контактом. При диаметре “щетки” 3,2 см (4 и 5) плотность тока в струе ртути составляла 40 А/мм 2 . Окружная скорость на периферии диска равна 150 м/сек. Величина сопротивления замкнутой цепи якоря с учетом последовательной обмотки возбуждения, которая одновременно является обмоткой бетатрона, снижена до 0,002 ом.

Другая оригинальная принципиальная схема униполярного генератора приведена на рис. 46, с помощью которой авторы исследовали возможность получения сильных магнитных полей. В связи с этим у генератора, как и в предыдущей конструкции, совершенно отсутствуют элементы из ферромагнитных материалов.

Внутренний диск и охватывающий его цилиндр, вращаются в противоположные стороны. По направлению АВ в диске и цилиндре индуцируются электродвижущие силы. В воздушный зазор между вращающимися частями на короткое время вспрыскивается ртуть, тем самым создается замкнутый контур, по которому будет протекать ток. Линии тока показаны на рисунке стрелками. В области между поверхностями диска и Цилиндра возникнет сильное магнитное поле. Для испытанного лабораторного образца небольшого униполярного генератора оказалось возможным в течение 0,1 сек получить ток в 300кА (при этом рассеиваемая мощность 100кВт), который создал в указанной зоне магнитное поле с индукцией В = 0,5 Вб/м 2 .

Рис. 46. Принципиальная схема импульсного униполярного генератора с самовозбуждением. I n- нормальная составляющая тока; I t - тангенциальная составляющая

По выражению для напряженности поля

определим принятый диаметр диска машины

Согласно приведенным данным получим: D p = 24 см.

Интересно решена задача создания поля возбуждения генератора. Оно образуется токами двух колец, причем одно из них питается от вспомогательного источника и создает начальное поле, которое вызывает нарастание тока якоря. Ток, протекая по второму специальному кольцу, еще более усиливает магнитное поле возбуждения генератора. Для получения требуемого направления поля это кольцо разделено на отдельные элементы с помощью наклонных канавок, заполненных изоляцией. В результате ток протекает под углом к оси вращения диска, что дает тангенциальную составляющую I т (см. рис. 46), которая обусловливает намагничивающую силу вдоль оси кольца. Необходимое радиальное направление результирующего поля возбуждения машины достигается согласованием углов наклона канавок на левом и правом кольцах.

Уникальный импульсный генератор дискового типа на пик тока в 1600кА при начальном напряжении 800В был разработан и прошел успешные испытания в Австралийском национальном университете . Генератор предназначен для создания пульсирующего тока (примерно синусоидальной формы) в обмотке возбуждения орбитального безжелезного магнита протонного синхротрона на 10 млрд. электрон-вольт. Необходимо указать, что в СССР для аналогичных целей была применена система с синхронными машинами и вентилями . В течение периода нарастания тока в обмотке магнита синхрофазотрона игнитроны работают в режиме выпрямления, питаясь от синхронных генераторов. После достижения током наибольшего значения игнитроны переводятся в инверторный режим, а синхронные машины начинают работать в двигательном режиме, преобразуя электромагнитную энергию поля обмотки магнита в кинетическую энергию вращающихся масс.

Принципиальная схема униполярного генератора дана на рис. 47. Два ротора с вертикальными осями вращаются в противоположные стороны со скоростью 900 об/мин. Каждый ротор состоит из двух изолированных друг от друга стальных дисков 7, каждый из которых имеет диаметр 354 см, толщину 25,4 см, вес 20 т. Общий вес генератора составляет 1500 т. Диски попарно насажены на валы 1, которые вращаются в упорных подшипниках. Между цилиндрическими полюсами электромагнитов 2 (с диаметрами 376 см) создается равномерное магнитное поле с помощью катушек возбуждения 5. Расстояние между указанными полюсами 156 см. Для замыкания силовых линий поля имеется прямоугольное ярмо. Цепь возбуждения питается от генератора мощностью 750кВт. При индукции в межполюсном пространстве 1,6 Вб/м в каждом диске наводится э.д.с, равная 200В. С помощью струйных контактов 6 диски соединяются последовательно и через жидкометаллический прерыватель 4 замыкаются на обмотку 5 магнита синхротрона.

Рис. 47. Принципиальная схема импульсного униполярного генератора на напряжение 800В.

В качестве жидкометаллической среды применен эвтектический сплав натрия с калием (NaK). который выбрасывается через форсунки на движущиеся поверхности дисков. Благодаря большой скорости истечения жидкости струя не успевает сильно нагреться. Токосъем осуществляется с периферии дисков и на кольцах диаметром 122 см с помощью непрерывных плоских (листовых) струй, подводимых радиально вокруг дисков. Через все форсунки за время работы в течение 1 сек выбрасывается свыше 1 т жидкого сплава NaK. При испытании контакт удовлетворительно выдержал в течение около 0,2сек импульс тока, равный 1800кА. Для нагрузки использовалась электролитическая ванна, к которой ток подводился системой алюминиевых шин. Так как значительная часть кинетической энергии униполярного генератора теряется за счет нагрева стальных дисков (до 10° С за один импульс), то предусмотрен отвод тепла с помощью водяного охлаждения в перерыве между импульсами. Расчетная периодичность импульсов составляет порядка 10 мин.

Разгон роторов униполярной машины производится в двигательном режиме при питании ее силовой цепи от выпрямительной установки постоянного тока. Требуемый ток в 3кА подводится дополнительными струевыми контактами. Кинетическая энергия двух роторов при скорости вращения 900 об/мин составляет 600 Мдж. Перед замыканием силовой цепи подается сплав через форсунки.

Компактную конструкцию импульсного генератора на повышенную скорость вращения разработала фирма Allis Chalmers , На рис. 48 показан продольный разрез импульсного генератора. При скорости вращения 7200 об/мин он рассчитан на начальное напряжение 30В и ток 60кА. За счет форсирования возбуждения генератор обеспечивает импульс тока в 300кА, величина которого автоматическим регулированием в течение 3 сек поддерживается постоянной с точностью до 1%, независимо от сопротивления нагрузки. Время достижения максимального тока составляет 1 сек.

Генератор имеет высокое использование материалов, представляя собой цилиндр, плотно заполненный стальными и медными частями. Относительный вес на единицу мощности подобных конструкций согласно может быть достигнут порядка 1,3 кг/квт.

Рис. 48. Продольный разрез импульсного униполярного генератора фирмы Allis Chalmers на 300кА

Конструктивная схема рассматриваемого генератора относительно проста. Стальной кованый ротор 5 охватывается стальным массивным статором 2. Две кольцевые катушки 3 создают поле возбуждения, направление силовых линий которого показано на рис. 48. Съем тока осуществляется с помощью сплава NaK (56% Na и 44% К), который подается в канавки специального устройства 4. Конструкция этого устройства позволяет не опасаться осевого смещения вала, поэтому машина не нуждается в торцевых подшипниках. Применяются подшипники качения 7. Линии тока, как это показано на рисунке, пройдя через ротор и токосъемные устройства, собираются в центральной части, где расположены сборные шины 1. Таким образом, обеспечивается компенсация реакции тока якоря. Внутренняя полость генератора заполнена сухим азотом с небольшим избыточным над атмосферным давлением. Корпус должен быть хорошо герметизирован 6.

Генератор приводится во вращение через мультипликатор асинхронным двигателем мощностью 1850кВт. Исследовательский центр NASA применяет рассмотренный агрегат с импульсным униполярным генератором для питания обмоток электромагнита, который способен создать сильное магнитное поле с индукцией до 10 Вб/м.

Номинальные данные униполярных генераторов подобной рассмотренной выше конструкции изменяются в определенных пределах. Например, в Мичиганском университете находится в эксплуатации импульсный генератор, имеющий номинальный ток 60кА, максимальный 300кА, напряжение 40В, скорость вращения 10000 об/мин; в Калифорнийском университете машина предназначена для получения импульса тока до 1500кА и используется для обеспечения энергией специальных ядерных установок.

Высоковольтный униполярный генератор, оказывается, довольно прост по конструкции. Пока ув. Ф.Ф. Менде затаил свою идею, выкладываю на всеобщее обсуждение свою конструкцию, понять суть которой можно и без чертежей, по словесному описанию. Но всё-таки необходимо знать,как работает промышленный униполярный генератор. Поэтому, наберите в Яндексе * Роторный униполярный магнитный двигатель * изобретателя Калашникова. Там дан хороший рисунок промышленного УГ.
Итак, берём за основу практически без изменений статор промышленного УГ, желательно симметричного типа для лучшего понимания моей идеи. То есть, в средней части статора кольцевая униполярная обмотка возбуждения, а справа и слева активные части – кольцевые однополярные полюса, внутри которых с минимальным зазором вращается ротор.
А вот ротор –якорь придётся созидать заново, хотя, по сути дела, тут нет ничего заумного. Для своего ротора я взял сочетание двух кольцевых якорей, соединенных аксиальными перемычками. Только несколько изменил кое-что. Если у стародавнего кольцевого якоря катушки перемежаются со спицами- радиальными креплениями, идущими к ступице, то в моей конструкции эти перемычки направлены аксиально, к соседнему кольцевому якорю. Чтобы всем было понятно, представьте себе сепаратор от крупного роликового подшипника. Это трубчатое кольцо с прорезями посередине для роликов.
Примерно такого же типа и предлагаемый двухкольцевой якорь в моём высоковольтном УГ. Только крайние сплошные дорожки и средняя с прорезями примерно одинаковы. Конечно, для технологии такой якорь будет весьма неудобен, в плане намотки катушек, поэтому придётся сплошную конструкцию поменять на секционную. Но это уже тонкости, выложу их позднее.
Главное, правилен ли принцип работы. Кто знаком с кольцевыми якорями, тот поймет работу без труда.(Кстати, такая кольцевая обмотка на статоре называется граммовской). Итак, униполярная обмотка статора возбуждает магнитное поле, которое проходит аксиально в одну сторону по периферии статора, загибается к оси и по ротору возвращается также аксиально на прежнее место. Всё как в обычном УГ. Но при входе во вращающийся ротор магнитные линии пересекаются не одиночными проводниками,как в выпускаемых ген-х, а целой катушкой, правда, одной её стороной, и тут же сворачивают по оси катушки и выходят наружу в перемычку, не пересекая остальных её витков.
Вот в этом-то и суть принципа работы любого мыслимого высоковольтного УГ. Пересечь магнитное поле одной стороной катушки, а другую сторону либо заэкранировать, либо отвести витки подальше(как в линейном УГ, который я предлагал) , либо пустить магнитные линии таким хитрым образом, чтобы они не возбуждали обратную ЭДС, что и сделано в предлагаемом УГ.
Итак, магнитные линии по оси катушки выходят из неё и по аксиальной перемычке идут в соседний кольцевой якорь,внутрь тамошней катушки, и выходят в сторону статора опять же через боковую сторону катушки, возбуждая в ней ЭДС. Причём во всех витках и всех катушках индуцируется однонаправленная ЭДС. Ну и как, реально? Можно ли патентовать?
Сама конструкция ротора УГ, конечно же, не висит в воздухе, а насаживается в районе перемычек на какой-нибудь пластмассовый или алюминиевый барабан с осью и двумя токосъёмными кольцами.
В целом такой генератор придётся весьма кстати на автомобилях с напряжением 12 и 24 вольта.

Vladimir_V 01 September 2011 - 17:20

• Город: Воронеж

Высоковольтный униполярный генератор

Глава 12 Униполярные машины

Первый униполярный генератор изобрел Майкл Фарадей. Суть эффекта, открытого Фарадеем, заключается в том, что при вращении диска в поперечном магнитном поле, на электроны в диске действует сила Лоренца, которая смещает их к центру или к периферии, в зависимости от направления поля и вращения, рис. 175. Благодаря этому, возникает электродвижущая сила, и через токосъемные щетки, касающиеся оси и периферии диска, можно снимать значительный ток и мощность, хотя напряжение небольшое (обычно, доли Вольта).

Рис. 175. Принцип униполярной индукции

Позднее, было обнаружено, что относительное вращение диска и магнита не является необходимым условием. Два магнита и токопроводящий диск между ними, вращающиеся вместе, также показывают наличие эффекта униполярной индукции. Магнит, сделанный из электропроводящего материала, при вращении, также может работать, в качестве униполярного генератора: он сам является и диском с которого щетками снимаются электроны, и он же является источником магнитного поля. В связи с этим, принципы униполярной индукции развиваются в рамках концепции движения свободных заряженных частиц относительно магнитного поля, а не относительно магнитов. Магнитное поле, в таком случае, считается неподвижным.

Споры о таких машинах шли долго. Понять, что поле есть свойство «пустого» пространства, физики, отрицающие существование эфира, не могли. Это правильно, поскольку «пространство не пустое», в нем есть эфир, и именно он обеспечивает среду существования магнитного поля, относительно которого вращаются и магниты, и диск. Магнитное поле можно понимать, как замкнутый поток эфира. Поэтому, относительное вращение диска и магнита не является обязательным условием.

В работах Тесла, как мы уже отмечали, были сделаны усовершенствования схемы (увеличен размер магнитов, а диск сегментирован), что позволяет создавать самовращающиеся униполярные машины Тесла, показанные на рис. 68. Странно, что нет информации о современных разработчиках таких генераторов.

Группа исследователей данного направления в Индии, под руководством Парамаханза Тевари (Paramahansa Tewari), сайт http://tewari.org получает 250 % эффективность с обычным электропроводящим диском. На рис. 176 показан их униполярный генератор с повышающим трансформатором.

Рис. 176. Униполярный генератор Тевари

Другой автор аналогичных разработок, Брюс Де Палма (Bruce De Palma) называл свой проект N-машина. Брюс был профессиональный инженер, закончил Гарвард и 15 лет занимался темой униполярных генераторов. На рис. 177 показана его схема, в которой и магниты, и токопроводящий диск вращаются вместе.

Рис. 177. N-машина Брюса де Палма

Испытания различных конструкций N-машины проводили профессионалы, в течении многих лет. Метод перспективный, обеспечивается эффективность, как соотношение затраченной мощности привода и создаваемой электрической мощности, не менее 200 %.

Недостатки, как и у других униполярных генераторов, состоят в том, что мощность на выходе имеет вид постоянного тока низкого напряжения. Однако, их применение, уже 20 лет назад, планировалось в системах низковольтного электролиза, с целью получения дешевого водорода из воды, в том числе, морской воды.

Конструктивное решение, позволяющее увеличить не только мощность, но и рабочее напряжение, получаемое на выходе униполярного генератора, было мной предложено в 2001 году. В течении 2002–2003 годов, мы провели ряд экспериментов, успешно доказав возможность использования принципа униполярной индукции для случая токопроводящего ротора, представляющего собой катод электронной лампы ГУ-74. Суть эксперимента состояла в следующем.

Радиатор с корпуса лампы ГУ-74 удаляется, а на его место одевается кольцевой магнит осевой намагниченности, как показано на рис. 178.

Рис. 178. Униполярный генератор Фролова

Магнит и электронно-вакуумная лампа вращаются вместе, при этом на катод подается обычное напряжение накала. Термическая эмиссия электронов, обычно, не приводит к появлению тока между анодом и катодом. Для этого надо также приложить высокое напряжение между ними. В предлагаемом униполярном генераторе, при вращении в магнитном поле, сила Лоренца обеспечивает движение электронов от катода к аноду. Выходная мощность снимается с выводов «анод» и «катод». Напряжение на выходе обеспечивается постоянное, измерения показали, что в отличие от обычных униполярных генераторов, оно составляет десятки Вольт. Теоретически, поскольку в данной схеме принципиально нет торможения ротора при подключении нагрузки, мощность на выходе не зависит от потребляемой мощности. Небольшие затраты нужны на разогрев катода и поддержание вращения.

В 2004 мы провели конструкторские работы с предприятием, производящим электронно-вакуумные приборы, по разработке мощного генератора для коммерциализации данной концепции, но проект был остановлен на стадии документации. Предлагается лицензия на данную технологию.

Мы рассмотрели много конструкций, имеющих разные достоинства, но у всех есть один недостаток, а именно, в них используются вращающиеся части и механизмы. Применение таких генераторов энергии может быть ограничено в ряде случаев, поэтому перспективными разработками можно полагать такие генераторы, в которых нет подвижных или вращающихся частей. Перейдем к следующей главе.

Несмотря на давность открытия униполярной индукции, до сих пор не утихают споры о её природе, порождая всё новые парадоксы, такие как парадокс Геринга, Тесла, Родина и проч. - . Прежде всего, это обусловлено тем, что физика процесса не вписывается в базовые уравнения эм поля и для объяснения требует неочевидных предположений в рамках классической электродинамики. Так, у Тамма объяснение базируется на построении, представленном на рис. 1.

Рис. 1. Схема для расчёта униполярной индукции по Тамму

«Применим закон индукции к какому-либо контуру, проходящему по внешнему проводу AVB и по магниту, например, контуру COAVBC . В момент времени t + dt материальные точки, находившиеся в момент времени t на этом контуре, сместятся на расстояние u dt и займут положение C ´ OAVBC . Стало быть, для определения эдс E инд в контуре COAVBC нужно вычислить разность d Ψ потоков индукции через этот контур и через контур C ´ OAVBC … Однако контур C ´ OAVBC в отличие от контура COAVBC не замкнут, так что, строго говоря, понятие потока Ψ´ через этот незамкнутый контур не является определённым» .

Последняя фраза цитаты делает бесполезными все ухищрения автора, поскольку на незамкнутом контуре все уравнения индукции Максвелла теряют свой физический смысл. К тому же сам контур при вращении ротора не меняет местоположение, не говоря уже о том, что незамкнутый контур C ´OAVBC перестаёт быть плоским, а значит, к нему неприменимы простые методы вычисления, использованные Таммом.

Не лучше обстоят дела и в попытках объяснения униполярной индукции с использованием силы Лоренца . Как определяет этот процесс сам автор, «ЭДС в таком индукционном микрогенераторе возникает вследствие того, что проводник пересекает линии магнитного поля с некоторой скоростью v. Назовем (для краткости) такой способ генерации ЭДС электромагнитной индукции «способом пересечения». Процесс электромагнитной индукции «с пересечением» можно схематически представить так:

пересечение → возникновение силы Лоренца → перемещение зарядов → образование ЭДС » .

Однако и этот подход не даёт нужной общности описания и приводит к необходимости использовать далеко не очевидные предпосылки и построения, что хорошо видно на описании Р.В.Полем индукции в движущихся проводниках, повторённых и развитых Родиным . Схема У Р.В поля имела вид, представленный на рис. 2.

Рис. 2. Экспериментальная и расчётная схемы индукции в движущихся проводниках по Р.В. Полю

«Здесь движком служит поверхность цилиндрического стального магнита… Скорость движения этого проводника u перпендикулярна к направлению линий поля, которые выходят из полюсных областей магнита (рис. 157 справа)… Можно сначала окружить цилиндрический стальной магнит цилиндрической латунной трубкой и вращать эту трубку вокруг оси неподвижного магнита. (Мы не обнаружим никакого напряжения, если скользящие контакты лежат неподвижно на трубке, а магнит вращается внутри неё)» . Если мы присмотримся к построению, то увидим, что для объяснения эффекта Р.В. Поль некорректно направил вектор магнитного поля перпендикулярно поверхности магнита, в то время, как в данном случае поле в данной области продольное и согласно закону силы Лоренца никакого направленного движения зарядов возникать не должно, но ток возникает. И наоборот, в случае с неподвижной латунной трубкой и вращающимся магнитом, следуя за Таммом, область между токосъёмниками должна была бы смещаться относительно микрополей магнита, а значит, ток должен возникать, но его нет. Таким образом, при движущемся цилиндре относительно неподвижного магнита, пересечение трубкой силовых линий поля по Кану есть, смещение материальных точек по Тамму тоже есть, а тока нет.

К этому следует добавить, что, как показали наши экспериментальные исследования, и в частности с контурами, индукционное взаимодействие определяется не мифическим магнитным полем, а полями эквивалентных токов, изменение влияния поля которых, вследствие изменения расстояния между ними и проводником, приводит к возникновению индукционных токов в последнем. При этом токи возбуждаются как при пересечении проводником полюса магнита, так и при его движении вдоль оси намагниченности. Это описание в общем случае не подчиняется закону силы Лоренца и тем более законам Максвелла, требующим замкнутости контура и вихревого характера самого магнитного поля.

Но вопрос о возбуждении индукционного тока при совместном движении проводника и магнита достаточно активно обсуждается и уже породил множество схем, подобных вращающемуся намагниченному шурупу или генератору на магните Сибирский Коля . Как считается, «ничего не стоит накрыть магнит электропроводным диском и снимать ЭДС с него, вращая магнит вместе с диском. Остается поднять трансформатором напряжение до 500 киловольт, бросить ток на ЛЭП и передать его на сотни километров. И никаких тебе противо ЭДС» . Также появилось много схем генераторов, типа генератора Капанадзе , в котором в сердечнике с катушками создаётся переменное магнитное поле за счёт вращения диска с составными магнитами противоположной полярности над сердечниками катушки. Реально же, униполярные многовитковые генераторы сводятся к многодисковым устройствам .

Чтобы уточнить физику процессов в униполярных генераторах, прежде всего, ответим на вопрос о возможности возбуждения эдс при совместном движении вторичного проводника и магнита. Для ответа на этот вопрос было поставлено три эксперимента.

В первом эксперименте диск имел вид, представленный на рис. 3.

Рис. 3. Схема диска с совмещёнными обмоткой и постоянными магнитами; на схеме: 1 – диск из изоляционного материала; 2 – обмотка, содержащая 25 витков провода, ø 0,6 мм; 3 – восемь постоянных магнитов; 4 – коллектор; скорость вращения диска 5000 об/мин.

Согласно представленной схеме, идея заключалась в том, чтобы проводники обмотки в области каждого из магнитов проходили радиально, т.е. так, как и в униполярном генераторе. Тогда, если имеет место индукция при совместном движении магнита и проводника, в данной системе должен был бы возникнуть постоянный ток. Но опыт дал отрицательный результат.

Для второго опыта были изготовлены шесть сборок из пар магнитов, показанных на рис. 4.

Рис. 4. Схема магнитной сборки из одноименно направленных магнитов; на схеме 1 – тело диска; 2 – магниты; 3 – провода обмотки; 4 – ферромагнитные перемычки.

Общий вид диска представлен на рис. 5.

Рис. 5. Схема диска с совмещёнными обмоткой и блоками постоянных магнитов; на схеме: 1 – диск из изоляционного материала; 2 – обмотка, содержащая 25 витков провода, ø 0,6 мм; 3 – восемь блоков постоянных магнитов; 4 – коллектор; скорость вращения диска 5000 об/мин.

В этом эксперименте исследовалась возможность возбуждения эдс в радиальных участках обмотки при их расположении внутри эквивалентного магнита, образованного ферромагнитными замыканиями между двумя однонаправленными магнитами. Этот эксперимент тоже дал отрицательный результат.

Третий опыт был усовершенствованием второго. Теперь блок состоял из четырёх магнитов, как показано на рис. 6.

Рис. 6. Схема магнитной сборки из одноименно направленных магнитов; на схеме 1 – провода обмотки, 100 витков провода ø 0,2 мм; 2 – магниты; 3 – ферромагнитные перемычки.

Целью данного эксперимента было выявление тока в контуре, при размере витка, равном расстоянию между центрами магнита. Общий вид диска представлен на рис. 7.

Рис. 7. Схема диска с совмещёнными обмоткой и двойными блоками постоянных магнитов; скорость вращения диска 5000 об/мин.

Этот эксперимент тоже дал отрицательный результат. Проведенные эксперименты показывают, что при совместном движении проводника и магнита индукционный ток в проводнике не возникает. Вероятна лишь поляризация внутри проводника, как в эффекте Сёрла, для чего требуются эксперименты другого типа, но при поставленных условиях задачи, «если признать, что магнитное поле связано с магнитом, то очевидно, что в объеме магнита никакая ЭДС возникнуть не может. Это тот же механизм, который отвечает за «Парадокс Геринга»: в обоих случаях электроны магнита движутся вместе с его магнитным полем, отсутствует пересечение линий поля электрическими зарядами, а, следовательно, и индукционная ЭДС. Где же генерируется ток в контуре? Ответ очевиден: там, где линии поля пересекают контур» .

В рамках концепции эквивалентных токов, данный вывод будет звучать так: ЭДС индукции возникает исключительно в случае изменения поля индуцирующих токов в области проводника, в котором эта ЭДС наводится .

С этой точки зрения, все предыдущие опыты были изучением именно униполярной индукции, поскольку в них исследовался характер ЭДС, возникающей в проводнике при изменении положения эквивалентных токов постоянных магнитов относительно него. Эти опыты подсказывают и очевидные схемы многовиткового униполярного генератора. Одна из них показана на рис. 8.

Рис. 8. схема многоконтурного униполярного дискового генератора; на схеме I – статор; II – ротор; 1 – диэлектрическая подложка (может быть и ферромагнитная подложка, покрытая диэлектриком); 2 – токопроводящее покрытие; 3 – магниты; 4 – изоляционные дорожки в проводящем покрытии.

Как можно убедиться, многовитковость в данной схеме достигается, с одной стороны, тем, что проводящий диск разделён на сегменты, в каждом из которых путь тока противоположен соседним сегментам. Именно поэтому данная схема требует чётного числа полюсов. С другой стороны, и магниты тоже сегментированы и соединены по принципу Сибирского Коли. Это приводит к возникновению переменного индукционного тока в диске, который не будет гармоническим в общем случае из-за униполярного характера его возбуждения.

Представленная схема может быть сделана как дисковой, так и цилиндрической. Проводящий слой может быть статором или ротором, может быть однослойным и многослойным с соответствующим соединением между слоями. Также оси намагниченности магнитов могут быть направлены, как показано на рисунке, так и иметь радиальную направленность. Во всех указанных случаях в проводящем слое будет возникать индукционный переменный ток. Также данная схема обратима, как и исходная схема диска Фарадея, т.е. она может быть как генератором тока, так и двигателем.

Частота генерируемого тока будет выше частоты вращения диска на половину числа полюсов. Соответственно, частота вращения двигателя будет ниже в такое же количество раз.

У данного генератора будет минимальное реактивное сопротивление за счёт значительной длины витка, но реакция генератора на нагрузку будет присутствовать. Последнее будет проявляться в размагничивании магнитов, а также в торможении диска при взаимодействии индуцируемого тока в диске с эквивалентными токами магнитов. При этом эффект размагничивания будет превалировать.

На основе этого принципа можно построить и генераторы постоянного тока, но это, в данном случае, отдельная обширная тема. В данной серии экспериментов был подвергнут экспериментальной проверке представленный принцип конструирования многовитковых униполярных генераторов. Для этого схема была несколько усовершенствована и проводящие сегменты были заменены проводниками соответствующего расположения. Вид диска и обмотки представлены на рис. 9.

Рис. 9. Вид диска с магнитами (а) и обмотки (b ) многовиткового униполярного двигателя; на схеме: 1 – диск из изоляционного материала; 2 - магниты

Фактически, данная схема повторяет выше представленный эксперимент на рис. 3, с тем отличием, что магниты и обмотка разделены.

В данном эксперименте обмотка состояла из четырёх последовательно соединённых обмоток по десять витков в каждой. Кроме того был установлен узкий контур (на рис. 9b внизу справа). Он выполнял функции стробоскопа. Магниты на диски были установлены с некоторым расстоянием, чтобы продемонстрировать униполярный характер возбуждения эдс.

Совместная осциллограмма эдс в четырёх обмотках и стробоскопическом контуре представлена на рис. 10.

Рис. 10. Совместная осциллограмма эдс индукции в контуре (вверху) и на стробоскопе (внизу). Цена деления верхней осциллограммы 5 В/дел., для нижней - 0,005 В/дел. Скорость вращения диска 5000 об/мин.

Полученные осциллограммы полностью повторяют результаты, полученные в предыдущих опытах на одиночных проводниках и контурах. Также из осциллограмм видно, что частота эдс в пять раз выше частоты вращения диска.

Распределение наводимой эдс по обмоткам исследуемого контура представлено в табл. 1.